METHOD OF RUNNING A GENERATOR-ABSORPTION HEAT PUMP HEATING INSTALLATION FOR ROOM HEATING, HOT WATER HEATING AND THE LIKE AND A GENERATOR-ABSORPTION HEAT PUMP HEATING INSTALLATION

Abstract: A method of running a monovalent generator-absorption heat pump, up to a heating capacity of approximately 20 kW, and such a pump are described. In order to be able to produce the multi-stage periodically acting absorption heat pump with as small as possible a number of devices and as far as possible without fault-susceptible, maintenance- requiring and energy-consuming components or aggregates which require maintenance, in particular a solution pump, it is envisaged to operate with a periodic change of the operating phases generation with condensation and evaporation with absorption at different pressure levels, in the generation phase high-temperature heat being supplied via the generator to a working-substance solution circuit and available heat being imparted to heating water on the condensation of the vapour created on the condenser, and during the absorption phase low-temperature heat being supplied to the coolant in the evaporator and being imparted in the form of available heat in the absorber to heating water, and the high or low-temperature heat supply being alternately switched on when the heating water return run or forward run temperature falls below a predetermined lower limit temperature and switched off when the heating water return run or forward run temperature exceeds a predetermined upper limit temperature.

Description: Verfahren zum Betreiben einer Generator-Absorptionswärmepumpen Heizanlage für die Raumheizung, Warmwasserbereitung u. dgl. und Generator-Absorptionswärmepumpen- Heizanlage Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Generator-Absorptionswärmepumpen-Heizanlage und eine solche Heizanlage für die Raumheizung, Warmwasserbereitung, u. dgl. bis zu einer Heizleistung von ca. 20 kW gemäss dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 3. Bekannte kontinuierlich betriebene Absorptionswärmepumpen Heizanlagen, meist mit Ammoniak/Wasser als Arbeitsstofflösung, benötigen eine Lösungspumpe, um diese aus dem Absorber in den Austreiber, gegebenenfalls über einen Wärme- bzw. Temperaturwechsler, zu pumpen. Solche Lösungspumpen benötigen Antriebsenergie, sind wartungsbedürftig und teilweise störanfällig. Bekannte Absorptionskühlvorrichtungen kleiner Leistung bedienen sich zur Vermeidung einer Lösungspumpe eines Hilfsgases, was zu schwachem Stoffaustausch und dadurch bedingten grossen Apparatenund Wärmetauschflächen führt (DE-PS 842 352). Absorptionsanlagen, die von E. Altenkirch (DE-PS 427 278) vorgeschlagen wurden, lassen sich wegen der erforderlichen hydrostatischen Höhen und der damit verbundenen Bauhöhe der Apparate nur in Verbindung mit dem Kältemittel Wasser und damit nur zu Klimatisierungszwecken verwenden. Absorptions-Heizsysteme mit direkter Beheizung des Austreibers durch einen Hochtemperaturenergie aufnehmenden Generator ermöglichen eine Einsparung von Primärenergie bei der Heizwärmeversorgung von Gebäuden, weil ein Teil der benötigten Wärme der Umgebung entnommen werden kann. Der breiten Einführung solcher Heizanlagen stehen jedoch bisher zwei wesentliche Gesichtspunkte entgegen, die miteinander in Beziehung stehen. Zum einen besteht wie auch bei Kompressionswärmepumpen das Problem, dass der Heizwärmebedarf des Gebäudes und das Leistungsangebot der Wärmepumpe sich bei fallenden Aussentemperaturen gegenläufig verhalten, so dass gegenüber Kältemaschinen die meist in einem eng begrenzten Betriebsbereich arbeiten, die Frage der Teillastregelung für die Brennstoffeinsparung von besonderer Bedeutung ist. Zum anderen ergibt sich hieraus, dass von kontinuierlich arbeitenden Absorptionswärmepumpen, die lediglich über das Verhältnis von Laufzeit zu Stillstandszeit geregelt werden, also mit einer konventionellen Ein-Aus-Regelungarbeiten, nur eine sehr geringe Primarenergie-Einsparung zu erwarten ist, da ein grosser Teil der Jahresheizarbeit bei Temperaturen oberhalb 0 C zu erbringen ist, was hohe Stillstandsverluste bedingt. Es sind deshalb eine grosse Zahl von Vorschlägen gemacht worden, die "klassische" Absorptionswärmepumpe so zu erweitern, dass mit einem Gerät sowohl die maximale Heizleistung bei der tiefsten Aussentemperatur als auch der geringere Wärmebedarf im Teillastbereich bereitgestellt werden kann (DE-OS 31 40 003, DE-OS 31 49 005). Es sind jedoch gemäss diesen Vorschlägen verhältnismässig komplizierte Anlagen erforderlich, welche eine Vielzahl von Apparaten und anderen Bauteilen, wie Wärmetauschern, Magnetventilen, Verbindungsleitungen und Steuerungsosganen, aufweisen, so dass die zusätzlichen Anlagenkosten durch die Verbesserung der Jahresheizzahl noch nicht ohne weiteres kompensiert werden können. Ausserdem benötigen alle bekannten kontinuierlich arbeitenden Absorptionswärmepumpen-Heizsysteme eine Lösungspumpe, die ein anfälliges und nicht unerheblich Betriebsstrom verbrauchendes Aggregat darstellt. Aufbauend auf einem anderen bekannten Vorschlag, DE-OS 29 38 203, der sich insbesondere in Verbindung mit Wärmeträgerkreisläufen als vielstufig periodisch wirkende Absorptionswärmepumpe zur Wärmerückgewinnung und für Lüftungsanlagen vorteilhaft verwirklichen lässt, stellt sich der Erfindung die Aufgabe, die Anzahl der Apparate zu verringern und möglichst ohne anfällige, wartungsbedürftige und energieverzehrende Bauteile oder Aggregate auszukommen. Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung das im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Verfahren zum Betreiben einer Generator Absorptionswärmepumpen-Heizanlage und die in Patentanspruch 4 gekennzeichnete Generator-Absorptionswärmepumpen-Heizanlage vor. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Die Erfindung ermöglicht die Bereitstellung der Heizenergie mit einer minimalen Anzahl von Apparaten und ohne Lösungspumpe. Es wird der Nachteil periodisch arbeitender Absorptionsanlagen, der darin besteht, dass grosse Teile der Anlage und der Arbeitsstofflösung bestehend aus Lösungsmittel(n) und Kältemittel(n) intermittierend aufgeheizt und abgekühlt werden müssen, dadurch vermieden, dass Austreibung und Absorption einerseits sowie Verdampfung und Kondensation andererseits in getrennten Apparaten ablaufen, so dass der grössere Teil der Gesamtanlage ständig im Bereich des Nutztemperaturniveaus verbleibt und somit die Wärmeverluste durch Isolation gut niedrig gehalten werden können. Die Apparatevolumina und Wärmetauschflächen sind vergleichsweise klein, der Betrieb erfolgt bei stark unterschiedlichen Druckniveaus durch einen periodischen Wechsel der Betriebsphasen-Austreibung und Absorption. Im Gegensatz zu kontinuierlich arbeitenden Absorptionswärmepumpen laufen die Betriebsphasen Austreiben mit Kondensation und Verdampfung mit Absorption zeitlich voneinander getrennt ab. Mit der im Generator erzeugten Hochtemperaturwärme wird Heissdampf erzeugt, der im Kondensator durch das Heizwasser niedergeschlagen wird und so seine Nutzwärme, z.B. bei 500C, an das Heizwasser abgibt. Die zu einem anderen Zeitpunkt dem Verdampfer zugeführte Niedertemperaturwärme führt zur Erzeugung von Kaltdampf, der im Absorber niedergeschlagen wird und dabei seine Nutzwärme ebenfalls bei etwa 500C an das nun durch den Absorber geleitete Heizwasser abgibt, nachdem zuvor das Umschaltventil umgestellt worden ist. Gegenüber periodisch wirkenden Absorptionskältemaschinen, welche nur während der Verdampfungsphase Kälteleistung bereitstellen, ergibt sich bei der erfindungsgemässen Heizanlage Nutzen während der Gesamtbetriebszeit, denn entweder wird Nutzwärme als Kondensationswärme im Kondensator oder es wird Nutzwärme als Absorptionswärme im Absorber an das zu erwärmende Heizwasser abgegeben. Wegen der zeitlichen Trennung von Austreibung und Absorption lässt sich ein ausreichender Stoffaustausch ohne die sonst üb- liche Lösungspumpe realisieren, da das Druckniveau in der gesamten Anlage angehoben bzw. abgesenkt wird (bewegungsloser Apparat). Der entscheidende Vorteil einer solchen Heizanlage liegt also darin, dass die periodisch wirkende AbsorptionswGrme- pumpe selbst ohne jegliche Hilfsenergie betrieben werden kann und damit nahezu geräuschlos und wartungsfrei arbeitet. Der Kondensator, ein Behälter unterhalb des Kondensators oder der Verdampfer können als Kältemittelspeicher ausgebildet sein, so dass dann alle Teillastbetriebspunkte bei gleitenden Arbeitstemperaturen unter optimaler Wärmeeinkopplung aus der Umgebung (Niedertemperaturwärme) ermöglicht werden. In Abhängigkeit von den erforderlichen Heizwassertemperaturen wird weiterhin die Heizleistung der Anlage über das Verhältnis Generator-(Brenner-) Betriebszeit zu Verdampfer-(Absorber-)Betriebszeit gleitend dem Wärmebedarf angepasst, wobei es zweckmässig ist, jeweils bestimmte Mindestlaufzeiten einzuhalten. Dies bedeutet, dass wenig unterhalb der Heizgrenze (z.B. 150 C) die maximale Entgasungsbreite des verwendeten Arbeitsstoffssystems voll ausgenützt wird, während am tiefsten Auslegungspunkt (z.B. -100 C) die Anlage in einen reinen Generatordauerbetrieb (Kesselbetrieb) übergehenkann (Anspruch 3), in dem die Arbeitsstofflösung un nur als Wärmeträger dient. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert, in der zeigt: Fig. 1 ein Schaltschema der periodisch arbeitenden Generator-Absorptionswärmepumpe, in der Betriebs phase Generatorbetrieb, Fig. 2 das Schaltschema nach Fig. 1, jedoch in der Betriebs phase Absorberbetrieb und Fig. 3 das Schaltschema nach Fig. 1 in der Betriebsphase Dauerheizbetrieb oder Kesselbetrieb. Das Ausführungsbeispiel beschreibt eine Generator-Absorptionswärmepumpe für die Heizwärmeversorgung von Gebäuden mit direkter Beheizung des Austreibers bzw. Generators mit Hochtemperaturwärme, die durch einen Brenner erzeugt wird, und des Verdampfers mit der Umgebung entzogener Niedertemperaturwärme, die z.B. mit einem Ventilator herangeführt wird. Die Heizanlage nach Fig. 1 besteht aus fünf Hauptapparaten, nämlich einem direkt mittels Brenner biheizten Generator 1 (Austreiber), dem mit diesem integrierten Abgaskühler 2, einem heizwassergekühlten Kondensator 3, einem heizwassergekühlten Absorber 4 und einem Verdampfer 5 mit direkter Wärmeeinkopplung aus einer Niedertemperaturwärmequelle, nämlich z.B. der Aussenluft. Generator 1 und Absorber 4 bilden ein kommunizierend miteinander verbundenes System, welches mit einer geeigneten Arbeitsstofflösung (Kältemittel und Lösungsmittel, z.B. CH3OH/H2O-LiBr) gefüllt ist, wobei die überwiegende Menge der Arbeitsstofflösung im Absorber 4 untergebracht ist. Der Generator 1 wird mit einem Brenner, z. B. einem O1- oder Gasbrenner, direkt beheizt. Sein Wärmetauscher, der von der Arbeitsstofflösung von unten nach oben durchströmt wird, hat ein geringes Volumen, weshalb die Verdampfung der leichter flüchtigen Komponente(n) (Kältemittel) bereits nach sehr kurzer Zeit einsetzt, beispielsweise bereits nach einer halben Minute. Die kommunizierende Verbindung des Wärmetauschers des Generators 1 mit dem Absorber 4 erfolgt über eine tiefliegende Verbindungsleitung 10 für die zulaufende reiche Lösung sowie eine hochliegende Verbindungsleitung 11 für die ablaufende arme Lösung. Die Dampfblasenbildung in den senkrechten Siederohren des Wärmetauschers des Generators 1, der also als Thermosyphon ausgebildet ist, setzt einen Naturumlauf der kältemittelreichen Lösung zwischen Generator 1 und Absorber 4 in Gang, der für einen ausreichend hohen Wärme- und Stoffaustausch im Generator 1 sorgt. Der Kältemitteldampf selbst wird im höher gelegenen Kondensator 3 niedergeschlagen und für die spätere Verdampfung bevorratet oder gedrosselt in den Verdampfer 5 geleitet. Das obere Ende des Wärmetauschers des Generators 1 ist dazu mit einer Verbindungsleitung 12 mit dem Dampfraum des Kondensators 3 verbunden. Die beim Niederschlagen des Kälte mitteldampfes freiwerdende Kondensationswärme wird als Nutzwärme an einen von einem Heizungssystem zurücklaufenden, zu erwärmenden Heizwasserstrom abgegeben, der anschliessend durch den Abgaskühler 2 hindurchtritt. Der Abgaskühler, der im oberen Teil des Generators angeordnet ist, nutzt die auf den Wärmetauscher des Generators 1 nicht tbertragene restliche Abgaswärme bis nahezu auf Nutztemperatur. Das verflüssigte Kältemittel wird zunächst im unteren Teil des Kondensators 3, in einem Kältemittelspeicher oder direkt im Verdampfer 5 für eine spätere Verdampfung gespeichert. Der Kondensator 3 ist mit dem Wärmetauscher des Verdampfers 5 durch eine Kondensatleitung 13 mit eingebautem Absperrventil 14 verbunden. Der Dampfraum des Wärmetauschers des Verdampfers 5 ist mit einer Verbindungsleitung 15 mit eingebautem Einwegeventil 16 mit einem hochliegenden Dampfanschluss des Absorbers 4 verbunden. Das Einwegeventil 16 kann ein Rückschlagventil sein, das lediglich den Dampfübertritt vom Verdampfer 5 zum Absorber 4 ermöglicht und ausserdem das Uberlaufen von Arbeitsstofflösung aus dem Absorber 4 in den Verdampfer 5 verhindert. Schliesslich ist der Absorber 4 mit dem unteren Teil des Kondensators 3 mittels einer Verbindungsleitung 17 verbunden, um Kondensat im Direkt- oder Dauerheizbetrieb, also bei vollständig gefülltem Kondensatspeicher bzw. Verdampfer unmittelbar aus dem Kondensator 3 in den Absorber 4 übertreten lassen zu können. Das aus einem Heizsystem zurückfliessende Rücklaufwasser kann mit der üblichen Heizwasserpumpe 20 über eine Leitung 21 zum Wärmetauscher des Kondensators 3 und über eine Leitung 22 zum Wärmetauscher des Absorbers 4 gefördert werden. Im Generatorund im Dauerheizbetrieb gelangt das aus dem Kondensator 3 austretende Heizwasser über eine Leitung 23 zum Abgaskühler 2 und eine Leitung 24 zu einem Umschaltventil 25 und bei der in Fig. 1 dargestellten Stellung in die Heizwasser-Vorlaufleitung 26. Im in zeitlichem Abstand folgenden Absorberbetrieb (Fig. 2) gelangt nach Umschaltung des Umschlatventils 25 das nun aus dem Absorber 4 austretende Heizwasser über eine Leitung 27 unmittelbar zum Umschaltventil 25 und in der in Fig. 2 dargestellten Stellung in die Vorlaufleitung 26. Wird beim in Fig. 1 dargestellten Generatorbetrieb die Grenze der möglichen Entgasung der Kältemittelkomponente(n) erreicht, sorgt das Einwegeventil 14 in der Leitung 13 zwischen Kondensator 3 und Verdampfer 5, das als Schwimmerventil ausgebildet sein kann, bei maximal zulässiger Befüllung des Kältemittelspeichers des Kondensators 3 oder des Verdampfers dafür, dass das weiterhin im Kondensator 3 anfallende Kondensat direkt in den Absorber 4 zurückläuft. Dann aber dient die Arbeitsstofflösung als reines Wärmeträgerfluid und es wird ein Dauerheizbetrieb (Kesselbetrieb), wie er in Fig. 3 dargestellt ist, mit maximaler Nennheizleistung möglich. Die Generator-Absorptionswärmepumpe-Heizanlage, die man auch als Heizkessel mit periodisch wirkendem Absorberteil bezeichnen könnte, stellt demnach eine monovaltente Heizanlage dar, welches den maximalen Heizwärmebedarf des Gebäudes ohne weitere Beheizungseinrichtung abdeckt. Der Generatorbetrieb wird eingestellt, dass heisst, der Brenner wird abgeschaltet, wenn die steigende Vor- oder Rücklauftemperatur des Heizungssystems signalisiert, dass kein weiterer Wärmebedarf mehr vorhanden ist. Dies kann über einen einfachen Heizwasserthermostaten oder über einen Temperaturfühler in der Lösung geschehen. Bei vollständiger Befüllung des Kondensatspeichers (Verdampfer) und weiterem Wärmebedarf geht der Generatorbetreib selbsttätig in den Dauerheizbetrieb nach Fig. 3 über, welcher beliebig lange fortgesetzt weden kann. Wird nach Abschaltung des Brenners erneut Wärmebedarf signalisiert, wird durch Umsteuerung des Umschaltventils 25 selbsttätig der Absorberbetrieb eingeleitet, weil nun durch den Wärmeentzug durch das Heizwasser die Lösungstemperatur absinkt und somit die Lösung absoprtionsfähig wird und damit der Absorptionsvorgang einsetzen kann. Während beim Generator- und beim Dauerheizbetrieb ein hohes Druckniveau der Arbeitsstofflösung vorliegt, ist der Absorberbetrieb, wie er in Fig. 2 dargestellt ist, und in den die Anlage nach Abschalten des Brenners übergehen kann, durch niedrigen Druck gekennzeichnet. Durch Umschaltung des Umschaltventils 25 wird der Heizwasserstrom vom Kondensator 3 und Abgaskühler 2 auf den Wärmetauscher des Absorbers 4 gelenkt und dadurch der Dampfdruck des Lösungsmittels durch Wärmeentzug und damit verbundene Abkühlung unter den Dampfdruck des Kältemittels (-gemisches) im Verdampfer abgesenkt, so dass eine Verdampfung desselben bei tiefen Temperaturen ermöglicht wird. Erreicht die Temperatur des siedenden Kältemittels im Verdampfer 5 das Niveau der Niedertemperaturwärmequelle, z.B. der Aussenluft, so dass sie Niedertemperaturwärme an den Verdampfer abgeben kann, wird eine Einrichtung, z.B. ein Ventilator, zum Transport des Niedertemperaturwärmeträgers, also der Luft, in Betrieb gesetzt. Der Ventilator kann über einenTemperaturdifferenz fühler eingeschaltet werden. Der Kaltdampf aus dem Verdampfer 5 passiert das Einwegeventil 16 in Form einer Rückschlagklappe in der Verbindungsleitung 15 zum Absorber 4 und wird in diesem oberhalb des Nutztemperaturniveaus absorbiert, siehe Fig. 2. Als Niedertempera turwärmequelle kommen Aussenluft, Abluft, Grundwasser, Laufwasser, Absorberdach, etc. infrage. Die bei der Absorption entstehende Absorptionswärme wird dem Heizungssystem nun über den Wärmetauscher des Absorbers 4 zugeführt, der nun vom Heizwasser durchströmt wird. Im Absorber 4 selbst können zahlreiche Massnahmen vorgesehen sein, um den Wärme- und Stoffaustausch optimal zu gestalten und das Lösungsmittel bis zum Erreichen seiner Anfangskonzentration auszunutzen. Die minimal erforderliche Temperaturanhebung im Absorber- bzw. Wärmepumpenbetrieb kann durch die Kältemittelkonzentration der eingefüllten Lösung in den durch das Stoffsystem vorgegebenen Grenzen eingestellt werden. Darüberhinaus kann aber die Abspeicherung einer bestimmten Kältemittelmenge eine Verdampfung bei gleitenden, also von der notwendigen Temperaturanhebung abhängigen, Absorbertemperatur erreicht werden. Auf diese Weise sind für jede Differenz zwischen Aussentemperatur und Heizwassertempe ratur eine maximale Ausnutzung der Entgasungsbreite des Arbeitsstoffsystems und damit eine maximale Niedertemperaturwärmenutzung möglich. Weiterhin ist die Verwendung von Kältemittelgemischen (z.B. Wasser und Methanol) denkbar, bei denen die niedrigersiedende Komponente bei tiefen Aussentemperaturen, z.B: 0 C, teilweise abgespeichert bleibt, während bei höheren Aussentemperaturen, z.B. 120 C, ihre vorteilhaften thermodynamischen Eigenschaften zur Geltung kommen. Scheint ein Verdampfer-Absorberbetrieb wegen zu tiefer Aussentemperatur nicht mehr sinnvoll (z.B. bei Verwendung der Aussenluft als Niedertemperaturwärmequelle) ist der anhand von Fig. 3 beschriebene Dauerheizbetrieb der Heizanlage mit Nennheizleistung möglich, wenn das bei der Austreibung anfallende Kondensat direkt in den Absorber 4 zurückgeleitet wird. Die Arbeitsstofflösung, die in dieser Betriebsphase als Wärmetransportfluid dient, gibt die Heizwärme über den Kondensator 3 an das Heizwasser ab. Diese periodisch wirkende Absorptionswärmepumpe stellt damit eine vollwertige Heizanlage dar, welche sowohl die Grundlast als auch die Spitzenlast des Heizwärmebedarfs erbringen kann. Sinkt im Verlauf des Dauerheizbetriebs der Wärmebedarf wieder, signalisiert durch eine ausreichende Heizwassertemperatur bzw. das Uberschreiten einer vorgegebenen Heizwassertemperatur, setzt der Thermostat den Brenner wieder ausser Betrieb. Es erfolgt anschliessend eine Umschaltung des Heizwasserstroms mittels des Umschaltventils 25 auf den Wärmetauscher des Absorbers 4, dann wenn erneuter Wärmebedarf durch Unterschreiten der vorgegebenen Heizwassertemperatur gemeldet wird. Durch zunehmende Auskühlung der Arbeitsstofflösung wird diese nun absorptionsfähig, so dass die Verdampfung bei tiefer Temperatur und die Absorption oberhalb des Nutztemperaturniveaus selb ständig einsetzen. Die Absorptionsphase kann so lange fortgesetzt werden, bis die Temperaturanhebung des Heizwassers hierdurch nicht mehr ausreicht und die absinkende Heizwassertemperatur unter eine vorgegebene niedrige Heizwassertemperatur den erneuten Brennerstart auslöst. Die Heizleistung der Anlage wird in Abhängigkeit vom Wärmebedarf somit über das Verhältnis der Brennerlaufzeit (Generatorbetriebszeit) zur Absorberbetriebszeit stufenlos geregelt. Dabei ergeben sich im Gegensatz zu kontinuierlichen Anlagen besonders gute Wärmeverhältnisse im Teillastbetrieb, weil mit steigenden Aussentemperaturen die mögliche Aufnahme von Kältemitteldampf in der Arbeitsstofflösung immer grösser wird. Aufgrund des einfachen¯Aufbaus der periodisch wirkenden Absorptionswärmepumpe, ihrer monovalenten Betriebsweise und ihrer einfachen Regelung wird die Fertigung aus wenigen Apparaten wenig aufwendig sein. Da die Anlage neben herkömmlichen Bauteilen keine beweglichen Teile enthält, sind eine lange Lebensdauer und ein entsprechend geringer Wartungsaufwand zu erwarten. Wartung und Installation können allein vom Heizungsbauer durchgeführt werden, wenn die Anlage bereits im Herstellerwerk hermetisch verschlossen wurde. Im nachfolgenden seien vorteilhafte Ausführungsformen der einzelnen Apparate angegeben Das Kernstück des direkt beheizten Generators 1 ist ein senkrecht angeordnetes, querberipptes Rippenrohrbündel, dessen Rippenrohre im unteren Teil in einem Zulaufverteiler enden, der sich unmittelbar in der Nähe der Heizungseinrichtung (Gasbrenner, oelbrenner oder dgl.) befindet. Am oberen Ende münden die Rohre in einem Dampf-Flüssigkeits-Seperator, welcher die Aufgabe hat, die ausgekochte Lösung vom abziehenden Kältemittel zu trennen. Eine spezielle, asymmetrische Anordnung von Leitflächen zwischen den Rippenrohren sorgt für die gleichmässige Beaufschlagung der Rohre mit den heissen Brenngasen bis zu ihrem oberen Ende, so dass das Abgas schon weitgehend abgekühlt den Generator bzw. Austreiber verlässt. Der Kopf des Generators ist zusätzlich als Abgaskühler 2 ausgebildet, so dass eine Nutzung des Brennstoffs bis an den Brennwert heran möglich ist. Die senkrechte Anordnung der Rohre bei waagerechter Führung der Brenngase längs der Rippen gewährleistet zusammen mit der durch die Dampfblasen verursachten Lösungsförderung in den Rohren einen hocheffizienten Wärme- oder Stoffaustausch. Zusätzlich sind die Rohre innen aufgerauht, um die Dampfblasenbildung zu fördern. Der Absorber 4 ist als Blasenabsorber ausgebildet, d.h. der Kältemitteldampf wird derart in die absorptionsfähige Lösung eingeleitet, dass eine gute Durchmischung derselben erreicht wird und Konzentrationsunterschiede in diesem Apparat während der Absorptionsphase klein bleiben. Weitere Massnahnn zur Verbesserung des Warme- und Stoffaustausches sind die Verwendung eines z.B. durch Fräsbearbeitung profilierten RohrbEndel- wärmetauschers, um eine Oberflächenvergrösserung, Gewichtsersparnis und die Erzeugung von Turbulenzen in der Lösung zu erreichen, der Einbau einer Zirkulationsvorrichtung, mit deren Hilfe aufpritzende Lösung aufgefangen und am Boden des Behälters wieder zugespeist wird, so dass auch im Absorberbetrieb eine natürliche Zirkulation der Lösung gewährleistet ist. Die Verbindungsleitung zwischen Generator 1 und Absorber 4, in welcher die heisse kältemittelarme Lösung vom Generator zum Absorber fliesst, endet zweckmässigerweise diffusorsartig am entgegengesetzen Ende (unten gegenüber der Seite des Absorbers, auf der die Zulaufleitung 10 für die kältemittelreiche kühlere Lösung beginnt). Diese Anordnung verhindert eine Durchmischung der Lösung in der Generatorphase, so dass während der gesamten Austreiberzeit eine weitgehend konstante Entgasungsbreite am Generator 1 erreicht werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass für einen Kurzbetrieb des Generators 1 nur eine geringe Lösungsmenge aufgeheizt werden muss. Eine dritte Verbindungsleitung 18 zwischen Absorber 4 und Generator 1, welche die Dampfräume dieser beiden Apparate miteinander verbindet, verhindert ein Absinken der Lösung im Generator durch den höheren Dampfdruck bei der Entgasung (Druckausgleichsleitung). Der Kondensator 3 ist als Spiralrohrverflüssiger ausgebildet, wobei am Boden des zylindrischen Mantels eine Ablaufrinne für das Kondensat vorgesehen ist. Der Apparat selbst wird so eingebaut, dass der Kondensatabfluss durch Schwerkraft ermöglicht ist. Der Aussenluft-Verdampfer 5 kann ein geflutetes Rippenrohrbündel (Kältemittel in den Rohren) sein, berdem eine spezielle Verteilereinrichtung dafür sorgt, dass das anfallende Kondensat gleichmässig über alle Rohre aufgebracht wird. Dies wird mit Hilfe eines seitlich an einer jeden Rippenrohrreihe angebrachten Verteilerrinne mit Uberlaufbohrung erreicht, welche die Kältemittelmenge pro Reihe dosiert. Die Behälterwand, auf der die Dampfaustrittsöffnungen der Rohre zusammenlaufen, ist darüberhinaus mit einer Neigung gegen die Vertikale versehen, damit bei der Verdampfung überspritzendes Kältemittel der oberen Reihen den unteren Reihen wieder zufliesst. Der Verdampfer kann auch als trockener Verdampfer betrieben werden, wenn die Zuleitung zwischen einem Kondensatspeicher 3 und Verdampfer 5 mit einer Verteileinrichtung für die Rippenrohre und einem selbsttätigen Regelorgan für die Dosierung der erforderlichen Kältemittelmenge ausgerüstet ist. Die Verbindungsleitung 15 zwischen Verdampfer 5 und Absorber 4 ist mit einer selbständig wirkenden Rückschlagklappe 16 ausgerüstet, welche die Aufgabe hat, die Kondensation von Kältemitteldampf im Verdampfer während des Generatorbetriebs zu verhindern und ausserdem ein Überlaufen von Lösung in den Verdampfer zu vermeiden. Die Dampfleitung 12 zwischen dem Generator (Austreiber) 1 und dem Kondensator 2 ist mehrfach abgeknickt, um ein Überspritzen von Lösung in den Kondensator 3 bei heftigem Generatorbetrieb zu vermeiden.

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zum Betreiben einer Generator-Absorptionswärmepumpen-Heizanlage für die Raumheizung, Warmwasserbereitung u. dgl., bei der die dem vom Heizungssystem zurücklaufenden, zu erwärmenden Heizwasser zuzuführende Heizenergie sowohl durch vom direkt beheizten Generator aufgenommene Hochtemperaturwärme als auch durch von der Absorptionswärmepumpe aufgenommene Niedertemperaturwärme zuführbar ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t dass die Absorptionswärmepumpe mit einem periodischen Wechsel der Betriebsphasen Austreibung mit Kondensation und Verdampfung mit Absorption bei unterschiedlichen Druckniveaus betrieben wird, wobei in der Austreibungsphase Hochtemperaturwärme über den Generator an einen Arbeitsstofflösungskreislauf zugeführt und Nutzwärme bei der Kondensation des entstandenen Dampfes am Kondensator an Heizwasser abgegeben wird und während der Absorptionsphase Niedertemperaturwärme an das Kältemittel im Verdampfer herangeführt und als Nutzwärme im Absorber an Heizwasser abgegeben wird und die Hoch- sowie die Niedertemperaturwärmezufuhr abwechselnd bei Unterschreiten der Heizwasser Rücklauf- oder -Vorlauftemperatur unter eine vorbestimmte untere Grenztemperatur eingeschaltet und bei Überschreiten der Heizwasser-Rücklauf- oder -Vorlauftemperatur über eine vorbestimmte obere Grenztemperatur abgeschaltet wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t dass die maximale oder nahezu maximale Heizleistung der Anlage bei tiefen Aussentemperaturen durch Hochtemeraturwärmezufuhr an den Generator und von diesem an den Arbeitsstofflösungskreislauf der Absorptionswärmepumpe abgelenkt wird und das im Kondensator anfallende Kondensat nach vollständiger Befüllung eines Kältemittelspeichers in der Absorptionswärmepumpe, insbesondere des Verdampfers, in den Absorber zurUck- geleitet und die Arbeitsstofflösung dann als Wärmeträger zwischen Generator und hierbei vom Heizwasser durchströmtem Kondensator verwendet wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t dass zur Erzielung einer möglichst hohen Wärmeaufnahme am Verdampfer und Leistungszahlsteigerung der Generator- und der Absorberbetrieb der Heizanlage jeweils eine vorgebbare Mindestlaufzeit aufrechterhalten werden. 4. Monovalente alternative Generator-Absorptionswärmepumpen Heizanlage für die Raumheizung, Warmwasserbereitung u. dgl. bis zu einer Heizleistung von etwa 20 kW zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, deren Wärmepumpe einen von Aussenwärme beheizbaren Verdampfer, dessen Wärmetauscher von Kältemittel durchströmt wird, einen an den Verdampfer kaltdampfseitig angeschlossenen Absorber, dessen Wärmetauscher von Heizwasser des Heizungssystems durchströmbar ist, einen kältemittelseitig zwischen Verdampfer und Absorber geschalteten Kondensator, dessen Wärmetauscher ebenfalls von Heizwasser durchströmbar ist, und einen mit Primärenergie (Gas, öl, Kohle) direkt beheizbaren Generator (Austreiber) umfaBt, dadurch g e k e n n z e i c h n e t dass der, insb. als Thermosyphon ausgebildete, Wärmetauscher des Generators (1) an den Arheitsstofflösungsraum des Absorbers (4) an einem tiefliegenden und einem hochliegenden Punkt, einen Naturumlauf ermöglichend, und an den Arbeitsstoffspeicherraum des höher gelegen angeordneten Kondensators (3) angeschlossen ist, dass in den Kältemitel-Verbindungsleitungen zwischen Verdampfer (5), Absorber (4) und Kondensator (3) jeweils ein Absperrventil (14, 16) vorgesehen ist, von denen das Absperrventil (16) zwischen Verdampfer (5) und Absorber (4) ein eine Dampfströmung nur zum Absorber zulassendes Einwegeventil ist, das Ventil (14) zwischen Kondensator (3) und Verdampfer (5) ein eine Flüssigkeitsströmung nur zum Verdampfer (5) zulassendes Einwegeventil ist, welches ausserdem bei vollständiger Befüllung des Verdampfers (5) mit Kältemittel schliesst und somit flüssiges Kältemittel mittels einer Leitung (17) in den Absorber zurücklaufen lässt, und das Heizwasser dabei während der Hochtemperaturwärmezufuhr durch den Wärmetauscher des Kondensators (3) und während der Niedertemperaturwärmezufuhr durch den Wärmetauscher des Absorbers (4) geleitet wierd kann und die Umschaltung des Heizwasserstroms durch ein Umschaltventil (25) bei Absinken der Heizwasser-Rücklauf- oder -Vorlauftemperatur unter einen vorgegebenen Wert abwechseln vornehmbar ist. 5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t dass der Generator (1) einen Abgaskühler (2) aufweist, der heizwasserseitig dem Kondensator nachgeschaltet ist. 6. Anlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t dass der Generator (1) und der Absorber (4) voneinander getrennt und der Absorber (4) als Arbeitsstofflösungsspeicher ausgebildet ist. 7. Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t die Dampfräume vom Absorber (4) und Generator (1) durch eine Dampf-Druckausgleichsleitung (18) miteinander verbundes sind. 8. Anlage nach einem der Ansprüche 4 - 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t dass der hochliegende Auslass für die reiche Lösung und der teifliegende Auslass für die arme Lösung derart angeordnet sind, dass die natürliche Konzentrationsschichtung bei der Austreibung der Lösung im Sinne einer möglichst geringen Rückabsorption ausnutzbar ist. 9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t dass der Absorber (4) eine Einrichtung aufweist, die bei der Absorption aufspritzende Lösung dem unteren Teil des Absorbers wieder zuführt und eine Zwangszirkulation bewirkt, die eine Konzentrationsschichtung unterbindet. 10. Anlage nach einem der Ansprüche 4 - 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t dass der Kondensator (3) unterhalb seines Unterteils einen Kältemittelspeicher hat oder der Verdampfer als kältemittelspeicher ausgebildet ist. 11. Anlage nach einem der Ansprüche 4 - 10, g e k e n n z e i c h n e t durch eine Einrichtung, insbesondere ein Schwimmerventil (14), die den Arbeitsstoffspeicher bei maximal zulässiger Befüllung absperrt, einen Dampfstrom vom Verdampfer (5) zum Kondensator (3) nicht zulässt und damit den Eintritt des Kältemittels in den Absorber (4) über die Leitung (17) bewirkt. 12. Anlage nach Anspruch 11, g e k e n n z e i c h n e t durch dass die Absperreinrichtung ein Einwege-Schwimmervertil ist. 13. Anlage nach einem der Ansprüche 4 - 12, dadurch g e k e n n z e i c h n e t deine Arbeitsstofflösung mit mehreren Kältemittelkomponenten, deren niedrigersiedende Anteile bei sinkender Temperatur der Niedertemperaturwärme im Kältemittelspeicher verbleiben. 14. Anlage nach einem der Ansprüche 4 - 13, dadurch g e k e n n z e i c h n e t dass zwischen Absorber (4) und Generator (1) ein Temperaturwechsler eingeschaltet ist.

Inventors: GRABENHENRICH, HEINZ-BERND, KNOCHE, KARL FRIEDRICH, DR.-ING. PROF., STEHMEIER, DIETER
Applicants: KNOCHE, KARL-FRIEDRICH, PROF. DR.-ING.
Application year: 1985
Main classification: F24J3
IPC codes: F25B29, F24H4