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Die Erfindung bezieht sich zunächst auf eine Adsorptionswärmepumpe gemäß dem
Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs und Verfahren zum Betreiben dieser
Adsorptionswärmepumpe.
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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 und über diesen auf einen Heizkreislauf über. Bei der
Desorption wird der Wärmeträger von der Wärmequelle im Gerät 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 Wärme an den Heizkreislauf ab.
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Der Adsorptions- und Desorptionsprozess findet in der Regel bei Temperaturen zwischen
150 und 200°C statt. Sollen der Adsorber und der Desorber mittels Wasser auf diese
Temperatur erhitzt beziehungsweise gekühlt werden, so sind Drücke zwischen 6 und 20 bar
notwendig, um Dampfblasenbildung zu vermeiden. Diese Drücke sind in der
Heizungstechnik nicht üblich.
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Ziel der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden und eine Adsorptionswärmepumpe
der eingangs erwähnten Art sowie ein Verfahren zum Betrieben dieser
Adsorptionswärmepumpe vorzuschlagen, bei welcher der Adsorber/Desorber mittels eines
Gases beheizt bzw. gekühlt wird.
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Erfindungsgemäß wird dies bei einer Adsorptionswärmepumpe der eingangs erwähnten Art
durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Anspruches 1 erreicht.
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Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen wird erreicht, dass der Adsorber/Desorber von
einem gasförmigen Wärmeträger durchströmt wird. Für die Desorption steht ein Brenner mit
Wärmeaustauscher zur Erhitzung des Wärmeträgers zur Verfügung.
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Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 2 ergibt sich der Vorteil, dass der gasförmige
Wärmeträger im Kreislauf geführt werden kann, wodurch keine Abgasverluste durch
austretenden Wärmeträger entstehen.
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Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 3 wird erreicht, dass das Gebläse im relativ kühlen
Bereich arbeiten kann, was die Materialanforderungen, Kosten und Lebensdauer positiv
beeinflußt.
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Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 4 kann thermische Energie des Gases, welches den
Adsorber/Desorber durchströmt hat, zur Beheizung eines Heiznetzes genutzt werden.
Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 5 kann das Abgas des Brenners bis auf
Heiznetztemperatur abgekühlt werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Fig. 1 und 2 erläutert.
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Es zeigt
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Fig. 1 den Aufbau und die Verschaltung einer erfindungsgemäßen Adsorptionswärmepumpe
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Fig. 2 eine zweite Variante einer erfindungsgemäßen Adsorptionswärmepumpe.
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Eine Adsorptionswärmepumpe gemäß Fig. 1 verfügt über ein Wärmepumpen-Modul 1, in
dem sich ein Adsorber/Desorber 101, ein Kondensator 102 und ein Verdampfer 104 in
einem Sumpf 103 befinden. Stromauf des Adsorbers/Desorbers 101 befindet sich eine
Adsorber/Desorber-Zuführleitung 22, in der ein Wärmeübertrager 15, der von den Abgasen
eines Brenners 8, welche über eine Abgasleitung 27 geführt werden, beaufschlagt wird,
angeordnet ist. Der Brenner 8 verfügt über eine Gaszuführung 28, in der sich ein nicht
dargestelltes Gasventil befindet. Ferner besitzt er eine Verbrennungsluftansaugleitung 26.
Letztendlich verfügt der Brenner 8 über ein Verbrennungsluftgebläse 9, das für den
Förderdruck sorgt. Stromab des Adsorbers/Desorbers 101 befindet sich ein
Wärmeaustauscher 13, der mit einem Heiznetz 14 verbunden ist. Stromab des
Wärmeaustauschers 13 im Heiznetz 14 befindet sich weiterer Wärmeaustauscher 30,
welcher auf der einen wärmeleitenden Seite über eine Abgasleitung 29 mit dem
Wärmeaustauscher 15 und auf der anderen wärmeleitenden Seite mit dem Heiznetz 14
verbunden ist. Stromab des Wärmeaustauschers 13 befindet sich auf der Gasseite eine
Adsorber/Desorber-Abführleitung 23. In der Adsorber/Desorber-Zuführleitung 22 ist stromauf
des Wärmeübertragers 15 ein Gebläse 12 angeordnet. Der Kondensator 102 im
Wärmepumpen-Modul 1 ist mit dem Heiznetz 14, der Verdampfer 104 ist über einen Sole-
Kreislauf 5 mit einer Umwelt-Wärmequelle 6 verbunden.
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Bei der Desorption fördert das Gebläse 12 den Wärmeträger Luft durch die
Adsorber/Desorber-Zuführleitung 22, den Wärmeaustauscher 15, den Adsorber/Desorber
101, den Wärmeaustauscher 13 und die Adsorber/Desorber-Abführleitung 23. Heißes Abgas
des Brenners 8 strömt durch die Abgasleitung 27 und erhitzt im Wärmeaustauscher 15 den
Wärmeträger Luft. Die etwa 200°C warme Luft durchströmt den Adsorber/Desorber 101, der
zu Beginn der Desorption mit Kältemittel, meist Wasser, gesättigt ist. Durch die Wärme aus
der heißen Luft, die den Adsorber/Desorber 101 durchströmt, wird das Kältemittel aus dem
Adsorber/Desorber 101 ausgetrieben. Das Kältemittel strömt zum Kondensator 102 und
kondensiert, wodurch Wärme auf das Heiznetz 14 abgegeben wird. Das Kondensat des
Kältemittels tropft in den Sumpf 103. Die Luft, welche den Adsorber/Desorber 101
durchströmt und sich dabei abgekühlt hat, strömt zum Wärmeaustauscher 13 und gibt
weitere thermische Energie an das Heiznetz 14 ab. Die kühle Luft durchströmt die
Adsorber/Desorber-Abführleitung 23 und wird aus dem System geleitet. Das Abgas des
Brenners 8 wird über die Abgasleitung 29 zum Wärmeaustauscher 30 geleitetet und gibt
thermische Energie an das Heiznetz 14 ab. Anschließend gelangt das kühle Abgas über
eine Abgasleitung 31 zu einer geöffneten, motorbetriebenen Abgasklappe 32 und weiter
über eine Abgasleitung 33 in die Adsorber/Desorber-Abführleitung 23, von wo aus das
Abgas aus dem System geleitet wird.
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Die Temperatur des Gases am Eintritt des Adsorbers/Desorbers läßt sich bei konstanter
Drehzahl des Gebläses 12 durch die Leistungsmodulation des Brenners 8 einstellen. Bei
konstanter Leistung des Brenners 8 kann die Temperatur durch eine Veränderung der
Drehzahl des Gebläses 12 eingestellt werden.
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Bei der Adsorption wird die motorbetriebenen Abgasklappe 32 geschlossen, damit kein Gas
aus der Adsorber/Desorber-Abführleitung 23 über den nicht im Betrieb befindlichen Brenner
8 gelangen kann. Wärme aus der Umwelt, die über den Umwelt-Wärmeaustauscher 6 und
den Solekreislauf 5 zum Verdampfer 104 gelangt, wird genutzt, um Kondensat im Sumpf
103 zu verdampfen. Der Dampf gelangt zum Adsorber/Desorber 101, wodurch dieser erhitzt
wird. Das Gebläse 12 fördert Luft durch den Adsorbers/Desorbers 101, der sich aufgrund
der Adsorption erhitzt. Die Wärme gelangt auf den Wärmeträger Luft innerhalb des
Adsorbers/Desorbers 101 und wird anschließend über den Wärmeaustauscher 13 an das
Heiznetz abgegeben.
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Fig. 2 unterscheidet sich von Fig. 1 dadurch, dass der gasförmige Wärmeträger in einem
geschlossenen Kreislauf 19 geführt wird. Hierzu ist die Adsorber/Desorber-Abführleitung 23
über eine Rückführleitung 21 mit der Adsorber/Desorber-Zuführleitung 22 verbunden. Somit
ist das Abgas, das aus dem Wärmeübertrager 30 austritt, das einzige austretende Gas; die
Abgasklappe 32 und die Abgasleitung 33 können somit entfallen.
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Bei der Desorption wird ein gasförmiger Wärmeträger mittels Gebläse 12 im Kreislauf 19
gefördert. Da das System geschlossen ist, kann ein Gas, das Wärme besser überträgt als
Luft, verwendet werden. Die Restwärme des Wärmeträgers in der Adsorber/Desorber-
Abführleitung 23 bleibt im System, da der Wärmeträger wieder in die Adsorber/Desorber-
Zuführleitung 22 geleitet wird.
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Bei der Adsorption wird der Brenner 8 abgeschaltet. Der Wärmeträger wird im Kreislauf 19
geführt und überträgt Wärme vom Adsorber/Desorber 101 zum Wärmeaustauscher 13. Bei
der Ausführungsvariante gemäß Fig. 2 ist es nicht zwingend erforderlich, dass der Brenner 8
gebläseunterstützt arbeitet.