CN109477671A - 吸附式热泵和用于运行吸附式热泵的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种吸附式热泵，其具有吸附装置，所述吸附装置包含固态吸附剂、蒸发器、冷凝器或蒸发器/冷凝器和在工作回路中的工作介质，其中，在蒸发器、吸附装置和冷凝器之间或在蒸发器/冷凝器和吸附器之间的工作回路具有气体半回路和构成在蒸发器和冷凝器之间的液体半回路，在所述气体半回路中工作介质是气态的，并且在液体半回路中工作介质是液态的，其中，液体半回路包含能够与工作介质混合的、液态的、降低工作介质的蒸汽压的功能介质，该功能介质的蒸汽压在25℃时低于0.2mbar。在一种用于借助工作回路运行吸附式热泵的方法中，所述工作回路由吸附器、蒸发器和冷凝器或蒸发器/冷凝器以及在吸附器、蒸发器和冷凝器之间循环的工作介质构成，所述工作介质在经过工作回路时在液体半回路内与液态的、降低蒸汽压的功能介质混合，并且在移入工作回路的气体半回路中之前与功能介质离解。

Description

吸附式热泵和用于运行吸附式热泵的方法

技术领域

本发明涉及根据权利要求1所述的吸附式热泵和根据权利要求13所述的用于运行吸附式热泵的方法。

背景技术

吸附式热泵的基本结构由蒸发器和冷凝器以及吸附器构成。在运行这样的设施时，在这些组件之间驱动工作介质循环。工作介质在第一步骤中在吸附器中被吸附。在此，工作介质在蒸发器中转变为气相，由此在蒸发器处吸收来自周围环境的热量。在第二步骤中，工作介质在吸附器处被排出。对此所需的外部能量供应例如通过使用废热进行。所排出的工作介质在冷凝器中再次液化并且在此释放热量。通过该过程将热量从蒸发器泵送到冷凝器侧上。这种热泵能够在没有运动部件的情况下执行。

通常，蒸发器和冷凝器能够合并在一个构件中。然后，所述构件形成所谓的蒸发器/冷凝器。在此，工作介质的冷凝和蒸发在相同的位置发生。双重作用的吸附式热泵也是可行的，其中冷凝器和蒸发器在其功能方面交替，进而根据工作任务能够作用为冷凝器和蒸发器。例如使用水作为工作介质。但是也能够使用其它物质。

在这种设施中，蒸发器常常被证实是工作回路的组件，其结构起到限制性能的作用，因为在给定的构件尺寸和表面的情况下，能够仅蒸发有限量的工作介质。工作介质的更换，例如使用甲醇或氨来代替水，在此能够仅提供非常有限的性能提升，这此外还必须换来附加的缺点。在大多数情况下，替代的工作介质相比于水具有易燃和/或有毒的缺点。为此在整体考虑中蒸发性能的可能提升仅以不利的比例进行。

已知的是，液体与在液体中溶解的物质的蒸汽压通常低于纯液体的蒸汽压。因此，通过添加溶解的物质增加了在工作介质蒸发时的能量耗费。相应地提升每单位量的蒸发器性能。如果使用例如水作为工作介质，那么例如能够添加盐。但是，使用可溶性的固体引起不希望的在蒸发器中的积聚和晶体形成并且能够促进其腐蚀。

如果有机液体溶解在工作介质中以降低蒸汽压，那么在这种情况下通常不仅工作介质蒸发，而且有机组分或可能的分解产物也转为气相。因此，在气相中的所述附加组成成分提高了真空系统中的压力，由此明显降低吸附器的性能。这种不利的效应也在无机液态添加剂、例如酸中发生。所述添加剂也剧烈地排出气体。此外，酸由于其强烈的侵蚀性而是非常不合适的。

发明内容

因此，存在解决上述缺点的任务。

尤其应提出下述可行性：降低工作介质的蒸汽压，而不会产生所提及的不利的副作用。此外，还存在下述任务：使吸附式热泵的工作回路的部件更耐腐蚀或耐霜冻，并且此外还改进在工作介质与在蒸发器和冷凝器中的传热面之间的润湿特性和热接触。所寻求的一方面是一种相应改进的吸附式热泵以及一种用于运行吸附式热泵的方法，其中能够避免所提及的缺点。

所述任务借助具有权利要求1所述的特征的吸附式热泵和借助具有权利要求14所述的特征的用于运行吸附式热泵的方法来实现。从属权利要求包括该装置或方法的适宜的和/或有利的设计方案。

吸附式热泵包括吸附装置，所述吸附装置包含固态吸附剂、蒸发器、冷凝器或蒸发器/冷凝器和在工作回路中的工作介质。在此，工作回路在蒸发器、吸附装置和冷凝器之间或者在蒸发器/冷凝器和吸附装置之间具有气体半回路并且工作回路具有构成在蒸发器和冷凝器之间的液体半回路，在所述气体半回路中工作介质是气态的并且在液体半回路中工作介质是液态的。液体半回路包含能够与工作介质混合的、液态的、降低工作介质的蒸汽压的功能介质。

根据本发明的吸附式热泵基于如下构思：在工作介质以液态形式存在于工作回路中的部段中至少部分地将功能介质掺入工作介质中，所述功能介质对工作介质的特性产生正面影响。功能介质在此实际上不转化成气相，尤其是在吸附装置中，所述功能介质不会被显著吸附或解吸。

这种特性通过功能介质的低的蒸汽压来确保，所述蒸汽压例如在25℃时小于工作介质的蒸汽压的1％。因此，对于工作介质——水，在25℃时蒸汽压为0.2mbar的功能介质是适合的。

在一个实施形式中，在液体半回路中从冷凝器到蒸发器引导地设置混合支路，在所述混合支路中存在由功能介质和工作介质构成的贫缺的混合物，而从蒸发器到冷凝器引导地存在回引管线支路(FR)，在所述回引管线支路中存在功能介质与水的富集的混合物或者纯功能介质。术语“富集的”和“贫缺的”表示：在富集状态下功能介质在工作介质中的量额具有高的值并且在贫缺状态下具有与此相比较低的值。

在该实施形式中，设有用于功能介质的回路，在该回路中所述功能介质在液体半回路中与工作介质发生混合，随后至少部分地离解，并且作为富集的混合物再次引回，以便再次与工作介质混合成贫缺的混合物。

在另一个实施形式中，液体半回路具有至少一个包含功能介质或功能介质和工作介质的混合物的储存器，其中，输入和排出管线设置在储存器和蒸发器和/或冷凝器之间和/或设置在工作介质的在冷凝器和蒸发器之间的路径中。在该变型形式中，能够临时储存功能介质并且从该处向外分配。在储存器以及其它组件之间的物质流能够用适合的阀彼此分离。

在另一个实施形式中，功能介质持久地保留在蒸发器中并且储存在该处。蒸发器在此用作为用于功能介质的储存器。同时，通过功能介质对蒸发器的运行起到正面影响。

在另一个实施形式中，在冷凝器和蒸发器之间提供冷凝物回引管线，经由所述冷凝物回引管线，在蒸发器中进行蒸发和在冷凝器中进行冷凝的同时，可执行将被冷凝的工作介质的份额从冷凝器转移到在蒸发器内的蒸发工艺中。因此可行的是，在蒸发器中蒸发工艺期间能够将在工作介质和功能介质之间的量比在一定范围内调节。

在具有蒸发器/冷凝器的一个实施形式中，功能介质作为持久的液体储备存在于蒸发器/冷凝器中。工作介质冷凝到功能介质中并且再次从功能介质中蒸发出来。然而，功能介质本身保留在蒸发器/冷凝器中，并且不会被显著地吸附或解吸。

在另一个实施形式中，功能介质作为传热介质提供在液压回路中，所述液压回路将蒸发器和/或冷凝器或蒸发器/冷凝器与外部的热源和/或热壑连接并且朝向吸附式热泵的方向是开式的。在此，功能介质满足一方面在工作回路中作为降低蒸汽压的介质并且另一方面作为传热介质的双重功能。液压回路是开式的在此尤其意味着：液压回路不经由传热面热耦合。更确切地说，这样进行热传递，使得工作介质直接冷凝到功能介质中或者从其中蒸发出来，进而经由混合和离解在工作介质和功能介质之间传递热量。

在一个实施形式中，储存器在液体半回路中用作为计量单元，所述计量单元用于调设限定的在工作介质和功能介质之间的量比。

在一个实施形式中，储存器构成为用于工作介质的离解装置，在其中能够执行在工作介质和功能介质之间的离解，并且工作介质和/或功能介质能够经由单独的输出端以改变的浓度从离解区域中导出。

在一个变型形式中，储存器是调温到限定的离解温度上的容器，离解温度对应于在工作介质和功能介质之间的临界量比。

在一个实施形式中，功能介质是离子液体，尤其是由下述物质构成：呈咪唑鎓、吡啶鎓、吡咯烷鎓、胍鎓、脲、硫脲、哌啶鎓、吗啉、铵和鏻形式的烷基化或非烷基化的阳离子和呈卤化物、四氟硼酸盐、三氟乙酸盐、三氟甲磺酸盐、六氟磷酸盐、次膦酸盐或甲苯磺酸盐形式的阴离子。

在另一个实施形式中，功能介质是促进润湿的添加剂。在另一个实施形式中，功能介质是防霜冻和/或抑制腐蚀的试剂。同时，所述试剂和添加剂也能够是离子液体。

这样实施用于借助工作回路运行吸附式热泵的方法，使得工作介质在经过工作回路时在液体半回路内与液态的、降低蒸汽压的功能介质混合并且为了转入工作回路的气体半回路中从功能介质中至少部分地再次离解，其中，所述工作回路由吸附器、蒸发器和冷凝器或者蒸发器/冷凝器以及在吸附器、蒸发器和冷凝器之间循环驱动的工作介质构成。

在该方法的设计中，冷凝器和蒸发器通过受控的冷凝物回引管线相互耦合，其中，在工作介质和功能介质之间的量比在蒸发器中通过工作介质的经由冷凝物回引管线引回的量来调设。

在一个实施形式中，液态的工作介质从夹带的功能介质份额中最晚在从液体半回路转入气体半回路之前经由离解装置至少部分地离解，其中，从离解装置中将在此产生的离解的份额中的工作介质和/或功能介质引出到在吸附式热泵的工作回路中的蒸发器和/或冷凝器中。

在一个实施形式中，将离解装置调温到表征工作介质和功能介质的混合物的离解温度上。

在一个变型形式中，在蒸发器中进行工作试剂和功能介质的离解。这尤其在吸附式热泵运行期间的正常蒸发工艺中执行。

在一个实施形式中，功能介质或者工作介质和功能介质的混合物在工作回路的液体半回路内临时储存在储存器中并且从该处输出到液体半回路中，其中，调设预先确定的在工作介质和功能介质之间的量比。

在一个实施形式中，功能介质从储存器中引入蒸发器中，其中，在蒸发器中通过降低蒸汽压引起中断工作介质的蒸发或者执行冲出工作介质。

附图说明

下面应借助实施例详细阐述根据本发明的吸附式热泵和用于运行吸附式热泵的方法。所附的附图用于图解说明。对于相同的或起相同作用的部件使用相同的附图标记。

附图中：

图1示出在第一实施形式中的吸附式热泵的示例性结构；

图2示出在第二实施形式中的吸附式热泵的示例性结构；

图3示出在第三实施形式中的吸附式热泵的示例性结构；

图4示出在第四实施形式中的吸附式热泵的示例性结构；

图5示出在第五实施形式中的吸附式热泵的示例性结构；

图6示出具有工作介质的混合物的回引接口的蒸发器的示例性结构；

图7示出功能介质的离解阶段的离解和回引的示例性视图；

图8示出在冷凝物回引管线中和在功能介质回引管线中具有各一个储存器的吸附式热泵的示例性视图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的吸附式热泵的第一实施形式。

吸附式热泵包括吸附装置Ad，所述吸附装置在这里给出的示例中以两个子吸附器Adl和Ad2的形式构成。所述吸附装置借助于开关阀V1至V4接通。此外，吸附式热泵包括蒸发器V和冷凝器K。

工作介质、例如水在吸附装置中吸附在固态的吸附剂上。因此，其在蒸发器V中转入气态的状态中。蒸发器在此从周围环境中吸收热量。在另一步骤中，工作介质从吸附装置中例如通过供应外部的废热而排出。

然后，工作介质以气态状态到达冷凝器K中并且在该处液化。在此，工作介质释放在蒸发器处吸收的热量连同在吸附装置处输送的热量。然后，工作介质经由回流以液态形式返回蒸发器。由此吸附式热泵的工作回路闭合。

因此，在蒸发器V、吸附装置Ad和冷凝器K之间形成的工作回路A包含工作介质以气态形式存在的部段和工作介质以液态形式存在的部段。工作回路的其中工作介质为气态的部段在下文中称为气体半回路G。相应地，工作介质以液态存在的部段称为液体半回路F。

在图1中示出的实施例以及在下面的附图中处理的实施例仅涉及在吸附式热泵的工作回路的液体半回路F中的过程，除非明确说明在气体半回路G中的过程。

工作介质在液体半回路F内与功能介质混合。相反，在工作介质转为气相的气体半回路G内不存在功能介质。这意味着：工作介质最晚在蒸发器V中与功能介质分离，并且最早在冷凝器K中与功能介质再次混合接触。

功能介质在此能够执行不同的任务。在这种情况下，一个重要的方面是，在蒸发器V中的蒸发过程期间工作介质的蒸汽压降低。在这里示出的示例中，与功能介质混合的工作介质经由液体半回路的混合支路M进入蒸发器V中。在现在发生的蒸发过程中进行工作介质与功能介质的离解。功能介质在此保留在蒸发器中并在该处积聚。因此改变在由工作介质和功能介质构成的混合物中的量比。为了在蒸发过程期间再调节量比，在这里所示出的示例中提供功能介质回引管线FR。经由功能介质回引管线，将富含有功能介质的混合物从蒸发器V中转移到冷凝器K中。

功能介质回引管线FR在这里所示出的示例中与吸附式热泵的运行方式相关联，其中工作介质的蒸发和冷凝同步进行。与此相关，吸附装置Ad被分为两个子吸附器Ad1和Ad2，并且利用阀装置V1至V4接通。在第一子吸附器Ad1执行吸附过程并且在此引起工作介质在蒸发器V中蒸发期间，第二子吸附器Ad2执行工作介质的解吸，该工作介质在冷凝器中冷凝。因此，积聚在该处的冷凝物从时间上同步的冷凝中转入蒸发器中，并且在该处将在工作介质和功能介质之间的量比调设为特定的值。

在本示例中，在蒸发器中保留的功能介质再次从蒸发器中引出。所述功能介质经由功能介质回引管线FR回到冷凝器K中。功能介质在这种情况下能够在冷凝器中用作为防冻剂、腐蚀抑制剂或者用作为促进冷凝器的润湿的液体。

因此，原则上，在图1的示例中，吸附式热泵的液体半回路F通过功能介质回路补充，在该功能介质回路中功能介质在第一点处、在此在冷凝器中与工作介质混合，随后被工作介质携带，并且最后与工作介质、在此在蒸发器中分离，然后再次回引到与工作介质重新混合接触的位置。

图2示出吸附式热泵的另一实施例。吸附式热泵在此也包括蒸发器V、吸附装置Ad和冷凝器K。蒸发器和冷凝器K在此经由内部的热交换器和传热回路W1和W2与外部的热源和热壑连接，所述外部的热源和热壑尤其能够构成为低温热源和中温热壑。

在本示例中，功能介质位于储存器R中并且从该处馈送到蒸发器和/或冷凝器中或者再次回引到储存器中。所述储存器能够不同地构成，如在下文中更详细地所示。在此，尤其离解装置是可行的，在所述离解装置中功能介质与工作介质分离，其中，离解的组分能够以变换的量传导至蒸发器、冷凝器或者液体半回路F中的任何其它位置处。

图3示出吸附式热泵的一个实施形式，在其中在蒸发器V处和在冷凝器K处的传热回路W1和W2构成为开式的液压回路。在冷凝器中，该处存在的传热回路W2也可构成为液压开式的，但是也可构成为闭式的。

在所述开式的液压回路中功能介质循环进而附加地用作为传热和导热介质，其与在吸附式热泵的工作回路中的工作介质直接地、物质地和混匀地接触。在此，在传热回路中循环的由工作介质和功能介质构成的混合物尤其确保回路W1和W2不会冻结。由功能介质和工作介质构成的混合物如所描述的那样在蒸发器中在蒸发工艺中离解，并且被抽吸到工作回路的气体半回路G中，其中，功能介质保留在传热回路W1中、被冷却并且经由热传输从外部的低温热源将热量直接供应到蒸发工艺中。

相应地，工作介质在冷凝器中冷凝到开式的液压回路W2的功能介质中并且将热量释放到功能介质中，所述热量被输送到中温热壑。

图4示出吸附式热泵的一个实施形式，在其中功能介质仅设置在蒸发器V中。工作介质在这种情况下以液态形式从冷凝器K中到达蒸发器V中并且与该处现有的功能介质FM构成具有降低的蒸汽压的混合物。然而，在此示出的实施形式也能够具有冷凝物回引管线。然而，功能介质不从蒸发器中向外引导，尤其是不引导到冷凝器中。但是，所述功能介质能够积聚在这里未示出的储存器中。

在图4的实施形式中，除了蒸发器功能之外，蒸发器同时满足用于功能介质的储存器的功能以及离解装置的功能。

图5示出吸附式热泵的一个实施形式，在其中蒸发器和冷凝器在组合的蒸发器/冷凝器V/K中在结构上合并。根据工作任务，蒸发器/冷凝器用作为用于工作介质的蒸发器，其中热量被吸收，或者用作为冷凝器，其中工作介质在冷凝时输出热量。在这种情况下，蒸发器/冷凝器大多与外部的相应连接的传热回路W耦合，所述传热回路交替地从低温热源引入热量或者将热量引出到中温热壑。

在该实施形式中，吸附式热泵的气体半回路G由在蒸发器/冷凝器V/K和吸附装置Ad之间的连接管线构成。而液体半回路F基本上仅由蒸发器/冷凝器本身构成，尤其由蒸发器/冷凝器的下述部段构成：从所述部段中工作介质蒸发或者在所述部段中工作介质再次冷凝进而以液态形式存在并与功能介质混合。

功能介质FM在此持久地位于蒸发器/冷凝器中。所述功能介质尤其能够形成持久的液位，在该液位中冷凝的工作介质积聚并且从该液位中工作介质蒸发出来。

而在吸附装置中不存在功能介质。在该处，仅未混合的工作介质在固态吸附剂Ads中被吸附或从其中解吸。

下面，借助示例详细地阐述吸附式热泵的组件中的一些组件和互连。在此，将离子液体假设作为功能介质。要澄清的是，也能够将其它物质类别用作为功能介质。

在下述实施例的阐述中，假设工作介质在下述示例中是水。当然，为此也能够使用其它物质，例如链烷醇或氨，其以下述方式与离子液体共同作用。

作为离子液体能够使用一整系列不同的物质。这种物质是离子通过不同的效应阻碍形成稳定晶格的有机盐。已经很低的热能足以破坏固态的晶体结构。因此，离子液体是尤其在室温下为液态的盐，盐在此不会在溶剂中溶解。

通常，离子液体的特征在于对于液态物质极其低的蒸汽压，亦即，在给定的环境压力下比工作介质高的蒸发温度。这种液体在对于吸附式热泵在低温范围中的常用温度的情况下实际上不能转化为气相。适合的是在25℃时蒸汽压低于0.1mbar的离子液体。此外，存在很大的可变性，这允许对于吸附式热泵的每个工作范围、亦即对于蒸汽压的所产生的不同范围找到合适的物质。

在吸附式热泵和设施的本实施例中使用离子液体，所述离子液体的亲水性相对较低。这为工作介质提供了额外的正面特性。离子液体例如引起pH值调设和缓冲、抑制腐蚀的效果和防冻效应。通过选择具有匹配粘度和密度的适合的离子液体也能够对蒸发器的润湿产生正面影响。

对于工作介质在蒸发器中的应用的重点在于在工作介质和离子液体之间的量比。所述量比确定工作介质的所产生的蒸汽压。通过蒸发工作介质，在蒸发器中发生离子液体的富集。因此改变了在工作介质和离子液体之间的离子量比。

为了将工作介质的离子量比保持在期望范围内，能够使用纯的未混合的工作介质，亦即在当前情况下能够添加水，或者能够将工作介质的富集有离子液体的部分从工作回路中抽出并且在其它部位再次输送给工作回路。

这种纯工作介质的添加和/或工作介质的富含有离子液体的组成成分的抽出提供了用于优化控制吸附式热泵中的蒸发工艺的额外可能性。

离子量比尤其能够通过下述方式来调设：在工作介质中使用具有有限的水混溶性的离子液体。在这种混合物中，在低于临界离子量比的给定温度下引起离解，并且能够泵送工作介质的离子液体所在的浓度更大的相。

离子液体输送到工作回路中能够以不同方式进行。第一种可能性在于，在外部储存器中提供由工作介质和离子液体构成的混合物作为储备并且在适合的部位处将混合物馈送到工作回路中。但是也可行的是，将离子液体在单独的容器中准备好并且未经混合地馈送到工作回路中。

在这种情况下，工作回路的蒸发器或冷凝器适合作为馈送点。

离子液体馈送到蒸发器中例如通过提供由工作介质和离子液体构成的混合物进行。在馈送到蒸发器中时，工作介质在吸附式热泵的工作回路运行期间转为气相，其中，离子液体对蒸发工艺产生正面影响，但是在其它情况下保留在蒸发器中。在这种情况下，蒸发器用作为分离装置，离子液体积聚在该分离装置中并且必须受控地被引出。

在将离子液体馈送到冷凝器中时，例如在该处首先将纯的工作介质冷凝，并且在时间上仅在冷凝结束后才添加离子液体。因此，离子液体不会影响冷凝过程。如果冷凝器在工作回路的下一步骤中用作为蒸发器，那么现在起在与离子液体混合的工作介质处执行蒸发过程。在此，离子液体保留并且能够再次引出。因此，随后的冷凝过程再次借助实际上未经混合的工作介质在不具有离子液体的冷凝器中进行。

但是，离子液体也能够不动地保留在蒸发器中。在这种情况下，其在蒸发器中的富集是完全期望的。在这种情况下，仅不具有离子液体的工作介质在其余的工作回路中循环，而离子液体在蒸发器中主要影响工作介质的蒸发特性。为了在此将蒸发器中的离子量比可调设地设计为预先限定的值，在这种情况下使用在冷凝器和蒸发器之间的直接的冷凝物回引管线。

图6示出蒸发器的示例性原理构造，所述蒸发器具有离子液体或富集有离子液体的工作介质的回引管线。

蒸发器包括用于在工作介质的工作回路的范围中输送蒸汽的接口1以及用于冷凝物回引管线的接口2。接口1形成蒸发器到吸附式热泵的回路中的常用联接。蒸发器经由接口1与在此未示出的用于工作介质的吸附器连接。经由接口2，未经混合的工作介质从冷凝器中在绕过吸附器的情况下直接输送给蒸发器。

此外设有接口3，所述接口用于输送和/或回引离子液体或富集有离子液体的工作介质。经由接口3能够改变用离子液体对蒸发器的装载。离子液体经由接口3从用于离子液体的储存器或从存在于工作回路中的计量装置中输送和/或引出到相应的组件。

蒸发器在此经由调温回路4与低温热源耦合，并且从该处吸收热量。调温回路在蒸发器内构成有传热面。

工作介质穿流过蒸发器并且在此射到调温回路的传热面上。在这种情况下，形成蒸发的混合物层6。所述混合物层能够以不同方式实现。如果工作介质已经含有离子液体，那么通过在调温回路上积聚工作介质来构成所述混合物层。但是也可行的是，用离子液体持久地占用调温回路的表面。所述工作介质在此以纯的状态射到离子液体占用部上并且与其混合，由此构成混合物层。在混合物层内，工作介质的蒸发特性、尤其是其蒸汽压被离子液体强烈地改变。

蒸发的工作介质，在本示例中为水蒸汽8，在蒸发工艺中转入蒸发器的蒸汽室5中，并且经由接口1在工作回路中朝向未示出的吸附器的方向逸出。富集有离子液体的工作介质能够经由接口3从蒸发器中导出。

图7示出离子液体的离解阶段的离解和回引的示例性视图。所述装置在此设计为离解装置E。但是其也能够作为蒸发器或冷凝器运行。

离解装置E同样经由调温回路4进行调温。调温回路至少部分地浸入首先与离子液体混合的工作介质的池中并且将所述工作介质保持在预定温度上。在本示例中，蒸发的混合物层6在工作介质的体积中构成。

工作介质以液态形式到达离解装置。在当前情况下，工作介质经由接口2输送，同时所述工作介质经由接口1以气态形式离开离解装置E。

在本示例中为水的工作介质作为实际上不具有离子液体份额的水蒸汽8转入离解装置的蒸汽室5中，并且经由蒸汽传输的接口1导出。经由接口2，水能够在任何时间输送到蒸发的混合物层6中。

工作介质在离解装置中具有在工作介质本身和离子液体份额之间的临界量比。在此，调温调设为，使得在该临界量比下发生离解。离子液体在这种情况下以离子液体相9的形式积聚在离解装置的下部区域中并且能够从该处经由接口3导出。在本情况下为水的蒸发的工作介质和在相9中的离子液体都能够转入吸附式热泵的蒸发器中，其中由此能够调设工作回路的相应部分的预先确定的量比。

但是，工作介质不必强制性在离解装置中蒸发。原则上足够的是，工作介质被离解并且分成两个可明显区分的相。在这种情况下，尽可能不具有离子液体的工作介质也能够直接经由出口7从第一相以相应的量导出或供应并且基本上未经混合的离子液体经由接口3从所述相以相应的量导出或供应。

吸附器以适宜的方式填充有吸附剂。尤其沸石适合作为吸附剂，所述沸石的特点是具有在小分子尺寸范围中的孔径的孔系统。用于该应用的典型沸石例如是，但不仅仅是FAU、LTA、CHA、AEI、AFI、MFI、EMT和MOR。通过其孔开口，常见的吸附剂如水和氨能够进入孔系统。离子液体的络合的阴离子和阳离子对此在大多数情况下是过大的。因此，在本发明的意义上，离子液体比也可以起降低蒸汽压或防冻作用而使用的其它物质更适合，所述其它物质例如为也能够进入沸石孔隙中的乙二醇。

图8示出具有离解单元E的吸附式热泵的示例性视图。当离子液体不会持久地保留在蒸发器和/或冷凝器中时，能够选择吸附式热泵的该实施形式。离解单元E在此一方面应将工作介质与离子液体分离，在此净化工作介质，在此尤其防止和确保离子液体进入吸附器中，使得工作介质的吸附和解吸工艺在该处不受阻碍，并且此外蒸发器V和电容器K都根据相应的运行状态和根据相应的工作阶段供应以具有限定量的离子液体。因此，所述离解单元也应用作为计量装置。

储存器R在混合支路M中作为离解单元起作用。储存器的结构例如如在图7中构成。在工作介质和离子液体之间的特定量比调设为，使得在特定温度下发生在工作介质和离子液体之间的离解。所述温度在离解单元E中通过调温来实现和保持。在此，工作介质与离子液体分离。构成两个彼此通过相界分开的相，这些相能够从离解单元中单独地导出。

一旦离子液体的份额超过特定的极限值，所述极限值对应于存在于离解装置中的温度下的临界量比，那么在该处在工作介质和离子液体之间出现离解。离解装置E在这种情况下用作为离子液体的捕集器或收集装置。离子液体能够在此被泵出并再次完全例如回引到蒸发器V中或经由液体管线回引到冷凝器中。当然也可行的是，根据设施的运行状态，也经由液体管线传输工作介质。

该方式也提供了一种用于调控在工作回路中在循环的工作介质和离子液体之间的量比的简单的可行性。这种调控经由对离解装置进行调温来进行，因为所述调控限定临界量比，在该临界量比的情况下实际开始离解。离解单元的调温在此能够尤其耦合到在吸附器Ad中的温度上或者耦合到在蒸发器和/或冷凝器中的温度上，进而建立用于工作介质中的离子液体的量比和含量的调控回路。因此尤其可能的是，在急剧温度下降的情况下例如在蒸发器处将较大量的离子液体从循环的工作介质中抽出，导到蒸发器中和在该处防止工作介质冻结。因此，离解装置用作为防冻装置的一部分。

在有针对性地控制冷凝物回引管线的一个基本点中，在混合支路M中的冷凝物回引管线不同于在吸附式热泵正常运行时冷凝的工作介质的正常回引管线。因此，在整个蒸发工艺期间能够确保保持不变的低的蒸汽压，因为在工作介质和离子液体之间的量比能够在较长的时间段内在期望的范围内保持恒定，并且在蒸发过程结束时开始的离子液体冷凝工艺能够略微延迟，其中能够调节工作介质的蒸汽压。

借助有针对性地将离子液体添加到蒸发器中的工作介质中进而将混合物的蒸汽压显著降低到低于吸附器的平衡蒸汽压，也能够明显在吸附剂饱和之前结束吸附工艺。如果吸附式热泵也应用于储存能量，那么这是有利的。借助例如也在受控地抽出蒸发器中的混合物的情况下添加来自冷凝物回引管线的工作介质，稍后能够再次继续吸附工艺。所述方法能够实现以无阀的方式中断吸附工艺，例如以用于吸附器中的能量储存。

为了调控蒸发器和冷凝器中的离子液体的量并且为了储存离子液体，还能够在功能介质回引管线中设有储存器R。

借助实施例描述了吸附式热泵和用于运行吸附式热泵的方法。在专业领域内，其它的设计方案是可能的。在从属权利要求中得出其它的实施形式。

附图标记列表：

1 用于蒸汽传输的接口

2 用于回引冷凝物的接口

3 用于回引离子液体的接口

4 调温回路

5 蒸汽室

6 混合物层

7 溶剂出口

8 水蒸汽

9 离子液体相

A 工作回路

Ad 吸附装置

Ads 吸附剂，固态

Ad1 第一子吸附器

Ad2 第二子吸附器

DV 压力阀

E 离解装置

F 液体半回路

FM 功能介质

FR 功能介质回流

G 气体半回路

K 冷凝器

KR 冷凝物回引管线

P 泵

R 储存器

V 蒸发器

V1-V4 阀装置

V/K 蒸发器/冷凝器

W 传热回路

W1 第一传热回路

W2 第二传热回路

Claims (19)

1.一种吸附式热泵，具有吸附装置(Ad)，所述吸附装置包含固态吸附剂、蒸发器(V)和冷凝器(K)或蒸发器/冷凝器(V/K)和在工作回路(A)中的工作介质，

其中，所述工作回路在所述蒸发器、所述吸附装置和所述冷凝器之间或者在所述蒸发器/冷凝器和所述吸附装置之间具有气体半回路(G)并且具有在所述蒸发器和所述冷凝器之间构成的液体半回路(F)，在所述气体半回路中工作介质是气态的，并且在所述液体半回路中工作介质是液态的，

其中，所述液体半回路(F)包含能够与工作介质混合的、液态的、降低工作介质的蒸汽压的功能介质。

2.根据权利要求1所述的吸附式热泵，其特征在于，

在液体半回路(F)中，从所述冷凝器(K)到所述蒸发器(V)引导地设置混合支路(M)，在所述混合支路中存在在工作介质中贫缺功能介质的混合物，并且从所述蒸发器(V)到所述冷凝器(K)存在功能介质回引管线(FR)，在所述功能介质回引管线中存在在工作介质中富集功能介质的混合物。

3.根据权利要求1或2所述的吸附式热泵，其特征在于，

所述液体半回路(F)具有包含所述功能介质的储存器(R)，其中，输入和排出管线设置在所述储存器(R)与所述蒸发器(V)和/或所述冷凝器(K)之间和/或设置在所述工作介质的在所述冷凝器(K)和所述蒸发器(V)之间的路径中。

4.根据上述权利要求之一所述的吸附式热泵，其特征在于，

所述功能介质(FM)持久地留在所述蒸发器中并且储存在该蒸发器处。

5.根据上述权利要求之一所述的吸附式热泵，其特征在于，

在所述冷凝器(K)和所述蒸发器(V)之间设有单独的冷凝物回引管线(KR)，经由所述冷凝物回引管线，在所述蒸发器(V)中进行蒸发和在所述冷凝器(K)中进行冷凝的同时，能够执行将被冷凝的工作介质份额从所述冷凝器转移到在所述蒸发器内的蒸发工艺中。

6.根据权利要求1所述的吸附式热泵，其特征在于，

在具有蒸发器/冷凝器(V/K)的实施形式中，所述功能介质(FM)在该蒸发器/冷凝器处作为持久的液体储备存在。

7.根据上述权利要求之一所述的吸附式热泵，其特征在于，

所述功能介质(FM)或其与工作介质的混合物作为传热介质在液压回路中作用，所述液压回路将所述蒸发器(V)和/或所述冷凝器(K)或所述蒸发器/冷凝器(V/K)与外部的热源和/或热壑连接并且朝向所述吸附式热泵的方向是开式的。

8.根据上述权利要求之一所述的吸附式热泵，其特征在于，

在所述液体半回路(F)中，所述储存器(R)设置为用于工作介质的离解装置(E)，在该离解装置中能够执行在所述工作介质和所述功能介质之间的离解，并且所述工作介质或所述功能介质能够富集地单独地从离解区域中导出。

9.根据权利要求8所述的吸附式热泵，其特征在于，

所述储存器(R)是调温到限定的离解温度上的容器，其中，所述离解温度对应于在工作介质和功能介质之间的临界量比。

10.根据上述权利要求之一所述的吸附式热泵，其特征在于，

所述功能介质(FM)是离子液体，尤其是由下述物质构成：呈咪唑鎓、吡啶鎓、吡咯烷鎓、胍鎓、脲、硫脲、哌啶鎓、吗啉、铵和鏻形式的烷基化或非烷基化的阳离子和呈卤化物、四氟硼酸盐、三氟乙酸盐、三氟甲磺酸盐、六氟磷酸盐、次膦酸盐或甲苯磺酸盐形式的阴离子。

11.根据上述权利要求之一所述的吸附式热泵，其特征在于，

所述功能介质(FM)是促进润湿的添加剂。

12.根据上述权利要求之一所述的吸附式热泵，其特征在于，

所述功能介质(FM)是防霜冻和/或抑制腐蚀的试剂。

13.一种用于借助工作回路运行吸附式热泵的方法，所述工作回路由吸附器、蒸发器和冷凝器或者蒸发器/冷凝器以及在所述吸附器、所述蒸发器和所述冷凝器之间循环的工作介质构成，其中，所述工作介质在经过所述工作回路时在液体半回路(F)内与液态的、降低蒸汽压的功能介质混合并且在转入所述工作回路的气体半回路(G)中时与所述功能介质离解。

14.根据权利要求13所述的用于运行吸附式热泵的方法，其特征在于，

所述冷凝器和所述蒸发器通过受控的冷凝物回引管线和/或经由所述储存器(R)相互耦合，其中，在所述工作介质和所述功能介质之间的量比在所述蒸发器中通过所述工作介质的经由所述冷凝物回引管线引回的量或/和经由受控地抽出富集有功能介质的与工作介质的混合物来调设。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，

将液态的工作介质与夹带的功能介质份额最晚在从所述液体半回路(F)进入所述气体半回路(G)之前在所述储存器(R)中离解，其中，从所述储存器(R)中将在此产生的离解的份额中的工作介质和/或功能介质引出到在所述吸附式热泵的工作回路(A)中的蒸发器(V)和/或冷凝器(K)中。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，

将所述储存器(R)调温到表征所述工作介质和所述功能介质的混合物的离解温度上。

17.根据权利要求13至16之一所述的方法，其特征在于，

在所述蒸发器中进行工作试剂和功能介质的离解。

18.根据权利要求13至17之一所述的方法，其特征在于，

将所述功能介质或者由所述工作介质和所述功能介质构成的混合物在所述工作回路的液体半回路(F)内临时储存在储存器(R)中并且从该储存器处输出到所述液体半回路中，其中，调设蒸汽腔预先确定的在所述工作介质和所述功能介质之间的量比。

19.根据上述权利要求13至18之一所述的方法，其特征在于，

将所述功能介质从所述储存器(R)中引入所述蒸发器中，其中，在所述蒸发器中通过降低蒸汽压引起中断所述工作介质的蒸发或者执行冲出所述工作介质。