DE19730698A1 - Adsorptionswärmepumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Adsorptionswärmepumpe nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruches 1.

Das Ziel einer Adsorptionswärmepumpe besteht darin, durch Einkopplung von Niedertem­ peraturwärme in den Arbeitsprozeß Nutzwärme auf einem höheren Temperaturniveau zur Verfügung zu stellen. Der Arbeitsprozeß beruht darauf, daß der Dampfdruck des reinen Kältemittels bei gegebener Temperatur mit zunehmender Konzentration im Sorptionsmittel abnimmt. Dadurch kann das Kältemittel, z. B. durch Zufuhr von Umgebungswärme auf niedrigerem Temperaturniveau, verdampfen und bei der Temperatur, bei der die Nutzwärme bereitgestellt werden soll, adsorbiert werden.

Für den Betrieb einer solchen Adsorptionswärmepumpe benötigt man einen Verdampfer bzw. Kondensator, der eine Sole enthält und einen Adsorber bzw. Desorber, welcher von einem Wärmeträger durchströmt wird. Als Adsorbens dient vorzugsweise Zeolith. Die Aufheiz- und Desorptionswärme wird dem Prozeß als Antriebsenergie, z. B. durch einen Brenner, zugeführt. Die im Prozeß anfallende Kondensations-, Abkühl- und Adsorptions­ wärme wird durch einen Heiznetzwärmetauscher an das Heiznetz abgegeben. Die energetische Güte dieses Prozesses wid als Verhältnis von abgeführte Heizwärme zu aufgewendeter Wärme (Coeffizient of Performance, COP) beschrieben, wobei ein möglichst hoher COP anzustreben ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen COP zu steigern.

Die erfindungsgemäße Adsorptionswärmepumpe besitzt die im Patentanspruch I genann­ ten Merkmale.

Der von einem Wärmeträger durchströmte Adsorber/Desorber, vorzugsweise ein berippter Stahl- oder Aluminiumwärmetauscher mit einer Zeolithbeschichtung, ist kreis- bzw. spiralförmig angeordnet. Zentral in diesem einen Rohrmantel entsprechenden Adsorber/Desorber sitzt der von einer Sole durchströmte Verdampfer/Kondensator. Durch das sinnvolle Ineinanderfügen der beiden Aggregate ergibt sich ein optimaler Wärmetransport durch den die Aggregate umgebenden Wasserdampf und damit ein sehr hoher Effekt. Dieser ist höher als bei zwei im Abstand zueinander angeordneten Behältern als Absorber/Desorber bzw. Verdampfer/Kondensator.

Der Adsorber/Desorber kann als kreis- bzw. spiralförmig umlaufender Wärmetauscher gestaltet sein. Es ist auch möglich, mehrere Einzelelemente kreis- bzw. serpentinenförmig hintereinander zu schalten.

Die gesamte Einheit ist vorzugsweise in einem Vakuumbehälter angeordnet. Der Wasser­ dampf muß innerhalb dieses Behälters den Adsorber/Desorber und den Ver­ dampfer/Kondensator frei umströmen. Zwischen dem heißen Generator aus Adsor­ ber/Desorber und dem kalten Verdampfer/Kondensator erfolgt jedoch auch eine starker Strahlungsaustausch, durch den der COP verschlechtert wird und der deshalb unterbun­ den werden sollte. Zur Abhilfe wird ein dampfdurchlässiger Strahlungsschutz zwischen den Aggregaten angeordnet, wodurch der Dampfaustausch nicht behindert, die Strahlung jedoch unterbunden wird. Die gleichmäßige Belegung des Verdampfers/Kondensators wird beschleunigt und damit der COP gesteigert.

Eine Verschlechterung des COP erfolgt auch dann, wenn von den Strömungskanälen für den heißen Wärmeträger des Absorbers/Desorbers über die Wand des Vakuumbehälters ein Wärmeaustausch zu den Strömungskanälen für die Sole des Ver­ dampfers/Kondensators erfolgt. Um einen leistungsmindernden Wärmefluß zu verhindern, sollten deshalb die Strömungskanäle unterschiedliche Wandbereiche durchdringen, die möglichst weit voneinander entfernt liegen.

Die Zeichnung stellt in einer einzigen Figur einen Querschnitt durch einen Modul als Teil einer Adsorptionswärmepumpe dar.

In einem Vakuumbehälter 1, der mit Wasserdampf gefüllt ist, sitzt ein kreis- bzw. spiralförmig angeordneter Adsorber/Desorber 2, im dargestellten Fall in Form von zwei um­ laufenden Wärmetauschern. Dieser Adsorber/Desorber 2 wird von einem Wärmeträger durchströmt. Zentral innerhalb des Adsorbers/Desorbers 2 sitzt ein Ver­ dampfer/Kondensator 3, der von einer Sole durchströmt wird. Dabei durchdringen die Strömungskanäle 4 für den heißen Wärmeträger und die Strömungskanäle 5 für die Sole unterschiedliche Wandbereiche des Vakuumbehälters i, um einen unerwünschten Wärmefluß zu verhindern. Zwischen dem Adsorber/Desorber 2 und dem Verdampfer/Kondensator 3 sitzt ein dampfdurchlässiger Strahlungsschirm 6, etwa in Form von zwei gegeneinander versetzten Schikanen.

Claims (5)

1. Adsorptionswärmepumpe mit mindestens einem Adsorber/Desorber, vorzugs­ weise einem Zeolith-Wärmetauscher, und einem zugeordneten Verdampfer/Kondensator, dadurch gekennzeichnet, daß der von einem Wärmeträger durchströmte Adsor­ ber/Desorber (2) kreis- bzw. spiralförmig angeordnet ist und daß der von einem Kältemittel durchströmte Verdampfer/Kondensator (3) zentral innerhalb des Adsorbers/Desorbers (2) liegt.

2. Adsorptionswärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kreis- bzw. spiralförmig angeordnete Adsorber/Desorber (2) als umlaufende Einheit gestaltet ist.

3. Adsorptionswärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kreis- bzw. spiralförmig angeordnete Adsorber/Desorber aus mehreren aneinandergereihten Einzelelementen besteht.

4. Adsorptionswärmepumpe nach den Ansprüchen 1 und 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Adsorber/Desorber (2) in einem Vakuumbehälter (1) angeordnet ist und daß zwischen ihm und dem zentral angeordneten Verdampfer/Kondensator (3) ein dampfdurchlässiger Strahlungsschirm (6) liegt.

5. Adsorptionswärmepumpe nach den Ansprüchen i und 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle (4, 5) für den Wärmeträger des Adsor­ bers/Desorbers (2) bzw. für die Sole des Verdampfers/Kondensators (3) unterschiedliche Wandbereiche des Vakuumbehälters (1) durchdringen.