SORPTION HEAT PUMP WITH ATTACHED HOT-WATER TANK

Abstract: 1. An absorption heat pump with a connected hot-water storage tank (20), an absorption unit consisting of a separator (7), an evaporator (3) preceded by a controllable expansion valve (12), and an absorber (13) and a condenser (6), characterized in that all the components (1-14) carrying the working medium, e.g. ammonia, are combined in a compact first arrangement (A), while those components which do not carry the working medium, e.g. the hot-water storage tank (20), valves (21), pumps (22, 23) and electronic monitoring and control unit (28), are combined in a second compact arrangement (B).

Description: Sorptionswärmepumpe mit angeschlossenem Brauch wasserspeicher Die Erfindung betrifft eine Sorptionswärmepumpe mit anschlossenem Brauchwasserspeicher, mit einem Sorptionsaggregat bestehend aus einem Austreiber, einem Verdampfer mit vorgeschaltetem, regelbarem Expansionsventil sowie einem Absorber und einem Kondensator. Als Wärmepumpensysteme mit angeschlossener Brauchwasserbereitung kennt man die elektromotorisch betriebene und die verbrennungsmotorisch betrieben Kompressionswärmepumpe, bei der,ein mechanischer Verdichter über einen Elektromotor bzw. Verbrennungsmotor angetrieben wird. Für ein Beheizen des Austreibers des Sorptionsaggregats sowie ein Aufheizen des Heisswassers für den Brauchwasserspeicher muss Primärenergie mehrfach umgewandelt werden, was zum Teil zu erheblichen Energieverlusten führt. Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Sorptionswärmepumpe mit angeschlossenem Brauchwasserspeicher der eingangs genannten Art, bei der bei einfachem Aufbau die Primärenergie im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen verlustarm über einen Sorptionsprozess in das Brauchwasserheizsystem zuführbar ist, und damit ein guter Wirkungsgrad der Anlage erzielt wird. Gelöst wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch, dass sämtliche das Arbeitsmittel, wie Ammoniak, führen Komponenten in einer kompakten ersten Anordnung zusammengefasst sind, während die nicht das Arbeitsmittel führen Komponenten, wie Warmwasserspeicher, Ventile, Pumpen und elektronische Überwachung und Steuerung in einer zweiten kompakten Anordnung zusammengefasst sind. Die Anordnung ist insbesondere so getroffen, dass der wassergekühlte Absorber zusammen mit dem Kondensator als WäXmetauscher zum Aufheizen des Heizwassers dient. Die Absorberkühlung kann zweckmässigerweise als schraubenförmiges Rohrschlangensystem ausgebildet sein, das aussen von Heizungswasser umströmt wird. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das sich auf einem höheren Temperaturniveau befindliche Absorberlösungsrückführungs-Aggregat im inneren Hohlzylinder der Absorberkühlung angeordnet ist. Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass sowohl der Kondensator als auch der Verdampfer als schraubenförmige Rohrschlangen ausgebildet sind, wobei der innere Durchmesser der schraubenförmigen Anordnung so gewählt ist, dass der Kondensator und der Verdampfer den wassergekühlten, sich auf einem höheren Temperaturniveau befindlichen Absorber umhüllen. Insbesondere kann ein Speicher für die integrale Brauchwassererwärmung vorgesehen sein, wobei für die Zuleitung der Wärme eine Rohrspirale ausgebildet ist, die bei Bedarf in einer Vorrangschaltung vom Heizungswasser durchflossen ist. Besonders zweckmässig ist es, wenn die erste Anordnung und die zweite Anordnung durch eine Blechverkleidung zusammengefasst sind. Erfindungsgemäss werden somit die einzelnen Komponenten verfahrenstechnisch so verschaltet, dass möglichst geringe Verlustwärmen auftreten. Damit wird ein guter Wirkungsgrad der Anlage erzielt. Brauchwassererwärmung sowie die Brauchwasserspeicherung ist erfindungsgemäss integraler Bestandteil des Gesamtaggregats. Besonderer Vorteil ist die einfache Montage und Wartung der Anlage, da die erste und die zweite Anordnung der einzelnen Komponenten jeweils als Subsystem in Form einer Montage und Wartungseinheit aufgebaut sind, die für ein Bedienungsperson leicht zugänglich ist. Bei der Erfindung wird das aus der Kältetechnik bekannte Sorptionsverfahren mit z.B. dem Arbeitsstoffpaar Ammoniak/Wasser dergestalt herangezogen, dass es möglich ist, Heizungsverlauftemperaturen zu erzeugen, die für den überwiegenden Zeitraum (bis zu ca. 90e) einer Heizperiode benötigt werden. Es werden die aus der Kältetechnik bekannten Komponenten und Wärmetauscher verwendet. Als bekannte Basiselemente umfasst das Wärmepumpensystem einen Austreiber oder Kocher, in dem als Arbeitsstoff z.B. Ammoniakdampf aus stark ammoniakhaltigem Wasser durch Wärmezufuhr ausgetrieben wird. Als Heizmittel kommen Heizöl, Erdgas, feste Brennstoffe sowie elektrische Energie in Frage. Der ausgetriebene Dampf kondensiert im Kondensator, wo er seine Kondensationswärme in das Heizungswasser abgibt. Durch ein Expansionsventil wird das flüssige Ammoniak auf einen niederen Druck entspannt und dem Verdampfer zugeführt, wo es unter Wärmeaufnahme aus der Umgebung verdampft. Das verdampfte Ammoniak wird dem Absorber zugeleitet, der seinerseits die an Ammoniak verarmte Lösung des Austreibers erhält. Hierbei wird das schwach ammoniakhaltige Heisswasser aus dem Austreiber über ein zweites Expansionsventil dem Absorber zugeführt, wo es unter Wärmeabgabe den vom Verdampfer kommenden Ammoniakdampf löst. Die im Absorberaggregat angereicherte Ammoniaklösung wird über eine Umwälzpumpe in den Austreiber zurückgepumpt, wo der Austreibungsprozess von neuem beginnt. Die Verbindungsleitungen, die zwischen den beiden Montageeinheiten bestehen, führen nur Heizungswasser, Sole oder Hydrauliköl. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigt: Fig. 1 eine schematische Seitenansicht der ersten und zweiten Anordnung nach der Erfindung, Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf die erste und zweite Anordnung gemäss Figur 1, und Fig. 3 ein Schaltungsdiagramm der Einzel komponenten der Sorptionswärmepumpe mit angeschlossenem Brauchwasser speicher gemäss den Figuren 1 und 2. In den Figuren 1 und 2 sind die erste Anordnung A sowie die zweite Anordnung B der einzelnen Komponenten in kompakter Weise dÅargestellt, derart, dass die das Arbeitsmittel führenden Komponenten in einer ersten Anordnung A gemäss Zeichnung rechts und die nicht das Arbeitsmittel führenden Einzelkomponenten in einer zweiten Anordnung B gemäss Zeichnung links dicht benachbart von der ersten Anordnung A gelegen und in geeigneter Weise miteinander verbunden sind. Die erste Anordnung A umfasst im wesentlichen das Sorptionsaggregat bestehend aus einem Dephlegmator 1, einer Absorberkühlung 2, einem Verdampfer 3, einem Ammoniakbehälter 4, einer Membranpumpe 5 sowie einem Kondensator 6. Der Austreiber 7 wird von einem Brenner 9 beheizt, während der Rektifikator bei 8 vorgesehen ist. Die zweite Anordnung B gemäss Zeichnung links umfasst im wesentlichen einen Brauchwasserspeicher 20 Ventile 21, sowie Pumpen 22 und 23. Ferner ist in diese Anordnung eine elektronische Oberwachungs- und Steuereinheit 28 integriert. Ferner weist die zweite Anordnung B Zu- und Abführungsleitungen für das Brauchwasser 31, die Sole 32 sowie die Heizung 30 auf. Beide Anordnungen A und B sind nur mit einen Minimum an Verbindungsleitungen miteinander verbunden, und zwar für das Heizungswasser, die Sole oder das Hydrauliköl. Die räumliche Anordnung der Aggregate ist so gestaltet, dass der wassergekühlte Absorber, der zusammen mit dem Kondensator 6 die Wärme in den Heizungskreis überführt, als Rohrschlangensystem ausgebildet ist. Das Aggregat für die Lösungsrückführung befindet sich im Innenraum des wassergekühlten Absorbers. Durch diese Anordnung wird die von der Lösungsrückführung bei hoher Temperatur verursachte Wärmestrahlung unmittelbar vom Heizungswasser über den externen Kühlmantel aufgenommen. Der Kondensator 6 ist als koaxiales Rohrschlangensystem ausgebildet und um den Absorber gelegt, wobei die vom Absorber bei höherer Temperatur abgegebene Strahlungswärme vom Kühlmantel des Kondensators 6 aufgenommen wird. Die Verdampfung des Ammoniaks erfolgt in einem Rohrschlangensystem, das von einem, die Sole führenden Hüllmantel umgeben und koaxial zum Absorber angeordnet ist. Um einen zu grossen Wärmeaustausch zwischen Verdampfer 3 und Absorber zu unterbinden, wird eine entsprechende Wärmedämmung in den Ringspalt eingebracht. In Figur 3 ist das integrale Schaltbild der Anlage schematisch dargestellt. Die das Sorptionsaggregat bestimmenden Einzelkomponenten sind hierbei gemäss Zeichnung oben und die die zweite Anordnung B kennzeichnenden Komponenten unten gezeigt. Die Einzelkomponenten sind hierbei im wesentlichen bereits im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 beschrieben worden. Das Schaltbild zeigt ferner hinsichtlich des Sorptionsaggregates eine Lösungspumpe lo, Drosseln 11 und 12 sowie den Absorber 13 und den Temperaturwechsler 14. Mit den Bezugszeichen 26 und 27 werden der Vorlaufverteiler bzw. der Rücklaufverteiler gekennzeichnet, während die Kaltwasserleitung mit den Bezugszeichen 25 versehen ist. Ersichtlich ist die Brauchwassererwärmung sowie Brauchwasserspeicherung integraler Bestandteil des Gesamtaggregats einer Absorberheizung mit kombinierter Brauchwasseraufbereitung. Die in Figur 3 veranschaulichten Regeleinheiten wie Ventile 21 und Pumpen 23, die erfindungsgemäss in einer Vorrangschaltung zur Aufheizung des Brauchwasserspeichers benötigt werden, sind nach den Figuren 1 und 2 in einem getrennten Montagerahmen zu einer Wartungseinheit zusammengefasst, die gemeinsam mit dem Soprtionsaggregat in einem Gehäuse untergebracht ist. Die Erfindung betrifft somit eine Soprtionswärmepumpe mit angeschlossenem Brauchwasserspeicher, wobei die Primärenergie bis auf einen kleinen Verlustanteil durch Wärmestrahlung und Abgaswärme über einen Sorptionsprozess in ein Heizsystem für eine Brauchwasseraufbereitung übergeführt und mittels der in der Primärenergie enthaltenen Energie zusätzlich ein beträchtlicher Energieanteil aus der Umgebung (Luft, Grundwasser, Erdwärme oder Abwärme) in das Heizsystem gepumpt wird.

Claims: Patentansprüche: 1. Sorptionswärmepumpe mit angeschlossenem Brauch wasserspeicher, mit einem Sorptionsaggregat be stehend aus einem Austreiber, einem Verdampfer mit vorgeschaltetem, regelbarem Expansionsventil sowie einem Absorber und einem Kondensator, da durch gekennzeichnet, dass sämtliche das Arbeits mittel, wie Ammoniak, führenden Komponenten (1-14) in einer kompakten ersten Anordnung (A) zusammen gefasst sind, während die nicht das Arbeitsmittel führenden Komponenten, wie Warmwasserspeicher (20), Ventile (21) Pumpen (22, 23) und elektronische Überwachung und Steuerung in einer zweiten kom pakten Anordnung zusammengefasst sind. 2. Sorptionswärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass der Wärmetauscher zum Auf heizen des Heizwassers durch den wassergekühlten Absorber (13) und den Kondensator (6) gebildet ist. 3. Sorptionswärmepumpe nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorberkühlung (2) als schraubenförmiges Rohrschlangensystem ausgebildet ist, das aussen Von Heizungswasser umströmt wird. 4. Sorptionswärmepunpe nach Anspruch 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, dass das sich auf einem höheren Temperaturniveau befindliche Absorber lösungsrückführungs-Aggregat im inneren Hohl zylinder der Absorberkühlung (2)- angeordnet ist. 5. Sorptionswärmepumpe nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Konensator (6) als auch der Verdampfer (3) als schraubenförmige Rohrschlangen ausgebildet sind, wobei der innere Durchmesser der schraubenförmigen Anordnung so gewählt ist, dass der Kondensator (6) und der Verdampfer den wassergekühlten, sich auf einem höheren Temperaturniveau befindlichen Absorber (13) umhüllen. 6. Sorptionswärmepumpe nach Anspruch 1 und 2, da durch gekennzeichnet, dass ein Speicher für die integrale Brauchwassererwärmung vorgesehen ist, wobei für die Zuleitung der Wärme eine Rohrspirale ausgebildet ist, die bei Bedarf in einer Vorrang schaltung vom Heizungswasser durchflossen ist. 7. Sorptionswärmepumpe nach. einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die er.ste Anordnung (A) und die zweite Anordnung (B) durch eine Blechverkleidung zusammengefasst sind.

Inventors: ECKERT, MANFRED, DR.
Applicants: M.A.N. MASCHINENFABRIK AUGSBURG-NURNBERG AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1980
Main classification: F24H1
IPC codes: F24D3, F25B30, F24H4, F25B15