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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Kälte und/oder Wärme mit zumindest einem, insbesondere mehreren parallel geschalteten, Adsorber (n), dem bzw. denen in Stromungsrichtung ein Verdampfer und zumindest ein mit dem Verdampfer In Strömungsverbindung stehender Kondensator und ein Dampfgenerator vorgeordnet ist, wobei zwischen dem bzw.
den Adsorber (n) und dem Verdampfer zumindest ein Schaltmittel, insbesondere Absperrorgan, zum bedarfsweisen Unterbrechen einer Strömungsverbindung angeordnet ist sowie ein Verfahren zur Erzeugung von Kälte und/oder Wärme, bei welchem eine verdampfbare und bei einem vorbestimmbaren Druck-und/oder Temperaturniveau kondensierbare Flüssigkeit durch zumindest einen Kondensator und zumindest einen Verdampfer hindurchstromt und danach wechselweise und zumindest zeitweise durch zumindest einen von mehreren, insbesondere mehreren parallel geschalteten Adsorbern hinzugeführt wird, solange bis der oder die Adsorber einen vorgebbaren oberen bzw maximalen Beladungsgrad erreichen, während der oder die weiteren parallel zu dem oder den zu adsorbierenden Adsorber geschalteten Adsorber regeneriert wird bzw. werden oder in einem regenerierten Zustand verweilen.
Aus der DE 44 03 360 A 1 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung von Kälte und/oder Warme bekannt, die mehrere parallel geschaltete Adsorber, die wechselweise durch Betätigen von Schaltmitteln voneinander getrennt betrieben werden können, einen vakuumdichten Verdampfer, in dem sich verdampfbare Flüssigkeit befindet, eine Kühleinrichtung zur Kühlung während der Adsorption des Adsorbers und eine Wärmeenergiequelle für den zu regenerierenden Adsorber aufweist, wobei die adsorbierte Flüssigkeit wieder in Dampfform aus dem Adsorber ausgetrieben und kondensiert wird und danach auf niedrigem Druck gesetzt und wieder zur Kühlung durch Adsorption verwendet wird. Die beim Kälteerzeugungsprozess anfallende Abwärme von mehreren Adsorbern wird zum Aufheizen des weiteren bzw. eines weiteren zu regenerierenden Adsorbers verwendet.
Eine derartige Vorrichtung weist den Nachteil auf, dass die zu regenerierenden Adsorber, um möglichst niedrige Regenerationszeiten zu erreichen, einerseits mit hohen Regenerationstemperaturen zu beaufschlagen sind oder andererseits eine grosse Menge an Adsorptionsmaterial erforderlich ist. Dem- gemäss können derartige Adsorber nur mit hochwertigen Wärmequellen, daher Wärmequellen, die ein hohes Temperaturniveau, insbesondere 200 OC bis 300 C, aufweisen, regeneriert werden. Daher fallen beim Betrieb derartiger Vorrichtungen bzw Anlagen hohe Betriebskosten an.
Weiters sind die einzelnen Anlagebauteile höheren Beanspruchungen ausgesetzt
Weiters ist aus der WO 94/17343 A 1 eine Vorrichtung zur Erzeugung von Kälte und/oder Wärme bekannt, die aus einem Generator zur Erzeugung von Wärme zum Antrieb des Systems, einem Kondensator zur Abgabe von Wärme vom System, einem Verdampfer, der einen Wärmeaustausch mit der Umgebung bewirkt, einem Absorber, der Kältemitteldampf vom Verdampfer absaugt und einem Ejektor, der Kältemittel vom genannten Verdampfer absaugt, besteht. Der Ejektor ist nach dem Verdampfer und vor dem Kondensator angeordnet, sodass der vom Verdampfer durch den Ejektor abgezogene Kältemitteldampf durch den Ejektor geführt wird, bevor er direkt an den Kondensator geleitet wird.
Diese Absorptionskälteanlage verwendet für den Betrieb ein Zweistoffgemisch, in denen die leichter siedende Komponente das Kältemittel z. B. Wasser, die schwerer siedende das Absorptionsmittel z. B. Lithiumbromid bildet
Eine Absorptionskälteanlage ist auch aus der US 5, 111, 670 A bekannt, die aus einem Absorp- tionskühlkreislauf, welcher aus einer Mehrzahl von über Verbindungsleitungen miteinander verbundenen Absorbern, einem Kondensator und einem Verdampfer besteht. Das Absorptionskühl- system weist Ejektoren und einen Gastank auf, wobei uber die Ejektoren das in den Absorbern angehäufte, nicht kondensierbare Gas in die Gastanks eingesprüht wird. Dabei hat der zwischen dem Absorber und dem Gastank angeordnete Ejektor ausschliesslich die Aufgabe, die Medienzirku-
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Gastank eingesprüht.
Durch diese unterstützende, verbesserte Medienzirkulation kann der Wirkungsgrad der Vorrichtung wesentlich angehoben werden, da der massentrage, nicht kondensier- bare Gasanteil in den Absorbern reduziert werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es nunmehr, ein Verfahren zur Erzeugung von Kälte und/oder Wärme und eine Vorrichtung zu schaffen, das und die selbst bei einem niedrigen Regenerationstemperaturniveau eine kurze Regenerationszeit ermöglicht.
Diese Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass zumindest ein Ejektor zwischen dem
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zumindest einem Adsorber und dem Kondensator angeordnet ist und dass dem zumindest einem Adsorber In Strömungsrichtung zumindest ein weiteres Schaltmittel nachgeordnet und über weiches eine Strömungsverbindung zu dem Ejektor unterbrechbar ist. Die Vorteile dabei sind, dass durch die Anordnung wenigstens eines den Adsorbern nachgeschalteten Ejektors eine Erniedrigung des Systemdrucks an der Saugseite des Ejektors und gleichermassen eine Erniedrigung des für die Regeneration erforderlichen Temperaturniveaus ermoglicht wird.
Dadurch ist es nunmehr möglich, Niedertemperaturwärme von externen Prozessen oder aus dem internen Prozess bei Verringerung der Regenerationszeit zu nutzen, wodurch die Zykluszeit fur den Regenerationsprozess wesentlich verringert wird Weitere Vorteile liegen vor allem auch darin, dass durch die erfindungsgemässe Anordnung des Ejektors eine Steigerung des Wirkungsgrades und eine Reduktion des erforderlichen Adsorptionsmaterials, was im weiteren Sinne auch zu einer Reduktion der Baugrösse, des Gewichtes etc. führt, erreichbar ist. Eine derartige, eine hohe Kälte- und/oder Wärmeleistung abgebende Vorrichtung kann aufgrund deren kleinbauenden Bauweise auch als mobile Anlage ausgestaltet werden.
Möglich ist auch eine Ausbildung nach Anspruch 2, wodurch der Prozess beliebig unterbrochen und wieder neu gestartet werden kann und/oder Energie bzw. Kälte oder Wärme über grosse Zeiträume speicherbar ist und bei Bedarf als Wärme oder Kälte durch Öffnen eines der Ventile wieder abgerufen werden kann.
Gemäss der vorteilhaften Weiterbildung, wie im Anspruch 3 beschrieben, ist eine kontinuierliche Erzeugung von Wärme und/oder Kälte möglich, da einer von mehreren parallel geschalteten Adsorbern sich im Adsorptionsprozess befindet, während der andere zweckmässig zeitgleich regeneriert wird.
Von Vorteil ist aber auch die Ausbildung nach Anspruch 4, wodurch eine einen hohen Wirkungsgrad aufweisende Vorrichtung geschaffen werden kann Ein weiterer Vorteil in der Verwendung des Ejektors liegt darin, dass dieser keine bewegten mechanischen Teile aufweist und im Zusammenhang mit einem Dampfgenerator infolge strömungstechnischer Gegebenheiten automatisch einen Unterdruck in der Ansaugleitung erzeugt und dadurch die erforderliche Regenerationstemperatur auf ein Niedertemperaturniveau herabsetzt.
Gemäss den Ansprüchen 5 bis 7 wird durch die Leitungsverbindung zwischen den einzelnen baulichen Komponenten ein gegenüber der Umgebung luftdichter Umlauf des flüssigen und/oder dampfförmigen Kältemittels ermöglicht.
Die Aufgabe der Erfindung wird aber auch dadurch gelost, dass der zumindest eine beladene Adsorber während seiner Regeneration mit dem Ejektor in Strömungsverbindung steht und dass ein durch den Ejektor erzeugter Unterdruck und eine vorbestimmte Temperatur an dem zumindest einen beladenen Adsorber angelegt wird Die sich daraus ergebenden Vorteile dabei sind, dass die Zykluszeit zur Regeneration des Adsorbers oder der Adsorber wesentlich verringert werden kann.
Ein weiterer Vorteil liegt vor allem auch darin, dass dieses Verfahren zur Erzeugung von Kälte und/oder Warme Im Vergleich zu einer reinen EJektorkälteanlage im wesentlichen ohne Wirkungsgradeinbussen telllastfähig ist. Des weiteren ist eine Dimensionierung des Ejektors nach dem durchschnittlichen Kältebedarf möglich, da im wesentlichen eine unbegrenzte Speicherfähigkeit für Wärme und/oder Kälte in Form des regenerierten Adsorptionsmaterials möglich ist
Eine weitere Massnahme nach Anspruch 9 ermoglicht die Nutzung von billigen und zumeist häufig vorkommenden Niedertemperaturwärmequellen, was nunmehr auch eine günstigere Herstellung von Kälte und/oder Wärme ermöglicht.
Des weiteren konnen die Anforderungen an die konstruktive Auslegung der Adsorber, Verbindungsleitungen, Ejektor etc minimiert werden und andererseits werden an die sicherheitstechnischen Einrichtungen niedrigere Anforderungen gestellt.
Von Vorteil ist auch eine Massnahme nach Anspruch 10, wodurch das aus dem Adsorber dampfförmig ausgetriebene Kältemittel bzw. Adsorbat in Folge des Unterdruckes von dem Ejektor unmittelbar angesaugt wird, sodass diesem Dampfstrom im wesentlichen keine sonstige Pumpleistung bzw. externe Energie zugeführt oder gegebenenfalls abgeführt werden muss, um den Prozess bzw. den Kreislauf aufrecht zu erhalten. Demnach kann eine effiziente Energiebilanz aufgestellt werden, was zu einem hohen Wirkungsgrad der Vorrichtung oder Gesamtwirkungsgrad einer in einer Anlage oder Prozess integrierten Vorrichtung beitragt
Gemäss der Massnahme, wie im Anspruch 11 beschrieben, wird die Nutzung von im Prozess der
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Vorrichtung anfallenden Abwärme direkt zur Regeneration eines oder mehrerer Adsorber verwendet.
Die Massnahme nach Anspruch 12 ermöglicht die Einbindung von externen Warme- bzw. Energiequellen, wodurch sich ein hoher Gesamtwirkungsgrad erreichen lässt.
Eine Massnahme nach Anspruch 13 ermöglicht eine betriebssichere und quasi kontinuierliche Erzeugung von Wärme und/oder Kälte.
Durch die Massnahmen nach den Anspruchen 14 bis 17 ist durch das Zusammenwirken eines hohen Saugvermögens bzw. Unterdruckes und einer niedrigen Regenerationstemperatur, sowie gegebenenfalls des Arbeitsstoffpaares eine kurze Zykluszeit zur Regeneration des oder der Adsorber möglich.
Vorteilhaft ist auch die Massnahme nach Anspruch 18, da dadurch einerseits Wärmequellen niederer Temperatur ausgenutzt werden können und andererseits bei Vorhandensein einer Wär- mequelle hoher Temperatur, diese gegebenenfalls unter Zwischenspeicherung mehrfach ausgenutzt werden kann, sodass die Wärmeveriustleistung erheblich verringert und der Gesamtwirkungsgrad einer Vorrichtung zur Wärme-und/oder Kälteerzeugung in Kombination beispielsweise mit einer Wärmerückgewinnungsanlage, Warmwasseraufbereitungsanlage, kommunalen Abwasseranlage etc. erheblich angehoben werden kann.
Weitere Vorteile sind in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung enthalten.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele näher beschrieben.
Es zeigen :
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemässen Vorrichtung zum Kühlen und/oder Hei- zen in schematischer und stark vereinfachter Darstellung ;
Fig. 2 eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Vorrichtung in block- schaltbildlicher und stark vereinfachter, schematischer Darstellung.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäss auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z. B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäss auf die neue Lage zu übertragen. Weiters können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispie- len für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemässe Lösungen darstellen.
Bei den nachfolgenden Ausführungen wird davon ausgegangen, dass aus der Vorrichtung bzw.
Anlage, insbesondere den Verbindungsleitungen, Adsorber etc., vor dem Betrieb derselben durch das zumindest einmalige Beaufschlagen des Kühlmittels bei Systemdruck nicht kondensierbare Gase, insbesondere Luft etc., ausgebracht wird. Darauffolgend kann beispielsweise die Vakuumpumpe abgeschlossen und die Vorrichtung, insbesondere Verbindungsleitungen, Adsorber etc., luftdicht abgeschlossen und verlötet oder verschweisst oder verschraubt etc. werden
In den gemeinsam beschriebenen Fig. 1 und 2 ist ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 1 bzw einer Anlage zur Erzeugung von Kälte und/oder Wärme mit zumindest einem, insbesondere mehreren parallel geschalteten Adsorbern 2,3, wobei zwischen diesem bzw. diesen und wenigstens einem Verdampfer 4 zumindest ein Schaltmittel 5, insbesondere Absperrorgane 6,7, zur bedarfsweisen Unterbrechung einer Strömungsverbindung angeordnet ist, gezeigt.
Die parallel zueinander geschalteten Adsorber 2,3 sind über eine Wechselschaltung gegebenenfalls gleichzeitig oder zweckmässig phasenverschoben ansteuerbar, was einen quasi stationaren Betrieb der Vorrichtung 1 bzw. der Anlage zur Erzeugung von Kälte und/oder Wärme ermöglicht, indem wenigstens einer von mehreren Adsorbern 2 ; 3 beladen und der oder die weiteren Adsorber 2 ; 3 regeneriert werden.
Ein weiteres dem oder den Adsorbern 2,3 nachgeordnetes Schaltmittel 8 trennt bedarfsweise und zumindest zeitweise eine einen Adsorberprozess bildende erste Stufe von einer einen Ejektorprozess bildende weiteren Stufe Zumindest ein einem Kondensator 9 in Strömungsrichtung - ge- mäss Pfeil 10 - vorgeordneter Dampfgenerator 11 ist unter Zwischenschaltung eines vakuumerzeugenden Elementes, insbesondere einem Ejektor 12, unmittelbar strömungsverbunden. Eine andere, nicht weiters dargestellte Ausfuhrung besteht darin, dass mehrere Ejektoren 12 und/oder Adsor-
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ber 2, 3 seriell zu einem mehrstufigen Ejektorprozess oder mehrstufigen Adsorberprozess geschaltet sind.
Gegebenenfalls ist der oder sind die Adsorber 2 ; 3 mit dem oder den Ejektoren 12 unmittelbar über ein oder mehrere Schaltmittel 8 strömungsverbunden. Ein Treibdampfanschluss des Ejektors 12 ist mit dem Dampfgenerator 11 unmittelbar strömungsverbunden.
Die einen Adsorptionsprozess bildende erste Stufe weist bevorzugt mehrere Strömungskreisläufe 13,14 auf, wovon jeder der Strömungskreisläufe 13, 14 zwischen Schaltmitteln 5,8, insbesondere Absperrorganen 15, 16, mit zumindest einem Adsorber 2 ; 3 versehen ist. Die einzelnen bauli-
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miteinander strömungsverbunden. Ein weiterer Teil der Verbindungsleitung 17 verbindet den Ejektor 12 mit dem Kondensator 9, sodass ausgehend vom Dampfgenerator 11 In Strömungsrich- tung - gemäss Pfeil 1 0 - dem Dampfgenerator 11 der Ejektor 12, der Kondensator 9, Verdampfer 4 und darauffolgend der oder die Adsorber 2,3 nachgeordnet sind. Eine Verbindungsleitung 21, insbesondere eine Ansaugleitung 22 des Ejektors 12, verbindet unter Zwischenschaltung des
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sierbaren Gase enthalten sind.
Dadurch weist die Vorrichtung 1 bzw. Anlage eine hohe Betriebssi- cherheit auf.
Zur Steuerung bzw. Regelung der Vorrichtung 1 bzw. Anlage ist eine nicht weiters dargestellte
Steuereinheit vorgesehen, an welcher die einzelnen Komponenten der Vorrichtung 1, wie Schalt- mittel 5,8, 20, Schaltelemente und Sensoren zur Aufnahme von Messwerten bzw. Messsignalen, angeschlossen und fernbedienbar, beispielsweise über eine Leitwarte ansteuerbar und/oder regel- bar und/oder verstellbar sind.
Demgemäss können die Schaltmittel 5 ; 8 ; 20 aus allen aus dem Stand der Technik bekannten, bevorzugt fernbedienbaren Absperrorganen etc. gebildet werden.
Durch die Aufforderung der Steuereinheit, eines oder mehrere Schaltmittel 5, insbesondere das Sperrorgan 6 ; 7, zumindest während der Zeitdauer der Regeneration zu schliessen, wird der wechselweise Betrieb eines oder mehrerer parallel zueinander geschaltener Strömungskreisläufe 13 ; 14 ermöglicht, wobei auf den genaueren Zusammenhang der einzelnen Strömungskreisläufe 13 ; 14 noch in der weiteren Beschreibung näher eingegangen werden wird.
Während der Adsorption zumindest eines der Adsorber 2 ; 3 ist das diesem in Strömungsnch- tung - gemäss Pfeil 10 - vorgeordnete Schaltmittel 5 offen und das nachgeordnete Schaltmittel 8 verschlossen gehalten, sodass eine Strömungsverbindung zwischen dem Verdampfer 4, Kondensator 9 etc. und dem oder den zu adsorbierenden Adsorber 2 ; 3 bevorzugt bis zum Erreichen eines vorbestimmbaren Beladungsgrades hergestellt ist.
Der oder die zu diesem oder diesen Adsorber 2 ; 3 parallel geschalteten Adsorber 2 ; 3 sind simultan dazu zu regenerieren, wonach der oder die Adsorber 2 ; 3 mit dem Ejektor 12 unter Zwischenschaltung des zu diesem Zeitpunkt geöffneten Schaltmittel 8 stromungsverbunden sind, sodass zwischen diesem oder diesen zu regenerierenden Adsorber 2 ; 3 und dem Ejektor 12 ein Massentransport erfolgt Demnach ist das vorgelagerte Schaltmittel 5 geschlossen und ein Zuströmen des Kältemittels verhindert bzw unterbrochen
Um einen quasi stationären bzw. kontinuierlichen Betrieb einer kälte- und/oder warmeerzeugenden Vorrichtung 1 zu ermöglichen, folgt während der Adsorption wenigstens eines Adsorbers 2, 3 gleichzeitig eine Desorption eines der Adsorbers 2 ;
3, wobei die Desorption bzw. Regeneration des Adsorbers 2 ; 3 durch eine an das Adsorbens angelegte, bevorzugt externe Energiequelle, insbesondere Wärmequelle, wie diese nicht weiters dargestellt ist, durchgeführt werden kann Eine weitere Möglichkeit besteht natürlich auch darin, dass eine prozessinterne Wärmequelle, insbesondere ein Teil der Adsorptionswärme, wenigstens eines der Adsorber 2 ; 3 zur Regeneration des weiteren Adsorbers 2 ; 3 zugeführt wird.
Hierzu weist, wie schematisch angedeutet, der Adsorber 2, 3 zumindest eine Warmeenergiequelle 23, insbesondere eine Heizeinrichtung auf, wobei die für die Desorption erforderliche Regenerationstemperatur beispielsweise durch Abwärme aus industriellen Prozessen oder Wärme aus Verbrennungen von festen und/oder flüssigen Brennstoffen oder Solarkollektoren etc. ausgenutzt werden kann.
Der von dem Dampfgenerator 11 mit Dampf beaufschlagte Ejektor 12 ist während der Regeneration bzw. Desorption wenigstens eines Adsorbers 2 ; 3 über das Schaltmittel 8, insbesondere Absperrorgan 15 ; 16 zumindest während seiner Desorptionsphase strömungsverbunden, wonach
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der mit einer niedrigen Geschwindigkeit in eine nicht weiters dargestellte Düse eintretende Dampfstrom In der Düse expandiert wird und dadurch eine Druckabsenkung und eine Geschwindigkeitserhöhung erfährt Demnach wird In der Düse die Druckenergie des Treibstrahls in kinetische Energie umgewandelt, wodurch am Dusenaustritt eine maximale Geschwindigkeit erreicht und an einer Saugseite bzw. Sauganschluss ein Unterdruck erzeugt wird, welcher niedriger als der Saugdruck bzw.
Systemdruck in der Ansaugleitung 22 ist und dadurch das Adsorbat aus dem Adsorber 2 ; 3, während zweckmässig gleichzeitig Wärme zugeführt wird, dampfformig ausgetrieben wird
Infolge dieser Druckdifferenz im Ejektor 12 wird das aus dem desorbierenden Adsorber 2 ; 3 austretende dampfförmige Kältemittel von dem Ejektor 12 angesaugt und im weiteren Bereich Im Ejektor 12 mit dem Treibdampf vermischt. Ein mit dem Diffusor versehener Austrittsbereich 24 des Ejektors 12 ist dem Kondensator 9 zugewandt, wonach im Diffusor des Ejektors 12 eine Druck- rückgewinnung und eine Geschwindigkeitsminimierung vonstatten geht.
Der Austrittsbereich 24 des Ejektors 12 ist mit dem in Strömungsrichtung - gemäss Pfeil 10 - nachgeordneten Kondensator 9 unmittelbar über die Verbindungsleitung 17 strömungsverbunden. Ein in den Kondensator 9 eintretender Dampfstrom wird gekühlt und damit wieder kondensiert, wobei ein Grossteil des anfallenden Kondensats über eine mit zumindest einer Kondensatpumpe 25, Umwälzpumpe 26 und mit wenigstens einem Wärmetauscher 27 versehene Rückleitung 28 In den Dampfgenerator 11 rückgeführt. Der Wärmetauscher 27 kann wiederum mit externen Wärmequellen und/oder mit Wärmequellen, die innerhalb des Prozesses anfallen, mit Wärmeenergie versorgt werden.
Um eine kontinuierliche und zuverlässige Produktion des Treibdampfes zu gewahrleisten, wird die im Dampfgenerator 11 vorhandene Flüssigphase des Kondensats über eine Abflussleitung 29 in die Rückleitung 28 rückgeführt und über die weitere Umwälzpumpe 26 abgefördert und wiederum dem Dampfgenerator 11 nach vorhergehender Wärmezufuhr hinzugeführt. Durch die Anordnung mehrerer seriell geschalteter Pumpen 25,26 besteht keine Gefahr, dass das aus dem Kondensator 9 etwa mit einer Temperatur zwischen 20 OC und 40 C austretende flüssige, eine Förderhöhe der Kondensatpumpen 25 verringernde Kältemittel infolge des in dem Kältemittel vorherrschenden Dampfdruckes zu einem Einbruch der Förderung führt.
Natürlich besteht auch die Möglichkeit, die Rückleitung 28 mit einem Gefälle auszubilden, sodass die Verringerung der Förderhöhe durch die mit einer geothetischen Hohe an der Saugseite der Pumpen 25 ; 26 anstehenden Kühlmittelsäule ausgeglichen wird. Als Wärmetauscher 27 kann natürlich jeder aus dem Stand der Technik bekannte geeignete Wärmetauscher 27, der nach dem Gleichstrom-, Gegenstrom- oder Kreuzstromprinzip arbeitet, verwendet werden
Eine andere, nicht weiters dargestellte Ausführung besteht darin, dass der einen Adsorberprozess bildenden ersten Stufe eine einen Adsorberprozess bildende weitere Stufe seriell nachgeschaltet ist und wenigstens eine gemeinsame Verbindungsleitung 21 jeweils mit dem oder den Adsorbern 2 ; 3 der Stufen bedarfsweise strömungsverbunden sind.
Auf diese Weise Ist es nunmehr auch möglich, mehrere ein unterschiedliches Temperaturniveau erzeugende Adsorberprozesse mehrstufig auszubilden, sodass beispielsweise in der ersten Stufe ein Temperaturniveau bzw. Kälteniveau von etwa 0 OC und-10 C und In der weiteren Stufe ein Temperaturniveau bzw Käiteniveau von etwa-10 C und-30 C erreicht wird. Daher kann ein vorbestimmbares Temperaturniveau bzw Kälteniveau In mehreren aufeinanderfolgenden oder zeitgleichen Arbeitszyklen erreicht werden.
Die transformierte Energie, daher Kälte und/oder Wärme der ersten Stufe des Adsorberprozesses, kann der weiteren Stufe des Adsorberprozesses beispielsweise während des Adsorbierens wenigstens eines der Adsorber 2 ; 3 zugeführt werden.
Dem Adsorberprozess können auch mehrere parallel oder seriell zueinander geschaltete Ejektorprozesse seriell nachgeschaltet werden
In der Fig. 2 ist eine weitere und gegebenenfalls für sich eigenständige Ausführungsform der Vorrichtung 1 bzw. Anlage gezeigt, wobei wiederum für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen wie in der vorangegangenen Fig. 1 verwendet werden. Wie nunmehr ersichtlich, besteht auch die Möglichkeit, dass wenigstens ein Strömungskreislauf 13,14 mehrere parallel zueinander geschaltete Adsorber 2 ; 30 aufweist, die jeweils in einer über eine gemeinsame Verbindungsleitung 18 zu versorgende Verteilungsleitungen 31 angeordnet sind. Es sei darauf hingewiesen, dass gegebenenfalls die Schaltmittel 5,8 in den Verteilungsleitungen 31 angeordnet sind.
Der Umlauf des Kältemittels kann über die verstell- oder regel baren Schaltmittel 5 ; 8, Insbesondere den Absperrorganen 6 ; 15, unterbrochen werden, wozu bevorzugt die Verbindungsleitung 18 für die Herstellung einer
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Strömungsverbindung bzw. Unterbrechung mit einem zentralen Schaltmittel 5 versehen ist. Der Vorteil dieser Lösung liegt vor allem darin, dass dadurch Innerhalb eines Strömungskreislaufes 13 ;
14 über die zentrale Verbindungsleitung 18 gleichzeitig mehrere parallel zueinander geschaltete Adsorber 2, 30 gleichzeitig beaufschlagt werden können, was eine Erhöhung des Beladungsgrades innerhalb eines Strömungskreislaufes 13 ; 14 ermöglicht.
Gleichermassen ist dadurch auch eine Erhöhung des Desorptionsgrades innerhalb eines Stromungskreislaufes 13 ; 14 möglich, da gleich- ze ! tig über mehrere Wärmequellen geringerwertige und billige Energie zur Desorption zugeführt werden kann. Weitere Vorteile liegen Im einfacheren rohrtechnischen Aufbau und in der niedrigeren Verlustleistung infolge reibungsbedingter Strömungsverluste. Als Arbeitsstoffpaare - Adsor- bens/Kältemittel - können natlJrlich alle aus dem Stand der Technik bekannten Stoffpaare wie ZeolithNVasser, Aktivkohle/Methanol oder Ammoniak, Sikagel/Wasser oder Ammoniak, Kalzium- chlorid/Ammoniak etc. verwendet werden.
Bevorzugt werden Kühlmittel mit toxikologischen bzw für Mensch, Tier und Umwelt ungefährlichen Eigenschaften und guter ökologischer Verträglichkeit verwendet. Bevorzugt wird das Arbeitsstoffpaar Zeolith/Wasser oder Sikagel/Wasser verwendet.
Der konstruktive Aufbau sowie die Funktionsweisen des Verdampfers 4, des Kondensators 9, des Dampfgenerators 11 sowie der Adsorber 2 ; 3 ; 30 derselben sind nicht Gegenstand dieser Anmeldung und sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt.
Die insbesondere mit dieser Vorrichtung 1 durchführbare Kälteerzeugung nach dem Adsorpti- onsprinzip wirkt nach folgenden Verfahrensschritten :
Es wird angenommen, dass der Adsorber 2 zu regenerieren ist und der zu diesem parallel geschaltete Adsorber 3 zu beladen ist. Dazu wird das Schaltmittel 5, insbesondere das in der Verbmdungsleitung 18 zu dem Adsorber 2 angeordnete Absperrorgan 6, insbesondere Absperrventil, geschlossen und das diesem unter Zwischenschaltung des Adsorbers 2 gegenüberliegende Absperrorgan 15 geöffnet und das Schaltmittel 5, insbesondere das in der Verbindungsleitung 18 zu dem Adsorber 3 angeordnete Absperrorgan 7, insbesondere ein Absperrventil, geöffnet und das diesem unter Zwischenschaltung des Adsorbers 3 gegenüberliegende Absperrorgan 16 geschlossen.
Im Adsorptionsprozess adsorbiert das Adsorbens, insbesondere der Zeolith, das Adsorptiv, insbesondere Wasser oder Methanol, bindet es und gibt dabei die aufsummierte Adsorptionsenthalpie QA bzw. Wärme entsprechender Temperatur ab.
Dem Adsorber 3, insbesondere dem Adsorbens, wird während der Adsorption bzw. der Beladung zumindest zeitweise Kälte zugeführt bzw. Wärme abgeführt. Dabei wird die im Adsorber 3 entstehende Adsorptionswärme bei Adsorptionsdruck abgeführt
Das verdampfende Adsorptiv entzieht dazu der Umgebung die Verdampfungsenthalpie Qv und senkt die Temperatur im Verdampfer 4 bis auf Minustemperaturen ab.
Dabei wird die Umgebung bis auf etwa +15 OC bis-40 C, insbesondere 0 OC bis-20 OC abgekühlt. Der dabei entstehende Kühlmitteldampf wird von wenigstens einem beladbaren Adsorber 3 solange adsorbiert, bis dieser einen vorbestimmbaren Beladungsgrad erreicht, worauf der zuströmende Kühlmitteldampf zumindest kurz vor Erreichen eines oberen bzw. eines maximalen Beladungsgrades des Adsorbens durch Umschaltung bzw. Absperrung des durch die Steuereinheit bevorzugt fernbedienbaren Schaltmittel 5, insbesondere des Absperrorganes 7, abgesperrt wird. Das zweckmässig während des gesamten Adsorptionsvorganges geschlossene Schaltmittel 8, insbesondere Absperrorgan 16, ist mit dem von dem Ejektor 12 ausgebildeten Saugdruck, der in der Verbindungsleitung 19 bzw. 21 vorherrscht, beaufschlagt.
Nach dem Eintreffen eines von der Steuereinheit ausgelösten Steuersignales wird das Schaltmittel 8 geöffnet und das Schaltmittel 5 geschlossen und nach dem Öffnen des Schaltmittel 8 der Adsorber 3 in etwa mit dem Unterdruck des Ejektors 12 beaufschlagt
Der Regenerationsdruck, der Insbesondere dem Saugdruck des Ejektors 12 entspricht, wird während der Regeneration des Adsorptionsmaterials durch den Ejektorprozess aufrechterhalten Während des Adsorblerens des Adsorbers 3 erfolgt simultan dazu das Regenerieren des parallel geschalteten Adsorbers 2, sodass ein quasi kontinuierlicher Betrieb der Kälteerzeugung und/oder Wärmeerzeugung erfolgen kann.
Im Verlauf des Desorptionsprozesses bzw. Regenerationsprozesses des Adsorbers 2, wo das Absperrorgan 6 geschlossen und das Absperrorgan 15 geöffnet ist, wird durch die Aufnahme der aufsummierten Desorptionsenthalpie QD das Adsorbat aus dem Adsorbens des Adsorbers 3 dampfförmig ausgetrieben. Dabei wird das Im Adsorbens gebundene Kältemittel bzw. Adsorbat,
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insbesondere Wasser, unter Warmezufuhr und Temperaturerhöhung und Druckbeaufschlagung mit dem Saugdruck des Ejektors 12 zumindest als Nassdampf ausgetrieben Im Regenerationsprozess wird anhand einer externen oder einer im Prozess vorhandenen Internen Energiequelle, insbesondere einer Wärmequelle, das Adsorbat des beladenen Adsorbers 3 beheizt und zumindest gleichzeitig oder nach Erreichen einer vorbestimmbaren Temperatur mit dem Saugdruck des Ejektors 12 beaufschlagt.
Der Saugdruck des Ejektors 12 bzw. der mit dem Unterdruck beaufschlagte beladene Adsorber 3 liegt etwa im Bereich zwischen 1000 mbarabs und 0, 01 mbarabs, insbesondere 6 mbarabs und 10 mbarabs Durch die Erniedrigung des Systemdruckes an einer Saugseite 32 des Ejektors 12 bzw. in der Ansaugleitung 22 und zumindest in einem Teilbereich der Verbindungslei- tung 18 werden die Gleichgewichtsisoteren (Linien konstanter Beladung) des Adsorbens, insbesondere des Zeolithen, zu niedrigen Temperaturen verschoben.
Der sich daraus ergebende Vorteil dabei ist, dass durch eine derartige Massnahme, nämlich durch das Anlegen eines Unterdruckes während der Desorption, ein wesentlich geringeres Temperaturniveau, das während der Regeneration zugeführt wird, zur Regeneration eines oder mehrerer Adsorber 2, 30 ; 3 ausgenutzt werden kann. Daher ist es nunmehr möglich, dass das Regenerationstemperaturniveau Im Vergleich zu konventionellen Prozessen entscheidend gesenkt werden kann oder dass ein für die Regeneration des beladenen Adsorbers höheres Temperaturniveau mehrfach genutzt werden kann, was eine in bis zur ein-bis zweifachen Grössenordnung beschleunigte Regenerationszeit ermöglicht.
Die eine höhere Temperatur aufweisenden Wärmequellen können natürlich auch durch Verwendung von Zwischenspeichern in mehreren Durchläufen eines Adsorptions- bzw Regenerationsprozesses mehrmals genutzt werden. Eine andere Ausführung besteht auch darin, dass zur Regenerierung des Adsorbers 2, 30 ; 3 diesem zumindest ein Teil einer wärmeerzeugenden externen Wärmequelle, beispielsweise aus einer regenerativen und/oder solaren Energiequelle hinzugeführt wird und ein weiterer Teil dieser Warmequelle für weitere thermische Prozesse, insbesondere zum Wärmeaustausch, in wenigstens einem von gegebenenfalls mehreren Wärmetauschern 27 herangezogen wird.
So kann beispielsweise die eine hohe Wärmeenergie aufweisende geothemische Energie insbesondere mehrfach zur Regeneration und/oder für prozessinterne Wärmeenergiezufuhr genutzt werden. Natürlich können auch alternative Energieträger, die bereits zumindest einer technischen Umwandlung unterlegen sind, wie beispielsweise Abwärme von biomasse- oder biogasbetriebenen Motoren etc., als solche verwendet werden. Natürlich kann die intern aus dem Prozess anfallende Wärmequelle zusätzlich mit zumindest einem Teil der externen Warmequelle zur Regeneration herangezogen werden
Gleichermassen wird dadurch einerseits eine substantielle Steigerung des Wirkungsgrades und andererseits eine Reduktion der erforderlichen Absorbermasse ermöglicht.
Auf diese Weise ist es möglich, Temperatur zur Regeneration des Adsorbers 2 ; 3 im Niedertemperaturbereich, der zwl- schen 60 OC und 200 C, insbesondere zwischen 80 C und 100 C, beispielsweise 90 C beträgt, zu verwenden. Dabei wird ein N ! edertemperaturbereich zwischen 20 OC und etwa 200 C angesehen. Der Hochtemperaturbereich liegt über 200 C. Diese Niedertemperatur wird beispielsweise von Verbrennungsmotoren, Wärmepumpen, Blockheizkraftwerken, solaren Kraftwerken, Abwärmenutzung und Wärmeruckgewinnung, wie z. B. rekuperative oder regenerative Wármerückgewln- nung etc., bereitgestellt.
Zweckmässig produziert der Dampfgenerator 11 zumindest über die Zeitdauer der Regeneration zumindest eines Adsorbers 2,3 Treibdampf fur den Ejektor 12 mit etwa 50 C bis 120 C, insbesondere zwischen 85 C und 90 C. Der Ejektor 12 kann mit externen und/oder internen Wärmequellen gespeist werden. Durch diesen in den Ejektor 12 eingedüsten Treibdampf wird die Saugseite 32 des Ejektors 12, insbesondere die Ansaugleitung 22, mit Unterdruck bzw.
Saugdruck etwa Im Bereich zwischen 1000 mbarabs und 0, 01 mbarabs, Insbesondere 6 mbarabs und 10 mbarabs, beaufschlagt und desorbtert das Adsorbat, insbesondere Wasser oder Methanol etc, aus dem auf etwa 90'C vorgewärmten Adsorbens des Adsorbers 3.
Die Desorptionsenthalpie QD bzw die Energie zur Regeneration des Adsorbers 2 kann durch Abwärme aus industriellen Prozessen, durch Verbrennung von festen und/oder flüssigen Brennstoffen, durch Solarkollektoren oder gegebenenfalls aber auch durch elektrische Beheizung bereitgestellt werden
Der dem Ejektor 12 In Strömungsrichtung - gemàss Pfeil 10 - durchstromende Dampfstrom tritt In den dem Ejektor 12 nachgeschalteten bzw. nachgeordneten Kondensator 9 ein, wo dieser durch
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Abgabe seiner Verflüssigungsenthalpie Qc gekühlt und damit wieder kondensiert und anschliessend in den Verdampfer 4 zurückgeleitet wird.
Dabei wird bei der Regeneration eines der Adsorber 2 der vermischte dampfförmige Kältemittelstrom durch den Ejektor 12 bis auf den Kondensatordruck komprimiert, wonach es zu der Kondensation und Wärmeabgabe bei Kondensationstemperatur kommt.
Das massenmässig im Kondensator 9 anfallende grössere Kondensatvolumen des flüssigen Kältemittels wird über die Kondensatpumpe 25 und Umwälzpumpe 26 und dem Wärmetauscher 27 direkt dem Dampfgenerator 11 zugeführt Während des Transportes des verflüssigten Kältemittels wird dieses über zumindest einen Wärmetauscher 27 neuerlich erwärmt und dem Dampfgenerator 11 zur weiteren Erzeugung von Treibdampf zugeführt. Der weitere und massenmässig geringere Anteil des flüssigen Kältemittels wird zur neuerlichen Kälteerzeugung unter Zwischenschaltung des Schaltmittel 20, insbesondere eines Druckminderungsventiles 33, in den Verdampfer 4 rückgeführt.
Dabei wird während der Adsorption eines der Adsorber 3, also wo das Schaltmittel 5 geöffnet und das Schaltmittel 8 geschlossen ist, das Kältemittel vom Kondensatordruckniveau auf Adsorptionsdruckniveau gedrosselt, wonach es zu einer Verdampfung des Kältemittels auf dem Kälteniveau und Adsorptionsdruckniveau kommt. Im Verdampfer 4 erfolgt die Kälteerzeugung herkömmlich durch Verdampfung des Kältemittels.
Durch den Parallelbetrieb mehrerer Adsorber 2, 30 ; 3 ist eine kontinuierliche Kälte- und/oder Wärmeerzeugung durch das Umschalten von den Schaltmittel 5, insbesondere den Absperrorganen 6,7, möglich, wonach nach erfolgter Desorption der Prozess beliebig unterbrochen und wieder neu gestartet werden kann. Auf diese Weise kann Energie über grössere Zeiträume gespeichert und bei Bedarf als Wärme oder Kälte durch das Öffnen des Schaltmittel 5 abgerufen werden.
Als Beispiel sei angeführt, dass bei einem Kondensatordruck von 42, 5 mbar und Kondensatortemperatur von 25 C, Regenerationsdruck von 6 mbar und Regenerationstemperaturniveau von 90 C und Adsorptionsdruck von 2, 2 mbar und Adsorptionstemperatur von 30 C eine Kälteerzeugung unter Verwendung des Arbeitsstoffpaares von Zeolith/Wasser bis auf etwa 0 OC bis-20 C, insbesondere-12 C, erreichbar ist.
Die wärmeerzeugende Energiequelle, die während der Desorption wirksam bzw. angelegt werden muss, kann beispielsweise auch durch eine Wellenenergiequelle und/oder einem Wellengenerator, insbesondere einem Mikrowellengenerator, gebildet werden. Die zweckmässig hochfrequenten Schwingungen derselben beaufschlagen zumindest zeitweise das Adsorbens, sodass im Adsorbat Wärme erzeugt und das Kältemittel dampfformig desorbiert wird. Derartige warmeerzeugende Energiequellen sind bereits allgemeiner Stand der Technik und nicht Gegenstand dieser Anmeldung. Der Vorteil dabei ist, dass die Adsorber 2,3, 30 infolge der hohen Energiezufuhr innerhalb noch kürzerer Zeit regeneriert werden konnen.
Abschliessend sei noch darauf hingewiesen, dass die Adsorber 2,3, 30 sowie alle anderen baulichen Komponenten redundant ausgefuhrt werden konnen.
Der Ordnung halber sei abschliessend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus der Vorrichtung 1 bzw. der Anlage diese bzw deren Bestandteile schematisch und/oder vergrössert und/oder verkleinert dargestellt wurden
Die den eigenständigen erfinderischen Losungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen werden.
Vor allem können die einzelnen in den Fig. 1,2 gezeigten Ausführungen den Gegenstand von eigenständigen, erfindungsgemässen Lösungen bilden. Die diesbezüglichen, erfindungsgemassen Aufgaben und Lösungen sind den Detailbeschreibungen dieser Figuren zu entnehmen.
Bezugszeichenaufstellung
1 Vorrichtung
2 Adsorber
3 Adsorber
4 Verdampfer
5 Schaltmittel
6 Absperrorgan
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7 Absperrorgan
8 Schaltmittel
9 Kondensator 10 Pfeil
11 Dampfgenerator 12 Ejektor 13 Strömungskreislauf
14 Stromungskrelslauf
15 Absperrorgan
16 Absperrorgan 17 Verbindungsleitung 18 Verbindungsleitung
19 Verbindungsleitung 20 Schaltmittel 21 Verbindungsleitung 22 Ansaugleitung 23 Wärmeenergiequelle 24 Austnttseite 25 Kondensatpumpe 26 Umwälzpumpe 27 Wärmetauscher 28 Rückleitung 29 Abflussleitung 30 Adsorber 31 Verteilungsleitung 32 Saugseite 33 Druckminderungsventil PATENTANSPRÜCHE : 1.
Vorrichtung zur Erzeugung von Kälte und/oder Wärme mit zumindest einem, insbesondere mehreren parallel geschalteten, Adsorber (n), dem bzw denen in Strömungsrichtung ein
Verdampfer und zumindest ein mit dem Verdampfer in Strömungsverbindung stehender
Kondensator und ein Dampfgenerator vorgeordnet ist, wobei zwischen dem bzw. den Ad- sorber (n) und dem Verdampfer zumindest ein Schaltmittel, Insbesondere Absperrorgan, zum bedarfsweisen Unterbrechen einer Strömungsverbindung angeordnet ist, dadurch ge- kennzeichnet, dass zumindest ein Ejektor (12) zwischen dem zumindest einem Adsorber (2 ; 3 ; 30) und dem Kondensator (9) angeordnet ist und dass dem zumindest einem Adsor- ber (2 ;
3 ; 30) in Strömungsrichtung (10) zumindest ein weiteres Schaltmittel (8) nachge- ordnet und über welches eine Strömungsverbindung zu dem Ejektor (12) unterbrechbar ist.