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Dokumentenidentifikation EP1045214 29.06.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001045214
Titel Absorptionswärmepumpe und Verfahren zum Betrieb einer Absorptionswärmepumpe
Anmelder Heliotherm Wärmepumpentechnik Ges.m.b.H, Langkampfen, AT
Erfinder Bangheri, Andreas, 6230 Brixlegg, AT
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Aktenzeichen 50012799
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument DE
EP-Anmeldetag 02.03.2000
EP-Aktenzeichen 001043843
EP-Offenlegungsdatum 18.10.2000
EP date of grant 24.05.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.06.2006
IPC-Hauptklasse F25B 49/04(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse F25B 30/04(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   F25B 15/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Absorptionswärmepumpe sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Absorptionswärmepumpe.

Bei Absorptionswärmepumpenanlagen wird in einem Kocher eine ein Kältemittel enthaltende Lösung beispielsweise mittels eines Gas- oder Ölbrenners, elektrisch oder auch unter Zuhilfenahme zusätzlicher Wärmetauscher mittels Abwärme oder Solarenergie erwärmt, um Kältemittel als Kältemitteldampf aus der Lösung auszutreiben. Der Kältemitteldampf wird durch diesen Vorgang auf ein Hochtemperaturniveau bzw. Hochdruckniveau gebracht. Der Kältemitteldampf wird dann in einem Kondensator gegen ein Heizmittel kondensiert und führt so dem Heizmittel Wärme zu. Das stark abgekühlte und entspannte Kältemittel wird einem Verdampfer, in welchem es gegen ein Medium, das dem Kältemittel Umgebungsenergie zuführt, verdampft und anschließend mindestens einem Absorber zugeführt.

Die an Kältemittel verarmte Lösung aus dem Kocher wird über einen Wärmetauscher dem Absorber zuführt, wo sich die an Kältemittel verarmte Lösung mit Kältemittel, welches den Verdampfer durchlaufen hat, vereinigt. Die dabei entstehende Lösungswärme wird dem Austreiberprozeß und dem Verbraucher zur Verfügung gestellt oder nur an den Verbraucher abgeführt. Die dabei entstehende an Kältemittel reiche Lösung von dem Absorber wird mittels einer Lösungspumpe von dem Niederdruckniveau des Absorbers, welches ungefähr dem Verdampfüngsdruck entspricht, auf ein Hochdruckniveau gepumpt und erneut dem Kocher zugeführt. Schließlich wird das in dem Kondensator erwärmte Heizmittel einem Verbraucher zugeführt und das von dem Verbraucher abgekühlte Heizmittel zu dem Kondensator zurückgeleitet.

Wird bei einer Absorptionswärmepumpenanlage die Beheizung des Kochers abgeschaltet, so wird die im Betrieb der Absorptionswärmepumpe vorherrschende Konzentrationsschichtung im Kocher abgebaut und auf das Niveau der an Kältemittel armen Lösung gebracht. Während eines instationären Anfahrvorgangs kann erst durch alimähliches Zuführen von reicher Lösung eine für den stationären Betriebszustand erforderliche Konzentrationsschichtung im Kocher aufgebaut werden. Nach einem Abschalten des Kochers sind daher bei Wiederinbetriebnahme einer solchen Anlage erhebliche Anfahrzeiten und Energieverluste in Kauf zu nehmen.

Um diese Probleme zu überwinden, wird in EP-B-0 202 432 eine taktende Absorptionswärmepumpenanlage vorgeschlagen, bei welcher der Hochdruckteil und der Niederdruckteil im Stillstand mittels Magnetventilen versperrt sind, um die Wiederanfahrverluste zu minimieren. Nachteilig bei dieser Technik ist, daß bei einer Veränderung der Brennerleistung, die z.B. durch Temperaturschwankungen verursacht sein kann, ein Wärmepumpenbetrieb nicht immer gewährleistet ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Absorptionswärmepumpe sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Absorptionswärmepumpe der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei welcher bzw. bei welchem die beim Anfahren der Absorptionswärmepumpe entstehenden Energieverluste minimiert werden während dennoch fortwährend ein zuverlässiger Betrieb der Wärmepumpe gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Betrieb einer Absorptionswärmepumpe, wie es im Oberbegriff von Anspruch 1, der auf EP-B-0 202 432 basiert, definiert ist, dadurch gelöst, daß die Außentemperatur und die Temperatur des Heizmittels gemessen werden und die Leistung des Brenners in Abhängigkeit von den gemessenen Temperaturwerten eingestellt wird, daß die Menge des dem Verdampfer zugeführten Kältemittels geregelt wird, daß die Menge der dem mindestens einen Absorber zugeführten, an Kältemittel verarmten Lösung geregelt wird, und daß ferner die Fördermenge der Lösungspumpe geregelt wird.

Entsprechend wird die gestellte Aufgabe ferner bei einer Absorptionswärmepumpe, wie sie im Oberbegriff von Anspruch 22, der ebenfalls auf EP-B-0 202 432 basiert, definiert ist, dadurch gelöst, daß ferner vorgesehen sind: eine erste Regeleinrichtung, die einen im Freien angeordneten Außenfühler zum Messen der Außentemperatur, mindestens einen Heizmittelfühler zum Messen der Temperatur des Heizmittels, sowie einen ersten Regler zum Regeln der Leistung des Brenners in Abhängigkeit von den gemessenen Temperaturwerten umfaßt, eine zweite Regeleinrichtung zum Regeln der Menge des dem Verdampfer zugeführten Kältemittels, eine dritte Regeleinrichtung zum Regeln der Menge der dem mindestens einen Absorber zugeführten, an Kältemittel verarmten Lösung, sowie eine vierte Regeleinrichtung zum Regeln der Fördermenge der Lösungspumpe.

Durch die erfindungsgemäße Lösung, die mittels der genannten Steuer- und Regelkreise einen modulierenden Betrieb der Absorptionswärmepumpe ermöglicht, werden instationäre Anfahrverluste minimiert, während gleichzeitig ein zuverlässiger Wärmepumpenbetrieb gewährleistet wird. Ein Taktbetrieb, wie er bei den im Stand der Technik vorgeschlagenen Anlagen vorgesehen war, wird durch die modulierende Technik unterbunden.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit werden die bei dem erfindungsgemäßen Konzept beteiligten Steuerungs- und Regelungsvorgänge, d.h. die Brennersteuerung, die Kondensatdrosselregelung, die Lösungsdrosselregelung sowie die Lösungspumpenregelung, getrennt voneinander beschrieben. Es versteht sich jedoch, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung alle vier der genannten Steuerungs- und Regelungsvorgänge gleichzeitig implementiert sind.

Die Erfindung, deren bevorzugte Ausführungsbeispiele in den Unteransprüchen angegeben sind, wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Einzelnen erläutert, wobei

FIG. 1
eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Absorptionswärmepumpe sowie einer darin verwendeten Brennersteuerung nach der Erfindung zeigt;
FIG. 2 bis 4
Darstellungen ähnlich FIG. 1 sind, in welchen Ausführungsbeispiele der gemäß dem vorliegend beschriebenen Absorptionswärmepumpenkonzept verwendeten Kondensatdrosselregelung veranschaulicht sind;
FIG. 5 bis 7
Darstellungen ähnlich FIG. 1 sind, in welchen Ausführungsbeispiele der gemäß dem vorliegend beschriebenen Absorptionswärmepumpenkonzept eingesetzten Lösungsdrosselregelung veranschaulicht sind; und
FIG. 8
eine Darstellung ähnlich FIG. 1 ist, in welcher ein Ausführungsbeispiel einer gemäß dem vorliegend beschriebenen Absorptionswärmepumpenkonzept verwendeten Lösungspumpenregelung dargestellt ist.

Wie in FIG. 1 schematisch angedeutet ist, umfaßt eine Absorptionswärmepumpe einen Kocher oder Austreiber 1, in welchem mittels eines Brenners 2 eine ein Kältemittel enthaltende Lösung erwärmt wird, um Kältemittel als Kältemitteldampf aus der Lösung auszutreiben. Bei der Ausgestaltung nach FIG. 1 wird der Kältemitteldampf in einer Leitung 30 über einen Rektifikator 3 einem Kondensator 13 zugeleitet, in welchem der Kältemitteldampf gegen ein Heizmittel kondensiert wird. Das auf diese Weise erwärmte Heizmittel wird wiederum in einer Leitung 32, dem sogenannten Vorlaut einem Verbraucher 34, beispielsweise einem Radiator, zugeführt.

Heizmittel, welches den Verbraucher 34 passiert hat, kehrt über eine Leitung 36, den sogenannten Rücklauf, zurück zu der Absorptionswärmepumpe. Insbesondere kann das in dem Verbraucher 34 abgekühlte Heizmittel in einem Abgaswärmetauscher 9 gegen aus dem Brenner 2 austretendes heißes Abgas, welches bei 44 in die Atmosphäre entlassen oder anderweitig entsorgt oder verarbeitet wird, wird, erwärmt werden, bevor es einem Absorber 6 zugeführt wird. Nach Passieren des Absorbers 6, bei dem es sich beispielsweise um einen Plattenwärmetauscher handeln kann, wird das Heizmittel in einer Leitung 38 erneut dem Kondensator 13 zugeleitet, so daß sich ein geschlossener Heizmittelkreis ergibt.

Das in dem Kondensator 13 gegen das sich erwärmende Heizmittel stark abgekühlte und entspannte Kältemittel wird in einer Leitung 40 einem Nachkühler 10 zugeleitet, von welchem aus es über eine Drosselstelle 12 einem Verdampfer 11 zugeführt wird. In dem Verdampfer 11 wird dem Kältemittel Umgebungsenergie zugeführt, wobei es sich hier insbesondere um Wärme handeln kann, die in der Umgebung (in FIG. 1 bei 42 angedeutet) des durch den Verbraucher 34 zu beheizenden Gebäudes z.B. im Erdreich, in Wasser, in Luft, insbesondere in Sole gespeichert ist.

Kältemittel, welches den Verdampfer 11 verläßt, wird erneut durch den Nachkühler 10 geleitet und von dort zu dem Absorber 6. In dem Absorber 6 oder, wie es in FIG. 1 dargestellt ist, in einem vor dem Absorber angeordneten Mischer 46 wird das Kältemittel mit Lösungsmittel gemischt, welches den Kocher 1 über eine Leitung 48 verlassen hat. Die dabei entstehende Lösungswärme wird dem Austreiberprozeß im Kocher 1 und dem Verbraucher 34 zur Verfügung gestellt oder nur an den Verbraucher 34 abgeführt. Die den Absorber 6 verlassende an Kältemittel reiche Lösung wird nach Passieren eines Lösungsvorratsbehälters 7 mittels einer Lösungspumpe 8 von dem Niederdruckniveau des Absorbers 6, welches ungefähr dem Verdampfungsdruck entspricht, auf ein Hochdruckniveau gepumpt und erneut dem Kocher 1 zugeführt. Hierbei kann die an Kältemittel reiche Lösung von dem Absorber 6 wie in FIG. 1 dargestellt über den Rektifikator 3 und einen Wärmetauscher 4 geleitet werden, in welchen die an Kältemittel reiche Lösung einem Wärmeaustausch gegen den den Kocher 1 verlassenden Kältemitteldampf bzw. das den Kocher 1 verlassende Lösungsmittel unterzogen wird. Kältemittel, welches bereits im Rektifikator 3 kondensiert, wird über einen Rücklauf 50 erneut dem Kocher 1 zugeleitet.

Der bis hier beschriebene generelle Aufbau der vorliegenden Absorptionswärmepumpe ist allen nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen gemein und wird daher bei der Beschreibung der übrigen Zeichnungen nicht erneut beschrieben werden. Die folgende Beschreibung konzentriert sich in erster Linie auf die einzelnen Steuerungs- und Regelungsaspekte des erfindungsgemäßen Konzepts. Wie bereits erwähnt, sind in den einzelnen Zeichnungen nicht alle Steuerungs- und Regelungsaspekte gleichzeitig dargestellt sondern werden die Brennersteuerung, die Kondensatdrosselregelung, die Lösungsdrosselregelung sowie die Lösungspumpenregelung nacheinander anhand von schematischen Teilzeichnungen erläutert.

Unter Bezugnahme auf FIG. 1 werden zunächst die die Brennersteuerung betreffenden Komponenten beschrieben. Ziel der Absorptionswärmepumpenbrennersteuerung ist es, eine dem Wärmebedarf des zu beheizenden Gebäudes angepaßte Regelung der Brennerleistung zu erreichen, um so ein kontinuierliches Arbeiten der Absorptionswärmepumpe zu gewährleisten. Das vorliegend beschriebene Konzept basiert, anders als die eingangs beschriebenen bekannten Systeme, auf der Erkenntnis, daß es bei geeigneter Steuerung und Regelung der Anlage durchaus sinnvoll und energetisch lohnend ist, die Absorptionswärmepumpe bei einem verminderten Heizbedarf nicht gänzlich abzuschalten sondern herunterzuregeln, da die andernfalls bei einem erneuten Anfahren der Anlage auftretenden Verluste die durch die Abschaltung erzielte Energieeinsparung überwiegen.

Bei Einrichtung gemäß FIG. 1 sind ein Außenfühler 14 zum Messen der Umgebungstemperatur und ein Heizmittelfühler zum Messen der Temperatur des Heizmittels vorgesehen, wobei der Heizmittelfühler als ein Rücklauffühler 15 zur Erfassung der Rücklauftemperatur oder als ein Vorlauffühler 16 zum Erfassung der Rücklauftemperatur ausgeführt sein kann. Der Außenfühler 14 sowie der Rücklauffühler 15 und/oder der Vorlauffühler 16 sind mit einem Regler 17 verbunden, dessen Ausgang mit dem Brenner 2 verbunden ist. Bei dem Brenner 2 handelt es sich hierbei um einen regelbaren Brenner mit einer Leistungsaufnahme von beispielsweise 4 bis 18 kW. Der Regler 17 vergleicht die gemessene Rücklauf- oder Vorlauftemperatur mit einem Sollwert und drosselt die Brennerleistung bei Annäherung der Rücklauf- bzw. der Vorlauftemperatur an den Sollwert. Die Regelung kann hierbei entsprechend voreingestellter Heizkurven erfolgen. So kann einerseits die Brennerleistung direkt mit der gemessenen Außentemperatur in Beziehung gesetzt werden, indem bestimmten Außentemperaturwerten bestimmte Werte für die Leistungsaufnahme des Brenners zugeordnet werden. So könnte beispielsweise einer Außentemperatur von +15 °C eine Brennerleistung von 4 kW zugeordnet werden, während bei einer Außentemperatur von -15 °C die Brennerleistung 13 kW betragen soll. Als Stellparameter für die Leistung des Brenners können jedoch auch die Vorlauf- und/oder die Rücklauftemperatur dienen. So kann beispielsweise einer Außentemperatur von +15 °C eine Rücklauftemperatur von 25 °C zugeordnet sein, während einer Außentemperatur von -15 °C eine Rücklauftemperatur von 45 °C zugeordnet ist. Neben dem Vergleich von Sollwert und Istwert der Rücklauf- oder der Vorlauftemperatur kann jedoch auch die Temperaturspreizung des Heizmittels, d.h. die Differenz zwischen Vorlauf- und Rücklauftemperatur, als Regelparameter dienen. Die genannten Regelungsarten können hierbei einzeln oder gemeinsam implementiert sein. Die beschriebene Brennersteuerung paßt somit die gesamte durch den Absorptionsprozeß erzeugte Wärmeenergie modulierend dem Wärmebedarf des zu beheizenden Gebäudes an, der sich beispielsweise durch individuelle Einstellungen (z.B. Heizkörper werden geschlossen) oder aber durch Fremdeinwirkung (Variation der Sonneneinstrahlung etc.) ständig ändern kann.

Um bei der vorstehend beschriebenen modulierenden Brennersteuerung die Kondensation des Kältemittels im Kondensator über den gesamten modulierenden Wärmepumpenbetrieb zu gewährleisten, wird gemäß dem vorliegend beschriebenen Konzept die Kondensatdrossel geregelt. Die Kondensatdrosselregelung hat auch die Aufgabe, einen unnötig hohen Kondensationsdruck zu vermeiden und trägt damit zu einer Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades bei.

Wie im folgenden unter Bezugnahme auf die FIGN. 2 bis 4 im Einzelnen erläutert wird, kann die Kondensatdrossel unter Zuhilfenahme mehrerer unterschiedlicher Regelparameter erfolgen. Insbesondere kann, wie es in FIG. 2 veranschaulicht ist, mittels eines Drucksensors 18 der Druck pKKein des in den Kondensator 13 eintretenden Kältemitteldampfes gemessen werden. Dieser Druckwert pKKein kann dann unter Zuhilfenahme der dem Fachmann geläufigen Fundamentalgleichung von Ziegler in einen Temperaturwert TKKein umgerechnet werden. Mittels eines Reglers 19, im veranschaulichten Beispiel ein PID-Regler, wird dann der so errechnete Temperaturwert TKKein mit einer Referenztemperatur verglichen, um ein Ausgangssignal zur Ansteuerung eines stetig regelbaren Stellorgans zu bilden. Bei der in FIG. 2 dargestellten Ausführungsform wird als die Referenztemperatur die Temperatur TVorlauf des aus dem Kondensator 13 austretenden Heizmittels benutzt, die mittels eines Temperaturfühlers 16 gemessen wird. Ist die Temperaturdifferenz TKKein - TVorlauf kleiner als ein vorgegebener Sollwert von z.B. 1 bis 4 K, so wird die Menge des dem Verdampfer 11 zugeführten Kältemittels mittels der regelbaren Drosselstelle 12, die beispielsweise als pulsweitenmoduliertes Ventil ausgeführt sein kann, verkleinert. Ist hingegen die besagte Temperaturdifferenz größer als der vorgegebene Sollwert, so wird die Menge des dem Verdampfer 11 zugeführten Kältemittels vergrößert. Mittels des Sollwerts wird gewährleistet, daß sich immer eine Kondensatunterkühlung von ca. 2 bis 5 K einstellt. Ist die Differenz TKKein - TVorlauf gleich dem vorgegebenen Sollwert, so ist die Ventilstellung optimal.

Eine Variante der Kondensatdrosselregelung von FIG. 2 ist in FIG. 3 skizziert. Anstelle des Drucksensors 18 (FIG. 2) ist hier ein Temperatursensor 20 vorgesehen, der die Temperatur TKKaus des aus dem Kondensator 13 austretenden Kältemittels erfaßt. Diese Temperatur TKKaus wird wiederum mit der Temperatur TVorlauf des aus dem Kondensator 13 austretenden Heizmittels verglichen. Anhand der mit einem Regler 19 ermittelten Temperaturdifferenz zwischen der Vorlauftemperatur TVorlauf, die der Kondensationstemperatur entspricht, und der Temperatur TKKaus des Kondensats läßt sich die herrschende Kondensatunterkühlung bewerten. Wird für die Kondensatunterkühlung ein Sollwert vorgegeben, so kann die Drosselstelle 12 basierend auf einem Vergleich zwischen der genannten Temperaturdifferenz mit diesem Sollwert ganz oder teilweise geöffnet oder geschlossen werden. Der Sollwert der Kondensatunterkühlung liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 2 und 5 K.

Eine weitere Variante der Kondensatdrosselregelung von FIG. 2 ist in FIG. 4 dargestellt. Das Ausführungsbeispiel der FIG. 4 unterscheidet sich von dem der FIG. 3 darin, daß die Temperatur des Heizmittels nicht am Auslaß des Kondensators 13 sondern an dessen Einlaß gemessen wird. Die mittels eines Temperatursensors 20 gemessene Temperatur TKKaus des aus dem Kondensator 13 austretenden Kältemittels wird dann mit der mittels eines Temperatursensors 21 gemessenen Temperatur THKein des in den Kondensator 13 eintretenden Heizmittels verglichen, wobei zu diesem Zweck der Regler 19 vorzugsweise einen Differenzbildner umfaßt. Wie bei den obigen Ausführungsbeispielen kann die sich aus dem Vergleich der beiden genannten Temperaturen ergebende Temperaturdifferenz wiederum mit einem Sollwert verglichen und die Drosselstelle in Abhängigkeit von diesem Vergleich geregelt werden.

Bezugnehmend auf die FIGN. 5 bis 7 wird nachstehend die bei dem vorliegenden Absorptionswärmepumpenkonzept eingesetzte Lösungsdrosselregelung erläutert. Die in den Zeichnungen gezeigte Lösungsdrossel 5 bestimmt den Strom der aus dem Kocher 1 über den Wärmetauscher 4 ausgeleiteten, an Kältemittel armen Lösung, die in dem Mischer 46 (FIG. 1) mit aus dem Nachkühler 10 austretenden Kältemittel gemischt wird, bevor sie in den Absorber 6 eingeleitet wird. Durch Verstellung der Lösungsdrossel 5 wird der bei niedrigem Druck betriebene Absorber bzw. der Verdampfungsdruck beeinflußt. Ziel dieser Regelung ist es, den Niederdruck in jedem Betriebszustand der Wärmepumpe so zu halten, daß der Verdampfer 11 die maximal mögliche Energie aufnimmt und gleichzeitig gewährleistet ist, daß sich nicht ein unnötig hoher Massenstrom der an Kältemittel armen Lösung einstellt. Wird die Lösungsdrossel 5 geöffnet, so hat dies eine Reihe von Auswirkungen:

  • der Durchfluß und somit die Konzentration der an Kältemittel armen Lösung nehmen zu,
  • der spezifische Lösungsumlauf wird größer,
  • das Lösungsfeld wird weiter zusammengezogen,
  • die Konzentrationsdifferenz und damit auch die Temperaturdifferenz zwischen Kesselfuß und Kesselkopf des Kochers verringert sich,
  • die Konzentration der
    reichen" Lösung im Absorber wird kleiner
  • der Niederdruck sinkt.

Eine Schließung der Lösungsdrossel hat entsprechend gegenteilige Effekte.

Entsprechend FIG. 5 wird mittels eines Temperaturfühlers 22 die Temperatur TKVein des dem Verdampfer 11 zugeführten Kältemittels gemessen. Mit Hilfe eines zweiten Temperaturfühlers 23 wird die Temperatur TKVaus des aus dem Verdampfer 11 austretenden Kältemittels erfaßt. Ein PID Regler 26 bildet aus den beiden gemessenen Temperaturwerten eine Differenz und legt basierend auf dem Ergebnis der Differenzbildung ein Stellsignal an die Lösungsdrossel 5 an. Insbesondere wird die ermittelte Temperaturdifferenz ähnlich wie bei den oben beschriebenen Verfahren mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen, wobei bei der vorliegend beschriebenen Ausgestaltung ein besonders bevorzugter Bereich für diesen Sollwert von 7 bis 10 K reicht. Ist die ermittelte Temperaturdifferenz größer als der vorgegebene Sollwert, so wird die Lösungsdrossel 5 geschlossen; ist die ermittelte Temperaturdifferenz kleiner als der vorgegebene Sollwert, wird die Lösungsdrossel 5 geöffnet. Die Regelung der Lösungsdrossel 5 kann darüberhinaus auch durch eine Messung der Vorlauftemperatur, wie sie unter Bezugnahme auf die FIGN. 2 und 3 erläutert wurde, beeinflußt werden, indem der Sollwert für die Differenz zwischen der Temperatur TKVein des dem Verdampfer 11 zugeführten Kältemittels und der Temperatur TKVaus des aus dem Verdampfer 11 austretenden Kältemittels in Abhängigkeit von der Vorlauftemperatur TVorlauf variiert wird. Beispielsweise kann die Regelung so angelegt sein, daß der Sollwert für die genannte Temperaturdifferenz am Verdampfer bei einer Vorlauftemperatur von 30 °C z.B. 14 K beträgt, während dieser Sollwert bei einer Vorlauftemperatur von 50 °C auf z.B. 7 K abgesenkt wird.

Bei der in FIG. 6 skizzierten Variante der Lösungsdrosselregelung gemäß FIG. 5 wird die mittels des Temperaturfühlers 22 gemessene Temperatur TKVein des dem Verdampfer 11 zugeführten Kältemittels mit der mittels eines Temperaturfühlers 24 gemessenen Temperatur TMVein des dem Verdampfer 11 zugeführten Mediums (Sole, Wasser, Luft etc.) verglichen. Basierend auf diesem Vergleich liefert der Regler 26 in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Sollwert ein Stellsignal an die Lösungsdrossel 5.

Eine weitere Variante der Lösungsdrosselregelung ist in FIG. 7 dargestellt, wobei hier mittels eines Druckaufnehmers 28 der Druck pKVaus des aus dem Nachkühler 10 austretenden Kältemittels sowie mittels eines Temperaturfühlers 24 die Temperatur TKVaus des aus dem Verdampfer 11 austretenden Kältemittels gemessen werden. Der gemessene Druckwert kann dann ähnlich wie es oben unter Bezugnahme auf die vorliegend eingesetzte Kondensatdrosselregelung beschrieben wurde, in einen Temperaturwert umgerechnet und durch Differenzbildung mit dem mittels des Temperaturfühlers 24 gemessenen Temperaturwert verglichen werden. Die so ermittelte Temperaturdifferenz wird dann mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen, um ein Steuersignal für die Lösungsdrossel 5 zu erhalten. Die in FIG. 7 gezeigte Anordnung des Druckaufnehmers 28 und des Temperaturfühlers 24 könnte ferner dahingehend abgewandelt werden, daß beide Aufnehmer an im wesentlichen der gleichen Stelle des Prozeßablaufs angeordnet werden. Insbesondere könnten sowohl der Druckaufnehmer 28 als auch der Temperaturfühler 24 zwischen dem Nachkühler 10 und dem Mischer 46 oder aber zwischen dem Verdampfer 11 und dem Nachkühler 10 plaziert werden.

FIG. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel der bei dem vorliegenden Absorptionswärmepumpenkonzept eingesetzten Lösungspumpenregelung. Wie unter Bezugnahme auf FIG. 1 erläutert wurde, wird die den Absorber 6 verlassende, an Kältemittel reiche Lösung nach Passieren des Lösungsvorratsbehälters 7 mittels einer Lösungspumpe 8 von dem Niederdruckniveau des Absorbers 6 auf ein Hochdruckniveau gepumpt und erneut dem Kocher 1 zugeführt. Bei dem in FIG. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel der Lösungspumpenregelung wird mittels eines in dem Lösungsvorratsbehälter 7 angeordneten Schwimmers 29, vorteilhafterweise eines magnetinduktiven Schwimmers, der Füllstand des Lösungsvorratsbehälters 7 erfaßt und basierend auf dem gemessenen Füllstand die Drehzahl der Lösungspumpe 8 und somit der Lösungsmassenstrom dem Prozeß angepaßt.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Betrieb einer Absorptionswärmepumpe bei dem
    • (a) in einem Kocher (1) eine ein Kältemittel enthaltende Lösung mittels eines Brenners (2) erwärmt wird, um Kältemittel als Kältemitteldampf auszutreiben;
    • (b) der Kältemitteldampf in einem Kondensator (13) gegen ein Heizmittel kondensiert wird, um dem Heizmittel Wärme zuzuführen;
    • (c) das Kältemittel von dem Kondensator einem Verdampfer (11), in welchem es gegen ein Medium verdampft wird, und anschließend mindestens einem Absorber (6) zugeführt wird;
    • (d) an Kältemittel verarmte Lösung aus dem Kocher über einen Wärmetauscher (4) dem mindestens einen Absorber zuführt wird, wo sich die an Kältemittel verarmte Lösung mit Kältemittel, welches den Verdampfer durchlaufen hat, vereinigt;
    • (e) an Kältemittel reiche Lösung von dem Absorber mittels einer Lösungspumpe (8) auf ein Hochdruckniveau gepumpt und erneut dem Kocher zugeführt wird; und
    • (f) das in dem Kondensator (13) erwärmte Heizmittel einem Verbraucher zugeführt wird und das von dem Verbraucher abgekühlte Heizmittel zu dem Kondensator zurück geführt wird;

      dadurch gekennzeichnet, daß
    • (g) die Außentemperatur und die Temperatur des Heizmittels gemessen werden und die Leistung des Brenners (2) in Abhängigkeit von den gemessenen Temperaturwerten eingestellt wird;
    • (h) die Menge des dem Verdampfer (11) zugeführten Kältemittels geregelt wird (19);
    • (i) die Menge der dem mindestens einen Absorber (6) zugeführten, an Kältemittel verarmten Lösung geregelt wird; und
    • (j) die Fördermenge der Lösungspumpe (8) geregelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Kondensator (13) austretende Kältemittel in indirekten Wärmeaustausch mit aus dem Verdampfer (11) austretendem Kältemittel gebracht wird, bevor es dem Verdampfer (11) zugeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur (TRücklauf) des Heizmittels nach Durchlaufen des Verbrauchers gemessen wird (Rücklauftemperatur).
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rücklauftemperatur (TRücklauf) wiederholt gemessen wird und
    • (g1) der gemessene Wert der Rücklauftemperatur mit einem Sollwert verglichen wird; und
    • (g2) die Brennerleistung bei Annäherung des gemessenen Werts der Rücklauftemperatur an den Sollwert der Rücklauftemperatur gedrosselt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur (TVorlauf) des dem Verbraucher von dem Kondensator zugeführten Heizmittels gemessen wird (Vorlauftemperatur).
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlauftemperatur (TVorlauf) wiederholt gemessen wird und
    • (g1) der gemessene Wert der Vorlauftemperatur mit einem Sollwert verglichen wird; und
    • (g2) die Brennerleistung bei Annäherung des gemessenen Werts der Vorlauftemperatur zum Sollwert der Vorlauftemperatur gedrosselt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rücklauftemperatur (TRücklauf) und die Vorlauftemperatur (TVorlauf) wiederholt gemessen werden und
    • (g1) bei jeder Messung die Differenz aus den gemessenen Werten der Vorlauftemperatur und der Rücklauftemperatur gebildet wird; und
    • (g2) die Brennerleistung gedrosselt wird, wenn die Differenz bei einer Messung kleiner als bei der vorhergehenden Messung ist.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außentemperatur (TA) wiederholt gemessen und die Brennerleistung mit sinkender Außentemperatur erhöht wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
    • (h1) der Druck (pKKein) des in den Kondensator (13) eintretenden Kältemitteldampfes und die Temperatur (TVorlauf) des aus dem Kondensator austretenden Heizmittels gemessen werden; und
    • (h2) die Menge des dem Verdampfer (11) zugeführten Kältemittels in Abhängigkeit von den gemessenen Druck- und Temperaturwerten (pKKein, TVorlauf) eingestellt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
    • (h21) der gemessene Druckwert (pKKein) in einen Temperaturwert (TKKein) umgerechnet wird und mittels des so errechneten Temperaturwerts (in Kelvin) und der Vorlauftemperatur (in Kelvin) entsprechend der nachstehenden Formel (I) A = TKKein - TVorlauf - B wobei B einen Wert zwischen 0,5 und 10 K vorzugsweise zwischen 1 und 4 K hat,

      eine Stellgröße A berechnet wird; und
    • (h22) die Menge des dem Verdampfer (11) zugeführten Kältemittels vergrößert wird, wenn A größer als Null ist; und
    • (h23) die Menge des dem Verdampfer (11) zugeführten Kältemittels verkleinert wird, wenn A kleiner als Null ist.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß
    • (h1) die Temperatur (TKKaus) des aus dem Kondensator (13) austretenden Kältemittels und die Temperatur (TVorlauf) des aus dem Kondensator austretenden Heizmittels gemessen werden; und
    • (h2) die Drosselstelle (12) in Abhängigkeit von den gemessenen Temperaturwerten (TKKaus, TVorlauf) eingestellt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
    • (h21) die Differenz der gemessenen Temperaturwerte entsprechend der nachstehenden Formel (II) mit einem Sollwert D verglichen wird; C = (TVorlauf - TKKaus) - D um eine Stellgröße C zu erhalten, wobei D einen Wert zwischen 1 und 10 K, vorzugsweise zwischen 2 und 5 K hat; und
    • (h22) die Menge des dem Verdampfer (11) zugeführten Kältemittels vergrößert wird, wenn C größer als Null ist; und
    • (h23) die Menge des dem Verdampfer (11) zugeführten Kältemittels verkleinert wird, wenn C kleiner als Null ist.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß
    • (h1) die Temperatur (TKKaus) des aus dem Kondensator austretenden Kältemittels und die Temperatur (THKein) des in den Kondensator (13) eintretenden Heizmittels gemessen werden; und
    • (h2) die Drosselstelle (12) in Abhängigkeit von den gemessenen Temperaturwerten (TKKaus, THKein) eingestellt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
    • (h21) die Differenz der gemessenen Temperatur (TKKaus) des aus dem Kondensator austretenden Kältemittels und der Temperatur (THKein) des in den Kondensator (13) eintretenden Heizmittels errechnet wird; und
    • (h22) die Drosselstelle (12) in Abhängigkeit von der errechneten Differenz eingestellt wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Mess- und Berechnungsvorgange wiederholt durchgeführt werden und die Öffnungsfläche der Drosselstelle (12) verkleinert wird, wenn die Temperaturdifferenz zunimmt, bzw. vergrößert wird, wenn die Temperaturdifferenz abnimmt.
  16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
    • (i1) die Temperatur (TKVein) des dem Verdampfer (11) zugeführten Kältemittels sowie die Temperatur (TKVaus) des aus dem Verdampfer (11) austretenden Kältemittels gemessen werden; und
    • (i2) die Menge der dem mindestens einen Absorber (6) zugeführten, an Kältemittel verarmten Lösung in Abhängigkeit von den gemessenen Temperaturwerten (TKVein, TKVaus) eingestellt wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß
    • (i21) die Differenz der gemessenen Temperaturwerte (TKVein, TKVaus) entsprechend der nachstehenden Formel (III) mit einem Sollwert F verglichen wird: E = (TKVein - TKVaus) - F um eine Stellgröße E zu erhalten; und
    • (i22) die Menge der dem mindestens einen Absorber (6) zugeführten, an Kältemittel verarmten Lösung vergrößert wird, wenn E größer als Null ist; und
    • (i23) die Menge der dem mindestens einen Absorber (6) zugeführten, an Kältemittel verarmten Lösung verkleinert wird, wenn E kleiner als Null ist.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß
    • (i1) die Temperatur (TKVein) des dem Verdampfer (II) zugeführten Kältemittels sowie die Temperatur (TMVein) des dem Verdampfer (11) zugeführten Mediums gemessen werden, und
    • (i2) die Menge der dem mindestens einen Absorber (6) zugeführten, an Kältemittel verarmten Lösung in Abhängigkeit von den gemessenen Temperaturwerten (TKVein, TMVein) eingestellt wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß
    • (i21) die Differenz der gemessenen Temperaturwerte (TKVein, TMVein) entsprechend der nachstehenden Formel (IV) mit einem Sollwert H verglichen wird: G = (TMVein - TKVein) - H um eine Stellgröße G zu erhalten; und
    • (i22) die Menge der dem mindestens einen Absorber (6) zugeführten, an Kältemittel verarmten Lösung vergrößert wird, wenn G größer als Null ist; und
    • (i23) die Menge der dem mindestens einen Absorber (6) zugeführten, an Kältemittel verarmten Lösung verkleinert wird, wenn G kleiner als Null ist.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß
    • (i1) der Druck (pKVaus) des aus dem Verdampfer (11) austretenden Kältemittels sowie die Temperatur (TKVaus) des aus dem Verdampfer (11) austretenden Kältemittels gemessen werden, und
    • (i2) die Menge der dem mindestens einen Absorber (6) zugeführten, an Kältemittel verarmten Lösung in Abhängigkeit von den gemessenen Druck- und Temperaturwerten (pKVaus, TKVaus) eingestellt wird.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß
    • (i21) der gemessene Druckwert (pKVaus) in einen Temperaturwert TVerdamfung umgerechnet wird und mittels des so errechneten Temperaturwerts (in Kelvin) und der Temperatur (TKVaus) des aus dem Verdampfer (11) austretenden Kältemittels entsprechend der nachstehenden Formel (V) L = TVerdampfung - TKVaus - M wobei M vorzugsweise einen Wert zwischen 4 und 15 K hat,

      eine Stellgröße L berechnet wird; und
    • (j22) die Menge der dem mindestens einen Absorber (6) zugeführten, an Kältemittel verarmten Lösung vergrößert wird, wenn L kleiner als Null ist; und
    • (j23) die Menge der dem mindestens einen Absorber (6) zugeführten, an Kältemittel verarmten Lösung verkleinert wird, wenn L größer als Null ist.
  22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
    • (j1) die von dem Absorber kommende, an Kältemittel reiche Lösung durch einen Lösungsvorratsbehälter (7) geleitet wird,
    • (j2) der Füllstand in dem Lösungsvorratsbehälter gemessen wird, und
    • (j3) die Fördermenge der Lösungspumpe (8) in Abhängigkeit von dem gemessenen Füllstand eingestellt wird.
  23. Absorptionswärmepumpe mit
    • (a) einem Kocher (1) zur Aufnahme einer ein Kältemittel enthaltenden Lösung;
    • (b) einem Brenner (2), um dem Kocher (1) zwecks Erzeugung von Kältemitteldampf Wärme zuzuführen;
    • (c) einem Kondensator (13);
    • (d) einer Leitungsanordnung (30) zum Überleiten von Kältemitteldampf von dem Kocher zu dem Kondensator;
    • (e) einer Leitungsanordnung (32, 36) zum Überleiten eines in dem Kondensator mittels kondensierendem Kältemitteldampf erwärmten Heizmittels von dem Kondensator zu einem Verbraucher (34) sowie zum Rückführen von durch den Verbraucher abgekühltem Heizmittel zu dem Kondensator;
    • (f) einem Verdampfer (11) zum Verdampfen des Kältemittels gegen ein Medium;
    • (g) einer Drosselstelle (12) und sowie einer Leitungsanordnung (40) zum Überleiten von Kältemittel von dem Kondensator (13) zu der Drosselstelle (12) und von der Drosselstelle zu dem Verdampfer (11);
    • (h) mindestens einem Absorber (6) sowie einer Leitungsanordnung zum Überleiten von Kältemittel von dem Verdampfer zu dem Absorber;
    • (i) einer Leitungsanordnung (48, 38) zum Überleiten der in dem Kocher an Kältemittel verarmten Lösung zu dem mindestens einen Absorber; und
    • (j) einer Lösungspumpe (8), um von dem Absorber abgeleitete, an Kältemittel reiche Lösung auf ein Hochdruckniveau aufzudrücken sowie einer Leitungsanordnung zum Überleiten der unter hohem Druck stehenden, an Kältemittel reichen Lösung zu dem Kocher;

      gekennzeichnet durch
    • (k) eine erste Regeleinrichtung, die einen im Freien angeordneten Außenfühler (14) zum Messen der Außentemperatur, mindestens einen Heizmittelfühler (15, 16) zum Messen der Temperatur des Heizmittels, sowie einen ersten Regler (17) zum Regeln der Leistung des Brenners (2) in Abhängigkeit von den gemessenen Temperaturwerten umfaßt;
    • (l) eine zweite Regeleinrichtung (16, 18, 19, 20, 21) zum Regeln der Menge des dem Verdampfer (11) zugeführten Kältemittels;
    • (m) eine dritte Regeleinrichtung (22, 23, 24, 26, 28) zum Regeln der Menge der dem mindestens einen Absorber (6) zugeführten, an Kältemittel verarmten Lösung; sowie
    • (n) eine vierte Regeleinrichtung (27, 29) zum Regeln der Fördermenge der Lösungspumpe (8).
  24. Absorptionswärmepumpe nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch einen Nachkühler (10), in welchem aus dem Kondensator (13) austretendes Kältemittel in indirekten Wärmeaustausch mit aus dem Verdampfer (11) austretendem Kältemittel gebracht wird, bevor es dem Verdampfer (11) zugeführt wird.
  25. Absorptionswärmepumpe nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Regeleinrichtung einen zwischen dem Verbraucher (34) und dem Kondensator (13) angeordneten Rücklauffühler (15) zum Messen der Temperatur (TRücklauf) des Heizmittels, nachdem dieses den Verbraucher durchlaufen hat, umfaßt.
  26. Absorptionswärmepumpe nach einem der Ansprüch 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß erste Regeleinrichtung einen zwischen dem Kondensator (13) und dem Verbraucher (34) angeordneten Vorlauffühler (34) zum Messen der Temperatur (TVorlauf) des dem Verbraucher von dem Kondensator zugeführten Heizmittels umfaßt.
  27. Absorptionswärmepumpe nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Regeleinrichtung einen Temperaturfühler (16) zum Messen der Temperatur (TVorlauf) des aus dem Kondensator (13) austretenden Heizmittels, einen Druckaufnehmer (18) zum Messen des Drucks (pKKein) des in den Kondensator (13) eintretenden Kältemitteldampfes, sowie einen Regler (19) umfaßt, der die Menge des dem Verdampfer (11) zugeführten Kältemittels in Abhängigkeit von den gemessenen Druck- und Temperaturwerten (pKKein, TVorlauf) einstellt.
  28. Absorptionswärmepumpe nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Regeleinrichtung einen ersten Temperaturfühler (16) zum Messen der Temperatur (TVorlauf) des aus dem Kondensator (13) austretenden Heizmittels, einen zweiten Temperaturfühler (20) zum Messen der Temperatur (TKKaus) des aus dem Kondensator austretenden Kältemittels, sowie einen Regler (19) umfaßt, der die Menge des dem Verdampfer (11) zugeführten Kältemittels in Abhängigkeit von den gemessenen Temperaturwerten (TVorlauf, TKKaus) einstellt.
  29. Absorptionswärmepumpe nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Regeleinrichtung einen ersten Temperaturfühler (20) zum Messen der Temperatur (TKKaus) des aus dem Kondensator (13) austretenden Kältemittels, einen zweiten Temperaturfühler (21) zum Messen der Temperatur (THKein) des in den Kondensator eintretenden Heizmittels, sowie einen Regler (19) umfaßt, der die Menge des dem Verdampfer (11) zugeführten Kältemittels in Abhängigkeit von den gemessenen Temperaturwerten (TKKaus, THKein) einstellt.
  30. Absorptionswärmepumpe nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Regeleinrichtung einen ersten Temperaturfühler (22) zum Messen der Temperatur (TKVein) des dem Verdampfer (11) zugeführten Kältemittels, einen zweiten Temperaturfühler (23) zum Messen der Temperatur (TKVaus) des aus dem Verdampfer austretenden Kältemittels, sowie einen Regler (26) umfaßt, der die Menge der dem mindestens einen Absorber (6) zugeführten, an Kältemittel verarmten Lösung in Abhängigkeit von den gemessenen Temperaturwerten (TKVein, TKVaus) einstellt.
  31. Absorptionswärmepumpe nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Regeleinrichtung einen ersten Temperaturfühler (22) zum Messen der Temperatur (TKVein) des dem Verdampfer (11) zugeführten Kältemittels, einen zweiten Temperaturfühler (24) zum Messen der Temperatur (TMVein) des dem Verdampfer zugeführten Mediums, sowie einen Regler (26) umfaßt, der die Menge der dem mindestens einen Absorber (6) zugeführten, an Kältemittel verarmten Lösung in Abhängigkeit von den gemessenen Temperaturwerten (TKVein, TMVein) einstellt.
  32. Absorptionswärmepumpe nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Regeleinrichtung einen Druckaufnehmer (28) zum Messen des Drucks (pKVaus) des aus dem Verdampfer (11) austretenden Kältemittels, einen Temperaturfühler (24) zum Messen der Temperatur (TKVaus) des aus dem Verdampfer austretenden Kältemittels, sowie einen Regler (26) umfaßt, der die Menge der dem mindestens einen Absorber (6) zugeführten, an Kältemittel verarmten Lösung in Abhängigkeit von den gemessenen Druck- und Temperaturwerten einstellt.
  33. Absorptionswärmepumpe nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Regeleinrichtung
    • einen Behälter (7) mit einer Pegelmeßanordnung (29) zum Ermitteln des Pegels einer in den Behälter eingebrachten Flüssigkeit,
    • eine Leitungsanordnung zum Überleiten der von dem Absorber (6) abgeleiteten, an Kältemittel reichen Lösung zu dem Behälter (7); und
    • einen Regler (27) zum Einstellen der Fördermenge der Lösungspumpe (8) in Abhängigkeit von dem gemessenen Flüssigkeitspegel.
  34. Absorptionswärmepumpe nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Pegelmeßanordnung (29) einen induktiven Schwimmer aufweist.






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