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Die Erfindung betrifft eine Absorptionswärmepumpe mit einem im seschlossenen Kreislauf über weniεstens einen Absorber (1c),ei Regenerator (R) und einen Lösungskühler (K2) geführten Lösungsmittel und einem vom Lösungsmittel absorbierbaren Wärmemittel und aus diesem wieder austreibbaren Wärmemittel.

Bisher bekannte Absorptionswärmepumpen arbeiten meist mit einem Wasser-Ammoniak Gemisch, obei ammoniakhälϊttiges Wasser als Lösungsmittel und Ammoniak als Wärmemittel dient und sowohl das Lösungsmittel als auch das Wärmemittel in geschlossenen WärmeDumpeninternen Kreisläufen geführt werden. Diese Absorotionswärmepumpen sind daher auch gewissermaß wärmeseitig genutzte Absorptionskältemaschinen, die jeweils einen als Kühlwärmetauscher wirkenden Verdampfer für das ausgetriebene und kondensierte Wärmemittel aufweisen, wodurch der wesentliche Nach¬ teil entsteht, die auf höheres Temperaturniveau zu "pumpende" "Wärme allein durch die Verdampferfläche in Abhängigkeit der Temperatur- differenz zwischen Wärmeαuelle und "kalt"- verdampfendem Wärmemittel aufnehmen zu können. Dadurch bleibt die Anwendung dieser bekannten Wärmepumpen relativ unwirtschaftlich, wozu noch kommt, daß das wärmepumpenintern im geschlossenen Kreislauf geführte Wärmemittel eine direkte Nutzung bereits dampfförmiger Wärmeαuellen einerseits und die wärmeoumpenexterne Verwendung des im Regenerator entstehenden Dampfes andererseits ausschließt.

Zur Vermeidung dieser Nachteile ist bei einer Absorotionswärme- pumpe der eingangs geschilderten Art erfindungsgemäß als Lösungsmittel ein wasserabsorbierendes L sungsmittel in Form einerwässerigen Lösung von Lithium bromid- oder Chlorid, ieweils gemischt mit Calziumbromid- oder Chlorid und Zinkbromid- oder chlorid und als Wärmemittel (Arbeits¬ medium) das absorptiv gebildete Kondensat aus Wasserdampf allein, wie z.B. Brüden aus natürlichen Thermalαuellen, geothermischen Quellen, technischen Prozessen z.B. Salzgewinnung, Zuckerproduktion, Milchtrocknun u.s.w. ,

oder aus dessen Gemisch mit Luft, insbesondere natürlicher Umgebungsluft, oder aus Trocknungsabluft vorgesehen, wobei der Regenerator (R) zum Austre des vom Lösungsmittel absorptiv kondensierten Wassers für sich allein , oder gemeinsam mit jedem als Dampfgefäß ausgeführten Lösungskühler (K2) einen Dampferzeuger für einen Dampfturbinengenerator (21c), (22c) , eine Wassergewinnungsanlage (6c), (7c), oder dgl. bildet .

Günstig ist es dabei, wenn erfindungsgemäß als Wärmemittel (Arbeitsmedium) Abluft aus einem Hallenschwimmbad oder dgl. vorgesehen ist, wobei vorzugsweise der im Regenerator (R) erzeugte Dampf nach seiner Kondensierung dem Badewasser zugemischt wird, oder wenn als Wärmemittel (Arbeitsmedium) Abluft aus einer Trocknungsanlage vorgesehen ist, wobei der im Regenerator (R) erzeugte Dampf als Heizmedium der Trockenanlage zugeführt wird.

In einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann weiters als Wärmemittel Abdampf einer Kraftwerks-,insbesondere

Turbinenanlage, vorgesehen sein, wobei vorzugsweise der im Regenerator (R) erzeugte Dampf gegebenenfalls nach einer Überhitzung als Antriebsdampf in die Anlage eingespeist wird, da so ein üblicher Kondensator zum Kondensieren des Abdampfes vermieden wird, indem bei Dampfkraftwerken der größte und wegen der damit verbundenen Umweltbelastung auch uner¬ wünschteste Wärmeverlust auftritt.

Um z.B. auf wirtschaftliche Weise primäre Strahlungswärme und sekundäre Solarenergie in Form der Luftfeuchtigkeit zur Gewinnung mechanischer Energie ausnützen zu können, führt erfindungs emäß der Lösungsmittel-Kreislauf über mehrere, vorzugsweise drei Absorber und einen gemeinsamen, wahlweise nach Aufnahme solarer Strahlungswärme mittels Kollektor (31) im Wege der Lösung beheizten Regenerator (R) und als Wärmemittel ist absorptiv gebildetes Kondensat aus feuchtwarmer Um¬ gebungsluft vorgesehen, wobei der im Regenerator und wahlweise in den als Dämpfgefäß ausgebildeten Lösungskühler erzeugte Dampf einem Turbinengenerator zugeleitet wird.

Bei der erfindungsgemäßen Absorptionswärmepumpe wird nur das Lösungsmittel im geschlossenen Kreislauf geführt, nicht aber das Wärmemittel (Arbeitsmedium), das sozusagen nach seinem Austreiben aus dem Lösungsmittel das eigentliche Wärmepumpensystem verläßt, was auch die Aus- nutzung einer externen, bereits dampfförmigen Wärmequelle erlaubt. Der Wärmeübergang erfolgt somit aus der dampfförmigen Wärmequelle bei gleich¬ zeitigem StoffÜbergang im Absorber, und zwar auf Grund der Dampfdruck- differenz zwischen der Absorberflüssigkeit bzw. deren Dampf und dem der Wärmequelle. Da letzterer Druck ein Vielfaches gegenüber dem von Kaltdampf beträgt, kann auch die Temperatur bzw. der Dampfdruck der Absorptions¬ flüssigkeit ein Vielfaches der Wert bekannter Absorptionswärmepumpen betrag Dieser entscheidende Vorteil erlaubt es, z.B. die aus Dampfkraftwerken im Abdampf anfallende, bisher nicht mehr nutzbare Verdampfungswärme im Abdampf auf exergetisch nutzbarem Temperaturniveau ohne externe Wärmeabführung zurückzugewinnen.

Der Erfindungsgegenstand wird an Hand der Zeichnung noch näher erläutert, in der die Figur Ibis 4 Anlagenschemata verschiedener Aus¬ führungsbeispiele der erfindungsgemäßen Absorptionswärmepumpe zeigen.

In Fig. 1 ist an Hand eines Hallenschwimmbades die Anwendung der erfindungsgemäßen Absorptionswärmepumpe bei einer Anlage mit einem

Wärme- aber keinem Kühlbedarf veranschaulicht. Als Wärmemittel (Arbeitsmedi für die Absorptionswärmepumpe dient Abluft aus dem Hallenschwimmbad B.die mit einer Temperatur von ca. 32°C und 60% relativer Feuchtigkeit über einen Ventilator 1 einem Absorber 2 zugeführt wird, wo ein Lösungsmittel, beispielsweise Lithiumchloridlösung, die Feuchtigkeit der Abluft absorbiert. Dieses Lösungsmittel gelangt mittels der Lösungspumpe 3 aus dem Absorber 2 über einen Wärmetauscher 4 in den direkt befeuerten Regenerator 5, wo es auf 180°C aufgeheizt und die Feuchtigkeit als Wasserdampf ausgetrieben wird. Das heiße Lösungsmittel strömt aus dem Regenerator 5 über den Wärmetauscher 4, in dem es das dem Regenerator 5 zufließende gesättigte Lösungsmittel auf 160°Cvorwärmt, in den Absorber 2 zurück. Der aus

OMPI

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dem Regenerator ausströmende 180°-ige Wasserdampf gibt über einen Luft/Dam Wärmetauscher 6 Wärme an die Umluft ab und das 40 bis 50°-ige Kondensat wird dem Beckenwasser vor einer Filteranlage 7 wieder beigemischt. Die feuchte Abluft aus dem Hallenbad B wird im Absorber 2 getrocknet, so daß die den Absorber 2 verlassende trockene Luft als Umluft dienen kann und über den Wärmetauscher 6 der Lüftungsanlage des- Bades rückgeführt wird, wobei dann nur ein entsprechender Frischluftanteil zur Abdeckung der vor¬ geschriebenen Frischluftrate dem Zuluftgerät beizumischen ist. Der mit dem heißen Wasserdampf beaufschlagte Wärmetauscher 6 ließe sich natürlich stat zur Luftwärmung genauso gut für eine Brauchwasserbereitung oder für andere Heizzwecke heranziehen.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße Absorptionswärmepumpe bei einer Trockenanlage eingesetzt. Die als Wärme¬ mittel (Arbeitsmedium) dienende Abluft dieser TSocknungsanlage T mit

» einer Temperatur von ca. 80°C und 60% relativer Feuchtigkeit wird, über ein Filter la und einen Ventilator 2a dem Absorber 3a zugeführt. Im Absorber wird mittels des Lösungsmittels Feuchtigkeit entzogen und die trockene Luft/Dampf-Wärmetauscher 6a wieder der Trocknungsanlage bzw. dem Trocknungsprozeß zugeführt, wobei Frischluft nur zur Deckung der Leckver- luste erforderlich ist. Das Lösungsmittel gelangt seinerseits mit ca. 120°C aus dem Absorber 3a über einen Lösungsmittel-Wärmetauscher 4a, wo es auf ca. 160°C aufgeheizt wird, in den Regenerator 5a. Hier wird das Lösungsmittel über eine externe Energiezuführung auf 180°C aufgeheizt und der austretende Dampf mit 180°C/1 bar wird zur Luftwärmung über den Luft/Dampf-Wärmetauscher 6a geführt. Der Dampf kondensiert bei der Wärme¬ abgabe an die Umluft und wird mit ca. 60°C wieder der Trocknungsanläge T zageführt. Damit ist die Trocknung, beispielsweise die Papier oder Wäschetrocknung, unabhängig vom Außenluftzustand und die Rückgewinnung der Trocknungswärme ohne svstemexterne Einrichtungen möglich.

Im Anführungspeispiel nach Fig. 3 ist die AbdampfVerwertung durch eine erfindungsgemäße Absorptionswärmepumpe bei einer Kraftwerks¬ anlage dargestellt. Vom Kessel 1b, beispielsweise einem Siedewasserreaktor, strömt Dampf mit z.B. 85 bar/540°C durch die Hauptdampfleitung 2b zur Haupt- turbine 3b und wird in dieser auf den Zustand 16 bar 200°C abgearbeutet. Durch die Abdampfleitung gelangt der Dampf in das Heizrohrbündel des Regenerators 4b, in dem sich 70%-ige Lösung mit der Temperatur von 180°C/1 b befindet. Unter Abgabe der zum Regenerieren erforderlichen Wärme erreicht der Dampf bei Austritt aus dem Heizungsrohrbündel den Sättigungszustand von 180°C/10 bar und gelangt zum Überhitzer 5b, wo er den mit 100°C/1 bar aus dem Dampfgefäß 6b kommenden Dampf auf 180°C überhitzt. Anschließend gelangt der Dampf zum Heizungsrohrbündel dieses Dampfgefäßes 6b, um das dort befindliche Reinwasser (Kondensat) .auf 100°C/1 bar aufzuheitzen. Der hiebei kondensierende Dampf wird über eine Kondensatpumpe 13b in ein Kondensatsammeigefäß 14b gepumpt, das an den Kessel lb bzw. das Dampf efäß 6 angeschlossen ist. Der im Dampfgefäß erzeugte Dampf von 1 bar strömt über die Dampfleitung 7b durch den Überhitzer 5b und erreicht mi 180°C/1 ba die als Gleichdruckturbine ausgeführte Niederdruckturbine 8b. Aus dem Abdampfstutzen der Niederdruckturbine strömt der Dampf nach Abarbeiten der Temperatur von 180°C/1 bar in den mit einer 180°-igen Lösung beheizten Überhitzer 11b und gelangt mit dem Zustand 160°C auf 100°C/1 bar und anschlie ^' ßend gelangt der Dampf in den Absorbrer 10b. Hier wird die Lösung durch laufende Abgabe der Lösungswärme im Überhitzer 11b, durch den die Lösung gepumpt wird, auf 180°C/1 bar gehalten. Aus dem Absorber 10b wird nähmlich die Lösung mittels Lösungspumpe 12b dem Dampfüberhitzer 11b und paralell zu diesem dem Regenerator 4b zugeleitet. Der heiße Lösungsstrom, der natürlich auch in einem eigenen Kreis durch den Überhitzer 11b geführt werden könnte, wird im Überhitzer 11b unter Angabe der Überhitzungswärme an den zur Turbine 9b strömenden Abdampf gekühlt. Im Regenerator 4b wird die Lösung durch den Abdampf der Hauptturbine 3b auf 180°C aufgeheizt und der entstehende Dampf wird in die Dampfleitung zur Niederdruckturbine 8b

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eingespeist. Durch eine solche Anwendung des Absorptionswärmeprinzips, nach dem der Abdampf anstatt unter Abkühlung in einem Kondensator zu kondensieren, im Absorber ohne Abgabe von Prozeßwärme unter Temperatur¬ erhöhung kondensiert bzw. absorbiert wird, ist ein Kondensationsdampfkraft- werk unabhängig vom Kühlwasser, und es entfallen somit bei der Standortwahl alle das Kühlwasser und die Wärmebelastung der Umwelt betreffenden Aspekte.

Fig. 4 zeigt den besonders zweckmäßigen Einsatz einer erfindungsgemäßen Absorptionswärmepumpe zur Energie- und Wassergewinnung aus feuchter Umgebungsluft. Ein Ventilator 5c saugt warmfeuchte Umgebungs- luft z.B. vom Zusatnd 50°C/80% relative Luftfeuchtigkeit an und fördert sie durch den Eintrittsstutzen 10c in den Absorber 1c, wo sie nach Kontakt mit der durch diegeordneten Packungen 11c verteilten Lösungen von 110°C unter Wärmeentwicklung auf 120°C ihre Feuchtigkeit abgibt. Durch den Austrittsstutzen 12c verläßt die•entfeuchtete Luft den Absorber 1c . Die verdünnte Lösung von 120°C wird durch die Umwelzpumpe 13c aus dem Absorber 1c abgesaugt und strömt durch die Leitung 14c zum Lösungskühler K _j _. Durch die Abgabe der Absorptionswärme wird das durch das Rohr 16c in den Kühler eintretende Wasser verdampft, welcher 110°-ige Dampf durch die Leitung 17c und dem Eintrittstutzen 27c in den zweiten Absorber 2c strömt, wo er von der aus dem Lösungskühler K- durch das Rohr 18c kommenden Lösung von 110°C absorbiert wird. Die warme Lösung von 180°C gelangt durch das Rohr 19c zurück in die Leitung 14c, doch könnte statrt dieser Einbindung auch ein Wärmetauscher vorgesehen sein, was allerdings ein zweites Leitungspaar erforderlich machen würde. Da erfindungsgemäß nicht auf eine Kälte- leistung in einem Verdampfer Rücksicht zu nehmen ist, hat die möglichst einfache Anlagentechnik den Vorrang vor allfälligen Mischungs und/oder internen Wärmeverlusten, welche Verluste zwangsläufig dem Gesamtsystem zugutekommen über die damit in den Lösungskühlern entwickelten Dampfmengen zur Wärmeentwicklung unter Temperaturerhöhung führen. Entscheidend ist

dabei, daß alle Lösungsteilmengen im Regenerator R bei der höchsten im System auftretenden Temperatur (bis zu 180°C) regeneriert,d.h. konzentriert werden und der dabei entstehende Dampf (180°C/1 bar) durch das Rohr 23c einem Dampfturbinengenerator 21c, 22c, zugeteilt werden kann. Nach Kondensation in einem vorzugsweise luftgekühlten 50°C/ 80% -Kondensator 6c sammelt sich das Wasser im Behälter 7c, wo es mittels der Pumpe 24c zu den Lösungskühlern gefördert, ausgeschieden, einer elektrolytischen Wasser¬ stofferzeugung mittels des aus dem Turbogenerator stammenden Stromes zu¬ geführt oder einer Trinkwasseraufbereitung zugeleitet werden kann. Im Regenerator R fungiert die aus dem Absorber 3c mittels Umwälzpumpe 26c ab¬ gesaugte heiße Lösung von 185°C als Heizmedium, das durch Abgabe der Absorptionswärme der Lösung aus dem Absorber 3c über die Heizfläche der Heizschlange 30c im Regenerator R die aus den Absorbern lc und 2c kommende verdünnte Lösung zum Kocheq bringt. Gleichzeitig muß aber auch das Heizmedium, die im Absorber 3c verdünnte heiße Lösung, ausgekocht bzw. regeneriert werden, was durch Zumischung dieser dünnen Lösung zur konzentrierten Lösung im Regenerator R durchgeführt wird. Dieser Vorgang erfolgt nach zunächst indirekter Wärmeabgabe an die kühlere Lösungsmenge, wobei die irreversible Mischungswärme der Antriebsdampferzeugung zugutekommt. Die konzentrierte Lösung gelangt aus dem Regenerator R über die Rohrleitung 28c mittels der Pumpe 25c zur endgültigen Abkühlung auf 110"C in den Lösungskühler K„ und von da zu den Absorbern lc, 2c, 3c zurück.

Der Nutzanwendungsbereich des Erfindungsgegenstandes wird wesentlich erweitert durch die Verwendung von Dampf aus technisch für den Wärme- und/oder Stoff-Transport benutztem Wasser, z.B. Gas- oder Luft¬ reinigungskreisläufen, Kühltürmen, Kondensatoren, Kraftwerken usw., als Wärmemittel (Arbeitsmedium) für die erfindungsgemäße Wärmepumpe.

Hierzu wird das Wasser in eine evakuierte Trennkolonne oder dgl. geleitet, wo Dampf entsteht und gelöste Gase, Luftsauerstoff usw. über die Vacuumpumpe entfernt werden.

Der Dampfraum der Trenrikolonne steht mit dem Absorptionsraum

eines oder meherer Absorber lc in Verbindung, wo der Dampf absorbiert wird und als absorptiv gebildetes Kondensat, in den Wärmepumpenkreislauf eingeht.

Analog gilt die Erweiterung des Anwendungsbereiches auch für natürlich, geothermisch erwärmtes Wasser (Thermalwasser) . Zusätzlich zur Nutzung der aus dem Wärmemittel auf enommenen, latenten Wärme wird die

Leistungsfähigkeit der erfindungsgemäßen Wärmepumpe erhöht, durch Zuführung bzw. Übertragung sensibler Wärme an den Lösungskreislauf z.B. an die Lösung vor Eitritt in den Regenerator R . Diese Zuführung sensibler Wärme ist generell von Vorteil, insbesondere aber für die großtechnische Wasserstoff- Produktion mittels Elektrolyse, da der sensible Wärmeeinsatz in Verbindung mit der aus dem Wärmemittel gewonnenen, latenten Wärme die Verluste aus dem Energieübertragungsweg Wärmepumpe-Turbinengenerator-Elektrolyseeinrichtung 21c, 22c, 6c, 7c, deckt bzw. überwiegt, womit die großtechnische Wasser¬ stoffproduktion mittels erfindungsgemäßer Nutzung sekundärer Solarenergie in Form natürlicher Luftfeuchte als Wärmemittel und/oder primärer, sensibler Strahlungswärme mittels Kollektor 31,oder sonstigem Heizkörper, wirtschftlich realisiert werden kann.

In weiter Ausgestaltung der Erfindung lassen sich unversiegliche Primär-Energiequellen z.B. Wasserkraft für Stromerzeugung (elektrothermische, sensible Wärme), mitunversieglicher Sekundär-Energiequellen z.B. geothermisch erwärmtes Wasser (Thermalwasser) zur großtechnischen WasserstoffProduktion nutzen, wodurch Kohlenwasserstoffe ^' als Energieträger ersetzt werden können.

Erfindungsgemäße Beimischung der Halogenide verschiedener Metalle, insbesondere von Calziumbromid und Zinkbromid zum Lithiumthiumhalogenid ( Chlorid oder Bromid ) bewirkt eine Senkung des Dampfdruckes über der

Absorptionslösung und~ ^"" ermöglich höhere Betriebstemeraturen im Absorber und Regenerator. Diese, gegenüber reinen Lithiumbromid-u./o. Chlorid-Lösungen günstigeren chemisch-physikalischen und thermodynamischen Eigenschaften der vorangerührten Mischungen,vorzugsweise in molaren Verhältnissen, erweitern den Nutzungsbereich der erfindungsgemäßen Wärmepumpe hinsichtlich niedrigerer

Wärmemitteltemperaturen, als auch höherer Nutzungstemperaturen (Nutzwärme¬ niveau). Technisch-wirtschaftlich nutzbar ist etwa der Temperaturbereich von 20°C des Wärmemittels (Arbeitsmedium) bis zu ca. 250°C der Nutz¬ wärmetemperatur, entsprechend sattdampf von ca. 40 bar aus einem der Lösungskühler u./o. einem in den Wärmepumpenkreislauf eingebundenen Wasser¬ dampfentwickler wie z.B. mittels Wärmeträgeröl beheiztem Dampfgenerator oder dergleichen.