DE2801895A1

DE2801895A1 - Waermepumpe

Info

Publication number: DE2801895A1
Application number: DE19782801895
Authority: DE
Inventors: Jacques Bouvin; Christian Charles Jahan
Original assignee: Esso SA
Current assignee: Esso SA
Priority date: 1977-01-17
Filing date: 1978-01-17
Publication date: 1978-07-20
Also published as: JPS5390050A; GB1572737A; FR2377589A1; FR2377589B1; US4183227A; AU3173477A; IT7847537A0; IT1102291B; AU513833B2

Description

DR. BERG DIPL.-IUG. S^TA^DF DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANE-MAIR

PATENTANWÄLTE Postfach 860245 · 8000 München

/801895 • Τ-

Anwaltsakte 28 739 ¹⁷* ^Ja™ar 1978

EGSO ßociete Anonyme Francaise 92 Courbevoie, FRANKREICH

Wärmepumpe

- Ansprüche -

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Wärmepumpe für die Verwendung in oder mit einer Kühl- oder Heizanlage.

Man unterscheidet allgemein Wärmepumpen, welche mit zwei Wärmequellen sowie mit Zufuhr von mechanischer Energie arbeiten, und solche, welche ohne Zufuhr von mechanischer Energie arbeiten, dabei jedoch wenigstens drei Wärmequellen verwenden. Die erstere Art von Wärmepumpen weist einen Kompressor auf ,dem die zum Betrieb notwendige mechanische Energie geliefert wird .. Derartige Wärmepumpen werden seit langem in Kühlmaschinen verwendet. Es wurde auch versucht, sie für Heizzwecke zu verwenden, wobei jedoch Schwierigkeiten auftraten. Dies kommt daher, daß der Kompressor bei der Verwendung zu Heizzwecken relativ hohen Temperaturen ausgesetzt ist, so daß es insbesondere bei einer Hochleistungsanlage schwierig ist, eine ausreichende Schmierung zu gewährleisten.

Unter den mit drei Wärmequellen arbeitenden Wärmepumpen sind die bekanntesten die Absorptionspumpen. Diese haben zwar keinen Kompressor, sind zumeist jedoch äußerst kompliziert aufgebaut. Sie arbeiten mit einem kondensierbaren Gas und einem Lösungsmittel dafür, wobei das Gas gewöhnlich Ammoniak und das Lösungsmittel Wasser ist. In einer herkömmlichen Absorptionspumpe wird die Ammoniaklösung unter Verwendung eines ersten Verdampfers und einer Rektifiziersäule unter Druck fraktioniert. Das Ammoniak kondensiert unter Abgabe von Wärme an einen heißen Wärme-

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ableiter, d.h. an einen bei relativ hohen Temperaturen arbeitenden Wärmeableiter, und gelangt dann über eine Expansionskammer in einen Verdampfer, in welchem es verdampft und dabei Wärme von einer kalten Wärmequelle aufnimmt, d.h. von einer mit relativ niedrigen Temperaturen arbeitenden Wärmequelle. In einem Absorber wird das Ammoniakgas dann mit der abgereicht ert en Ammoniaklösung aus dem ersten Verdampfer kontaktiert und geht dabei unter weiterer Wärmeabgabe an den heißen Wärmeableiter in Lösung. Die auf diese Weise wieder angereicherte Lösung wird dann von einer Pumpe unter Druck zum ersten Verdampfer befördert.

Es wurden auch bereits mit drei Wärmequellen arbeitende Wärmepumpen beschrieben, in denen ein Gas von einem Peststoff adsorbiert wird. Derartige Wärmepumpen haben zwei in freier Strömungsverbindung miteinander stehende Wärmetauscher, von denen einer ein festes Adsorptionsmaterial enthält. Der andere Wärmetauscher arbeitet abwechselnd als Kondensator und als Verdampfer für ein kondensierbares Gas, welches von dem Adsorptionsmaterial aufnehmbar und anschließend wenigstens teilweise wieder freisetzbar ist. In einem ersten Betriebsstadium wird der das Adsorptionsmaterial enthaltende Wärmetauscher stark erhitzt, um das Gas freizusetzen, worauf dieses im anderen Wärmetauscher kondensiert wird und dabei Wärme an einen heißen .Wärmeableiter abgibt. In einem zweiten Betriebsstadium wird der das Adsorptionsmaterial enthaltende Wärmetauscher

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gekühlt, so daß das Gas erneut adsorbiert wird, während das Kondensat im anderen Wärmetauscher unter Aufnahme von Wärme von einer kalten Wärmequelle verdampft wird. Die Verwendung einer derartigen Wärmepumpe ist in der Praxis aus verschiedenen Gründen schwierig. So ist es nicht ohne weiteres möglich, einen Wärmetauscher so auszubilden, daß er sowohl als Kondensator als auch als Verdampfer arbeiten kann. Die Notwendigkeit, diesen Wärmetauscher abwechselnd mit dem heißen Wärmeableiter und mit der kalten Wärmequelle in Berührung zu bringen, schafft weitere Schwierigkeiten. Außerdem arbeitet eine solche Anordnung notwendigerweise intermittierend.

Die Erfindung schafft eine Wärmepumpe, welche wenigstens einigen der vorstehend angeführten Schwierigkeiten von mit einem festen Adsorptionsmaterial für ein adsorbierbares Gas arbeitenden Wärmepumpen nicht unterworfen ist.

Gemäß der Erfindung umfaßt eine solche Wärmepumpe einen Verdampfer für die Aufnahme einer flüchtigen Flüssigkeit in wärmetauschender Wirkbeziehung zu einer kalten Wärmequelle (im hier definierten Sinne),wobei die Flüssigkeit so ausgewählt ist, daß sie im Betrieb der Wärmepumpe

bei wärmetauschend*** Wirkbeziehung mit der

kalten Wärmequelle bei einer Temperatur Tl und einem Druck Pl

im Verdampfer verdampft, einen Körper aus einem Adsorptionsmaterial, welches so ausgewählt ist,daß es in der Lage ist, die verdampfte Flüssigkeit im wesentlichen bei einem Druck Pl und bei einer Temperatur T2 zu adsorbieren und sie bei einem den Druck PI übersteigenden Druck P2 und einer die Tem-

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peratur T2 übersteigenden Temperatur T3 freizusetzen, und welcher über eine Einrichtung, welche dem Zutritt der verdampften Flüssigkeit zum Verdampfer einen Widerstand entgegensetzt, vom Verdampfer her mit der verdampften Flüssigkeit gespeist ist, eine Einrichtung zum abwechselnden Senken und Erhöhen der Temperatur des Adsorptionsmaterials auf den Wert T2 bzw. T3, wenigstens einen Kondensator, welcher mit dem Adsorptionsmaterial strömungsverbunden und, solange er in wärmetauschender Wirkbeziehung mit einem heißen Wärmeableiter ist, mit der freigesetzten Flüssigkeit im wesentlichen unter dem Druck P2 und bei einer zwischen den Temperaturen T2 und T3 liegenden Temperatur T4· gespeist ist, so daß die freigesetzte Flüssigkeit unter Wärmeabgabe an den heißen Wärmeableiter kondensiert wird, eine Einrichtung, welche dem Übertritt der freigesetzten Flüssigkeit von dem Kondensator zu dem Körper aus Adsorptionsmaterial einen Widerstand entgegensetzt, und eine den Kondensator mit dem Verdampfer verbindende Einrichtung für die Überführung der kondensierten Flüssigkeit zum Verdampfer, vorzugsweise in einem vorbestimmten Ausmaß, und zum Verringern des Drucks der Flüssigkeit im wesentlichen von P2 auf PI.

Die Wärmepumpe kann mehrere Körper aus Adsorptionsmaterial enthalten, welche so angeordnet sind, daß wenigstens ein erster solcher Körper die vom Verdampfer verdampfte Flüssigkeit adsorbiert, während wenigstens ein zweiter solcher Körper adsorbierte Flüssigkeit für die Speisung

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des Kondensators freisetzt, wobei jeder Körper aus Adsorptionsmaterial über eine Einrichtung, welche den Rückstrom der verdampften Flüssigkeit zum Verdampfer verhindert, mit diesem und über eine Einrichtung, welche den Rückstrom der freigesetzten Flüssigkeit zu dem betreffenden Körper aus Adsorptionsmaterial verhindert, mit dem oder einem Jeweiligen Kondensator verbunden ist.

Es kann jeweils ein eigener Kondensator für die Aufnahme der von einem zugeordneten Körper aus Adsorptionsmaterial freigesetzten Flüssigkeit vorhanden sein, wobei dann jeder Kondensator mit dem Verdampfer über eine Einrichtung verbunden ist,, welche dazu dient, den Druck der kondensierten Flüssigkeit im wesentlichen von P2 auf PI zu verringern und die Zufuhr der kondensierten Flüssigkeit zum Verdampfer auf ein gewünschtes Maß zu regeln.

Das Erhitzen und/oder Kühlen des oder jedes Körpers aus Adsorptionsmaterial geschieht zweckmäßig mittels eines wärmeübertragenden Mediums.

Die Wärmepumpe enthält vorzugsweise einen Wärmetauscher zum Kühlen des wärmeübertragenden Mediums wenn der oder jeder Körper aus Adsorptionsmaterial gekühlt werden soll.

Ferner können Abzweigeinrichtungen vorgesehen sein, welche dazu dienen, wenigstens eine gewisse Menge des wärmetauschenden Mediums über den Wärmetauscher in Umlauf zu versetzen, solange der oder jeder Körper aus Adsorpionsmaterial gekühlt werdei soll.

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Die Wärmepumpe ist vorzugsweise so ausgebildet und angeordnet, daß das wärmeübertragende Medium im Betrieb dem Wärmetauscher zugeführt und dabei abgekühlt wird, bevor es zum Kühlen des oder jedes Körpers aus Adsorptionsmaterial verwendet wird.

Vorzugsweise enthält die Wärmepumpe Einrichtungen zum Umsteuern der Strömungsrichtung des wärmeübertragenden Mediums relativ zum Wärmetauscher und zur Heizeinrichtung nach der im wesentlichen vollständigen Freisetzung der von einem Körper aus Adsorptionsmaterial adsorbierten Flüssigkeit im wesentlichen bei der Temperatur T3, wodurch der betreffende eine Körper dann gekühlt wird, um die verdampfte Flüssigkeit zu adsorbieren, während ein anderer Körper aus Adsorptionsmaterial mittels des Wärmetauschermediums erwärmt wird, um von ihm adsorbierte Flüssigkeit freizusetzen. Die Einrichtungen zum Umsteuern der Strömungsrichtung des Wärmetauschermediums können eine umsteuerbare Pumpe und/oder wenigstens ein Ventil . aufweisen.

Die Wärmepumpe kann ferner so ausgebildet und angeordnet sein, daß der oder jeder Körper aus Adsorptionsmaterial im Betrieb mittels eines Wärmetauschermediums bei einer relativ hohen Temperatur erwärmt und mittels eines anderen Wärmetauschermediums bei relativ niedrigerer Temperatur gekühlt wird, wobei die beiden Wärmetauschermedien voneinander getrennt in Umlauf gehalten werden und Einrich-

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tungen vorhanden sind, um zu einer gegebenen Zeit jeweils eines der Medien in Berührung mit dem oder jedem Körper aus Adsorptionsmaterial zu bringen.

Die Wärmepumpe enthält vorzugsweise Einrichtungen für die Führung der dem Verdampfer zufließenden kondensierten Flüssigkeit in wärmetauschender Wirkbeziehung zu dem dem Körper oder einem der Körper aus Adsorptionsmaterial zuströmenden Dampf.

Der oder jeder Körper aus Adsorptionsmaterial ist vorzugsweise in einem Behälter eingeschlossen. Ein geeignetes Adsorptionsmaterial ist Aktivkohle, obgleich auch andere Stoffe wie Kieselerde oder Zeolithe verwendet werden können. Die flüchtige Flüssigkeit enthält vorzugsweise einen oder mehrere Kohlenwasserstoffe mit 3 bis 4 Kohlenstoffatomen pro Molekül.

Die Erfindung schafft ferner eine Kühlanlage mit einer Wärmepumpe der vorstehend beschriebenen Art, welche hier als Kältemaschine arbeitet.

Ferner schafft die Erfindung eine Heizanlage mit einer Wärmepumpe der beschriebenen Art, welche dann hier als Heiz- oder Wärmequelle arbeitet.

Weiterhin schafft die Erfindung eine Kombination aus einer Kühlanlage und einer Heizanlage mit einer Wärmepumpe der beschriebenen Art, welche wenigstens aus einem Teil der Kühlanlage Wärme abführt und sie wenigstens

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einem Teil der Heizanlage zuführt.

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematisierte Darstellung einer Wärmepumpe

in einer ersten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 2 eine schematisierte Darstellung einer Wärmepumpe

in einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 3 eine schematisierte Darstellung einer Wärmepumpe

in einer dritten Ausführung der Erfindung und Fig. M- eine schematisierte Darstellung einer Wärmepumpe in einer vierten Ausfuhrungsform der Erfindung.

In der Anordnung nach Fig. 1 nimmt ein eine flüchtige Flüssigkeit enthaltender Verdampfer 1 Wärme von einer kalten Wärmequelle auf, beispielsweise aus der Umgebungsluft, vorzugsweise jedoch aus einem Gewässer, wobei die Flüssigkeit bei einer Temperatur T1 und unter einem Druck PI verdampft. In einer ersten Betriebsphase wird der Dampf der verdampften Flüssigkeit von einem in einem Behälter enthaltenen, auf einer Temperatur T2, welche höher ist als die Temperatur T1, gehaltenen Adsorptionsmaterial 2 adsorbiert, wobei die durch die Adsorption freigesetzte Wärme rückgewonnen oder abgeführt wird. Eine Hückströmung des Dampfs zum Verdampfer 1 ist durch ein

Ventil 3 verhindert. In einer zweiten Betriebsphase nach der im wesentlichen vollständigen Sättigung des Adsorptionsmaterials 2 bei der Temperatur T2 wird der Behäl-

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ter mit dem Adsorptionsmaterial 2 auf eine Temperatur T3 erwärmt, bei welcher der freisetzbare Anteil des adsorbierten Dampfs im wesentlichen vollständig freigesetzt wird. Der" freigesetzte Dampf strömt in einen Kondensator 4-, in welchem er im wesentlichen unter dem im Behälter des Adsorptionsmaterials 2 herrschenden Druck P2 und bei einer Temperatur T4-, welche beträchtlich über der Temperatur des Verdampfers 1 liegt, kondensiert. Ein Rückschlagventil 5 verhindert das Zurückströmen des Dampfs, in den Behälter des Adsorptionsmaterials. Durch das Kondensieren des Dampfs freigesetzte Wärme wird an einen Wärmeableiter, beispielsweise an die Heizungsanlage eines Gebäudes, abgegeben. Vom Kondensator M- fließt die kondensierte Flüssigkeit über einen Entspanner und/oder Druckminderer zurück zum Verdampfer. Der Entspanner oder Druckminderer kann aus einem einfachen Kapillarrohr 6 bestehen. Nach der vollständigen Freisetzung des Dampfs aus dem Adsorptionsmaterial 2 wird dieses mittels eines Kühlmediums auf die Temperatur T2 rückgekühlt oder abküh- ' len gelassen, worauf die erste Betriebsphase wiederholt wird. Die dem Verdampfer Λ zufließende Flüssigkeit und der dem Adsorptionsmaterial 2 zuströmende Dampf werden vorzugsweise in wärmetauschender Wirkbeziehung durch einen Wärmetauscher 7 geführt.

Das abwechselnde Kühlen und Erwärmen des Adsorptionsmaterials 2 kann mittels eines Wärmetauschermediums geschehen, welches in einem Kreislauf umläuft.· Dieser

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umfaßt, wie in Fig. 1 zu erkennen, eine Pumpe 8, einen Wärmetauscher 9 in wärmetauschender Wirkbeziehung zum Adsorptionsmaterial 2, einen Wärmetauscher 10, in welchem das Wärmetauschermedium vor und während der Adsorptionsphase gekühlt wird, eine Einrichtung 11 zum Erhitzen des Wärmetauschermediums während der Dampf-Preisetzungsphase und einen Dreiwegehahn 12 zum Kurzschließen des Wärmetauschers 10 während der Freisetzungsphase.

Eine solche Anordnung mit einem einzigen Körper bzw. einer einzigen Masse des Adsorptionsmaterials arbeitet zwangsläufig intermittierend. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Anordnung daher wenigstens zwei Körper aus Adsorptionsmaterial, welche sich abwechselnd, in den beiden Betriebsphasen befinden, so daß die Anordnung weitgehend kontinuierlich arbeiten kann.

In der in Fig. 2 dargestellten Anordnung sind zwei Dampfadsorber 2a, 2b über Rückschlagventile 3a bzw. 3b mit dem gleichen Verdampfer 1 und über Rückschlagventile 5a bzw. 5b mit einem Kondensator 4- verbunden. Das abwechselnde Erwärmen und Kühlen der beiden Adsorber geschieht mittels eines flüssigen Wärraetauschermediums, welches in einem Kreislauf umläuft. Dieser umfaßt zwei mit den Adsorbern in wärmetauschender Wirkbeziehung stehende Wärmetauscher 9a, 9b, eine zwischen diesen angeordnete Heizeinrichtung 11, einen Wärmetauscher 10 und eine umsteuerbare Pumpe 13·

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Sobald die Adsorption des Dampfs in dem einen Adsorber
und die Freisetzung des Dampfs im anderen Adsorber abgeschlossen ist, werden die Funktionen der Adsorber untereinander ausgetauscht, indem die Umlaufrichtung des Wärmetauschermediums umgekehrt wird. Auf diese Weise wird die der kalten Wärmequelle vom Verdampfer 1 entzogene Wärme
im wesentlichen kontinuierlich zu dem in Wirkbeziehung
zu einem heißen Wärmeableiter angeordneten Kondensator 4 transportiert.

In der Ausführungsform nach Fig. 3 sind zwei ein Adsorptionsmaterial enthaltende Adsorber 2a, 2b über Rückschlagventile 5a bzw. 5b mit jeweils einem Kondensator 4a bzw. 4b verbunden. Ferner sind die Adsorber über Rückschlagventile 3a bzw. 3b mit einem Verdampfer 1 verbunden. Ein von einer umsteuerbaren Pumpe 13 umgewälztes Wärmetauschermedium wird beim Durchgang durch einen Wärmetauscher 10 gekühlt, über welchen die gesamte Wärmeabgabe der
Anlage stattfindet. Solange der Dampf im Adsorber 2a
adsorbiert und im Adsorber 2b freigesetzt wird, wird das bei der Durchströmung des Wärmetauschers 10 abgekühlte
Wärmetauschermedium erneut erwärmt, indem es eine in
Wirkbeziehung zum Adsorber 2a angeordnete Rohrschlange 9a, darauf eine in Wirkbeziehung zum Kondensator 4b angeordnete Rohrschlange 14a und die Heizeinrichtung 11 durchströmt. Das durch die Heizeinrichtung 11 auf eine relativ hohe Temperatur erwärmte Wärraetauschermedium durchströmt dann unter Wärmeabgabe an den Kondensator 4a eine diesem zugeordnete Rohrschlange 14b und anschließend unter Wärme-

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abgebe an den Adsorber 2b eine diesem zugeordnete Rohrschlange 9b, so daß der vom Adsorber 2b adsorbierte Dampf freigesetzt wird. Ist dann die Adsorption im Adsorber 2a und die Freisetzung des Dampfs im Adsorber 2b im wesentlichen abgeschlossen, so wird die Pumpe 13 umgesteuert, um damit die Funktionen der beiden Adsorber 2a, 2b gegeneinander auszutauschen.

Anstelle einer ein einziges Värmetauschermedium umwälzenden, umsteuerbaren Pumpe können in einer anderen Ausführungsform zwei Pumpen verwendet werden, welche jeweils ein Wärmetauschermedium in einem geschlossenen Kreislauf mit konstanter Strömungsrichtung umwälzen. Dabei wird das eine Värmetauschermedium zum Freisetzen des vom Adsorptionsmaterial adsorbierten Dampfs auf einer relativ hohen und das andere Medium zum Adsorbieren des Dampfs durch das Adsorptionsmaterial auf einer relativ niedrigen Temperatur gehalten. Unter Steuerung durch eine Anordnung von Ventilen wird das heiße Wärmetauschermedium in Wirkbeziehung mit dem Adsorber, aus welchem der Dampf freigesetzt werden soll, und das kältere Medium in Wirkbeziehung zu dem Adsorber von welchem der vom Verdampfer zugeführte Dampf adsorbiert werden soll, in Umlauf gehalten. Ist dann die Freisetzung bzw. die Adsorption des Dampfs an den betreffenden Adsorbern bis zu einem vorgesehenen Maß fortgeschritten, so werden die Ventile so umgestellt, daß das heiße Wärmetauschermedium nun dem den adsorbierten Dampf enthaltenden Adsorber und das kältere Medium dem .

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abgereicherten bzw. erschöpften Adsorber zugeführt wird. Die Wärmetauschermedien werden mittels geeigneter Heiz- und Kühleinrichtungen auf der jeweiligen Temperatur gehalten. Für die Adsorber kann ein gemeinsamer Kondensator verwendet werden. Pig. 4· zeigt ein Beispiel für eine derartige Ausführungsform. Je nach der Stellung einer Schalteinrichtung 15 strömt das heiße Wärmetauschermedium über eine Leitung 20 oder 21 durch einen von drei Wärmetauscher-Rohrsahlangen 22a, 22b oder 22c, welche jeweils einem ein Adsorptionsmaterial enthaltenden Adsorber 2a bzw. 2b bzw. 2c zugeordnet sind. In der in Fig. 4· gezeigten Stellung a der Schalteinrichtung durchströmt das heiße Medium die Rohrschlange 22a, um den Adsorber 2a zu erhitzen. Das kühle Wärmetauschermedium wird von einer Pumpe 23 in einer, in Fig. 4- im Uhrzeigersinn verlaufenden Strömungsrichtung umgewälzt und durchströmt unter Steuerung durch Ventile 16a, 16b, 16c den Adsorbern 2a, 2b bzw. 2c zugeordnete Wärmetauscher-Rohrschlangen 9a bzw. 9b bzw. 9c. Nach der Durchströmung wenigstens einer der Rohrschlangen 9a, 9b, 9c wird das Kühlmittel einem Wärmetauscher oder Kühler 24 zugeleitet, in welchem es in wärmetauschende Wirkbeziehung zu einem wärmeableitenden Medium gebracht wird, beispielsweise mit Luft, Wasser und/oder, wie durch den gestrichelten Pfeil 25 angedeutet, wenigstens einem Teil der im Verdampfer 1 verdampften Arbeitsflüssigkeit. Im dargestellten Zustand durchströmt das Kühlmittel über die Ventile 16b und 16c die Rohrschlangen 9b und 9c, während das Ventil 16a geschlossen ist. Die

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Schalteinrichtung 15 und die Ventile 16a, 16b, 16c können, wie durch die gestrichelte Linie 26 angedeutet, betätigungsübertragend miteinander gekoppelt sein, so daß das heiße Wärmetauschermedium jeweils nur den Adsorbern zugeführt wird, welche nicht gleichzeitig mit dem Kühlmittel gespeist sind und umgekehrt.

Der freigesetzte Dampf der Arbeitsflüssigkeit wird einem gemeinsamen Kondensator 4 zugeführt, welcher in wärmetauschender Wirkbeziehung zu einem (nicht gezeigten) Wärmeableiter steht, und kondensiert in diesem untibr Abgabe von NutztfSrme. Ein Teil oder, wie dargestellt, die Gesamtmenge der kondensierten Arbeitsflüssigkeit fließt über den Wärmetauscher 7 und einen Entspanner 6 in den mit der (nicht gezeigten) kalten Wärmequelle in^wSrmetauschenc^|ai:' Wiiicfcezäeting. stehenden Verdampfer 1. Der Entspanner 6 kann in Abhängigkeit von der notwendigen Wärmeaufnahme von der kalten Wärmequelle und/oder von der gewünschten Wärmeabgabe an den Wärmeableiter z.B. zur Regelung der Durchflußmenge des Arbeitsmittels steuerbar sein. Die von der kalten Wärmequelle aufgenommene Wärme bringt das flüssige Arbeitsmittel im Verdampfer 1 zum Verdampfen, worauf ein Teil oder, wie dargestellt, die Gesamtmenge des verdampften Arbeitsmittels den Wärmetauscher 7 in wärmetauschender Wirkbeziehung zu dem dem Verdampfer 1 zufließenden flüssigen Arbeitsmittel durchströmt, bevor es über Ventile 27a, 27b, 27c den Adsorbern zuströmt. Die Ventile 27a, 27b, 27c sind vorzugsweise derart mit den Ventilen 16a,. 16b, 16c

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gekoppelt, daß das verdampfte Arbeitsmittel jeweils nur den gekühlten Adsorbern zuströmt. Alternativ können die Ventile 27a, 27b, 27c auch durch die Ausgangs signale von (nicht gezeigten) im oder am Adsorptionsmaterial angeordneten Temperaturfühlern derart gesteuert sein,

daß der Dampf dem jeweiligen Adsorber nur dann zugeführt werden kann, wenn die Temperatur des betreffenden Adsorptionsmaterials unter einem bestimmten Wert liegt.

In der vorstehenden Beschreibung von Fig. 4- ist zwar die Rede vom Erwärmen und Kühlen des Adsorptionsmaterials mittels umgewälzter Wärmetauschermedien oder Strömungsmitteln, die Erwärmung oder Kühlung kann jedoch auch auf andere Weise erfolgen, beispielsweise elektrisch unter Verwendung bekannter Widerstands-Heizeinrichtungen oder unter Anwendung des Peltier-Zeeman-Effekts.

Die flüchtige Flüssigkeit sowie das Adsorptionsmaterial werden in Abhängigkeit von den an der kalten Wärmequelle und an dem heißen Wärmeableiter vorhandenen bzw. benötigten Temperaturen gewählt . So kann als Adsorptionsmaterial Aktivkohle und als flüchtige Flüssigkeit ein drei oder vier Kohlenstoffatome pro Molekül enthaltender Kohlenwasserstoff oder ein solche Kohlenwasserstoffe enthaltendes Gemisch verwendet werden.

Die erfindungsgemäße Wärmepumpe ist als Kältemaschine verwendbar, insbesondere jedoch als Wärmeerzeuger in einer

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Heizanlage. Ferner erstreckt sich die Erfindung auf eine Kühl- und Heizanlage unter Verwendung einer Wärmepumpe der beschriebenen Art.

Das im folgenden angeführte Beispiel dient der Erläuterung der Leistungsfähigkeit einer erfindungsgemäßen Wärmepumpe.

Beispiel

In einer Ausführungsform der in Fig. 1 gezeigten Art wurde als die flüchtige Flüssigkeit Butan und als Adsorptionsmaterial Aktivkohle verwendet. Bei einer Temperatur von O ⁰C und einem absoluten Druck von 1,15 Bar im Verdampfer adsorbierte die Aktivkohle bei einer Temperatur von 40° 9>5 Gew.% Butan. Zur Freisetzung des Butans wurde die Aktivkohle auf 100 ⁰C erhitzt, wobei nur 2 Gew.% Butan darin zurückgehalten wurden. Im Kondensator herrschte ein Druck von 6 Bar und eine . Temperatur von 60 ⁰C.

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Claims

Patentansprüche;

(Hj Wärmepumpe, gekennzeichnet durch einen Verdampfer (1) für die Aufnahme einer flüchtigen Flüssigkeit in wärmetauschender Wirkbeziehung zu einer kalten Wärmequelle derart, daß die Flüssigkeit im Betrieb der Wärmepumpe durch die wärmetauschende Wirkbeziehung mit der kalten Wärmequelle bei einem Druck PI und einer Temperatur T1 im Verdampfer verdampft, durch einen Körper aus einem Adsorptionsmaterial (2) welches in der Lage ist, die verdampfte Flüssigkeit im wesentlichen bei dem Druck Pi und bei einer die Temperatur T1 übersteigenden Temperatur T2 zu adsorbieren und sie bei einem den Druck P1 übersteigenden Druck P2 und einer die Temperatur T2 übersteigenden Temperatur T3 freizusetzen, und welcher über eine den Zutritt der verdampften Flüssigkeit zum } Verdampfer verhindernde Einrichtung (5) vom Verdampfer her mit der verdampften Flüssigkeit gespeist ist, durch eine Einrichtung (8 bis 12) zum abwechselnden Senken und Erhöhen der Temperatur des Adsorptionsmaterials auf den Wert T2 bzw. T3, durch wenigstens einen Kondensator (4·), welcher mit dem Adsorptionsmaterial strömungsverbunden und, solange er in wärmetauschender Wirkbeziehung mit einem heißen Wärmeableiter ist, mit der freigesetzten Flüssigkeit im wesentlichen unter dem Druck P2 und bei einer zwischen den Temperaturen T2 und T3 liegenden Temperatur T4 gespeist ist, so daß die freigesetzte Flüssigkeit unter Wärmeabgabe an den heißen Wärmeableiter

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ORiGiNAL IiJBPSCTiD

kondensiert wird, durch eine den Übertritt der freigesetzten Flüssigkeit vom Kondensator zu dem Körper aus Adsorptionsmaterial verhindernde Einrichtung (5) und durch eine den Kondensator mit dem Verdampfer verbindende Einrichtung (6, 7) für die Überführung der kondensierten Flüssigkeit zum Verdampfer, vorzugsweise in einem vorbestimmten Ausmaß, und zum Verringern des Drucks der Flüssigkeit im wesentlichen von P2 auf PI.
2. Wärmepumpe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehrere Körper (2a, 2b) aus Adsorptionsmaterial, welche so angeordnet sind, daß Jeweils wenigstens ein erster Körper vom Verdampfer (1) verdampfte Flüssigkeit adsorbiert und wenigstens ein zweiter Körper adsorbierte Flüssigkeit für die Zufuhr zum Kondensator (4·) freisetzt, wobei jeder Körper aus Adsorptionsmaterial über eine den Rückstrom der verdampften Flüssigkeit zum Verdampfer verhindernde Einrichtung (3a» 3b) mit diesem und über eine den Rückstrom der freigesetzten Flüssigkeit zu dem betreffenden Körper aus Adsorptionsmaterial verhindernde Einrichtung (5a, 5b) mit dem oder einem zugeordneten Kondensator (4-) verbunden ist.
3. Wärmepumpe nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch jeweils einen eigenen, von einem zugeordneten Körper (2a, 2b) aus Adsorptionsmaterial mit der freigesetzten Flüssigkeit gespeisten Konden-

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sator (4a, 4b), welcher über jeweils eine Einrichtung (6a, 6b) zum Verringern des Drucks der kondensierten Flüssigkeit im wesentlichen von F2 auf PI und vorzugsweise zum Regeln der Strömungsmenge der kondensierten Flüssigkeit auf ein gewünschtes Maß mit dem Verdampfer (1) verbunden ist.
4. Wärmepumpe nach wenigstens einem der Ansprüche bis 3? dadurch gekennzeichnet, daß das Erwärmen und/oder Kühlen jedes Körpers (2a, 2b) aus Adsorptionsmaterial mittels eines Wärmetauschermediums erfolgt.
5· Wärmepumpe nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Wärmetauscher (10) zum Kühlen des Wärmetauschermediums für die Kühlung des oder jedes Körpers (2a, 2b) aus Adsorptionsmaterial.
6. Wärmepumpe nach Anspruch 5» gekennzeichnet durch eine ümlenk-bzw. Ableiteinrichtung (12) zum Umwälzen wenigstens eines Teils des Wärmetauschermediums über den Wärmetauscher (10) während der Kühlung des oder jedes Körpers (2a, 2b) aus Adsorptionsmaterial.
7· Wärmepumpe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmetauschermedium im Betrieb über den Wärmetauscher (10) umgewälzt und dabei gekühlt wird, bevor es zum Kühlen des oder jedes Körpers aus Adsorptionsmaterial verwendet wird.

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8. Wärmepumpe nach wenigstens einem der Ansprüche 4-bis 7i gekennzeichnet durch eine Heizeinrichtung (11) zum Erwärmen des Wärmetauschermediums für die Erwärmung des oder jedes Körpers aus Adsorptionsmaterial.
9· Wärmepumpe nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (13) zum Umkehren der Umwälzrichtung des Wärmetauschermediums relativ zum Wärmetauscher (10) und zur Heizeinrichtung (11) nach der im wesentlichen vollständigen Freisetzung der von einem Körper aus Adsorptionsmaterial adsorbierten, freisetzbaren Flüssigkeit im wesentlichen bei der Temperatur T3,^wodurch der betreffende Körper dann zum Adsorbieren der verdampften Flüssigkeit gekühlt und ein anderer Körper aus Adsorptionsmaterial zum Freisetzen der adsorbierten Flüssigkeit mittels des Wärmetauschermediums erwärmt wird.
10. Wärmepumpe nach Anspruch 9» dadurch g e k e η η zei chnet, daß die Einrichtung zum Umkehren der Umwälzrichtung des Wärmetauschermediums eine umsteuerbare Pumpe (13) und/odor wenigstens ein Ventil (16) aufwfiist.
11. Wärmepumpe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bin 8, dadurch g e k e η η ζ e i chnet, daß die Erwärmung des oder ,jedes Körpern (2) aus Adsorptionsmaterial im Betrieb mi Ii el π eines Wärmetauscherniediumfi

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von relativ hoher Temperatur und die Kühlung des oder jedes Körpers aus Adsorptionsmaterial mittels eines anderen Wärmetauschermediums von relativ niedriger Temperatur erfolgt, daß die beiden Wärmetauschermedien voneinander getrennt umgewälzt werden, und daß Einrichtungen (15» 16) für die Zufuhr jeweils eines Wärmetauschermediums zu einer gegebenen Zeit zu dem oder jedem Körper aus Adsorptionsmaterial vorhanden sind.
12. Wärmepumpe nach wenigstens einem der Ansprüche bis 11, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (7) zum Führen der dem Verdampfer (1) zufließenden kondensierten Flüssigkeit in wärmetauschende Wirkbeziehung zu, dem oder einem der Körper (2) aus Adsorptionsmaterial zuströmenden Dampf.
15· Wärmepumpe nach wenigstens einem der Ansprüche bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der oder jeder Körper (2) aus Adsorptionsmaterial in einem Behälter eingeschlossen ist.
14. Wärmepumpe nach wenigstens einem der Ansprüche bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorptionsmaterial Aktivkohle ist.
15. Wärmepumpe nach wenigstens einem der Ansprüche bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine flüchtige Flüssigkeit enthält.

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16. Wärmepumpe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15* dadurch gekennzeichnet, daß die flüchtige Flüssigkeit wenigstens einen Kohlenwasserstoff mit 3 oder 4 Kohlenstoffatomen pro Molekül enthält.
17· Wärmepumpe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 16 im wesentlichen wie vorstehend beschrieben.
18. Kühlanlage, gekennzeichnet durch eine als Kältemaschine arbeitende Wärmepumpe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 17·

19· Heizanlage, gekennzeichnet durch eine als Wärmequelle arbeitende Wärmepumpe nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 17·

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