WORKING MEDIUM FOR ABSORPTION HEAT PUMPS

Abstract: 1. A working medium for use in absorption heat pumps and comprising the refrigerant difluorochloromethane (R-22) and an adsorbent, in which the adsorbent is triezthylene glykol dimethyl ether.

Description: Arbeitsmedium für Absorptionswärmepumpen Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Arbeitsmedium das Difluorchlormethan enthält und in einer Wärmepumpe vom Absorptionstyp zur Erzeugung von Kälte oder Wärme eingesetzt werden kann; Die Verwendung von Wärmepumpen für Kühl- oder Heizzwecke ist seit langem bekannt. Während anfangs elektrisch angetriebene Kompressionsmaschinen zur Erzeugung von Kälte im Vordergrund standen, gewinnen in letzter Zeit Heizwärmepumpen an Interesse, die in der Lage sind, Energie einzusparen. Dabei können im Prinzip sowohl Kompressions-. als auch Sorptions-Wärmepumpen eingesetzt werden. Sorp tions-ärmepumpen haben aber gegenüber elektrisch angetriebenen Kompressions-Wärmepumpen einige Vorteile, im wesentlichen die Geräuscharmut, geringerer Verschleiss, da kaum mechanisch angctrlebene Teile vorhanden sind,.gerin- gerer Wartungsbedarf, geringere Anlagenkosten, vor allem aber ein geringerer Primär-Engergieverbrauch. Bei einer elektrisch betriebenen Kompressions-Wärmepumpe ist z. B. zu berücksichtigen, dass bis zur Stromerzeugung etwa 2/3 der Primärenergie verloren gegangen sind. Stoffpaare für Sorptions-Wärmepumpen, bestehend aus einem Lösungsmittel und einem flüchtigen zu lösenden Stoff, sind bereits bekannt. Solche Stoffpaare wurden zunächst für den Einsatz in grosstechnischen Kältemaschinen entwickelt (Wasser/Ammoniak; Lithiumbromid/ Wasser) . Für private Haushalte ist allerdings der Einsatz von Ammoniak aus toxikologischen und sicherheitstechnischen Gründen ein gesehränkt. Kombinationen mit Lithiumbromid erfordern einen hohen Aufwand bezüglich Dichtheit, da die Anlagen in hohem Vakuum arbeiten. Ausserdem ist die Kristallisationsgrenze bei niedrigen Temperaturen der Wärmequelle zu beachten. Für den Einsatz in kleinere-n Systemen, insbesondere in privaten Haushalten, wurden Systeme vorgeschlagen, die einen Fluorchlorkohlenwasserstoff als flüchtige Phase enthalten, da diese Stoffgruppe unbrennbar und vergleichsweise. nicht toxisch und nicht korrosiv ist. Arbeitsstoffpaare für Sorptions-Warmepumpen, in denen das Lösungsmittel ein Phosphorsaureamid mit Alkyl- oder Phenylgruppen ist und die flüchtige Phase ein Fluorchloralkan darstellt, sind-Gegenstarsf der DE-OS 29 44 189. Als derzeitig günstigstes System eines Fluorchlorkohlenwasserstoffes mit einem Lösemittel wird in der Fachlitera- tur die Kombination von FKW 22 (Difluorchlormethan) mit Tetraethylenglykol-dimethylether angesehen. (B. Eisemann, Absorption refrigeration, ASHRAE Journal, Dec. 1959, p. 45 - 50. S. Mastrangelo, Chlorofluorohydrocarbons in tetraethylene glyco dimethyl ether, ASHRAE Journal, Oct. 1959, p. 64 - 67. K. Stephan, D. Seher, Arbeitsgemische für Sorptions-ärmepumpen, Klima-Kälte-Heizung 1/1980 Seite 874, 875), Figur 1 zeigt stark vereinfacht einen .4bsorptions-Wärme- pumpen-Kreisprozess. Der EZärmefluss in das System und aus dem System wird mit Q bezeichnet und durch die Pfeilrichtung angegeben. Die Funktionsweise ist wie folgt: Im Verdampfer (6) wird durch Wärmeaufnahme, bei niedriger Temperatur (z.B. C) das Kältemittel (z.B. FKW 22) verdampft. Der Kältemitteldampf gelangt über Leitung (7) in den Absorber (8) und löst sich dort im Lösemittel. Dabei wird Wärme freit die z.B. an einen zu heizenden Wasserkreislauf abgegeben werden kann. Das mit Kältemittel angereicherte Lösemittel (reiche Lösung) wird über Leitungen (10) und (11) mit einer Pumpe (12) in den Austreiber (1) gepumpt. Der Austreiber (1) wird beheizt (z.B. bei 1300c), wodurch Kältemittel aus der Lösung desorbiert und über Leitung (2) in den Verflüssiger (3) gelangt. Im Verflüssiger (3) wird der Kältemitteldampf bei höherer Temperatur, z.B. 50 verflüssigt. Die dabei frei werdende Verdampfungswärme kann z.B. an einen zu heizenden Wasserkreislauf abgegeben werden. Sinnvollerweise wird die Wärmepumpe so betrieben, dass die Wärmeabgabe des Verflüssigers und des Absorbers bei gleicher Temperatur erfolgt (z.B. 500C) Vom Verflüssiger (3) gelangt das flüssige Kältemittel über Leitung (4) und das Expansionsventil (5) wieder in den Verdampfer (6). Die im Austreiber (1) durch Desorption von Kältemittel an Kältemittel verarmte Lösung (arme Losung) gelangt über Leitung (9) und Drosselventil (13) zurück in den Absorber (8) und kann dort wieder Kältemitteldampf aus dem Verdampfer (6) lösen. Der Wärmepumpen-Kreisprozess erfolgt zwischen zwei Druckniveaus. Der Druck der Niederdruckseite (nach Expansionsventil, Verdampfer, Absorber bis Lösungspumpe) resultiert aus dem Sättigungsdampfdruck des Kältemittels bei der Verdampfungstemperatur. Z.B. FKW 22 besitzt bei OOC einen Sattigungsdampfdruck von 5 bar. Der Druck der Hochdruckseite (ab Losungspumpen-Austritt, Austreiber, Verflüssiger bis Expansionsventil) resultiert aus dem Sättigungsdampfdruck des Kältemittels bei der Verflüssigungstemperatur. Z.B. FKW 22 besitzt bei 50 C einen Sättigungsdampfdruck von 19 bar. Es liegt auf der Hand, dass pro kg Lösemittel um so mehr Wärme in der Anlage transportiert werden kann, je grosser die Differenz zwischen den Löslichkeiten des Kältemittels im Absorber und Austreiber ist. Diese Löslichkeitsdifferenz in kg Kältemittel pro kg Lösemittel wird als Entgasungsbreite bezeichnet. Multipliziert man die Entgasungsbreite mit der Verdampfungswärme des Kältemittels (FKW 22 besitzt bei 500C eine Verdampfungswärme von 15l; KJ pro kg, so erhält man die pro kg Lösemittel transportierbare Wärmemenge. Fur das in der Lit-eratur beschriebene System FKW 22 /Tetra ethylenglykoldimethylethet beträgt, nach eigenen Versuchen, die Entgasungsbreite 0,19 kg FKW 22 pro kg Losemittel. Die Messung wurde unter folgenden Bedingungen vorgenommen: Verdampfer-/ Absorber-Teil: 5 bar Dampfdruck von FKW 22 und 500C Lösungstemperatur. Austr-eiber-/Kondensator-Teil: 19 bar Dampfdruck von KW 22 und 1300C Lösungstemperatur. Die transportierbare Wärmemenge beträgt -demnach 29,3 *q/kg Lösemittel. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Arbeitsstoffpaar zu schaffen, das pro Gewichtseinheit des Lösemittels eine erheblich höhere Wärmemenge transportiert, aber die ubrigen Anforderungen an ein solches System ebenfalls erfüllt. Beispielsweise soll das System im Arbeitsbereich niedrige Viskosität aufweisen und nicht korrosiv sein. Es soll möglich sein, der Umgebung bei -20 C Wärme zu -entziehen. Die flüchtige Verbindung soll aus dem Losungs--- mittel bei Temperaturen von 90 C bis 1800C ausgetrieben werden können. Es wurde nun gefunden, dass das Stoffpaar Difluorchlormethan (FKW 22) /Tr iethyl englykol-dimethyläther (TÄG) diese Anforderungen erfüllt. Die Entgasungsbreite dieses Systems ist um etwa 50 g grösser, als beim System FKW 22/Tetraethy lenglykol-dimethyläther. Die Wärmemenge die pro kg Lösemit tel transportiert werden kann, beträgt daher im vorliegen den Fall ca. 46,2 kJ/kg Lösemittel. Es ist weiterhin vor teilhaft, dass das Lösemittel TÄG bei 200C eine Viskosität von nur 3,0 mPa s besitzt, während Tetraethylenglycol-dimethyläther eine Viskosität von 5,1 mPa s aufweist. Die mit dem erfindungsgemässen Stoffpaar gefüllten Sorptions Wärmepumpen können sowohl als Kältemaschine oder als Heiz warmepumpe betrieben werden. Der Einsatz des erfindungsgemässen Stoffpaares ist in gewis sen Temperaturbereichen möglich. Die Temperaturbereiche für verschiedene Anlagenteile- werden nachfolgend aufgeführt. 1. Verdampfer: Die Verdampfung kann im Bereich von -200C bis +LI0 oC erfolgen, vorzugsweIse im Bereich -10 C bis +2000, insbesondere im Bereich -50C bis +100C. 2. Kondensation: Die Kondensation kann im Bereich von 20 C bis 80 C erfolgen, vorzugsweise zwischen 35 C und 65 C. 3. Absorber: Die Absorption kann bei Temperaturen zwischen 20 und 80 erfolgen, vorzugsweise zwischen 35 C und 65 C. 4. Austreiber: Das Austreiben von FKW 22 aus der Lösung kann zwischen 90 C und 180 C erfolgen, vorzugsweise zwischen 110 und 150 C. Die Lage der Mittelpunkte der Anlagenteile 1 (Austreiber), 3 (Verflüssiger), 6 (Verdampfer) und 8 (Absorber) bezüglich des gezeichneten Koordinatensystems von Figur 1 veranschaulicht gleichzeitig bevorzugte Arbeitsbedingungen für eine Wärmepumpe mit dem erfindungsgemässen Arbeitsmedium. Unter den bereits genannten Bedingungen im Verdampfer/Absorber-Teil und Austreiber/Kondensator-Teil, besitzt FKW 22 in TÄG und vergleichsweise in Tetraethylenglykoldimethylether folgende Löslichkeiten. Triäthylenglykol- Tetraäthylenglykol dimethyläther (TAg) dimethyläther (E 181) Verdampfer/Absorber- 0,61 kg/kg 0,53 kg/kg Teil Austreiber/Kondensstor- 0,31 kg/kg 0,34 kg/kg Teil Entgasungsbreite 0,3kg/kg 0,19 kg/kg Es ist überraschend, dass das erfindungsgemässe System, enthaltend TAG, einen Vorteil aufweist gegenüber dem analogen System auf Basis von Tetraethylenglycoldimethyläther. Es ist aus der US-PS 20 40 901 bekannt, dass beide tr gute Lösungsmittel für FKW 21 darstellen. In der gleichen Literaturstelle wird jedoch ausgeführt, dass aus den Löslichkeitseigenschaften eines bestimmten Halogenderivats des Methans keine Schlüsse gezogen werden können bezüglich der Löslichkeitseigenschaften eines anderen Halogenderivats des Methans. Je niedriger die Temperatur im Absorber ist, umso höher ist die erreichte Beladung des TAG mit FKW 22. Je höher die Temperatur im Austrieber ist, umso geringer ist die Restbeladung. Das Mischungsverhältnis T0G/FKW 22 hängt also von den Arbeitsbedingungen ab. in den meisten Fällen beträgt der Gewichtsanteil FKW 22 10 - 75 %, vorzugsweise 20 - 40 p.

Claims: Patentansprüche: 1. Arbeitsmedium zur Verwendung in Sorptions-Wärmepumpen bestehend aus dem Kältemittel Difluorchlormethan (FKW 22) und einem Absorptionsmittel, dadurch gekenn zeichnet, dass das Absorptionsmittel Triethylenglycol dimethyläther ist. 2. Verwendung des Stoffpaares gemäss Anspruch 1 in einer Sorptions-Wärmepumpe, die als Kältemaschine oder als Heizwärmepumpe betrieben wird. 3. Verfahren zum Wärmetransport mittels einer Absorptions wärmepumpe, die einen Verdampfer, einen Absorber, einen Austreiber und einen Verflüssiger enthält, wobei im Ver dampfer bei Temperaturen von -20 bis + LIO0C flüssiges Difluorchlormethan unter Wärmeaufnahme verdampft, der entstandene Dampf in dem Absorber geführt und dort bei 20 bis 80 C in einem organischen Lösemittel gelöst wird, die beim Lösevorgang auftretende Wärme aus dem Absorber mindestens teilweise abgeführt wird, das ent stehende Difluorchlormethan/Lösemittel-Gemisch in den Austreiber gepumpt wird, dort auf 90 bis 1800C aufge heizt wird, so dass Difluorchlormethan aus der Lösung mindestens teilweise ausgetrieben wird, das ausgetriebene gasförmige Difluorchlormethan in den Verflüssiger geführt wird, dort wie im Absorber bei Temperaturen von 20 bis 800C, jedoch bei einer Temperatur, die über der Tem peratur im Verdampfer liegt, verflüssigt wird, die dabei auftretende Verdampfungoärme abgegeben-wird, das flüs sige Difluorchlormethan wieder in den Verdampfer zurück geführt wird, die im Austreiber durch Austreiben von Difluorchlormethan entstandene an Difluorchlormethan verarmte Lösung wieder in den Absorber zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als organisches Löse mittel Triethylenglykoldimetbyläther eingesetzt wird.

Inventors: HOFFMANN, BERND, NAPIERSKI, KLAUS, SCHOLTEN, WOLFGANG
Applicants: HOECHST AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1983
Main classification: C09K5
IPC codes: C09K5, F25B15, B01J19