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Die Erfindung bezieht sich auf ein Wärmepumpen-Modul für eine Adsorptionswärmepumpe.
In Adsorptionswärmepumpen wird in einem Desorber Kältemittel (meist Wasser) desorbiert und dieses Kältemittel in einem Kondensator kondensiert. Desorber und Kondensator bilden ein Wärmepumpen-Modul. Zeitgleich adsorbiert anderenorts ein Adsorber Kältemittel, das von einem Verdampfer verdampft wurde. Adsorber und Verdampfer bilden ein dem erstgenannten baugleiches Wärmepumpen-Modul.
Um desorbieren zu können, muss der Desorber erhitzt werden. Das Kältemittel wird dann aus dem Desorber desorbiert, gelangt zum Kondensator und wird an diesem kondensiert.
Die Kondensation wird umso mehr begünstigt, je kühler der Kondensator ist. Der heisse Desorber und der kühle Kondensator müssen sich in einem dichten Gehäuse befinden. Um die Herstellkosten und den Bauraum zu minimieren, ist es vorteilhaft, wenn sich Desorber und Kondensator in einem kleinen Gehäuse dicht beieinander befinden. Hierdurch entsteht jedoch der Nachteil, dass ein Wärmeaustausch zwischen Desorber und Kondensator in Form von Wärmestrahlung stattfinden kann, was die Kondensationsfähigkeit des Kondensators vermindert.
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Wird das Wärmepumpen-Motlul adsorbieren betrieben, kann Wärmestrahlung vom heissen Adsorber zum kälteren Verdampfer gelangen, was dazu führt, dass ein Teil der bei der Adsorption freiwerdenden Wärme mittels Wärmestrahlung auf den Verdampfer übergeht und dort die Möglichkeit der Einkopplung von Umgebungswärme mindert.
Es sind Wärmepumpen-Module bekannt, bei denen sich der Adsorber bzw. Desorber und der Verdampfer bzw. Kondensator in einem Gehäuse befinden. In der DE 197 30 698 A1 ist ein Wärmepumpen-Modul beschrieben, bei dem Adsorber bzw. Desorber kreis-bzw. spiralförmig angeordnet ist und der Verdampfer bzw. Kondensator zentral innerhalb des Adsorbers bzw. Desorbers liegt. Der Adsorber bzw. Desorber ist stets heisser als der Verdampfer bzw. Kondensator. Typische Arbeitstemperaturen des Adsorbers bzw.
Desorbers betragen 150 bis 200 C. Bei einer Bauform gemäss DE 197 30 698 Al strahlt dementsprechend der heisse Adsorber bzw. Desorber Wärme an die umgebende Wand des Wärmepumpen-Moduls ab. Um Wärmeverluste zu mindern, muss dementsprechend das Wärmepumpen-Modul ausreichend gedämmt werden. Ferner zeigt DE 197 30 698 A1 einen einlagigen, ebenen Adsorber bzw. Desorber und Verdampfer bzw. Kondensator, was zur Folge hat, dass das Verhältnis von Wärmepumpen-Modul-Gehäuseoberfläche zu -Volumen bei grossen Einheiten ungünstig ist, was sich vorwiegend auf die Herstellkosten und die Wärmeverluste auswirkt.
Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und ein Wärmepumpen-Modul der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei dem Verluste vom Adsorber bzw. Desorber an die Wand des Wärmepumpen-Moduls gemindert, in der Regel sogar radial gänzlich vermieden werden und das ein günstiges Oberflächen-Volumen-Verhältnis aufweist.
Erfindungsgemäss wird dies bei einem Wärmepumpen-Modul der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Anspruches erreicht.
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Durch die vorgeschlagenen Massnahmen wird erreicht, dass der heisse Adsorber bzw.
Desorber keine Strahlungswärme an die seitlichen Aussenwände des Wärmepumpen-Moduls abgeben kann. Somit müssen diese Wände nicht gedämmt werden, da die Temperatur der Umgebung annähernd auf dem Niveau (Temperaturdifferenz in der Regel kleiner 30 K) des Verdampfers bzw. Kondensators liegt.
Gemäss den Merkmalen des Anspruchs 2 ergibt sich der Vorteil, dass vom heissen Adsorber Desorber keine Strahlungswärme zum kalten Verdampfer / Kondensator gelangen kann.
Durch die Strahlungswärme würde die Kondensationsfähigkeit des Kondensators vermindert. Beim Verdampfer würde durch die Strahlungswärme die Möglichkeit der EInkopplung von umgebungswärme gemindert.
Die Merkmale des Anspruchs 3 beschreiben eine vorteilhafte Ausgestaltung des
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Kondensator kann sich das Kondensat in Rinnen oder Becken auf unterschiedlichen Ebenen sammeln, um dann bei der Verdampfung grossflächig wieder verdampft zu werden.
Gemäss den Merkmalen des Anspruchs 4 sind der Adsorber/Desorber und der Verdampfer /Kondensator annähernd rotationssymmetrisch aufgebaut. Durch das Wort annähernd wird berücksichtigt, dass z. B. durch Anschlüsse (Einlass, Auslass), Spiralformen o. ä. Abweichungen von der reinen Symmetrie entstehen können oder auch der Aufbau als Vieleck (z. B. vier oder mehr ebene Wärmetauscher bilden den Verdampfer / Kondensator) sinnvoll sein kann.
Gemäss den Merkmalen des Anspruchs 5 wird eine vorteilhafte Form des Strahlungsschutzes beschrieben, die sich dadurch auszeichnet, dass kein gesondertes Bauteil benötigt wird. Vielmehr werden am Verdampfer/Kondensator auf der dem Adsorber
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/Desorber zugewandten Sette lange Lamellen angebracht, die derart geformt sind, dass diese Lamellen eine Strahlung vom Adsorber/Desorber zum gespeicherten Kältemittel und dem Wärmetauscherrohr verhindert. Lamellen verfügen über einen sogenannten Rippenwirkungsgrad, der besagt, dass mit zunehmender Lamellen- bzw. Rippenlänge die Wärmeleitung nachlässt. Ist dementsprechend die Lamelle lang genug, so findet nur noch wenig Wärmeleitung von der Wärmestrahlung aufnehmenden Rippe zum Wärmetauscherrohr statt.
Gemäss Anspruch 6 besteht der Strahlungsschutz aus mehreren schräg angeordneten Platten, was zur Folge hat, dass der Kältemitteldampf gleichförmiger vom Desorber durch den Strahlungsschutz zum Kondensator und umgekehrt vom Verdampfer zum Adsorber strömen kann.
Während gemäss Anspruch 6 die Platten vorzugsweise übereinander angeordnet sind, sind sie gemäss Anspruch 7 vorzugsweise kreisförmig angeordnet.
Gemäss den Merkmalen des Anspruchs 8 wird der gleiche Effekt wie bei Anspruch 6, jedoch bei rotationssymmetrischem Aufbau erreicht.
Die Merkmale des Anspruchs 9 beschreiben eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Strahlungsschutzes, der sich dadurch auszeichnet, dass-z. B. im Gegensatz zu parallelen, ebenen Platten - keine Strahlung durch den Strahlungsschutz gelangen kann. Ist die Spitze oben, d. h. die Öffnung unten, so kann sich-z. B. bei Betriebsstillstand - kein Kondensat im Inneren des Winkels ansammeln.
Gemäss den Merkmalen des Anspruchs 10 wird der gleiche Effekt, jedoch bei rotationssymmetrischem Aufbau erreicht.
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Gemäss den Merkmalen des Atptuchs 11 kann erreicht werden, dass bei der Adsorption Kältemitteldampf durch den Strahlungsschutz vom Verdampfer zum Adsorber gelangen kann. Die Löcher müssen jedoch klein sein, damit bei der Desorption kaum Wärmestrahlung durch die Löcher gelangen kann.
Gemäss den Merkmalen des Anspruchs 12 ergibt sich der Vorteil, dass die Wärmestrahlung vom heissen Adsorber/Desorber über Aussenwände, die nicht an den Verdampfer / Kondensator grenzen, minimiert wird.
Die Merkmale des Anspruchs 13 ergeben den Vorteil, dass möglichst viel Wärmestrahlung vom Strahlungsschutz wieder zum Desorber beziehungsweise Adsorber reflektiert wird.
Somit erhitzt sich der Strahlungsschutz wenig und strahlt selbst wenig Wärmestrahlung an den Kondensator beziehungsweise Verdampfer ab.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Fig. 1 bis 3 der Zeichnungen erläutert. Es zeigen : Fig. 1 ein erfindungsgemässes Wärmepumpen-Modul mit zwei Varianten des erfindungsgemässen Strahlungsschutzes, Fig. 2 ein erfindungsgemässes Wärmepumpen-Modul mit zwei weiteren Varianten des erfindungsgemässen Strahlungsschutzes und Fig. 3 ein erfindungsgemässes Wärmepumpen-Modul einer weiteren Variante des erfindungsgemässen Strahlungsschutzes.
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Ein Wärmepumpen-Modlfl 1 M) * etne Adsorptionstvärmepumpe gemäss Fig. 1 besteht aus einem Adsorber/Desorber 2 und einem Verdampfer / Kondensator 3 in einem gemeinsamen, dichten Gehäuse 4. Der Adsorber/Desorber 2 ist zentral zwischen dem Verdampfer / Kondensator 3 angeordnet. Der Verdampfer/Kondensator 3 besteht aus Rohren 6, auf denen Lamellen 12 mit Abkantungen 13 angeordnet sind. Die Lamellen 12 mit den Abkantungen 13 bilden Rinnen 14. Zwischen dem Adsorber I Desorber 2 und dem Verdampfer / Kondensator 3 befindet sich auf der linken Seite ein Strahlungsschutz 5, welcher zumindest zum grössten Teil eine unmittelbare optische Verbindung zwischen dem Adsorber/Desorber 2 und dem Verdampfer / Kondensator 3 verhindert. Der Aufbau kann rotationssymmetrisch (z.B.
Adsorber / Desorber 2 zylindrisch und Verdampfer / Kondensator 3 in Form eines hohlzylindrischen Körpers) oder mehrflächig (z.B. Adsorber / Desorber 2 quaderförmig und Verdampfer / Kondensator 3 in Form von vier ebenen Körpern) sein. Auf der rechten Seite ist zwischen dem Adsorber/Desorber 2 und dem Verdampfer/ Kondensator 3 ein Verdampfer / Kondensator 3 mit langen Lamellen 13'zu sehen. Die Lamellen 13'überdecken sich in radialer Richtung. Zwischen der unteren Gehäusewand 20 und dem Adsorber/Desorber 2 befindet sich ein weiterer Strahlungsschutz 19.
Das Wärmepumpen-Modul 1 kann desorbierend oder adsorbierend arbeiten. Zunächst wird
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Wasser desorbiert wird und somit den Desorber 2 verlässt. Der so entstehende Wasserdampf kondensiert im Kondensator 3 und gibt somit Wärme an ein SoleLeitungssystem ab. Wärmestrahlung von dem heissen Desorber 2, die zur Seite strahlt, wird von dem Strahlungsschutz abgefangen. Gemäss der linken Darstellung wird die Wärmestrahlung von dem Strahlungsschutz 5 abgefangen. Gemäss der rechten Darstellung wird die Wärmestrahlung von den Lamellen 13'abgefangen. Deren Form verhindert, dass Strahlung direkt zum Rohr 6 gelangen kann. Aufgrund der Lamellenlänge ist auch die
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Wärmeleitung zum Rohr gering. Wärmestrahtüng vom Desorber 2 zur Gehäusewand 20 wird von dem Strahlungsschutz 19 abgefangen.
Bei der Adsorption ist der Adsorber 2 zunächst relativ trocken. Dem Verdampfer 3 wird Umgebungswärme zugeführt. Hierdurch wird Wasser, das sich um den Verdampfer 3 befindet, verdunstet. Der so entstehende Wasserdampf gelangt zum Adsorber 2, wodurch der Adsorber 2 sich erhitzt. Diese Wärme gibt der Adsorber 2 an einen Adsorber-DesorberKreislauf ab. Durch die Adsorption wird der Adsorber heisser ; er ist stets heisser als der Verdampfer. Der Strahlungsschutz 5 beziehungsweise 13'verhindert, dass Wärme in Form von Strahlung wieder vom Adsorber zum Verdampfer gelangt. Der Strahlungsschutz 19 verhindert Wärmestrahlung vom Adsorber 2 zur Gehausewand 2û.
In Fig. 2 ist ein Wärmepumpen-Modul 1 mit zwei weiteren Varianten des Strahlungsschutzes zu sehen. Der Strahlungsschutz 15 besteht aus mehreren übereinander angeordneten Platten 17, die sich radial überschneiden. Der Strahlungsschutz 16 besteht aus mehreren übereinander angeordneten Winkelblechen 18, die sich radial überschneiden.
Sowohl beim Strahlungsschutz 15, als auch bei 16 kann der Strahlungsschutz - im Vergleich zu Strahlungsschutz 5 - besser von dem Kühlmitteldampf durchströmt werden, während dennoch die Wärmestrahlung zurückgehalten wird.
Fig. 3 zeigt eine weitere Variante eines erfindungsgemässen Strahlungsschutzes, bestehend aus mehreren Platten 21, welche kreisförmig um den Adsorber/Desorber 2 angeordnet sind.
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The invention relates to a heat pump module for an adsorption heat pump.
In adsorption heat pumps, refrigerant (usually water) is desorbed in a desorber and this refrigerant is condensed in a condenser. Desorber and condenser form a heat pump module. At the same time, an adsorber adsorbs refrigerant that has been evaporated by an evaporator. Adsorbers and evaporators form a heat pump module that is identical in construction to the former.
In order to be able to desorb, the desorber must be heated. The refrigerant is then desorbed from the desorber, reaches the condenser and is condensed there.
The cooler the condenser, the more favorable the condensation. The hot desorber and the cool condenser must be in a sealed housing. In order to minimize the manufacturing costs and the installation space, it is advantageous if the desorber and capacitor are located close together in a small housing. However, this creates the disadvantage that heat exchange between the desorber and the condenser can take place in the form of heat radiation, which reduces the condensability of the condenser.
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If the heat pump motor is operated adsorbing, heat radiation can get from the hot adsorber to the colder evaporator, which means that part of the heat released during adsorption is transferred to the evaporator by means of heat radiation and there reduces the possibility of coupling in ambient heat.
Heat pump modules are known in which the adsorber or desorber and the evaporator or condenser are located in one housing. DE 197 30 698 A1 describes a heat pump module in which adsorbers or desorbers are circulated. is arranged spirally and the evaporator or condenser is located centrally within the adsorber or desorber. The adsorber or desorber is always hotter than the evaporator or condenser. Typical working temperatures of the adsorber or
Desorbers are 150 to 200 C. In a design according to DE 197 30 698 Al, the hot adsorber or desorber accordingly radiates heat to the surrounding wall of the heat pump module. To reduce heat loss, the heat pump module must be adequately insulated. Furthermore, DE 197 30 698 A1 shows a single-layer, flat adsorber or desorber and evaporator or condenser, which has the consequence that the ratio of heat pump module housing surface to volume is unfavorable for large units, which mainly affects the manufacturing costs and affects the heat loss.
The aim of the invention is to avoid these disadvantages and to propose a heat pump module of the type mentioned in the introduction, in which losses from the adsorber or desorber to the wall of the heat pump module are reduced, as a rule even completely avoided radially, and this is inexpensive Has surface-volume ratio.
According to the invention, this is achieved in a heat pump module of the type mentioned at the outset by the characterizing features of the independent claim.
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The proposed measures ensure that the hot adsorber or
Desorber cannot emit radiant heat to the side outer walls of the heat pump module. This means that these walls do not need to be insulated, since the temperature of the environment is approximately at the level (temperature difference generally less than 30 K) of the evaporator or condenser.
According to the features of claim 2, there is the advantage that no radiation heat can reach the cold evaporator / condenser from the hot adsorber desorber.
The condensation capacity of the capacitor would be reduced by the radiant heat. In the evaporator, the radiation heat would reduce the possibility of coupling in ambient heat.
The features of claim 3 describe an advantageous embodiment of the
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The condenser can collect the condensate in troughs or basins at different levels so that it can be evaporated again over a large area during evaporation.
According to the features of claim 4, the adsorber / desorber and the evaporator / condenser are constructed approximately rotationally symmetrically. The word approximately takes into account that z. B. by connections (inlet, outlet), spiral shapes or similar deviations from the pure symmetry can arise or the structure as a polygon (e.g. four or more flat heat exchangers form the evaporator / condenser) can be useful.
According to the features of claim 5, an advantageous form of radiation protection is described, which is characterized in that no separate component is required. Rather, the evaporator / condenser on the adsorber
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/ Desorber facing Sette attached long fins, which are shaped such that these fins prevent radiation from the adsorber / desorber to the stored refrigerant and the heat exchanger tube. Slats have a so-called rib efficiency, which means that the heat conduction decreases with increasing slat or rib length. Accordingly, if the lamella is long enough, there is little heat conduction from the rib that absorbs the heat radiation to the heat exchanger tube.
According to claim 6, the radiation protection consists of several slanted plates, which has the consequence that the refrigerant vapor can flow more uniformly from the desorber through the radiation protection to the condenser and vice versa from the evaporator to the adsorber.
While according to claim 6 the plates are preferably arranged one above the other, according to claim 7 they are preferably arranged in a circle.
According to the features of claim 8, the same effect as in claim 6 is achieved, but with a rotationally symmetrical structure.
The features of claim 9 describe a further advantageous embodiment of the radiation protection, which is characterized in that, for. B. in contrast to parallel, flat plates - no radiation can get through the radiation protection. If the top is up, d. H. the opening below, so z. B. at a standstill - do not collect condensate inside the angle.
According to the features of claim 10, the same effect is achieved, but with a rotationally symmetrical structure.
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According to the features of the wipe 11, it can be achieved that during the adsorption, refrigerant vapor can reach the adsorber through the radiation protection from the evaporator. However, the holes must be small so that hardly any heat radiation can pass through the holes during desorption.
According to the features of claim 12, there is the advantage that the heat radiation from the hot adsorber / desorber is minimized via outer walls which do not adjoin the evaporator / condenser.
The features of claim 13 result in the advantage that as much heat radiation as possible is reflected again from the radiation protection to the desorber or adsorber.
Thus, the radiation protection heats up little and emits little heat radiation to the condenser or evaporator.
Embodiments of the invention are explained below with reference to FIGS. 1 to 3 of the drawings. 1 shows a heat pump module according to the invention with two variants of the radiation protection according to the invention, FIG. 2 shows a heat pump module according to the invention with two further variants of the radiation protection according to the invention and FIG. 3 shows a heat pump module according to the invention of a further variant of the radiation protection according to the invention.
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1 consists of an adsorber / desorber 2 and an evaporator / condenser 3 in a common, sealed housing 4. The adsorber / desorber 2 is arranged centrally between the evaporator / condenser 3. The evaporator / condenser 3 consists of tubes 6 on which fins 12 with bevels 13 are arranged. The fins 12 with the folds 13 form channels 14. Between the adsorber I desorber 2 and the evaporator / condenser 3 there is a radiation protection 5 on the left side, which at least for the most part has a direct optical connection between the adsorber / desorber 2 and the Evaporator / condenser 3 prevented. The structure can be rotationally symmetrical (e.g.
Adsorber / desorber 2 cylindrical and evaporator / condenser 3 in the form of a hollow cylindrical body) or multi-surface (e.g. adsorber / desorber 2 cuboid and evaporator / condenser 3 in the form of four flat bodies). An evaporator / condenser 3 with long fins 13 ′ can be seen on the right-hand side between the adsorber / desorber 2 and the evaporator / condenser 3. The fins 13 ′ overlap in the radial direction. Another radiation protection 19 is located between the lower housing wall 20 and the adsorber / desorber 2.
The heat pump module 1 can work desorbing or adsorbing. First of all
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Water is desorbed and thus leaves the desorber 2. The resulting water vapor condenses in the condenser 3 and thus gives off heat to a brine line system. Heat radiation from the hot desorber 2, which radiates to the side, is intercepted by the radiation protection. According to the illustration on the left, the heat radiation is intercepted by the radiation protection 5. According to the illustration on the right, the heat radiation is intercepted by the fins 13 ′. Their shape prevents radiation from reaching tube 6 directly. Due to the length of the slats, the
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Low heat conduction to the pipe. Heat radiation from the desorber 2 to the housing wall 20 is intercepted by the radiation protection 19.
During adsorption, the adsorber 2 is initially relatively dry. Ambient heat is supplied to the evaporator 3. As a result, water that is located around the evaporator 3 evaporates. The water vapor thus generated reaches the adsorber 2, whereby the adsorber 2 heats up. The adsorber 2 emits this heat to an adsorber-desorber circuit. Adsorption makes the adsorber hotter; it is always hotter than the evaporator. Radiation protection 5 or 13 ′ prevents heat in the form of radiation from the adsorber from reaching the evaporator again. Radiation protection 19 prevents heat radiation from adsorber 2 to housing wall 2û.
2 shows a heat pump module 1 with two further variants of the radiation protection. Radiation protection 15 consists of several plates 17 arranged one above the other, which overlap radially. Radiation protection 16 consists of a plurality of angle plates 18 arranged one above the other, which overlap radially.
With radiation protection 15 as well as with 16, the radiation protection - compared to radiation protection 5 - can be better flowed through by the coolant vapor, while the heat radiation is nevertheless retained.
3 shows a further variant of a radiation protection according to the invention, consisting of a plurality of plates 21 which are arranged in a circle around the adsorber / desorber 2.