DE102008023662A1

DE102008023662A1 - heat pump

Info

Publication number: DE102008023662A1
Application number: DE102008023662A
Authority: DE
Inventors: Roland Burk
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2007-06-14
Filing date: 2008-05-15
Publication date: 2008-12-18
Also published as: EP2015006A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpe mit Hohlkörpern (1), die jeweils mindestens eine erste Zone (4) und mindestens eine zweite Zone (5) umfassen, zwischen denen ein Arbeitsmittel reversibel verlagerbar ist, wobei ein Gleichgewicht des Zusammenwirkens des Arbeitsmittels mit jeder der Zonen (4, 5) von thermodynamischen Zustandsgrößen abhängt. Um den Wirkungsgrad einer Wärmepumpe zu verbessern, weisen die Hohlkörper (1) jeweils eine erste Wirkfläche (6) mit der ersten Zone (4) auf, die einer zweiten Wirkfläche (7) mit der zweiten Zone (5) gegenüberliegt.The invention relates to a heat pump with hollow bodies (1), each comprising at least a first zone (4) and at least one second zone (5), between which a working medium is reversibly displaceable, wherein a balance of the interaction of the working medium with each of the zones (4). 4, 5) depends on thermodynamic state variables. In order to improve the efficiency of a heat pump, the hollow bodies (1) each have a first active surface (6) with the first zone (4) facing a second active surface (7) with the second zone (5).

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpe mit Hohlkörpern, die jeweils mindestens eine erste Zone und mindestens eine zweite Zone umfassen, zwischen denen ein Arbeitsmittel reversibel verlagerbar ist, wobei ein Gleichgewicht des Zusammenwirkens des Arbeitsmittels mit jeder der Zonen von thermodynamischen Zustandsgrößen abhängt.The Invention relates to a heat pump with hollow bodies, the at least one first zone and at least one second Include zone between which a working medium is reversibly displaceable, being a balance of interaction of the working fluid with each of the zones of thermodynamic state variables depends.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2006 028 372 A1 ist ein Wärmeübertrager, insbesondere ein Sorptions-Reaktions- und/oder Wärmerohr mit einer Vielzahl von Fasern bekannt, wobei eine Mehrzahl der Fasern mit ihrem einen Ende an oder in der Wand angebracht sind. Das andere Ende der Fasern ist beabstandet von der Wandoberfläche angeordnet. Der Wärmeübertrager umfasst eine Verdampfungszone, die versetzt zu einer Adsorptionszone angeordnet ist.From the German patent application DE 10 2006 028 372 A1 is a heat exchanger, in particular a sorption reaction and / or heat pipe with a plurality of fibers known, wherein a plurality of fibers are attached with one end to or in the wall. The other end of the fibers is spaced from the wall surface. The heat exchanger comprises an evaporation zone, which is arranged offset to an adsorption zone.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Wirkungsgrad einer Wärmepumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu verbessern.task The invention is the efficiency of a heat pump to improve according to the preamble of claim 1.

Die Aufgabe ist bei einer Wärmepumpe mit Hohlkörpern, die jeweils mindestens eine erste Zone und mindestens eine zweite Zone umfassen, zwischen denen ein Arbeitsmittel reversibel verlagerbar ist, wobei ein Gleichgewicht des Zusammenwirkens des Arbeitsmittels mit jeder der Zonen von thermodynamischen Zustandsgrößen abhängt, dadurch gelöst, dass die Hohlkörper jeweils eine erste Wirkfläche mit der ersten Zone aufweisen, die einer zweiten Wirkfläche mit der zweiten Zone gegenüberliegt. Die direkt gegenüberliegenden Wirkflächen sind nur durch einen schmalen Spalt voneinander getrennt. Das hat den Vorteil, dass sich bei einem Nutzungsprozess der Wärmepumpe gleichzeitig ablaufende Prozesse der Adsorption und Verdampfung sowie die bei einem Regenerationsprozess der Wärmepumpe gleichzeitig ablaufende Prozesse der Desorption und Kondensation in direkter Nachbarschaft abspielen, wodurch hohe Strömungsgeschwindigkeiten, Druckverluste und eventuelle Mitrisseffekte von flüssigen Arbeitsmittelanteilen minimiert werden.The Task is with a heat pump with hollow bodies, the at least one first zone and at least one second Include zone between which a working medium is reversibly displaceable, being a balance of interaction of the working fluid with each of the zones of thermodynamic state variables depends, solved by the fact that the hollow body each having a first effective area with the first zone, which is opposite to a second active surface with the second zone. The directly opposite active surfaces are only separated by a narrow gap. That has that Advantage that in a utilization process of the heat pump simultaneous processes of adsorption and evaporation as well as during a regeneration process of the heat pump at the same time ongoing processes of desorption and condensation in direct Play neighborhood, resulting in high flow velocities, Pressure losses and possible entrainment effects of liquid work equipment be minimized.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wärmepumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkflächen eben und im Wesentlichen rechteckig sind. Die Wirkflächen sind vorzugsweise parallel zueinander angeordnet und deckungsgleich voneinander beabstandet.One preferred embodiment of the heat pump is characterized in that the active surfaces even and are substantially rectangular. The active surfaces are preferably arranged parallel to each other and congruent spaced from each other.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wärmepumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Wirkflächen ein im Wesentlichen quaderförmiger Hohlraum angeordnet ist. Vorzugsweise ist der quaderförmige Hohlraum an seinem Umfang vollständig geschlossen.One Another preferred embodiment of the heat pump is characterized in that between the two active surfaces arranged a substantially cuboidal cavity is. Preferably, the cuboid cavity is at its Scope completely closed.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wärmepumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkörper als geschlossene Rohre oder Platten mit einem im Wesentlichen quaderförmigen Hohlraum ausgeführt sind. In dem quaderförmigen Hohlraum ist das Arbeitsmittel zwischen den gegenüberliegenden Wirkflächen verlagerbar.One Another preferred embodiment of the heat pump Is characterized in that the hollow body as a closed Tubes or plates with a substantially cuboidal cavity are executed. In the cuboid cavity is the working medium between the opposing active surfaces displaced.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wärmepumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkörper gleich ausgeführt sind. Dadurch wird die Herstellung der Hohlkörper vereinfacht.One Another preferred embodiment of the heat pump is characterized in that the hollow body is the same are executed. This will produce the hollow body simplified.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wärmepumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei Hohlkörper spiegelsymmetrisch an entgegengesetzten Wärmeübergangsflächen von Fluiddurchtrittsbereichen angeordnet sind. Die Fluiddurchtrittsbereiche sind jeweils zwischen zwei spiegelsymmetrisch verdrehten Hohlkörpern angeordnet.One Another preferred embodiment of the heat pump is characterized in that in each case two hollow bodies mirror symmetry at opposite heat transfer surfaces are arranged by fluid passage areas. The fluid passage areas are each between two mirror-symmetrically twisted hollow bodies arranged.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wärmepumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Hohlkörpern abwechselnd Durchtrittsbereiche erster Art zur Durchströmung mit einem ersten Fluid zum Wärmeaustausch mit den ersten Zonen und Durchtrittsbereiche zweiter Art zur Durchströmung mit einem zweiten Fluid zum Wärmeaustausch mit den zweiten Zonen angeordnet sind. Bei dem ersten Fluid handelt es sich zum Beispiel um ein Wasser-Glykol-Gemisch. Bei dem zweiten Fluid handelt es sich zum Beispiel um Luft. Die Durchtrittsbereiche werden zum Beispiel von Flachrohren gebildet.One Another preferred embodiment of the heat pump is characterized in that between two hollow bodies alternating passage areas of the first type to flow through with a first fluid for heat exchange with the first Zones and passage areas of the second type to flow through with a second fluid for heat exchange with the second Zones are arranged. The first fluid is the Example with a water-glycol mixture. The second fluid is For example, it's air. The passage areas become the Example of flat tubes formed.

In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel bilden die Wände der Hohlkörper gleichzeitig die Begrenzungsflächen der Durchtrittsbereiche erster und zweiter Art, die mit Stegen, Wellrippen, Turbulenzblechen beabstandet und oder seitlich verschlossen werden. Dies hat den Vorteil, dass der Wärmetransport zwischen den Hohlkörpern und den die Durchtrittsbereiche durchströmenden Fluide verbessert wird.In a further preferred embodiment form the Walls of the hollow body at the same time the boundary surfaces the passage areas of the first and second type, with webs, Corrugated ribs, turbulence plates spaced and or laterally closed become. This has the advantage that the heat transfer between the hollow bodies and the passage areas through which flows Fluide is improved.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wärmepumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüberliegenden Zonen eines Hohlkörpers thermisch voneinander entkoppelt sind. Dadurch werden Wärmeströme zwi schen unterschiedlich warmen gegenüberliegenden Zonen eines Hohlkörpers minimiert.One Another preferred embodiment of the heat pump is characterized in that the opposite Zones of a hollow body thermally decoupled from each other are. As a result, heat flows are different between rule warm opposite zones of a hollow body minimized.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wärmepumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkörper mit einer Stützstruktur ausgestattet sind. Die Stützstruktur dient dazu, Druckunterschiede gegenüber der Umgebung abzustützen.One Another preferred embodiment of the heat pump is characterized in that the hollow body with a Support structure are equipped. The support structure serves to support pressure differences from the environment.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wärmepumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass jeder Hohlkörper mindestens eine Adsorptions-/Desorptionszone und mindestens eine Verdampfungs-/Kondensationszone umfasst. Bei der Wärmepumpe handelt es sich insbesondere um eine Adsorptionswärmepumpe beziehungsweise eine Adsorptionskälteanlage.Another preferred embodiment The heat pump is characterized in that each hollow body comprises at least one adsorption / desorption zone and at least one evaporation / condensation zone. The heat pump is in particular an adsorption heat pump or an adsorption refrigeration system.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wärmepumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wirkfläche mit einer Adsorberstruktur versehen ist, welche die erste Zone bildet. Die Adsorberstruktur oder Adsorberschicht umfasst zum Beispiel Aktivkohle.One Another preferred embodiment of the heat pump is characterized in that the first active surface with an adsorber structure which forms the first zone. The adsorbent structure or adsorber layer comprises, for example, activated carbon.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wärmepumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Wirkfläche mit einer Kapillarstruktur versehen ist, welche die zweite Zone bildet. Die Kapillarstruktur dient dazu, kondensiertes Fluid aufzufangen und über die ganze Fläche verteilt im guten thermischen Wandkontakt zu halten.One Another preferred embodiment of the heat pump is characterized in that the second effective surface is provided with a capillary structure, which is the second zone forms. The capillary structure serves to trap condensed fluid and distributed over the whole area in good thermal To keep wall contact.

Unter einem Fluid im Sinne der Erfindung wird grundsätzlich jede fließfähige Substanz verstanden, insbesondere ein Gas, eine Flüssigkeit, ein Gemisch aus gasförmiger und flüssiger Phase oder ein Gemisch aus flüssiger und fester Phase (zum Beispiel flow-ice). Unter dem Zusammenwirken des Arbeitsmittels mit der ersten und der zweiten Zone wird jede Art einer thermodynamisch relevanten exothermen oder endothermen Umsetzung des Ar beitsmittels mit oder in der Zone verstanden, bei der insbesondere ein Wärmeaustausch zwischen der jeweiligen Zone und dem die Zone umströmenden Fluid stattfindet. Als konkretes Beispiel sei genannt, dass die erste Zone ein Adsorber-Desorber-Material enthalten kann, z. B. Zeolith, wobei das Arbeitsmittel Wasser sein kann, welches insbesondere in der zweiten Zone in Kapillar-Strukturen kondensierbar oder verdampfbar ist. Alternativ können in den Zonen zum Beispiel auch unterschiedliche Metalle vorliegen, wobei das Arbeitsmittel z. B. Wasserstoff ist, so dass unter Wärmeaufnahme und/oder Wärmeabgabe eine Bildung oder Auflösung von Metallhydriden in den Zonen stattfindet. Das Zusammenwirken des Arbeitsmittels mit den Zonen kann sowohl eine Physisorption als auch eine Chemisorption oder eine andere Art des Zusammenwirkens umfassen. Unter einem Hohlkörper oder Hohlelement im Sinne der Erfindung ist jedes Element zu verstehen, innerhalb dessen ein Transport des Arbeitsmittels möglich ist.Under A fluid in the sense of the invention is basically any understood flowable substance, in particular a gas, a liquid, a mixture of gaseous and liquid phase or a mixture of liquid and solid phase (for example, flow-ice). Under the collaboration the working medium with the first and the second zone will each Type of thermodynamically relevant exothermic or endothermic Implementation of the Ar beitsmittels understood with or in the zone, at in particular a heat exchange between the respective Zone and the fluid flowing around the zone takes place. When A concrete example is that the first zone is an adsorber-desorber material may contain, for. As zeolite, wherein the working fluid to be water which, in particular in the second zone in capillary structures is condensable or vaporizable. Alternatively, in the zones also have different metals, for example wherein the working fluid z. B. is hydrogen, so that under heat absorption and / or heat release a formation or dissolution of metal hydrides in the zones. The interaction the working medium with the zones can be both a physisorption as well as a chemisorption or other type of interaction include. Under a hollow body or hollow element in the sense The invention is understood to mean any element within which a transport of the working medium is possible.

Ein Beispiel für den Einsatz einer erfindungsgemäßen Wärmepumpe ist die Gebäudetechnik. Dort kann die mit einem Brenner erzeugte Heizleistung dazu benutzt werden, zusätzlich Umweltwärme auf ein für Heizzwecke nutzbares Temperaturniveau zu heben. Weiterhin kann die Wärmepumpe zum Beispiel in Verbindung mit einem Blockheizkraftwerk eingesetzt werden, um den Gesamtwirkungsgrad zu erhöhen. Im Winter kann die Wärmepumpe zum Beispiel zur effektiveren Nutzung des im Kühlmittel und/oder Abgas enthaltenen Wärmestroms zu Heizungszwecken eingesetzt werden, indem zusätzliche Wärme vom Außentemperaturniveau auf ein für die Heizung nutzbares Niveau gepumpt wird. Im Sommer kann die gleiche, eventuell leicht modifizierte oder auch nur anders eingestellte Anlage zur Kühlung des Gebäudes verwendet werden, indem ebenfalls der Abwärmestrom des Stromerzeugers zum Antrieb der Kühlung genutzt wird. Es kann sich aber auch um eine Nutzung von thermischer Solarenergie zur Kälteerzeugung mittels der Wärmepumpe handeln. Ebenso kann die erfindungsgemäße Wärmepumpe grundsätzlich auch wie in der DE 198 18 807 A1 beschrieben zur Klimatisierung von insbesondere Nutzfahrzeugen eingesetzt werden. Andere denkbare Anwendungen sind die Nutzung von Fernwärme im Sommer zur Kälteerzeugung beziehungsweise Klimatisierung oder die Abwärmenutzung von Industrie-Feuerungsanlagen zur Erzeugung von Klimatisierungs- oder Prozesskälte. Allgemein zeichnet sich eine erfindungsgemäße Wärmepumpe durch hochgradige Wartungsfreiheit und Zuverlässigkeit aus. Es besteht eine hohe Flexibilität bei der Auswahl des ersten und zweiten Fluids, die nicht gleich sein müssen und sich zum Beispiel für einen Sommereinsatz und einen Wintereinsatz unterscheiden können.An example of the use of a heat pump according to the invention is the building services. There, the heating power generated by a burner can be used to additionally raise environmental heat to a usable for heating temperature level. Furthermore, the heat pump can be used, for example, in conjunction with a combined heat and power plant to increase the overall efficiency. In winter, for example, the heat pump can be used for more effective use of the heat flow contained in the coolant and / or exhaust gas for heating purposes by pumping additional heat from the outdoor temperature level to a usable level for the heating. In the summer, the same, possibly slightly modified or even differently set, system can be used to cool the building by also using the waste heat flow of the generator to drive the cooling. It may also be a use of thermal solar energy for cooling by means of the heat pump. Likewise, the heat pump according to the invention can in principle also as in the DE 198 18 807 A1 described used for the air conditioning of particular commercial vehicles. Other conceivable applications are the use of district heating in the summer for cooling or air conditioning or the waste heat utilization of industrial combustion systems for generating air conditioning or process cooling. Generally, a heat pump according to the invention is characterized by high maintenance freedom and reliability. There is a high degree of flexibility in selecting the first and second fluids, which need not be the same and may differ, for example, for summer use and winter use.

In einer bevorzugten Ausführung der Wärmepumpe ist diese eine Adsorptions-Wärmepumpe, wobei das Arbeitsmittel in der ersten Zone adsorbierbar und desorbierbar ist und in der zweiten Zone verdampfbar und kondensierbar ist. In einer alternativen bevorzugten Ausführung ist das Arbeitsmittel zumindest in der ersten Zone reversibel chemisorbierbar. Es kann sich bei der Wärmepumpe auch um ein gemischtes Prinzip handeln, etwa in dem Sinne, dass einige Hohlelemente oder Hohlkörper nach dem Adsorber-Prinzip (Physisorption) arbeiten und andere Hohlelemente oder Hohlkörper eine Chemisorption aufweisen.In a preferred embodiment of the heat pump this one adsorption heat pump, the working fluid is adsorbable and desorbable in the first zone and in the second zone is evaporable and condensable. In an alternative preferred Execution is the work equipment at least in the first Zone reversibly chemisorbable. It can be with the heat pump also be a mixed principle, in the sense that some Hollow elements or hollow bodies according to the adsorber principle (Physisorption) work and other hollow elements or hollow bodies have a chemisorption.

In bevorzugter Weiterbildung einer erfindungsgemäßen Wärmepumpe weisen die Strömungswege eine erste Gruppe von zumindest zwei benachbarten Strömungswegen und eine zweite Gruppe von zumindest zwei benachbarten Strömungswegen auf, wobei die Strömungswege der ersten Gruppe sämtlich in einer ersten Richtung und die Strömungswege der zweiten Gruppe sämtlich in hierzu entgegengesetzter Richtung durchströmt werden. Hierdurch ist es ermöglicht, die einzelnen Strömungswege einer Gruppe unterschiedlichen Temperaturen des Fluids zuzuordnen, so dass ein Wärmeaustausch mit den Hohlelementen bei gegebener Baugröße beziehungsweise Kontaktfläche von Fluid und Hohlelement durch Anpassung an das dort vorliegende Temperaturprofil verbessert ist. Eine Verbesserung wird dabei so wohl durch die Gleichrichtung der Fluidströmung innerhalb einer Gruppe als auch durch die Entgegenrichtung der beiden Gruppen zueinander erzielt, wodurch der Umkehrung des Temperaturgangs bei Wärmeabgabe gegenüber Wärmeaufnahme Rechnung getragen wird.In a preferred embodiment of a heat pump according to the invention, the flow paths have a first group of at least two adjacent flow paths and a second group of at least two adjacent flow paths, wherein the flow paths of the first group all in a first direction and the flow paths of the second group all in this opposite direction be flowed through. This makes it possible to assign the individual flow paths of a group different temperatures of the fluid, so that a heat exchange with the hollow elements for a given size or contact surface of fluid and hollow element is improved by adapting to the temperature profile present there. An Ver Improvement is achieved so well by the rectification of the fluid flow within a group as well as by the opposing of the two groups to each other, whereby the reversal of the temperature response at heat transfer to heat absorption is taken into account.

In bevorzugter Ausgestaltung umfasst ein Plattenelement eine Anzahl von parallelen stirnseitig geschlossenen Flachrohren, wobei jedes der Flachrohre ein Hohlelement mit erster und zweiter Zone ausbildet. Dies ermöglicht eine kostengünstige Herstellung einer Wärmepumpe, wobei die Form der Flachrohre einem Wärmeaustausch bei gegebener Baugröße zugute kommt. Insbesondere vorteilhaft sind die Flachrohre hermetisch voneinander getrennt. Hierdurch wird es in besonderem Maße ermöglicht, dass unterschiedliche Hohlelemente oder Flachrohre des gleichen Plattenelements unterschiedliche Temperaturen und Drücke aufweisen, was bei geeigneter Stufung der Temperaturen in Verbindung mit geeigneter Flussrichtung des Fluids entlang der Plattenelemente zu einem wiederum verbesserten Wärmeaustausch bei gegebener Bauraumgröße führt.In In a preferred embodiment, a plate element comprises a number from parallel frontally closed flat tubes, each one the flat tubes forms a hollow element with first and second zones. This allows a cost-effective production a heat pump, wherein the shape of the flat tubes heat exchange benefits for a given size. Especially Advantageously, the flat tubes are hermetically separated from each other. This makes it possible in particular that different hollow elements or flat tubes of the same Plate element different temperatures and pressures which, given suitable gradation of temperatures in combination with suitable flow direction of the fluid along the plate elements for a once again improved heat exchange at given Installation space size leads.

Weiterhin bevorzugt ist zwischen zwei der Plattenelemente eine Hohlplatte angeordnet, deren Hohlraum einem der Durchtrittsbereiche zugeordnet ist, wobei die Hohlplatte in flächiger thermischer Verbindung, insbesondere Verlötung, mit den benachbarten Plattenelementen steht. Hierdurch ist ein modulartiger Aufbau eines Stapels aus Plattenelementen und Durchtrittsräumen auf einfache und kostengünstige Weise ermöglicht, wobei die Anzahl speziell gefertigter aufwendiger Bauteile gering gehalten wird. Besonders bevorzugt ist dabei zwischen zwei Plattenelementen eine Hohlplatte erster Art angeordnet, welche einen Durchtrittsbereich erster Art ausbildet und eine von der Hohlplatte erster Art im Wesentlichen thermisch getrennte Hohlplatte zweiter Art, welche einen Durchtrittsbereich zweiter Art ausbildet. Auf diese Weise wird unter weiterer Verwendung standardisierter Bauteile zugleich die Ausbildung einer thermischen Trennung zwischen den beiden Arten von Durchtrittsbereichen erreicht. Die Hohlplatten erster und zweiter Art müssen nicht notwendig die gleiche Dicke aufweisen, was durch entsprechende Ausformung der Plattenelemente beziehungsweise Hohlelemente kompensiert werden kann; so kann zum Beispiel die Hohlplatte erster Art für ein flüssiges Fluid und die Hohlplatte zweiter Art für ein gasförmiges Fluid angepasst dimensioniert sein.Farther between two of the plate elements is preferably a hollow plate arranged, whose cavity is associated with one of the passage areas, wherein the hollow plate in planar thermal connection, in particular soldering, with the adjacent plate elements stands. This is a modular construction of a stack of plate elements and passageways on easy and inexpensive Way, with the number of specially manufactured consuming components is kept low. Particularly preferred in this case between two plate elements a hollow plate of the first kind arranged, which forms a passage region of the first kind and one of the hollow plate of the first kind substantially thermally separate hollow plate of the second kind, which has a passage area of the second kind. In this way, with further use of standardized Components at the same time the formation of a thermal separation between reached the two types of passage areas. The hollow plates first and second kind do not necessarily have the same thickness have, which by appropriate shaping of the plate elements or hollow elements can be compensated; so can Example, the hollow plate of the first type for a liquid fluid and the hollow plate of the second kind for a gaseous Fluid adapted to be dimensioned.

Weiterhin bevorzugt sind zumindest zwei jeweils endseitig der Plattenelemente angeordnete und einer Verteilung des zweiten Fluids durch die Durchtrittsbereiche zweiter Art zugeordnete Verteilvorrichtungen mit jeweils einem feststehenden Hohlzylinder und einem in dem Hohlzylinder drehbaren Verteilereinsatz vorgesehen. Hierdurch wird eine hinsichtlich des Wärmeaustausches optimierte Verteilung des zweiten Fluids auf die Durchtrittsbereiche auf einfache Weise ermöglicht. Besonders bevorzugt weist dabei der Verteilereinsatz der Verteilvorrichtungen für das zweite Fluid Trennwände auf, die in zumindest einem der Zylinder zumindest drei separate wendelförmige Kammern abtrennen, wobei durch jede der Kammern ein zumindest einen Durchtrittsbereich zweiter Art umfassender Strömungsweg definiert ist. Hierdurch ist auch für den Wärmeaustausch des zweiten Fluids mit den zweiten Zonen eine Optimierung bei gegebenem Bauraum ermöglicht.Farther at least two are preferably each end of the plate elements arranged and a distribution of the second fluid through the passage areas second type associated distribution devices, each with a fixed Hollow cylinder and a rotatable in the hollow cylinder distributor insert intended. This will be one in terms of heat exchange optimized distribution of the second fluid to the passage areas in a simple way. Particularly preferred here the distributor insert of the distributors for the second Fluid partitions on in at least one of the cylinders separate at least three separate helical chambers, wherein through each of the chambers, at least one passage region second Type comprehensive flow path is defined. This is also for the heat exchange of the second fluid with the second zones an optimization in a given space allows.

In bevorzugter Ausführung weisen die insbesondere, aber nicht notwendig spiralig ausgeformten Trennwände Fahnen oder andere Verschlussmittel auf, mittels derer ein zeitweiser Verschluss zumindest eines Strömungsweges bewirkbar ist. Durch einen solchen zeitweisen Verschluss eines Strömungsweges hinsichtlich des Fluidaustausches kann je nach Ausbildung der Wärmepumpe die Effektivität eines Wärmeaustausches bei gegebener Baugröße weiterhin verbessert werden, indem Bypass-Strömungen verhindert werden.In preferred embodiment, the particular, but not necessary spirally formed partitions flags or other closure means, by means of which a temporary closure at least one flow path is effected. Through a such temporary closure of a flow path in terms The fluid exchange can vary depending on the design of the heat pump the effectiveness of a heat exchange at a given Frame size continues to be improved by bypassing flows be prevented.

In einer alternativen Ausführung kann zur Vermeidung von Bypasströmungen der Verteileinsatz schrittweise so bewegt werden, dass die die Zeitdauer, in der zwei Gruppen von Durchtrittsbereichen gleichzeitig geöffnet sind, relativ schnell überstrichen wird und der Verteileinsatz dann für eine gewisse Zeit in einer Position verharrt, in der nur eine Verbindung zu einer Gruppe von Durchtrittsbereichen besteht.In An alternative embodiment can be used to avoid Bypasströmungen the distribution insert is moved step by step so that the time, in the two groups of passage areas open simultaneously are covered relatively quickly and the distribution operation then stay in one position for a while, in the only one connection to a group of passage areas consists.

In einer bevorzugten Ausbildung einer Wärmepumpe weist der Verteilereinsatz einen Anschlussbereich mit radialen Durchbrechungen auf, wobei über die jeweils mit einer Kammer fluchtende Durchbrechung ein Fluidaustausch der Kammer erfolgt. Hierdurch ist ein einfacher Anschluss der wendelförmigen Kammer mit einer äußeren Fluidführung auch dann ermöglicht, wenn eine große Anzahl von separaten Kammern vorliegt. In besonders einfacher Ausbildung erfolgt dabei der Fluidaustausch mehrerer der wendelförmigen Kammern über eine entsprechende Anzahl der Durchbrechungen mit einem mehrteiligen Anschlussraum, der den Zylinder zumindest teilweise umfängt. Weiterhin bevorzugt ist ein Anschlussraum des ersten Zylinders mit einem Anschlussraum des zweiten Zylinders über eine Anzahl voneinander separierter Kanäle verbunden. Somit ist insgesamt eine besonders aufwendige Führung einer großen Anzahl von Strömungswegen mit einfachen und kostengünstigen Mitteln ermöglicht.In a preferred embodiment of a heat pump has the Distributor insert a connection area with radial openings on, wherein on each aligned with a chamber opening a fluid exchange of the chamber takes place. This is a simpler way Connection of the helical chamber with an outer Fluid management also allows, if a large Number of separate chambers is present. In a particularly simple training takes place while the fluid exchange of several of the helical Chambers over a corresponding number of openings with a multi-part terminal compartment, which at least the cylinder partially enclosed. Further preferred is a connection space of the first cylinder with a connection space of the second cylinder a number of separate channels connected. Consequently Overall, a particularly elaborate leadership of a large Number of flow paths with simple and inexpensive Means allowed.

Weiterhin bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass jeder der Verteilereinsätze zu den anderen Verteilereinsätzen synchronisiert antreibbar drehbar ist. Eine phasengerechte Synchronisierung der Drehbewegung der Verteilereinsätze ist allgemein für eine wirkungsvolle Funktion der Wärmepumpe erforderlich. Vorteilhafterweise sind die beiden Verteilereinsätze des ersten und die beiden Verteileinsätze des zweiten Fluids in ihrer Phasenlage jeweils so positioniert sind, dass sich die mit den Kammern kommunizierenden Strömungsbereiche decken. In bevorzugter Ausführung kann dabei eine Verteilvorrichtung des zweiten Fluids gegenüber einer Verteilvorrichtung des ersten Fluids bezüglich einer Phasenlage eines Verteilzyklus einstellbar veränderbar sein. Dies kann insbesondere über eine Phasenlage der Verteilereinsätze geschehen. Durch die Einstellbarkeit der Phasenlage ist eine weitere Optimierung der Wärmepumpenleistung ermöglicht. Allgemein kann eine Optimierung der Phasenlage in Abhängigkeit der mittleren Temperaturen der Fluide, der Art der Wirkungsweise der Hohlelemente und der Art des Arbeitsmittels, der Art der Fluide und weiterer Parameter der Wärmepumpe die Wirkungsweise verbessern.Further preferably, it may be provided that each of the distributor inserts is rotatably driven in rotation synchronized with the other distributor inserts. A phase-accurate synchronization of the rotation Movement of the distributor inserts is generally required for an effective function of the heat pump. Advantageously, the two distribution inserts of the first and the two distribution inserts of the second fluid are respectively positioned in their phase position so that the flow areas communicating with the chambers coincide. In a preferred embodiment, a distribution device of the second fluid relative to a distributor device of the first fluid can be variably changed with respect to a phase position of a distribution cycle. This can be done in particular via a phase position of the distributor inserts. The adjustability of the phase position allows further optimization of the heat pump performance. In general, optimization of the phase position as a function of the average temperatures of the fluids, the mode of operation of the hollow elements and the type of working fluid, the type of fluids and other parameters of the heat pump can improve the mode of action.

In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung sind die gewendelten oder wenigstens abschnittsweise geraden Kammersektoren ungleich über den gesamten Kreisumfang verteilt. Hierdurch wird erreicht, dass über einen Zyklus beziehungsweise eine Umdrehung des Verteileinsatzes eine veränderliche Anzahl von Durchtrittsbereichen mit der jeweiligen Kammer verbunden wird beziehungsweise der durch die Kammer definierte Strömungsweg eine veränderliche Breite hat, was im Einzelfall zu einer Optimierung der Wärmepumpenleistung bei gegebenem Bauraum führen kann.In a further advantageous embodiment, the coiled or at least sectionwise straight chamber sectors unequal over distributed throughout the circumference. This ensures that over one cycle or one revolution of the distribution insert a variable number of passage areas with the respective chamber is connected or by the chamber defined flow path a variable width has, which in the individual case to an optimization of the heat pump performance can lead in a given space.

Allgemein können mehrere hermetisch voneinander getrennte Hohlelemente oder Hohlkörper vorgesehen sein, wobei wenigstens zwei der Hohlelemente unterschiedliche Arbeitsmittel und/oder Sorptionsmittel aufweisen. Grundsätzlich ist eine erfindungsgemäße Wärmepumpe nicht auf einheitliche Stoffsysteme in jedem der Hohlelemente beschränkt.Generally can several hermetically separate hollow elements or hollow body may be provided, wherein at least two the hollow elements different work equipment and / or sorbents exhibit. Basically, an inventive Heat pump not on uniform material systems in each limited to the hollow elements.

Zur allgemeinen Verbesserung der thermischen Austauschleistungen ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Strömungswege des ersten Fluids im Vergleich zu den über identische Hohlelemente zugeordneten Strömungswegen des zweiten Fluids in entgegengesetzter Richtung durchströmt werden.to general improvement of thermal exchange performance is it is preferably provided that the flow paths of the first Fluids compared to the identical hollow elements associated flow paths of the second fluid in opposite Be flowed through the direction.

In einer ersten zweckmäßigen Bauweise ist es vorgesehen, dass die Trennwände des Verteilereinsatzes spiralig ausgeformt sind, und dass die abgetrennten Kammern wendelförmig sind.In a first convenient construction is provided that the partitions of the distributor insert formed spirally are, and that the separated chambers are helical.

In einer alternativen zweckmäßigen Ausführungsform verlaufen die Trennwände des Verteilereinsatzes im Wesentlichen gerade über die Länge des Verteilereinsatzes. Auf diese Weise sind die Verteilereinsätze einfach und kostengünstig herstellbar, insbesondere als zumindest abschnittsweise im Wesentlichen prismatische Körper. Diese können zum Beispiel als gegebenenfalls nachbearbeitete Strangpressprofile oder Spritzgussteile hergestellt werden. Zur einfachen Bereitstellung der mehreren Strömungswege weist der Hohlzylinder dabei eine Mehrzahl von Durchrechungen auf, wobei in axialer Richtung aufeinander folgende Durchbrechungen jeweils um einen Winkel versetzt zueinander angeordnet sind. Hierdurch ist in konstruktiv einfacher Weise eine zyklische Folge von Strömungswegen realisiert, die durch Drehen des geraden Verteilereinsatzes in Stapelrichtung der Hohlelemente wandern.In an alternative expedient embodiment The partitions of the distributor insert are essentially just over the length of the distributor insert. In this way, the distributor inserts are simple and inexpensive to produce, in particular as at least in sections essentially prismatic body. these can For example, as optionally reworked extruded profiles or injection molded parts are produced. For easy deployment the multiple flow paths, the hollow cylinder here a plurality of computations, wherein in the axial direction successive openings each offset by an angle are arranged to each other. This is structurally easier Way a cyclic sequence of flow paths realized, by turning the straight distributor insert in the stacking direction migrate the hollow elements.

Bei einer besonders geeigneten konstruktiven Detaillösung weist der den Verteilereinsatz umfangende Hohlzylinder dabei eine innere und eine äußere Wandung auf, wobei zwischen den beiden Wandungen mehrere axial nacheinander angeordnete Ringkammern ausgebildet sind. Hierdurch ist insbesondere ein einfacher Anschluss der Hohlzylinder an den Stapel aus Plattenelementen beziehungsweise Hohlelementen oder Hohlkörpern ermöglicht. Besonders bevorzugt sind dabei die Ringkammern als in axialer Richtung stapelbare Ringkammermodule ausgebildet. Hierdurch lässt sich durch Verwendung von Gleichteilen eine kostengünstig angepasste Herstellung von Hohlzylindern beziehungsweise Verteilvorrichtungen unterschiedlicher Länge beziehungsweise Wärmepumpen unterschiedlicher Größe erzielen.at a particularly suitable structural detail solution has the distributor insert circumferential hollow cylinder while an inner and an outer wall, wherein between the both walls a plurality of axially successively arranged annular chambers are formed. This is in particular a simple connection the hollow cylinder to the stack of plate elements or hollow elements or hollow bodies. Especially preferred In this case, the annular chambers are designed as stackable annular chamber modules in the axial direction. This can be achieved by using identical parts a cost-adapted production of hollow cylinders or distribution devices of different lengths or heat pumps of different sizes achieve.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Wärmepumpe ist zur Optimierung der Leistungsfähigkeit bei gegebenem Bauraum eine Verteileinrichtung für das zweite Fluid vorgesehen, wobei das zweite Fluid mittels der Verteilvorrichtung über mehrere Strömungswege durch die Durchtrittsbereiche zweiter Art geleitet wird. Besonders bevorzugt bildet. dabei einer der Strömungswege eine geschlossene und von den übrigen Strömungswegen des zweiten Fluids separierte Schleife aus. Der geschlossene Strömungsweg hat dabei vorteilhaft eine kleinere Breite in der Stapelrichtung als ein benachbarter Strömungsweg, wobei der geschlossene Strömungsweg insbesondere zur Zwischentemperaturverdampfung und/oder Zwischentemperaturkondensation geführt ist. Durch eine solche Führung des geschlossenen Strömungswegs wird eine innere thermische Kopplung einer Verdampfungs- und einer Kondensationszone der Wärmepumpe ausgebildet, wodurch insbesondere noch Wärmequellen mit tiefer liegenden Temperaturbereich genutzt werden können. In zweckmäßiger Detailgestaltung umfasst dabei der geschlossene Strömungsweg ein Pumpenglied zur Förderung des Fluids.at a further advantageous embodiment of the heat pump is to optimize performance at a given Construction space provided a distributor for the second fluid, wherein the second fluid by means of the distributor over several Flow paths through the passage areas of the second kind is directed. Particularly preferred forms. one of the flow paths a closed and from the other flow paths of the second fluid separated loop. The closed flow path has advantageously a smaller width in the stacking direction as an adjacent flow path, the closed one Flow path, in particular for intermediate temperature evaporation and / or intermediate temperature condensation is performed. By such a guide of the closed flow path becomes an internal thermal coupling of an evaporation and a condensation zone the heat pump formed, which in particular still heat sources can be used with lower temperature range. In functional detailing includes the closed flow path is a pump member for delivery of the fluid.

Diese Ausführungsform nutzt die Möglichkeit, nur mittels der Fluidsteuerung eine Art Kaskadenschaltung zu realisieren, entweder um die erforderliche Desorptionstemperatur abzusenken und/oder den Temperaturabstand zwischen minimaler Adsorptionstemperatur und Verdampfungstemperatur (Temperaturhub) zu vergrößern. Dies wird dadurch erreicht, dass in den Fluidverteilzylindern zur Fluidsteuerung der Phasenwechselzone zwischen den Verteilkammern für die Kondensation und für die Verdampfung Zwischenkammern vorgesehen werden, durch die ein zusätzlicher kleiner Kreislauf zirkuliert. Dadurch wird bewirkt, dass ein Wärmeübertrag von der Kondensations-Endphase auf die Verdampfungs-Endphase erfolgt, indem kaltes Fluid zur Kondensatorkühlung verwendet wird. Dies bewirkt eine Druckabsenkung am Ende der Desorptions-/Kondensationsphase wodurch eine Absenkung der zur vollständigen Desorption benötigten Temperatur bewirkt wird. Die damit verbundene Druckanhebung am Ende der Adsorptions- /Verdampfungsphase bewirkt eine Anhebung der benötigten Adsorptionstemperatur. Diese Effekte können auch zur Erhöhung der effektiv genutzten Beladungsbreite des eingesetzten Adsorptions beziehungsweise Reaktionsmittels dienen.This embodiment makes use of the possibility of realizing a kind of cascade connection only by means of the fluid control, either in order to lower the required desorption temperature and / or to increase the temperature difference between minimum adsorption temperature and evaporation temperature (temperature stroke). This is accomplished by providing intermediate chambers in the fluid distribution cylinders for fluid control of the phase change zone between the condensation and evaporative distribution chambers through which an additional small circuit circulates. This causes heat transfer from the final condensation phase to the final evaporation phase by using cold fluid for condenser cooling. This causes a pressure drop at the end of the desorption / condensation phase whereby a lowering of the temperature required for complete desorption is effected. The associated pressure increase at the end of the adsorption / evaporation phase causes an increase in the required adsorption temperature. These effects can also be used to increase the effectively used loading width of the adsorption or reaction agent used.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgend Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:Further Advantages and features of the invention will become apparent from the following Description in which referring to the drawing various Embodiments are described in detail. It demonstrate:

1 eine perspektivische Darstellung eines Hohlkörpers, der an einem Ende aufgeschnitten ist; 1 a perspective view of a hollow body which is cut at one end;

2 eine schematische Darstellung einer Wärmepumpe beziehungsweise einer Adsorptionswärmepumpe mit gegenüberliegenden aktiven Flächen gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel; 2 a schematic representation of a heat pump or an adsorption heat pump with opposite active surfaces according to a first embodiment;

3 eine schematische Darstellung einer Wärmepumpe beziehungsweise einer Adsorptionswärmepumpe mit einer Kreuzstromführung; 3 a schematic representation of a heat pump or an adsorption heat pump with a cross-flow guide;

4 eine schematische Darstellung einer Wärmepumpe beziehungsweise einer Adsorptionswärmepumpe mit gegenüberliegenden aktiven Flächen gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel im Schnitt; 4 a schematic representation of a heat pump or a Adsorptionswärmepumpe with opposite active surfaces according to a further embodiment in section;

5 die Adsorptionswärmepumpe aus 4 in einem um 90 Grad versetzten Schnitt und 5 the adsorption heat pump off 4 in a 90 degree offset section and

6 eine schematische Darstellung einer Wärmepumpe beziehungsweise einer Adsorptionswärmepumpe mit einer Gegenstromführung. 6 a schematic representation of a heat pump or an adsorption heat pump with a countercurrent flow.

Die Effizienz der Primärenergienutzung kann bekanntermaßen durch Kraft-Wärmekopplung gesteigert werden. Die Durchsetzung dieser Technik wird jedoch dadurch behindert, dass in den meisten Einsatzgebieten in den warmen Sommermonaten zu wenig Wärmeabnehmer vorhanden sind. Da die alleinige Erzeugung von Strom zu unrentabel ist, lohnt sich diese Technik daher nur bei Objekten mit ganzjährigem Wärmebedarf, zum Beispiel Krankenhäuser, Sportstätten, Schwimmbäder usw. Andererseits steigt der Bedarf zur Raumklimatisierung weltweit stark an, was die Stromnetze an heißen Tagen bis an die Belastungsgrenze bringt.The Efficiency of primary energy use can be known be increased by combined heat and power. The enforcement However, this technique is hampered by the fact that in most applications in the warm summer months too few heat consumers available are. Since the sole generation of electricity is too unprofitable, worthwhile This technique therefore only for objects with year-round heat demand, for example, hospitals, sports facilities, swimming pools etc. On the other hand, the demand for room air conditioning is increasing worldwide on what the power grids on hot days to the load limit brings.

Interessant werden daher Konzepte, die das Stromnetz im Sommer entlasten, indem sie kostengünstige solar erzeugte Wärme oder Abwärme von Blockheizkraftwerken oder sonstige industrielle Wärmequellen zu Kühl- oder Klimatisierungszwecken nutzen.Interesting Therefore, concepts that relieve the power grid in the summer will They use low-cost solar-generated heat or waste heat from combined heat and power plants or other industrial heat sources use for cooling or air conditioning purposes.

Auch zur Beheizung von Häusern im Winter ist eine reine Verfeuerung fossiler Primärenergieträger ohne gleichzeitige Nutzung des Exergieinhaltes zukünftig kaum mehr verantwortbar. Es sind also auch neue Heizsysteme gefragt, die entweder regenerative Energien, zum Beispiel thermische Solarenergie, nutzen oder zunehmend auch den Exergieinhalt der wertvoller werdenden Brennstoffe ausnutzen. Beispiele dafür sind die bereits genannten Blockheizkraftwerke oder Wärmepumpen, die zusätzliche Umweltwärme auf ein für Heizzwecke ausreichendes Temperaturniveau heben. Zur letztgenannten Klasse von Systemen gehören auch thermisch angetriebene Wärmepumpen.Also for heating houses in winter is a pure burning fossil primary energy source without simultaneous Use of exergy content in the future hardly responsible. So there are also new heating systems in demand, either regenerative Energy, for example, solar thermal energy, use or increasingly also exploit the exergy content of the fuels that become more valuable. Examples include the aforementioned combined heat and power plants or heat pumps, the additional environmental heat to a sufficient temperature for heating purposes. The latter class of systems also include thermal driven heat pumps.

Neben den bekannten elektrisch oder verbrennungsmotorisch angetriebenen Kompressions-Wärmepumpen beziehungsweise Kälteanlagen sind auch so genannte thermisch angetriebene Systeme wie Absorptions- und Adsorpti ons-Wärmepumpen beziehungsweise Kälteanlagen und Dampfstrahl-Kälteanlagen bekannt.Next the known electrically or combustion engine driven Compression heat pumps or refrigeration systems are also called thermally driven systems such as absorption and Adsorpti ons heat pumps or refrigeration systems and steam jet refrigeration systems known.

Die vorliegende Anmeldung bezieht sich konkret auf eine Adsorptionswärmepumpe beziehungsweise -Kälteanlage entsprechend der deutschen Patentanmeldung DE 10 2006 059 504.1 . Die dort vorgeschlagene und beschriebene Vorrichtung basiert auf so genannten Sorptionsrohren beziehungsweise Sorptionsplatten, die mindestens eine Adsorptions-/Desorptionszone und eine Verdampfungs-/Kondensationszone umfassen. Die Funktion und eine mögliche interne Ausstattung solcher Sorptionsrohre oder Platten ist zum Beispiel in der DE 10 2006 028 372 A1 beschrieben.The present application relates concretely to an adsorption heat pump or refrigeration system according to the German patent application DE 10 2006 059 504.1 , The device proposed and described there is based on so-called sorption tubes or sorption plates which comprise at least one adsorption / desorption zone and one evaporation / condensation zone. The function and possible internal equipment of such sorption tubes or plates is for example in DE 10 2006 028 372 A1 described.

Der Wärmepumpprozess wird dadurch erzeugt, dass der in den Sorptionsrohren ablaufende Nutz- und Regenerationsprozess mit den gleichzeitig ablaufenden Teilprozessen Adsorption und Verdampfung beziehungsweise Desorptions und Kondensation zwar bei gleichen Drücken jedoch unterschiedlichen Temperaturen ablaufen. Durch periodisch wechselnde Anbindung einer Mehrzahl derartiger Sorptions- oder Reaktionsrohre an geeignete Wärmequellen und Wärmesenken kann ein quasikontinuierlicher Wärmepumpprozess erzeugt werden.The heat pumping process is produced by the fact that the useful and regenerating process taking place in the sorption tubes, with the simultaneously occurring partial processes of adsorption and evaporation or desorption and condensation, do indeed run at the same pressures but different temperatures. By periodically changing connection of a plurality of such Sorption or reaction tubes to suitable heat sources and heat sinks, a quasi-continuous heat pumping process can be generated.

Bei diesen oder ähnlich intern ausgestatteten Sorptions- oder Reaktionsrohren kann das Problem auftreten, dass bereits geringe Fremdgasanteile die Kinetik des Nutz- und Regenerationsprozesses spürbar verschlechtern, weil sie die Ausbildung einer reinen Dampfströmung von Arbeitsmittel und die antreibenden Sorptionsprozesse behindern und/oder stofftransportbehindernde Schichten aus Inertgas unmittelbar vor den Grenzflächen zu den Adsorberstrukturen aufbauen.at this or similar internally equipped sorption or Reaction tubes may experience the problem that already low Foreign gas components, the kinetics of the useful and regeneration process noticeable worsen because they are training a pure steam flow of work equipment and impede the driving sorption processes and / or transport inhibiting layers of inert gas directly build up before the interfaces to the adsorber structures.

Weiterhin kann das Problem auftreten, dass eine hohe Dampfgeschwindigkeit an der Oberfläche des mittels Kapillarstruktur gehaltenen Flüssigkeits films feinste Flüssigkeitströpfchen mit sich in die Sorptionszone reißt. Mitgerissene Flüssigkeitsanteile können die Wärmepump-Leistung derartiger Rohre oder Platten signifikant verschlechtern.Farther The problem may occur that a high steam speed on the surface of the capillary structure Liquid films finest liquid droplets with itself into the sorption zone. Entrained fluids can the heat pump performance of such pipes or plates significantly deteriorate.

Die Erfindung lehrt den Einsatz von flächigen Hohlkörpern, insbesondere Sorptionsrohren oder -platten, bei denen die Adsorberbeschichtung für den Adsorptions-/Desorptionsprozess und die Kapillarstruktur für den Verdampfungs-/Kondensationsprozess an im Wesentlichen gegenüberliegenden Flächen angeordnet sind. Die beim Nutzprozess gleichzeitig ablaufenden Prozesse der Adsorption und Verdampfung sowie die beim Regenerationsprozess gleichzeitig ablaufende Desorption und Kondensation spielen sich also in direkter nur über einen Spalt getrennter Nachbarschaft ab.The Invention teaches the use of laminar hollow bodies, in particular sorption tubes or plates, in which the adsorber coating for the adsorption / desorption process and the capillary structure for the evaporation / condensation process at substantially are arranged opposite surfaces. The simultaneous processes of adsorption during the utilization process and evaporation as well as the regeneration process at the same time Expiring desorption and condensation thus play in direct only over a gap separated neighborhood.

In 1 ist ein Hohlkörper 1 perspektivisch und an einem Ende aufgeschnitten dargestellt. Der Hohlkörper 1 wird von einem geschlossenen Flachrohr gebildet, das innen hohl ist und auch als Platte oder Plattenelement bezeichnet wird. In dem Hohlkörper 1 ist eine erste Zone 4 und eine zweite. Zone 5 vorgesehen. Die erste Zone 4 ist an einer ersten Wirkfläche 6 im Inneren des Flachrohrs 2 vorgesehen. Die zweite Zone 5 ist an einer zweiten Wirkfläche 7 im Inneren des Flachrohrs 2 vorgesehen. An der ersten Wirkfläche 6 ist eine Adsorberstruktur 8 angebracht. Bei der Adsorberstruktur 8 handelt es sich zum Beispiel um Aktivkohle. An der zweiten Wirkfläche 7 ist eine Kapillarstruktur 9 angebracht. Gemäß einem wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die beiden Zonen 4, 5 unmittelbar gegenüberliegend angeordnet und nur durch einen Hohlraum 10 voneinander getrennt. Der Hohlraum 10 hat im Wesentlichen die Gestalt eines Quaders.In 1 is a hollow body 1 shown in perspective and cut open at one end. The hollow body 1 is formed by a closed flat tube, which is hollow inside and is also referred to as a plate or plate element. In the hollow body 1 is a first zone 4 and a second. Zone 5 intended. The first zone 4 is at a first effective area 6 inside the flat tube 2 intended. The second zone 5 is on a second effective surface 7 inside the flat tube 2 intended. At the first effective area 6 is an adsorber structure 8th appropriate. In the adsorber structure 8th For example, it is activated carbon. At the second effective surface 7 is a capillary structure 9 appropriate. According to an essential aspect of the present invention, the two zones are 4 . 5 arranged directly opposite each other and only through a cavity 10 separated from each other. The cavity 10 has essentially the shape of a cuboid.

Das Flachrohr 2 ist vorzugsweise aus zwei spiegelsymmetrisch aufgebauten Schalen gebildet, die miteinander rundum durch Fügeverbindungen 11 bis 13 gasdicht verbunden und mit einem Arbeitsmittel gefüllt sind. Um die Wärmeflüsse von der sorbensbeschichteten wärmeren Zone 4 zu der kühle ren Zone 5 und der Kapillarstruktur 9 zu minimieren, sind die gegenüberliegenden Wirkflächen 6, 7 mit geeigneten Maßnahmen thermisch entkoppelt. Weiterhin kann der Hohlkörper Stützmittel aufweisen, um Differenzdrücke zum Umgebungsdruck abzufangen. Auch diese Stützmittel besitzen vorzugsweise eine sehr geringe Wärmleitfähigkeit.The flat tube 2 is preferably formed from two mirror-symmetrically constructed shells, which all around by joining joints 11 to 13 connected gas-tight and filled with a working fluid. To control the heat flows from the sorbent-coated warmer zone 4 to the cool ren zone 5 and the capillary structure 9 to minimize, are the opposite active surfaces 6 . 7 thermally decoupled with suitable measures. Furthermore, the hollow body may have support means to intercept differential pressures to the ambient pressure. These proppants also preferably have a very low thermal conductivity.

Die Ausführung der Hohlkörper 1, die auch als Sorptionsplatten oder Sorptionsrohre bezeichnet werden, erfordert einen modifizierten Aufbau eines Plattenstapels aus Sorptionsrohren und zweierlei Flüidführungsrohren zur Einbeziehungsweise Ausleitung der Wärmeströme für die Sorptionsprozesse, Adsorption/Desoprtion, einerseits und die Phasenwechselprozesse, Verdampfung/Kondensation, andererseits.The execution of the hollow body 1 , which are also referred to as sorption or sorption, requires a modified structure of a plate stack of sorption and two-Flüidführungsrohren Einsein way to dissipate the heat flows for the sorption, adsorption / desorption, on the one hand and the phase change processes, evaporation / condensation, on the other.

In 2 sind vier Hohlkörper 15, 16, 17, 18, die genauso ausgeführt sind, wie der in 1 dargestellte Hohlkörper 1, übereinander gestapelt dargestellt. Die adsorberbeschichtete Plattenseite steht jeweils mit einer ersten Kategorie von Fluidführungsplatten oder Fluidführungsrohren 21, 22, 23 thermisch in Kontakt. Die Fluidführungsplatten 21 bis 23 der ersten Kategorie dienen zur Abfuhr beziehungsweise Zufuhr der Adsorptions- beziehungsweise Desorptionswärmen. Durch Pfeile 24 bis 26 sind Wärmeträgerströme für die Adsorption/Desorption angedeutet.In 2 are four hollow bodies 15 . 16 . 17 . 18 that are the same as the one in 1 illustrated hollow body 1 , stacked on top of each other. The adsorber-coated plate side is in each case with a first category of fluid guide plates or fluid guide tubes 21 . 22 . 23 thermally in contact. The fluid guide plates 21 to 23 The first category is used to remove or supply the adsorption or desorption heat. By arrows 24 to 26 Heat transfer streams for adsorption / desorption are indicated.

Die Seiten der Hohlkörper 15 bis 18 mit der Kapillarstruktur (7 in 1) stehen jeweils mit einer zweiten Kategorie von Fluidführungsplatten 27, 28 thermisch in Kontakt. Die Fluidführungsplatten 27, 28 dienen zur Abfuhr beziehungsweise Zufuhr der Kondensations- beziehungsweise Verdampfungswärmen. Die Durchströmung der Fluidführungsplatten 27, 28 erfolgt im Kreuzstrom, also senkrecht zur Durchströmung der Fluidführungsplatten 21 bis 23, was durch die Bezugszeichen 31 und 32 angedeutet ist. Das Fluidmanagement zur Zu- und Abfuhr der Sorptionswärmen und der Wärme für die Phasenwechsel erfolgt analog der deutschen Patentanmeldung DE 10 2006 059 504.1 der gleichen Anmelderin. Die Fluidverteilung auf die einzelnen Fluidführungplatten ist hier nicht dargestellt.The sides of the hollow body 15 to 18 with the capillary structure ( 7 in 1 ) each have a second category of fluid guide plates 27 . 28 thermally in contact. The fluid guide plates 27 . 28 serve for removal or supply of condensation or evaporation heat. The flow through the fluid guide plates 27 . 28 takes place in cross-flow, that is perpendicular to the flow through the fluid guide plates 21 to 23 what by the reference numbers 31 and 32 is indicated. The fluid management for the supply and removal of the sorption heat and the heat for the phase change is analogous to the German patent application DE 10 2006 059 504.1 the same applicant. The fluid distribution to the individual fluid guide plates is not shown here.

In 3 ist eine Adsorptionswärmepumpe mit den Fluidstrom begrenzenden Wänden 41 schematisch dargestellt. Die Adsorptionswärmepumpe 40 ist mit Fluidverteilzylindern 42, 43 und 44, 45 ausgestattet. Die Fluidverteilzylinder 42, 43 steuern die Strömung eines flüssigen Wärmeträgers durch Fluidführungsrohre erster Art und sind zu diesem Zweck mit jeweils zwölf Teilkammern zur Führung des flüssigen Wärmeträgers auf unterschiedlichen Temperaturstufen ausgestattet. Der Verlauf der Strömung des Flüssigwärmeträgers zur Zu- und Abfuhr der Adsorptions- und Desorptionswärmen ist durch Pfeile 46 bis 48 angedeutet. Dabei deuten die Pfeile 46 und 47 eine Strömungsführung an. Der Pfeil 48 deutet eine Umlenkung der Fluidströmung an.In 3 is an adsorption heat pump with the fluid flow limiting walls 41 shown schematically. The adsorption heat pump 40 is with Fluidverteilzylindern 42 . 43 and 44 . 45 fitted. The Fluidverteilzylinder 42 . 43 control the flow of a liquid heat carrier through fluid guide tubes of the first type and are equipped for this purpose with twelve sub-chambers for guiding the liquid heat carrier at different temperature levels. The course of the flow of Liquid heat carrier for the supply and removal of the adsorption and Desorptionswärmen is indicated by arrows 46 to 48 indicated. The arrows indicate 46 and 47 a flow guide. The arrow 48 indicates a deflection of the fluid flow.

In der deutschen Patentanmeldung DE 10 2006 059 504.1 ist beschrieben, wie die Teilkammern der Fluidverteilvorrichtungen 42, 43, die auch als Verteilzylinder bezeichnet werden, zur Darstellung einer internen Wärmeübertragung mit einem Rückkühler und einer Wärmequelle ausgeführt und verschaltet sein müssen, so dass durch langsame Drehung ein Temperaturprofil durch einen im Inneren des Gehäuses 41 angeordneten Plattenstapel bewegt werden kann. Mit der beschriebenen Methode kann eine phasenversetzte Zyklierung aller Sorptionsreaktoren mit einer quasikontinuierlichen Kälteerzeugung realisiert werden.In the German patent application DE 10 2006 059 504.1 is described as the sub-chambers of Fluidverteilvorrichtungen 42 . 43 , which are also referred to as distribution, have to be designed and interconnected to represent an internal heat transfer with a recooler and a heat source, so that by slowly rotating a temperature profile through one inside the housing 41 arranged plate stack can be moved. With the method described a phase-shifted cycling of all sorption reactors can be realized with a quasi-continuous refrigeration.

Die Fluidverteilvorrichtungen 44, 45 sind jeweils nur mit zwei Teilkammern ausgestattet und steuern einen flüssigen oder gasförmigen Wärmeübertrager, wie zum Beispiel Wasser oder Luft, zur Zu- beziehungsweise Abfuhr der Verdampfungs- beziehungsweise Kondensationswärmen. Durch einen Pfeil 49 ist der zugehörige Fluidstrom angedeutet. Bei der Adsorptionswärme pumpe 40 sind die Fluidströme erster Kategorie 46, 47 und zweiter Kategorie 49 im Kreuzgegenstrom geschaltet.The fluid distribution devices 44 . 45 are each equipped with only two sub-chambers and control a liquid or gaseous heat exchanger, such as water or air, for the supply or removal of the evaporation or condensation heat. By an arrow 49 the associated fluid flow is indicated. At the adsorption heat pump 40 are the fluid streams of the first category 46 . 47 and second category 49 switched in cross countercurrent.

In den 4 und 5 ist eine Adsorptionswärmepumpe 50 mit gegenüberliegenden aktiven Flächen gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel in verschiedenen Schnittansichten dargestellt. Die Adsorptionswärmepumpe 50 umfasst ein Gehäuse beziehungsweise den Fluidstrom begrenzende Wände 51, in dem eine Vielzahl von Hohlkörpern 52 bis 55 übereinander gestapelt sind. Dabei sind die Hohlkörper 52 bis 55 so angeordnet, dass die Seiten der Hohlkörper mit der Adsorberstruktur thermisch in Kontakt mit Fluidführungsrohren 61 bis 63 stehen. Die zugehörigen Fluidströmungen sind in 5 durch Pfeile angedeutet. Die Fluidverteilung erfolgt mit Fluidverteilvorrichtungen 64, 65, die jeweils eine Ringkammer und eine gerade Verteilerwalze mit einem Sternprofil umfassen, das in sechs Kammern unterteilt ist. Derartige Fluidverteilvorrichtungen sind in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2006 059 504.1 beschrieben. Die Fluidführungsrohre 61 bis 63 sind jeweils an einem Ende mit einer Umlenkung 68, 67, 66 ausgestattet. Die Seiten der Hohlkörper 52 bis 55 mit der Kapillarstruktur stehen thermisch in Kontakt mit. Fluidführungsrohren 71, 72.In the 4 and 5 is an adsorption heat pump 50 represented with opposite active surfaces according to a further embodiment in various sectional views. The adsorption heat pump 50 comprises a housing or walls bounding the fluid flow 51 in which a variety of hollow bodies 52 to 55 stacked on top of each other. Here are the hollow body 52 to 55 arranged so that the sides of the hollow body with the adsorber structure in thermal contact with fluid guide tubes 61 to 63 stand. The associated fluid flows are in 5 indicated by arrows. The fluid distribution takes place with fluid distribution devices 64 . 65 each comprising an annular chamber and a straight distributor roller with a star profile, which is divided into six chambers. Such Fluidverteilvorrichtungen are in the German patent application DE 10 2006 059 504.1 described. The fluid guide tubes 61 to 63 are each at one end with a diversion 68 . 67 . 66 fitted. The sides of the hollow body 52 to 55 with the capillary structure are in thermal contact with. Fluid guide tubes 71 . 72 ,

In 6 ist eine Adsorptionswärmepumpe 80 mit gegenüberliegenden aktiven Flächen schematisch dargestellt. Die Adsorptionswärmepumpe 80 ist mit zwei Fluidverteilvorrichtungen 81, 82 ausgestattet, die dazu dienen, einen flüssigen Wärmeträger zur Abfuhr beziehungsweise Zufuhr der Kondensations- beziehungsweise Verdampfungswärmen in zugehörigen Fluidführungsplatten zu verteilen. Die Strömung des Fluids ist durch einen Pfeil 83 angedeutet. Die Adsorptionswärmepumpe 80 umfasst des Weiteren zwei Fluidvorteilvorrichtungen 84, 85 zur Verteilung eines Fluids zur Abfuhr/Zufuhr der Adsorptions- beziehungsweise Desorptionswärmen in zugehörigen Fluidführungsrohren oder Fluidführungsplatten. Die Fluidströmung zwischen den Fluidverteilvorrichtungen 84, 85 ist durch einen Pfeil 86 angedeutet. Die Fluidströmungen 83, 86 sind im Gegenstrom geschaltet. Der Aufbau und die Funktion der Fluidverteilvorrichtungen 81, 82 und 84, 85 sind in der DE 10 2006 028 372 A1 beschrieben.In 6 is an adsorption heat pump 80 shown schematically with opposite active surfaces. The adsorption heat pump 80 is with two fluid distribution devices 81 . 82 equipped, which serve to distribute a liquid heat carrier for removal or supply of condensation or evaporation heat in associated fluid guide plates. The flow of the fluid is indicated by an arrow 83 indicated. The adsorption heat pump 80 further comprises two fluid advantage devices 84 . 85 for distributing a fluid for removal / supply of adsorption or Desorptionswärmen in associated fluid guide tubes or fluid guide plates. The fluid flow between the fluid distribution devices 84 . 85 is by an arrow 86 indicated. The fluid flows 83 . 86 are connected in countercurrent. The structure and function of Fluidverteilvorrichtungen 81 . 82 and 84 . 85 are in the DE 10 2006 028 372 A1 described.

Der anhand von verschiedenen Ausführungsbeispielen beschriebene Aufbau einer Adsorptions-Wärmepumpe mit gegenüberliegenden aktiven Flächen liefert unter anderem die folgenden Vorteile: Die Dampftransportwege zwischen Adsorbens- und Kapillarstruktur sind sehr kurz und druckverlustarm. Sie sind dadurch auch weniger empfindlich gegenüber Fremdgasanteilen. Die Strömungsrichtung des Arbeitsmitteldampfs ist senkrecht zu den aktiven Flächen bei deutlich reduzierter Dampfgeschwindigkeit, wodurch die Gefahr einer Übertragung von Flüssiganteilen von der Kapillarstruktur in die Adsorberstruktur hinein deutlich verringert wird. Das mit reinem Arbeitsmitteldampf gefüllte Volumen ist deutlich geringer, was den COP der Anlage erhöht. Durch den geringeren Einfluss von Fremdgasanteilen kommen auch Stoffsysteme in Frage, deren Arbeitsmittel einen sehr geringen Dampfdruck aufweisen, zum Beispiel Wasser. Durch den größeren Abstand zwischen zwei Fluidführungsplatten der gleichen Kategorie können die Durchtrittsöffnungen von den Fluidverteilzylindern in die Fluidführungsplatten größer und damit druckverlustärmer ausgeführt werden. Oder es können umgekehrt die Durchmesser der Fluidverteilzylinder bei gleichem Strömungsdurchtritt reduziert werden, was zu einer Material- und Kosteneinsparung führt.Of the described with reference to various embodiments Construction of an adsorption heat pump with opposite Active surfaces provides the following advantages, among others: The Steam transport paths between adsorbent and capillary structure are very short and low pressure loss. They are therefore less sensitive against foreign gas shares. The flow direction of the working medium vapor is perpendicular to the active surfaces at significantly reduced steam speed, reducing the risk a transfer of liquid parts of the Capillary structure in the adsorber structure significantly reduced becomes. The volume filled with pure working fluid vapor is significantly lower, which increases the COP of the plant. By the lower influence of foreign gas fractions also comes from material systems in question, whose working fluid has a very low vapor pressure, for example water. Due to the greater distance between two fluid guide plates of the same category the passage openings of the Fluidverteilzylindern in the fluid guide plates larger and thus low pressure loss running. Or conversely, the diameters of the Fluidverteilzylinder be reduced at the same flow passage, which leads to a material and cost savings.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 102006028372 A1 [0002, 0047, 0061]
- DE 19818807 A1 [0018]
- DE 102006059504 [0047, 0056, 0058, 0060]

Claims

Heat pump with hollow bodies ( 1 ; 15 - 18 ; 52 - 55 ), each having at least one first zone ( 4 ) and at least one second zone ( 5 ) between which a working medium is reversibly displaceable, wherein a balance of the interaction of the working medium with each of the zones ( 4 . 5 ) depends on thermodynamic state variables, characterized in that the hollow bodies ( 1 ; 15 - 18 ; 52 - 55 ) each have a first effective area ( 6 ) with the first zone ( 4 ) having a second active surface ( 7 ) with the second zone ( 5 ) is opposite.

Heat pump according to claim 1, characterized in that the active surfaces ( 6 . 7 ) are flat and substantially rectangular.

Heat pump according to one of the preceding claims, characterized in that between the two active surfaces ( 6 . 7 ) a substantially cuboidal cavity ( 10 ) is arranged.

Heat pump according to one of the preceding claims, characterized in that the hollow bodies ( 1 ; 15 - 18 ; 52 - 55 ) as closed tubes ( 2 ) or plates are designed with a substantially cuboidal cavity.

Heat pump according to one of the preceding claims, characterized in that the hollow bodies ( 1 ; 15 - 18 ; 52 - 55 ) are executed the same.

Heat pump according to one of the preceding claims, characterized in that two hollow bodies ( 15 . 16 ; 16 . 17 ; 17 . 18 ) are arranged mirror-symmetrically on opposite heat transfer surfaces of fluid passage areas.

Heat pump according to one of the preceding claims, characterized in that between two hollow bodies ( 15 . 16 ; 16 . 17 ; 17 . 18 ) are arranged alternately passage areas of the first type to flow through with a first fluid for heat exchange with the first zones and passage areas of the second type to flow through with a second fluid for heat exchange with the second zones.

Heat pump according to one of the preceding claims, characterized in that the opposing zones ( 4 . 5 ) of a hollow body ( 1 ) are thermally decoupled from each other.

Heat pump according to one of the preceding claims, characterized in that the hollow bodies ( 15 . 16 ; 16 . 17 ; 17 . 18 ) are equipped with a support structure.

Heat pump according to one of the preceding claims, characterized in that each hollow body ( 15 . 16 ; 16 . 17 ; 17 . 18 ) comprises at least one adsorption / desorption zone and at least one evaporation / condensation zone.

Heat pump according to one of the preceding claims, characterized in that the first active surface ( 6 ) with an adsorber structure ( 8th ), which the first zone ( 4 ).

Heat pump according to one of the preceding claims, characterized in that the second active surface ( 7 ) with a capillary structure ( 9 ), which the second zone ( 5 ).