AT409897B - Verfahren zur steuerung einer adsorptionswärmepumpe - Google Patents

Description

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   Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung einer Adsorptionswärmepumpe   gemäss   den einleitenden Teilen des unabhängigen Patentanspruchs   Sorptionswärmepumpen   aller Art   konnen   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   Hertz-odeur   Warmwasserzwecke nutzbares Temperaturniveau bnngen. Durch diesen Effekt   konnen   mit derartigen Wärmepumpen deutlich höhere primarenergetische 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 Bel solchen Wärmepumpen ergibt sich ein Problem bei einem   Teillastbetneb.   So erfolgte bisher die Steuerung solcher Wärmepumpen in der Regel In der Weise, dass die Vorlauftemperatur des Verbrauchers im Verbraucherkreis in Abhangigkeit von der Aussentemperatur oder der Raumtemperatur gesteuert wird
Bei einer derartigen Regelung, die üblicherweise allein im Verbraucherkreis erfolgt, ergibt sich das Problem einer Absenkung des Wirkungsgrades bei Teillastbetrieb
Durch die DE 199 02 694   A 1   ist eine gattungsgemässe Adsorptionswarmepumpe bekannt geworden, ohne dass diese etwas über die Steuerung des Verfahrens aussagt. 



   Ziel der Erfindung ist es, die eingangs geschilderten Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren der eingangs naher erwähnten Art vorzuschlagen, bel dem auch im Teillastbereich ein günstiger Wirkungsgrad erhalten bleibt. 



   Erfindungsgemäss wird dies durch die kennzeichnenden Merkmale der   unabhangigen   Patentanspruche alternativ erreicht
Durch diese Massnahmen ist es möglich, den Betrieb der Warmepumpe entsprechend den Warmebedarfsanforderungen für Heizwärme und bzw. oder Trinkwassererwärmung zu gestalten, wobei die einzelnen   Wärmeträgerkreise   sehr günstig betrieben werden können
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung naher erläutert.

   Dabei zeigen
Fig. 1 schematisch eine AdsorptionswÅarmepumpe,
Fig 2 schematisch die Schaltung der Adsorber und Desorber,
Flg. 3 und 4 schematisch verschiedene Schaltungen der Kondensatoren und der Verdampfer,
Fig. 5 und 6 verschiedene Schaltungen der Kondensatoren und
Fig 7 und 8 verschiedene Schaltungen der Verdampfer
Gleiche Bezugszeichen bedeuten in allen Figuren gleiche Einzelteile
Wie aus der Fig.

   1 ersichtlich ist, weist die Adsorberwärmepumpe Im wesentlichen vier Wärmeträgerkreisläufe auf Dabei umfasst der   Wärmeträgerkreislauf   W1 die Desorber   01,   D2, D3 von Modulen   M1,   M2, M3, die Adsorber   A1,   A2, A3 der Module M4, M5, M6 sowie einen von einem Brenner B beaufschlagten Hochtemperatur-Wärmetauscher HWT, einen   Niedertemperatur-Wärme-   tauscher NWT und eine Pumpe   P1,   wobei diese Teile seriell miteinander verbunden sind. 



   Der Niedertemperatur-Wärmetauscher NWT ist weiters auch Teil eines Verbraucher-Wärmeträgerkreislaufs W4. Dieser   Wärmeträgerkreislauf   W4 umfasst weiters einen Verbraucher V, einen Kondensator-Wärmetauscher KWT und eine Pumpe P4, die seriell miteinander zusammengeschaltet sind. 



   Dieser Kondensator-Wärmetauscher KWT ist weiters Teil eines weiteren   Warmeträgerkreisiau-   fes W2 Dieser   Wärmeträgerkreislauf   W2 umfasst weiters eine Pumpe P2 und die Kondensatoren   K1,   K2, K3 der Module   M1,   M2, M3. 



   Ein   weiterer Wärmeträgerkreislauf   W3 umfasst die Verdampfer   V1,   V2, V3 der Module M4, M5, M6 einen Verdampfer-Wärmetauscher VWT, sowie eine Pumpe P3, wobei diese Teile seriell miteinander verbunden sind. 



   Aus Fig 2 ist die Schaltung der Adsorber   A 1,   A2, A3 und der Desorber   01,   D2 und D3 der Module   M 1,   M2, M3, M4, M5, M6 im Wärmetragerkreislauf W1 zu ersehen Dabei sind diese Bauteile untereinander und mit dem Hochtemperatur-Wärmetauscher HWT und der Serienschaltung des Niedertemperatur-Warmetauschers NWT mit der Pumpe P1 uber eine Umschalteinrichtung U1 In Reihe geschaltet. 



   Weiters sind, wie aus der Fig. 3 zu ersehen ist, die Kondensatoren   K1,   K2, K3 und die Verdampfer   V1,   V2, V3 der Module   M1,   M2, M3, M4, M5 und M6 der Warmeträgerkreislaufe W2 und W3 mit der   Senenschaltung   des Kondensator-Wärmetauschers KWT und der Pumpe P2 und der 

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 Serienschaltung des Verdampfer-Wärmetauschers VWT und der Pumpe P3 über eine weitere Umschalteinrichtung U2 miteinander in Reihe verbunden. 



   Bei der Ausführungsform nach der Fig 4 sind die Kondensatoren   K1,   K2, K3 und die Verdampfer V1, V2, V3 der Module   M1,   M2, M3, M4, M5 und M6 der Wärmeträgerkreislaufe W2 und W3 über die   Umschaltelnnchtung   U2 jeweils parallel geschaltet und diese Parallelschaltungen mit dem Kondensator-Wärmetauscher KWT, bzw. mit dem Verdampfer-Wärmetauscher VWT in Reihe geschaltet. 



   Wie aus den Fig 5 bis 8 zu ersehen ist, kann die Umschalteinrichtung U2 auch nur für die Wei-   terschaltung   der Kondensatoren   K1,     K2, K3   im Wärmeträgerkreislauf W2 vorgesehen sein. Dabei können die Kondensatoren, je nach der Ausbildung der Umschalteinrichtung U2 In Reihe oder parallel geschaltet sein. 



   Für die Weiterschaltung der Verdampfer   V1,   V2, V3 des   Wärmeträgerkreislaufes   W3 ist in diesem Fall eine weitere Umschalteinrichtung U3 vorgesehen, wobei die Verdampfer   V1,   V2, V3 über die   Umschalteinnchtung   U3 in Reihe oder parallel geschaltet sein können. 



   Mit diesen Umschalteinrichtungen U1 und U2, bzw. U1, U2 und U3 können die Module jeweils von der Hochdruckphase in die Niederdruckphase und umgekehrt geschaltet werden. 



   In den desorbierenden Modulen M1 bis M3 der Hochdruckphase wird In den Desorbern   01   bis D3 ein Adsorbat aus einem Adsorbens durch Erhitzen des Adsorbens verdampft und in den Kondensatoren K1 bis K3 kondensiert, wobei die Kondensationswärme im Kondensator-Wärmetauscher KWT an den Verbraucherkreis W4 abgegeben wird. Der Wärmeträger W1 wird beim Durchströmen der Desorber   01   bis D3 abgekühlt. 



   In den adsorbierenden Modulen M4 bis M6 der Niederdruckphase wird in den Verdampfern V1 bis V3 ein flüssiges Adsorbat verdampft und dadurch ein Wärmeträger des   WÅarmeträgerkreislaufes   W3 abgekühlt, der im Verdampfer-Wärmetauscher VWT durch Aufnahme von Umgebungswärme aufgewarmt wurde. Das verdampfte Adsorbat wird dabei vom Adsorbens aufgenommen. Die dabei freiwerdende Adsorptionswärme wärmt den Wärmeträger W1 auf. 



   Mit den Umschalteinrichtungen U1 und U2 können die Position der Module M1 bis M6 In den Kreisläufen W1, W2, W3 der Reihe nach durch Weiterschaltung der Umschalteinrichtungen   U 1,   U2 bzw. U 1, U2,   U3   gewechselt werden. 



   Dies bedeutet für den Kreislauf W1, dass jedes Modul seine Position im Uhrzeigersinn wechselt. 
 EMI2.1 
 wechselt auf den Adsorber A3, A3 auf A2 der Adsorber A2 auf die Position des AI und der Adsorber   A 1   wechselt auf die Position des Desorbers D3. 



   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   A 1   in die Hochdruckphase und der Desorber Dl 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 Adsorber gewechselt wird. 



   Analog hierzu bedeutet dies für die Kreisläufe W2 und W3, dass der Kondensator K1 des Moduls M1 vor dem Schaltvorgang entsprechend zum Verdampfer nach dem Schaltvorgang wird. Der Verdampfer V1 des Moduls M4 vor dem Schaltvorgang wird entsprechend zum Kondensator nach dem Schaltvorgang. Fur den Betrieb der Kondensatoren K und der Verdampfer V, die beim Schaltvorgang von der Hochdruck- in die Niederdruckphase oder umgekehrt wechselt, können folgende Betriebsweisen ausgeführt werden. 



   

Claims (3)

1. Der Wärmeträger durchströmt in den die Wärmeträgerkreisläufen W2 bzw. W3 die Mo- dule, die beim Schaltvorgang einen Betriebsphasenwechsel durchgemacht haben, nicht, so dass sich der Verdampfer, der vor dem Schaltvorgang noch als Kondensator gearbeitet hat, nur durch verdampfendes Adsorbat abkühlt, nicht aber durch Wärmeabfuhr an die Umgebung über den Kreislauf W2 an den Verdampfer-Wärmetauscher VWT. Entsprechend heizt sich der Kondensator, der vor dem Schaltvorgang noch Verdampfer war, nur durch kondensierendes Adsorbat auf und nicht durch Wärmezufuhr aus dem Kreislauf W2 vom Kondensator-Wärmetauscher KWT.

2. Der Wärmeträger durchströmt in den die Wärmeträgerkreisläufen W2 bzw. W3 die Mo- dule, die beim Schaltvorgang einen Betriebsphasenwechsel durchgemacht haben, so dass sich der Verdampfer, der vor dem Schaltvorgang noch als Kondensator gearbeitet hat, sowohl durch <Desc/Clms Page number 3> verdampfendes Adsorbat als auch durch Wärmeabfuhr an die Umgebung über den Kreislauf W2 an den Verdampfer-Wärmetauscher VWT abkühlt. Entsprechend heizt sich der Kondensator, der vor dem Schaltvorgang noch als Verdampfer gearbeitet hat, sowohl durch kondensierende Adsorbat als auch durch Wärmezufuhr aus dem Kreislauf W2 vom Kondensator-Wärmetauscher KWT auf. Die bei unterschiedlichen Lastzuständen, wie Vollast und Teillast der Wärmepumpe erforderli- chen unterschiedlichen Heizleistungen können mit entsprechenden Veränderungen der Volumenströme Vp1, Vp2 und Vp3 in den Wärmeträgerkreisläufen W1, W2, W3 nach einem vorgegebenen Algorithmus gesteuert werden. Dabei wird der Volumenstrom vermindert je geringer die im Verbraucher-Kreislauf W4 bereitzustellende Heizleistung ist. Weiters können die unterschiedlichen Heizleistungen mittels entsprechenden Veränderungen der Zyklusdauer tZyk der Sorptionszyklen nach einem vorgegebenen Algorithmus erreicht werden. Dabei wird die Zykluszeit umso mehr erhöht, je geringer die im Verbraucher-Kreislauf W4 bereitzustellende Heizleistung ist. Alternativ zum eben beschriebenen Verfahren ist es auch möglich, die bei den unterschiedlichen Lastzuständen der Wärmepumpe erforderlichen Heizleistungen mittels einer Veränderung der Zyklusdauer der Sorptionszyklen zu steuern. Für einen schmalen Bereich der Zyklusdauer, das ist etwa von 2 bis 10 min. gilt, dass die Im Verbraucherkreislauf eingestellte Heizleistung um so geringer wird, je länger diese Zyklusdauer währt Als Algorithmus ist hier vorgesehen, dass die Zyklusdauer zwischen 10 und 40 Minuten liegt. Unterschiedliche Heizleistungen im Verbraucher-Kreislauf W4 können auch durch einen nach EMI3.1 vorgesehen, wobei mit steigender Temperatur des Wärmeträgers beim Eintritt in den Desorber der Modulationsgrad des Brenners zurückgenommen wird, die Brennerleistung mithin verkleinert wird und umgekehrt. PATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Steuerung einer Adsorptionswärmepumpe mit mehreren Modulen, wobei ausser einem einen Verbraucher (V), eine Pumpe (P4), sowie zwei Warmetauscher (KWT, NWT) aufweisenden Verbraucherkreislauf (W4), insgesamt mindestens drei ebenfalls je eine Pumpe (P1, P2, P3) aufweisende Wärmeträgerkreisläufe (W1, W2, W3) zusammen- geschaltet sind, von denen einer (W1) alle Adsorber (A) und Desorber (D) aller Module (M1, M2, M3, M4, M5, M6) seriell mit einem von einem Brenner (B) beaufschlagbaren Hochtemperatur-Wärmetauscher (HWT) mit einem Niedertemperatur-Wärmetauscher (NWT) sowie einer Pumpe (P1) verbindet, wobei in einem weiteren Wärmeträgerkreislauf (W2) die Kondensatoren (K1, K2, K3) der Module (M1, M2, M3) mit einem Kondensator- Wärmetauscher (KWT) und der Pumpe (P2) seriell zusammengeschaltet sind und im dnt- ten Wärmeträgerkreislauf (W3) die Verdampfer (V1, V2, V3) aller Module (M4, M5, M6) se- riell mit einem Verdampfer-Wärmetauscher (VWT) und einer Pumpe (P3) zusammenge- schaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die bei unterschiedlichen Lastzuständen der Wärmepumpe erforderlichen Heizleistungen mittels einer Veränderung der Volumenströme (Vp1, Vp2, Vp3) der Wärmeträgerkreisläufe (W1, W2, W3) gesteuert werden, wobei die Heizleistung des Verbraucherkreislaufes (W4) umso geringer ist, je geringer der jeweilige Volumenstrom ist. **WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**. 2. Verfahren zur Steuerung einer Adsorptionswärmepumpe mit mehreren Modulen, wobei ausser einem einen Verbraucher (V), eine Pumpe (P4), sowie zwei Wärmetauscher (KWT, NWT) aufweisenden Verbraucherkreislauf (W4), insgesamt mindestens drei ebenfalls je eine Pumpe (P1, P2, P3) aufweisende WÅarmeträgerkreisläufe (W1, W2, W3) zusammen- geschaltet sind, von denen einer (W1) alle Adsorber (A) und Desorber (D) aller Module <Desc/Clms Page number 4> (M1, M2, M3, M4, M5, M6) seriell mit einem von einem Brenner (B) beaufschlagbaren Hochtemperatur-Wärmetauscher (HWT) mit einem Niedertemperatur-Wärmetauscher (NWT) sowie einer Pumpe (P1) verbindet, wobei in einem weiteren Wärmeträgerkreislauf (W2) die Kondensatoren (K1, K2, K3) der Module (M1, M2, M3) mit einem Kondensator- Wärmetauscher (KWT) und der Pumpe (P2)

seriell zusammengeschaltet sind und im drit- ten Wärmeträgerkreislauf (W3) die Verdampfer (V1, V2, V3) aller Module (M4, M5, M6) se- riell mit einem Verdampfer-Wärmetauscher (VWT) und einer Pumpe (P3) zusammenge- schaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die bei unterschiedlichen Lastzuständen der Warmepumpe erforderlichen Heizleistungen mittels einer Veranderung der Zyklusdauer (tZyk) der Sorptionszyklen gesteuert werden, wobei in einem schmalen Bereich der Zyk- lusdauer die Heizleistung im Verbraucherkreislauf (W4) umso geringer ist, je langer diese Zyklusdauer betragt.

3. Verfahren zur Steuerung einer Adsorptionswärmepumpe mit mehreren Modulen, wobei ausser einem einen Verbraucher (V), eine Pumpe (P4), sowie zwei Wärmetauscher (KWT, NWT) aufweisenden Verbraucherkreislauf (W4), insgesamt mindestens drei ebenfalls je eine Pumpe (P1, P2, P3) aufweisende Wärmeträgerkreisläufe (W1, W2, W3) zusammen- geschaltet sind, von denen Wärmeträgerkreisläufe (W1, W2 W3) zusammengeschaltet sind, von denen einer (W1) alle Adsorber (A) und Desorber (D) aller Module (M1, M2, M3, M4, M5, M6) seriell mit einem von einem Brenner (B) beaufschlagbaren Hochtemperatur- Wärmetauscher (HWT) mit einem Niedertemperatur-Wärmetauscher (NWT) sowie einer Pumpe (P1) verbindet, wobei in einem weiteren Wärmeträgerkreislauf (W2) die Kondensa- toren (K1, K2, K3) der Module (M1, M2, M3) mit einem Kondensator-Wärmetauscher (KWT)

und der Pumpe (P2) seriell zusammengeschaltet sind und im dritten Wärmetrager- kreislauf (W3) die Verdampfer (V1, V2, V3) aller Module (M4, M5, M6) seriell mit einem Verdampfer-Wärmetauscher (VWT) und einer Pumpe (P3) zusammengeschaltet sind, da- durch gekennzeichnet, dass die bei unterschiedlichen Lastzuständen der Wärmepumpe erforderlichen Heizleistungen mittels eines nach einem vorgegebenen Algorithmus stufig oder stetig modulierenden Brenners (B) In dem Wärmeträgerkreislauf (W1) gesteuert wird.