EP0096822A2 - Verfahren zum Betrieb einer bivalent betreibbaren Absorptionswärmepumpe und Absorptionswärmepumpe zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum Betrieb einer bivalent betreibbaren Absorptionswärmepumpe und Absorptionswärmepumpe zur Durchführung dieses Verfahrens Download PDF

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EP0096822A2
EP0096822A2 EP83105566A EP83105566A EP0096822A2 EP 0096822 A2 EP0096822 A2 EP 0096822A2 EP 83105566 A EP83105566 A EP 83105566A EP 83105566 A EP83105566 A EP 83105566A EP 0096822 A2 EP0096822 A2 EP 0096822A2
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EP
European Patent Office
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refrigerant
absorber
line
cooker
heat pump
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EP83105566A
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French (fr)
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EP0096822B1 (de
Inventor
Robert Dipl.-Ing. Mack
Winfried Prof. Dr.-Ing. Buschulte
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Original Assignee
Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00—Heat pumps
    • F25B30/04—Heat pumps of the sorption type

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a bivalent-operated absorption pump, as described in the preamble of claim 1.
  • the invention relates to a bivalent absorption pump for performing this method with the features of the preamble of claim 6.
  • Can absorption heat pumps for heating purposes only be used effectively when the air temperature egg - nen certain value, for example, +3 0 C, not below. At lower temperatures, the performance figure drops sharply, especially due to the icing of the evaporator.
  • an absorption heat pump with the features of claim 6 is proposed for carrying out this method.
  • the solvent flow from the cooker to the absorber and the refrigerant flow leaving the condenser are each split into two partial flows.
  • a partial flow of the solvent and a partial flow of the refrigerant are carried out in the manner typical for pure heat pump operation, while the other other partial flows are conducted in the manner typical for pure boiler operation.
  • the absorber is divided into a low-pressure absorber, which is used purely for heat pump operation, and a high-pressure absorber, which serves purely for boiler operation.
  • the heat exchange with the heating system takes place in the condenser and in both absorbers. In this way, it is possible to share both the advantages of pure heat pump operation and the advantages of pure boiler operation, the proportion of pure heat pump operation relative to the proportion of pure boiler operation being continuously adjustable according to the ratio of the splitting of the two flows into partial flows .
  • the gas flow cross section of the evaporator is preferably reduced compared to pure heat pump operation. Due to the smaller active area of the evaporator, it is possible to keep it free of ice and effectively for longer, so that heat pump operation can be maintained down to lower temperatures.
  • the poor solution and the refrigerant are combined in the low-pressure absorber in pure heat pump operation and the resulting rich solution is then passed through the high-pressure absorber.
  • both absorbers are used for heat exchange even in pure heat pump operation.
  • this can be formed as a volume flow variable expansion valves.
  • the throttles comprise at least two Parallelleitun g s with throttle valves, the parallel lines can be opened alternately or together by on-off valves.
  • the high-pressure absorber can be switched on in the pure heat pump mode between the low-pressure absorber and the first return line.
  • the heat pump shown in the drawing comprises, in the manner customary for heat pumps, a cooker or expeller 1 in which a refrigerant-solvent mixture is heated by means of a heating source not shown in the drawing.
  • the refrigerant evaporating is fed via a refrigerant line 2 through a reflux condenser 3 to a condenser 4 and passes from there in the liquid State through a heat exchanger 5 via a refrigerant throttle 6 to an evaporator 7.
  • the re-evaporated refrigerant which is now under low pressure, is supplied in countercurrent through the heat exchanger 5 to a first absorber 8, which is referred to below as a low-pressure absorber.
  • a solvent line 9 leads from the cooker 1 through a temperature changer 10 and via a solvent throttle 11 to the first absorber 8, in which the refrigerant supplied via the refrigerant line 2 and the solvent supplied via the solvent line 9 are combined.
  • a second absorber 18 is provided, which is referred to below as a high-pressure absorber.
  • a by-pass line 19 leads into this high-pressure absorber, which feeds the solution from the cooker 1 directly to the high-pressure absorber 18, bypassing the temperature changer 10 and the solvent throttle 11.
  • a branch 20 is provided in the refrigerant line 2 downstream of the condenser; here, a bypass line 21 branches off from the refrigerant line 2, which either opens directly into the cooker or preferably according to the broken line in the high-pressure absorber 18.
  • a bypass line 21 branches off from the refrigerant line 2, which either opens directly into the cooker or preferably according to the broken line in the high-pressure absorber 18.
  • a second return line 23 is switched on. The second return line 23 opens directly into the cooker 1.
  • a completely closable metering valve 25 is located in the solvent line 9, and a completely closable metering valve 26 is likewise arranged in the by-pass line 19.
  • Another fully closable metering valve 27 is switched into the bypass line 21.
  • a further fully closable metering valve 28 is located in the refrigerant line downstream of the branch 20.
  • Closing valves 29 and 30 are arranged in the return lines 13 and 23, respectively, and the outlet 22 of the absorber 18 is connected downstream of the closing valve 29 by means of a connecting line 31, in which a closing valve 32 is located.
  • a branch line provided with a closing valve 33 branches off from the by-pass line 19 to the first absorber 8; A further closing valve 35 is arranged in the by-pass line downstream of this branch.
  • Another connecting line 36 in which a closing valve 37 is arranged, connects the outlet 12 of the first absorber 8 to the inlet of the second absorber 18.
  • the two throttles 6 and 11 are adjustable in their throttling action, this is indicated in the drawing by a motorized actuator. These throttles can also be designed as expansion valves variable in volume flow.
  • FIG. 2 Another possible configuration of the chokes results from the exemplary embodiment in FIG. 2, which differs from the exemplary embodiment in FIG. 1 only in the configuration of the chokes. Corresponding parts therefore have the same reference numerals.
  • the refrigerant throttle 6 comprises two parallel lines 38 and 39. In each of these lines, a closing valve 40 or 41 is connected in series with a throttle valve 42 or 43 with a fixed throttle effect.
  • the solvent throttle 11 comprises two parallel lines 44 and 45, in each of which a closing valve 46 or 47 and a throttle valve 48 or 49 with a fixed throttle effect are switched on.
  • the heat pump shown in the drawing can be operated in three different ways, which are explained below.
  • valves 26, 27, 30, 32, 33, 35 and 37 are closed, while only the valves 25, 28 and 29 are open.
  • the refrigerant evaporated by the cooker is supplied to the low-pressure absorber 8 through the refrigerant line 2 via the condenser, the refrigerant throttle and the evaporator.
  • the poor solution passes from the cooker through the solvent line 9 through the temperature changer, the solvent throttle 11 also into the low pressure absorber. After the two components have been combined, the rich solution is fed back to the cooker via the first return line 13 and the two lines 16 and 17.
  • the rich solution only penetrates the low-pressure absorber 8; the high-pressure absorber 18 is not switched into the circuit in this operating mode.
  • valve 29 In an alternative mode of operation of pure heat pump operation, the valve 29 is closed while the valves 32 and 37 are opened.
  • the rich solution then flows through the high-pressure absorber 18 before entering the first return line 13, so that heat can also be exchanged with the heating system in this high-pressure absorber.
  • valves 25, 28, 29, 32, 33 and 37 are closed, while valves 26, 27, 30 and 35 are open.
  • the refrigerant leaving the stove passes through the bypass line 21 neither directly into the cooker or into the high-pressure absorber 18.
  • the refrigerant throttle and the evaporator are bypassed because of the closed valve 28.
  • the solvent passes via the by-pass line 19 directly into the high-pressure absorber 18, the temperature changer 10 and the solvent throttle 11 being bridged.
  • the heat is exchanged with the heating system, and the cooled solvent, to which the coolant, which is also cooled, is added, then reaches the cooker via the second return line 23. Since both the refrigerant choke and the solvent choke are bridged, the pressure in the entire circuit is the same as in the stove, i.e. a relatively high pressure.
  • the pump 24 is therefore designed as a pure circulation pump, while the pump 14 is designed in the manner customary in absorption heat pumps as a pressure pump which has to work against the pressure in the stove.
  • valves 32, 33 and 37 are closed, but the other valves 25, 26, 27, 28, 29, 30 and 35 are open. This divides both the refrigerant flow and the solvent flow. Part of the refrigerant flow reaches the low-pressure absorber via the refrigerant line, the refrigerant throttle 6 and the evaporator 7, the other part of the refrigerant is supplied to either the cooker 1 or the high-pressure absorber 18 via the bypass line 21.
  • Heat is exchanged with the heating system in the condenser and in both absorbers.
  • the heating system in the condenser and in the high-pressure absorber is supplied directly with heat which comes from the heating of the cooker, while the heating in the low-pressure absorber is supplied with heat which is taken from the surroundings via the evaporator.
  • the ratio of the two partial refrigerant flows to one another and the ratio of the two partial solvent flows to one another can be adjusted steplessly from the pure heat pump operation to the pure boiler operation by suitable selection of the opening of the valves 27 and 28 or 25 and 26 assigned to one another.
  • the throttling effect of the refrigerant throttle 6 and the solvent throttle 11 must be changed in accordance with the size of the partial flow flowing through the throttles, so that the relaxation required for the heat pump effect occurs.
  • this throttling is achieved by corresponding opening or closing of the closing valves 40 and 41 or 46 and 47.
  • the entire system can be optimally adapted to the external conditions, in particular it is possible at any time, in mixed operation, depending on the requirements, to have a larger heat pump and egg. to choose a lower proportion of the boiler or vice versa.
  • valve 35 is closed while valves 33 and 37 are opened.
  • the throughput of both the refrigerant expelled from the cooker and the poor solution flowing from the cooker to the absorber is not controlled in a manner known per se by control valves with a variable throttle effect, but by a different pumping capacity of the circulation pump or pumps in the Return lines 13 and 23.
  • these pumps can advantageously be of multi-stage or volumetric flow.
  • the main advantage here is that there is no pressure drop in the line caused by controllable throttle valves, but the pressure level in the entire line system is approximately the same. To circulate the solution, therefore, only low pumping capacities are required, which are altogether significantly lower than those that had to be applied in conventional processes in which the throughput was achieved by different throttling of the flows.
  • control of the circulation pumps can be accomplished in the simplest way and can therefore be optimally adapted to the respective requirements.

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Abstract

Um bei einer bivalent betreibbaren Absorptionswärmepumpe neben dem reinen Wärmepumpenbetrieb und dem reinen Kesselbetrieb auch noch einen Mischbetrieb zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, daß man den Kältemittelstrom nach dem Verflüssiger und den aus dem Kocher austretenden Strom der armen Lösung aufteilt, wobei ein Teilstrom des Kältemittels durch die Kältemitteldrossel und den Verdampfer einem Niederdruckabsorber zugeführt wird, in welchen ein Teilstrom der armen Lösung über den Temperaturwechsler und die Lösungsmitteldrossel eingeleitet wird, während der andere Teilstrom des Kältemittels entweder unmittelbar dem Kocher oder einem Hochdruckabsorber zugeführt wird, dem in beiden Fällen der andere Teilstrom der armen Lösung unmittelbar zugeleitet wird, und daß man die reiche Lösung aus dem Niederdruckabsorber durch den Temperaturwechsler und/oder den Rücklaufkühler, die Lösung aus dem Hochdruckabsorber dagegen unmittelbar dem Kocher zuführt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer bivalent betreibbaren Absorptionspumpe, wie es im Oberbegriff des Anspruches 1 beschrieben ist.
  • Ferner betrifft die Erfindung eine bivalente Absorptionspumpe zur Durchführung dieses Verfahrens mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 6.
  • Absorptionswärmepumpen können zu Heizungszwecken nur dann wirkungsvoll eingesetzt werden, wenn die Lufttemperatur ei- nen bestimmten Wert, beispielsweise +30C, nicht unterschreitet. Bei niedrigeren Temperaturen fällt die Leistungsziffer stark ab, insbesondere durch die Vereisung des Verdampfers.
  • Es ist bereits bekannt, unter diesen ungünstigen Betriebsbedingungen die Absorptionswärmepumpe so umzuschalten, daß sie im reinen Kesselbetrieb betrieben werden kann, d.h. mittels des Kältemittels und/oder des Lösungsmittels wird die von einer Wärmequelle dem Kocher zugeführte Wärme unmittelbar einer Wärmetauscherfläche zugeführt, über welche das Heizungsmedium erwärmt wird (DE-OS 28 56 767; DE-OS 27 58 773).
  • Diese bekannten Absorptionswärmepumpen können dabei nur entweder im reinen Wärmepumpenbetrieb oder im reinen Kesselbetrieb betrieben werden, wobei die Umschaltung von einer Betriebsart auf die andere mit einem erheblichen Regel- und Steueraufwand verbunden ist und eine geraume Zeit in Anspruch nimmt. Beim reinen Kesselbetrieb ergibt sich insgesamt eine nicht vollständige Ausnutzung der Primärenergie, die auf Verluste im Kreislaufsystem zurückzuführen ist. Schließlich muß bei diesem Betrieb eine Umschaltung vom reinen Wärmepumpenbetrieb auf den reinen Kesselbetrieb bereits bei einer Temperatur erfolgen, bei welcher über den Verdampfer durchaus noch der Umgebung Wärme entzogen werden könnte, wenn auch nicht in voll ausreichendem Maße für einen reinen Wärmepumpenbetrieb. Wenn bei den bekannten Anlagen bereits bei dieser Temperatur auf den reinen Kesselbetrieb umgeschaltet wird, muß man auf die Zufuhr der am Verdampfer an sich noch verfügbaren Wärme vollständig verzichten.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb einer Absorptionswärmepumpe derart zu verbessern, daß neben einem reinen Wärmepumpenbetrieb und einem reinen Kesselbetrieb auch ein Mischbetrieb möglich ist.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Erfindungsgemäß wird zur Durchführung dieses Verfahrens eine Absorptionswärmepumpe mit den Merkmalen des Anspruches 6 vorgeschlagen.
  • Gemäß der Erfindung werden also zu einem Mischbetrieb der Lösungsmittelstrom vom Kocher zum Absorber und der den Verflüssiger verlassende Kältemittelstrom in jeweils zwei Teilströme aufgespalten. Ein Teilstrom des Lösungsmittels und ein Teilstrom des Kältemittels werden in der für den reinen Wärmepumpenbetrieb typischen Weise geführt, während die jeweils anderen Teilströme in der für den reinen Kesselbetrieb typischen Weise geführt werden. Um dies zu ermöglichen, wird der Absorber aufgeteilt in einen Niederdruckabsorber, der dem reinen Wärmepumpenbetrieb dient, und einen Hochdruckabsorber, der dem reinen Kesselbetrieb dient.
  • Der Wärmetausch mit dem Heizungssystem erfolgt im Verflüssiger sowie in beiden Absorbern. Auf diese Weise ist es möglich, sowohl die Vorteile des reinen Wärmepumpenbetriebes als auch die Vorteile des reinen Kesselbetriebes gemeinsam zu nutzen, wobei der Anteil des reinen Wärmepumpenbetriebes relativ zum Anteil des reinen Kesselbetriebes entsprechend dem Verhältnis der Aufspaltung der beiden Ströme in Teilströme stufenlos eingestellt werden kann.
  • Vorteilhaft ist es, wenn man im Mischbetrieb die Drosselwirkung der beiden Drosseln gegenüber dem reinen Wärmepumpenbetrieb erhöht, so daß man die Drosselwirkung dem geringeren Mengenstromdurchsatz des Wärmepumpenkreislaufes anpassen kann.
  • Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn man im Mischbetrieb den Teilstrom des Kältemittels nur durch einen Teil des Verdampfers führt.
  • Vorzugsweise verringert man im Mischbetrieb den Gasdurchströmquerschnitt des Verdampfers gegenüber dem reinen Wärmepumpenbetrieb. Durch die geringere aktive Fläche des Verdampfers gelingt es länger, diesen eisfrei und wirksam zu halten, so daß der Wärmepumpenbetrieb bis zu niedrigeren Temperaturen hin aufrechterhalten werden kann.
  • Es kann vorgesehen sein, daß man beim reinen Wärmepumpenbetrieb die arme Lösung und das Kältemittel im Niederdruckabsorber vereinigt und die entstehende reiche Lösung anschließend durch den Hochdruckabsorber leitet. In diesem Falle werden auch im reinen Wärmepumpenbetrieb beide Absorber zum Wärmetausch herangezogen.
  • Um die Drosseln in der Kältemittelleitung und in der Lö- sungsmittelleitung in ihrer Drosselwirkung veränderbar auszugestalten, können diese als volumenstromvariable Expansionsventile ausgebildet sein. Bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, daß die Drosseln mindestens zwei Parallelleitungen mit Drosselventilen umfassen, wobei die Parallelleitungen durch Schaltventile abwechselnd oder gemeinsam geöffnet werden können. Durch geeignete Wahl der Drosselstärken in den einzelnen Parallelleitungen, können durch Umschalten die Drosselwirkungen jeweils einer Leitung oder auch die Drosselwirkung der parallel geschalteten Leitungen gemeinsam ausgenutzt werden.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Hochdruckabsorber im reinen Wärmepumpenbetrieb zwischen Niederdruckabsorber und die erste Rückführleitung einschaltbar ist.
  • Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:
    • Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Absorptionspumpe zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und
    • Fig. 2 eine Ansicht ähnlich Fig. 1 mit einer anderen Ausgestaltung der Kältemitteldrossel und der Lösungsmitteldrossel.
  • Die in der Zeichnung dargestellte Wärmepumpe umfaßt in der für Wärmepumpen üblichen Weise einen Kocher oder Austreiber 1, in dem mittels einer in der Zeichnung nicht dargestellten Heizquelle ein Kältemittel-Lösungsmittel-Gemisch aufgeheizt wird. Das dabei verdampfende Kältemittel wird über eine Kältemittelleitung 2 durch einen Rücklaufkühler 3 einem Verflüssiger 4 zugeführt und gelangt von diesem im flüssigen Zustand durch einen Wärmetauscher 5 über eine Kältemitteldrossel 6 zu einem Verdampfer 7. Das wieder verdampfte Kältemittel, das nunmehr unter niedrigem Druck steht, wird im Gegenstrom durch den Wärmetauscher 5 einem ersten Absorber 8 zugeführt, der im folgenden als Niederdruckabsorber bezeichnet wird.
  • Aus dem Kocher 1 führt eine Lösungsmittelleitung 9 durch einen Temperaturwechsler 10 und über eine Lösungsmitteldrossel 11 ebenfalls zum ersten Absorber 8, in welchem das über die Kältemittelleitung 2 zugeführte Kältemittel und das über die Lösungsmittelleitung 9 zugeführte Lösungsmittel vereinigt werden.
  • Vom Auslaß 12 des ersten Absorbers 8 führt eine erste Rückführleitung 13, in die eine Förderpumpe 14 eingeschaltet ist, zu einer Verzweigung 15. Von dieser Verzweigung führt eine erste Leitung 16 im Gegenstrom durch den Temperaturwechsler 10 zum Kocher 1, während eine zweite Leitung 17 durch den Rücklaufkühler 3 zum Kocher 1 geführt ist.
  • Die bisher beschriebenen Teile der Absorptionswärmepumpe entsprechen dem üblichen Aufbau mit verzweigter Rückführung der reichen Lösung. Gemäß der Erfindung ist neben dem Niederdruckabsorber 8 ein zweiter Absorber 18 vorgesehen, der im folgenden als Hochdruckabsorber bezeichnet wird. In diesen Hochdruckabsorber führt eine By-Pass-Leitung 19, die die Lösung aus dem Kocher 1 unter Umgehung des Temperaturwechslers 10 und der Lösungsmitteldrossel 11 unmittelbar dem Hochdruckabsorber 18 zuführt.
  • Stromabwärts des Verflüssigers ist eine Verzweigung 20 in der Kältemittelleitung 2 vorgesehen; hier zweigt eine Umgehungsleitung 21 von der Kältemittelleitung 2 ab, die entweder unmittelbar in den Kocher oder vorzugsweise entsprechend der gestrichelten Darstellung in den Hochdruckabsorber 18 mündet. Am Auslaß 22 des Hochdruckabsorbers 18 schließt sich eine zweite Rückführleitung 23 an, in welche eine zweite Förderpumpe 24 eingeschaltet ist. Die zweite Rückführleitung 23 mündet unmittelbar in den Kocher 1.
  • In der Lösungsmittelleitung 9 befindet sich ein vollständig schließbares Dosierventil 25, ebenso ist in der By-Pass-Leitung 19 ein vollständig verschließbares Dosierventil 26 angeordnet. Ein weiteres vollständig verschließbares Dosierventil 27 ist in die Umgehungsleitung 21 eingeschaltet. In der Kältemittelleitung befindet sich ein weiteres vollständig verschließbares Dosierventil 28 stromabwärts der Verzweigung 20.
  • In den Rückführleitungen 13 bzw. 23 sind Schließventile 29 bzw. 30 angeordnet,und der Auslaß 22 des Absorbers 18 ist mittels einer Verbindungsleitung 31, in der sich ein Schließventil 32 befindet, stromabwärts des Schließventils 29 verbunden.
  • Von der By-Pass-Leitung 19 zweigt eine mit einem Schließventil 33 versehene Abzweigleitung zum ersten Absorber 8 ab; stromabwärts dieser Abzweigung ist in der By-Pass-Leitung ein weiteres Schließventil 35 angeordnet.
  • Eine weitere Verbindungsleitung 36, in der ein Schließventil 37 angeordnet ist, verbindet den Auslaß 12 des ersten Absorbers 8 mit dem Einlaß des zweiten Absorbers 18.
  • Die beiden Drosseln 6 und 11 sind in ihrer Drosselwirkung verstellbar, dies ist in der Zeichnung durch einen motorischen Stellantrieb angedeutet. Diese Drosseln können auch als volumenstromvariable Expansionsventile ausgebildet sein.
  • Eine weitere mögliche Ausgestaltung der Drosseln ergibt sich aus dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2, welches sich nur durch die Ausgestaltung der Drosseln von dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 unterscheidet. Entsprechende Teile tragen daher auch gleiche Bezugszeichen.
  • Die Kältemitteldrossel 6 umfaßt bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 zwei parallele Leitungen 38 und 39. In jede dieser Leitungen ist ein Schließventil 40 bzw. 41 mit einem Drosselventil 42 bzw. 43 mit fester Drosselwirkung in Reihe geschaltet.
  • In gleicher Weise umfaßt die Lösungsmitteldrossel 11 zwei parallele Leitungen 44 und 45, in die jeweils ein Schließventil 46 bzw. 47 und ein Drosselventil 48 bzw. 49 mit fester Drosselwirkung eingeschaltet sind.
  • Die in der Zeichnung dargestellte Wärmepumpe kann auf drei verschiedene Arten betrieben werden, die im folgenden erläutert sind.
  • Im reinen Wärmepumpenbetrieb sind die Ventile 26, 27, 30, 32, 33, 35 und 37 geschlossen, während lediglich die Ventile 25, 28 und 29 geöffnet sind. Bei diesem Betrieb wird das vom Kocher verdampfte Kältemittel durch die Kältemittelleitung 2 über den Verflüssiger, die Kältemitteldrossel und den Verdampfer dem Niederdruckabsorber 8 zugeführt. Die arme Lösung gelangt vom Kocher über die Lösungsmittelleitung 9 durch den Temperaturwechsler, die Lösungsmitteldrossel 11 ebenfalls in den Niederdruckabsorber. Nach der Vereinigung der beiden Bestandteile wird die reiche Lösung über die erste Rückführleitung 13 und die beiden Leitungen 16 und 17 wieder dem Kocher zugeführt.
  • Bei der beschriebenen Leitungsführung durchsetzt die reiche Lösung lediglich den Niederdruckabsorber 8, der Hochdruckabsorber 18 ist bei dieser Betriebsweise nicht in den Kreislauf eingeschaltet.
  • Bei einer alternativen Betriebsweise des reinen Wärmepumpenbetriebes wird das Ventil 29 geschlossen, während die Ventile 32 und 37 geöffnet werden. Die reiche Lösung durchfließt dann vor dem Eintritt in die erste Rückführleitung 13 auch den Hochdruckabsorber 18, so daß auch in diesem Hochdruckabsorber ein Wärmetausch mit dem Heizungssystem erfolgen kann.
  • Beim reinen Kesselbetrieb sind die Ventile 25, 28, 29, 32, 33 und 37 geschlossen, während die Ventile 26, 27, 30 und 35 geöffnet sind. In diesem Falle gelangt das den Kocher verlassende Kältemittel über die Umgehungsleitung 21 entweder unmittelbar in den Kocher oder in den Hochdruckabsorber 18. Die Kältemitteldrossel und der Verdampfer werden dabei wegen des geschlossenen Ventils 28 überbrückt.
  • Das Lösungsmittel gelangt über die By-Pass-Leitung 19 unmittelbar in den Hochdruckabsorber 18, wobei der Temperaturwechsler 10 und die Lösungsmitteldrossel 11 überbrückt werden. Im Hochdruckabsorber erfolgt der Wärmeaustausch mit dem Heizungssystem, das abgekühlte Lösungsmittel, dem gegebenenfalls das ebenfalls abgekühlte Kältemittel beigefügt ist, gelangen daraufhin über die zweite Rückführleitung 23 in den Kocher. Da sowohl die Kältemitteldrossel als auch die Lösungsmitteldrossel überbrückt sind, herrscht im gesamten Kreislauf derselbe Druck wie im Kocher, also ein relativ hoher Druck. Die Pumpe 24 ist daher als reine Umwälzpumpe ausgestaltet, während die Pumpe 14 in der bei Absorptionswärmepumpen üblichen Weise als Druckpumpe ausgebildet ist, die gegen den Druck im Kocher arbeiten muß.
  • Im erfindungsgemäßen Mischbetrieb, in dem sowohl eine Wärnepumpenwirkung als auch eine Kesselwirkung erzielt werden, sind lediglich die Ventile 32, 33 und 37 geschlossen, die übrigen Ventile 25, 26, 27, 28, 29, 30 und 35 sind hingegen geöffnet. Dadurch erfolgt eine Aufteilung sowohl des Kältemittelstromes als auch des Lösungsmittelstromes. Ein Teil des Kältemittelstromes gelangt über die Kältemittelleitung, die Kältemitteldrossel 6 und den Verdampfer 7 zum Niederdruckabsorber, der andere Teil des Kältemittels wird über die Umgehungsleitung 21 entweder dem Kocher 1 oder dem Hochdruckabsorber 18 zugeführt.
  • Ein Teil des Lösungsmittels gelangt über die Lösungsmittelleitung 9, den Temperaturwechsler 10 und die Lösungsmitteldrossel 11 zum Niederdruckabsorber 8, der andere Teilstrom fließt über die By-Pass-Leitung 19 unmittelbar dem Hochdruckabsorber 8 zu. Die aus dem Niederdruckabsorber austretende arme Lösung wird über die erste Rückführleitung 13 von der Pumpe 14 wieder dem Kocher zugeführt, die aus dem Hochdruckabsorber 18 austretende Lösung, der gegebenenfalls Kältemittel beigemischt ist, gelangt über die zweite Rückführleitung 23 mittels der Umwälzpumpe 24 zurück in den Kocher 1.
  • Wärmetausch mit dem Heizungssystem erfolgt im Verflüssiger sowie in beiden Absorbern. Dabei wird dem Heizungssystem im Verflüssiger und im Hochdruckabsorber direkt Wärme zugeführt, die von der Heizung des Kochers herrührt, während der Heizung im Niederdruckabsorber Wärme zugeführt wird, die über den Verdampfer der Umgebung entnommen ist.
  • Das Verhältnis der beiden Kältemittelteilströme zueinander und das Verhältnis der beiden Lösungsmittelteilströme zueinander kann durch geeignete Wahl der öffnung der einander zugeordneten Ventile 27 und 28 bzw. 25 und 26 stufenlos vom reinen Wärmepumpenbetrieb bis zum reinen Kesselbetrieb eingestellt werden. Dabei ist die Drosselwirkung der Kältemitteldrossel 6 und der Lösungsmitteldrossel 11 entsprechend der Größe des durch die Drosseln hindurchfließenden Teilstromes zu verändern, damit die für die Wärmepumpenwirkung notwendige Entspannung eintritt.
  • Dies kann in der oben erwähnten Weise je nach Bauart der Drosseln verschieden erfolgen, bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 wird diese Drosselung durch entsprechende Öffnung bzw. Schließung der Schließventile 40 und 41 bzw. 46 und 47 erreicht.
  • Um die beschriebene Wärmepumpe zwischen dem reinen Wärmepumpenbetrieb und dem reinen Kesselbetrieb kontinuierlich steuern zu können, genügt es, den öffnungszustand der Ventile 25 und 26 bzw. 27 und 28 kontinuierlich zu verändern sowie die Ventile 29, 30 und 35 zu öffnen bzw. zu schliessen. Ferner muß die Drosselwirkung der Drosseln 6 und 11 entsprechend dem öffnungszustand der Ventile 25, 26, 27 und 28 angepaßt werden. Weitere Veränderungen sind nicht notwendig.
  • Da die Veränderung kontinuierlich zwischen beiden extremen Betriebszuständen erfolgen kann, kann die gesamte Anlage optimal an die äußeren Gegebenheiten angepaßt werden, insbesondere ist es jederzeit möglich, beim Mischbetrieb je nach den Anforderungen einen größeren Wärmepumpen- und ei-. nen geringeren Kesselanteil zu wählen oder umgekehrt.
  • Beim reinen Kesselbetrieb wäre es auch möglich, das Lösungsmittel zusätzlich durch den Niederdruckabsorber 8 hindurchzuführen, um auch in diesem einen Wärmetausch mit dem Heizungssystem zu ermöglichen. In diesen Falle wird das Ventil 35 geschlossen, während die Ventile 33 und 37 geöffnet werden.
  • Beim reinen Kesselbetrieb wird der Durchsatz sowohl des aus dem Kocher ausgetriebenen Kältemittels als auch der aus dem Kocher zum Absorber fließenden armen Lösung nicht in an sich bekannter Weise durch Regelventile mit veränderbarer Drosselwirkung gesteuert, sondern durch eine unterschiedliche Pumpleistung der Umwälzpumpe bzw. der Umwälzpumpen in den Rückführleitungen 13 und 23. Diese Pumpen können dazu vorteilhaft mehrstufig oder volumstromvariabel ausgebildet sein. Dabei ergibt sich als wesentlicher Vorteil, daß kein durch regelbare Drosselventile verursachter Druckabfall in der Leitung auftritt, sondern das Druckniveau im gesamten Leitungssystem etwa gleich ist. Zur Umwälzung der Lösung benötigt man daher nur geringe Pumpleistungen, die insgesamt wesentlich geringer sind als die, die bei herkömmlichen Verfahren aufzubringen waren, bei denen der Durchsatz durch unterschiedliche Drosselung der Ströme erzielt wurde.
  • Durch diese Maßnahme können auch komplizierte Regelarmaturen vermieden werden, die zu Störungen Anlaß geben könnten. Die Steuerung der Umwälzpumpen läßt sich in einfachster Weise bewerkstelligen und kann daher den jeweiligen Erfordernissen optimal angepaßt werden.

Claims (12)

1. Verfahren zum Betrieb einer bivalent betreibbaren Absorptionswärmepumpe, bei welchem man im reinen Wärmepumpenbetrieb das im Kocher ausgetriebene Kältemittel über einen Verflüssiger, eine Kältemitteldrossel und einen Verdampfer einem Absorber zuführt, es dort mit einer vom Kocher dem Absorber über einen Temperaturwechsler und eine Lösungsmitteldrossel zugeführten armen Lösung vereinigt und die entstehende reiche Lösung über den Temperaturwechsler und gegebenenfalls über einen der Kühlung des vom Kocher austretenden Kältemittelstroms dienenden Rücklaufkühler dem Kocher zuleitet, während man beim reinen Kesselbetrieb das aus dem Kocher ausgetriebene Kältemittel nach dem Verflüssiger unmittelbar dem Absorber zuleitet, die arme Lösung aus dem Kocher direkt zum Absorber führt und die aus dem Absorber austretende reiche Lösung direkt dem Kocher zuführt,
dadurch gekennzeichnet , daß man
in einem Mischbetrieb den Kältemittelstrom nach dem Verflüssiger und den aus dem Kocher austretendem Strom der armen Lösung aufteilt, wobei ein Teilstrom des Kältemittels durch die Kältemitteldrossel und den Verdampfer einem Niederdruckabsorber zugeführt wird, in welchen ein Teilstrom der armen Lösung über den Temperaturwechsler und die Lösungsmitteldrossel eingeleitet wird, während der andere Teilstrom des Kältemittels entweder unmittelbar dem Kocher oder einem Hochdruckabsorber zugeführt wird, dem in beiden Fällen der andere Teilstrom der armen Lösung unmittelbar zugeleitet wird, und daß man die reiche Lösung aus dem Niederdruckabsorber durch den Temperaturwechsler und/oder den Rücklaufkühler, die Lösung aus dem Hochdruckabsorber dagegen unmittelbar dem Kocher zuführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man im Mischbetrieb die Drosselwirkung der beiden Drosseln gegenüber dem reinen Wärmepumpenbetrieb erhöht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man im Mischbetrieb den Teilstrom des Kältemittels nur durch einen Teil des Verdampfers führt.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man im Mischbetrieb den Gasdurchströmquerschnitt des Verdampfers gegenüber dem reinen Wärmepumpenbetrieb verringert.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man beim reinen Wärmepumpenbetrieb die arme Lösung und das Kältemittel im Niederdruckabsorber vereinigt und die entstehende reiche Lösung anschließend durch den Hochdruckabsorber leitet.
6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man im reinen Kesselbetrieb den Durchsatz des aus dem Kocher ausgetriebenen Kältemittels sowie den Durchsatz der aus dem Kocher zum Absorber fließenden armen Lösung nicht mit Drosselventilen regelt, sondern diesen durch unterschiedliche Pumpleistung der die aus dem Absorber austretende reiche Lösung fördernden Umwälzpumpe bzw. Umwälzpumpen steuert.
7. Bivalente Absorbtionswärmepumpe zur Durchführung des Verfahrens der Ansprüche 1 bis 5 mit einer von einem Kocher zu einem Absorber führenden Kältemittelleitung, in die hintereinander ein Verflüssiger, eine Kältemit- teldrossel und ein Verdampfer eingeschaltet sind, mit einer arme Lösung aus dem Kocher dem Absorber über einen Temperaturwechsler und eine Lösungsmitteldrossel zuführenden Lösungsmittelleitung, mit einer die reiche Lösung aus dem Absorber dem Kocher über den Temperaturwechsler und/oder einen der Kühlung des aus dem Kocher ausgetriebenen Kältemittels dienenden Rücklaufkühler zuführenden Rücklaufleitung, in die eine Förderpumpe eingeschaltet ist, mit einer verschließbaren Umgehungsleitung, mit welcher das Kältemittel vom Ausgang des Verflüssigers unter Umgehung der Kältemitteldrossel und des Verdampfers direkt dem Kocher oder dem Absorber zuführbar ist, mit einer weiteren verschließbaren By-Pass-Leitung, mit welcher die arme Lösung unter Umgehung des Temperaturwechslers und der Lösungsmitteldrossel direkt dem Absorber zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber in einen Niederdruckabsorber (8) und in einen Hochdruckabsorber (18) unterteilt ist, daß die vom Verdampfer (7) kommende Kältemittelleitung (2) in den Niderdruckabsorber (8) und die Umgehungsleitung (21) in den Kocher (1) oder in den Hochdruckabsorber (18) einmündet, daß die Lösungsmittelleitung (9) in den Niederdruckabsorber (8), die By-Pass-Leitung (19) dagegen in den Hochdruckabsorber (18) einmündet, daß eine zweite unmittelbar zum Kocher (1) führende, eine zweite Förderpumpe (24) aufweisende Rückführleitung (23) vorgesehen ist, die mit dem Auslaß (22) des Hochdruckabsorbers (18) verbindbar ist, während die erste Rückführleitung (13) mit dem Niederdruckabsorber (8) verbindbar ist, und daß in der Kältemittelleitung (2) nach der Abzweigung (20) der Umgehungsleitung (21), in der Umgehungsleitung (21), in der Lösungsmittelleitung (9) nach der Abzweigung der By-Pass-Leitung (19), in der By-Pass-Leitung (19) sowie in beiden Rückführleitungen (13 bzw. 23) Schaltventile (25, 26, 27, 28, 30, 32) angeordnet sind.
8. Wärmepumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseln (6, 11) in der Kältemittelleitung (2) und in der Lösungsmittelleitung (9) in ihrer Drosselwirkung veränderbar sind.
9. Wärmepumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseln (6, 11) volumenstromvariable Expansionsventile sind.
10. Wärmepumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseln (6, 11) mindestens zwei Parallelleitungen (38, 39; 44, 45) mit Drosselventilen (42, 43; 48, 49) umfassen, wobei die Parallelleitungen (38, 39; 44, 45) durch Schaltventile (40, 41; 46, 47) abwechselnd oder gemeinsam geöffnet werden können.
11. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdruckabsorber (18) im reinen Wärmepumpenbetrieb zwischen Niederdruckabsorber (8) und die erste Rückführleitung (13) einschaltbar ist.
12. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderpumpen (14, 24) mehrstufig oder volumenstromvariabel ausgebildet sind.
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