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Kurzbeschreibung

Der vorliegende Bericht besteht aus zwei Teilen; in Teil I wurden die Arbeiten an neuen Arbeitsstoffsystemen weiter fortgesetzt und erweitert, in Teil II wurden erste Schritte zur Untersuchung von neuen Arbeitsstoffpaaren in realen Waermepumpenkreislaeufen unter praxisnahen Bedingungen durchgefuehrt. Der Bericht zeigt weiterhin, wie durch molekulartheoretische ueberlegungen geeignete Kombinationen von Arbeitsstoffen mit hohen Loeslichkeiten gefunden werden koennen. Dabei spielen Donor-Akzeptor Eigenschaften der funktionellen Gruppen in den Molekuelen eine Rolle. Loeslichkeit haengt von dem Vorhandensein von Wasserstoffbruecken ab. In vielen H- Brueckensystemen ist die Staerke des Donators charakterisiert durch seine Aciditaet und die Staerke des Akzeptors durch seine Basizitaet. Loeslichkeit kann deshalb als Saeure-Base-Wechselwirkung interpretiert werden. Aufgrund dieser ueberlegungen wurden das Trifluorethanol (TFE), das Hexafluoroisopropanol (HFIP) und die Perfluorpropionsaeure (PFPA) fuer weitere untersuchungen ausgesucht. Geeignete Absorptionsmittel mit stabilem Molekuelbau und hohem Siedepunkt wurden bei den org. Heterozyklen gefunden. Als Loesungsmittel dieser Art interessierten die cyclischen Derivate der N- alkylierten Harnstoffe, Lactame, Oxazolidinone, Morpholine, Carbonate und Sulfone. Experimentalle untersuchungen der Loeslichkeit und Mischungsenthalpie ergaben eine starke Abhaengigkeit von der Aziditaet der Kaeltemittel und von der Basizitaet der Absorptionsmittel. Loeslichkeitsuntersuchungen zeigten: je saurer das Kaeltemittel ist, desto schwaecher basisch sollte das Absorptionsmittel sein. Fuer das schwach saure TFE erwies sich die Kombination mit den basischen leosungsmitteln DMEU, DMPU und NMC als vorteilhaft. Bei den HFIP-Systemen wurden gute Ergebnisse mit den schwach oder nicht basischen Loesungsmitteln, wie z.B. NFM und DTG, erzielt. Mit den vorlaeufigen Dampfdruckdiagrammen wurde das Leistungsverhalten einer Anlage abgeschaetzt. Die untersuchten TFE-Systeme erwiesen sich bis 180circC als thermisch stabil. Hier sind jedoch noch langfristige Stabilitaetsuntersuchungen bei hoeheren Temperaturen in Gegenwart von gebraeuchlichen Werkstoffen notwendig. Von den Stoffsystemen TFE-DMEU, TFE-DMPU und PFPA-DTG wurden Phasengleichgewichte gemessen. Als Ergebnis dieser Untersuchungen ist bei den TFE-Systemen fuer DMPU bei einem Siedepunktabstand von 156 K zu TFE mit einem geringen Rektifikationsaufwand zu rechnen. Zur weiteren Beurteilung dieser Stoffsysteme sind noch praezise Dampfdruckmessungen sowie die Bestimmung kalorischer Groess en erforderlich, insbesondere c"rm p"- Messungen, um die erforderlichen h,xi-Diagramme aufstellen zu koennen. Die im Teil II des Vorhabens durchgefuehrten Arbeiten haben zum Ziel, die experimentellen Vorraussetzungen fuer einen Vergleich unter realen Arbeitsbedingungen des neuen Arbeitsstoffsystems NH3-LiNO3/H20 mit dem gut untersuchten Stoffpaar NH3/H20 zu schaffen. Hierfuer wurde ein Versuchsaufbau unter Verwendung des Prototyps einer industriell gefertigten Luft/Wasser- Absorptionswaermepumpe erstellt und Leistungsmessungen durchgefuehrt. Eine allgemeine Beschreibung der Waermepumpe und des Versuchsaufbaus wird gegeben. Mess programm, Datentransfer und Versuchsauswertung werden beschrieben. Die Ergebnisse der Leistungszahl und weiterer Betriebsparameter sind in den Diagrammen A3/1 bis A3/9 dargestellt. Sie sind in guter uebereinstimmung mit frueheren Messungen an einer Waermepumpe desselben Typs, zeigen aber auch, dass die Reproduzierbarkeit der Messungen noch verbessert werden muss, um den Vergleich der Arbeitsstoffsysteme mit signifikanten Ergebnissen durchfuehren zu koennen. ti Further investigations in new working materials systems for absorption heat pumps ab This project comprises two parts: in Part I work on new working fluid systems was continued and extended; in part II first steps in testing new working fluid pairs in real heat pump cycles have been undertaken. The new working fluid systems of part I are of the low pressure type and have been investigated as to their applicability for heat pumps and heat transformers. Special concern is given to molecular theoretical considerations leading to suitable fluid combinations with high mutual solubility. The donor-acceptor properties of the functional groups are important. Solubility depends on the existence of H- bridges, in which the donator's potential is characterized by its acidity and the acceptor's potential by its basicity. On this background trifluoroethanol (TFE), hexafluoroisopropanol (HFIP) and perfluoropropionic acid (PFPA) have been selected for further investigations. Suitable absorbents with stable molecule constructions and high boiling points could be found in the group of the organic heterocycles, especially the cyclic derivates of the N-alkyled urea, lactams, oxazolidinones, morpholines, carbonates and sulfones. Experimental determination of solubility and heat of mixing revealed a marked dependence on the acidity of the refrigerant and the basicity of the absorbent, suggesting that the more acid the refrigerant is, the less basic the absorbent should be. The weakly acid TFE showed good results in combination with the strongly basic solvents DMEU, DMPU and NMC, whereas the HFIP-systems went well together with weak or non-weak solvents as NFM and DIG. Provisional equilibrium charts were established and the performance characteristics of respective heat pump cycles evaluated. Thermal stability was assessed for TFE-systems up to 180circC, further test at higher temperatures and in presence of commonly used materials still being necessary. Phase-equilibrium measurements with the fluid systems TFE + DMEU, TFE-DMPU and PFPA-DIG gave prospects of low rectification efforts for the solvent DMPU with a difference in boiling points of 156 K to TFE. For further estimation of these fluid- systems additional precision measurements of vapour pressures and specific heat values are necessary to establish h,xi-charts. The work of part II aims at providing the means for comparing under real working conditions the new working fluid system NH3- LiNO3/H20 to the well-known NH3/H20-system. For this purpose a test setup using a commercially built prototype heat pump of the air-to-water type was installed and performance measurements executed. A general description of the heat pump and the test setup is given. Measuring programme, data processing and test evaluation are outlined. The results of COP and additional operational data are given in diagrams A3/1 to A3/9. They show good agreement to prior measurements on the same type of heat pump but likewise that reproducibility of the measurements has still to be improved to enable a comparison of the working fluid systems with significant results.

Zusätzliche Angaben

Autoren: BOTHE A, UNIV. OF ESSEN, D;NOWACZYK U, UNIV. OF ESSEN, D;SCHMIDT E L UNIV. OF ESSEN, D, UNIV. OF ESSEN, D
Bibliografische Referenz: EUR 11328 DE (1987) MF, PP 193, BFR 300, BLOW-UP COPY, BFR 965, AVAILABILITY: CEC-LUXEMBOURG, BP 1003, GDL
Verfügbarkeit: Can be ordered online
Datensatznummer: 1989126062900 / Zuletzt geändert am: 1989-05-01
Kategorie: publication
Verfügbare Sprachen: de