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Die Erfindung betrifft ein Rotationsventil für eine Adsorptionswärmepumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner eine Adsorptionswärmepumpe mit einem solchen Rotationsventil.
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Als Wärmepumpe wird jede Maschine verstanden, die unter Aufwendung mechanischer oder thermischer Energie aus einem Reservoir mit niedrigerer Temperatur – beispielsweise der Umgebung – thermische Energie aufnimmt und zusammen mit der Antriebsenergie als Nutzwärme auf ein zu beheizendes System mit höherer Temperatur – etwa zum Zwecke der Raumheizung – überträgt. Diese Übertragung erfolgt im Wege der Umkehrung eines aus dem Stand der Technik bekannten Wärme-Kraft-Prozesses, bei welchem Wärmeenergie mit hoher Temperatur aufgenommen, teilweise in mechanische Nutzarbeit umgewandelt und die Restenergie bei niedrigerer Temperatur als Abwärme – typischerweise an die Umgebung – abgeführt wird. Das Prinzip der Wärmepumpe kann, beispielsweise im Falle eines herkömmlichen Kühlschranks, auch zum Kühlen verwendet werden. Beim Kühlprozess ist die Nutzenergie die dabei aus dem zu kühlenden Raum aufgenommene Wärme, die zusammen mit der Antriebsenergie als Abwärme an die Umgebung abgeführt wird. Der Begriff der Wärmepumpe wird im vorliegenden Zusammenhang daher in einem weiteren Wortsinn verwendet und soll nicht lediglich ein auf dem beschriebenen Prinzip basierendes Heizaggregat, sondern ebenso eine entsprechende Kältemaschine umfassen.
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Wärmepumpen werden in der Regel mit Fluiden betrieben, die bei niedrigem Druck unter Wärmezufuhr verdampfen und nach der Verdichtung auf einen höheren Druck unter Wärmeabgabe wieder kondensieren. Der Druck wird dabei so gewählt, dass die Temperaturen des Phasenübergangs einen für die Wärmeübertragung ausreichenden Abstand zu den Temperaturen von Wärmequelle und Wärmesenke haben. Je nach verwendetem Fluid liegt dieser Druck in unterschiedlichen Bereichen. Aus dem Stand der Technik sind ferner Sorptionswärmepumpen bekannt, die anstelle technischer Arbeit thermische Energie als Antriebsenergie verwenden. Adsorptionswärmepumpen arbeiten dabei mit einem festen Sorbens, dem Adsorbens, an dem das Kältemittel adsorbiert oder desorbiert wird. Diesem Prozess wird bei der Desorption Wärme zugeführt, bei der Adsorption hingegen Wärme entnommen. Da das Adsorbens in der Regel nicht in einem Kreislauf umgewälzt werden kann, wird der Prozess der Wärmeübertragung in diesem Fall diskontinuierlich betrieben, indem zwischen Adsorption und Desorption zyklisch gewechselt wird.
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DE 10 2008 060 698 A1 und
DE 10 2010 043 539 A1 offenbaren eine derartige Wärmepumpe nach dem Adsorptionsprinzip mit einer Mehrzahl von jeweils ein Adsorptionsmittel aufweisenden Hohlelementen, welche jeweils ein zwischen dem Adsorptionsmittel und einem Phasenwechselbereich transportables Arbeitsmittel enthalten und in einem mittels einer Ventilanordnung veränderlichen Fluidkreislauf von einem wärmetransportierenden Fluid durchströmt werden können. Die besagten Hohlelemente werden durch eine spezifische Abfolge von Ventilanordnungen, welche in einem periodischen Wechsel eingenommen werden, im Bereich des Adsorptionsmittels in thermischen Kontakt gebracht, um der Wärmepumpe einen besonders breiten Einsatzbereich zu eröffnen.
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Die zur zyklischen Beaufschlagung der Sorptionsmodule verwendeten Rotationsventile weisen gleichwohl einige wesentliche Nachteile auf. Ein solcher Nachteil liegt in der erforderlichen Abstimmung der Rotationsventile auf die bauartbedingte Anzahl der Sorptionsmodule. Eine Leistungsskalierung der Anlage durch einfache Variation der angeschlossenen Module ist daher ohne Einsatz eines jeweils exakt an die Modulzahl angepassten Rotationsventils nicht möglich. Beispielsweise kann ein Rotationsventil für sechs angeschlossene Sorptionsmodule nicht zur Steuerung von acht Sorptionsmodulen verwendet werden.
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Ein weiterer Nachteil liegt darin, dass die Zeit für die Auskoppelung der sensiblen Wärme jedes Moduls beim Umschalten zwischen den Wärmeträgerkreisläufen unterschiedlicher Temperatur an die Zykluszeit des Gesamtprozesses gekoppelt ist. Zu diesem Zwecke sind exakt kalibrierte Drosseln vorgesehen, die den jeweiligen Teilstrom zur Auskoppelung der sensiblen Wärmen und Zuführung in den komplementären Kreislauf definieren, was nur für eine Zykluszeit erreicht werden kann.
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Dies stellt sich insbesondere bei der Optimierung des Jahresnutzungsgrades als problematisch dar, der sich ausschließlich aus den Leistungszahlen (Coefficient of Performance, COP) von Teillastzuständen errechnet, die im Jahresverlauf besonders häufig gefahren werden. Optimale Teillast-COPs werden jedoch mit deutlich längeren Zykluszeiten erreicht, die dann auch die Zeitintervalle für die Regenerationsphasen in schädlicher Weise verlängern.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein optimiertes Rotationsventil für eine Adsorptionswärmepumpe bereitzustellen, welches in seiner Konstruktion mit geringem Aufwand an Adsorptionswärmepumpen unterschiedlicher Bauart angepasst werden kann. Der vorliegenden Erfindung liegt darüber hinaus die Aufgabe zugrunde, eine entsprechende Adsorptionswärmepumpe bereitzustellen, welche besonders hohe Teillast-Wirkungsgrade zu erreichen vermag.
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Diese Aufgabe wird durch ein Rotationsventil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Adsorptionswärmepumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, im Kanalsystem eines an sich bekannten Rotationsventils für eine Adsorptionswärmepumpe mit einem in einer vorgegebenen Drehrichtung um eine Mittelachse drehbar angeordneten zylindrischen Ventilkörper offene Kanäle, welche in einen Sorptionsmodulanschluss münden, und geschlossene Kanäle, welche in einer Stirnplatte enden, vorzusehen. Das Rotationsventil weist darüber hinaus zwei auf dem Mantel angeordnete gegenläufige Hochtemperaturanschlüsse zum Anschließen einer Hochtemperaturwärmequelle sowie zwei auf dem Mantel angeordnete gegenläufige Mitteltemperaturanschlüsse zum Anschließen einer Mitteltemperaturwärmesenke auf. Ebenfalls vorgesehen sind eine Mehrzahl auf den Stirnplatten angeordnete Sorptionsmodulanschlüsse zum Anschließen von Sorptionsmodulen der Adsorptionswärmepumpe. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Drossel an einer Drosselstelle des Kanalsystems lassen sich insbesondere hohe Teillast-Wirkungsgrade erreichen.
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Eine günstige Möglichkeit sieht eine erste Schaltstellung vor, in welcher das Fluid die Drosselstelle durchströmt und eine zweite Schaltstellung vor, in welcher das Fluid die Drosselstelle nicht durchströmt, wobei das Rotationsventil zyklisch nach einem ersten Zeitintervall von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung und nach mindestens einem zweiten Zeitintervall von der zweiten Schaltstellung zurück in die erste Schaltstellung wechselt. Dadurch kann die für die Rückgewinnung von sensibler Wärme maßgebliche Zeit unabhängig von einer Zykluszeit ausgewählt werden. Somit kann der Wirkungsgrad weiter verbessert werden.
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Eine weitere günstige Möglichkeit sieht vor, dass die Drossel so bemessen ist, dass in dem ersten Zeitintervall ein vorgegebenes Volumen des Fluids die Drosselstelle durchströmt. Somit kann erzielt werden, dass das Fluid eine hohe Temperaturänderung erfährt, wenn es durch eines der Sorptionsmodule strömt.
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Eine besonders günstige Möglichkeit sieht vor, dass das Kanalsystem die offenen und geschlossenen Kanäle in einer gleichen Anzahl umfasst. Somit können die erste und die zweite Schaltstellung gleich oft auftreten.
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Eine weitere besonders günstige Möglichkeit sieht vor, dass die offenen und geschlossenen Kanäle in einer alternierenden Abfolge angeordnet sind. Dadurch werden die erste Schaltstellung und die zweie Schaltstellung abwechselnd geschaltet.
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Eine vorteilhafte Lösung sieht im Wesentlichen rechtwinklig zu der Mittelachse angeordnete Durchbrüche zum Verbinden des Kanalsystems mit den Mitteltemperaturanschlüssen und/oder den Hochtemperaturanschlüssen vor. Somit können die erste Schaltstellung und die zweite Schaltstellung in einfacher Weise verwirklicht werden.
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Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht eine erste Schaltstellung vor, in welcher das Fluid von einem Vorlauf der Hochtemperaturwärmequelle über mindestens eines der Sorptionsmodule und über die Drosselstelle in einen Rücklauf der Mitteltemperaturwärmesenke geleitet ist, und/oder, in welcher das Fluid von einem Vorlauf der Mitteltemperaturwärmesenke über mindestens eines der Sorptionsmodule und über eine weitere Drosselstelle in einen Rücklauf der Hochtemperaturwärmequelle geleitet ist, und eine zweite Schaltstellung vor, in welcher das Fluid von einem Vorlauf der Hochtemperaturwärmequelle über mindestens eines der Sorptionsmodule in einen Rücklauf der Hochtemperaturwärmequelle geleitet ist, und/oder, in welcher das Fluid von einem Vorlauf der Mitteltemperaturwärmesenke über mindestens eines der Sorptionsmodule in einen Rücklauf der Mitteltemperaturwärmesenke geleitet ist, vor. Auf diese Weise kann sensible Wärme, welche bei Abkühlen eines der Sorptionsmodule durch das Fluid aufgenommen wird genutzt werden, indem das Fluid dem Rücklauf der Hochtemperaturwärmequelle zugeführt wird. Entsprechend kann beim Aufwärmen eines der Sorptionsmodule abgekühltes Fluid dem Rücklauf der Mitteltemperaturwärmesenke zugeführt werden und somit ebenfalls Energie zurückgewinnen.
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Durch die Drosselstelle kann erreicht werden, dass sich das Fluid beim Abkühlen eines der Sorptionsmodule besonders stark erhitzt oder beim Aufheizen eines der Sorptionsmodule besonders stark abkühlt, so dass die Rückgewinnung der sensiblen Wärme besonders effektiv ist.
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Eine weitere für die Rückgewinnung der sensiblen Wärme vorteilhafte Lösung sieht vor, dass das Rotationsventil zyklisch nach einem ersten Zeitintervall von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung und nach mindestens einem zweiten Zeitintervall von der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung wechselt. Somit können die Dauer der Abkühl- und Aufwärmphasen, in welchen die sensible Wärme zurückgewonnen wird, unabhängig von der restlichen Zykluszeit abgestimmt werden.
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Eine weitere besonders vorteilhafte Lösung sieht vor, dass die Drossel so bemessen ist, dass in dem ersten Zeitintervall ein vorgegebenes Volumen des Fluids die Drosselstelle durchströmt. Dadurch kann die Strömungsgeschwindigkeit des Fluid eingestellt werden, so dass sich das Fluid besonders stark erhitzt oder abkühlt, was für die Rückgewinnung der sensiblen Wärme vorteilhaft ist.
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Eine günstige Lösung sieht vor, dass wenigstens ein Teil der angeschlossenen Sorptionsmodule seriell durchströmt werden. Dadurch kann eine größere Spreizung zwischen Vorlauftemperatur und Rücklauftemperatur erzielt werden.
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Eine weitere günstige Lösung sieht vor, dass das Rotationsventil mindestens zwei axiale Kanäle aufweist, welche jeweils zwei Sorptionsmodulanschlüsse verbinden, die in einer Rotationsrichtung des Rotationsventils versetzt angeordnet sind. Dadurch wird eine serielle Schaltung von mindestens zwei der Sorptionsmodule erzielt.
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Eine besonders günstige Lösung sieht vor, dass das Fluid bei einem Aufheizen der Sorptionsmodule die Sorptionsmodule in einer Richtung durchströmt, welche entgegengesetzt ist zu der Richtung, in der das Fluid bei einem Abkühlen der Sorptionsmodule die Sorptionsmodule durchströmt. Durch diese Gegenstromanordnung bleibt die Richtung des Temperaturgradienten innerhalb der Sorptionsmodule beim Abkühlen und Aufheizen gleich. Dadurch wird weniger Wärme verschwendet.
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Ferner wird die oben genannte Aufgabe durch eine Adsorptionswärmepumpe mit einem Rotationsventil gemäß der vorstehenden Beschreibung gelöst. Die Vorteile des Rotationsventils übertragen sich somit auf die Adsorptionswärmepumpe auf dessen vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch
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1 ein Rotationsventil zur Zyklierung der Sorptionszonen von Sorptionsmodulen einer Adsorptionswärmepumpe gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung in einer ersten Rotorstellung,
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2 das Rotationsventil der 1 in einer zweiten, veränderten Rotorstellung,
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3 ein Rotationsventil zur Zyklierung der Sorptionszonen von Sorptionsmodulen einer Adsorptionswärmepumpe gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
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4 ein Rotationsventil zur Zyklierung von drei Sorptionsmodulen einer Adsorptionswärmepumpe gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung in einer ersten Rotorstellung,
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5 das Rotationsventil der 4 in einer darauf folgenden zweiten Rotorstellung,
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6 das Rotationsventil der 4 in einer darauf folgenden dritten Rotorstellung,
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7: das Rotationsventil der 4 in einer darauf folgenden vierten Rotorstellung,
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8: das Rotationsventil der 4 in einer darauf folgenden fünften Rotorstellung, und
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9: das Rotationsventil der 4 in einer darauf folgenden sechsten Rotorstellung.
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Der erfindungsgemäße Ansatz wird anhand der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen eines Rotationsventils 7 erläutert. Diese Abbildungen abstrahieren die Schaltstellung eines gattungsgemäßen Rotationsventils 7 mit zwölf axialen Kanälen im Rotor und sechs Anschlüssen für Sorptionsmodule 1–6.
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Die Figuren zeigen zwölf axiale Kanäle des Rotors mit den radialen Durchbrüchen zu umlaufenden Ringkammern, die mit radialen Anschlüssen für den Vorlauf HQV und den Rücklauf HQR einer Hochtemperaturwärmequelle sowie den Vorlauf MSV und den Rücklauf MSR einer Mitteltemperaturwärmesenke versehen sind.
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Die axialen Kanäle grenzen an feststehende Stirnplatten, bei denen nur jeder zweite Kanal, zu je einem Sorptionsmodul 1–6 führt. Die zwischenliegenden Kanäle im Rotor sind durch die Stirnplatten verschlossen und daher nicht durchströmt.
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1 illustriert dabei eine erste Rotorstellung, in welcher Heißfluid vom Vorlauf HQV der Hochtemperaturwärmequelle zu den Sorptionsmodulen 1 und 2 strömt. Über die gegenüberliegende Stirnplatte wird das Fluid des ersten Sorptionsmoduls 1 über eine im Rotor integrierte Drossel dem Rücklauf MSR der Mitteltemperaturwärmesenke zugeführt. Die Drosselstelle ist so bemessen, dass der Teilstrom über die Zeitdauer für diese Schaltstellung den Temperaturwechsel von der Adsorption zur Desorption vollziehen kann. Damit wird ein Großteil der sensiblen Wärme zurückgewonnen. Komplementär gilt dies für das abzukühlende dritte Sorptionsmodul 3, das vorlaufseitig erstmals nach der Desorptionsphase auf die Adsorptionstemperatur abgekühlt wird. Das stark aufgeheizte Fluid wird daher zunächst noch Rücklauf HQR der Hochtemperaturwärmequelle zugeführt.
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In dem nachfolgenden Schaltschritt gemäß 2 sind nun die Rückläufe des ersten Sorptionsmodul 1 und des zweiten Sorptionsmoduls 2 dem Rücklauf HQR der Hochtemperaturwärmequelle zugeführt, während die weiteren Sorptionsmodule 3–6 in den Rücklauf MSR der Mitteltemperaturwärmesenke münden. Bei dieser Schaltstellung sind die mit Drosseln versehenen Kanäle des Rotors nicht durchströmt. Dies eröffnet die vorteilhafte Möglichkeit einer Variation der Zykluszeit unabhängig von den Regenerationsphasen, indem die geraden und die ungeraden Zeitintervalle unterschiedlich lang gewählt werden. Dadurch wird eine weitere Effizienzsteigerung der Adsorptionswärmepumpe 8 besonders in Teillastbetriebszuständen erreicht, bei denen die Fluidmassenströme und Übertragungsleistungen entsprechend dem Abregelungsgrad reduziert und die Zykluszeiten korreliert verlängert werden. Die Zeitintervalle für die thermischen Regenerationsphasen können unabhängig davon optimiert werden.
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Ein weiterer Vorteil dieser Ausführung des Rotationsventils 7 besteht darin, dass die Modulzahl auf beispielsweise drei Module verringert werden kann, indem lediglich die feststehenden Stirnplatten mit nur je drei Abgängen ausgeführt werden, wie dies in 3 dargestellt ist. In diesem Fall sind vier Schaltschritte für einen kompletten Modulwechselzyklus erforderlich, bei dem das erste Schaltintervall der Wärmeregeneration dient und zeitlich weitgehend unabhängig von den anderen Schaltintervallen optimiert werden kann.
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Da die Schaltintervalle für die Wärmerückgewinnungsphasen unabhängig von den regulären Schaltzeiten flexibel gewählt werden können, müssen die Drosseln zur Reduzierung der Teilvolumenströme nur relativ zueinander abgestimmt werden. Die optimalen ausgekoppelten sensiblen Wärmen der jeweiligen Module können dann flexibel durch die Länge des entsprechenden Schaltintervalls gesteuert werden. Als Triggersignal für das Ende der Wärmerückgewinnungsphase könnte die Fluid-Rücklauftemperatur herangezogen werden. Dazu wird vorgeschlagen, dieses Schaltintervall zu beenden, wenn der Rücklauf einen Mittelwert der Temperaturen am Rücklauf HQR der Hochtemperaturwärmequelle und am Rücklauf MSR der Mitteltemperaturwärmesenke überschreitet.
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Eine in den 4 bis 9 dargestellte dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotationsventils 7 unterscheidet sich von dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel des Rotationsventils 7 dadurch, dass das Rotationsventil 7 für drei angeschlossene Sorptionsmodule 1, 2 und 3 vorgesehen ist, dadurch, dass der Rotor sechs axiale Kanäle aufweist, und dadurch, dass die beiden jeweils im Adsorptionsmodus zu kühlenden Sorptionsmodule von dem Vorlauf MSV der Mitteltemperaturwärmesenke zu dem Rücklauf MSR der Mitteltemperaturwärmesenke seriell geschaltet sind.
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Der Rotor des Rotationsventils 7 weist mehrere, beispielsweise zwei, Kanäle 12 auf, die jeweils in Bezug auf die Rotor-Drehrichtung 9 zwei Schaltschritte nach vorne führen. Die Kanäle 12 weisen also bei der axialen Durchquerung des Rotors einen Versatz nach vorne auf, sodass in der ersten und der zweiten Rotorstellung der Rücklauf des ersten im Adsorptionsmodus zu kühlende Sorptionsmoduls 1 über den Rotor auf den Vorlauf des nächsten Sorptionsmoduls 2 geschaltet wird.
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Entsprechend sind in der dritten und vierten Rotorstellung die Sorptionsmodule 2 und 3 und in der fünften und sechsten Rotorstellung die Sorptionsmodule 3 und 1 geschaltet.
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Das Rotationsventil weist zwei Schaltstellungen auf. Die erste Schaltstellung entspricht einer Kreuzschaltung und die zweite Schaltstellung entspricht einer regulären Schaltung. Die erste, dritte und fünfte Rotorstellung, also die ungeraden Rotorstellungen, bilden jeweils eine Kreuzschaltung, entsprechen also der ersten Schaltstellung. Die zweite, vierte und sechste Rotorstellung, also die geraden Rotorstellungen, bilden jeweils eine reguläre Schaltung, entsprechen also der zweiten Schaltstellung.
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In der ersten Rotorstellung wird von dem Vorlauf MSV der Mitteltemperaturwärmesenke kommendes rückgekühltes Fluid dem Sorptionsmodul 1 zugeführt, das damit auf eine niedrige Temperatur abgekühlt wird. Dabei wird das Kühlungsfluid erwärmt. Dieses wird dann dem nach der Desorptionsphase noch sehr heißen Sorptionsmodul 2 zugeführt, wodurch das Fluid weitere Wärme aufnimmt. Da der Wärmestromanteil dieses vorzukühlenden Sorptionsmoduls 2 einen sehr hohen sensiblen Anteil besitzt, ist die Fluid-Austrittstemperatur so hoch, dass sie vorteilhafterweise dem Rücklauf HQR der Hochtemperaturwärmequelle über eine Drossel zugeführt wird.
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Komplementär dazu wird der Rücklauf des auf Desorptionstemperatur aufzuheizenden Sorptionsmoduls 3 über eine Drossel auf den Rücklauf MSR der Mitteltemperaturwärmesenke geführt. Über die eingebauten Drosseln können die Volumenströme gegenseitig angepasst und bei gleich bleibenden Pumpen-Vordücken reduziert werden, um eine hohe Ausbeute zurück gewonnener Wärme zu realisieren.
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In dieser Phase weisen die Sorptionsmodule 2 und 3 einen großen zeitlichen und örtlichen Temperaturgradient auf. Aus diesem Grund hat eine Haltezeit in der Kreuzschaltung großen Einfluss auf die Menge der zurückgewonnenen sensiblen Wärme. Ist die Haltezeit zu kurz kann nur ein geringerer Teil der sensiblen Wärme zurückgewonnen werden. Ist die Haltezeit zu lang wird Wärme von der Hochtemperaturwärmequelle zur der Mitteltemperaturwärmesenke ungenutzt transportiert.
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Die Haltezeit der ersten Schaltstellung mit Kreuzschaltung kann nun erfindungsgemäß zeitlich unabhängig zur Zykluszeit des Prozesses so gewählt werden, dass ein Maximum an Wärme beim Temperaturwechsel zurück gewonnen wird. Dies ist insbesondere dadurch möglich, dass zwischen der Kreuzschaltung, wie sie in den Rotorstellungen eins, drei und fünf vorliegen und einer regulären Schaltung, wie sie in den Rotorstellungen zwei, vier und sechs vorliegen, gewechselt wird.
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In der zweiten Rotorstellung, welche eine zweite Schaltstellung mit regulärer Schaltung bildet, sind die Zuordnung der Sorptionsmodule 1, 2 und 3 zu den Vorläufen HQV der Hochtemperaturwärmequelle und MSV der Mitteltemperaturwärmesenke und die serielle Schaltungslogik der abzukühlenden Sorptionsmodule (1 und 2) unverändert zu der ersten Rotorstellungen. Da die rückgewinnbare sensible Wärme jedoch schon weitgehend ausgekoppelt ist, werden die Rückläufe den richtigen Wärmeträgerkreisläufen zugeführt.
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Die weiteren 6 bis 9 vervollständigen den Gesamtzyklus, in dem alle Module zeitversetzt durch eine Aufheiz-, Desorptions, Abkühl- und Adsorptionsphase geführt werden, wobei sich beim durchschalten der Rotorstellungen eins bis sechs die erste Schaltstellung mit Kreuzschaltung mit der zweiten Schaltstellungen mit regulärer Schaltung abwechseln.
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Im Allgemeinen sind die jeweiligen Haltezeiten in der ersten Schaltstellung mit der Kreuzschaltung des Rotationsventils 7 kürzer als die Haltezeiten in der zweiten Schaltstellung mit regulären Schaltungen und können durch Ansteuerung nur eines Antriebsmotors unabhängig voneinander gewählt werden. Insbesondere durch eine Verlängerung der Haltezeit in einer zweiten Schaltstellung mit regulärer Schaltung unabhängig von der Haltezeit in einer ersten Schaltstellung mit einer Kreuzschaltung können hohe Teillast-COPs erreicht werden.
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Selbstverständlich kann das Grundprinzip der seriellen Modulschaltung mit „Kreuzschaltungsphasen“ auch auf mehrere zu desorbierende Sorptionsmodule übertragen werden.
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Ferner weist das Rotationsventil 7 eine Gegenstromführung der Sorptionsmodule 1, 2 und 3 auf. Das heißt, in der Abkühlphase und der Aufheizphase werden die Sorptionsmodule 1, 2 und 3 entgegengesetzt durchströmt. Dadurch bleiben die Temperaturprofile beim Aufheizen und Abkühlen der Sorptionsmodule 1, 2 und 3 gleichgerichtet. Damit kommt man dem Ideal der Wärmerückgewinnung nach dem „thermal wave“-Verfahren sehr nahe, bei welchem Temperaturrampen ohne Umkehrung des Temperaturprofils durch die Adsorberstrukturen geschoben werden.
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Außerdem ermöglicht die serielle Verschaltung mehrerer Sorptionsmodule 1, 2 und 3 eine größere Vorlauf-/Rücklauf-Spreizung der Wärmequellen- und Wärmesenkenkreisläufe, was in vielen Anwendungen gewünscht oder gar gefordert wird.
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Im Übrigen stimmt die in den 4 bis 9 dargestellte dritte Ausführungsform des Rotationsventils 7 mit der in den 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform des Rotationsventils 7 hinsichtlich Aufbau und Funktion überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Die bisher beschriebenen Ausführungsformen bezogen sich auf das Rotationsventil 7 zur Zyklierung der Sorptionszonen von Sorptionsmodulen oder für separate Sorptionsreaktoren mit externem, zentralen oder dezentralem Kondensator und Verdampfer.
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Zur phasengerechten Fluidsteuerung der Phasenwechselzonen mehrerer Sorptionsmodule ist ein weiteres Rotationsventil erforderlich, das grundsätzlich analog ausgeführt ist. Das weitere Rotationsventil unterscheidet sich vom Rotationsventil 7 lediglich insofern, als die mit Drosseln versehenen Kanäle zur Realisierung eines adiabaten Prozesswechsels auch komplett verschlossen sein können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008060698 A1 [0004]
- DE 102010043539 A1 [0004]
