DE102019118977A1 - Adsorber cooling - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur sicheren Durchführung eines linksdrehenden thermodynamischen Kreisprozesses (1) mittels eines entzündlichen Arbeitsfluids, welches in einem geschlossenen, hermetisch dichten Arbeitsfluidumlauf geführt wird, aufweisend mindestens einen Verdichter (2) für Arbeitsfluid, mindestens eine Entspannungseinrichtung (4) für Arbeitsfluid, mindestens zwei Wärmeübertrager (3, 5) für Arbeitsfluid mit jeweils mindestens zwei Anschlüssen (7, 8, 9, 10) für Wärmeüberträgerfluide, ein Gehäuse (6), welches alle am geschlossenen Arbeitsfluidumlauf angeschlossenen Einrichtungen umfasst und weitere Einrichtungen umfassen kann, mindestens einen Sorptionskanal (11) mit einem Aktivkohle enthaltenden Adsorber (12), der von Gas durchströmt werden kann und der Sorptionskanal (11) mit dem Adsorber (12) sowie seinem Einlass (13) und optional einem Auslass (14) innerhalb des Gehäuses (6) angeordnet ist, wobei der Sorptionskanal (11) gegenüber dem Inneren des Gehäuses (6) durch eine thermische Dämmung (15) begrenzt wird, der Sorptionskanal (11) am Gaseinlass (13) und am Gasauslass (14) verschließbar ist, am Gasauslass (14) des Sorptionskanals (11) optional ein schaltbares Saugzuggebläse (16) angeschlossen ist, und im Sorptionskanal (11) mindestens eine Kühlleitung (17) verlegt ist, die an ein Kühlmedium angeschlossen ist.Device for the safe implementation of a counterclockwise thermodynamic cycle (1) by means of an inflammable working fluid, which is guided in a closed, hermetically sealed working fluid circuit, having at least one compressor (2) for working fluid, at least one expansion device (4) for working fluid, at least two heat exchangers ( 3, 5) for working fluid each with at least two connections (7, 8, 9, 10) for heat transfer fluids, a housing (6) which includes all devices connected to the closed working fluid circuit and can include further devices, at least one sorption channel (11) with an adsorber (12) containing activated carbon, through which gas can flow and the sorption channel (11) with the adsorber (12) and its inlet (13) and optionally an outlet (14) is arranged within the housing (6), the Sorption channel (11) opposite the interior of the housing (6) through thermal insulation (15), the sorption channel (11) can be closed at the gas inlet (13) and at the gas outlet (14), a switchable induced draft fan (16) is optionally connected to the gas outlet (14) of the sorption channel (11), and in the sorption channel (11) ) at least one cooling line (17) is laid, which is connected to a cooling medium.
Description
Die Erfindung betrifft irreguläre Zustände in Kältekreisen, in denen ein als Kältemittel wirkendes Arbeitsfluid in einem thermodynamischen Kreisprozess, wie zum Beispiel dem Clausius-Rankine-Kreisprozess, geführt wird, sowie deren adsorptive Sicherheitseinrichtung. Vorwiegend sind dies Wärmepumpen, Klimaanlagen und Kühlgeräte, wie sie in Wohngebäuden gebräuchlich sind. Unter Wohngebäuden werden dabei Privathäuser, Miethauskomplexe, Krankenhäuser, Hotelanlagen, Gastronomie und kombinierte Wohn- und Geschäftshäuser verstanden, in denen Menschen dauerhaft leben und arbeiten, im Unterschied zu mobilen Vorrichtungen wie KFZ-Klimaanlagen oder Transportboxen, oder auch Industrieanlagen oder medizintechnischen Geräten. Gemeinsam ist diesen Kreisprozessen, dass sie unter Einsatz von Energie Nutzwärme oder Nutzkälte erzeugen und Wärmeverschiebungssysteme bilden.The invention relates to irregular states in refrigeration circuits in which a working fluid acting as a refrigerant is conducted in a thermodynamic cycle, such as the Rankine cycle, as well as their adsorptive safety device. These are mainly heat pumps, air conditioning systems and cooling devices, as are common in residential buildings. Residential buildings are understood to mean private houses, apartment complexes, hospitals, hotel facilities, restaurants and combined residential and commercial buildings in which people live and work permanently, in contrast to mobile devices such as car air conditioning systems or transport boxes, or industrial systems or medical technology devices. What these cycle processes have in common is that they generate useful heat or useful cooling using energy and form heat displacement systems.
Die zum Einsatz kommenden thermodynamischen Kreisprozesse sind seit langem bekannt, ebenso die Sicherheitsprobleme, die bei der Verwendung geeigneter Arbeitsfluide entstehen können. Abgesehen von Wasser sind die bekanntesten damaligen Arbeitsfluide brennbar und giftig. Sie führten im vergangenen Jahrhundert zur Entwicklung der Sicherheitskältemittel, die aus fluorierten Kohlenwasserstoffen bestanden. Es zeigte sich jedoch, dass diese Sicherheitskältemittel zur Klimaerwärmung führen und dass ihre sicherheitstechnische Unbedenklichkeit zu konstruktiven Unachtsamkeiten führte. Bis zu 70 % des Umsatzes entfiel auf den Nachfüllbedarf undichter Anlagen und deren Leckageverluste, der hingenommen wurde, solange dies im Einzelfall als wirtschaftlich vertretbar empfunden wurde und Bedarf an Ersatzbeschaffung förderte.The thermodynamic cycle processes used have been known for a long time, as have the safety problems that can arise when using suitable working fluids. Apart from water, the most popular working fluids of the time are flammable and poisonous. In the past century, they led to the development of safety refrigerants, which consisted of fluorinated hydrocarbons. However, it turned out that these safety refrigerants lead to global warming and that their safety-related harmlessness led to constructive inattention. Up to 70% of the turnover was accounted for by the need to refill leaky systems and their leakage losses, which was accepted as long as this was perceived as economically justifiable in individual cases and encouraged the need for replacement.
Heutige Kältekreise sind ausgestattet mit diesen Sicherheitskältemitteln der Sicherheitsklasse A1, d.h. sie sind nicht giftig und nicht brennbar. Die gebräuchlichsten Kältemittel im Bereich der Wärmepumpenanwendungen sind die Kältemittel R134a, R407C bzw. R410A, allesamt Fluorkohlenwasserstoffverbindungen. Der Einsatz dieser Kältemittel war bis Januar 2015 keinerlei Restriktionen unterworfen, die Einführung der F-Gase- Verordnung (EU) 517/2014 zum 01. Januar 2015 schränkt zukünftig die Anwendung von Fluorkohlenwasserstoff- Kältemitteln über Mengenbegrenzungen in der Europäischen Union derartig ein, dass die Preise bisheriger Kältemittel deutlich ansteigen werden. Ziel der F-Gase-Verordnung ist die mittelfristige Verbannung der treibhausgasfördernden Kältemittel und den Ersatz durch natürliche Kältemittel bzw. gegen chemische Kältemittel mit erheblich reduziertem Treibhauspotenzial.Today's refrigeration circuits are equipped with these safety refrigerants of safety class A1, i.e. they are non-toxic and non-flammable. The most common refrigerants in the field of heat pump applications are the refrigerants R134a, R407C and R410A, all of them fluorocarbon compounds. The use of these refrigerants was not subject to any restrictions until January 2015, the introduction of the F-gas regulation (EU) 517/2014 on January 01, 2015 will in future restrict the use of fluorocarbon refrigerants via quantity restrictions in the European Union in such a way that the Prices of previous refrigerants will rise significantly. The aim of the F-gas regulation is the medium-term ban of greenhouse gas-promoting refrigerants and the replacement by natural refrigerants or chemical refrigerants with a significantly reduced global warming potential.
Nachteilig ist jedoch, dass nahezu alle Kältemittelalternativen zur Gruppe der brennbaren Kältemittel gehören, insbesondere die technisch vielversprechendsten Kältemittel wie z.B. R290 (Propan) und R1270 (Propylen).However, it is disadvantageous that almost all refrigerant alternatives belong to the group of flammable refrigerants, especially the technically most promising refrigerants such as R290 (propane) and R1270 (propylene).
Es ist daher einerseits äußerst problematisch, die konstruktiven Prinzipien für Kältemittel-führende thermodynamische Prozesse zu übernehmen, die sich bei Sicherheitskältemitteln scheinbar gut bewährt haben, andererseits auf die Anlagenkonzepte aus der Zeit vor Einführung der Sicherheitskältemittel aufzusetzen. Dies liegt auch daran, dass inzwischen aus Einzelgeräten komplexe Anlagen geworden sind, was die Anzahl der Möglichkeiten für Störungen und deren Folgen vervielfältigt hat.It is therefore extremely problematic, on the one hand, to adopt the design principles for refrigerant-carrying thermodynamic processes, which have apparently proven themselves well with safety refrigerants, and, on the other hand, to use the system concepts from the time before the introduction of safety refrigerants. This is also due to the fact that individual devices have now become complex systems, which has multiplied the number of possibilities for malfunctions and their consequences.
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Problematisch ist beim Einsatz von Aktivkohle als Adsorbens, dass Aktivkohle mit der Zeit an der Luft altert, weil langsame Oxidationsvorgänge stattfinden. Aufgrund der Anforderungen eines Sicherheitskonzeptes an die Verfügbarkeit über die Lebensdauer von Geräten, in denen linksdrehende Kreisprozesse betrieben werden, wie zum Beispiel Wärmepumpen, muss eine Degradation des Adsorptionsmittels aber unbedingt vermieden werden, vor allem wenn sie unbemerkt geschehen könnte.The problem with the use of activated carbon as an adsorbent is that activated carbon ages in the air over time because slow oxidation processes take place. Due to the requirements of a safety concept for the availability over the service life of devices in which counter-clockwise circular processes are operated, such as heat pumps, degradation of the adsorbent must be avoided, especially if it could happen unnoticed.
Je nach Bauart, Aufstellungsort und Betriebsweise beispielsweise einer Wärmepumpe ergeben sich unterschiedliche Anforderungen an eine mögliche Belastung des Adsorptionsmittels durch Co-Adsorbenzien, also etwa VOC, Wasserdampf aus Luftfeuchte, Luftsauerstoff, Temperaturwechseln, und anderen. Zu unterscheiden ist dabei zwischen Auskleidungen und durchströmten Sorptionsbetten. Bei den durchströmten Sorptionsbetten ist zu unterscheiden zwischen solchen, die innerhalb eines Gehäuses im Umluftbetrieb sind und solchen, die nach außen hin entlüften. Die Erfindung betrifft hierbei erstere, wobei jedoch auch Kombinationen mit den davor erwähnten umluftbetriebenen Sorptionsbetten und Auskleidungen einsetzbar sind.Depending on the design, installation location and mode of operation of a heat pump, for example, there are different requirements for possible contamination of the adsorbent by co-adsorbents, i.e. VOC, water vapor from air humidity, atmospheric oxygen, temperature changes, and others. A distinction must be made between linings and sorption beds with flow. In the case of sorption beds with a flow, a distinction must be made between those that are in recirculation mode within a housing and those that ventilate to the outside. The invention relates to the former, although combinations with the previously mentioned circulating air-operated sorption beds and linings can also be used.
Es wird im Folgenden zwar angenommen, dass sich das Sorptionsbett in einem Kanal mit einer Einströmseite und einer Ausströmseite innerhalb des Gehäuses befindet, in dem auch der linksdrehende Kreisprozess durchgeführt wird. Statt eines langgestreckten, linearen Sorptionskanals können aber auch andere Bauformen von Sorptionskanälen zur Anwendung kommen und die Aggregate des durchgeführten Kreisprozesses können auch in einem separaten Kapselgehäuse angeordnet sein, welches sich innerhalb des gemeinsamen Gehäuses mit dem Sorptionskanal befindet, und sind ebenfalls von der Erfindung umfasst, ebenso solche, bei denen der Sorptionsvorgang außerhalb des Gehäuses stattfindet..It is assumed in the following that the sorption bed is located in a channel with an inflow side and an outflow side within the housing, in which the counterclockwise cycle is also carried out. Instead of an elongated, linear sorption channel, however, other types of sorption channels can also be used and the units of the cyclic process carried out can also be arranged in a separate capsule housing, which is located within the common housing with the sorption channel, and are also covered by the invention, also those in which the sorption process takes place outside the housing ..
Die Belastung solcher in Bezug auf das Gehäuse nach innen und nach außen offenen Sorptionsbetten durch Kontamination wird durch Diffusion und Konvektion von Kontaminaten, im Falle der Adsorption vom konterminierenden Adsorptiv verursacht. Die Kontaminaten können dabei reversible oder auch irreversible Degradationen der Sorptionskapazität des Sorptionsbettes gegenüber dem austretenden Arbeitsfluid verursachen. Die Diffusionsströmung wird dabei einzig durch das Konzentrationsgefälle angetrieben, während konvektive Einträge durch wetterinduzierte Luftdruck- oder auch Temperaturgradienten zwischen Gehäuse und Umgebung verursacht werden. Die resultierenden Druckunterschiede führen zu Ausgleichsströmungen in das Gehäuse und damit auch durch das Sorptionsbett und zum Stofftransport von Kontaminaten in das Sorptionsbett.The loading of such sorption beds, which are open inwardly and outwardly in relation to the housing, by contamination is caused by diffusion and convection of contaminants, in the case of adsorption by the contaminating adsorptive. The contaminates can cause reversible or irreversible degradations of the sorption capacity of the sorption bed with respect to the exiting working fluid. The diffusion flow is driven solely by the concentration gradient, while convective inputs are caused by weather-induced air pressure or temperature gradients between the housing and the environment. The resulting pressure differences lead to equalizing flows into the housing and thus also through the sorption bed and the transport of contaminants into the sorption bed.
Aus dem Gehäuse, in dem der Kreisprozess durchgeführt wird, kommen als Kontaminaten Sauerstoff, ein- und mehrwertige Alkohole, Feuchte, Ziehfette, Schneidöle, Schäummittel und RCM-Öle in Betracht. Im Falle von Aktivkohle als Adsorbensmaterial ist die Alterung bzw. Degradation von der Temperatur und der insgesamt durchströmten Gasmenge bestimmt.Contaminants from the housing in which the cycle process is carried out are oxygen, monohydric and polyhydric alcohols, moisture, drawing grease, cutting oils, foaming agents and RCM oils. In the case of activated carbon as the adsorbent material, the aging or degradation is determined by the temperature and the total amount of gas through which it flows.
Die Aufgabe der Erfindung ist daher, eine sichere Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die die beschriebenen Nachteile nicht mehr aufweist und deren Degradation des Aktivkohleadsorbers minimal wird. Die Erfindung löst die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur sicheren Durchführung eines linksdrehenden thermodynamischen Kreisprozesses mittels eines entzündlichen Arbeitsfluids, welches in einem geschlossenen, hermetisch dichten Arbeitsfluidumlauf geführt wird, aufweisend
- - mindestens einen Verdichter für Arbeitsfluid,
- - mindestens eine Entspannungseinrichtung für Arbeitsfluid,
- - mindestens zwei Wärmeübertrager für Arbeitsfluid mit jeweils mindestens zwei Anschlüssen für Wärmeüberträgerfluide,
- - ein Gehäuse, welches wenigstens den Verdichter und die Entspannungseinrichtung für Arbeitsfluid umfasst und weitere Einrichtungen umfassen kann,
- - mindestens einen Sorptionskanal mit einem Aktivkohle enthaltenden Adsorber, der von Gas durchströmt werden kann
- - und der Sorptionskanal mit dem Adsorber sowie seinem Gaseinlass verbunden ist, wobei
- - der Sorptionskanal gegenüber dem Inneren des Gehäuses durch eine thermische Dämmung begrenzt wird,
- - der Sorptionskanal am Gaseinlass verschließbar ist, und
- - im Sorptionskanal mindestens eine Kühlleitung verlegt ist, die an ein Kühlmedium angeschlossen ist.
- - at least one compressor for working fluid,
- - at least one expansion device for working fluid,
- - at least two heat exchangers for working fluid, each with at least two connections for heat transfer fluids,
- - A housing which comprises at least the compressor and the expansion device for working fluid and can comprise further devices,
- - At least one sorption channel with an adsorber containing activated carbon through which gas can flow
- - And the sorption channel is connected to the adsorber and its gas inlet, wherein
- - the sorption channel is limited to the interior of the housing by thermal insulation,
- - The sorption channel at the gas inlet can be closed, and
- - At least one cooling line that is connected to a cooling medium is laid in the sorption channel.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Sorptionskanal mit einem Gasauslass ausgestattet und mit ihm verbunden ist. Ferner kann vorgesehen werden, dass am Gasauslass des Sorptionskanals ein schaltbares Saugzuggebläse angeschlossen ist.In one embodiment it is provided that the sorption channel is equipped with a gas outlet and is connected to it. It can also be provided that a switchable induced draft fan is connected to the gas outlet of the sorption duct.
In einer Ausgestaltung sind der Adsorber, der Sorptionskanal sowie Gaseinlass und Gasauslass innerhalb des Gehäuses angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, diese außerhalb des Gehäuses anzuordnen oder ebenso wie die Wärmeübertrager Verdampfer und Kondensator in die Gehäusewand zu integrieren.In one embodiment, the adsorber, the sorption channel and the gas inlet and gas outlet are arranged within the housing. However, it is also possible to arrange these outside the housing or, like the heat exchangers, evaporators and condensers, to integrate them into the housing wall.
Im Normalfall sind Gaseinlass und Gasauslass des Sorptionskanals mit dem Aktivkohleadsorber verschlossen. Die Aktivkohle wird durch das Kühlmedium auf einer sehr niedrigen Temperatur gehalten, die deutlich unter der Innenraumtemperatur des Gehäuses liegt. Diese Temperaturabsenkung hat zwei Wirkungen: Einerseits verlangsamen sich die Alterung und die Degradation, andererseits erhöht sich die Aufnahmekapazität der Aktivkohle. Dazu muss der Adsorber aber dauerhaft kühlgehalten werden, weshalb eine gute Wärmedämmung erforderlich ist.Normally, the gas inlet and gas outlet of the sorption channel are closed with the activated carbon adsorber. The activated carbon is kept at a very low temperature by the cooling medium, which is well below the interior temperature of the housing. This drop in temperature has two effects: on the one hand, aging and degradation slow down, and on the other hand, the absorption capacity of the activated carbon increases. To do this, the adsorber must be kept permanently cool, which is why good thermal insulation is required.
In einer Ausgestaltung der Erfindung verfügt die Vorrichtung über ein Leckageerkennungssystem, welches die Verschlüsse am Gaseinlass und, sofern vorhanden, am Gasauslass automatisch öffnet und das Saugzuggebläse, sofern vorhanden, automatisch einschaltet, wenn eine Leckage erkannt wird. Das Leckageerkennungssystem ist üblicherweise ein Gasdetektor, wobei ein Propangasmelder zum Einsatz kommen kann, andere Erkennungssysteme sind jedoch ebenfalls geeignet. Für den Fall eines Stromausfalls sollte das Saugzuggebläse über einen stets geladenen Akku verfügen.In one embodiment of the invention, the device has a leakage detection system which automatically opens the closures at the gas inlet and, if present, at the gas outlet and automatically switches on the induced draft fan, if present, when a leak is detected. The leak detection system is usually a gas detector, a propane gas detector can be used, but other detection systems are also suitable. In the event of a power failure, the induced draft fan should always have a charged battery.
Weitere Ansprüche betreffen das Kühlmedium. Es ist zwar problemlos möglich, ein extern vorhandenes Kühlmedium zu verwenden, wenn dies günstig zur Verfügung steht, aber es können auch zwei Möglichkeiten genutzt werden, Kühlmedien zu nutzen, die als Arbeitsfluide im Kreisprozess verwendet werden. So kann alternativ vorgesehen werden dass entweder das Kühlmedium entspanntes Arbeitsfluid ist, welches in Strömungsrichtung nach der Entspannungsvorrichtung und vor dem als Verdampfer wirkenden Wärmeübertrager, strömt, oder dass das Kühlmedium entspanntes Arbeitsfluid ist, welches in Strömungsrichtung nach dem als Verdampfer wirkenden Wärmeübertrager zum Verdichter strömt.Further requirements concern the cooling medium. Although it is possible without any problems to use an externally available cooling medium if it is available cheaply, two possibilities can also be used to use cooling media that are used as working fluids in the cycle. It can alternatively be provided that either the cooling medium is relaxed working fluid, which flows in the flow direction after the expansion device and before the heat exchanger acting as an evaporator, or that the cooling medium is relaxed working fluid, which flows in the flow direction after the heat exchanger acting as an evaporator to the compressor.
Im Normalbetrieb muss hierbei nur der Wärmeverlust, der trotz der thermischen Dämmung auftritt, ausgeglichen werden, was nur einen geringen Verlust bedeutet. Sofern der Kreisprozess eine Wärmepumpe ist, welche die Energie aus dem Verdampfer bezieht, bedeutet die Nutzung als Kühlmedium sogar eine Verbesserung der Wärmeausbeute. Ansonsten kann es bei sehr geringen, auszugleichenden Wärmeeinträgen durch die thermische Dämmung auch sinnvoll sein, nur einen kleinen Teilstrom des Arbeitsfluids durch die Kühlleitungen hindurchzuleiten.In normal operation, only the heat loss that occurs despite the thermal insulation needs to be compensated, which means only a small loss. If the cycle is a heat pump that draws the energy from the evaporator, its use as a cooling medium even means an improvement in the heat yield. Otherwise, in the case of very low heat inputs to be compensated for by the thermal insulation, it can also be useful to pass only a small partial flow of the working fluid through the cooling lines.
Die Kühlleitungen sind im Kühlkanal so zu verlegen, dass das Adsorbensmaterial zugänglich bleibt, um es gegebenenfalls entnehmen und austauschen zu können. Gleichzeitig sollte aber genügend Wärmeübertragungsfläche installiert werden. Dies kann dadurch geschehen, dass man eine Kühlleitung mittig im Sorptionskanal verlegt und diese mit Kühlrippen in Längsrichtung ausstattet. Die Abstände der Kühlrippen sollten größer sein als die Partikel der Aktivkohle, sofern eine Aktivkohleschüttung als Adsorbens zum Einsatz kommt.The cooling lines are to be laid in the cooling channel in such a way that the adsorbent material remains accessible so that it can be removed and replaced if necessary. At the same time, however, sufficient heat transfer surface should be installed. This can be done by laying a cooling line in the middle of the sorption channel and equipping it with cooling fins in the longitudinal direction. The distances between the cooling fins should be greater than the particles of the activated carbon if an activated carbon bed is used as an adsorbent.
Oft werden linksdrehende Kreisprozesse nicht das ganze Jahr über kontinuierlich betrieben. Nach längeren Stillständen kann es daher sein, dass längere Zeit kein Kühlmedium durch die Kühlleitungen geflossen ist und der Aktivkohleadsorber warm geworden ist. Da solche Wiederanfahrvorgänge gleichzeitig die Betriebszustände sind, bei denen das höchste Leckagerisiko besteht, ist es sinnvoll, den Adsorber stets gekühlt zu halten. Diese Kühlhaltung kann durch Peltier-Elemente erfolgen, deren Aufgabe es ist, während der Stillstandszeiten den Temperaturausgleich durch die thermische Dämmung zu kompensieren.Left-turning circular processes are often not operated continuously throughout the year. After longer periods of standstill, it is therefore possible that no cooling medium has flowed through the cooling lines for a long time and the activated carbon adsorber has become warm. Since such restart processes are at the same time the operating states in which there is the highest risk of leakage, it makes sense to keep the adsorber always cooled. This Cooling can be done by Peltier elements, the task of which is to compensate for the temperature compensation through thermal insulation during downtimes.
Weiterhin können Latentwärmespeicher zur Verlangsamung eines solchen stillstandsbedingten Temperaturausgleichs eingesetzt werden. Dies kann entweder als zusätzliche Schicht an der thermischen Dämmung oder in Form von Pellets, die in die Aktivkohleschüttung hinzugemischt werden, erfolgen. Als Materialien können Salze, die Phasenänderungen im relevanten Temperaturbereich durchführen, dienen, wobei sie mit Schutzhüllen zu versehen sind. Derartige Materialien sind im Stand der Technik beschrieben.Furthermore, latent heat accumulators can be used to slow down such a standstill-related temperature compensation. This can be done either as an additional layer on the thermal insulation or in the form of pellets that are mixed into the activated charcoal bed. Salts that carry out phase changes in the relevant temperature range can serve as materials, whereby they have to be provided with protective covers. Such materials are described in the prior art.
Da der Aktivkohleadsorber während des Normalbetriebs verschlossen ist, kann er zuvor mit einem Medium vorbeladen werden, welches eine geringere adsorptive Bindung als das entzündliche Arbeitsfluid, welches im Leckagefall abzuscheiden ist, aufweist. Während der Adsorption des Arbeitsfluids bewirkt die Adsorptionswärme eine Erwärmung des Aktivkohleadsorbers, was unerwünscht ist. Dagegen bewirkt die Desorption des verdrängten Mediums eine Abkühlung. Das zu verdrängende Medium kann dabei schon vorher unter hohem Partialdruck adsorbiert werden, wobei die typischen Hystereseverläufe bewirken, dass bei reduziertem Partialdruck zunächst keine vollständige Desorption erfolgt. Diese Überladung mit einem zu verdrängenden Medium kann also dazu führen, dass die Wärmetönung durch die Adsorption vollständig kompensiert wird, obwohl die geringere adsorptive Bindung des Mediums tendenziell auch weniger Bindungsenergie verbraucht. Die höhere Menge an desorbiertem Medium gleicht dies aus. Als bevorzugte Medien werden Stickstoff und Kohlendioxid verwendet, deren Desorption in das Gehäuse verringert darüber hinaus die Entzündungsgefahr im Fall einer Leckage.Since the activated carbon adsorber is closed during normal operation, it can be preloaded beforehand with a medium which has a lower adsorptive bond than the inflammable working fluid which is to be separated in the event of a leak. During the adsorption of the working fluid, the heat of adsorption causes the activated carbon adsorber to be heated, which is undesirable. On the other hand, the desorption of the displaced medium causes cooling. The medium to be displaced can already be adsorbed beforehand under high partial pressure, with the typical hysteresis curves causing initially no complete desorption at a reduced partial pressure. This overload with a medium to be displaced can lead to the fact that the heat effect is completely compensated for by the adsorption, although the lower adsorptive binding of the medium tends to use less binding energy. The higher amount of desorbed medium compensates for this. Nitrogen and carbon dioxide are used as preferred media; their desorption into the housing also reduces the risk of ignition in the event of a leak.
In bevorzugten Ausführungsformen ist daher vorgesehen, dass
- - das Adsorbens mit einem Adsorbat vorbeladen ist, welches vom Adsorptiv verdrängt wird und dabei das Adsorbens kühlt,
- - das Adsorbat, mit dem das Adsorbens vorbeladen ist, Stickstoff oder Kohlendioxid ist,
- - das Adsorbens, welches mit dem Adsorbat vorbeladen ist, Aktivkohle ist,
- - das Adsorptiv, welches das Adsorbat verdrängt, das Kältemittel R290 ist.
- - the adsorbent is preloaded with an adsorbate which is displaced by the adsorptive and thereby cools the adsorbent,
- - the adsorbate with which the adsorbent is preloaded is nitrogen or carbon dioxide,
- - the adsorbent which is preloaded with the adsorbate is activated carbon,
- - The adsorptive that displaces the adsorbate is the refrigerant R290.
Das Gehäuse kann entweder geschlossen oder mit Öffnungen ausgeführt sein. Wenn das Gas innerhalb des Gehäuses bleiben soll, ist entweder ein Zwangsumlauf vorzusehen, der von einem Fördergebläse betrieben wird, oder die Adsorption des ausgetretenen Arbeitsfluids findet allein durch Diffusion statt. Falls das Austreten des von Arbeitsfluid abgereichertem oder ganz befreitem Gas zugelassen werden kann, kann entweder ein Fördergebläse das Gas aus dem Sorptionskanal absaugen und über eine Auslassöffnung nach außen befördern, wobei gleichzeitig durch eine Öffnung ein gleich großer Luftstrom von außen nachgeführt werden muss, oder der bei der Leckage möglicherweise entstehende Überdruck im Gehäuse treibt das Gas durch den Sorptionskanal aus der Auslassöffnung nach außen.The housing can either be closed or designed with openings. If the gas is to remain inside the housing, either a forced circulation must be provided, which is operated by a conveying fan, or the adsorption of the working fluid that has escaped takes place solely through diffusion. If the discharge of the gas depleted of working fluid or completely freed from it can be allowed, either a conveyor fan can suck the gas out of the sorption duct and convey it to the outside via an outlet opening, whereby an equally large air flow must be fed in from the outside through an opening, or the Any overpressure in the housing that may arise in the event of a leak drives the gas through the sorption channel out of the outlet opening.
Sobald jedoch nach erfolgtem Druckausgleich das restliche Arbeitsfluid in den Sorptionskanal diffundiert, würde ein Unterdruck entstehen, der ausgeglichen werden muss. Würde man hier eine Rückströmung durch die Auslassöffnung und den damit verbundenen Sorptionskanal zulassen, müsste auch mit einer Teildesorption gerechnet werden, was unerwünscht ist. Aus diesem Grund wird eine separate Einlassöffnung ins Gehäuse vorgesehen, die als Unterdrucksicherung ausgeführt wird.However, as soon as the remaining working fluid diffuses into the sorption channel after pressure equalization has taken place, a negative pressure would arise that has to be equalized. If one were to allow a return flow through the outlet opening and the associated sorption channel, partial desorption would also have to be expected, which is undesirable. For this reason, a separate inlet opening is provided in the housing, which is designed as a vacuum protection.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von vier Prinzipskizzen näher erläutert. Hierbei zeigen:
-
1 : eine Wärmepumpe mit einem Sorptionskanal und Zwangsumluft, -
2 : eine Wärmepumpe mit einem Sorptionskanal und Lufteinleitung, -
3 : eine Wärmepumpe mit einem Sorptionskanal und Zwangsspülung, -
4 : eine Wärmepumpe mit einem Sorptionskanal und passiver Spülung.
-
1 : a heat pump with a sorption duct and forced air circulation, -
2 : a heat pump with a sorption duct and air inlet, -
3 : a heat pump with a sorption channel and forced flushing, -
4th : a heat pump with a sorption channel and passive flushing.
Weiterhin ist im Gehäuse der Sorptionskanal
Der Kältekreis
In einem solchen Fall zieht das ebenfalls von Gasdetektor
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem auf den Zwangsumlauf verzichtet wird. Im Leckagefall diffundieren die entzündlichen Gasbestandteile durch die Gaseinlässe
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- KältekreisRefrigeration cycle
- 22
- Verdichtercompressor
- 33
- Kondensatorcapacitor
- 44th
- DruckreduzierungPressure reduction
- 55
- VerdampferEvaporator
- 66th
- Gehäusecasing
- 77th
- Wärmequellen-AnschlussHeat source connection
- 88th
- Wärmequellen-VorlaufHeat source flow
- 99
- Wärmesenken-VorlaufHeat sink supply
- 1010
- Wärmesenken-AnschlussHeat sink connection
- 1111
- SorptionskanalSorption channel
- 1212
- AktivkohleadsorberActivated carbon adsorber
- 1313
- GaseinlassGas inlet
- 1414th
- GasauslassGas outlet
- 1515th
- Thermische DämmungThermal insulation
- 1616
- SaugzuggebläseInduced draft fan
- 1717th
- KühlleitungCooling pipe
- 1818th
- GasdetektorGas detector
- 1919th
- Peltier-ElementPeltier element
- 2020th
- EinlassöffnungInlet opening
- 2121st
- AuslassöffnungOutlet opening
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102011116863 A1 [0006]DE 102011116863 A1 [0006]
- DE 19525064 C1 [0007]DE 19525064 C1 [0007]
- EP 3106780 A1 [0008]EP 3106780 A1 [0008]
- JP 2000105003 A [0009]JP 2000105003 A [0009]
Claims (20)
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Norm DIN EN 378-1 2018-04-00. Kälteanlagen und Wärmepumpen - Sicherheitstechnische und umweltrelevante Anforderungen - Teil 1: Grundlegende Anforderungen, Begriffe, Klassifikationen und Auswahlkriterien; Deutsche Fassung EN 378-1:2016. S. 1-74. URL: http://perinorm/Perinorm-Volltexte/Updates/CD21_Updates_und_Zusatz_ab_2017-01/2823383/2823383.pdf? [abgerufen am 2019-03-15]. * |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: POPP, CARSTEN, DR., DE |
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R079 | Amendment of ipc main class |
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