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Die Erfindung bezieht sich auf eine Sorptionswärmepumpe gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs.
Sorptionswärmepumpen der eingangs erwähnten Art werden zur Beheizung von Gebäuden sowie zur Warmwasserbereitung eingesetzt. Sie zeichnen sich durch eine besonders gute Effizienz aus, da sie mit Hilfe eines thermodynamischen Kreisprozesses Umgebungswärme auf ein für Heizoder Warmwasserzwecke nutzbares Temperaturniveau anheben. Durch diesen Effekt können mit derartigen Wärmepumpen deutlich höhere primärenergetische Nutzungsgrade erreicht werden, als mit konventioneller Heiztechnik.
Bei Sorptionswärmepumpen der eingangs erwähnten Art sind in der Regel alle Bauteile, wie Ad-, bzw. Desorber, Verdampfer und Kondensator, in je einem vakuumdichten Behälter angeordnet. Dabei ergibt sich jedoch der Nachteil eines sehr erheblichen konstruktiven Aufwandes.
Die US 4 709 558 A zeigt eine Ad-/Desorber-Einheit und Verdampfer-/Kondensator-Einheiten in einem vakuumdichten Behälter. Darüber hinaus zeigen die WO 9 724 564 A 1 und die EP 151 237 die eben genannten Einheiten in einem sich drehenden Behälter, wobei sie in der zeichnerischen Darstellung übereinander angeordnet erscheinen.
Ziel der Erfindung ist es, die eingangs geschilderten Nachteile zu vermeiden und eine Sorptionswärmepumpe der eingangs näher erwähnten Gattung vorzuschlagen, die sich durch einen geringen konstruktiven Aufwand auszeichnet.
Erfindungsgemäss wird dies bei einer Sorptionswärmepumpe der eingangs näher bezeichneten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs erreicht.
Durch die vorgeschlagenen Massnahmen genügt es, einen einzigen vakuumdichten Behälter vorzusehen, wobei sich durch die vorgeschlagene Anordnung eine den Wirkungsgrad erhöhende thermische Trennung zwischen den auf unterschiedlichen Temperaturen liegenden Komponenten ergibt.
Durch die Merkmale des ersten abhängigen Anspruchs ergibt sich eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades der Soprtlonswarmepumpe.
Durch die Merkmale des Anspruches 3 ist sichergestellt, dass es zu einer Vergrösserung der Stoffaustauschfläche kommt.
Durch die Merkmale des Anspruches 4 ergibt sich der Vorteil, dass ein Wärmeaustausch zwl- schen dem in jeder Betriebsphase wärmerem und älterem Wärmeträger vermieden wird.
Die Merkmale der Ansprüche 5 und 7 ermöglichen einen sehr einfachen Aufbau der Sorptionswärmepumpe, wobei gleichzeitig ein inniger Wärmeaustausch zwischen Adsorbens beziehungsweise Adsorbats mit den Wärmeträgern sichergestellt ist.
Durch die Merkmale des Anspruches 6 ist eine sichere Halterung des Adsorbens sichergestellt.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert, die schematisch eine erfindungsgemässe Sorptionswärmepumpe zeigt.
Die dargestellte Anordnung stellt eine Sorptionswärmepumpe dar. Dabei ist ein Ad-/Desorber- Wärmetauscher 9 vorgesehen, der einen Verdampfer/Kondensator-Wärmetauscher 10, der unterhalb des Ad-/Desorber-Wärmetauschers 9 in einem vakuumdichten Behälter 8 angeordnet ist.
Dabei ist zwischen dem Verdampfer/Kondensator-Wärmetauscher 10 und dem Ad-/DesorberWärmetauscher 9 ein plattenförmiger Strahlungsschutz 11 angeordnet, der einen Wärmeaustausch durch Strahlungswärme zwischen den Wärmetauscher 9,10 weitgehend unterbindet. Dabei kann der Strahlungsschutz 11 aus einem beliebigen Werkstoff hergestellt sein, wobei der Strahlungschutz 11 als geschlossene Kreisscheibe ausgebildet sein kann, so dass der Kältemitteldampf nur aussen am Strahlungsschutz 11 vorbei zwischen den Bauteilen 9,10 hin-und herströmen kann. Zur Vergrösserung der Stoffaustauschfläche können aber auch kleine Löcher im Strahlungsschutz vorgesehen sein.
Die Anschlüsse 9a und 9b des Ad-/Desorber-Wärmetauschers 9 durchsetzen die obere Stirnseite 12 des Behälters 8, wogegen die Anschlüsse 10a, 10b des Verdampfer/Kondensator-Wärme- tauschers 10 die untere Stirnseite 13 des Behälters 8 durchsetzen, wodurch ein Wärmeaustausch zwischen den Wärmeträgern 1,2, die die Anschlüsse 9a, 9b, 10a, 10b durchströmen, vermieden wird. Dabei ist der Mantel des Behälters 8 frei von Auslässen.
Der Ad-/Desorber 9 ist im wesentlichen aus übereinander angeordneten, rechteckigen, oder kreisrunden Böden 14 aufgebaut, auf denen der Absorbens 15, zum Beispiel Zeolith-Granulat, lose aufgebracht ist. Diese Böden 14 sind von mehreren Glattrohren 16 durchsetzt, In denen ein
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Wärmeträger 1 strömt. Dabei ist zur Fixierung des Adsorbens 15 auf den horizontalen Böden 14 der gesamte Ad-/Desorber 9 von einem Drahtgeflecht 17 überzogen.
Der Verdampfer/Kondensator 10 ist ebenfalls aus übereinander angeordneten, rechteckigen oder kreisförmigen Böden 18 aufgebaut, auf denen das flüssige Adsorbat zwischen den verschiedenen Betriebsphasen gespeichert ist. Die Böden 18 werden von mehreren Glattrohren 19 durch- drungen, in denen ein Wärmeträger 2 strömt.
Während der Desorptionsphase wird dem Ad-/Desorber 9 über den Anschluss 9a Wärme mittels eines heissen Wärmeträgers 1 zugeführt. Dadurch wird das im Adsorbens 15 gespeicherte Adsorbat verdampft. Der Dampf strömt je nach Ausführung des Strahlungsschutzes 11 an diesem vorbei und/oder durch gegebenenfalls in diesem angeordneten kleine Löcher durch den Strahlungsschutz 11 hindurch und wird auf den horizontalen Böden 18 des Verdampfer/Kondensators 10 kondensiert. Die dabei freiwerdende Verflüssigungswärme wird von dem über den Anschluss 10a zufliessenden warmen Wärmeträger 2 aufgenommen und über den Anschluss 10b zu einem Verbraucher "transportiert". Nachdem der Adsorbens 15 eine maximale Temperatur erreicht hat, wird die Zufuhr des heissen Wärmeträgers 1 unterbrochen.
Die gesamte in der Zeichnung dargestellte Anordnung wird im folgenden abgekühlt. In der folgenden Betriebsphase, der Adsorptionsphase, wird das auf den horizontalen Böden 18 des Verdampfer/Kondensators 10 gespeicherte flüssige Adsorbat durch Zufuhr des kalten Wärmeträgers 2 über den Anschluss 10a verdampft. Das dampfförmige Adsorbat strömt wiederum an dem Strahlungsschutz 11 vorbei und/oder gegebenenfalls durch diesen hindurch und wird vom Adsorbens, das sich auf dem Ad-/Desorber 9 befindet, adsorbiert. Die dabei freiwerdende Adsorptionswärme wird vom warmen Wärmeträger 1, der über den Anschluss 9a zufliesst, aufgenommen und über den Anschluss 9b zu einem Verbraucher transportiert.
Nachdem der Adsorbens eine minimale Temperatur erreicht hat, wird die gesamte in der Zeichnung dargestellte Anordnung durch Zufuhr eines heissen Wärmeträgers 1 wieder aufgeheizt und der Prozess beginnt von neuem.
Durch die räumliche Trennung der beiden Hauptkomponenten 9 und 10 im oberen und unteren Bereich des Vakuumbehälters 8 wird der unerwünschte Wärmeaustausch zwischen den Komponenten 9 und 10 infolge der Wärmeleitung über die Behälterwand des Vakuumbehälters 8 vermindert. Des weiteren minimiert der Strahlungsschutz 11 den direkten Wärmestrahlungsaustausch
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von dampfförmigem Adsorbat auftreten. Dies ist vornehmlich dann der Fall, wenn der Verdampfer/Kondensator 10 während der Desorptionsphase nicht das kälteste Bauteil Innerhalb des Vakuumbehälters 8 ist und somit das dampfförmige Adsorbat an den anderen, jeweils ältesten Stellen im Behälter 8 kondensiert. Von dort tropft oder fliesst das flüssige Adsorbat infolge der Schwerkraft nach unten auf den Verdampfer/Kondensator 10.
Diese Anordnung gewährleistet somit, dass das flüssige Adsorbat unabhängig vom Ort der Verflüssigung den horizontalen Böden 18 des Verdampfers/Kondensators 10 zugeführt wird, und durch Einkopplung von Umgebungswärme wieder verdampft und in den Sorptionsprozess eingekoppelt werden kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Sorptionswärmepumpe mit einem Ad-/Desorber-Wärmetauscher (9), einem Verdampfer und einem Kondensator, die miteinander zu einem Verdampfer/Kondensator-Wärmetau- scher (10) integriert in einem gemeinsamen vakuumdichten Behälter (8) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Ad-/Desorber-Wärmetauscher (9) oberhalb des Ver- dampfer/Kondensator-Wärmetauschers (10) angeordnet ist.