DE102007047435B4

DE102007047435B4 - Apparatus and method for tempering and heat recovery

Info

Publication number: DE102007047435B4
Application number: DE102007047435A
Authority: DE
Inventors: Matthias Schicktanz
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2007-10-04
Filing date: 2007-10-04
Publication date: 2011-12-15
Anticipated expiration: 2027-10-05
Also published as: DE102007047435A1

Abstract

Temperierungsvorrichtung mit zumindest einer zu temperierenden Einheit (4), einer Flüssigkeit, einem ersten Schichtenspeicher (1) zur Aufnahme der Flussigkeit und einem zweiten, vom ersten Schichtenspeicher (1) flussigkeitsundurchlassig getrennten, Schichtenspeicher (2) zur Aufnahme der Flüssigkeit, wobei die Flussigkeit vom ersten (1) in den zweiten (2) und vom zweiten (2) in den ersten (1) Schichtenspeicher so transportierbar ist, dass sie die zu temperierende Einheit (4) in einer Weise durchstromt, dass ein Warmeaustausch zwischen der Flüssigkeit und der zu temperierenden Einheit (4) stattfindet, und wobei der erste Schichtenspeicher (1) eine Öffnung zur Zuführung und Ableitung der Flussigkeit in einer ersten Hohe relativ zum tiefsten Punkt des ersten Schichtenspeichers (1) aufweist und der zweite Schichtenspeicher (2) eine Öffnung zur Zuführung und Ableitung der Flussigkeit in einer zweiten, von der ersten Hohe verschiedenen Höhe relativ zum tiefsten Punkt des zweiten Schichtenspeichers (2) aufweist, und wobei die Flussigkeit im ersten (1) und/oder zweiten...Tempering device with at least one temperature-regulating unit (4), a liquid, a first layer memory (1) for receiving the liquid and a second, from the first layer memory (1) liquid-impermeable separated, layer memory (2) for receiving the liquid, wherein the liquid from the first (1) in the second (2) and the second (2) in the first (1) stratified storage is transportable so that it flows through the unit to be tempered (4) in such a way that a heat exchange between the liquid and the wherein the first stratified storage (1) has an opening for supplying and discharging the liquid at a first height relative to the lowest point of the first stratified storage (1) and the second stratified storage (2) has an opening for feeding and Discharge of the liquid at a second height different from the first height relative to the lowest point of the second ski storage medium (2), and wherein the liquid in the first (1) and / or second ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Temperierung und zur Wärmerückgewinnung in thermisch getriebenen Wärmepumpen und Kältemaschinen aus festen Sorbentien, wie beispielsweise Adsorptionskaltemaschinen.The invention relates to a device and a method for temperature control and heat recovery in thermally driven heat pumps and refrigerators of solid sorbents, such as Adsorptionskaltemaschinen.

Der Warmeruckgewinnungsprozess in Wärmepumpen und Kaltemaschinen stellt bislang einen Schwachpunkt dieser Anlagen dar. Eine gute Wärmerückgewinnung führt zu einer Steigerung aus COP (Coefficient of Performance) der das Verhältnis von Nutzwarme oder Nutzkalte zu benotigter Antriebswärme darstellt. Ein Adsorber muss erhitzt werden, um entladen zu werden und gekuhlt werden, um beladen zu werden. Dieser zyklische Prozess fuhrte bislang zu hohen Energieverlusten.The heat recovery process in heat pumps and cold machines represents a weak point of these plants so far. Good heat recovery leads to an increase of COP (Coefficient of Performance) which represents the ratio of useful heat or useful cold to required heat input. An adsorber needs to be heated to be unloaded and refrigerated to be loaded. This cyclical process has so far led to high energy losses.

Nach dem Stand der Technik sind vor allem zwei Arten zur Realisierung dieser Wärmerückgewinnung bekannt:
Erstens eine Kopplung von mehreren Adsorbern auf eine Art und Weise, dass Wärme, die in einem noch vollstandig desorbierten Adsorber auf dem höchsten Temperaturniveau der Adsorption frei wird, in einem anderen Adsorber, der gerade zu Beginn seiner Desorptionsphase ist, für die Desorption genutzt werden kann.According to the state of the art, two types of realization of this heat recovery are known above all:
Firstly, a coupling of several adsorbers in such a way that heat, which is released in a fully desorbed adsorber at the highest temperature level of adsorption, can be used for desorption in another adsorber, which is just at the beginning of its desorption phase ,

So beschreibt die WO 2007/065632 A1 „Adsorptionsmaschine mit Wärmerückgewinnung” ein Wärmeruckgewinnungsverfahren fur den Einsatz in Kältemaschinen mit zwei Absorbern. Darin werden die beiden Adsorber nach Beendigung des Adsorptionszykluses bzw. Desorptionszykluses so geschaltet, dass die Wärmetauscher der beiden Adsorber „kurzgeschlossen” werden, so dass Warme aus dem heißen Adsorber zur Erhitzung des kalten Adsorbers eingesetzt wird und umgekehrt. Mit diesem Verfahren kann aber lediglich eine Wärmeruckgewinnung von maximal 50 erzielt werden. Außerdem ist dieses Verfahren nur bei Adsorptionsmaschinen mit zwei Adsorbern anwendbar.That's how it describes WO 2007/065632 A1 "Adsorption machine with heat recovery" a heat recovery process for use in refrigerators with two absorbers. In it, the two adsorbers are switched after completion of the adsorption cycle or desorption cycle so that the heat exchanger of the two adsorbers are "shorted" so that heat from the hot adsorber is used to heat the cold adsorber and vice versa. With this method, however, only a heat recovery of up to 50 can be achieved. In addition, this method is only applicable to adsorption machines with two adsorbers.

Zweitens die Realisierung einer „thermal wave” ( US 4,694,659 ) in einem Kreis mit zwei Adsorbern. Dabei durchlauft ein Temperaturgradient die beiden in einem Fluidkreis hintereinander geschalteten Adsorber, wobei in Stromungsrichtung zwischen den adsorbierenden und den desorbierenden Adsorber der Nacherhitzer (die Hochtemperatur-Wärmequelle) geschaltet ist und zwischen den desorbierenden und den adsorbierenden Adsorber der Rückkühler geschaltet ist (die Mitteltemperatur-Warmesenke). Zum Umschalten zwischen De- und Adsorption wird die Stromungsrichtung des Fluids umgekehrt und die Durchströmung von Ruckkühler und Nacherhitzer so umgeschaltet, dass sich wieder die oben genannte Durchstromungsreihenfolge ergibt.Second, the realization of a "thermal wave" ( US 4,694,659 ) in a circle with two adsorbers. In this case, a temperature gradient passes through the two adsorbers connected in series in a fluid circuit, wherein the reheater (the high-temperature heat source) is connected in the direction of flow between the adsorbent and the desorbing adsorber and the recooler is connected between the desorbing and adsorbing adsorbers (the medium-temperature heat sink ). To switch between adsorption and desorption, the flow direction of the fluid is reversed and the flow of jerk and reheater switched so that again results in the above Durchstromungsreihenfolge.

Das hier beschriebene System zeichnet sich durch einen theoretisch sehr hohen Wirkungsgrad aus, weist aber eine sehr geringe spezifische Kalteleistung auf. Zudem werden hohe Anforderungen bezuglich der thermischen Eigenschaften an den Adsorber gestellt.The system described here is characterized by a theoretically very high efficiency, but has a very low specific cold power. In addition, high demands are made regarding the thermal properties of the adsorber.

Hauptnachteil der „thermal wave” ist, dass fur eine signifikante Erhohung des COP der Temperaturgradient recht steil sein muss, damit z. B. wahrend eines möglichst großen Teils der Adsorptionsphase das Warmetragerfluid den Adsorber mit der maximalen Adsorptionstemperatur verlasst (und die per Nachheizung zuzuführende Warmemenge minimiert wird). Ein steiler Temperaturgradient bedeutet aber auch, dass zu jedem Zeitpunkt nur ein kleiner Teil des Adsorbers aktiv ist (d. h. adsorbiert) und der großere Teil des Adsorbers entweder bereits vollständig adsorbiert hat oder noch nicht mit der Adsorption begonnen hat. Dies wirkt sich negativ auf die Leistungsdichte der Kaltemaschine (specific cooling power, SCP) aus. Bei der „thermal wave” besteht also ein starker Zielkonflikt zwischen den Zielen eines hohen COP und einer hohen Leistungsdichte. Zudem muss bei der „thermal wave” der gesamte Adsorber seriell durchstromt werden, wodurch sich lange Wege für das Warmetragerfluid und somit hohe Druckverluste und Pumpenenergieverbräuche ergeben.The main disadvantage of the "thermal wave" is that for a significant increase in the COP, the temperature gradient must be quite steep, so z. B. during as much of the adsorption phase, the heat transfer fluid leaves the adsorber with the maximum adsorption temperature (and the amount to be supplied by Nachheizendende amount of heat is minimized). However, a steep temperature gradient also means that at any one time only a small portion of the adsorber is active (i.e., adsorbed) and the larger portion of the adsorber has either already completely adsorbed or not yet begun adsorption. This has a negative effect on the power density of the chiller (SCP). In the case of the "thermal wave", therefore, there is a strong conflict of objectives between the goals of a high COP and a high power density. In addition, in the case of the "thermal wave", the entire adsorber must be flowed through in series, which results in long paths for the heat transfer fluid and thus high pressure losses and pump energy consumption.

Hauptnachteil von Anordnungen mit Wärmerückgewinnung zwischen mehr als zwei Adsorbern ist der hohe apparative Aufwand, der für die (thermisch voneinander zu isolierenden) Adsorber und ihre wechselnden Verschaltungen zu betreiben ist. Der erreichbare COP steigt hier mit der Anzahl der Adsorber, zugleich steigt aber der apparative Aufwand und damit die Kosten der Kaltemaschine/Warmepumpe.The main disadvantage of arrangements with heat recovery between more than two adsorbers is the high expenditure on equipment, which is to operate for the (thermally insulated from each other) adsorber and their changing interconnections. The achievable COP increases here with the number of adsorber, but at the same time increases the expenditure on equipment and thus the cost of the cold machine / heat pump.

Die DE 199 08 666 A1 beschreibt eine Sorptionswärmepumpe und -kaltemaschine mit Erwärmung des Verdampfers auf Kondensatortemperaturniveau bzw. eine Abkühlung des Kondensators auf Verdampfertemperaturniveau mittels einer geeigneten Wärmeruckgewinnung.The DE 199 08 666 A1 describes a sorption heat pump and -kaltemaschine with heating of the evaporator at the condenser temperature level or a cooling of the condenser to evaporator temperature level by means of a suitable heat recovery.

Die US 2005/0218240 A1 beschreibt ein Warmepumpensystem, das einen Kompressor, einen Wärmeaustauscher, eine Expansionsvorrichtung und einen weiteren Wärmetauscher aufweist. In einem Speichertank wird Wasser gespeichert, das den Kuhler des einen Wärmetauschers kuhlt. Eine mechanische Zwischenplatte zwischen einem Heißwasser-Reservoire und einem Kaltwasser-Reservoire im Speichertank reduziert den Warmetransfer zwischen dem Heißwasser und dem Kaltwasser.The US 2005/0218240 A1 describes a heat pump system having a compressor, a heat exchanger, an expansion device and another heat exchanger. In a storage tank water is stored, which cools the radiator of a heat exchanger. A mechanical intermediate plate between a hot water reservoir and a cold water reservoir in the storage tank reduces the heat transfer between the hot water and the cold water.

Die DE 30 46 601 A1 beschreibt einen Speicher fur eine Flussigkeit mit einer warmeisolierenden Trennscheibe, deren Gewicht derart gewahlt ist, dass sie in der Flussigkeit zwischen einer oberen und einer unteren Grenzlage schwimmt.The DE 30 46 601 A1 describes a reservoir for a liquid with a warm insulating blade whose weight is chosen such that she floats in the liquid between an upper and a lower limit.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Vorrichtungen und ein Verfahren anzugeben, die die Probleme des Standes der Technik zu uberwinden. Insbesondere soll eine Temperierungsvorrichtung angegeben werden, mit der eine Kälte- oder Warmepumpe mit nur einem Adsorber mit hoher Specific Cooling Power (SCP, spezifische Kühlleistung) realisiert werden kann. Insbesondere soll jeder herkommliche Adsorber verwendet werden können. Die SCP soll gegenüber dem Thermal-Wave-Verfahren deutlich gesteigert werden.It is therefore an object of the present invention to provide apparatus and a method which overcome the problems of the prior art. In particular, a tempering is to be specified, with a refrigeration or heat pump with only one adsorber with high specific cooling power (SCP, specific cooling capacity) can be realized. In particular, every conventional adsorber should be able to be used. The SCP should be significantly increased compared to the thermal wave method.

Diese Aufgabe wird gelost durch die Temperierungsvorrichtung nach Anspruch 1, das Verfahren zur Temperierung eines Wärmeadsorbers nach Anspruch 15, die Wärmepumpe nach Anspruch 19 und die Kaltemaschine nach Anspruch 20. Vorteilhafte Weiterbildungen der Temperierungsvorrichtung und des Verfahrens werden in den jeweiligen abhängigen Anspruchen gegeben.This object is achieved by the tempering device according to claim 1, the method for controlling the temperature of a heat adsorber according to claim 15, the heat pump according to claim 19 and the cold machine according to claim 20. Advantageous developments of the tempering and the method are given in the respective dependent claims.

Erfindungsgemaß weist die Temperierungsvorrichtung zumindest eine zu temperierende Einheit, eine Flussigkeit, einen ersten Schichtenspeicher zur Aufnahme der Flussigkeit und einen zweiten, vom ersten Schichtenspeicher flussigkeitsundurchlässig getrennten, Schichtenspeicher zur Aufnahme der Flüssigkeit auf.According to the invention, the tempering device has at least one unit to be tempered, a liquid, a first stratified storage for holding the liquid and a second stratified storage device for receiving the liquid, which is liquid-impermeable to the first stratified storage.

Da die Temperierungsvorrichtung besonders geeignet ist zur Warmerückgewinnung in Wärmepumpen oder Kältemaschinen kann die zu temperierende Einheit ein Adsorber einer solchen Warmepumpe oder Kältemaschine sein. Auch mehrere in Reihe oder parallel geschaltete Adsorber sind möglich. Durch die erfindungsgemäße Temperierungsvorrichtung kann dem Adsorber Flussigkeit stets in der richtigen Temperatur bereitgestellt werden, also zum Beispiel zuerst kalte Flussigkeit bei kaltem Adsorber und später heiße Flussigkeit bei heißem Adsorber.Since the temperature control device is particularly suitable for heat recovery in heat pumps or refrigeration machines, the unit to be tempered can be an adsorber of such a heat pump or chiller. Several adsorbers connected in series or in parallel are also possible. By means of the tempering device according to the invention, it is always possible to provide the adsorber with liquid at the correct temperature, that is, for example, first cold liquid with a cold adsorber and later hot liquid with a hot adsorber.

Bei der Flüssigkeit handelt es sich vorteilhafterweise um Wasser oder eine Kuhlflüssigkeit. Alle gängigen Flüssigkeiten aus der Heizungs-/und Klimatechnik kommen in Frage, insbesondere Wasser und ein Wasser/Glykolgemisch.The liquid is advantageously water or a cooling liquid. All common fluids from the heating and air conditioning industry come into question, especially water and a water / glycol mixture.

Erfindungsgemaß sind die beiden Schichtenspeicher flussigkeitsundurchlässig voneinander getrennt, so dass kein direkter Flüssigkeitsaustausch zwischen den Schichtenspeichern moglich ist.According to the invention, the two stratified storages are impermeable to each other so that no direct liquid exchange between the stratified storages is possible.

Erfindungsgemäß ist außerdem die Temperierungsvorrichtung so aufgebaut, dass die Flüssigkeit aus dem ersten Schichtenspeicher über die zu temperierende Einheit in den zweiten Schichtenspeicher transportierbar ist. Die Flussigkeit durchstromt hierbei die zu temperierende Einheit derart, dass ein Wärmeaustausch zwischen der Flüssigkeit und der zu temperierenden Einheit moglich ist, und zwar in der Weise, dass die zu temperierende Einheit abgekühlt oder aufgeheizt wird.According to the invention, the tempering device is also constructed such that the liquid can be transported from the first stratified storage unit via the unit to be tempered into the second stratified storage. The liquid flows through the unit to be tempered in such a way that a heat exchange between the liquid and the unit to be tempered is possible, in such a way that the unit to be tempered is cooled or heated.

Der erste Schichtenspeicher weist nun eine Öffnung zur Zuführung und Ableitung der Flussigkeit auf, durch welche die Flussigkeit aus oder in den Schichtenspeicher geleitet wird, nachdem bzw. bevor sie die zu temperierende Einheit durchströmt hat. Die Öffnung ist hierbei relativ zum tiefsten Punkt des ersten Schichtenspeichers in einer ersten Hohe angeordnet.The first stratified storage device now has an opening for supplying and discharging the liquid, through which the liquid is led out of or into the stratified storage, after or before it has flowed through the unit to be tempered. The opening is in this case arranged at a first height relative to the lowest point of the first layer memory.

Entsprechend weist der zweite Schichtenspeicher eine Öffnung zur Zufuhrung und Ableitung der Flussigkeit auf, durch welche die Flüssigkeit zu- oder ableitbar ist, nachdem bzw. bevor sie die zu temperierende Einheit durchströmt hat. Diese Öffnung des zweiten Schichtenspeichers ist in einer zweiten Höhe relativ zum tiefsten Punkt des zweiten Schichtenspeichers angeordnet.Accordingly, the second stratified storage has an opening for supplying and discharging the liquid, through which the liquid can be supplied or discharged, after or before it has flowed through the unit to be tempered. This opening of the second layer memory is arranged at a second height relative to the lowest point of the second layer memory.

Entscheidend ist nun, dass sich die erste Höhe, in welcher die Öffnung des ersten Schichtenspeichers angeordnet ist, von der zweiten Höhe, in welcher die Öffnung des zweiten Schichtenspeichers angeordnet ist, unterscheidet. Die Flüssigkeit wird also den beiden Schichtenspeichern in unterschiedlicher Hohe entnommen bzw. zugefuhrt.The decisive factor is that the first height, in which the opening of the first layer memory is arranged, differs from the second height, in which the opening of the second layer memory is arranged. The liquid is thus taken from the two stratified storage at different levels or fed.

Beide Schichtenspeicher sind nun so ausgestaltet, dass die Flussigkeit in ihnen entsprechend ihrer Temperatur mit von unten nach oben steigender Temperatur geschichtet ist. Das bedeutet, dass in jedem Schichtenspeicher zu unterst eine horizontale Schicht mit der kältesten oder geringsten Temperatur in dem entsprechenden Schichtenspeicher vorliegt, auf welcher parallele horizontale Schichten mit nach oben ansteigender Temperatur angeordnet sind. Das Wasser liegt also in den Schichtenspeichern entsprechend seiner Dichte geschichtet vor.Both stratified storage tanks are now designed in such a way that the liquid in them is stratified according to their temperature with the temperature rising from bottom to top. This means that in each stratified storage at the bottom there is a horizontal layer with the coldest or lowest temperature in the corresponding stratified storage on which parallel horizontal layers are arranged with the temperature rising upwards. The water is thus stratified in the stratified storage according to its density.

Hier kommt nun der unterschiedlichen Höhe, in welcher die Ein- und Auslassoffnungen im ersten und zweiten Schichtenspeicher angeordnet sind, eine zentrale Bedeutung zu. Die unterschiedliche Hohe korrespondiert namlich in den Schichtenspeichern zu Wasserschichten mit unterschiedlichen Temperaturen. Liegt beispielsweise die Öffnung des ersten Schichtenspeichers hoher als die Öffnung des zweiten Schichtenspeichers, so kann aus dem ersten Schichtenspeicher zunächst warme Flussigkeit entnommen werden, welche durch die zu temperierende Einheit dann aufgewärmt wird und mit einer etwas höheren Temperatur in den zweiten Schichtenspeicher eingeleitet wird. Durch die anfangs warme zu temperierende Einheit fließt also anfangs warme Flussigkeit, so dass der Temperaturunterschied zur zu temperierenden Einheit gering ist. Die Temperatur der entnommen Flussigkeit muss allerdings etwas unter der Temperatur der zu temperierenden Einheit liegen. Mit zunehmender Abkühlung der Einheit wird kühlere Flüssigkeit aus tiefer liegenden Schichten des ersten Speichers durch die Einheit in den zweiten Schichtenspeicher geleitet. In den zweiten Schichtenspeicher fließt also durch eine tief angeordnete Öffnung zunachst warme Flussigkeit und anschließend kältere Flussigkeit. Dadurch kann die Flussigkeit einer bestimmten Temperatur dem Schichtenspeicher zugefuhrt werden, ohne dass sie im Speicher die Schichten anderer Temperaturen durchfließen muss. Die kältere Flüssigkeit wird durch die in tiefer Hohe angeordnete Öffnung unter die wärmere Flüssigkeit geschichtet. Dadurch liegt die Flüssigkeit auch im zweiten Schichtenspeicher entsprechend ihrer Temperatur geschichtet vor.Here now comes the different height, in which the inlet and outlet openings are arranged in the first and second layer memory, a central importance. The different height corresponds namely in the stratified storage to water layers with different temperatures. If, for example, the opening of the first layer store is higher than the opening of the second store, warm liquid can first be taken from the first store, which is then warmed up by the unit to be tempered and introduced into the second store with a slightly higher temperature. By initially warm to be tempered unit initially flows warm Liquid, so that the temperature difference to be tempered unit is low. However, the temperature of the withdrawn liquid must be slightly below the temperature of the unit to be tempered. As the unit cools, cooler fluid from lower layers of the first reservoir is directed through the unit into the second layer reservoir. In the second stratified storage tank, therefore, warm fluid flows through a deeply arranged opening, followed by colder liquid. Thereby, the liquid of a certain temperature can be supplied to the stratified storage without having to flow through the layers of other temperatures in the storage. The colder liquid is layered under the warmer liquid through the opening at a lower level. As a result, the liquid is also stratified in the second layer store according to its temperature.

Wird das Wasser in dieser Vorrichtung aus dem zweiten Schichtenspeicher in den ersten Schichtenspeicher geleitet, so wird dem zweiten Schichtenspeicher zunachst eine Flüssigkeit mit einer relativ geringen Temperatur entnommen, die nur etwas über der Temperatur der zu temperierenden Einheit liegt. Diese wird dann von der zu temperierenden Einheit bei deren Aufheizung abgekuhlt und dann mit einer etwas geringeren Temperatur dem ersten Schichtenspeicher in einer höheren Höhe zugeführt wird. Auch hier wird analog zum oben beschriebenen Fall die Flussigkeit im ersten Speicher geschichtet, ohne dass zugeleitete Flüssigkeit Schichten anderer Temperatur durchsteigen muss. Die jeweils warmere Flüssigkeit wird hier auf die kälteren Schichten geschichtet.If the water in this device is conducted from the second stratified storage into the first stratified storage, then the second stratified storage is initially taken off a liquid having a relatively low temperature which is only slightly above the temperature of the unit to be tempered. This is then cooled by the unit to be tempered when they are heated and then fed at a slightly lower temperature to the first layer storage at a higher altitude. Again, the liquid is layered in the first memory, analogously to the case described above, without having to pass through liquid layers of another temperature. The hotter liquid is layered on the colder layers.

Die Situation ist analog, wenn die Öffnung des ersten Schichtenspeichers tiefer angeordnet ist, als die Öffnung des zweiten Schichtenspeichers.The situation is analogous if the opening of the first layer memory is arranged lower than the opening of the second layer memory.

Fur den Fall, dass die Schichtenspeicher einen unterschiedlichen horizontalen Querschnitt haben, ist es sinnvoll, die Höhe der Öffnung durch dasjenige Volumen festzulegen, welches sich in dem Schichtenspeicher unterhalb der Öffnung befindet. Die Öffnung des ersten Schichtenspeichers ist dann in einer ersten Hohe angeordnet, unterhalb derer ein Teilvolumen des ersten Schichtenspeichers vorliegt, und die Öffnung des zweiten Schichtenspeichers in einer zweiten Hohe angeordnet ist, unterhalb derer ein Teilvolumen des zweiten Schichtenspeichers vorliegt, welches kleiner ist als das Teilvolumen des ersten Schichtenspeichers unterhalb der ersten Öffnung. Ist die horizontale Querschnittsfläche eines Schichtenspeichers großer als jene des anderen, so liegen die Temperaturen in diesem Schichtenspeicher enger geschichtet vor als im anderen Schichtenspeicher. Der Abstand zweier Schichten mit einer gegebenen Temperaturdifferenz ist im enger geschichteten Fall also kleiner als im zweiten Schichtenspeicher.In the event that the stratified storage have a different horizontal cross-section, it makes sense to set the height of the opening by that volume, which is located in the stratified storage below the opening. The opening of the first layer memory is then arranged at a first height, below which there is a partial volume of the first layer memory, and the opening of the second layer memory is arranged at a second height, below which there is a partial volume of the second layer memory, which is smaller than the partial volume the first layer memory below the first opening. If the horizontal cross-sectional area of one layer store is greater than that of the other, then the temperatures in this store are more closely layered than in the other store. The distance of two layers with a given temperature difference is thus smaller in the narrow layered case than in the second layer memory.

Es ist bevorzugt, dass die Öffnung zum Zufuhren und Ableiten der Flussigkeit des ersten Behalters an oder nahe seiner Flüssigkeitsfüllhohe oder seiner hochsten Stelle angeordnet ist. Ist der Schichtenspeicher also derart ausgestaltet, dass sich beim Ablassen der Flüssigkeit ein luftgefulltes Volumen oberhalb des Flussigkeitsspiegels, also der Flussigkeitsfullhohe, bildet, so ist die Öffnung vorzugsweise an oder nahe der Flüssigkeitsfüllhöhe angeordnet. Ist andererseits der Speicher so ausgebildet, dass sein Volumen immer vollstandig mit Flüssigkeit gefullt ist, das Volumenaber veränderbar ist, so ist es bevorzugt, dass die genannte Öffnung an oder nahe der höchsten Stelle dieses Schichtenspeichers angeordnet ist. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der Boden und/oder die Oberseite der Behalter mit der Befüllung und Leerung steigen und sinken, der Boden kann hierbei als oder wie ein Kolben ausgebildet sein. Alternativ kann die Öffnung zur Zuführung und Ableitung in einem Schwimmer unterbracht sein und so immer oben schwimmen.It is preferred that the opening for supplying and discharging the liquid of the first container is arranged at or near its liquid filling level or its highest point. If the stratified storage tank is designed in such a way that an air-filled volume forms above the liquid level, ie the liquid-filled height, when the liquid is discharged, the opening is preferably arranged at or near the liquid filling level. If, on the other hand, the reservoir is designed such that its volume is always completely filled with liquid, but the volume can be changed, it is preferred that said opening is arranged at or near the highest point of this layer reservoir. This can be achieved by the fact that the bottom and / or the top of the container with the filling and emptying rise and fall, the floor can be designed here as or as a piston. Alternatively, the opening for supply and discharge can be placed in a float and so always float above.

Entsprechend ist es außerdem bevorzugt, dass die Öffnung zum Zufuhren und Ableiten der Flussigkeit des zweiten Schichtenspeichers an oder nahe dessen tiefster Stelle angeordnet ist. Beispielsweise kann also die Öffnung des ersten Schichtenspeichers in dessen Oberseite angeordnet sein und die Öffnung des zweiten Schichtenspeichers in dessen Unterseite. Ebenso moglich ist aber auch die Anordnung der entsprechenden Öffnungen in den Seitenwänden.Accordingly, it is also preferable that the opening for supplying and discharging the liquid of the second stratified storage is located at or near the lowest point thereof. For example, therefore, the opening of the first layer memory can be arranged in its upper side and the opening of the second layer memory in its underside. But equally possible is the arrangement of the corresponding openings in the side walls.

Der Transport der Flüssigkeit zwischen den Schichtenspeichern und durch das oder die zu temperierenden Einheiten erfolgt vorzugsweise über Pumpen. Die Pumpe kann dabei an beliebiger Position im Kreislauf angeordnet sein. So ist es beispielsweise auch möglich, dass die Pumpe im Wärmequellen- und Wärmesenkenkreis angeordnet ist und nicht speziell nur für den Warmeruckgewinnungsprozess verwendet wird.The transport of the liquid between the stratified storage tanks and through the unit (s) to be tempered is preferably effected by means of pumps. The pump can be arranged at any position in the circuit. For example, it is also possible for the pump to be located in the heat source and heat sink circuit and not specifically used only for the heat recovery process.

Eine weitere bevorzugte Variante sieht vor, dass die Vorrichtung an der Trennschicht einen Kolben aufweist. Dieser Kolben kann dann beispielsweise uber einen Antrieb gesteuert werden, um einen Transport der Flussigkeit zu ermöglichen. In dieser Weise ist es dann z. B. auch möglich, dass mehrere zu temperierende Einheiten und mehrere Schichtspeicher parallel geschaltet sind, wobei dann die Kolben der einzelnen Schichtspeicher über einen gemeinsamen Antrieb synchron angetrieben werden konnen. Dies hat den Vorteil, dass beim gleichzeitigen Umschalten mehrerer zu temperierender Einheiten, z. B. eines abzukühlenden und eines zu erwärmenden Adsorbers, nur ein Antrieb benötigt wird, der alle Trennschichten der verschiedenen Kolben durch geeignete mechanische Kopplung betreibt.A further preferred variant provides that the device has a piston on the separating layer. This piston can then be controlled via a drive, for example, in order to enable transport of the liquid. In this way it is then z. B. also possible that several units to be tempered and a plurality of stratified storage are connected in parallel, in which case the pistons of the individual stratified storage can be driven synchronously via a common drive. This has the advantage that when simultaneously switching several units to be tempered, z. B. a cooled and adsorber to be heated, only one drive is needed, the all separating layers of the different pistons by suitable mechanical coupling operates.

Somit ist das Verfahren nicht nur zur Wärmeruckgewinnung geeignet, sondern kann auch zum Antrieb der Warmetragerflussigkeit genutzt werden.Thus, the method is not only suitable for heat recovery, but can also be used to drive the Wärmeetragerflussigkeit.

Vorzugsweise weist die Temperierungsvorrichtung außerdem zumindest eine Heizvorrichtung zum Heizen der Flussigkeit auf und/oder eine Kuhlvorrichtung zum Kuhlen der Flüssigkeit. Diese Heiz- und/oder Kuhlvorrichtungen können beispielsweise an einer Flussigkeitsleitung, durch welche die Flüssigkeiten zwischen den Schichtenspeichern und den zu temperierenden Einheiten geleitet wird, angeordnet sein.The tempering device preferably also has at least one heating device for heating the liquid and / or a cooling device for cooling the liquid. These heating and / or cooling devices can be arranged, for example, on a fluid line, through which the fluids are conducted between the stratified reservoirs and the units to be temperature-controlled.

Die beiden Schichtenspeicher konnen auf verschiedene Weise ausgestaltet sein. So ist es moglich, dass der erste und der zweite Schichtenspeicher jeweils ein Behälter mit jeweils einer Unter- und einer Oberseite sind. Die Öffnung des ersten Behalters ist in diesem Falle vorzugsweise an dessen Oberseite angeordnet und die Öffnung des zweiten Behalters an dessen Unterseite. Die Öffnungen können aber auch in geeigneten Hohen an den Seitenwanden zwischen der Ober- und der Unterseite angeordnet sein.The two layer memories can be designed in different ways. Thus, it is possible that the first and the second layer storage are each a container, each having a lower and a top. The opening of the first container is preferably arranged in this case on the upper side and the opening of the second Behalters on the underside thereof. The openings may also be arranged at appropriate heights on the side walls between the top and bottom.

Alternativ hierzu können die beiden Schichtenspeicher aber auch in einem Gehäuse angeordnet sein. Hier ist es z. B. möglich, das Gehäuse durch eine bewegliche Trennschicht oder Trennwand in zwei Teilvolumina zu unterteilen. Das eine Teilvolumen entspricht dann dem ersten Schichtenspeicher und das andere Teilvolumen entspricht dem zweiten Schichtenspeicher. Wird nun die Trennwand oder Trennschicht verschoben, so vergroßert sich das eine Teilvolumen und damit der eine Schichtenspeicher, während sich das andere Teilvolumen und somit der andere Schichtenspeicher verkleinert. In diesem Falle wird also die Flussigkeit aus dem sich verkleinernden Schichtenspeicher über die zu temperierende Einheit in den sich vergrößernden Schichtenspeicher gepumpt.Alternatively, the two layer memory but can also be arranged in a housing. Here it is z. B. possible to divide the housing by a movable separation layer or partition in two sub-volumes. The one subvolume then corresponds to the first stratified storage and the other subvolume corresponds to the second stratified storage. If now the dividing wall or separation layer is displaced, then the one part volume and therefore the one stratified storage increases, while the other part volume and thus the other stratified storage decreases. In this case, therefore, the liquid from the decreasing stratified storage is pumped via the unit to be tempered into the increasing stratified storage.

Bevorzugt ist hierbei, dass die Trennschicht eben ist und horizontal angeordnet ist. Die Schichtenspeicher, die als Teilvolumen eines Gesamtvolumens ausgebildet sind, liegen hierbei dann übereinander und die Trennwand oder die Trennschicht ist in vertikaler Richtung beweglich. Es ist bevorzugt, dass die Trennschicht oder Trennwand flussigkeitsundurchlassig ist und besonders bevorzugt, dass sie thermisch isolierend ist.It is preferred here that the separating layer is flat and is arranged horizontally. The stratified storage devices, which are designed as a partial volume of a total volume, are in this case then one above the other and the dividing wall or the separating layer is movable in the vertical direction. It is preferred that the separation layer or partition be fluid-impermeable, and more preferably that it be thermally insulating.

Wie bereits beschrieben, kann die oben beschriebene Vorrichtung z. B. in einer Warmepumpe oder in einer Kaltemaschine zur Anwendung kommen.As already described, the device described above z. B. in a heat pump or in a cold machine for use.

Im Folgenden soll die vorliegende Erfindung anhand eines Beispiels näher erläutert werden. Es zeigtIn the following, the present invention will be explained in more detail by means of an example. It shows

1 zwei Schichtenspeicher, die durch eine Trennwand getrennt in einem gemeinsamen Volumen angeordnet sind, beim Vorgang der Erwarmung eines Adsorbers, 1 two stratified storage tanks, which are separated by a partition wall in a common volume, in the process of heating an adsorber,

2 eine Vorrichtung gemaß 1 beim Vorgang der Abkuhlung eines Adsorbers. 2 a device according to 1 during the process of cooling down an adsorber.

1 zeigt eine Temperierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Hierbei ist ein Behälter 7 in einen ersten Schichtenspeicher 1 und einen zweiten Schichtenspeicher 2 durch eine bewegliche Trennwand 3 unterteilt. Die gezeigte Vorrichtung weist außerdem eine zu temperierende Einheit 4, hier einen Adsorber 4, auf. Der Adsorber 4 ist mit dem ersten Schichtenspeicher 1 durch eine Leitung 6 verbunden, wahrend er mit dem zweiten Schichtenspeicher 2 uber die Leitung 5 verbunden ist. Die Anlage befindet sich in 1 im Zustand zum Anfang einer Erwärmung des Adsorbers. Der Schichtenspeicher 1 ist fast vollstandig entleert, wahrend der Großteil der Flüssigkeit im Schichtenspeicher vorliegt. Die Flüssigkeit ist hierbei mit von unten nach oben ansteigender Temperatur horizontal geschichtet. Wird nun die Trennschicht 3 nach unten bewegt, so verkleinert sich das Volumen des Schichtenspeichers 2, wahrend sich das Volumen des Schichtenspeichers 1 vergroßert. Hierdurch wird die Flussigkeit im Schichtenspeicher 2 aus diesem herausgedruckt und durch den Adsorber 4 hindurch in den Schichtenspeicher 1 geleitet. Da die Schichten mit der geringsten Temperatur im Schichtenspeicher 2 zu unterst liegen, wird zunachst die Flüssigkeit mit der geringsten Temperatur durch den zunächst noch kuhlen Adsorber geleitet. Mit zunehmender Verkleinerung des zweiten Teilvolumens 2 werden zunehmend Flussigkeitsschichten mit hoherer Temperatur durch den Adsorber 4 geleitet, so dass dieser sich nach und nach erwarmt. Wenn der Adsorber also kalt ist, wird relativ kuhle Flüssigkeit durch ihn hindurch geleitet, wenn er wärmer ist, wird warmere Flüssigkeit durch ihn hindurchgeleitet. Dadurch ist die Temperaturdifferenz zwischen dem Adsorber 4 und der durch ihn hindurchgeleiteten Flüssigkeit stets gering, jedoch so groß, dass eine Temperaturänderung des Adsorbers 3 bewirkt wird, also Warme von der Flüssigkeit in den Adsorber fließt. 1 shows a tempering device according to the present invention. Here is a container 7 in a first layer memory 1 and a second layer memory 2 through a movable partition 3 divided. The device shown also has a unit to be tempered 4 , here an adsorber 4 , on. The adsorber 4 is with the first layer memory 1 through a pipe 6 while he is using the second layer store 2 over the line 5 connected is. The facility is located in 1 in the state to the beginning of heating of the adsorber. The stratified storage 1 is almost completely emptied, while the majority of the liquid is present in the stratified storage. The liquid is layered horizontally with increasing temperature from bottom to top. Will now be the separation layer 3 moved down, so the volume of the stratified storage decreases 2 while the volume of the layer memory 1 vergroßert. As a result, the liquid in the stratified storage 2 out of this and through the adsorber 4 through into the stratified storage 1 directed. Because the layers with the lowest temperature in the stratified storage 2 At the bottom, the liquid with the lowest temperature is first passed through the initially cool adsorber. With increasing reduction of the second partial volume 2 are increasingly Flussigkeitsschichten with higher temperature through the adsorber 4 guided, so that it warms up gradually. Thus, when the adsorber is cold, relatively cool liquid is passed through it, when warmer, warmer liquid is passed through it. This is the temperature difference between the adsorber 4 and the liquid passed through it always small, but so large that a temperature change of the adsorber 3 is effected, so that heat from the liquid flows into the adsorber.

2 zeigt die in 1 gezeigte Vorrichtung im Anfangszustand der Kühlung des Adsorbers. Der größte Teil der Flussigkeit befindet sich im Teilvolumen 1, wahrend das Teilvolumen 2 fast vollständig entleert ist. Im Schichtenspeicher 1 liegt die Flussigkeit wiederum entsprechend ihrer Temperatur geschichtet vor, wobei wiederum die Flussigkeit hoherer Temperatur hoher angeordnet ist als die Flussigkeit geringerer Temperatur. Wird nun die Trennwand 3 nach oben verschoben, so wird Flussigkeit aus dem Teilvolumen 1 hinausgeschoben und durch die Leitung 6 durch den Adsorber 4 geleitet. Da warme Flüssigkeitsschichten zu oberst angeordnet sind, wird zunachst warme Flussigkeit aus den Schichtenspeicher 1 in den Adsorber geleitet und mit zunehmender Hohe der Trennschicht 3 auch zunehmend kühlere Flussigkeitsschichten durch den Adsorber 4 geleitet. Dieser kühlt sich dadurch ab, wobei die Temperaturdifferenz zwischen dem Adsorber und der durch ihn geleiteten Flüssigkeit jeweils gering ist, jedoch so groß, dass eine Temperaturanderung des Adsorbers 3 bewirkt wird, also Wärme vom Adsorber in die Flussigkeit fließt. 2 shows the in 1 shown device in the initial state of cooling of the adsorber. Most of the liquid is in the partial volume 1 while the subvolume 2 almost completely emptied. In the stratified storage 1 In turn, the liquid is stratified according to its temperature, whereby the liquid of higher temperature is again arranged higher than the liquid of lower temperature. Will now be the partition 3 shifted up, so liquid is from the partial volume 1 pushed out and through the line 6 through the adsorber 4 directed. Since warm liquid layers are arranged at the top, warm fluid initially flows out of the stratified storage 1 directed into the adsorber and with increasing height of the separation layer 3 also increasingly cooler Flussigkeitsschichten through the adsorber 4 directed. This cools thereby, wherein the temperature difference between the adsorber and the liquid passed through it is low, but so large that a temperature change of the adsorber 3 is effected, ie heat from the adsorber flows into the liquid.

Die in 1 und 2 gezeigten Prozesse können stets abwechselnd durchgefuhrt werden, wenn der Adsorber mit einer geringen Temperaturdifferenz aufgeheizt und abgekühlt werden soll.In the 1 and 2 shown processes can always be carried out alternately, if the adsorber with a small temperature difference to be heated and cooled.

Claims

Tempering device with at least one unit to be tempered ( 4 ), a liquid, a first stratified storage ( 1 ) for receiving the liquid and a second, from the first stratified storage ( 1 ) liquid impermeable separated, stratified storage ( 2 ) for receiving the liquid, wherein the liquid from the first ( 1 ) in the second ( 2 ) and the second ( 2 ) in the first ( 1 ) Stratified storage tank is transportable so that it is the unit to be tempered ( 4 ) in such a way that a heat exchange between the liquid and the unit to be tempered ( 4 ), and wherein the first layer memory ( 1 ) an opening for supplying and discharging the liquid at a first height relative to the lowest point of the first layer memory ( 1 ) and the second layer memory ( 2 ) an opening for supplying and discharging the liquid at a second height different from the first height relative to the lowest point of the second stratified storage ( 2 ), and wherein the liquid in the first ( 1 ) and / or second ( 2 ) Layered layer according to their temperature with rising from bottom to top temperature, characterized in that the unit to be tempered ( 4 ) an adsorber ( 4 ) is a heat pump or cold machine.

Tempering device according to the preceding claim, characterized in that the opening for supplying and discharging the liquid is arranged at a first height, below which a partial volume of the first layer store ( 1 ), and wherein the opening for supplying and discharging the liquid of the second layer memory ( 2 ) is arranged at a second height, below which a partial volume of the second layer memory ( 2 ), which is smaller than the partial volume of the first layer memory ( 1 ), or below which there is no partial volume.

Tempering device according to one of the two preceding claims, characterized in that the opening for the supply and discharge of the liquid of the first layer memory ( 1 ) is arranged at or near its liquid filling height or its highest point and that the opening for the supply and discharge of the liquid of the second stratified storage ( 2 ) is located at or near its lowest point.

Tempering device according to one of the preceding claims, characterized in that the opening of the first layer memory ( 1 ) with the unit to be tempered via a first fluid line ( 6 ) and that the opening of the second layer memory ( 2 ) with the unit to be tempered via a second fluid line ( 5 ) connected is.

Temperature control device according to one of the preceding claims, characterized in that the first ( 6 ) and / or second ( 5 ) Flussigkeitsleitung has at least one pump.

Temperature control device according to one of the preceding claims, characterized in that the first ( 6 ) and / or the second ( 5 ) Liquid line has a heating device for heating the liquid and / or a cooling device for cooling the liquid.

Temperature control device according to one of the preceding claims, characterized in that the first ( 1 ) and the second ( 2 ) Stratified storage are respectively a first and a second container, each having a bottom and a top, and that the opening of the first container for supplying and discharging the liquid is arranged at the top thereof and that the opening of the second container for supplying and discharging the liquid whose bottom is arranged.

Tempering device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the first ( 1 ) and the second ( 2 ) Stratified storage areas of a container ( 7 ), which are separated by a movable separating layer ( 3 ) are separated from each other.

Tempering device according to the preceding claim, characterized in that the separating layer ( 3 ) is plane, is arranged horizontally and is movable in the vertical direction.

Temperature control device according to one of the two preceding claims, characterized in that the separating layer ( 3 ) is warm insulating.

Tempering device according to one of the preceding claims, characterized in that the tempering additionally comprises a pump for the transport of the liquid.

Tempering device according to one of claims 8 to 11, characterized in that at the separating layer ( 3 ) A piston is arranged.

Tempering device according to claim 12, characterized in that a plurality of units to be tempered ( 4 ) and multiple stratified storage ( 7 ) are connected in parallel and the pistons of the stratified storage are driven synchronously via a common drive.

Tempering device according to one of the preceding claims, characterized in that the liquid contains or consists of water.

Method for tempering a heat adsorber, wherein a liquid for cooling a unit to be tempered ( 4 ) from a first layer memory ( 1 ) at or near its highest point or its liquid filling level through the unit to be tempered ( 4 ) into a second layer memory ( 2 ) is conducted at or near its lowest point, and / or a liquid for heating the unit to be tempered ( 4 ) from the second layer memory ( 2 ) at or near its lowest point through the unit to be tempered ( 4 ) in the first layer memory ( 1 ) is conducted at or near its highest point or its liquid filling level, characterized in that the unit to be tempered is an adsorber ( 4 ) is a heat pump or chiller.

Method according to the preceding claim, characterized in that the first ( 1 ) and the second ( 2 ) Stratified storage areas of a container ( 7 ), which are separated by a movable separating layer ( 3 ) are liquid-impermeably separated from each other and that the liquid is passed from one to the other layer memory by the release layer ( 3 ) is moved.

Method according to one of the two preceding claims, characterized in that a tempering device according to one of claims 1 to 14 is used.

Use of a tempering device according to one of claims 1 to 14 for the temperature control of at least one adsorber ( 4 ) a heat pump or a cold machine.

Heat pump with an adsorber ( 4 ) and a tempering device according to one of claims 1 to 14 with which the adsorber ( 4 ) is temperature controlled.

Cold machine with an adsorber ( 4 ) and a tempering device according to one of claims 1 to 14 with which the adsorber ( 4 ) is temperature controlled.