DE4006287C2

DE4006287C2 - Verfahren zum Betreiben einer Adsorptionskühlanlage

Info

Publication number: DE4006287C2
Application number: DE4006287A
Authority: DE
Inventors: Yasuo Yonezawa; Toshiya Ohnishi; Shin Ichi Okumura; Akiyoshi Sakai; Hiroki Nakano; Masao Matsushita; Atsushi Morikawa; Motoshi Yoshihara
Original assignee: NISHIYODO AIR CONDITIONER
Current assignee: UNION INDUSTRY CO., LTD., TOYAMA, TOYAMA, JP
Priority date: 1989-02-28
Filing date: 1990-02-28
Publication date: 1997-10-16
Anticipated expiration: 2010-03-01
Also published as: KR910015831A; GB2231393A; JPH0765816B2; KR930005665B1; GB9003450D0; FR2643704B1; GB2231393B; FR2643704A1; AU4976790A; JPH02230068A; AU616592B2; US5024064A; DE4006287A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Adsorptionskühlanlage, das es ermöglicht, den Kühl wirkungsgrad zu erhöhen. Insbesondere ist die Erfindung im Hinblick auf die Gestaltung eines Verfahrens zum Betreiben einer Adsorptionskühlanlage angelegt, bei der zwei Adsorptionskolonnen direkt über eine Rohrleitung mit einem Ventil verbunden sind.

Unter den Adsorptionskühlanlagen des Standes der Technik, die die Adsorptions- und Desorptionsvorgänge zwischen einem festen Adsorbens und einem Kältemittel zur Erzeugung von Kälte oder zur Durchführung eines Wärmepumpenbetriebes nutzen, besitzen Kühlanlagen, die Gewinn aus niederwertigen Wärmequellen, beispielsweise Warmwasser, das durch Solar kollektoren bereitgestellt wird, etc. (z. B. Warmwasser von etwa 85°C) oder Abwärme von Betriebsanlagen ziehen, viele Vorteile, indem andernfalls verschwendete Abfallenergie wirksam genutzt werden kann. Sie sind weiter aus einer kleineren Anzahl beweglicher Komponenten, wie beispielsweise Pumpen, aufgebaut, was zu wirtschaftlicheren Gerätekosten führt, und sie erzeugen im Vergleich zu Kompressorkühl anlagen ein geringeres Betriebsgeräusch.

Adsorptionskühlanlagen dieser Art weisen im allgemeinen zwei parallel zueinander angeordnete Sätze von ein Kältemittel beinhaltende Adsorptionskolonnen auf, in denen ein festes Adsorbens, wie beispielsweise Kieselsäuregel, Zeolith, aktivierte Holzkohle, aktiviertes Aluminiumoxid, etc. sowie ein Kondensator und ein Verdampfer untergebracht und so in ein System gebracht sind, daß ein Wärmeüber tragungsmedium zum Erwärmen des Adsorbens und zum Kühlen von Wasser abwechselnd an beide Adsorptionskolonnen zum abwechselnden Wiederholen von Desorptions- und Adsorptions phasen geliefert wird, wodurch eine kontinuierliche Kühlleistungsabgabe erzielt wird.

Bei diesen Adsorptionskühlanlagen des Standes der Technik besteht ein Problem darin, daß kurz bevor ein Zyklus von Adsorptions- und Desorptionsphasen zwischen den Adsorptionskolonnen umwechselt, die Adsorptionskolonne, die sich gerade in der Desorptionsphase befand, voll von aus dem festen Adsorbens ausgetriebenen Kältemitteldampf ist, und daß sie beim Übergang in die Adsorptionsphase den in ihr enthaltenen Kältemitteldampf zunächst adsorbieren muß. Dementsprechend ist es in der Anfangsphase, wenn nach dem Umwechseln ein neuer Zyklus von Adsorptions- und Desorptionsphasen eingeleitet wird, schwierig, daß die Kolonnen ihre eigentliche Aufgabe wahrnehmen, nämlich die im Verdampfer enthaltene Kältemittelflüssigkeit zur Erzielung der geforderten Kühlleistung zu adsorbieren. Die sich ergebende Kühlleistungsabgabe wird also vermindert.

Die hier genannten Erfinder haben für ein solches Adsorptionskühlsystem bereits ein wirksameres Betriebsverfahren vorgeschlagen und veröffentlicht, um die Kühlleistungsabgabe zu erhöhen (US 4 594 856). Entsprechend diesem Verfahren wird Restwärme wie beispielsweise Warmwasser, das im Bereich der Desorptionskolonne verblieben ist, unmittelbar vor dem Umschalten der Adsorptions- und Desorptionsphasen zwischen den beiden Adsorptionskolonnen in die andere Adsorptionskolonne, unmittelbar bevor deren Eintritt in die Desorptionsphase, überführt, wodurch das feste Adsorbens in der letztgenannten Kolonne vorgewärmt wird, und worauf dann die Phasenumschaltung erfolgt. Dieses Verfahren ermöglicht eine wirksame Nutzung der Wärmemenge des Systems, wird aber auch durch das vorgenannte Problem betroffen.

Aus der DE 34 08 193 A1 ist ein Verfahren zum Erhöhen der Temperatur von Wärme sowie eine Wärmepumpe bekannt, wobei das Verfahren die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 aufweist. Hierbei wird vor dem Umkehren der Adsorptions- und Desorptionsphasen der innere Wärmeaustausch durch eine Druck ausgleichung durch das Öffnen eines Ventils vollzogen. Danach wird der weitere innere Wärmeaustausch durch Wärmeüber tragungsschleifen durch Schließen dieses Ventils durch geführt. Somit umfaßt der Wärmepumpenzyklus des bekannten Verfahrens 3 Schritte: Adsorption der ersten Adsorptions kolonne - Desorption einer zweiten Adsorptionskolonne, über gangsschritt unmittelbar vor dem Umschalten, und Desorption der ersten Adsorptionskolonne - Adsorption der zweiten Adsorptionskolonne.

Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, ein Verfahren zum Betreiben einer Adsorptionskälteanlage der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, mit dem es möglich ist, die Kühleffizienz bzw. den Kühlwirkungsgrad einer Adsorptions kälteanlage zu verbessern.

Dieses technische Problem wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Dabei werden, kurz bevor ein Zyklus von Adsorptions- und Desorptionsphasen beendet ist, Kältemittelwege abgeschaltet und die jeweiligen Adsorptions- und Desorptionsphasen zwischen zwei Adsorptionskolonnen zeitlich vorverlegt, um so den in der Adsorptionskolonne befindlichen Kältemitteldampf wirksam zu nutzen und anschließend auf den nächsten Zyklus mit genau umgekehrten Phasen umzuschalten.

Ein Vorteil der Erfindung besteht in der Schaffung eines Betriebsverfahrens für eine Adsorptionskühlanlage, das sowohl einen hohen Kühlwirkungsgrad besitzt, als auch einen relativ einfachen Betätigungsablauf aufweist.

Zu diesem Zweck ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Adsorptionskohlanlage aus zwei Adsorptionskolonnen aufgebaut, von denen jede ein festes Adsorbens und von einem Kältemittel umgebene Wärmeüber tragungsrohre enthält, wobei ferner ein Kondensator, ein Verdampfer und Kältemittelwege zum Verbinden der Adsorptionskolonnen mit dem Kondensator und dem Verdampf er in der Anlage vorhanden sind, so daß das Kältemittel durch Gefäße der Adsorptionskolonnen hindurchgeleitet werden kann, wobei eine mit einem Ventil ausgestattete Rohrleitung die beiden Adsorptionskolonnen direkt verbindet und das Kühl system wie nachfolgend beschrieben arbeitet. Wenn ein Zyklus von Adsorptions- und Desorptionsphasen zu Ende geht, d. h., wenn sich der Partialdruck des Kältemitteldampfes in den Adsorptionskolonnen einem konstanten Wert nähert, und ehe der Zyklus in den nächsten Zyklus mit genau entgegen gesetzten Phasen umgeschaltet wird, wird die Übertragung des Kältemittels zwischen der einen Adsorptionskolonne und dem Verdampfer und zwischen der anderen Adsorptionskolonne und dem Kondensator durch beliebige Maßnahmen unterbunden, beispielsweise durch Schließen von Ventilen im Kältemittel weg, während die beiden Adsorptionskolonnen durch Öffnen des Ventils in der die beiden Kolonnen verbindenden Rohrleitung solange miteinander in Verbindung gebracht werden, bis zwischen beiden ein Druckausgleich erreicht worden ist; wonach mit Erreichen des Druckausgleichs das Ventil geschlossen wird und somit die Adsorptions- und Desorptions phasen im wesentlichen vollständig beendet sind.

Zu dem Zeitpunkt, zu dem ein Zyklus der Adsorptions- und Desorptionsphasen beendet ist, ist der Innendruck der einen Adsorptionskolonne in der Desorptionsphase wesentlich größer als derjenige der anderen Adsorptionskolonne in der Adsorptionsphase, und zwar wegen des desorbierten Kälte mitteldampfes in der erstgenannten Kolonne. Bei diesem Betriebszustand sind alle Ventile in den die beiden Adsorptionskolonnen mit dem Verdampfer und dem Kondensator verbindenden Kältemittelwegen geschlossen, um die Über tragung des Kältemittels zu unterbrechen, während gleichzeitig das Ventil in der die beiden Adsorptions kolonnen direkt verbindenden Rohrleitung geöffnet ist. Dann strömt der in der einen, in der Desorptionsphase befindlichen Adsorptionskolonne vorhandene Kältemitteldampf kräftig durch die Rohrleitung in die andere, in der Adsorptionsphase befindliche Adsorptionskolonne, solange, bis der Druck in beiden Kolonnen ausgeglichen ist. Während dieses Vorgangs wird das Einleiten von Kühlwasser in die andere, in der Adsorptionsphase befindliche Adsorptionskolonne fortgesetzt, während das Wärmeübertragungsmedium im Bereich der Wärmequelle weiter in die in der Desorptionsphase befindliche Adsorptionskolonne gespeist wird, und zwar entsprechend dem obengenannten Zyklus der Adsorptions- und Desorptionsphasen, wodurch die Adsorptions- und Desorbtionsphasen, zeitlich übereinstimmend mit der Übertragung des Kältemitteldampfes, weiter vorverlegt werden. Wenn die Drücke zwischen den beiden Adsorptionskolonnen ausgeglichen sind, wird das dazwischen befindliche Ventil geschlossen, um den Zyklus der Adsorptions- und Desorptionsphasen zu beenden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wird anschließend das auf der einen Desorptionsseite vorhandene restliche Wärmeträgermedium, wie etwa Warmwasser, auf die andere Adsorptionsseite zu deren Vorwärmung für ihre anschließende Desorptionsphase über führt. Nach der Vorwärmphase wird auf einen weiteren Zyklus von genau umgekehrten Phasen umgeschaltet.

Nach dem Umschalten auf den nächsten Zyklus der Adsorptions- und Desorptionsphasen in der einen und in der anderen Adsorptionskolonne enthält die andere Adsorptionskolonne, die neu in eine Desorptionsphase eingetreten ist, eine größere Kältemittelmenge, weil der in der einen Adsorptionskolonne, welche die Desorptionsphase beendet hat, vorhandene Kältemitteldampf direkt in die andere Adsorptionskolonne übertragen wurde, was insgesamt bedeutet, daß die Desorption von mehr Kältemittel ermöglicht wird, so daß eine größere Kältemittelflüssigkeitsmenge im Kondensator gespeichert und dementsprechend an den Verdampfer geliefert werden kann. Andererseits wird das Kältemittelgas in der anderen Adsorptionskolonne, die das vom Verdampfer gelieferte Kältemittel adsorbieren muß, verringert, so daß die Adsorptionskapazität der Kolonne vergrößert wird und daher das vom Verdampfer kommende Kältemittel ausreichend adsorbieren kann.

Die Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.

Fig. 1 bis Fig. 6 sind schematische Darstellungen eines Beispiels einer Adsorptionskühlanlage, bei der das Verfahren der vorliegenden Erfindung anwendbar ist; und sie veranschaulichen die aufeinanderfolgenden Schritte beim Ablaufen beider Adsorptions- und Desorptionsschritte in jeder Adsorptionskolonne;

Fig. 1 zeigt einen Betriebszustand, bei dem sich eine erste Adsorptionskolonne in der Adsorptionsphase und eine zweite Adsorptionskolonne in der Desorptionsphase befindet

Fig. 2 zeigt einen Schritt der Vorverlegung der Adsorptions- und Desorptionsphasen kurz bevor ein Zyklus von Adsorptions- und Desorptionsphasen gemäß Fig. 1 beendet ist;

Fig. 3 zeigt eine Vorwärmstufe für die erste Adsorptionskolonne nach der Vorverlegungsstufe;

Fig. 4 zeigt einen Umschaltzustand, der dem Zustand nach Fig. 1 entgegengesetzt ist, wenn sich die erste Adsorptionskolonne in der Desorptionsphase und die zweite Adsorptionskolonne in der Adsorptionsphase befindet;

Fig. 5 zeigt den analogen Zustand zu Fig. 2, aber für einen Vorverlegungsschritt mit umgekehrten Phasen;

Fig. 6 zeigt den analogen Zustand zu Fig. 3, aber mit einem Vorwärmschritt im Anschluß an den Vorverlegungs schritt für die zweite Adsorptionskolonne; und

Fig. 7 stellt das Diagramm der Beziehung zwischen der Adsorptionskapazität und der Betriebszeit für ein Beispiel des Betriebsverfahrens der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu einem Verfahren des Standes der Technik dar.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 6 wird nachfolgend ein Beispiel einer Adsorptionskühlanlage beschrieben, bei dem das Betriebsverfahren der vorliegenden Erfindung Anwendung findet.

In den Figuren ist der Strömungsweg, den ein Wärme übertragungsmedium oder das Kältemittel nimmt, in durch gezogenen Linien dargestellt, während der Weg, den das Wärmeübertragungsmittel und das Kältemittel nicht nimmt, gestrichelt dargestellt ist.

In den Fig. 1 bis 6 enthalten eine erste und eine zweite Adsorptionskolonne 11, 11′ jeweils ein evakuiertes Gefäß 12, 12′ sowie Rippenrohre 13, 13′, die ein festes Adsorbens S, wie beispielsweise Kieselsäuregel, Zeolith, aktivierte Holzkohle, aktiviertes Aluminiumoxid, etc. aufweisen, das die Rippenzwischenräume ausfüllt. Die Kolonnen sind durch eine Rohrleitung 10 verbunden, die in der Mitte ein Ventil V₅ besitzt.

Durch die Rippenrohre 13, 13′ wird abwechselnd Warmwasser, welches aus einer niederwertigen Wärmequelle, wie beispiels weise Sonnenwärmekollektoren, Abwärme von Betriebsanlagen, etc., über einen Wärmetauscher oder direkt geliefert wird, oder Kühlwasser, abwechselnd hindurchgeleitet, das in einer Kühlwasseranlage, wie beispielsweise einem Kühlturm, erzeugt wird.

Mit den Gefäßen 12, 12′ der Adsorptionskolonnen 11, 11′ ist über die Leitungen 16, 16′ mit den Ventilen V₄, V₂ ein Kondensator 14 verbunden, während ein Verdampfer 17 über eine kniefallenförmige Rohrleitung 18 mit dem Boden des Gehäuses 14a des Kondensators 14 verbunden ist. Der Verdampfer 17 ist mit seinem Gehäuse 17a über Leitungen 20, 20′, die in der Mitte Ventile V₃, V₁ aufweisen, an die evakuierten Gefäße 12, 12′ der ersten und zweiten Adsorptionskolonnen 11, 11′ angeschlossen. Durch dieses Rohrleitungssystem läuft eine vorbestimmte Menge an Kältemittel, wie etwa Wasser, das in den evakuierten Gefäßen 12, 12′ eingeschlossen ist, entsprechend dem Öffnen und Schließen der Ventile V₁, V₂, V₃, V₄ um.

Im Kondensator 14 sind innerhalb des Gehäuses 14a gerippte Rohre 21 untergebracht, beispielsweise Kreuzrippenrohre, Flügelrippenrohre, etc., durch welche stets Kühlwasser geleitet wird, so daß der vom festen Adsorbens S in den Adsorptionskolonnen 11, 11′ ausgetriebene Kältemitteldampf kondensiert und verflüssigt und am Boden des Gehäuses 14a gesammelt und gespeichert sowie durch die Rohrleitung 18 in den Verdampfer 17 gespeist wird.

Weiter enthält der Verdampfer 17 im seitlich verlängerten Gehäuse 17a Wärmeübertragungsrohre 22 zur Durchleitung eines nutzungsseitigen Wärmeübertragungsmediums sowie Verdampferteller (nicht dargestellt) unterhalb der Wärmeübertragungsrohre 22. Die vom Kondensator 14 eingespeiste Kältemittelflüssigkeit wird in den Verdampfertellern gespeichert und auf den Oberflächen der Wärmeübertragungsrohre 22 unter Aufnahme von latenter Verdampfungswärme aus dem nutzungsseitigen Wärmeüber tragungsmedium verdampft und vergast, wodurch das Medium abgekühlt wird.

In den Figuren kennzeichnen die Bezugszeichen V₁₁, V₁₂ V₁₃, . . ., V₂₁ Ventile in Rohrleitungen für den Anschluß an die Wärmeübertragungsrohre 13, 13′ der Adsorptionskolonnen 11, 11′, an die Wärmeübertragungsrohre 21 des Kondensators 14, an den Kühlwassereinlaß 23, an den Kühlwasserauslaß 24, an den Einlaß 25 des Wärmeübertragungs mediums auf Seiten der Wärmequelle, und an den Auslaß 26 des Wärmeübertragungsmediums auf Seiten der Wärmequelle. Die Ventile V₁₁, V₁₂, V₁₃, . . . V₂₁ und die weiter oben genannten Ventile V₁₁ V₂, . . ., V₅ sind so ausgelegt, daß sie aufgrund von Vorgaben durch Steuermittel (nicht dargestellt) nacheinander öffnen und schließen können.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren der wie vorstehend aufgebauten Kühlanlage beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Verfahrensstufe, bei der die erste Adsorptionskolonne 11 mit Kühlwasser als Kältemittel versorgt wird und in einem Adsorptionsvorgang begriffen ist, während die zweite Adsorptionskolonne 11′ mit einem Wärmeträgermedium aus dem Bereich einer Wärmequelle versorgt wird und in einem Desorptionsvorgang begriffen ist.

Das von Seiten der Wärmeträgerquelle durch den Einlaß 25 eingespeiste Wärmeträgermedium wird also über das Ventil V₁₆ den Wärmeleitungsrohren 13′ der zweiten Adsorptions kolonne 11′ zugeführt, wo es das feste Adsorbens S erwärmt und desorbiert, dann durch das Ventil V₁₄ weiterströmt und über den Auslaß 26 für das Wärmeträgermedium auf Seiten der Wärmequelle in die Wärmequelle zurückgespeist wird.

Der in der zweiten Adsorptionskolonne 11′ erwärmte und desorbierte Kältemitteldampf wird über das Ventil V₂ dem Kondensator 14 zugeführt, wo er durch das durch die Wärmeübertragungsrohre 21 strömende Kühlwasser gekühlt und verflüssigt wird, dann am Boden des Gehäuses 14a gesammelt und gespeichert wird, von wo die Flüssigkeit dann durch die Rohrleitung 18 aufgrund des Druckunterschiedes, etc., zum Verdampfer 17 weitergeleitet wird.

Während dieser Verfahrensphase wird Kühlwasser in die Wärmeübertragungsrohre 21 des Kondensators 14 gespeist und durch das Ventil V₁₅ ebenfalls in die Wärmeübertragungsrohre 13 der ersten Adsorptionskolonne 11 eingeleitet, wo das feste Adsorbens S zum Adsorbieren des Kältemitteldampfes abgekühlt wird, so daß die sich im Verdampfer 17 befindliche Kältemittelflüssigkeit lebhaft von den Oberflächen der Wärmeübertragungsrohre 22 verdampft, um latente Verdampfungswärme aus dem durch die Wärmeübertragungsrohre 22 strömenden Wärmeübertragungsmedium auf der Benutzungsseite zu entnehmen und so das Medium zu kühlen. Dementsprechend kann das nutzungsseitige gekühlte Wärmeübertragungsmedium einer Ventilator-Kühlschlangeneinheit zugeführt werden, die in einem Klimatisierungsraumbereich installiert ist, womit es möglich ist, die allgemeinen Temperaturbedingungen eines Luftklimatisierungssystems zu befriedigen (beispielsweise eine Kühlwassereintrittstemperatur von 30°C, eine Eintritts temperatur des nutzungsseitigen Wärmeübertragungsmediums von 12°C, eine Austrittstemperatur desselben von 7°C).

Mit Beendigung der Adsorptions- und Desorptionsphasen der Adsorptionskolonnen 11, 11′ im vorgenannten Betriebszustand werden die Ventile V₂, V₃ und V₅ zur gleichen Zeit umgeschaltet, wie in Fig. 2 gezeigt ist, während die Ventile V₁₁, V₁₂, . . ., V₂₁ ihre Betriebsstellung nicht verändern. Dann werden Kühlwasser und Wärmeübertragungsmedium unverändert jeweils an die erste und zweite Adsorptionskolonne 11, 11′ geliefert, während der Durchfluß des Kältemittels durch die Adsorptionskolonnen 11, 11′, den Verdampfer 17 und den Kondensator 14 unterbrochen wird, so daß das Kältemittel statt dessen nur zwischen der ersten Adsorptionskolonne 11 und der zweiten Adsorptionskolonne 11′ fließt.

Hier steht die zweite Adsorptionskolonne 11′ unter hohem Druck und ist mit dem desorbierten Kältemitteldampf angefüllt, während die erste Adsorptionskolonne 11 unter niedrigem Druck steht und das Kältemittel adsorbiert. Dementsprechend schießt beim Öffnen des Ventils V₅ der Kälte mitteldampf aus der ersten Adsorptionskolonne 11 durch die Rohrleitung 10 in die zweite Adsorptionskolonne 11′ solange, bis sich die Drücke in den Adsorptionskolonnen 11, 11′ ausgeglichen haben.

Während dieser Verfahrensstufe strömt das Kühlwasser durch die Wärmeübertragungsrohre 13 und kühlt das feste Adsorbens S in der ersten Adsorptionskolonne 11, wodurch der gerade übergewechselte Kältemitteldampf adsorbiert wird, während das Wärmeträgermedium auf Seiten der Wärmequelle durch die Wärmeübertragungsrohre 13′ strömt, um das feste Adsorbens S der zweiten Adsorptionskolonne 11′ zu erwärmen, wodurch die Adsorption gefördert und das Überströmen des Kälte mitteldampfes unterstützt wird, so daß die Adsorptions- und Desorptionsphasen jeweils in der ersten und in der zweiten Adsorptionskolonne 11, 11′ weiter vorgerückt werden.

In dem Augenblick, in dem der Druck in beiden Adsorptionskolonnen 11, 11′ ausgeglichen ist und die Adsorptions- und Desorptionsphasen in beiden Adsorptionskolonnen 11, 11′ nicht länger fortdauern, wird das Ventil V₅ geschlossen, wie in Fig. 3 gezeigt ist, so daß der Schritt der Adsorptions- und Desorptionsvor verlegung beendet wird und ein Zyklus des Adsorptions- und Desorptionsschrittes abgeschlossen ist.

Gleichzeitig werden die Ventile V₁₁, V₁₃, V₁₄, V₁₅, V₁₆ und V₁₉ zur gleichen Zeit umgeschaltet. Damit wird ein vom Einlaß 25 auf Seiten der Wärmeübertragungsquelle eingespeistes Wärmeübertragungsmedium direkt über das Ventil V₁₃ zum Auslaß 26 geleitet, während die Zufuhr desselben zur zweiten Adsorptionskolonne 11′ unterbrochen wird, so daß dementsprechend das bis dahin zugeführte Wärmeübertragungs medium, beispielsweise Warmwasser, in den Wärmeüber tragungsrohren 13′ der zweiten Adsorptionskolonne 11′ verbleibt. Andererseits wird Kühlwasser über das Ventil V₁₉ in die Wärmeübertragungsrohre 13 geleitet, so daß das verbliebene Warmwasser ausgetrieben und durch das Ventil V₁₁ in die Wärmeübertragungsrohre 13 der ersten Adsorptions kolonne 11 eingespeist wird, wo es zum Vorwärmen des festen Adsorbens S kurz vor Eintritt in die Desorptionsphase zur Verfügung steht.

Falls der Betriebsvorgang weiter fortgesetzt wird, wird das in die erste Adsorptionskolonne 11 gerade eingeleitete restliche Warmwasser durch den Kühlwasserauslaß 24 aufgrund des in die zweite Adsorptionskolonne 11′ eingespeisten Kühl wassers ausgelassen. Aus diesem Grunde werden die Ventile V₁₁, V₁₂, V₁₇, V₁₈, V₂₁ gemäß Fig. 4 in einem solchen Zeit punkt umgeschaltet, daß das Ausströmen des Warmwassers verhindert wird und gleichzeitig die Ventile V₁ und V₄ geöffnet werden. Das durch den Einlaß 25 auf Seiten der Wärmequelle zugeführte Wärmeübertragungsmedium wird über das Ventil V₁₂ in die Wärmeübertragungsrohre 13 der ersten Adsorptionskolonne 11 geleitet, und strömt beim Austreiben des in den Wärmeübertragungsrohren 13 verbliebenen restlichen Warmwassers zum Vorwärmen des Adsorbens über das Ventil V₁₇ zum Auslaß 26 des Wärmeübertragungemediums auf Seiten der Wärmequelle. Dementsprechend wird das restliche Warmwasser zu einem Wärmetauscher auf Seiten der Wärmequelle zurückgeleitet, wodurch ein Verlust an Wärmemenge des Warm wassers verhindert wird.

Die erste Adsorptionskolonne 11 tritt also nach dem Vorwärmschritt in eine Desorptionsphase ein. Vor dem Aufwärmschritt weist die erste Adsorptionskolonne 11 eine größere Menge an Kältemittel, das in der Vorverlegungsstufe für die Adsorption und die Desorption adsorbiert wurde, auf, als im Falle der Fig. 2, so daß vom festen Adsorbens S eine große Menge an Kältemittelgas freigesetzt wird, und über das Ventil V₄ sowie die Leitung 16′ in den Kondensator 14 eintritt, wo es kondensiert und verflüssigt und zum Verdampfer 17 weitergeleitet wird.

Gleichzeitig tritt die zweite Adsorptionskolonne 11′ in die Desorptionsphase ein, wobei die Menge des darin enthaltenen Kältemitteldampfes aufgrund der Vorverlegung der Adsorption und der Desorption gemäß Fig. 2 abnimmmt. Dementsprechend verfügt die Adsorptionskolonne 11′ über eine Kapazität, die ausreicht, eine große Menge an Kältemittelflüssigkeit im Verdampfer 17 zu verflüssigen und am festen Adsorbens S zu adsorbieren, wodurch die Erhöhung des Kühlwirkungsgrades unterstützt wird.

Weiter wird beim Umkehren des Zustandes des Zyklus der Adsorptions- und Desorptionsphasen in der zweiten und in der ersten Adsorptionskolonne 11′, 11 in den in Fig. 1 dargestellten Zustand das gleiche Verfahren wie das obige durchgeführt, d. h., daß die Ventile V₁ und V₄ geschlossen und das Ventil V₅ bereits zu Anfang geöffnet werden, wodurch die erste Adsorptionskolonne 11 und die zweite Adsorptionskolonne 11′ miteinander in Verbindung gebracht werden. Dann wird das Kältemittelgas aus der ersten Adsorptionskolonne 11 in die zweite Adsorptionskolonne 11′ überführt, wodurch die Adsorptionsphase in der ersten Adsorptionskolonne 11 und die Adsorptionsphase in der zweiten Adsorptionskolonne 11′ (Fig. 5) weiter vorgerückt wird. Weiter wird mit Hilfe des in der ersten Adsorptionskolonne 11 (Fig. 6) verbliebenen restlichen Warmwassers ein Vorwärmschritt für die zweite Adsorptionskolonne 11′ durchgeführt, auf die das Umschalten des Adsorptions- und Desorptionsschrittes folgt.

Die während dieser Schritte erfolgende Ventilbedienungs prozedur liegt auf der Hand und wird hier nicht näher erläutert.

Der Schritt des Vorwärmens der Adsorptionskolonnenseite kurz vor Eintritt in die Desorptionsphase wird normaler weise im Anschluß an den Vorverlegungsschritt durchgeführt, kann aber kurz vor Beendigung des Vorverlegungsschrittes und vor Schließen des zwischen den beiden Adsorptions kolonnen 11, 11′ befindlichen Ventils V₅ begonnen werden, je nach Lage des Falles.

Um den Kühlwirkungsgrad zwischen der gemäß einem Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens betriebenen Adsorptions kühlanlage und einer der Erfindung analogen konventionellen Anlage, bei der es jedoch keine Rohrleitung 10 zwischen den beiden Adsorptionskolonnen und kein Ventil V₅ gibt, miteinander zu vergleichen, wurden bei Verwendung von Kieselsäuregel und Wasser als Adsorbens bzw. Kältemittel Vergleichsversuche durchgeführt. Die erzielten Ergebnisse sind weiter unten wiedergegeben.

Beim Vergleichstest wurde jeder Druck in der ersten und in der zweiten Adsorptionskolonne sowie der Druck im Verdampfer gemessen, um die Größe der zur Kühlung beitragenden Adsorptionskapazität in Gewichtsprozenten zu bestimmen.

Bei der konventionellen Adsorptionskühlanlage betrugen die gemessenen Druckwerte der einen Adsorptionskolonne auf der Desorptionsseite, der anderen Adsorptionskolonne auf der Adsorptionsseite und des Verdampfers jeweils: 433.3 mmHg, 33.7 mmHg und 7.5 mmHg. Die Adsorptionskapazität (q) wurde gemäß folgender Gleichung berechnet:
Desorptionsseite: q_d = 0.346(33.7/433.6)^1/1.6 = 0.07
Adsorptionsseite: q_a = 0.346(7.5/33.7)^1/1.6 = 0.135
Entsprechend beträgt die zur Kühlung beitragende Adsorptionskapazität: (0.135-0.07) × 100 = 6.5% Gewichtsprozente.

Bei der Adsorptionskühlanlage gemäß der vorliegenden Erfindung betrug der Druck in jeder Adsorptionskolonne nach Erreichen des Druckausgleichs zwischen den Adsorptionskolonnen durch Öffnen des Ventils V₅ vor dem Umschalten 10.89 mmHg. Demgemäß wurde am Ende eines Zyklus des Adsorptions- und Desorptionsschrittes die Adsorptions kapazität wie folgt berechnet:
Desorptionsseite: q′_d = 0.346(10.89/433.6)^1/1.6 = 0.035
Δq′ = 0.07-0.035 = 0.035; 3.5 Gewichtsprozente
Adsorptionsseite: q′_a = 0.346(10.89/33.7)_1/1.6 = 0.17
Δq′ = 0.17--0.135 = 0.035; 3.5 Gewichtsprozente.

Die an der Kühlung teilhabende Adsorptionskapazität wird um den Betrag Δq′ vergrößert, so daß dementsprechend eine Adsorptionskapazität von 10 Gewichtsprozenten erzielt werden kann: 6.5 + 3.5 = 10 Gewichtsprozente.

Die Beziehung zwischen der Adsorptionskapazität und der Betriebsdauer ist grafisch in Fig. 7 dargestellt, in der jede voll ausgezogene Linie einen Schritt bezeichnet, währenddessen die Adsorptions- und Desorptionsphasen bei geöffnetem Ventil V₅ weiter vorgerückt werden. Als die konventionelle Adsorptionskühlanlage mit einem Zyklus von Adsorptions- und Desorptionsschritten von jeweils 5.5 Minuten betrieben wurde, wurde eine Kühlkapazität von 100 RT erzielt (R: die Gaskonstante, T: die absolute Temperatur), während in dem Falle, daß die Kühlanlage in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung in gleicher Weise betrieben wurde, jedoch ohne daß das Ventil V₅ vor dem Umschalten für 1 Minute geöffnet wurde, eine Kühlkapazität von 130 RT erzielt wurde, was eine Erhöhung der Kapazität um den Faktor 1.3 bedeutet.

Wie oben beschrieben, kann, wenn die Kühlanlage gemäß der vorliegenden Erfindung, die eine Rohrleitung zur Verbindung der beiden Adsorptionskolonnen mit einem in die Mitte der Rohrleitung eingeschalteten Ventil besitzt, in Überein stimmung mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung betrieben wird, der in der Adsorptionskolonne der Desorptionsseite befindliche Kältemitteldampf kurz vor dem Umschalten der Adsorptions- und Desorptionsphasen in genau entgegengesetzte Phasen in die andere Adsorptionskolonne der Adsorptionsseite überführt werden, so daß der Kälte mitteldampf, der bisher für die Kühlung nicht herangezogen wurde, wirksam genutzt und der Adsorptions- und Desorptionsschritt weiter vorverlegt werden kann. Infolgedessen kann der Kühlwirkungsgrad unmittelbar nach dem Umschalten erhöht und eine leistungsfähige Adsorbtions kühlanlage geschaffen werden.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben einer Adsorptionskälteanlage, die zwei Adsorptionskolonnen (11, 11′), von denen jede ein festes Adsorbens (S) und von einem Kältemittel umströmte Wärmeübertragungsrohre (13, 13′) enthält, einen Kondensator (14), einen Verdampfer (17) und Kälte mittelwege (16, 16′′, 20, 20′) aufweist, welche die Adsorptionskolonnen (11, 11′) mit dem Kondensator (14) und dem Verdampfer (17) verbinden, so daß das Kälte mittel durch die Adsorptionskolonnen (11, 11′) fließen kann, wobei die Adsorptions- und Desorptionsphasen zwischen den Adsorptionskolonnen (11, 11′) periodisch und abwechselnd in der Weise umgeschaltet werden, daß sich die eine Adsorptionskolonne und die andere Adsorptionskolonne in gegenseitig unterschiedlichen Phasen befinden, und daß ein Wärmeübertragungsmedium auf Seiten einer Wärmequelle und ein Kühlmittel abwechselnd durch die Wärmeübertragungsrohre (13, 13′) der einen Adsorptionskolonne und durch die andere Adsorptions kolonne entsprechend den Desorptions- und Adsorptionsphasen geleitet werden, sowie während der Umschaltung die Kältemittelwege (16, 16′, 20, 20′) von den Adsorptionskolonnen (11, 11′) zum Kondensator (14) und Verdampfer (17) abgeschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren weiter kurz vor dem Ende eines Zyklus einer Adsorptions- und Desorptionsphase das Abschalten der Kältemittelwege (16, 16′, 20, 20′) von den Adsorptionskolonnen (11, 11′) zum Kondensator (14) und Verdampfer (17) und das weitere Vorrücken der Adsorptions- und Desorptionsphasen zwischen den Adsorptionskolonnen (11, 11′) bei fortgesetzter Zufuhr des Wärmeübertragungsmediums und des Kühlmittels umfaßt, wodurch der Zyklus der Adsorptions- und Desorptions phasen beendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß kurz vor dem Ende eines Zyklus einer Adsorptions- und Desorptionsphase beim Abschalten der Kältemittelwege (16, 16′, 20, 20′) der direkte Kältemittelweg (10) zwischen den zwei Adsorptionskolonnen (11, 11′) geöffnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sobald der Druck in beiden Adsorptionskolonnen (11, 11′) ausgeglichen ist und die Adsorptions- und Desorptionsphasen in beiden Adsorptionskolonnen (11, 11′) nicht länger fortdauern, der direkte Kältemittelweg (10) zwischen den Adsorptionskolonnen (11, 11′) unterbrochen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Schritt des Vorrückens der Adsorptions- und Desorptionsphasen ein Vorwärmschritt durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwärmschritt das Unterbrechen der Zufuhr des Wärmeträgermediums und das Austreiben des nach der Desorption in der desorptionsseitigen Kolonne verbliebenen Wärmeträgermediums in die andere Adsorptionskolonne durch die Zufuhr des Kühlmittel kurz vor dem Eintritt in die Desorptionsphase einschließt.