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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer Adsorptionswärmepumpe gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs.
Sorptionswärmepumpen aller Art können zur Beheizung von Gebäuden sowie zur Bereitung von Warmwasser eingesetzt werden. Sie zeichnen sich durch eine besonders gute Effizienz aus, da sie mit Hilfe eines thermodynamischen Kreisprozesses Umgebungswärme auf ein für Heiz- oder Warmwasserzwecke nutzbares Temperaturniveau bringen. Durch diesen Effekt können mit derartigen Wärmepumpen deutlich höhere pnmärenergetlsche Nutzungsgrade erreicht werden als mit konventioneller Heiztechnik.
Bei solchen Adsorptionswärmepumpen ist es erforderlich, Desorber und Adsorber von der Hochdruckphase in die Niederdruckphase und umgekehrt umzuschalten. Dies erfolgt bei den bekannten derartigen Wärmepumpen meist mit einzeln zu steuernden Ventilen oder Rückschlagklappen.
Abhängig vom Umschaltzeitpunkt kann mehr oder weniger Kältemittel ad-bzw. desorbiert werden. Damit ist der erreichbare Wirkungsgrad der Anlage stark vom Umschaltzeitpunkt abhängig, da mit der Menge des ad-bzw. desorbierten Kältemittels die Menge der von der Umgebung aufgenommenen Verdampfungswärme beeinflusst wird.
Ein gattungsgemässes Verfahren ist bekanntgeworden aus der DE 19 902 694 AI, bei dem allerdings über die Zeiten zwischen dem Betätigen der Umschalteinrichtung nichts ausgesagt ist.
Ziel der Erfindung ist es, das Verfahren der eingangs näher bezeichneten Art dahingehend weiter zu gestalten, dass sich ein optimaler Betrieb ergibt.
Erfindungsgemäss wird dies bei einem Verfahren der eingangs näher bezeichneten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs erreicht.
Durch die vorgeschlagenen Massnahmen wird ein optimaler Einsatz der Adsorber und Desorber sichergestellt. Der Vorteil der zeitversetzten Schaltung der verschiedenen Wärmeträgerkreisläufe ist darin begründet, dass in dem Desorber, der von der Hochdruck- in die Niederdruckphase wechselt und damit zum Adsorber wird, nach der Umschaltung noch für eine gewisse Zeit Kältemittel aus dem Adsorbens desorbiert und auf dem KondensatorNerdampfer kondensiert. Bei einer zeitgleichen Umschaltung der Wärmeträgerkreisläufe wurde diese Kondensationswärme an die Umgebung abgeführt werden. Durch die zeitversetzte Umschaltung wird daher erreicht, dass diese Kondensationswärme nach als Nutzwärme über den einen Wärmeträgerkreislauf an den Wärmetauscher abgegeben wird.
Analog würde beim Wechsel eines Adsorbers in die Hochdruckphase bei einer zeitgleichen Umschaltung Verdampfungswärme zur Verdampfung des Kältemittels aus dem Heiznetz aufgenommen werden. Aufgrund der zeitversetzten Umschaltung wird erreicht, dass die Verdampfungswärme aus der Umgebung aufgenommen wird
Der Zeitversatz der Umschaltung richtet sich damit nach dem Zustand der beiden Module, die von der Hochdruck- in die Niederdruckphase bzw. umgekehrt gewechselt haben. In dem Moment, wo in dem Modul, das von der Hochdruckphase in die Niederdruckphase wechselt, kein Kältemittel mehr desorbiert und kondensiert wird, bzw. in dem Modul, das von der Niederdruckphase in die Hochdruckphase wechselt, kein Kältemittel mehr verdampft und adsorbiert wird, wird der nächste Kreislauf zeitversetzt umgeschaltet.
Durch die Merkmale des Anspruches 2 wird ein sicherer und günstiger Betrieb der Kondensatoren und Verdampfer sichergestellt.
Durch die Merkmale des Anspruches 3 ergibt sich der Vorteil, dass bei jeder Umschaltung die gesamte Einrichtung rasch wieder in einen stabilen Betriebszustand übergeht. Die Dauer der Umschaltung sollte aus zwei Gründen möglichst kurz sein. So erfolgt während der Umschaltung erstens ein Druckaufbau durch die Wärmeträgerpumpe, da sie höhere Druckverluste überwinden muss und zweitens kann es während der Umschaltung durch den verminderten Warmeträgerumlauf zu einer lokalen Überhitzung im Hochtemperatur-Wärmetauscher kommen. Beides muss vermieden werden.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen :
Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemässe Adsorptionswärmepumpe,
Fig. 2 bis 5 verschiedene Stellungen von Umschalteinrichtungen zur Sicherstellung bestimmter Betriebszustände.
Gleiche Bezugszeichen bedeuten in allen Figuren gleiche Einzelteile.
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Eine Adsorptionswärmepumpe 1 weist mehrere Module M1 bis M6 auf, die in insgesamt drei Wärmeträgerkreisläufe W1, W2, W3 zusammengeschaltet sind, wie aus der Fig. 1 zu ersehen ist.
In jedem der drei Wärmeträgerkreisläufe W1, W2, W3 ist jeweils eine Pumpe P1, P2, P3 angeordnet.
Im Kreislauf W1 sind alle Adsorber A1, A2, A3 und alle Desorber 01, D2, D3 aller beteiligter Module M1 bis M6, sowie ein Hochtemperatur-Wärmetauscher HWT und ein NiedertemperaturWärmetauscher NWT mit der Pumpe P1 seriell zusammengeschaltet. Dabei ist der Hochtemperatur-Wärmetauscher HWT zwischen dem heissesten Desorber 01 in der Hochdruckphase und dem heissesten Adsorber A3 in der Niederdruckphase des Arbeitszyklusses angeordnet. Der Niedertemperatur-Wärmetauscher NWT ist zwischen dem ältesten Desorber D3 in der Hochdruckphase und dem ältesten Adsorber Al in der Niederdruckphase angeordnet. Die Pumpe P1 befindet sich in der Strömungsrichtung des Wärmeträgers direkt, wie in der Zeichnung dargestellt, vor oder direkt hinter dem Niedertemperatur-Wärmetauscher NWT.
Der Wärmeträger durchströmt alle Komponenten des Kreislaufs W1 in der Reihenfolge Hochtemperatur-Wärmetauscher HWT in der Hochdruckphase desorbierende Module M1 - M3, Pumpe P1, bzw. Niedertemperatur-Wärmetauscher NWT, Niedertemperatur-Wärmetauscher NWT bzw.
P1, in der Niederdruckphase adsorbierende Module M4 - M6.
Im Wärmetragerkreislauf W2 sind alle Kondensatoren K1, K2, K3 der desorbierenden Module M1, M2, M3, der Kondensator-Wärmetauscher KWT und die Pumpe P2 angeordnet. Dabei erfolgt die Durchströmung der Kondensatoren K1, K2, K3 wahlweise, wie dargestellt, seriell oder parallel.
Der Wärmeträger durchströmt daher die Kondensatoren und anschliessend einen zu den Kondensatoren K1, K2, K3, in Serie geschalteten Kondensator-Wärmetauscher KWT. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Pumpe P2 zwischen dem Kondensator-Wärmetauscher KWT und den Kondensatoren K1, K2, K3 geschaltet, doch ist die Anordnung der Pumpe P2 frei wählbar.
Im Warmeträgerkreislauf W3 sind alle Verdampfer V1, V2, V3 der adsorbierenden Module M4, M5, M6, mit einem Verdampfer-Wärmetauscher VWT und der Pumpe P3 in Serie zusammengeschaltet. Dabei erfolgt die Durchströmung der Verdampfer V1, V2, V3 wahlweise, wie in Fig. 1 dargestellt, seriell oder aber auch parallel durch alle Verdampfer V1, V2, V3 und anschliessend durch den Verdampfer-Wärmetauscher. Die Pumpe P3 ist bei der Ausführungsform nach der Fig. 1 zwischen den Verdampfern V1, V2, V3 und dem Verdampfer-Wärmetauscher VWT angeordnet, doch kann die Anordnung der Pumpe P3 in dem Kreis frei gewählt werden.
Wie in der Fig. 1 angedeutet, wird dem Niedertemperatur-Wärmetauscher NWT für einen Verbraucher, z. B. eine Heizanlage, Wärme entzogen. Desgleichen wird auch dem KondensatorWärmetauscher KWT für einen Verbraucher Wärme entzogen. Der im Wärmeträgerkreislauf W3 angeordnete Verdampfer-Wärmetauscher VWT nimmt aus der Umgebung, z. B. Luft oder Grundwasser Wärme auf.
Im Betrieb der Adsorptionspumpe ist es erforderlich zur Durchführung des Sorptionsprozesses die Module M1 bis M6 zyklisch weiterzuschalten. Dazu sind Umschalteinrichtungen U1, U2 (Fig. 2, 3,4, 5) und alternativ auch eine weitere Umschalteinrichtung vorgesehen, wobei im letzteren Fall die zweite Umschalteinrichtung U2 die Kondensatoren K1, K2, K3 und die dritte Umschalteinrichtung die Verdampfer V1, V2, V3 schaltet. Bei lediglich zwei Umschalteinrichtungen U1, U2, schaltet die zweite Umschalteinrichtung U2 die Verdampfer V1, V2 V3 und die Kondensatoren K1, K2, K3 gemeinsam.
Dabei ist die Umschalteinrichtung U1 in den Warmetragerkreislauf W1 integriert und ermöglicht eine zyklische Weiterschaltung aller Adsorber A1, A2, A3 und Desorber 01, D2, D3 (Fig. 2). Dabei werden alle Komponenten des Wärmeträgerkreislaufes W1 seriell durchströmt.
Dies bedeutet für den Kreislauf W1, dass jedes Modul seine Position im Uhrzeigersinn wechselt
So kommt der Desorber D3 in die Position von D2, D2 in jene von D1 und der Desorber 01
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Dadurch kommt von den Modulen M1 bis M3, deren Desorber 01 bis D3 vor dem Schaltvorgang in der Hochdruckphase und die Adsorber A1 bis A3 der Module M4 bis M6 in der Niederdruckphase arbeiten, nach dem Schaltvorgang der Adsorber A1 in die Hochdruckphase und der Desorber 01 in die Niederdruckphase. Dies bedeutet, dass der Desorber D1 von der Hochdruckphase in die Niederdruckphase gewechselt und damit der Desorber 01 des Moduls M1 zum
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