DE102004049408A1

DE102004049408A1 - Vakuum-Sorptionsvorrichtung

Info

Publication number: DE102004049408A1
Application number: DE102004049408A
Authority: DE
Inventors: Marc Dr. Stricker
Original assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Priority date: 2004-10-08
Filing date: 2004-10-08
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2024-10-09
Also published as: DE102004049408B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vakuum-Sorptionsvorrichtung, umfassend einen periodisch ein Kältemittel ad- oder desorbierenden Sorber (5), einen in einem ersten Volumenbereich (1) angeordneten Kondensator (3) und einen in einem zweiten Volumenbereich (2) angeordneten Verdampfer (4), wobei zwischen dem ersten (1) und dem zweiten (2) Volumenbereich ein Verschlusselement (6) zur Durchflußsteuerung des Kältemittels angeordnet ist. Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verschlusselement (6) als ein mit einem Schwimmerelement (7) wirkverbundener Deckel ausgebildet ist, wobei das Schwimmerelement (7) vom Kältemittel gesteuert umströmbar und das Verschlusselement (6) mittels des Schwimmerelements (7) abhängig vom Kältemittelfüllstand in Öffnungs- und Schließstellung bringbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuum-Sorptionsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Vakuum-Sorptionsvorrichtung der eingangs genannten Art ist nach der DE 103 10 748 B3 bekannt. Diese umfasst einen periodisch ein Kältemittel ad- oder desorbierenden Sorber, einen in einem ersten Volumenbereich angeordneten Kondensator und einen in einem zweiten Volumenbereich angeordneten Verdampfer. Zwischen dem ersten und dem zweiten Volumenbereich ist zur Durchflußsteuerung des Kältemittels ein als Kondensatableiter (auch Wasserschloss genannt) ausgebildetes Verschlusselement angeordnet. Der Sorber kann beispielsweise zusammen mit dem Kondensator im ersten Volumenbereich angeordnet sein, wobei bezüglich des verwendeten Begriffes "Vakuum" zu beachten ist, dass damit natürlich kein absolutes Vakuum gemeint ist, sondern ein Volumen, das gegenüber der Umgebung der Vorrichtung einen starken Unterdruck aufweist und dicht abgeschlossen ist.

Im Unterschied zur DE 199 02 695 A1 führt eine getrennte Ausführung der Verdampfer- und Kondensatorwärmetauscher gemäß der genannten DE 103 10 748 B3 prinzipiell zu einem höheren Wirkungsgrad, da die Bauteile auf dem jeweiligen zur Prozessphase gehörenden Temperaturniveau verweilen können und dadurch Aufheiz- und Abkühlverluste gegenüber der gemeinsamen Ausführung entfallen.

Eine getrennte Ausführung erfordert jedoch eine geeignete dampfseitige Trennung von Kondensator und Verdampfer, da ansonsten aufgrund des geringeren Druckes im zweiten Volumenbereich (Verdampfer) das in der Dampfphase anfallende Kältemittel im Verdampfer und nicht im Kondensator auskondensieren würde. Solche Trenneinrichtungen (Verschlusselemente) sind üblicherweise Klappen oder Ventile, die entweder selbständig ar beiten oder von aussen betätigt werden. Im Falle einer sogenannten fremdgesteuerten (von aussen betätigten) Trenneinrichtung muss üblicherweise eine translatorische oder Dreh-Bewegung durch die Modulhülle auf das Verschlusselement übertragen werden, wenn nicht der komplette Antriebsmechanismus der Klappe im Vakuumsystem untergebracht werden soll, was schon aus Wartungsgründen regelmäßig nicht praktikabel ist. Eine Kraftübertragung durch die Modulhülle hindurch ist aber aufgrund des damit einhergehenden Risikos des Eindringens von Fremdgasen in die Vorrichtung mit hohem technischen Aufwand verbunden, so dass häufig auf eine selbsttätig arbeitende Lösung zurückgegriffen wird. Diese erfordert zur Betätigung der Trenneinrichtung allerdings die Nutzung des ohnehin geringen Druckgefälles zwischen Kondensator- bzw. Verdampfer- und Sorbervolumen, was sich nachteilig auf den Sorptionsprozess auswirken kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für eine Vakuum-Sorptionsvorrichtung der eingangs genannten Art ein technisch möglichst einfaches, die Dichtheit der Modulhülle nicht beeinflussendes fremdgesteuertes Verschlusselement bereit zu stellen.

Diese Aufgabe ist mit einer Vakuum-Sorptionsvorrichtung der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass das Verschlusselement als ein mit einem Schwimmerelement wirkverbundener Deckel ausgebildet ist, wobei das Schwimmerelement vom Kältemittel gesteuert umströmbar und das Verschlusselement mittels des Schwimmerelements abhängig vom Kältemittelfüllstand in Öffnungs- und Schließstellung bringbar ist.

Mit anderen Worten ausgedrückt ist somit ein fremdgesteuertes Verschlusselement vorgesehen, das mittels des ohnehin im Vakuumsystem vorhandenen Kältemittels über einen Schwimmer betätigbar ist. Je nach konstruktiver Ausgestaltung ist der Deckel in Abhängigkeit vom Kältemittelfüllstand um den Schwimmer herum bewegbar, d. h. wahlweise durch Zu- oder Abfuhr des Kältemittel in oder aus einem den Schwimmer umgebenden Raum hebt oder senkt sich dieser und bestimmt somit die Durchflussmenge vom ersten zum zweiten Volumenbereich oder umgekehrt. Eine genauere Erläuterung der konstruktiven Einzelheiten folgt weiter unten.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die erfindungsgemäße Vakuum-Sorptionsvorrichtung einschließlich ihrer vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Ansprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigt
1 im Schnitt als Prinzipskizze die erfindungsgemäße Vakuum-Sorptionsvorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform.
In der einzigen 1 ist die erfindungsgemäße Vakuum-Sorptionsvorrichtung als Prinzipskizze im Schnitt dargestellt. Wie bekannte Sorptionsvorrichtungen besteht auch diese aus einem periodisch ein Kältemittel (beispielsweise Wasser) ad- oder desorbierenden Sorber 5. Dieser ist aus einem Wärmetauscher 16 und einem das Kältemittel ad- oder desorbierenden Sorptionsmittel gebildet, wobei als Sorptionsmittel vorzugsweise auf den Wärmetauscher 16 aufgetragenes Zeolith (siehe hierzu beispielsweise DE 44 44 252 A1 ) verwendet wird. Der Wärmetauscher 16 ist mit den beiden dargestellten Anschlüssen beispielsweise mit einem weiteren brennerbeaufschlagten Wärmetauscher verbunden und dient dazu, wechselweise das Sorptionsmittel zu erhitzen (Desorption) bzw. frei werdende Wärme vom Sorptionsmittel abzuführen (Adsoption).
Weiterhin weist die Sorptionsvorrichtung einen in einem ersten Volumenbereich 1 angeordneten Kondensator 3 und einen in einem zweiten Volumenbereich 2 angeordneten Verdampfer 4 auf. Der Kondensator 3 dient während der Desorptionsphase zur Kondensation des vom Sorptionsmittel freigesetzten Kältemittels. Der Kondensator 3 ist über die beiden dargestellten Anschlüsse beispielsweise mit dem Heizkreis eines Hauses verbunden und überträgt auf diese Weise die bei der Kondensation frei werdende Wärme als Nutzwärme an den Heizkreis.
Mit dem Verdampfer 4 wird dagegen in der Adsorptionsphase das Kältemittel verdampft, so dass dieses vom Sorber 5 wieder aufgenommen werden kann. Der Verdampfer 4 ist mit den dargestellten Anschlüssen beispielsweise mit einer Umweltwärmepumpe verbunden, so dass energetisch günstig ohnehin vorhandene Umgebungswärme zur Verdampfung des Kältemittels eingesetzt werden kann.
Da am Verdampfer prinzipiell ein niedrigerer Druck als am Kondensator herrscht, ist eine dampfraumseitige Trennung erforderlich, da andernfalls das in der Desorptionsphase anfallende Kältemittel am Verdampfer und nicht am Kondensator kondensieren würde. Aus diesem Grund ist zwischen dem ersten 1 und dem zweiten 2 Volumenbereich ein Verschlusselement 6 zur Durchflußsteuerung des Kältemittels angeordnet.
Wie eingangs erläutert, kann solch ein Verschlusselement 6 im Sinne der DE 103 10 748 B3 beispielsweise als selbsttätiger Kondensatableiter ausgebildet sein, der ausschließlich bereits kondensiertes Kältemittel zum zweiten Volumen passieren läßt. In diesem Fall ist dann ein Rückschlagventil vorzusehen, das während der Adsorptionsphase das verdampfte Kältemittel wieder zum Sorber 5 zurückströmen läßt.
Nach der Erfindung ist nun wesentlich, dass das Verschlusselement 6 als ein mit einem Schwimmerelement 7 wirkverbundener Deckel ausgebildet ist, wobei das Schwimmerelement 7 vom Kältemittel gesteuert umströmbar und das Verschlusselement 6 mittels des Schwimmerelements 7 abhängig vom Kältemittelfüllstand in Öffnungs- und Schließstellung bringbar ist.
In Abkehr von einem selbsttätigen Verschlusselement 6 ist nach der Erfindung nunmehr also ein schwimmergesteuerter Verschlussdeckel vorgesehen, der einerseits während der Desorptionsphase dafür sorgt, dass das Kältemittel nicht schon dampfförmig zum Verdampfer gelangt, und der andererseits während der Adsorptionsphase einen Übergang des verdampfenden Kältemittels zum vorzugsweise im ersten Volumenbereich 1 angeordneten Sorber 5 ermöglicht.
Konstruktiv ist hierzu vorteilhaft vorgesehen, dass zwischen den beiden Volumenbereichen 1, 2 eine mit dem Verschlusselement 6 versehene, vorzugsweise zum Verschlusselement 6 hin abfallende Trennwand 8 angeordnet ist. Bei einem beispielsweise zylinderförmigen Aussengehäuse für die beiden übereinander angeordneten Volumenbereiche 1, 2 eignet sich hierzu, wie dargestellt, eine trichterförmige Trennwand 8, an deren geodätisch gesehen tiefsten Punkt das Verschlusselement 6 angeordnet ist.
Bezüglich des Deckels ist vorteilhaft vorgesehen, dass dieser als horizontales Plattenelement (beispielsweise ähnlich einem Abflussdeckel einer Badewanne bzw. eines Waschbeckens) ausgebildet und unmittelbar am vertikal beweglichen Schwimmerelement 7 angeordnet ist. Um einen dichten Abschluss zwischen den beiden Volumenbereichen 1, 2 zu gewährleisten, ist ferner am Deckel eine bei geschlossenem Verschlusselement 6 dicht an der Trennwand 8 anliegende Dichtlippe 9 vorgesehen.
Hinsichtlich des Schwimmerelements 7 ist vorteilhaft vorgesehen, das dieses als längserstreckter Körper ausgebildet und von einem vorzugsweise ebenso längserstreckten Schwimmergehäuse 10 umschlossen ist. In dieses Schwimmergehäuse 10 wird bei Öffnungsbedarf des Deckels Kältemittel eingeführt, so dass sich dieser hebt und damit wahlweise flüssiges Kältemittel zum Verdampfer fliessen (Desorptionsphase) oder dampfförmiges Kältemittel zum Sorber aufsteigen kann (Adsorptionsphase).
Mit anderen Worten ausgedrückt, ist nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der Schwimmerele ment 7 im Schwimmergehäuse 10 teleskopartig geführt ausgebildet ist, wobei beide vorzugsweise im wesentlichen im zweiten Volumenbereich 2 angeordnet sind.
Wie aus der 1 ersichtlich, ist vorgesehen, dass das Schwimmergehäuse 10 einen Zufuhranschluss 12 für das Kältemittel aufweist. Darüber hinaus ist zur Bereitstellung von Kältemittel am Schwimmerelement 7 am zweiten Volumenbereich 2 ein Abfuhranschluss 14 für das Kältemittel vorgesehen. Dieser ist am Gehäuseboden des zweiten Volumenbereiches 2 angeordnet, wo ohnehin (wie dargestellt) stets eine große Menge an flüssigem Kältemittel vorhanden ist.
Um das Kältemittel zum Schwimmerelement 7 befördern zu können, ist eine Pumpe 15 vorgesehen, die einerseits mit dem erwähnten Zufuhranschluss 12 des Schwimmergehäuses 10 und andererseits mit dem Abfuhranschluss 14 verbunden ist. Diese Pumpe 15 ist für Wartungszwecke vorteilhaft ausserhalb der beiden Volumenbereiche 1, 2 angeordnet, wobei dieserhalb anzumerken ist, dass vorzugsweise eine solche Pumpe verwendet wird, bei der der Motor ohne Einfluss auf die Hydraulik und damit letztlich auf das Vakuum in der Vorrichtung gewechselt werden kann.
Damit das Verschlusselement 6 beispielsweise bei ausgeschalteter oder ausfallender Pumpe 15 selbsttätig unter Schwerkraftwirkung die Verbindung zwischen den beiden Volumenbereichen 1, 2 trennt, ist schließlich wahlweise vorgesehen, dass (wie dargestellt) am Schwimmergehäuse 10 unterhalb des Schwimmerelements 7 mindestens ein kleiner Abfluss 11 für das Kältemittel angeordnet ist oder dass das Kältemittel einfach durch die Pumpe 15 hindurch zum Anschluss 14 zurückströmt, so dass sich das Schwimmerelement 7 absenken kann. Bei eingeschalteter Pumpe 15 umströmt das Kältemittel das Schwimmerelement 7, hebt dieses dabei an und verläßt das Schwimergehäuse 10 (wie durch die Pfeile in 1 angedeutet) über einen Ringspalt zwischen dem oberen Ende des Schwimergehäuses 10 und dem Schwimmerelement 7.

1: Volumenbereich
2: Volumenbereich
3: Kondensator
4: Verdampfer
5: Sorber
6: Verschlusselement
7: Schwimmerelement
8: Trennwand
9: Dichtlippe
10: Schwimmergehäuse
11: Abfluss
12: Zufuhranschluss
14: Abfuhranschluss
15: Pumpe
16: Wärmetauscher

Claims

Vakuum-Sorptionsvorrichtung, umfassend einen periodisch ein Kältemittel ad- oder desorbierenden Sorber (5), einen in einem ersten Volumenbereich (1) angeordneten Kondensator (3) und einen in einem zweiten Volumenbereich (2) angeordneten Verdampfer (4), wobei zwischen dem ersten (1) und dem zweiten (2) Volumenbereich ein Verschlusselement (6) zur Durchflußsteuerung des Kältemittels angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (6) als ein mit einem Schwimmerelement (7) wirkverbundener Deckel ausgebildet ist, wobei das Schwimmerelement (7) vom Kältemittel gesteuert umströmbar und das Verschlusselement (6) mittels des Schwimmerelements (7) abhängig vom Kältemittelfüllstand in Öffnungs- und Schließstellung bringbar ist.
Vakuum-Sorptionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Volumenbereichen (1, 2) eine mit dem Verschlusselement (6) versehene, vorzugsweise zum Verschlusselement (6) hin abfallende Trennwand (8) vorgesehen ist.
Vakuum-Sorptionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel als horizontales Plattenelement ausgebildet und unmittelbar am vertikal beweglichen Schwimmerelement (7) angeordnet ist.
Vakuum-Sorptionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass am Deckel eine Dichtlippe (9) angeordnet ist.
Vakuum-Sorptionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwimmerelement (7) als längserstreckter Körper ausgebildet ist.
Vakuum-Sorptionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwimmerelement (7) von einem vorzugsweise längserstreckten Schwimmergehäuse (10) umschlossen ist.
Vakuum-Sorptionsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmerelement (7) im Schwimmergehäuse (10) teleskopartig geführt ausgebildet ist.
Vakuum-Sorptionsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass am Schwimmergehäuse (10) mindestens ein Abfluss (11) für das Kältemittel vorgesehen ist.
Vakuum-Sorptionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwimmergehäuse (10) einen Zufuhranschluss (12) für das Kältemittel aufweist.
Vakuum-Sorptionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass am zweiten Volumenbereich (2) ein Abfuhranschluss (14) für das Kältemittel vorgesehen sind.
Vakuum-Sorptionsvorrichtung nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pumpe (15) vorgesehen ist, die einerseits mit dem Zufuhranschluss (12) des Schwimmergehäuses (10) und andererseits mit dem Abfuhranschluss (14) verbunden ist.
Vakuum-Sorptionsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (15) außerhalb der beiden Volumenbereiche (1, 2) angeordnet ist.
Vakuum-Sorptionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwimmerelement (7) im zweiten Volumenbereich (2) angeordnet ist.
Vakuum-Sorptionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Sorber (5) im ersten Volumenbereich (1) angeordnet ist.
Vakuum-Sorptionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Sorber (5) aus einem Wärmetauscher (16) und einem das Kältemittel ad- oder desorbierenden Sorptionsmittel gebildet ist.