DE19730699A1 - Verfahren zum Betreiben einer diskontinuierlichen Adsorptionswärmepumpe und Adsorptionswärmepumpe zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Adsorptionswärmepumpe nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und eine Wärmepumpe zur Durchführung dieses Verfahrens.

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 Sorptions­ mittel abnimmt. Dadurch kann das Kältemittel, z. B. durch Zufuhr von Umgebungswärme, auf niedrigerem Temperaturniveau verdampfen und bei der Temperatur, bei der die Nutz­ wärme bereitgestellt werden soll, wieder adsorbiert werden.

Für den Betrieb einer solchen Adsorptionswärmepumpe benötigt man einen Verdampfer bzw. Kondensator, der das reine Kältemittel 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 in dem mehrstufigen Prozeß anfallende Konden­ sations-, Abkühl- und Adsorptionswärme wird zeitlich nacheinander durch einen Heiznetz­ wärmetauscher an das Heiznetz abgegeben. Die energetische Güte dieses Prozesses wird als das Verhältnis von abgeführter Heizwärme zu aufgewendeter Wärme (Coefficient of Performance, COP) beschrieben, wobei ein möglichst hoher COP anzustreben ist.

Es wurde schon vorgeschlagen, diskontinuierliche Adsorptionswärmepumpen zur Verbes­ serung des COP aus mehreren Wärmepumpen-Modulen aufzubauen (DE 195 22 250 A1). Die bewirkt eine Verringerung der Temperaturveränderung je Modul und damit eine Ver­ ringerung der thermischen Verluste im toten, d. h. nicht am Sorptionsprozeß beteiligten Material. Gemäß der DE 195 07 919 AI werden die Module über eine Umschalteinrichtung in einer periodisch wechselnden Folgeschaltung dem Prozeß zugeordnet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den infolge der Aufgliederung der Wärmepumpe in mehrere Module bereits recht hohen COP noch weiter zu steigern.

Die Erfindung besteht in der Anwendung der im Patentanspruch 1 genannten Maßnahme.

Es wird keine beliebige Strömungsrichtung gewählt, sondern der Wärmeträgerkreislauf wird bewußt im Gegensinn zum Sorptionsprozeß geschaltet. Damit erfolgt die Förderung des Wärmeträgers immer von der niedrigeren zur höheren Betriebstemperatur der hinter­ einander geschalteten Module, was sich auf die Temperaturauslegung der Umwälzpumpe positiv auswirkt. Im anderen Fall verliefe die Förderrichtung von der höheren zur niedrigeren Betriebstemperatur. Die Umwälzpumpe müßte höher ausgelegt sein. Bei einer periodisch wechselnden Folgeschaltung der Module gemäß der DE 195 07 919 A1 bedeutet die Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahme, daß der Wärmeträgerkreislauf im Gegensinn zu dieser Folgeschaltung verläuft.

Eine diskontinuierliche Adsorptionswärmepumpe zur Durchführung des erfindungsgemä­ ßen Verfahrens besitzt eine Umschalteinrichtung für die periodisch wechselnde Folge­ schaltung der Module und eine im Gegensinn zu dieser den Wärmeträger durch den Wär­ meträgerkreislauf fördernde Umwälzpumpe. Infolge dieser Gegenläufigkeit der Folgeschal­ tung und der Umwälzpumpe ergibt sich die angestrebte Förderung des Wärmeträgers von der niedrigeren zur höheren Betriebstemperatur. Bei einer Anordnung der Umwälzpumpe hinter dem Heiznetzwärmetauscher im Wärmeträgerkreislauf liegt diese immer in der Posi­ tion der niedrigsten Betriebstemperatur. Sie muß nur auf diese niedrigere Betriebstempera­ tur ausgelegt sein. Infolge der Anwendung des Gegenstromprinzips steigt der COP.

Die Zeichnung stellt in einer einzigen Figur eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Adsorptionswärmepumpe dar.

Die beispielhafte Adsorptionswärmepumpe ist aus acht Modulen 1 aufgebaut, wobei jeder Modul einen Adsorber/Desorber 2 und einen Verdampfer/Kondensator 3 aufweist. In einem Kreislauf sitzt ein Verdampfer-Wärmetauscher 4 zur Aufnahme von Wärme aus der Um­ gebung und ein Kondensator-Wärmetauscher 5 zur Abgabe von Nutzwärme. Die Module sind so in diesen Kreislauf eingeschaltet, daß sie über eine nicht dargestellte Umschaltein­ richtung in Richtung der Pfeile schrittweise weiter bewegt werden. In einem periodischen Wechsel erfolgt somit eine kontinuierlich sich ändernde Zuordnung zum Sorptionsprozeß.

In einem Wärmeträgerkreislauf W sitzen ein Brennerwärmetauscher 6 und ein Heiznetz­ wärmetauscher 7 sowie eine Umwälzpumpe 8. Die Umwälzpumpe 8 fördert im Gegensinn zu der durch die Pfeile angedeuteten Folgeschaltung der Module 1. Sie sitzt hinter dem Heiznetzwärmetauscher 7 und damit an der kältesten Stelle des Systems. Sie muß nur auf diese niedrige Temperatur ausgelegt sein. Die Förderung des Wärmeträgers von der nied­ rigeren zur höheren Temperatur erhöht den COP.

Claims (4)

1. Verfahren zum Betreiben einer diskontinuierlichen Adsorptionswärmepumpe mit einem Sorptionsprozeß in mehr als zwei jeweils einen Adsorber/Desorber (2), vorzugs­ weise einen Zeolith-Wärmetauscher, und einen Verdampfer/Kondensator (3) aufweisenden Modulen (1) und einem Wärmeträgerkreislauf (W) durch einen Brennerwärmetauscher (6) und einen Heiznetzwärmetauscher (7), dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträgerkreislauf (W) im Gegensinn zum Sorptions­ prozeß verläuft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Module (1) in einer periodisch wechselnden Folgeschal­ tung in den Sorptionsprozeß geschaltet werden und daß der Wärmeträgerkreislauf (W) im Gegensinn zu dieser Folgeschaltung (Pfeile) und damit im Gegensinn zum Sorptionspro­ zeß verläuft.

3. Diskontinuierliche Adsorptionswärmepumpe zur Durchführung des Verfahrens und der Ansprüche 1 und 2, gekennzeichnet durch eine die Module (1) in einer periodisch wechselnden Folgeschaltung in den Sorptionsprozeß schaltenden Umschalteinrichtung und eine den Wärmeträger im Gegensinn zu dieser Folgeschaltung (Pfeile) durch den Wärmeträgerkreislauf (W) fördern­ den Umwälzpumpe (8).

4. Diskontinuierliche Adsorptionswärmepumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzpumpe (8) hinter dem Heiznetzwärmetauscher (7) und damit an der kältesten Stelle des Wärmeträgerkreislaufs (W) angeordnet ist.