The compression/absorption heat pump cycle—conceptual design improvements and comparisons with the compression cycle

• Published in: International journal of refrigeration Vol. 25; no. 4; pp. 487 - 497
• Main Authors: Hultén, Magnus, Berntsson, Thore
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Elsevier Ltd 01.06.2002
• Subjects: Absorption; Ammonia; Ammoniac; Compressors; Eau; Heat pump; Hot water heating; Machine design; Pompe à chaleur; Thermoanalysis; Water; Water; Ammonia; Pompe à chaleur; Absorption; Heat pump; Ammoniac; Eau
• ISSN: 0140-7007; 1879-2081
• DOI: 10.1016/S0140-7007(02)00014-2

Performance improvement of an industrial single-stage compression/absorption heat pump (CAHP) using an ammonia/water mixture as the working fluid has been studied theoretically. By allowing a higher absorber pressure (40 bar) than the highest design pressure of today's screw compressors (25 bar), higher COPs could be obtained. Longer falling-film tubes in the vertical shell-and-tube absorber and desorber also increased the COP. These two modifications together increased the COP of the CAHP by 10%. The improved design has a lower optimal absorber glide (temperature difference due to composition change in absorber) and reduced solution heat exchanger sizes. The study was performed with a constant total area. Furthermore, the CAHP performance was studied for five heating cases. Its performance was compared to that of a two-stage compression heat pump (CHP) using isobutane as working fluid, on the basis of approximately equal investment cost. It could be concluded that only heating cases where both the sink and the source temperature changes are high (>20 K) give superior performance for the CAHP. Les auteurs ont examiné, sur le plan théorique, l'amélioration de la performance d'une pompe à chaleur utilisant un mélange ammoniac/eau comme fluide actif. En permettant une pression de l'absorbeur plus élevée (40 bars) que celle la plus élevée obtenue actuellement avec les compresseurs à vis (25 bars), on obtiendrait un COP plus élevé. L'utilisation de tubes à film tombant plus longs dans l'absorbeur tubulaire et le désorbeur permet également d'augmenter le COP. A elles deux, ces modifications augmentent de 10 % le COP du système à pompe à chaleur. Un tel système à conception améliorée a un glissement d'absorption (la différence de température due au changement de composition dans l'absorbeur) optimal réduit, et permet d'utiliser un échangeur de chaleur de taille plus réduite. On a effectué cette étude en tenant compte d'une surface totale constante. En outre, la performance d'un système à pompe à chaleur a été examinée pour cinq applications chauffage. La performance du système a été comparée à celle utilisant une pompe à chaleur à compression biétagée utilisant de l'isobutane comme fluide actif, tenant compte de coûts d'investissement égaux. Les auteurs ont conclu que seuls les cas de chauffage où les températures du puits d'extraction thermique et de la source de chaleur étaient élevées (> 10 K) augmentaient la performance du système à pompe à chaleur.