DE10235737A1

DE10235737A1 - Verfahren zum Betrieb einer Adsorptionswärmepumpe

Info

Publication number: DE10235737A1
Application number: DE10235737A
Authority: DE
Inventors: Johann-Ludwig Heim; Thomas Hocker; Rainer Lang; Frank Marth; Uwe Marx; Ralf Prescha; Johann Wienen
Original assignee: Vaillant GmbH
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 2001-08-04
Filing date: 2002-07-30
Publication date: 2003-02-27
Anticipated expiration: 2022-07-31
Also published as: DE10235737B4

Abstract

Verfahren zum Betrieb einer Adsorptionswärmepumpe mit geschlossenem Adsorber-Desorber-Kreislauf (40) mit mindestens zwei Wärmepumpen-Modulen (15, 16), bestehend jeweils aus einem Adsorber/Desorber, vorzugsweise einem Zeolith-Wärmeaustauscher (8, 10), und einem Kältemittel-Wärmeaustauscher (7, 9), einem von einer Wärmequelle (19) beaufschlagten und mit dieser in Verbindung stehenden Primär-Wärmeaustauscher (11), einer Umwälzpumpe (12), einer Umweltwärmequelle (6), mindestens einem Heiznetzwärmeaustauscher (5, 21) und einem Heizungskreislauf (49). Um die Anlage auch bei zu kalter Umweltwärmequelle (8) zu betreiben, ist vorgesehen, dass die Wärmepumpen-Module (15, 16) jeweils mittels Bypassleitungen (50, 52), die strömungstechnisch parallel zu den Wärmepumpen-Modulen (15, 16) angeordnet sind, in denen sich jeweils Absperrorgane (51, 53) befinden, durch Öffnen der Absperrorgane (51, 53) überbrückbar sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich zunächst auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Verfahrensansprüche und Anlagen zur Durchführung der Verfahren gemäß weiteren unabhängigen Ansprüchen.

In Adsorptionswärmepumpen werden eine Wärmequelle im Gerät, oft ein konventioneller Brenner, und eine Umweltwärmequelle genutzt, um einen Heizkreislauf zu beheizen. Die Umweltwärmequelle wird genutzt, um in einem Verdampfer Kältemittel zu verdampfen, das in einem Adsorber adsorbiert, wodurch Adsorptionswärme freigesetzt wird. Diese Wärme geht auf einen Wärmeträger in einem Primärkreislauf über. Der Wärmeträger wird anschließend von der Wärmequelle im Gerät weiter erhitzt und gelangt in einen Desorber. In dem Desorber wird Wärmeenergie dazu benötigt, um Kältemittel zu desorbieren. Das Kältemittel kondensiert an einem Kondensator und gibt dabei Wärme ab. Diese Wärme ist für den Heizkreislauf bestimmt. Der Wärmeträger des Primärkreislaufs gibt nach Verlassen des Desorbers einen Teil seiner Wärme an den Heizkreislauf, um dann wieder in den Adsorber zu strömen.

Der Adsorptions- und Desorptionsprozess findet in der Regel bei Temperaturen zwischen 150 und 200°C statt. Die Umweltwärmequelle sollte eine Temperatur von -10°C nicht unterschreiten, da ansonsten kein oder kaum Kältemittel im Verdampfer verdampft werden kann. In diesem Fall schalten Adsorptionswärmepumpen gemäß dem Stand der Technik ab.

Um Wohnraum an solch kalten Tagen zu beheizen, wird dann eine zusätzliche Wärmequelle benötigt.

Ziel der Erfindung ist es, diesen Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei dem auch ohne Umweltwärmequelle mit Hilfe einer Adsorptionswärmepumpe geheizt werden kann.

Erfindungsgemäß wird dies bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Verfahrensanspruches erreicht.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen wird erreicht, dass die Anlage auch ohne Wärmepumpen-Module betrieben werden kann. Hierzu befinden sich Bypassleitungen parallel zu den Wärmepumpenmodulen. Werden die darin befindlichen Absperrorgane geöffnet, so kann der Wärmeträger durch die Bypassleitungen, die einen geringeren Strömungswiderstand haben als die Wärmepumpen-Module, strömen.

Gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 2 wird der gleiche Effekt auch dadurch erzielt, dass Umschaltorgane eine Durchströmung der Bypassleitungen anstelle der Wärmepumpen-Module ermöglicht.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 3 wird ein sinnvolles Kriterium für die Veränderung der Durchströmung beschrieben.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 4 ergibt sich der Vorteil, dass der Wärmeträger nicht mehr nur auf die für den Adsorber und Desorber notwendige Arbeitstemperatur aufgeheizt werden darf. Stattdessen kann der Wärmeträger auf bei konventionellen Heizgeräten übliche Temperaturen aufgeheizt werden. Dies kann man dadurch erreichen, indem die Strömungsgeschwindigkeit vermindert wird. Dies wiederum erreicht man am einfachsten durch eine Reduzierung der Pumpendrehzahl.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 5 ergibt sich der Vorteil, dass die Wärmepumpen- Module auch teildurchströmt werden können, wodurch auch kleine Umweltwärmemengen bei hoher Heizleistung eingebracht werden kann.

Anspruch 6 schützt eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1;

Anspruch 7 schützt eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 2.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Fig. 1 und 2 erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 den Aufbau und die Verschaltung einer erfindungsgemäßen Adsorptionswärmepumpe mit Bypassleitungen, in denen sich Absperrorgane befinden und
Fig. 2 den Aufbau und die Verschaltung einer erfindungsgemäßen Adsorptionswärmepumpe mit Bypassleitungen, die durch Umschalten vor Umschaltorganen durchströmt werden können.
Eine Wärmepumpe gemäß Fig. 1 verfügt über einen Adsorber-Desorber-Kreislauf 40, in dem sich eine Wärmequelle in Form eines von 1 einem Brenner 19 beheizten Primär- Wärmeaustauschers 11, ein Zeolith-Wärmeaustauscher 10, eine Umwälzpumpe 12, ein Heiznetzwärmeaustauscher 21 und ein weiterer Zeolith-Wärmeaustauscher 8, befinden, sowie ein Sole-Leitungssystem 1, das als Verdampferbereich arbeitet, in dem sich ein Kältemittelwärmeaustauscher 7, eine Umwälzpumpe 13 und eine Umweltwärmequelle 6 befinden und schließlich ein Kondensator-Kreislauf 2, in dem sich ein Kältemittelwärmeaustauscher 9, eine Umwälzpumpe 14 und ein Heiznetzwärmeaustauscher 5 befinden. Der Kältemittelwärmeaustauscher 9 und der Zeolith-Wärmeaustauscher 10 einerseits sowie der Kältemittelwärmeaustauscher 7 und der Zeolith-Wärmeaustauscher 8 andererseits sind jeweils als baugleiche Wärmepumpen-Module 16 und 15 aufgebaut. Die Zeolith-Wärmeaustauscher 8 bzw. 10 verfügen über Rippenrohre, die zwischen den Rippen mit Zeolithkugeln gefüllt sind. Die Wärmepumpen-Module 16 und 15 sind jeweils von einem Vakuumbehälter umfaßt, in dem sich jeweils die Zeolith-Wärmeaustauscher 8 bzw. 10, der Kältemittelwärmeaustauscher 7 bzw. 9, ein Strahlungsschutz zwischen diesen beiden Wärmeaustauschern und das Kältemittel Wasser befinden.
In dem in Fig. 1 dargestellten Betriebszustand kann der Zeolith-Wärmeaustauscher 10 als Desorber und der Zeolith-Wärmeaustauscher 8 als Adsorber, der Kältemittelwärmeaustauscher 7 als Verdampfer und der Kältemittelwärmeaustauscher 9 als Kondensator arbeiten. Fällt die Temperatur der Umweltwärmequelle 6 unter eine bestimmte Grenztemperatur ab, so werden die beiden Absperrorgane 51 und 53 geöffnet. Da die Bypassleitungen 50 und 52 einen kleineren Strömungswiderstand aufweisen als die Wärmepumpen-Module 15 und 16, werden nun die Bypassleitungen 50 und 52 anstelle der Wärmepumpen-Module 15 und 16 durchströmt. Gleichzeitig wird die Drehzahl der Pumpe 12 reduziert, wodurch das Temperaturniveau im Kreislauf 40 auf für konventionelle Heizgeräte typische Temperaturen angehoben wird.
Fig. 2 zeigt einen ähnlichen Aufbau. Anstelle der Absperrorgane sind Umschaltorgane 54 und 55 vorgesehen, mit deren Hilfe von einer Durchströmung der Wärmepumpen-Module 15 und 16 auf die Bypassleitungen 50 und 52 umgeschaltet werden kann.

Claims

1. Verfahren zum Betrieb einer Adsorptionswärmepumpe mit geschlossenem Adsorber-Desorber-Kreislauf (40) mit mindestens zwei Wärmepumpen-Modulen (15, 16), bestehend jeweils aus einem Adsorber/Desorber, vorzugsweise einem Zeolith-Wärmeaustauscher (8, 10), und einem Kältemittel-Wärmeaustauscher (7, 9), einem von einer Wärmequelle (19) beaufschlagten und mit dieser in Verbindung stehenden Primär-Wärmeaustauscher (11), einer Umwälzpumpe (12), einer Umweltwärmequelle (6), mindestens einem Heiznetzwärmeaustauscher (5, 21) und einem Heizungskreislauf (49), dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpen-Module (15, 16) jeweils mittels Bypassleitungen (50, 52), die strömungstechnisch parallel zu den Wärmepumpen-Modulen (15, 16) angeordnet sind, in denen sich jeweils Absperrorgane (51, 53) befinden, durch Öffnen der Absperrorgane (51, 53) überbrückbar sind.

2. Verfahren zum Betrieb einer Adsorptionswärmepumpe mit geschlossenem Adsorber-Desorber-Kreislauf (40) mit mindestens zwei Wärmepumpen-Modulen (15, 16), bestehend jeweils aus einem Adsorber/Desorber, vorzugsweise einem Zeolith-Wärmeaustauscher (8, 10), und einem Kältemittel-Wärmeaustauscher (7, 9), einem von einer Wärmequelle (19) beaufschlagten und mit dieser in Verbindung stehenden Primär-Wärmeaustauscher (11), einer Umwälzpumpe (12), einer Umweltwärmequelle (6), mindestens einem Heiznetzwärmeaustauscher (5, 21) und einem Heizungskreislauf (49), dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpen-Module (15, 16) jeweils mittels Bypassleitungen (50, 52), die strömungstechnisch parallel zu den Wärmepumpen-Modulen (15, 16) angeordnet sind, durch das Umschalten von Umschaltorganen (54, 55), die sich stromauf- oder stromab der Wärmepumpen-Module (15, 16) befinden, überbrückbar sind.

3. Verfahren zum Betrieb einer Adsorptionswärmepumpe gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Absperrorgane (51, 53) geöffnet oder die Umschaltorgane (54, 55) auf Bypassdurchströmung umgeschaltet werden, sobald die Temperatur der Umweltwärmequelle (6) einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet.

4. Verfahren zum Betrieb einer Adsorptionswärmepumpe gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl der Umwälzpumpe (12) im Adsorber-Desorber-Kreislauf (40) bei geöffneten Absperrorganen (51, 53) beziehungsweise auf Bypassdurchströmung geschalteten Umschaltorganen (54, 55) geringer ist als bei geschlossenen Absperrorganen (51, 53) beziehungsweise auf Wärmepumpen- Moduldurchströmung geschalteten Umschaltorganen (54, 55).

5. Verfahren zum Betrieb einer Adsorptionswärmepumpe gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absperrorgane (51, 53) kontinuierlich oder schrittweise zwischen geschlossen und voll geöffnet einstellbar sind.

6. Adsorptionswärmepumpe mit geschlossenem Adsorber-Desorber-Kreislauf (40) mit mindestens zwei Wärmepumpen-Modulen (15, 16), bestehend jeweils aus einem Adsorber/Desorber, vorzugsweise einem Zeolith-Wärmeaustauscher (8, 10), und einem Kältemittel-Wärmeaustauscher (7, 9), einem von einer Wärmequelle (19) beaufschlagten und mit dieser in Verbindung stehenden Primär- Wärmeaustauscher (11), einer Umwälzpumpe (12), einer Umweltwärmequelle (6), mindestens einem Heiznetzwärmeaustauscher (5, 21), einem Heizungskreislauf (49) und zu den Wärmepumpen-Modulen (15, 16) jeweils strömungstechnisch parallel angeordnete Bypassleitungen (50, 52), in denen sich jeweils Absperrorgane (51, 53) befinden.

7. Adsorptionswärmepumpe mit geschlossenem Adsorber-Desorber-Kreislauf (40) mit mindestens zwei Wärmepumpen-Modulen (15, 16), bestehend jeweils aus einem Adsorber/Desorber, vorzugsweise einem Zeolith-Wärmeaustauscher (8, 10), und einem Kältemittel-Wärmeaustauscher (7, 9), einem von einer Wärmequelle (19) beaufschlagten und mit dieser in Verbindung stehenden Primär- Wärmeaustauscher (11), einer Umwälzpumpe (12), einer Umweltwärmequelle (6), mindestens einem Heiznetzwärmeaustauscher (5, 21), einem Heizungskreislauf (49) und zu den Wärmepumpen-Modulen (15, 16) jeweils strömungstechnisch parallel angeordneten Bypassleitungen (50, 52), in denen sich stromauf- oder stromab der Wärmepumpen-Module (15, 16) jeweils Umschaltorgane (54, 55) befinden.