DE3424949A1

DE3424949A1 - Resorptions-waermetransformatoranlage

Info

Publication number: DE3424949A1
Application number: DE3424949A
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. Schwerdt (FH), 6903 Neckargemünd
Original assignee: THERMO CONSULTING HEIDELBERG
Current assignee: THERMO CONSULTING HEIDELBERG
Priority date: 1984-07-06
Filing date: 1984-07-06
Publication date: 1986-01-16
Also published as: DE3424949C2

Description

Be Schreibung

Die Erfindung betrifft eine Resorptions-Wärmetransformatoranlage, die mit einem Zweistoff-Arbeitsmittel, beispielsweise einem Ammoniak-Wassergemisch, betrieben wird, um von zwei äußeren Wärmeenergiequellen unterschiedlichen Temperaturniveaus zugeführte Abwärme auf ein höheres Nutztemperaturniveau anzuheben, mit zwei Lösungskreisläufen, in welchen das Arbeitsmittel in flüssiger Phase von einem niedrigeren auf ein höheres Druckniveau gebracht und wieder auf das niedrigere Druckniveau entspannt wird, wobei im ersten Lösungskreislauf ein-niederdruckseitiger Absorber mit einem hochdruckseitigen Entgaser, dem die Abwärme höheren Temperaturniveaus zugeführt wird, und im zweiten Lösungskreislauf ein niederdruckseitiger Entgaser, dem die Abwärme niedrigeren Temperaturniveaus zugeführt wird, mit einem hochdruckseitigen Resorber zusammengeschaltet sind und zwischen dem niederdruckseitigen Entgaser und dem Absorber und dem hochdruckseitigen Entgaser und dem Resorber je eine Verbindung besteht, in weichen in den Entgasern in die Dampfphase überführtes Arbeitsmittel zum Absorber bzw. Resorber übertritt, und der Vor- und der Rücklaufzweig beider Kreisläufe durch einen Wärmetauscher geführt sind.

Solche, z.B. mit einem Ammoniak-Wassergemisch als Arbeitsmittel betriebene Wärmetransformatoranlagen werden mit Vorteil dort eingesetzt, wo bei Fabrikationsprozessen Abwärme auf einem Temperaturniveau anfällt, welches eine Weiterverwendung als Prozeßwärme nicht zuläßt. Durch Wärmetransformatoranlagen kann solche energetisch weniger

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wertvolle Abwärme auf ein Nutztemperaturniveau angehoben werden, welches die Verwendung als Prozeßwärme - z.B. zur Erzeugung von^Dampf - im Fabrikationsprozeß ermöglicht. In der Praxis tritt dabei häufig der hier vorausgesetzte Fail auf, daß die von unterschiedlichen Abwärmequellen herrührende Abwärme mit unterschiedlichen Temperaturen anfällt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmetransformatoranlage so auszubilden, daß der Gewinn an Nutzwärme von der auf höherem Temperaturniveau befind-' liehen Abwärme im Vergleich zu den bekannten ¥ärmetransformatoranlagen erhöht wird.

Ausgehend von einer Wärmetransformatoranlage der eingangs erwähnten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die beiden Lösungskreisläufe durch einen dritten Wärmetauscher thermisch gekoppelt sind, der in den vom Absorber zum hochdruckseitigen Entgaser führenden Zweig des einen und den vom Resorber zum niederdruckseitigen Entgaser führenden Zweig des anderen Lösungskreislaufs eingeschaltet ist.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt:

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1 ein schemati seiles Schaltbild einer

Resorptions—Wärmetransformatoranlage mit bekanntem Aufbau; und '

Fig. 2 ein Schaltbild eines, gegenüber der in Fig. gezeigten Wärmetransformatoranlage in der erfindungsgemäßen ¥eise weitergebildeten Wärmetransformatoranlage.

Aus dem in Figur 1 gezeigten grundsätzlichen schaltungsmäßigen Aufbau einer bekannten Wärmetransformatoranlage 10 ist erkennbar, daß diese zwei innere Lösungskreislaufe I und II für flüssiges Arbeitsmittel, d.h. Ammoniak-Wassergemisch, aufweist, in deren - in der Zeichnungsfigur rechts dargestelltem - Kreislauf I ein Absorber 12 und ein Entgaser 14 durch Leitungen und 18 mit eingeschalteter Lösungspumpe 20 bzw. Drosselorgan 22 und - in der Zeichnung links dargestelltem zweiten Kreislauf II ein Entgaser Zk und ein Resorber 26 durch Leitungen 28 und 30 mit eingeschalteter Lösungspumpe 32 bzw. Drosselorgan 3^· zusammengeschaltet sind. Im Absorber 12 des ersten und dem Entgaser Zk des zweiten Kreislaufs steht das Arbeitsmittel unter einem niedrigen Druck p_, während es im Entgaser Ik des ersten und im Resorber 26 des zweiten Kreislaufs auf einem hohen Druck ρ gehalten wird.

Durch eine niederdruckseitig den Absorber 12 und den Entgaser Zk verbindende erste Verbindungsleitung 38 und eine hochdruckseitig den Entgaser 14 mit dem Resorber 26 verbindende zweite Verbindungsleitung kO sind die internen Lösungskreisläufe I und II der Wärmetransformatoranlage 10 verbunden.

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Im Lösungskreislauf I ist noch ein Wärmetauscher 42 angeordnet, in welchem von dem in der Leitung 18 strömenden Arbeitsmedium Wärme auf das in der Leitung 16 strömende Arbeitsmedium übertragen wird. In gleicher ¥eise ist im Lösungskreislauf II ein zweiter Wärmetauscher 44 eingeschaltet, in welchem ein Wärmetausch zwischen dem in den Leitungen 28 und 30 strömenden Arbeitsmittel erfolgte

Die voraussetzungsgemäß mit unterschiedlichen Temperaturen

t_A, _Λ und t_A, _ anfallende Abwärmeenergie Q.. - bzw. Abw. 1 Abw.2 ^ö Abw. 1

Qax. ο - wobei t., _Λ > t_A, „ sein möge - wird in den TAbw.2 Abw.1 Abw.2 ^to

Entgasern 14 bzw. 24 dazu verwendet, um aus dem flüssigen Arbeitsmittel, d.h. dem Ammoniak-Wassergemisch, die leichter siedende Komponente, d.h. Ammoniak, auszutreiben, welchesdann in gasförmiger Phase über die Verbindungsleitung 40 zum Resorber 26 bzw. die Verbindungsleitung 38 zum Absorber 12 geführt wird. Das in dem auf dem höheren Druckniveau ρ befindlichen Entgaser 14 ausgetriebene Ammoniak wird dann im Resorber 26 wieder resorbiert, wobei Energie als Nutzenergie Q_n auf dem angestrebten höheren Nutz-Temperaturniveau t„ anfällt. Das aus dem Entgaser 14 in die Leitung 18 des Kreislaufs I abströmende flüssige Arbeitsmittel hat also gegenüber dem in der Leitung 16 zuströmenden Arbeitsmittel sowohl eine geringere Ammoniak-Konzentration als auch einen um die über die Verbindungsleitung 40 abströmende Menge gasförmigen Ammoniaks verringerten Mengenstrom· Andererseits wird die Ammoniak-Konzentration und der Mengenstrom der in dem im Kreislauf II aus dem Resorber 26 in die Leitung 30 abströmenden flüssigen Arbeitsmittels im Vergleich zu dem in-der Leitung 28 zugeführten Arbeitsmittel entsprechend erhöht. In dem auf niedrigerem

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Druckniveau p stehenden Entgaser 24 wird unter Zufuhr der Abwärme Q. der Temperatur t^«· wieder Ammoniak aus dem flüssigen Arbeitsmittel ausgetrieben und über die Verbindungsleitung 38 gasförmig in den Absorber 12 zurückgeführt, wo es in dem in die Leitung 16 abströmenden flüssigen Arbeitsmittel absorbiert wird.. Dabei muß im Absorber 12 Wärmeenergie als Verlustwärme Qy bei einer deutlich unter der Temperatur -fc , « liegenden Temperatur t-, abgeführt werden. Diese Verlustwärme Q_v kann beispielsweise an die Umgebungsatmosphäre abgegeben werden. Besonders vorteilhaft ist die Abfuhr der Verlustwärme Q_v an ein Fließgewässer, weil diese auch bei den sich jahreszeitlich ändernden Umgebungstemperaturen eine nur relativ geringe TemperatürSchwankung aufweisen.

Es ist klar, daß ein kontinuierlicher Betrieb der beschriebenen Wärmetransformatoranlage 10 nur dann aufrechterhalten werden kann, wenn neben der Energiebilanz (Q_AbWil + Q_Abw.2 = Q_n + Q_v ^ ^{auch die Men}e^enbilanz des im System strömenden Arbeitsmittels ausgeglichen und dabei sichergestellt wird,- daß das Arbeitsmittel in den einzelnen Funktionskomponenten des Wärmetransformators, d.h. in den Entgasern 14, 24, dem Resorber 26 und dem Absorber 12 bei den bestehenden Druckniveaus auch die erforderlichen Konzentrationen hat und diese Konzentrationen auch ständig aufrechterhalten werden. Außerdem muß die Menge χ der über die Verbindungsleitung 40 gasförmig vom Lösungskreislauf I zum Lösungskreislauf II geführten Komponente des Arbeitsmittels gleich der über die Verbindungsleitung 38 vom Lösungskreislauf II zum Lösungskreislauf I zurückgeführten Menge ζ der gasförmigen Arbeitsmittelkomponente

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-if

Warmetausch zwischen dem Vor- und Rücklauf in den Lösungskreisläufen hinaus noch zusätzlich Wärmeenergie vom Kreislauf II in den Kreislauf I übertragen wird, welche den Anteil der aus der Abwärme höherer Temperatur in der Nutzwärme zurückgewonnenen Energie erhöht·

Claims

PATENTANWÄLTE HELBER S 2ENZ · (rlESSER WFS 47-BV^1V/INBENBERQ.TELDB351-74iaB

T 8401

TCH Thermo-Consulting-Heidelberg GmbH, Tiergartenstraße 17, 69ΟΟ Heidelberg 1.

Resorptions-Wärmetransformatoranlage

Patentanspruch

Resorptions-Wärmetransformatoranlage^d^e mit einem Zweistoff-Arbeitsmittel ^,,'beispielsweise einem Ammoniak-Wassergemisch, betrieben wird, um von zwei äußeren Wärmeenergiequellen unterschiedlichen Temperaturniveaus zugeführte Abwärme auf ein höheres Nutztemperaturniveau anzuheben, mit zwei Lösungskreisläufen, in welchen das Arbeitsmittel in flüssiger Phase von einem niedrigeren auf ein höheres Druckniveau gebracht und wieder auf das niedrigere Druckniveau entspannt wird, wobei im ersten Lösungskreislauf ein niederdruckseitiger Absorber mit einem hochdruckseitigen Entgaser, dem die Abwärme höheren Temperaturniveaus zugeführt wird, und im zweiten Lösungskreislauf ein niederdruckseitiger Entgaser, dem die Abwärme niedrigeren Temparaturniveaus zugeführt wird, mit einem hochdruckseitigen Resorber zusammengeschaltet sind und zwischen dem niederdrückeeitigen

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Entgaser und dem Absorber und dem hochdruckseitigen Entgaser und dem Resorber je eine Verbindung besteht, in welchen in den Entgasern in \die Dampfphase überführtes Arbeitsmittel zum Absorber bzw. Resorber übertritt, und der Vor- und der Rücklaufzweig beider Kreisläufe jeweils durch einen Wärmetaueeher geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Lösungskreisläufe (I; XX) durch einen dritten Wärmetauscher (46) thermisch gekoppelt sind, der in den vom Absorber (12) zum hochdruckseitigen Entgaser (l4) führenden Zweig (Leitung 16) des einen und den vom Resorber (26) zum niederdruckseitigen Entgaser (24) führenden Zweig (Leitung 30) des anderen Lusungskreisläufe eingeschaltet ist.