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Die Erfindung betrifft eine periodisch arbeitende Absorptionsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.
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Eine periodisch arbeitende Absorptionsvorrichtung der eingangs genannten Art ist nach der
DE 10 2011 105 742 A1 bekannt. Diese besteht aus einem Absorbermodul zum Ab- bzw. Desorbieren eines Kältemittels in eine bzw. aus einer flüssigen, kristallisationsfähigen Lösung bestehend aus einem Absorptionmittel und dem Kältemittel, aus einem Kondensator zum Kondensieren des aus der Lösung ausgetriebenen Kältemittels, aus einem Verdampfer zum Verdampfen des kondensierten Kältemittels, aus einer Kältemittelleitung zum Transport des Kältemittels vom Verdampfer zum Absorbermodul und aus einer Lösungsleitung zum Zirkulieren der Lösung durch das Absorbermodul.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine periodisch arbeitende Absorptionsvorrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern, und zwar insbesondere hinsichtlich ihrer Betriebssicherheit. Noch konkreter ausgedrückt, soll eine Absorptionsvorrichtung bereit gestellt werden, bei der möglicher Weise in der Vorrichtung kristallisierte Lösung möglichst schnell und einfach wieder dekristallisier- bzw. verflüssigbar ist.
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Diese Aufgabe ist mit einer periodisch arbeitenden Sorptionsvorrichtung der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Schutzanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
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Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass ein Kältemittelspeicherbehälter vorgesehen ist, der im Regelbetrieb mit Kältemittel befüllt und im Störbetrieb hydraulisch mit der Lösungsleitung verbunden ausgebildet ist.
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Mit anderen Worten ist erfindungsgemäß ein Notausbehälter vorgesehen, der im Regelbetrieb, also im periodischen Normalbetrieb, der zwischen Absorptions- und Desorptionsphase wechselt, mit der Vorrichtung entnommenen Kältemittel befüllt und im Störbetrieb (Stromausfall) hydraulisch mit dem Lösungskreislauf verbunden ausgebildet ist, wobei der zuvor verwendete Begriff ”Vorrichtung” insbesondere die im Oberbegriff des Schutzanspruchs 1 genannten Merkmale wie Sorbermodul, Kondensator, Verdampfer und Kältemittelkreislauf umfasst.
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Im Kern geht es bei der Erfindung also darum, stets eine bestimmte Menge an Kältemittel bereit zu halten, die, falls es, was unten noch genauer erläutert wird, zu einer Kristallisation der kristallisationsfähigen Lösung (zum Beispiel bei Verwendung von LiBr-H2O [wässriges Lithiumbromid] oder LiCl-H2O [wässriges Lithiumchlorid]) kommen sollte, dem Lösungskreislauf zuführbar ist, um die Kristallisation zu verhindern bzw. die Kristalle des Sorptionmittels aufzulösen.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen periodisch arbeitenden Absorptionsvorrichtung ergeben sich aus den abhängigen Schutzansprüchen.
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Die erfindungsgemäße periodisch arbeitende Absorptionsvorrichtung einschließlich ihrer vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Schutzansprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es zeigt
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1 schematisch und im Schnitt die erfindungsgemäße periodisch arbeitende Absorptionsvorrichtung mit einem Kältemittelspeicherbehälter.
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Die in 1 dargestellte, periodisch arbeitende Absorptionsvorrichtung weist zunächst in an sich bekannter Weise ein Absorbermodul 1 mit einem beheizbaren Wärmetauscher 1.1 zum Erhitzen einer flüssigen Lösung aus einem Absorptionsmittel und einem (fluiden) Kältemittel auf. Weiterhin weist das Absorbermodul 1 einen oberhalb des Wärmetauschers 1.1 angeordneten Verteiler 1.2 mit einem Zufuhranschluss 1.3 und mit Austrittsöffnungen 1.4 zum Wärmetauscher 1.1 auf.
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Der beheizbare Wärmetauscher
1.1. entspricht dabei im Ansatz dem flüssigkeitsdurchströmten Wärmetauscher des Sorbers gemäß der
DE 10 2008 006 420 B3 , allerdings ohne das darauf angeordnete, feste Sorptionsmittel (Zeolith). Dieser Wärmetauscher
1,
1, der, wie
1 andeutet, besonders bevorzugt als Rohr, insbesondere gewendeltes Rohr bzw. gewendeltes Doppelrohr (oder auch Wendelrohrwärmetauscher), ausgebildet ist, wobei zwischen nebeneinander verlaufenden Teilen des gewendelten Rohres ein Spalt vorgesehen ist, ist, wie ebenfalls aus der
DE 10 2008 006 420 B3 an sich bekannt, im oberen Bereich eines vakummdichten Modulbehälters
10 angeordnet. Um den Wärmetauscher
1.1 erhitzen zu können, weist dieser durch den Verteiler
1.2 geführte Zu- und Abfuhranschlüsse auf, die in ebenfalls an sich bekannter Weise mit einem Wärmetauscher zum Beispiel eines Gasbrenners hydraulisch verbunden sind: Durch Einschalten des Gasbrenners und Zirkulation eines entsprechenden Heizkreismediums kann der Wärmetauscher
1.1 beheizt werden.
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Alternativ zum genannten Wendelrohrwärmetauscher kann auch ein Lamellenwärmetauscher oder dergleichen vorgesehen sein (nicht extra dargestellt), bei dem das Absorptionsmittel in analoger Weise die beheizbare Oberfläche benetzt.
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Im unteren Teil des Modulbehälters
10 ist in ebenfalls bekannter Weise ein Verdampfer
3 angeordnet, und zwar, wie dargestellt, besonders bevorzugt der so genannte Rieselverdampfer gemäß der
DE 10 2008 006 420 B3 . Mit anderen Worten ist auch bei der erfindungsgemäßen Lösung vorgesehen, dass in einem ersten Volumenbereich
8.1 ein periodisch ein Kältemittel sorbierender und desorbierender ”Absorber” (Sorbermodul
1) und ein Kondensator
2 angeordnet sind, wobei der vorzugsweise mantelartige Kondensator
2 den oberen Teil des Modulbehälters
10 mindestens teilweise umschließend ausgebildet ist. Unterhalb des ersten Volumenbereichs
8.1 ist weiterhin ein zweiter Volumenbereich
8.2 vorgesehen, in dem der Verdampfer
3 angeordnet ist, wobei außerdem ein dritter Volumenbereich
8.3 vorgesehen ist, der zur Aufnahme von Kältemittel über eine an der Kältemittelleitung
4 vorgesehene Kältemittelabzweigung
4.2 mit dem zweiten Volumenbereich
8.2 hydraulisch verbunden ist und der zur Abgabe von Kältemittel an den zweiten Volumenbereich
8.2 mindestens eine Öffnung aufweist. Ferner weist der dritte Volumenbereich
8.3 eine zur mindestens teilweise Kältemittelfreistellung des Verdampfers
3 bzw. der Verdampferrohrwendeln ausreichende Volumengröße auf.
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Weiterhin ist, wie bereits erwähnt, vorgesehen, dass der Verteiler 1.2 eine Vielzahl von Austrittsöffnungen 1.4 zur Bildung eines den beheizbaren Wärmetauscher 1.1 benetzenden Lösungsstrahls aufweist. Dabei ist der Verteiler 1.2 (”Brausekopf”) bevorzugt oberhalb, insbesondere vertikal oberhalb, des beheizbaren Wärmetauschers 1.1 angeordnet. Wie aus 1 ersichtlich (angedeutet durch die vier kurzen senkrechten Linien), verlässt die Lösung somit den brausekopfartig ausgebildeten Verteiler 1.2 (oder auch das Berieselungselement) und fällt – der Schwerkraft folgend – auf die Rohrwendeln des Wärmetauschers 1.1.
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Außerdem ist vorgesehen, dass das Absorbermodul 1 einen den Wärmetauscher 1.1 und den mit einem Zufuhranschluss 1.3 versehenen Verteiler 1.2 aufnehmenden Behälter 1.5 aufweist. Der Behälter 1.5 ist, wie 1 zeigt, in einem oberen Teil des Modulbehälters 10 angeordnet, d. h. auch dieser Behälter 1.5 ist mindestens teilweise vom Kondensator 2 umschlossen ausgebildet. Außerdem ist der Behälter 1.5 mit einem Abfuhranschluss 1.6 für die Lösung aus Absorptionsmittel und Kältemittel versehen. Ferner sind der Zufuhranschluss 1.3 und der Abfuhranschluss 1.6 außerhalb des Behälters 1.5 (und auch außerhalb des Modulbehälters 10) über eine Lösungsleitung 5 hydraulisch miteinander verbunden. Auf diese Weise ergibt sich, dass das Absorbermodul 1 und die Lösungsleitung 5 zusammen einen Lösungskreislauf für eine Lösung aus Absorptionsmittel und Kältemittel bilden. Dabei ist die Lösungsleitung 5 zur Förderung der Lösung mit einer Lösungspumpe 5.3 versehen.
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Eine weitere, weiter unten noch genauer erläuterte Maßgabe besteht darin, dass der Behälter 1.5 ein zur Aufnahme sowohl des gesamten flüssigen Absorptionsmittels als auch des gesamten fluiden Kältemittels ausreichend großes, fluiddichtes Hauptvolumen aufweist, wobei weiterhin der vorzugsweise mit der Lösungspumpe 5.3 fluiddicht absperrbare Abfuhranschluss 1.6 unterhalb dieses Hauptvolumens angeordnet ist.
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Damit das Kältemittel (typischer Weise Wasser bzw. Wasserdampf) aus dem ersten Volumenbereich 8.1 in den Behälter 1.5 und umgekehrt gelagen kann, ist der Behälter 1.5 oberhalb des Hauptvolumens mit mindestens einer (vorzugsweise einer ganzen Reihe von) Dampfdurchgangsöffnung(en) 9 versehen.
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Wie bereits erwähnt, ist weiterhin im unteren Teil des Modulbehälters 10 ein zweiter Volumenbereich 8.2 bzw. ein Aufnahmevolumen für das fluide Kältemittel vorgesehen, wobei zwischen dem Aufnahmevolumen und dem Zufuhranschluss 1.3 des Behälters 1.5 eine insbesondere aus der Kältemittelleitung 4 und der Lösungsleitung 5 bestehende Verbindung vorgesehen ist. Diese ist zum Transport des Kältemittels bzw. einer Lösung aus Kältemittel und Absorptionsmittel mit der Kältemittelpumpe 4.1 versehen. Ferner ist in bekannter Weise vorgesehen, dass der Verdampfer 3 einen Kältemittelzufuhranschluss 3.1 und einen Kältemittelabfuhranschluss 3.2 aufweist. Dabei ist die Kältemittelleitung 4 mit dem Kältemittelabfuhranschluss 3.2 verbunden und weist eine mit dem Kältemittelzufuhranschluss 3.1 verbundene Kältemittelabzweigung 4.2 auf, wobei zwischen der Kältemittelabzweigung 4.2 und dem Kältemittelzufuhranschluss 3.1 ein drittes, elektrisch betätigbares Ventil 7.3 angeordnet ist. Dieses Ventil 7.3 ist dabei, was ebenfalls noch genauer erläutert wird, besonders bevorzugt im stromlosen Zustand (frei) durchströmbar ausgebildet.
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Die in
1 dargestellte Absorptionsvorrichtung funktioniert wie folgt:
Wie auch bei der Lösung nach der
DE 10 2008 006 420 B3 wird die erfindungsgemäße Absorptionsvorrichtung periodisch betrieben, und zwar abwechselnd in einer Desorptions- und einer Absorptionsphase.
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In der Desorptionsphase wird das Kältemittel aus der flüssigen Lösung ausgetrieben. Dies geschieht dadurch, dass die Lösung mittels der Lösungspumpe 5.3 durch die Lösungsleitung 5 über den Zufuhranschluss 1.3 zum Verteiler 1.2 transportiert wird. Von dort fällt die Lösung auf die in der Desorptionsphase beheizte Oberfläche des Wärmetauschers 1.1. Auf den Wendeln des Wärmetauschers 1.1 bildet sich ein dünner Film, dem sehr gut Wärme zugeführt werden kann. Da der Film, wie gesagt, dünn ist, kann das Kältemittel auf diese Weise sehr gut aus der Lösung ausgetrieben werden.
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Im Behälter 1.5 befindet sich eine bestimmte Menge der Lösung. Prinzipiell läuft die Desorptionsphase so lange, bis das Kältemittel abhängig von der eingestellten Desorptionstemperatur (soweit wie gewünscht) aus der Lösung ausgetrieben ist. Dabei reduziert sich die Menge an Flüssigkeit im Behälter. Der sich am Ende der Desorptionsphase einstellende minimale Pegelstand ist in 1 mit I gekennzeichnet.
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Das aus der Lösung ausgetriebene, verdampfte Kältemittel kann durch die Dampfdurchgangsöffnungen 9 (typischer Weise in Form einer gelochten Behälterwandung ausgebildet) in den ersten Volumenbereich 8.1 gelangen und dort am Kondensator 2 auskondensieren.
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Das dann wieder flüssige Kältemittel läuft an der Wand des Modulgehäuses nach unten und sammelt sich in den beiden oben genannten Volumenbereichen
8.2 und
8.3. Aufgrund der vorgesehenen und in
1 dargestellten Leitbleche gelangt das Kältemittel dabei zunächst in den topfartigen Volumenbereich
8.3. Dieser ist aber, genau wie bei der Lösung nach der
DE 10 2008 006 420 B3 , bodenseitig mit Austrittsöffnungen versehen, so dass sich die Kältemittelniveaus der beiden Volumenbereiche
8.2 und
8.3 (bei nicht laufender Kältemittelpumpe
4.1) automatisch aneinander anpassen.
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Die Absorptionsphase beginnt, wie erwähnt, praktisch dann, wenn kein weiteres Kältemittel mehr aus der Lösung ausgetrieben werden soll. Dazu wird einerseits die Beheizung des Wärmetauschers 1.1 ausgeschaltet und andererseits die Kältemittelpumpe 4.1 eingeschaltet. Die Lösungspumpe 5.3 bleibt weiterhin in Betrieb, so dass nunmehr die kältemittelverarmte Lösung im Behälter 1.5 umgepumpt wird.
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Durch das Einschalten der Kältemittelpumpe 4.1 wird das im Volumenbereich 8.2 befindliche Kältemittel bei geöffnetem Ventil 7.3 (und noch zu erläuternden, geschlossenen Ventilen 7.1 und 7.2) in den Volumenbereich 8.3 umgepumpt. Aufgrund der bereits erwähnten Austrittsöffnungen rieselt das flüssige Kältemittel auf den freigestellten Verdampfer 3 und kann auf diese Weise (über den Verdampfer 3 eingekoppelte) Umgebungswärme aufnehmen und dabei selbst wieder verdampfen. Dieser Kältemitteldampf steigt im Modulbehälter 10 auf, strömt durch die genannten Dampfdurchgangsöffnungen 9 in den Behälter 1.5 und wird dort von der über die Rohrwendel strömenden Lösung absorbiert. Dabei erwärmt sich die Lösung in bekannter Weise, wobei diese Wärme wiederum auf sehr effektive Weise an die Oberfläche des Rohrwendelwärmetauscher abgegeben werden kann. Da die Lösung durch den Rieselprozess eine große Oberfläche aufweist, ist außerdem ein optimaler Stofftransport gewährleistet.
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Die Absorptionsphase läuft im Prinzip so lange, bis die Lösung entsprechend der eingestellten Kühlmitteltemperatur (insbesondere Heizungsrücklauftemperatur) mit Kältemittel gesättigt ist. Durch die Absorption wird die Gesamtflüssigkeitsmenge im Behälter 1.5 vergrößert; in 1 ist mit II der Füllstand des Behälters am Ende der Absorptionsphase markiert.
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Ist die Arbeitsstoffpaarung der Absorptionswärmepumpe eine Salzlösung, zum Beispiel wässriges Lithiumbromid oder wässriges Lithiumchlorid, so kann je nach Betriebspunkt die Salzlösung im Wärmepumpenmodul kristallisieren. Hierbei ist das Eintreten der Kristallisation stark von der Lösungstemperatur und der Kältemittelkonzentration der Lösung abhängig. Der im Wärmepumpenmodul vorliegende Druck hat hingegen nur einen geringen Einfluss auf das Eintreten der Kristallisation. Durch das Eintreten der Kristallisation kann es zum Zusetzen von Leitungen und anderen Komponenten des vorgenannten Lösungskreislaufes kommen. Der Wärmepumpenprozess würde zum Erliegen kommen. Um diesen Zustand zu vermeiden, werden Absorptionswärmepumpen üblicherweise so betrieben, dass ein ausreichender Sicherheitsabstand zur Kristallisationsgrenze der Lösung gegeben ist. Auch ein kontrolliertes Ausschalten der Absorptionswärmepumpe ist zur Vermeidung von Kristallisation notwendig.
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Ein kontrolliertes Ausschalten kann jedoch nicht gewährt werden, wenn eine unverhoffte Unterbrechung der Spannungsversorgung der Wärmepumpe auftritt. Befand sich beispielsweise das Absorptionswärmepumpenmodul vor der unverhofften Unterbrechung der Stromversorgung in der Desorptionsphase, so liegt eine kältemittelarme Lösung im Lösungskreislauf vor. Da die Unterbrechung der Spannungsversorgung auch eine Unterbrechung der Funktion des Verdampfers 3 bedeutet, kann die kältemittelarme Lösung im Lösungskreislauf kein weiteres Kältemittel absorbieren. Eine Abkühlung der kältemittelarmen Lösung kann so eine Kristallisation der Lösung hervorrufen. Um jedoch auch bei einer unverhofften Unterbrechung der Spannungsversorgung eine Kristallisation im Wärmepumpenmodul zu vermeiden, wurde das nachfolgende Konzept erfunden.
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Wiederum mit Verweis auf 1 besteht die erfindungsgemäße, periodisch arbeitende Absorptionsvorrichtung, wie bereits erläutert, aus einem Absorbermodul 1 zum Ab- bzw. Desorbieren eines Kältemittels in eine bzw. aus einer flüssigen, kristallisationsfähigen Lösung bestehend aus einem Absorptionsmittel und dem Kältemittel, aus einem Kondensator 2 zum Kondensieren des aus der Lösung ausgetriebenen Kältemittels, aus einem Verdampfer 3 zum Verdampfen des kondensierten Kältemittels, aus einer Kältemittelleitung 4 zum Transport des Kältemittels vom Verdampfer 3 zum Sorbermodul 1 und aus einer Lösungsleitung 5 zum Zirkulieren der Lösung durch das Absorbermodul 1.
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Wesentlich für diese Absorptionsvorrichtung ist nun, dass ein Kältemittelspeicherbehälter 6 vorgesehen ist, der im Regelbetrieb mit Kältemittel befüllt und im Störbetrieb (also vor allem bei Stromausfall) hydraulisch mit der Lösungsleitung 5 verbunden ausgebildet ist.
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Zunächst rein gegenständlich betrachtet, sind folgende vorteilhaften Weiterbildungen an der erfindungsgemäßen Absorptionsvorrichtung vorgesehen: Der Kältemittelspeicherbehälter 6 ist mindestens teilweise oberhalb des Absorbermoduls 1, insbesondere oberhalb des Behälters 1.5, angeordnet. Außerdem weist der Kältemittelspeicherbehälter 6 einen ersten und einen zweiten Behälteranschluss 6.1, 6.2 auf. Außerdem ist der erste Behälteranschluss 6.1 an einem unteren Ende und der zweite Behälteranschluss 6.2 an einem oberen Ende des Kältemittelspeicherbehälters 6 angeordnet. Weiterhin weist die Lösungsleitung 5 einen ersten und einen zweiten Abzweigungsanschluss 5.1, 5.2 auf, wobei der erste Abzweiganschluss 5.1 mit dem ersten Behälteranschluss 6.1 und der zweite Abzweiganschluss 5.2 mit dem zweiten Behälteranschluss 6.2 hydraulisch verbunden ist. Ferner ist vorgesehen, dass zwischen dem ersten Abzweigungsanschluss 5.1 und dem ersten Behälteranschluss 6.1 ein erstes, elektrisch betätigbares Ventil 7.1 angeordnet ist, wobei dieses vorzugsweise im stromlosen Zustand (frei) durchströmbar ausgebildet ist. Darüber hinaus ist vorgesehen, dass zwischen dem zweiten Abzweigungsanschluss 5.2 und dem zweiten Behälteranschluss 6.2 ein zweites, elektrisch betätigbares Ventil 7.2 angeordnet ist, wobei dieses vorzugsweise im stromlosen Zustand (frei) durchströmbar ausgebildet ist. Weiterhin ist die Kältemittelleitung 4 in den Kältemittelspeicherbehälter 6 ausmündend ausgebildet, wobei sie außerdem vorzugsweise von unten in den Kältemittelspeicherbehälter 6 eingeführt und vorzugsweise in einen oberen Bereich des Kältemittelspeicherbehälters 6 ausmündend ausgebildet ist.
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Oder in anderen, mehr funktionalen Worten ausgedrückt: Zur Vermeidung der Kristallisation bei einer unverhofften Spannungsunterbrechung ist erfindungsgemäß der Kältemittelspeicherbehälter 6 (auch Notausbehälter genannt) im oberen Modulbereich des Modulbehälters 10 angeordnet. Dieser Notausbehälter stellt eine Verbindung zwischen dem Lösungskreislauf und dem Kältemittelkreislauf dar. Unterhalb des Notausbehälters ist das bereits erwähnte, erste Ventil 7.1 angeordnet. Dieses ist so ausgelegt, dass es im stromlosen Zustand geöffnet ist. In anderen Worten ausgedrückt, wird das erste Ventil 7.1 im normalen Betrieb der Anlage (Regelbetrieb) mit Strom geschlossen.
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Das in 1 dargestellte dritte Ventil 7.3 ist wie das erste Ventil 7.1 im stromlosen Zustand geöffnet. Im normalen Betrieb der Anlage ist das zweite Ventil 7.2 mit Strom geschlossen und das dritte Ventil 7.3 stromlos geöffnet. Im unteren Modulbereich ist ebenfalls die für die Zirkulation des Kältemittelkreislaufes erforderliche Kältemittelpumpe 4.1 angeordnet. Für gewöhnlich fördert die Kältemittelpumpe 4.1 das Kältemittel über das dritte Ventil 7.3 in den Verdampferzulaufbehälter, von wo aus die Verdampferrohrwendel berieselt wird.
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Zum Betrieb des Kältemittelspeicherbehälters 6 ist es nun erforderlich diesen vor der ersten Inbetriebnahme bzw. nach jeder Entleerung aufzufüllen. Hierzu wird das zweite Ventil 7.2 geöffnet und das dritte Ventil 7.3 (mit Strom) geschlossen sowie die Kältemittelpumpe 4.1 eingeschaltet. Das erste Ventil 7.1 verbleibt in seiner geschlossenen Lage (unter Strom). Somit fördert die Kältemittelpumpe 4.1 das sich im Verdampfer 3 befindende Kältemittel über die Kältemittelleitung 4 in den Kältemittelspeicherbehälter 6. Da das zweite Ventil 7.2 geöffnet ist, kann sich der gegebenenfalls im Notausbehälter befindende Dampf entweichen und der Notausbehälter kann somit komplett mit Kältemittel gefüllt werden. Die Befülldauer bzw. die Betriebsdauer der Kältemittelpumpe 4.1 ist hierbei abhängig vom Pumpenfördervolumenstrom und vom Fassungsvermögen des Notausbehälters.
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Kommt es nun zur unverhofften Spannungsunterbrechung (insbesondere während der Desorptionsphase), so werden das erste Ventil 7.1 und das zweite Ventil 7.2 stromlos geschaltet, was eine Öffnung der beiden Ventile bewirkt. Durch das öffnen des zweiten Ventils 7.2 findet einen Druckausgleich zwischen dem Notausbehälter und dem Wärmepumpenmodul statt. Durch die Anordnung des Notausbehälters (mindestens teilweise) oberhalb des Behälteters 1.5 entleert sich der gefüllte Kältemittelspeicherbehälter 6 und der Lösungskreislauf wird mit Kältemittel geflutet. Die Kältemittelkonzentration im Lösungskreislauf erhöht sich. Hierbei ist das Volumen des Notausbehälters so auf das System abzustimmen, dass dieser diejenige Kältemittelmasse fassen kann, die zur Erhöhung der während des Wärmepumpenbetriebes minimal möglichen Kältemittelkonzentration in der Lösung auf eine unkritische Kältemittelkonzentration in der Lösung erforderlich ist. Unkritisch bedeutet, dass beim Abkühlen der Lösung auf Umgebungstemperatur keine Kristallisation im System auftritt.
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Neben der Sicherstellung einer unkritischen Kältemittelkonzentration der Lösung im Falle einer unverhofften Abschaltung der Absorptionswärmepumpe, kann über die Kältemittelleitung
4 dem Lösungskreislauf auch Kältemittel zugeführt werden, wenn auf einem anderem Wege im Lösungskreislauf eine kritische Lösungskonzentration vorliegt. Hierzu wird das dritte Ventil
7.3 geschlossen und die Kältemittelpumpe
4.1 aktiviert. Je nach dem örtlichen Auftreten der Kristallisation bzw. einer eventuellen Verstopfung der Lösungsleitung
5 oder anderer Komponenten des Lösungskreislaufes werden nun das erste Ventil
7.1 und/oder das zweite Ventil
7.2 geöffnet. Wird nur das erste Ventil
7.1 geöffnet, so kann beispielsweise eine Verstopfung in der seitlichen Lösungsleitung durch das Aufbringen von Kältemittel auf die Salzkristalle aufgelöst werden. Eine Verstopfung durch Kristallisation im oberen Bereich des Lösungskreislaufes kann hingegen durch das öffnen des zweiten Ventils
7.2 aufgelöst werden. Die über die Kältemittelleitung
4 in den Lösungskreislauf eingebrachte Kältemittelmasse kann hierbei über die Betriebsdauer der Kältemittelpumpe
4.1 definiert werden. Durch das Umpumpen von Kältemittel aus dem Kältemittelkreislauf in den Lösungskreislauf kann auch einer Absorptionsmittelanreicherung im Kältemittelkreislauf entgegengewirkt werden, ähnlich wie in
DE 10 2011 105 742 A1 . Somit wird durch das angedachte Konzept nicht nur die Betriebssicherheit der Absorptionswärmepumpe erhöht, sondern auch eine Sicherstellung einer hohen Effizienz der Wärmepumpe erzielt.
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Da nach dem öffnen des Notausbehälters bzw. dem Umpumpen von Kältemittel über die Kältemittelleitung 4 in den Lösungskreislauf eine kältemittelreiche Lösung im Lösungskreislauf vorliegt, muss anschließend die Lösungskonzentration wieder auf die für den normalen Betrieb (Regelbetrieb) erforderliche Lösungskonzentration eingestellt werden. Hierzu muss lediglich die kältemittelreiche Lösung dem Sorbermodul 1 zugeführt werden. Durch das Aufbringen der Desorptionswärme wird das Kältemittel aus der Lösung ausgetrieben und gelangt über den Kondensator 2 zurück in den Verdampfer 3. Ist dieser Vorgang abgeschlossen, liegt der Ausgangszustand vor. Reines Kältemittel befindet sich im Kältemittelkreislauf und im Lösungskreislauf liegt die Lösungskonzentration des Betriebszustandes vor. Ein normaler und effizienter Wärmepumpenbetrieb ist wieder möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Absorbermodul
- 1.1
- Wärmetauscher
- 1.2
- Verteiler
- 1.3
- Zufuhranschluss
- 1.4
- Austrittsöffnungen
- 1.5
- Behälter
- 1.6
- Abfuhranschluss
- 2
- Kondensator
- 3
- Verdampfer
- 3.1
- Kältemittelzufuhranschluss
- 3.2
- Kältemittelabfuhranschluss
- 4
- Kältemittelleitung
- 4.1
- Kältemittelpumpe
- 4.2
- Kältemittelabzweigung
- 5
- Lösungsleitung
- 5.1
- erster Abzweiganschluss
- 5.2
- zweiter Abzweiganschluss
- 5.3
- Lösungspumpe
- 6
- Kältemittelspeicherbehälter
- 6.1
- erster Behälteranschluss
- 6.2
- zweiter Behälteranschluss
- 7.1
- erstes Ventil
- 7.2
- zweites Ventil
- 7.3
- drittes Ventil
- 8.1
- erster Volumenbereich
- 8.2
- zweiter Volumenbereich
- 8.3
- dritter Volumenbereich
- 9
- Dampfdurchgangsöffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011105742 A1 [0002, 0038]
- DE 102008006420 B3 [0013, 0013, 0015, 0021, 0025]
