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Die Erfindung betrifft ein Zirkulationsfluid-Heizsystem
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und bezieht sich auf
Absorptionswärmepumpen-Heizsysteme, die beispielsweise die
Heizquelle für Heißwasser im Hausgebrauch und/oder ein
zentrales Heizsystem bilden.
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Absorptionswärmepumpensysteme enthalten üblicherweise einen
Absorber bzw. Absorptionsapparat, in dem das Kühlmittel,
beispielsweise Ammoniak in einem Absorptionsmittel, z. B.
Wasser, absorbiert ist, einen Generator, zu dem das
Absorptionsmittel mit dem absorbierten Kühlmittel mit einem
erhöhten Druck gepumpt wird und in dem das Kühlmittel
aus dem Absorptionsmittel ausgetrieben wird, wobei das
Absorptionsmittel über eine Druckreduziereinrichtung zu dem
Absorber zurückgeführt wird, einen Kondensor oder Verflüssiger,
dem das Kühlmittel von dem Generator zugeführt wird und
in dem es kühlt und kondensiert, und einen Verdampfer, dem
das kondensierte Kühlmittel über ein Expansionsventil
zugeführt wird. Wärme wird dem Generator und dem Verdampfer
zugeführt, und der Kondensor und der Absorber sind beide mit
Wärmetauscheinrichtungen verbunden, die in einem
Gebrauchskreislauf angeordnet sind, beispielsweise dem
Heißwassersystem und/oder zentralen Heizsystem.
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Es hat sich herausgestellt, daß bei derartigen
Absorptionswärmepumpensystemen bei der Maximierung der Leistung des
Systems im Verhältnis zu den Installationskosten die
maximale Energie und Abgabetemperatur, die erzielbar sind,
relativ niedrig liegen, beispielsweise in der
Größenordnung von 8kW bei 55ºC. Während diese Größenordnungen
für zentrale Heizsysteme und Heißwassersysteme in modernen,
sogenannten Niedrigenergiehäusern akzeptabel sind, sind
sie für die Zentralheizung und Heißwassersysteme in älteren
und größeren Gebäuden unzureichend, insbesondere bei
kälteren Wetterbedingungen.
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Mit diesem Problem befaßt sich die europäische
Patentanmeldung EP-A-0046196 durch Einbau eines zusätzlichen Bypass-
Systems. Die EP-A-0046196 offenbart ein Zirkulationsfluid-
Heizsystem mit einem Absorptionswärmepumpensystem, einer
Fluidheizeinrichtung und einem Gebrauchskreis zum
Transportieren eines flüssigen Wärmeträgers. Das
Absorptionsheizpumpensystem enthält einen Kühlmitteldampferzeuger und
einen Kühlmitteldampfrektifizierer. Der Gebrauchskreis hat
Wärmeübertragungsmittel zum Übertragen von Wärmeenergie
von der Heizeinrichtung, die einen Wärmetauscher enthalten,
der Wärme von der Fluidheizeinrichtung aufnimmt und einen
schaltbaren Abschnitt hat, der mit einem Ventil versehen
ist, das von einer Steuereinrichtung betätigbar ist, um
den Wärmetauscher funktional in den Fluidgebrauchskreis
einzukoppeln, wenn der Wärmeabgabebedarf des Systems über
einer vorgegebenen Größe liegt, und um den Wärmetauscher
funktional von dem Kreislauf zu trennen, wenn der
Wärmeabgabebedarf des Systems unter dieser Größe liegt. In diesem
System enthält der schaltbare Teil des Wärmetauschers
Gebrauchsfluidwindungen, die direkt den Verbrennungsgasen
der Heizeinrichtung ausgesetzt sind. Mangelnde Effizienz
infolge von Wärmeverlusten des
Absorptionswärmepumpensystems, die auftreten würde, wenn das System aufhört, als
Wärmepumpe zu funktionieren, infolge kalter Wetterbedingungen,
wird durch Schalten des Gebrauchsfluids von dem Teil des
Kreislaufs, der den Absorber, den Kondensor und den
Verdampfer
einschließt, zu einer Bypass-Schleife reduziert,
die einen Teil des zusätzlichen Bypass-Systems enthält. Die
vorliegende Erfindung hat nicht ein solches zusätzliches
Bypass-System.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Zirkulationsfluid-
Heizsystem vorgesehen, das ein Absorbtionswärmepumpensystem,
eine Fluidheizeinrichtung und einen Gebrauchskreis zum
Transportieren eines flüssigen Wärmeträgers zwischen diesen
Teilen aufweist, wobei das Absorptionswärmepumpensystem einen
Kühlmitteldampfgenerator und einen Kühlmitteldampfrektifizierer
enthält. Der Gebrauchskreis hat Wärmeübertragungseinrichtungen
zum Übertragen von Wärmeenergie von der Heizeinrichtung,
einschließlich wenigstens eines Wärmetauschers, der Wärme
von der Fluidheizeinrichtung aufnimmt und einen
umschaltbaren Abschnitt enthält, der mit einer Ventileinrichtung
versehen ist, der durch eine Steuereinrichtung betätigbar
ist, um den Wärmetauscher funktional in den
Fluidgebrauchskreis einzurücken, wenn der Wärmeabgabebedarf des Systems
oberhalb eines vorbestimmten Wertes liegt, und um den
Wärmetauscher von dem Kreis zu trennen, wenn der
Wärmeabgabebedarf des Systems unter dem vorbestimmten Wert liegt. Die
vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der
Dampfgenerator und der Dampfrektifizierer in einem
geschlossenen Behälter innerhalb der Fluidheizeinrichtung
angeordnet sind, wobei der Behälter einen Flüssigkeitsraum
und einen Dampfraum begrenzt, und daß der umschaltbare Teil
des wenigstens einen Wärmetauschers eine
Gebrauchskreiswindung enthält, die in dem Dampfraum angeordnet ist, um
so den Dampfkondensierungsbedingungen unterworfen zu sein.
Die umschaltbare Gebrauchskreiswindung erfährt demnach eine
konstante Temperaturumgebung ungeachtet eines erhöhten
Wärmebedarfs, wenn
dies das kalte Wetter erfordert.
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Die Wärmeübertragungseinrichtungen des Gebrauchskreises
können erste und zweite Wärmetauscher aufweisen, die mit
dem Absorber und dem Kondensor verbunden sind, um diesen
Wärmeenergie zu entziehen, und die Wärmetauscher, die den
umschaltbaren Teil haben, können in Reihe mit dem ersten
und dem zweiten Wärmetauscher verbunden sein.
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Der Wärmetauscher, der einen umschaltbaren Abschnitt hat,
kann parallel mit einer entsprechenden Bypass-Schleife
verbunden sein, und die Steuereinrichtung kann ein Ventil
umfassen, welches den Strom des Wärmeträgermediums durch den
Wärmetauscher oder durch die zugehörige Bypass-Schleife
steuert.
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Die Steuereinrichtung kann eine Einrichtung zum Steuern
der Energiezufuhr zu dem Generator aufweisen, um die
Energiezufuhr mit der Betätigung des Ventiles zu erhöhen, damit
Wärmeträgermedium durch den Wärmetauscher fließt.
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Das Absorptionswärmepumpensystem kann eine Pumpe aufweisen,
um Flüssigkeit von dem Absorber zu dem Generator zu pumpen,
wobei die Pumpe durch Fluid von dem Generator angetrieben
wird, das dann zu dem Absorber gelangt. Das Fluid kann
Flüssigkeit und/oder Dampf von dem Generator enthalten.
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Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgen mit
Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigen:
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Fig. 1 schematisch eine Ausführungsform eines
Absorptionswärmepumpensystems und einen
Teil eines Gebrauchskreises eines
Heizungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 2 schematisch einen Teil des Gebrauchskreises
des Heizsystems der Fig. 1;
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Fig. 3 schematisch eine weitere Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Heizsystems;
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Fig. 4 einen Schnitt durch einen Generator des
Heizsystems der Fig. 3 und
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Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in
Fig. 4.
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Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Heizsystem enthält
ein Wärmepumpensystem gemäß Fig. 1 mit einem Gebrauchskreis'
von dem Teile in Fig. 1 und ebenfalls in Fig. 2 abgebildet
sind. Das Heizpumpensystem gemäß Fig. 1 enthält einen
Absorber 1, in dem ein Kühlmittel, beispielsweise Ammoniak,
in einem Absorptionsmittel, beispielsweise Wasser,
absorbiert ist, und der einen Wärmetauscher 1a aufweist, ferner
einen Heizkessel 2 mit einem Dampfgenerator 2a, dem das
Absorptionsmittel mit dem absorbierten Kühlmittel (starke
Lösung genannt) durch eine Leitung 3 mittels einer
Lösungspumpe bei einem erhöhten Druck zugeführt wird und wo die
starke Lösung erhitzt wird, um das Kühlmittel auszutreiben,
wobei das von dem Kühlmittel befreite Absorptionsmittel
(schwache Lösung genannt) von dem Dampferzeuger über eine
Leitung 4 und eine Druckreduziereinrichtung zu dem Absorber
1 zurückkehrt, ferner einen Kondensor 5, dem der
Kühlmitteldampf bei hohem Druck über eine Leitung 6 zugeführt wird
und in dem dieser auf einem Wärmetauscher 5a kondensiert,
und einen Verdampfer 7, dem das kondensierte Kühlmittel
über eine Leitung 8 zugeführt wird, die mit einem
Expansionsventil 9 versehen ist, in dem das Kühlmittel verdampft
und von wo das verdampfte Kühlmittel über eine Leitung 10
dem Absorber zugeführt wird.
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Der Absorber 1 kann ein herkömmlicher Absorber sein oder,
wie abgebildet, ein derartiger, der in dem U.K.-Patent
2,169,069 beschrieben. Ein derartiger Absorber enthält
einen allgemein nach oben verlaufenden Kanal 100, durch
den die Flüssigkeit nach oben fließt, und eine
Rücklaufbahn 101 einschließlich eines Behälters 102. Schwache
Flüssigkeit von dem Dampfgenerator 2a wird dem unteren Ende des
Kanals 100 zusammen mit Kühlmittel von dem Verdampfer
zugeführt. Das Kühlmittel ist in der schwachen Lösung
absorbiert, wenn diese durch den Kanal 100 nach oben fließt,
und verursacht gleichzeitig die Zirkulation der
Flüssigkeit nach oben durch den Kanal 100, unabhängig von dem Strom,
der durch die Lösungspumpe hervorgerufen wird. Starke Lösung
wird von dem Behälter 102 entlang der Leitung 3 zu dem
Dampferzeuger abgezogen. Der Kanal 100 ist von einem Mantelkühler
103 umgeben, der einen Wärmetauscher 1a bildet und durch
den das Wärmeträgermedium des Gebrauchskreises im
Gegenstrom zum Strom der Flüssigkeit in dem Kanal 100 fließt
und die Flüssigkeit kühlt, während die Absorption
fortschreitet.
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Die Pumpe und die Druckreduziereinrichtung in den Leitungen
3 und 4 zwischen dem Absorber 1 und dem Generator 2a für
die starke und die schwache Lösung können konventioneller
Art sein oder durch eine Pumpe 11 gebildet sein, wie sie
abgebildet ist und in der U.K.-PS 2,086,026 beschrieben
ist. Die Pumpe 11 wird, wie beschrieben, allgemein betätigt,
um Überschuß der schwachen Lösung zu pumpen, welche dann
in einen Behälter 12 aufgenommen wird und durch Schwerkraft
zu dem Generator 2 zurückkehrt.
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Die starke Lösung von dem Absorber 1 kann, wie dargestellt,
bei der Rektifikation des Dampfes in dem
Kühlmitteldampfrektifizierer 2b verwendet werden und kann somit vorgeheizt
werden, bevor sie in den Dampfgenerator 2a eintritt, durch
Wärmeaustausch in einem Dephlegmator oder durch
Rektifizierwärmetauscher 13 mit dem Kühlmitteldampf, wenn dieser den
Dampfrektifizierer 2b verläßt,und anschließt durch
Wärmeaustausch in dem Wärmetauscher 14 mit der schwachen Lösung,
die den Dampferzeuger 2a verläßt. Die schwache Lösung kann
zusätzlich in einem weiteren Wärmetauscher 15 gekühlt werden,
der in einer Wärmeaustauschbeziehung mit dem
Wärmeträgermedium des Gebrauchskreises steht.
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Der Wärmeinput für den Heizkessel 2 kann von jeder geeigneten
Einrichtung stammen wie einem Ölbrenner oder einer
elektrischen Heizung, jedoch ist der Heizkessel vorzugsweise,
wie dargestellt, mit Gas betrieben. Mit Gas betrieben kann
der Heizkessel als vollständiger Kondensierheizkessel
arbeiten und ist zu diesem Zweck mit einem Behälter versehen,
der den Dampferzeuger 2a mit einem Flüssigkeitsraum 207 und
einem Dampfraum 208 enthält und mit einem Flammrohr 16 mit
zwei Wärmetauschern 17,18. Der erste Wärmetauscher 17 ist
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wie Fig. 2 zeigt - mit dem Gebrauchskreis verbunden, und
der zweite Wärmetauscher 18 ist als Teil des Wärmeinputs
zu dem Verdampfer 7 angeordnet. Der Verdampfer 7 kann auf
herkömmliche Weise eine externe, schwache Energiequelle
haben, wobei ein Wärmeträgermedium, z. B. Luft oder Wasser
oder ein anderes geeignetes Fluid, durch einen Wärmetauscher
bei der schwachen Energiequelle und den Wärmetauscher 18 zu
einem Wärmetauscher in dem Verdampfer 7 gepumpt wird. Die
Wärmetauscher 17 und 18 sind vorteilhafterweise ausreichend
bemessen, um wirkungsvoll Energie aus dem Flammrohr 16
aufzunehmen.
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Der Gebrauchskreis des oben beschriebenen Wärmepumpensystems
enthält die Wärmetauscher 1a, 5a, 15 und 17, die
beispielsweise mit Ventilen 19 und 20 verbunden sein können, wie Fig.
2 zeigt, um die relativen Ströme des Wärmeträgermediums,
beispielsweise Wasser, durch die Wärmetauscher 1a, 15 und
5a sowohl während des Starts des Heizsystems als auch während
des normalen Betriebs zu steuern. Während des normalen
Betriebs sind die Ventile 19 und 20 so geschaltet, daß das
Wärmeträgermedium parallel durch die Wärmetauscher 15 und 5a
des Kondensors und den Wärmetauscher 1a des Absorbers fließt,
wobei die relativen Ströme durch das Ventil 19 eingestellt
sind und das gesamte Fluid dann durch den Wärmetauscher 17
fließt. Für ein häusliches Heizwassersystem und/oder
zentrales Heizsystem sind die Wärmetauscher mit einem
Wärmetauscher in einem Heizwassertank und/oder den Radiatoren des
zentralen Heizsystems verbunden.
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Das oben beschriebene Heizpumpsystem kann beispielsweise so
bemessen sein, daß es eine maximale Abgabe von 8 kW bei
55ºC mit der Energie erreicht, die dem Generator mit etwa
6 kW zugeführt wird.
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Um das Maximum der Energieabgabe und der Temperatur zu
erhöhen, wird der Dampfgenerator bzw. Dampferzeuger 2a durch
Verbindung mit einem zusätzlichen Kondensor 25 modizifiert,
der, wie Fig. 1 zeigt, im Bereich des Dampfraumes 208
angeordnet ist und damit dem Kühlmitteldampf ausgesetzt ist, der
jedoch nicht einen Teil des Wärmepumpensystems bildet. Wie
dargestellt, enthält der Kondensor 25 einen Wärmetauscher
25a, der mit dem Gebrauchskreis verbindbar ist und sich
innerhalb des Dampfraumes 208 befindet. Der Wärmetauscher
25a kann, wie Fig. 1 zeigt, in einem Gehäuse 26 angeordnet
sein, das oben von dem Dampferzeuger 2a vorsteht und es
ermöglicht, den Kondensor 25 von dem Dampfraum 208 zu isolieren,
wenn der Wärmetauscher 25a nicht in Gebrauch ist,
beispielsweise durch eine zurückziehbare Klappe, die das untere Ende
des Gehäuses 26 verschließt, oder er kann ständig dem Dampf
in dem Dampfraum ausgesetzt sein.
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Wie Fig. 2 zeigt, ist der Wärmetauscher 25 in dem
Gebrauchskreis parallel zu einer Bypass-Leitung 27 angeordnet und
mit einem Ventil WV verbunden, so daß durch Betätigung des
Ventils WV der Wärmetauscher 25a entweder von dem
Gebrauchskreis isoliert oder in diesen eingeschlossen sein kann. Es
wird darauf hingewiesen, daß bei Isolierung des
Wärmetauschers 25a von dem Gebrauchskreis der Kondensor 25 aufhört
zu arbeiten und keine Wärmeenergie von dem Heizkessel
abzieht.
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Beim Betrieb des vorstehend beschriebenen Heizsystems ist
der Wärmetauscher 25a von dem Gebrauchskreis isoliert, wenn
der Bedarf des Gebrauchskreises an dem Maximum oder
unterhalb des Maximums des Heizpumpensystems liegt, wenn dieses
als Heizpumpensystem arbeitet. Wenn mehr Wärme gebraucht
wird, wird das Ventil WV geöffnet, arbeitet der Kondensor
25 und gleichzeitig wird die dem Generator zugeführte
Energie zunehmend erhöht, und zwar in Abhängigkeit von
dem Bedarf des Gebrauchskreises. Anfänglich wird das
Heizpumpensystem fortfahren, als ein Heizpumpensystem zu
arbeiten, wobei der Output des Heizpumpensystems ergänzt
wird durch den Output des Wärmetauschers 25a. Da jedoch
die Temperatur des Heizträgermediums in dem Gebrauchskreis
ansteigt und insbesondere die Temperatur des durch die
Wärmetauscher in dem Absorber und dem Kondensor fließenden
Mediums sich erhöht, wird ein Punkt kommen, der von den
Betriebsbedingungen des Wärmepumpensystems abhängt, an
dem der Verdampfer und der Kondensor aufhören, zu
funktionieren, und die Wirksamkeit des Systems wird dann
äquivalent zu derjenigen eines herkömmlichen Brennkesselsystems.
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Bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Wärmetauscher 25h in den
Gebrauchskreis eintritt, ist der Leistungskoeffizient des
Systems derjenige des Heizpumpensystems ohne den
zusätzlichen Kondensor 25. Wenn der Wärmetauscher 25a in den
Gebrauchskreis einrückt, wird der Leistungskoeffizient des
gesamten Systems reduziert.
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Das in Fig. 3 dargestellte Heizsystem ähnelt demjenigen
der Fig. 1 und 2, hat jedoch andere Verbindungen der
verschiedenen Wärmetauscher in dem Gebrauchskreis, eine
andere Form eines Heizkessels 2 und eine andere Form einer
Pumpe 111, die die Pumpe 11 der Ausführungsform der Fig. 1
ersetzt. In der Ausführungsform der Fig. 3 bezeichnen
dieselben Bezugszeichen die Teile, die in den
Ausführungsformen der Fig. 1 und 2 auftreten.
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Die Pumpe 110 der Ausführungsform der Fig. 3 enthält eine
Pumpenkammer 111, der die starke Flüssigkeit von dem
Absorber über ein Einwegventil 112 zugeführt wird und von
der diese über ein Einwegventil 113 dem Generator über eine
Leitung 3, den Dephlegmator 13 und den Wärmetauscher 14
zugepumpt wird, wie bei der vorigen Ausführungsform. Die
Kammer 111 ist durch einen Kolben 114 begrenzt, der eine
erste Antriebskammer 15 und eine zweite Kammer 116 bildet.
Das Antriebsfluid für die Pumpe ist hauptsächlich eine
schwache Lösung, die bei hohem Druck von dem Generator zu
dem Absorber entlang der Leitung 4 fließt, die zu den
Kammern 115 und 114 über ein Solenoid-betätigtes Ventil
SV 10 gelangt und von dort zu dem Absorber über ein
Solenoidbetätigtes Ventil SV 12 fließt, wobei die Ventile SV 10 und
SV 12 alternativ betätigt werden und das Ventil SV 11 unter
diesen Umständen stets offen und das Ventil SV 13 ständig
geschlossen ist. Die Rückstellkraft auf den Kolben 114 wird,
wie dargestellt, von einer Feder 117 und einer Beaufschlagung
hervorgerufen, die durch ständiges Verbinden der Kammer, die
die Feder enthält, mit der Leitung 4 stromabwärts der Pumpe
entsteht, so daß sie Flüssigkeiten niedrigen Drucks
aufnimmt. Der Vorgang der Absorption vergrößert das spezifische
Volumen der starken Lösung im Vergleich zu demjenigen der
schwachen Lösung um einen Betrag, der von der jeweiligen
Konzentration des Kühlmittels in den jeweiligen Lösungen
abhängt. Damit ist die durchschnittliche Volumenfließmenge
der Lösung von dem Absorber zu dem Generator größer als
diejenige von dem Generator zu dem Absorber. Die wirksamen
Flächen in den Kammern der Pumpe 110 sind so angeordnet,
daß eine Ungleichheit in dem Volumen der Flüssigkeit
besteht, die zu dem Generator und von dem Generator fließt,
wobei weniger Flüssigkeit zu dem Generator gepumpt wird
als zurück zu dem Absorber fließt. Damit wird im Laufe der
Zeit der Flüssigkeitsspiegel in dem Absorber über ein
vorbestimmtes Niveau ansteigen, was von einem
Flüssigkeitsspiegelsensor in dem Behälter 102 des Absorbers erfaßt wird.
Wenn dies auftritt, wird die Flüssigkeitszufuhr zu der
Kammer 116 der Pumpe durch Zufuhr von Dampf von dem
Heizkessel 2 ersetzt, und zu diesem Zweck wird der Dampfraum
des Dampfrektifizierers 2b durch eine Leitung 119 und das
Solenoid-betätigte Ventil SV 13 mit der Kammer 116
verbunden. Wenn der Flüssigkeitsspiegel in dem Behälter 102 über
das festgesetzte Niveau ansteigt, wird das Ventil SV 13 mit
dem Ventil SV 10 betätigt, um mit dem Ventil SV 10 zu öffnen
und zu schließen, und das Ventil SV 11 wird mit dem Ventil
SV 12 betätigt, um mit diesem Ventil zu öffnen und zu
schließen, so daß während der Pumpphase der Pumpe
Flüssigkeit von dem Dampfgenerator 2a der Kammer 115 und Dampf der
Kammer 116 zugeführt werden und während der Rückkehrphase
sowohl Flüssigkeit als auch Dampf zusammen dem Absorber
zugeführt werden. Wenn der Flüssigkeitsspiegel in dem
Absorber unter ein festgesetztes Niveau fällt, wird das Ventil
SV 13 wieder ständig geschlossen, und das Ventil SV 11 wird
ständig geöffnet, um den Betrieb in dem Zustand wieder
aufzunehmen, in dem beiden Kammern 115 und 116 Flüssigkeit
von dem Dampfgenerator 2a zugeführt wird.
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Wie bei der vorhergehenden Ausführungsform wird der
Verdampfer 7 mit Wärme von dem Wärmetauscher 18 in dem
Generatorflammrohr versehen und ein Wärmetauscher 180 ist einer
Energiequelle niedrigen Grades, beispielsweise einer
externen Quelle, ausgesetzt, wobei Wärme von den Wärmetauschern
18 und 180 einem Wärmetauscher in dem Verdampfer über einen
Kreis 181 zugeführt wird, durch den ein Wärmeträgermedium
von der Pumpe PU 2 gepumpt wird
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Um den relativen Betrieb des Verdampfers und des Kondensors
über einen Leistungsbereich zu steuern, ist ein zusätzliches
Expansionsventil 9a zusammen mit einem Solenoid-betätigten
Ventil SV 6 parallel mit einem Expansionsventil 9 verbunden,
wobei das Ventil SV 6 in Abhängigkeit von dem
Flüssigkeitsspiegel in dem Kondensor betätigt wird, der von dem Sensor
12 erfaßt wird.
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Bei dieser Ausführungsform sind die Wärmetauscher 1a, 15
und 5a in Reihe in dem Gebrauchskreis angeordnet und, wie
bei der vorhergehenden Ausführungsform, in Reihe mit dem
Wärmetauscher 25, der parallel zu einer Bypass-Leitung 27
angeordnet ist und von einem Solenoid-betätigten Ventil WV
gesteuert wird. Es sei darauf hingewiesen, daß die Verbindung
zwischen den Wärmetauschern 1a, 15 und 5a von den Bedürfnissen
bzw. dem Bedarf des Gebrauchskreises abhängt, und die
Verbindungen dieser Ausführungsform und der Ausführungsform der
Fig. 1 und 2 sind lediglich als Beispiele gezeigt.
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Wie dargestellt, enthält der Gebrauchskreis eine Pumpe PU 1
zum Zirkulieren des Wärmeträgermediums in einer konstanten
Menge und ein Solenoid-Ventil V zur Steuerung der Zufuhr des
Wärmeträgermediums zu einem Wärmetauscher in einem
Heißwassertank 306 allein oder sowohl zu dem Tank als auch zu
Radiatoren, die schematisch bei 307 des zentralen
Heizsystems dargestellt sind, oder zu den Radiatoren 307 allein.
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Eine Steuereinrichtung 400 für das Heizsystem enthält
Steuerungen für das Wärmepumpensystem zur Steuerung der
Solenoid-betätigten Ventile SV 10, SV 11, SV 12, SV 13 und
SV 6 in Abhängigkeit von dem Niveau, das von den Sensoren
L1 und L2 erfaßt wird, und zum Steuern der Wärmeabgabe des
Systems durch Steuerung der Luft und des Gases, die dem
Brennkessel in Abhängigkeit von Temperaturen in dem
Heißwassertank, der Umgebungsluft im Bereich der zentralen
Heizradiatoren, in dem Heizträgermedium, das in dem
Gebrauchskreis fließt, in dem Brennkessel und in dem
Brennkesselflammrohr herrschen, die von Temperatursensoren STW, STA, TO, T2,
T1 und T8 erfaßt werden, wobei die Temperatursensoren TW und
TA die Temperaturen in dem Heißwassertank erfassen, die
thermostatisch sind. Es wird betont, daß die vorstehend für
die Ausführungsform der Fig. 3 beschriebenen Steuerungen in
ähnlicher Weise auf die Ausführungsform der Fig. 1 und 2
angewandt werden können.
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Wenn der Wärmeoutput, der von dem Heizsystem verlangt wird,
einen Wert übersteigt, der von dem Heizpumpsystem geliefert
werden kann, wenn dieses als Heizpumpsystem arbeitet, bewirkt
die Steuerung 400 das Öffnen des Ventils WV, um den
Wärmetauscher 25a in den Gebrauchskreis einzuschließen, zusammen
mit einer fortlaufenden Erhöhung der Energiezufuhr zu dem
Brennkessel, d. h., das Gasventil GV wird zunehmend geöffnet
und die Geschwindigkeit des Luftzufuhrgebläses F wird erhöht,
bis die erforderliche Wärmeabgabe erreicht ist. Wie bei dem
System der Fig. 1 und 2 steigt die Temperatur des
Wärmeträgermediums des Gebrauchskreises, das durch die
Wärmetauscher in dem Absorber und dem Kondensor fließt, auf eine
Temperatur, bei der der Absorber und der Kondensor aufhören,
als solche zu arbeiten, wenn der erforderliche Wärmeoutput
ausreichend hoch ist. Das Heizpumpensystem stellt sich dann
auf ein herkömmliches Heizkesselsystem um. Bei einem
Heizpumpensystem, das so konstruiert ist, daß es mit einem
hohen Druck in dem Heizkessel in der Größenordnung von
350 psi und bei einer Verdampfertemperatur in der
Größenordnung von 0ºC arbeitet, beträgt die Temperatur des
Wärmeträgermediums,
das den Wärmetauscher 25a verläßt,d. h. die
von dem Temperatursensor T2 erfaßt wird, bei der dies
auftritt, etwa 60ºC.
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Der Brennkessel des Heizsystems der Fig. 3 ist in weiteren
Einzelheiten in den Fig. 4 und 5 dargestellt. Der
Brennkessel enthält einen Hauptkörper 200, der in seinem unteren
Bereich mit einer Hochtemperaturauskleidung 201 versehen ist,
die von einer Wärmeisolierung 202 umgeben ist. Der Hauptkörper
200 enthält eine untere Kammer 203, in der sich Gasbrenner
204 befinden, denen Gas über ein Ventil GV und Luft über
ein Gebläse F zugeführt wird. Gase von den Brennern 204
steigen in den Wärmetauschbereich 205 des Dampferzeugers 2a
auf, zirkulieren in diesem Bereich und treten durch ein
Flammrohr 16 aus. In dem Wärmetauschbereich 205 ist eine Reihe
von Rohren 206 angeordnet, wobei die Rohre an ihren unteren
Enden verschlossen und an ihren oberen Enden offen sind und
mit dem Flüssigkeitsraum 207 in dem Hauptteil 200 in
Verbindung stehen, dem durch eine Leitung 3 eine starke
Flüssigkeit zugeführt wird. Die schwache Flüssigkeit tritt aus dem
Dampferzeuger entlang einer Leitung 4 aus, die in den
Flüssigkeitsraum 207 über der Höhe der Rohre 205 geöffnet ist.
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Der untere Bereich des Hauptteils 200 ist allgemein
zylindrisch, und der obere Bereich, der einen Dampfrektifizierer
2b bildet, hat einen sich verringernden und reduzierten
Querschnitt. Dampf wird von dem Brennkessel entlang der
Leitung 6 abgezogen, wobei der Dampf durch den
rektifizierenden Abschnitt verläuft, der auf herkömmliche Weise
Rektifizierböden bzw. Mulden 209 enthält. Der rektifizierende
Wärmetauscher 13 ist an dem oberen Ende des Dampfraumes
des Dampfrektifizierers angeordnet, und der zusätzliche
Kondensor 25 ist mit seinem Wärmetauscher 25a in dem
Dampfraum
208 oberhalb des Flüssigkeitsspiegels in dem
Dampfgenerator 2a und unterhalb der Rektifizierböden 209 angeordnet.
Wie Fig. 5 zeigt, hat der Wärmetauscher 25a die Form eines
Rohres mit einer Länge, die durch den maximalen
Wärmeabgabebedarf des zusätzlichen Kondensors 25 bestimmt ist. Um die
vertikale Erstreckung des Dampfgenerators 2a zu minimieren,
hat der Wärmetauscher 25a, wie dargestellt, die Form einer
sinusförmigen ebenen Windung, aber er kann alternativ hierzu
auch mehrere Windungen haben, die sich innerhalb des
Dampfraumes 208 des Dampfgenerators nach oben erstrecken.
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Bei den vor stehend beschriebenen Ausführungsformen ist
beabsichtigt, daß das Wärmepumpensystem mit Ammoniak als
Kühlmittel und Wasser als Absorptionsmittel arbeitet, jedoch ist
die Erfindung auch auf Heizpumpensysteme anwendbar, die andere
Kühlmittel und andere Absorptionsmittel verwenden.
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Somit wird ein Heizsystem vorgeschlagen, daß ein
Wärmepumpensystem enthält, welches mit maximaler Wirksamkeit während des
größten Teils der Zeit als ein Wärmepumpensystem arbeitet,
wobei dann, wenn die Anforderungen an den Wärmeoutput des
Systems eine vorbestimmte Größe überschreiten, die
Wärmeabgabe des Heizpumpensystems ergänzt werden kann, wobei es nur
am oberen Ende des Betriebsbereichs des Systems auftritt, daß
das Wärmepumpensystem aufhört, als ein solches zu arbeiten,
und in ein herkömmliches Brennkesselsystem umgewandelt wird.