AT6698U1 - Adsorptionswärmepumpe und verfahren zum betreiben derselben - Google Patents

Abstract

Bei einer Adsorptionswärmepumpe mit mindestens einem Wärmepumpen-Modul (1), bestehend aus einem Adsorber/Desorber (101), vorzugsweise einem Zeolith-Wärmeaustauscher, einem Kondensator (102) und/oder einem Verdampfer (104), einer Adsorber/Desorber-Zuführleitung (22) stromauf des Adsorbers/Desorbers (101), einer Adsorber/Desorber-Abführleitung (23) stromab des Adsorbers/Desorbers (101), einem Gebläse (12), einer Rückführleitung (21), welche die Adsorber/Desorber-Abführleitung (23) mit der Adsorber/Desorber-Zuführleitung (22) verbindet, und einer Anschlußstelle (20) in der Adsorber/Desorber-Zuführleitung (22) zum Anschluß der Abgasleitung (27) eines gebläseunterstützten Brenners (8), vorzugsweise eines Erdgas-, Flüssiggas- oder Ölbrenners, sowie einer Abgasleitung (24) stromab der Adsorber/Desorber-Abführleitung (23) und strömungsparallel zu der Rückführleitung (21), befindet sich stromauf der Adsorber/Desorber-Zuführleitung (22), strömungsparallel zur Rückführleitung (21) eine Frischluftansaugleitung (25).

Description

AT 006 698 Ul

Die Erfindung bezieht sich zunächst auf eine Adsorptionswärmepumpe gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs und weiters auf ein Verfahren zum Betreiben dieser Adsorptionswärmepumpe.

In Adsorptionswärmepumpen werden eine Wärmequelle im Gerät, oft ein konventioneller Brenner, und eine Umweltwärmequelle genutzt, um einen Heizkreislauf zu beheizen. Die Umweltwärmequelle wird genutzt, um in einem Verdampfer Kältemittel zu verdampfen, das in einem Adsorber adsorbiert, wodurch Adsorptionswärme freigesetzt wird. Diese Wärme geht auf einen Wärmeträger und über diesen auf einen Heizkreislauf über. Bei der Desorption wird der Wärmeträger von der Wärmequelle im Gerät erhitzt und gelangt in einen Desorber. In dem Desorber wird Wärmeenergie dazu benötigt, um Kältemittel zu desorbieren. Das Kältemittel kondensiert an einem Kondensator und gibt dabei Wärme ab. Diese Wärme ist für den Heizkreislauf bestimmt. Der Wärmeträger des Primärkreislaufs gibt nach Verlassen des Desorbers Wärme an den Heizkreislauf ab.

Der Adsorptions- und Desorptionsprozess findet in der Regel bei Temperaturen zwischen 150 und 200°C statt. Sollen der Adsorber und der Desorber mittels Wasser auf diese Temperatur erhitzt beziehungsweise gekühlt werden, so sind Drücke zwischen 15 und 20 bar notwendig, um Dampfblasenbildung zu vermeiden. Diese Drücke sind in der Heizungstechnik nicht üblich. 2 AT 006 698 Ul

Ziel der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden und eine Adsorptionswärmepumpe der eingangs erwähnten Art sowie ein Verfahren zum Betrieben dieser Adsorptionswärmepumpe vorzuschlagen, bei welcher der Adsorber / Desorber mittels eines Gases beheizt bzw. gekühlt wird.

Erfindungsgemäß wird dies bei einer Adsorptionswärmepumpe der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Anspruches 1 erreicht.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen wird erreicht, dass der Adsorber / Desorber zumindest vom Abgas eines gebläseunterstützten Brenners und rückgeführtem, abgekühltem Abgas dieses Brenners durchströmt werden kann. Somit steht zur Beheizung des Desorbers eine heiße Gasquelle und eine kalte Gasquelle, deren Gase zu einem Gemisch mit Solltemperatur gemischt werden können, zur Verfügung. Auch zur Kühlung des Adsorbers kann dieser gasdurchströmt werden. Kalte Frischluft kann dem Gasleitungssystem zugeführt werden.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 2 wird erreicht, dass das Gebläse im relativ kühlen Bereich arbeiten kann, was die Materialanforderungen, Kosten und Lebensdauer positiv beeinflußt. Zudem wird die Fördermenge reduziert, da das Abgas des Brenners erst stromab des Gebläses eingeleitet wird.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 3 ergibt sich der Vorteil, dass das Verhältnis zwischen dem Abgas, das durch die Rückführleitung geleitet wird, und dem Abgas, das über die Abgasleitung aus dem System entweicht, eingestellt werden kann.

Alternativ hierzu kann gemäß Anspruch 4 auch mittels eines Umschaltventils das Abgas in seiner Gesamtheit entweder in die Umgebung entlassen oder rückgeführt werden. 3 AT 006 698 Ul

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 5 ergibt sich der Vorteil, dass bei ausgeschaltetem Brenner keine Abgase aus dem System über den Brenner in den Aufstellraum gelangen können.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 6 ergibt sich der Vorteil, dass bei der Mischung von heißem Abgas aus dem Brenner und kühlem Abgas aus der Rückführung die Verluste minimiert werden, da z.B. keine gegenläufige Strömung stattfindet.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 7 kann thermische Energie des Gases, welches den Adsorber / Desorber durchströmt hat, zur Beheizung eines Heiznetzes genutzt werden.

Anspruch 8 schützt ein Verfahren zum Betrieb einer Adsorptionswärmepumpe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 in der Desorptionsphase. Der Desorber wird dabei aus einem Gemisch von heißem und kaltem Abgas durchströmt.

Demgegenüber wird gemäß Anspruch 9 der Desorber in der Desorptionsphase aus einem Gemisch von heißem Abgas und Frischluft durchströmt.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 10 ergibt sich der Vorteil, dass in der

Adsorptionsphase die Wärmeverluste dadurch gemindert werden, dass das Gas im Leitungssystem im geschlossenen Kreislauf geführt wird.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 11 ergibt sich der Vorteil, dass in der

Adsorptionsphase eine maximale Kühlung des Adsorbers erreicht wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Fig. 1 bis 3 erläutert. Es zeigt 4 AT 006 698 Ul

Fig. 1 den Aufbau und die Verschaltung einer erfindungsgemäßen Adsorptionswärmepumpe,

Fig. 2 eine zweite Variante einer erfindungsgemäßen Adsorptionswärmepumpe und

Fig. 3 eine dritte Variante einer erfindungsgemäßen Adsorptionswärmepumpe.

Eine Adsorptionswärmepumpe gemäß Fig. 1 verfügt über ein Wärmepumpen-Modul 1, in dem sich ein Adsorber / Desorber 101, ein Kondensator 102 und ein Verdampfer 104 in einem Sumpf 103 befinden. Stromauf des Adsorbers / Desorbers 101 befindet sich eine Adsorber/Desorber-Zuführleitung 22, in die in einer Anschlußstelle 20 eine Abgasleitung 27 eines gebläseunterstützten Brenners 8 führt. Der Brenner 8 verfügt über eine Gaszuführung 28, in der sich ein nicht dargestelltes Gasventil befindet. Ferner besitzt er eine Verbrennungsluftansaugleitung 26, in der sich eine motorbetriebene Luftklappe 10 befindet. Letztendlich verfügt der Brenner 8 über ein Verbrennungsluftgebläse 9, das für den Förderdruck sorgt. Stromab des Adsorbers / Desorbers 101 befindet sich ein Wärmeaustauscher 13, der mit einem Heiznetz 14 verbunden ist. Stromab des Wärmeaustauschers 13 befindet sich eine Adsorber/Desorber-Abführleitung 23, die in eine Abgasleitung 24, in der sich eine motorbetriebene Abgasklappe 17 befindet, und eine Rückführleitung 21 übergeht. Die Rückführleitung 21 führt zu einem Gebläse 12, das wiederum in die Adsorber/Desorber-Zuführleitung 22 führt. Der Kondensator 102 im Wärmepumpen-Modul 1 ist mit dem Heiznetz 14, der Verdampfer 104 ist über einen Sole-Kreislauf 5 mit einer Umwelt-Wärmequelle 6 verbunden.

Bei der Desorption strömt heißes Abgas des Brenners 8 durch die Abgasleitung 27 und vermischt sich an der Anschlußstelle 20 mit kaltem Abgas, das von dem Gebläse 12 gefördert wird. Das etwa 200°C warme Gas durchströmt den Adsorber/Desorber 101, der zu Beginn der Desorption mit Kältemittel, meist Wasser, gesättigt ist. Durch die Wärme aus 5 AT 006 698 Ul dem heißen Gas, das den Adsorber/Desorber 101 durchstömt, wird das Kältemittel aus dem Adsorber/Desorber 101 ausgetrieben. Das Kältemittel strömt zum Kondensator 102 und kondensiert, wodurch Wärme auf das Heiznetz 14 abgegeben wird. Das Kondensat des Kältemittels tropft in den Sumpf 103. Das Gas, welches den Adsorber/Desorber 101 durchströmt und sich dabei abgekühlt hat, strömt zum Wärmeaustauscher 13 und gibt weitere thermische Energie an das Heiznetz 14 ab. Das kühle Gas durchströmt die Adsorber/Desorber-Abführleitung 23 und wird zum Teil über die Abgasleitung 24 aus dem System geleitet. Der Rest des kühlen Gases - das Verhältnis ist vom Öffnungsquerschnitt der motorbetriebenen Abgasklappe 17 und der Leistung des Gebläses 12 abhängig - wird über die Rückführleitung 21 zum Gebläse 12 geleitet.

Die Temperatur des Gases am Eintritt des Adsorbers/Desorbers läßt sich bei konstanter Drehzahl des Gebläses 12 durch die Leistungsmodulation des Brenners 8 einstellen. Bei konstanter Leistung des Brenners 8 kann die Temperatur durch eine Veränderung der Drehzahl des Gebläses 12 eingestellt werden. Beide Fälle werden durch die Stellung der Abgasklappe 17 beeinflußt.

Bei der Adsorption werden die motorbetriebene Luftkiappe 10 in der Verbrennungsluftleitung 26 des gebläseunterstützten Brenners 8 und die motorbetriebene Abgasklappe 17 in der Abgasleitung 24 geschlossen. Das Gebläse 12 fördert Gas in einem geschlossenen Kreislauf bestehend aus Adsorber/Desorber-Zuführleitung 22, Adsorber/Desorber 101, Wärmeaustauscher 13, Adsorber/Desorber-Abführleitung 23 und Rückführleitung 21. Weder über den Brenner 8, noch die Abgasleitung 24 kann Gas entweichen. Wärme aus der Umwelt, die über den Umwelt-Wärmeaustauscher 6 und den Solekreislauf 5 zum Verdampfer 104 gelangt, wird genutzt, um Kondensat im Sumpf 103 zu verdampfen. Der Dampf gelangt zum Adsorber/Desorber 101, wodurch dieser erhitzt wird. Die Wärme gelangt auf das Gas innerhalb des Adsorbers/Desorbers 101 und wird anschließend über den Wärmeaustauscher 13 an das Heiznetz abgegeben. 6 AT 006 698 Ul

Fig. 2 unterscheidet sich von Fig. 1 durch die Ausgestaltung der Anschlußstelle 20 als Strahlpumpe 16. Beim Betrieb des gebläseunterstützten Brenners 8 strömt heißes Abgas des Brenners 8 in Richtung Adsorber/Desorber. Um die Eindüsung des heißen Abgases ist ringförmig die Zuführung des kühlen Abgases vom Gebläse 12 angeordnet, wodurch das kühle Abgas mitgerissen wird.

Fig. 3 unterscheidet sich von Fig. 1 dadurch, dass neben der Rückführleitung 21 auch eine Frischluftansaugleitung 25 zum Gebläse 12 führt und ein Umschaltventil 18 an der Verbindungsstelle zwischen Adsorber/Desorber-Abführleitung 23, Abgasleitung 24 und Rückführleitung 21 angeordnet ist, wobei die Abgasklappe 17 in der Abgasleitung 24 entfällt.

Bei der Desorption ist das Umschaltventil 18 derart geschaltet, dass Adsorber/Desorber-Abführleitung 23 und Abgasleitung 24 miteinander verbunden sind. Frischluft aus der Frischluftansaugleitung 25 wird über das Umluftgebläse 12 gefördert, an der Anschlußstelle 20 mit dem heißen Abgas des gebläseunterstützten Brenners 8 vermischt und durchströmt den Adsorber/Desober. Nach der Abkühlung des Gases strömt das Gas über die Adsorber/Desorber-Abführleitung 23 und Abgasleitung 24 aus dem System.

Bei der Adsorption wird das Umschaltventil 18 umgeschaltet, wodurch das Gas von der Adsorber/Desorber-Abführleitung 23 in die Rückführleitung 21 geleitet wird. Die Luftklappe 10 ist geschlossen, damit kein Gas über den Brenner 8 entweichen kann. 7

Claims (11)

1. AT 006 698 Ul ANSPRÜCHE 1. Adsorptionswärmepumpe mit mindestens einem Wärmepumpen-Modul (1), bestehend aus einem Adsorber/Desorber (101), vorzugsweise einem Zeolith-Wärmeaustauscher, einem Kondensator (102) und / oder einem Verdampfer (104), einer Adsorber/Desorber-Zuführleitung (22) stromauf des Adsorbers/Desorbers (101), einer Adsorber/Desorber-Abführleitung (23) stromab des Adsorbers/Desorbers (101), einem Gebläse (12), einer Rückführleitung (21), welche die Adsorber/Desorber-Abföhrleitung (23) mit der Adsorber/Desorber-Zuführleitung (22) verbindet, und einer Anschlußstelle (20) in der Adsorber/Desorber-Zuführleitung (22) zum Anschluß der Abgasleitung (27) eines gebläseunterstützten Brenners (8), vorzugsweise eines Erdgas-, Flüssiggas- oder Ölbrenners, sowie einer Abgasleitung (24) stromab der Adsorber/Desorber-Abführleitung (23) und strömungsparallel zu der Rückführleitung (21), dadurch gekennzeichnet, dass sich stromauf der Adsorber/Desorber-Zuführleitung (22), strömungsparallel zur Rückführleitung (21) eine Frischluftansaugleitung (25) befindet. 8 AT 006 698 Ul
2. 2. Adsorptionswärmepumpe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Gebläse (12) zwischen der Rückführleitung (21) und der Anschlußstelle (20), stromab der Rückführleitung (21) befindet.
3. 3. Adsorptionswärmepumpe gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich in der Abgasleitung (24) eine motorbetriebene Abgasklappe (17) befindet.
4. 4. Adsorptionswärmepumpe gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich stromab der Adsorber/Desorber-Abführleitung (23) an der Verbindungsstelle zwischen Abgasleitung (24) und der Rückführleitung (21) ein Umschaltventil (18) befindet, das entweder eine Verbindung zwischen der Adsorber/Desorber-Abführleitung (23) und der Abgasleitung (24) oder der Adsorber/Desorber-Abführleitung (23) und der Rückführleitung (21) ermöglicht.
5. 5. Adsorptionswärmepumpe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner (8) über eine motorbetriebene Luftklappe (10) in seiner Verbrennungsluftansaugleitung (26) verfügt.
6. 6. Adsorptionswärmepumpe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlußstelle (20) als Strahlpumpe (16) ausgeführt ist.
7. 7. Adsorptionswärmepumpe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich stromab des Adsorbers/Desorbers (101) ein Wärmeaustauscher (13) zur Übertragung von Wärme auf ein Heiznetz (14) befindet. 9 AT 006 698 Ul
8. 8. Verfahren zum Betrieb einer Adsorptionswärmepumpe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Desorption der Adsorber/Desorber (101) von einem Gemisch aus dem Abgas des gebläseunterstützten Brenners (8) und Gas aus der Adsorber/Desorber-Abführleitung (23), welches über die Rückführleitung (21) in die Adsorber/Desorber-Zuführleitung (22) gelangt, durchströmt wird.
9. 9. Verfahren zum Betrieb einer Adsorptionswärmepumpe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Desorption der Adsorber/Desorber (101) von einem Gemisch aus dem Abgas des gebläseunterstützten Brenners (8) und Frischluft aus der Frischluftansaugleitung (25) durchströmt wird.
10. 10. Verfahren zum Betrieb einer Adsorptionswärmepumpe gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Adsorption die motorbetriebene Abgasklappe (17) und die motorbetriebene Luftklappe (10) geschlossen sind.
11. 11. Verfahren zum Betrieb einer Adsorptionswärmepumpe gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Adsorption die motorbetriebene Luftklappe (10) geschlossen ist und das Umschaltventil (18) den Durchgang von der Adsorber/Desorber-Abführleitung (23) zur Rückführleitung (21) freigibt. 10