DE4310836A1 - Adsorptions-Wärmespeicheranlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Adsorptions-Wärmespeicheran­ lage mit einem insbesondere ein Zeolith enthaltenden Ad­ sorber mit integriertem, ein Wärmeträgermittel, insbeson­ dere Wasser, führenden Leitungsstrang, der Bestandteil eines desweiteren eine Umwälzpumpe sowie einen Nutzwärme­ tauscher enthaltenden Wärmeträgerkreislaufes ist, und geht aus von der DE 32 12 608 A1.

Für Adsorptions-Wärmespeicheranlagen gibt es ein großes Anwendungsfeld. Beispielsweise können derartige Wärme­ speicheranlagen auch in Kraftfahrzeugen vorgesehen wer­ den, wobei die gespeicherte Wärmemenge dazu genutzt wer­ den kann, den Fahrzeug-Innenraum oder auch eine das Fahr­ zeug antreibende Brennkraftmaschine vor einem Start zu erwärmen. Nach Entladung des Wärmespeichers kann dieser entweder durch die Abwärme des Kraftfahrzeug-Antriebs­ aggregates oder im Falle eines Elektrofahrzeuges gemein­ sam mit einer Aufladung der im Elektrofahrzeug vorgese­ henen Akkumulatoren beladen werden. Der Wärmeabtransport aus dem Adsorber und/oder die Wärmezufuhr zum Adsorber für den Beladevorgang kann dabei über einen Wärmeträger­ kreislauf erfolgen, für den wärmetauscherähnlich ein Lei­ tungsstrang im Adsorber vorgesehen ist. Bevorzugt kommt als Wärmeträgermittel, das in diesem Wärmeträgerkreislauf umgewälzt wird, Wasser zum Einsatz; die im folgenden ge­ schilderte Problematik kann sich jedoch auch bei anderen geeigneten Wärmeträgermitteln einstellen. Bei Verwendung von Wasser als Wärmeträgermittel, das ggf. mit geeigneten Zusätzen, so beispielsweise einem Frostschutzmittel, ver­ sehen ist, wurde bei der Abkühlung des heißen Adsorbers, d. h. bei einer gewünschten Entnahme einer Wärmemenge aus der beladenen Wärmespeicheranlage festgestellt, daß mit einer üblich dimensionierten Umwälzpumpe überhaupt kein Wärmeträgermittel durch den im Adsorber vorgesehenen Lei­ tungsstrang befördert werden konnte. Wurde jedoch, nach­ dem die Pumpenleistung um einen wesentlichen Betrag er­ höht wurde, der Wärmeträgerkreislauf zunächst einmal in Gang gesetzt und dabei der Leitungsstrang im Adsorber auf Temperaturen unterhalb der Siedetemperatur des Wärmeträ­ germittels abgekühlt, so reichte für ein weiteres Auf­ rechterhalten des Wärmeträgerkreislaufes wieder eine deutlich reduzierte Pumpenleistung aus. Dieses Phänomen des erschwerten Anfahrens des Wärmeträgerkreislaufs bei einer beabsichtigten Entladung der Wärmespeicheranlage läßt sich wie folgt begründen: Bereits beim Beladen des Adsorbers wechselt das sich im Leitungsstrang im Adsorber befindende Wärmeträgermittel seinen Aggregatzustand, d. h. das zunächst flüssige Wärmeträgermittel/Wasser wird zumindest im Bereich des im Adsorber vorgesehenen Wärme­ tauschers in den gasförmigen Zustand übergeführt. Hierbei bildet sich eine Gasblase, die sich mit weiterer Beladung und somit Erwärmung des Adsorbers weiter ausdehnt und schließlich den gesamten Leitungsstrang im Adsorber aus­ füllen kann. Soll nun zu einem späteren Zeitpunkt nach Abschluß des Beladevorganges der Adsorber entladen wer­ den, so wird die Umwälzpumpe in Betrieb genommen. Mit einer üblichen Leistungsdimensionierung ist diese Umwälz­ pumpe jedoch nicht in der Lage, die im Leitungsstrang im Adsorber befindliche Gasblase aus dem Bereich des Adsor­ bers hinauszustoßen, so daß der Wärmeträgerkreislauf - wie oben geschildert - nicht in Betrieb gesetzt werden kann. Ferner können die aus dem Adsorber austretenden Gasblasen bzw. Gasblasenteile aus überhitztem Wärmeträ­ germittel/Wasserdampf aufgrund der hohen Temperaturen nicht in üblichen Heizwasserschläuchen weitergeleitet werden.

Eine einfache und günstige Lösung für die oben geschil­ derte Problematik aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegen­ den Erfindung.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß der Wärme­ trägerkreislauf einen Bypass zum Adsorber aufweist, der pumpendruckseitig vom den Adsorber durchdringenden Lei­ tungsstrang abzweigt, wobei der Bypass ein Taktventil enthält und stromab des Adsorbers in einem Dampf-Flüssig­ keits-Mischorgan wieder in den Leitungsstrang mündet, und daß pumpensaugseitig ein Ausgleichsbehälter für das Wär­ meträgermittel vorgesehen ist. Vorteilhafte Aus- und Wei­ terbildungen der Erfindung sind Inhalt der Unteransprü­ che.

Über den erfindungsgemäß vorgesehenen Bypass kann zunächst einmal der Wärmeträgerkreislauf mit Inbetrieb­ nahme einer üblicherweise ausreichend dimensionierten Um­ wälzpumpe in Gang gesetzt werden, jedoch genügt diese Maßnahme alleine natürlich noch nicht, die Gasblase aus dem Leitungsstrang im beladenen Adsorber zu entfernen. Wird nun jedoch das im Bypass vorgesehene Taktventil in einer geeignet gewählten Frequenz geöffnet und geschlos­ sen, so werden hierdurch pumpendruckseitig Druckstöße in­ duziert, die ein quasi schrittweises Ausschieben der Gas­ blase aus dem Wärmetauscher im Adsorber veranlassen. Mit einer geeignet angepaßten Taktfrequenz des Taktventiles, das selbstverständlich auch als Regelventil ausgebildet sein kann - wesentlich ist es lediglich, daß dieses Takt- oder Regelventil binnen kurzer Zeitspannen geöffnet oder geschlossen werden kann - kann somit die Gasblase aus dem Adsorber entfernt werden. Stromab des Adsorbers schließ­ lich wird die Gasblase in dem dort vorgesehenen Dampf- Flüssigkeits-Mischorgan zumindest teilsweise aufgelöst. In diesem Dampf-Flüssigkeits-Mischorgan wird nämlich der Gasblase oder Teilen derselben das über den Bypass am Ad­ sorber im Taktbetrieb vorbeigeführte Wärmeträgermittel beigemengt. Sollte in bzw. nach diesem Mischorgan immer noch dampfförmiges Wärmeträgermittel im Wärmeträgerkreis­ lauf vorliegen, so kann dieses schließlich in einem Kon­ densator endgültig verflüssigt werden, wobei diese Kon­ densatorfunktion von dem ohnehin bereits im Wärmeträger­ kreislauf vorgesehenen Nutzwärmetauscher übernommen wer­ den kann. Ist schließlich nach einer gewissen Zeitspanne, innerhalb derer die Taktfrequenz des Taktventiles auch in geeigneter Weise geändert werden kann, die ehemals im Leitungsstrang im Adsorber befindliche Gasblase vollstän­ dig aus dem Adsorber entfernt, so kann das Taktventil ge­ schlossen und hiermit der Bypass gesperrt werden. Mit Hilfe dieses Bypasses sowie dem darin vorgesehenen Takt­ ventil kann somit auch unter Verwendung einer üblich di­ mensionierten Umwälzpumpe, die an sich nicht in der Lage ist, eine Gasblase aus dem Leitungsstrang im Adsorber zu entfernen, trotz einer derartigen Gasblase der Wärmeträ­ gerkreislauf durch den Adsorber in Gang gesetzt werden. Als weiteres Merkmal schlägt die Erfindung pumpensaugsei­ tig einen an den Wärmeträgerkreislauf angebundenen Aus­ gleichsbehälter für das Wärmeträgermittel vor. Dieser Ausgleichsbehälter ist erforderlich, um die Volumenände­ rungen im Wärmeträgerkreislauf, die durch das Entstehen und das spätere Auflösen der Gasblase verursacht werden, auszugleichen. Dabei kann der Ausgleichsbehälter in un­ terschiedlichster Weise ausgebildet sein, so kann er bei­ spielsweise vom Wärmeträgerkreislauf abzweigen oder auch direkt in den Wärmeträgerkreislauf eingeschaltet sein und dabei beispielsweise mittels elastischer Wände die nötige Ausgleichsfunktion ausüben.

Eine Drosselblende im Bypass, die bevorzugt stromauf des Taktventiles angeordnet ist, ist der Ausbildung und Wei­ terleitung der Druckstöße, die durch den Taktbetrieb des Taktventiles hervorgerufen werden, förderlich. Ferner stellt eine derartige Drosselblende das optimale Mischungsverhältnis zwischen dem flüssigen Wärmeträger­ mittel im Bypass sowie dem dampfförmigen Wärmeträgermit­ tel im Adsorber her. Das Dampf-Flüssigkeits-Mischorgan hingegen kann äußerst einfach ausgebildet sein und so insbesondere einen erweiterten Mischraum für den Lei­ tungsstrang sowie den in diesen mündenden Bypass aufwei­ sen, der bevorzugt einen siebartigen Einsatz aufweist. Dieser siebartige Einsatz veranlaßt eine Aufteilung und Auflösung der bis dahin noch relativ großen, aus dem Lei­ tungsstrang im Adsorber austretenden Gasblasen.

Wie bekannt wird im Adsorber unter Wärmeabgabe ein Arbeitsmittel adsorbiert, das beim Beladen des Adsorbers in einen Verdampferraum ausgetrieben wird. Ist der Adsor­ ber als Zeolith-Adsorber ausgebildet, so kommt als Arbeitsmittel bevorzugt Wasser zum Einsatz. Dabei kann neben der bei der Entladung des Adsorbers frei werdenden Nutzwärme auch die im Verdampferraum dann frei werdende Nutzkälte genutzt werden. Hierzu kann auch im Verdampfer­ raum ein Wärmetauscher vorgesehen sein, der Bestandteil eines über einen Kühlkörper führenden Kältemittelkreis­ laufes ist. Beispielsweise kann dieser Kühlkörper ein Luft-Kühl-Wärmetauscher einer Fahrzeug-Klimaanlage sein. In diesem Zusammenhang wurde erkannt, daß es nicht erfor­ derlich ist, für das Arbeitsmittel, das zwischen dem Ad­ sorber sowie dem Verdampferraum alternierend hin- und hergeführt wird, ein Sperr- oder Regelventil vorzusehen. Vielmehr ist es ausreichend, wenn der Verdampferraum so­ wie der Adsorber sehr gut isoliert sind und dabei vor­ zugsweise von einer gemeinsamen Isolationshülle umschlos­ sen werden. Handelt es sich bei dieser Isolationshülle um eine äußerst wirkungsvolle Isolationsschicht (Vakuumisolation), so kann das Beladen bzw. Entladen des Adsorbers allein durch geeignete Inbetriebnahme des bei­ spielsweise den Adsorber durchdringenden Wärmeträger­ kreislaufes für den Nutzwärmetauscher gestartet bzw. ge­ steuert werden. Wird somit im Beladevorgang dem Adsorber eine ausreichend hohe Wärmemenge zugeführt und aus dem Verdampferraum die Kondensationswärme abgeführt, so wird sicher das Arbeitsmittel aus dem Adsorber in den Ver­ dampferraum ausgetrieben, ohne daß zwischen Adsorber und Verdampferraum ein Sperr- oder Regelventil erforderlich wäre. Ist der Beladevorgang abgeschlossen, so kann bei ausreichender Isolation dann, wenn keine Nutzenergie aus dem System abgeführt wird, lediglich eine geringe Menge von Arbeitsmittel vom Verdampferraum in den Adsorber ge­ langen, da die hiermit frei werdende Wärme sofort wieder dieses Arbeitsmittel zurück in den Verdampferraum aus­ treibt. Somit baut sich innerhalb des Systemes ein Druck­ gleichgewicht auf, das durch einen alternierenden Adsorp­ tions-/Desorptionsprozeß beschreibbar ist. Dieses Druck­ gleichgewicht verhindert weitgehend eine selbsttätige Entladung des Adsorbers, solange dem gesamten System keine Nutzenergie, sei es über den im Adsorber verlaufen­ den Wärmeträgerkreislauf oder über den im Verdampferraum verlaufenden Wärmeträgerkreislauf, entnommen wird. Soll hingegen Nutzenergie entnommen werden, so kann dies auf­ grund des Fehlens eines Sperr- oder Regelventiles zwi­ schen dem Adsorber sowie dem Verdampferraum deutlich ver­ bessert erfolgen, da bei vorzugsweise unmittelbar über­ einander oder′ nebeneinander angeordnetem Adsorber- und Verdampferraum nun der Weg für das Arbeitsmittel keine wesentlichen Strömungshindernisse enthält.

Im folgenden werden Prinzipskizzen bevorzugter Ausfüh­ rungsbeispiele der Erfindung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Wärmeträgerkreislauf einer erfindungsge­ mäßen Adsorptions-Wärmespeicheranlage,

Fig. 2 den Querschnitt durch eine Adsorber-Verdampfer­ raum-Einheit,

Fig. 3 die Perspektivdarstellung und

Fig. 4 den Längsschnitt durch eine Adsorber-Verdamp­ ferraum-Einheit.

In Fig. 1 ist mit der Bezugsziffer 10 ein Wärmeträger­ kreislauf bezeichnet, der mittels eines Leitungsstückes 8 u. a. durch einen Adsorber 1 geführt ist. Innerhalb die­ ses Adsorbers 1 ist das Leitungsstück wärmetauscherähn­ lich gestaltet, so daß das im Leitungsstück 8 geführte Wärmeträgermittel, insbesondere Wasser, die im Adsorber 1, der als Zeolith-Adsorber ausgebildet ist, bei dessen Entladung frei werdende Wärmemenge optimal aufnehmen kann. Abgegeben werden kann diese im Adsorber 1 bei des­ sen Entladung frei werdende Wärmemenge in einem Nutzwär­ metauscher 3 beispielsweise an einen durch diesen Nutzwärmetauscher 3 hindurchgeführten Luftstrom. Hierzu ist der Nutzwärmetauscher 3 als Luft-Wasser-Wärmetauscher ausgebildet, wobei der hindurchdringende Luftstrom bei­ spielsweise zur Beheizung des Innenraumes eines Kraft­ fahrzeuges herangezogen werden kann. Gefördert wird das im Wärmeträgerkreislauf umgewälzte Wärmeträgermittel von einer Umwälzpumpe 5.

Wie bereits oben ausführlich erläutert wurde, geht bei einer Beladung des Adsorbers 1 - hierzu wird dieser wie bekannt beheizt - das im Leitungsstück 8 befindliche Was­ ser/Wärmeträgermittel in den gasförmigen Zustand über. Da sich die hierdurch bildende Gasblase mit weiterer Be­ ladung des Adsorbers weiter ausdehnt, ist ein Ausgleichs­ behälter 4 vorgesehen, in dem verdrängtes Wärmeträgermit­ tel gespeichert werden kann.

Bei einem anschließenden Entladevorgang ist eine üblich dimensionierte Umwälzpumpe nicht in der Lage, die im Ad­ sorber 1 bzw. im Leitungsstück 8 befindliche Gasblase auszustoßen. In diesem Falle wird das üblicherweise ge­ schlossene, in einem Bypass 9 zum Leitungsstück 8 bzw. zum Adsorber 1 angeordnete Taktventil 7 in Betrieb genom­ men, d. h. dieses Taktventil wird alternierend geöffnet und geschlossen. In geöffnetem Zustand kann somit Wärme­ trägermittel umgewälzt werden, da wie ersichtlich der By­ pass 9 pumpendruckseitig vom Leitungsstück 8 abzweigt und stromab des Adsorbers 1 in einem Dampf-Flüssigkeits- Mischorgan 2 wieder mit dem eigentlichen Wärmeträger­ kreislauf 10 vereinigt wird. Mit Schließen des Taktventi­ les 7 wird pumpendruckseitig ein Druckstoß induziert, der durch die Drosselblende 6 nochmals verstärkt wird. Dieser Druckstoß ist in der Lage, die Gasblase im Leitungsstück 8 ein Stück weit aus dem Adsorber auszuschieben. Durch eine Vielzahl von Schaltvorgängen des Taktventiles 7 kann somit letztendlich die gesamte Gasblase aus dem Leitungs­ stück 8 in das Dampf-Flüssigkeits-Mischorgan 2 verdrängt werden. Hier wird das gasförmige bzw. dampfförmige Wärme­ trägermittel bereits durch Zusammentreffen mit dem über den Bypass 9 geführten flüssigen Wärmeträgermittel zumin­ dest teilweise kondensiert, eine weitere Kondensation er­ fährt das dampfförmige Wärmemittel in diesem Mischungsor­ gan 2 an einem siebartigen Einsatz 11, der innerhalb die­ ses als erweiterter Mischraum ausgebildeten Dampf-Flüs­ sigkeits-Mischorganes 2 angeordnet ist. Sollte auch stromab dieses Mischorganes 2 noch dampfförmiges Arbeits­ mittel vorliegen, so wird dieses letztendlich im Nutzwärmetauscher 3 kondensiert, so daß die Umwälzpumpe 5 stets flüssiges Wärmeträgermittel ansaugen kann. Die mit der Kondensation des dampfförmigen Wärmeträgermittels einhergehende Volumenreduktion wird durch das im Ausgleichsbehälter 4 befindliche Wärmeträgermittel ausge­ glichen. Kann schließlich das Leitungsstück 8 von flüssi­ gem Wärmeträgermittel ungehindert durchströmt werden, so wird selbstverständlich der Bypass 9 gesperrt, wozu das Taktventil 7 geschlossen bleibt. Die Taktfrequenz des Taktventiles 7 kann dabei während des gesamten Prozesses variiert werden, die jeweils optimalen Taktfrequenzen sind in einer Versuchsreihe einfach zu ermitteln.

Fig. 2 zeigt einen Zeolith-Adsorber 1 mit integriertem Leitungsstück 8 im Detail. Neben dem Adsorber 1 ist durch eine Wand 20 mit einem Übergang 21 getrennt ein Ver­ dampferraum 22 vorgesehen. Umgeben ist der Adsorber 1 so­ wie der Verdampferraum 22 von einer gemeinsamen hochwirk­ samen Isolationshülle 23 mit der Trenn-Wand 20 als Be­ standteil. Diese Anordnung innerhalb einer gemeinsamen Isolationshülle 23 ist möglich und besonders vorteilhaft, da sowohl innerhalb des Adsorbers 1, als auch innerhalb des Verdampferraumes 22 jeweils ein Wärmetauscher 8, 8′ vorgesehen ist, durch den ein bevorzugt flüssiges Wärme­ trägermittel zur Abfuhr der beim Adsorptionsprozeß frei werdenden Nutzenergie geführt ist. Bei dem Wärmetauscher 8 innerhalb des Zeolith-Adsorbers 1 handelt es sich wie­ der um das bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 erläuterte lamellierte Leitungsstück, als Wärmetauscher 8′ innerhalb des Verdampferraumes 22 können übliche Wärmetauscher zum Einsatz kommen. Damit wenig Nutzraum innerhalb der Isola­ tionshülle 23 verlorengeht, bzw. damit der Ausgleichsbe­ hälter 4 klein dimensioniert werden kann, sind vorzugs­ weise Lamellenrohr-Wärmetauscher mit geringem Rohr-Volu­ menanteil vorzusehen. Der Wärmetauscher 8′ innerhalb des Verdampferraumes ist dann Bestandteil eines über einen nicht gezeigten Kühlkörper führenden Kältemittel­ kreislaufes, d. h. über diesen Wärmetauscher 8′ kann Nutzkälte beispielsweise zu einem ebenfalls nicht gezeig­ ten Luft-Kühl-Wärmetauscher geführt werden, mittels des­ sen beispielsweise abermals der Innenraum eines Kraft­ fahrzeuges klimatisiert, d. h. abgekühlt werden kann.

Im Übergang 21 zwischen dem Verdampferraum 22 sowie dem Zeolith-Adsorber 1 ist kein Sperrventil vorgesehen, viel­ mehr ist dieser Übergang für das im Adsorptionsprozeß vom Adsorber 1 aufgenommene und im Desorptionsprozeß vom Ad­ sorber ausgeschobene Arbeitsmittel, das bevorzugt aber­ mals Wasser ist, im wesentlichen widerstandsfrei passier­ bar. Dies erhöht den Wirkungsgrad des Adsorptionsprozes­ ses. Aufgrund der äußerst wirksamen Isolation durch die Isolationshülle 23, die als Vakuum-Isolation ausgebildet ist, stellt sich in der gezeigten Adsorber-Verdampfer­ raum-Einheit dann ein Gleichgewicht ein, wenn über die Wärmetauscher 8, 8′ keine Nutzenergie abgeführt wird. Im wesentlichen wird sich also dann trotz des Fehlens eines Sperrventiles nahezu kein Wärmeverlust ergeben.

Mit der Bezugsziffer 24 ist in dieser Fig. 2 ferner ein elektrischer Heizstab bezeichnet, der in Betrieb gesetzt wird, um den Desorptionsprozeß zu starten. Wird somit über diesen elektrischen Heizstab 24 dem Adsorber 1 Wärme zugeführt, so wird das Arbeitsmittel aus dem Adsorber 1 ausgetrieben und gelangt über den Übergang 21 in den Ver­ dampferraum 22. Wird zu einem späteren Zeitpunkt entweder über den Wärmetauscher 8 oder über den Wärmetauscher 8′ Nutzenergie abgerufen, so wird hierdurch selbsttätig der Adsorptionsprozeß gestartet, d. h. der Zeolith-Adsorber 1 saugt begierig das im Verdampferraum 22 befindliche Ar­ beitsmittel auf.

Die Fig. 3, 4 zeigen weitere Ansichten der bereits in Fig. 2 beschriebenen Adsorber-Verdampferraum-Einheit. Für die gleichen Bauelemente sind dabei die gleichen Bezugs­ ziffern verwendet. Man erkennt eine mehrteilige Kasten­ ausbildung mit einem Verdampferkasten 31 für den Ver­ dampferraum, einen oberhalb diesem angeordneten Unter­ kasten 32 des Adsorbers 1, sowie einen darüberliegenden Oberkasten 33 für den Zeolith-Adsorber 1. Zwischen dem Oberkasten 33 sowie dem Unterkasten 32 ist der elektri­ sche Heizstab 24 eingelegt. Der Verdampferkasten 31 sowie der Unterkasten 32 und der Oberkasten 33 sind wieder von der gemeinsamen Isolationshülle 23, die als Vakuum-Iso­ lierung ausgebildet ist, umgeben. Bestandteil des Ver­ dampferkastens 31 oder des Unterkastens 32 ist ferner die zwischen dem Adsorber 1 und dem Verdampferraum 22 lie­ gende, im Zusammenhang mit Fig. 2 bereits beschriebene Wand 20, die im Längsschnitt gemäß Fig. 4 wieder sichtbar ist. In diesem Längsschnitt erkennt man auch den Übergang 21 zwischen dem Verdampferraum 22 sowie dem Zeolith-Ad­ sorber 1.

Wie Fig. 4 ferner zeigt, verlaufen im Zeolith-Adsorber 1 Wasserdampfkanäle 34, damit das im Adsorber 1 anlagerbare bzw. aus diesem in den Verdampferraum 22 austreibbare Ar­ beitsmittel, das wie bereits erläutert ebenfalls Wasser ist, optimal zu allen Poren des Zeolith-Adsorbers 1 ge­ langen kann. Ferner verlaufen durch den Adsorber 1 die Rohre des eingebundenen Wärmetauschers 8 (vgl. Fig. 3, Fig. 4) bzw. des in Fig. 1 mit der Bezugsziffer 8 be­ zeichneten Leitungsstückes. Der Wärmetauscher 8 bzw. das Leitungsstück 8 kann dabei sowohl im Oberkasten 33 als auch im Unterkasten 32 auf dem elektrischen Heizstab 24 aufliegen. Umgeben sind die Wärmetauscher 8 bzw. diese Leitungsstücke 8 sowie selbstverständlich auch der Heiz­ stab 24 dabei vom Zeolith-Adsorber 1, der beispielsweise durch eine Granulat-Schüttung gebildet wird.

Diese beschriebene Anordnung hat mehrere Vorteile. So wird die in die Mitte der Zeolith-Schüttung, d. h. in die Mitte des Adsorbers 1 über den Heizstab 24 beim Desorp­ tionsprozeß eingebrachte Wärme durch die auf dem Heizstab 24 oben und unten aufliegenden Wärmetau­ scher/Leitungsstücke 8 optimal über der gesamten Zeolith- Granulat-Schüttung verteilt, ferner sind die Wärmever­ luste nach außen äußerst gering, da die Wärme bei der Desorptionsphase in die Mitte des Adsorbers 1 eingebracht wird. Darüber hinaus kann über die Wärmetauscher 8 die beim Adsorptionsprozeß überall in der Granulat-Schüttung frei werdende Adsorptionswärme optimal abgeführt werden. In gleicher Weise kann die im Zeolith-Adsorber gespei­ cherte fühlbare Wärme direkt abgerufen werden. Ferner er­ gibt sich durch den im Adsorber 1 vorgesehenen Wärmetau­ scher 8 eine reduzierte Adsorbergröße aufgrund des opti­ malen Wärmeüberganges. Dabei kann der Wärmetauscher 8 durch einen konventionellen Lamellenrohr-, Serpentinen­ rohr- oder Plattenwärmetauscher gebildet werden, so daß ein kostengünstiger Adsorberblock mit integriertem Wärme­ tauscher realisiert werden kann. Damit ist eine derartige Adsorbereinheit beispielsweise für eine Fahrzeugheizung auch wesentlich besser geeignet, als die ebenfalls im Stand der Technik vorgeschlagenen, direkt von der zu kli­ matisierenden Luft durchströmten Zeolith-Adsorber. Gegen­ über diesem Stand der Technik tritt der weitere Vorteil zum Vorschein, daß sich aufgrund des integrierten Wärme­ tauschers 8 eine verbesserte Temperaturverteilung ein­ stellt und daß als Wärmeträger Wasser, versetzt mit Frostschutzmittel, einsetzbar ist.

Ein weiterer Optimierungsschritt in Richtung bessere Tem­ praturverteilung und Reduktion der Baugröße läßt sich er­ zielen, wenn der Adsorber 1 als Zeolith-Monolith, eben­ falls wieder mit eingeschlossenem Wärmetauscher 8, ausge­ bildet ist. Hergestellt werden kann ein derartiger Zeo­ lith-Monolith beispielsweise, indem in den Unterkasten 32 oder den Oberkasten 33, in denen jeweils bereits der Wär­ metauscher 8 eingebaut sowie eine Zeolith-Granulat-Fül­ lung eingebracht ist, eine flüssige Mischung eingegossen wird, die aus Wasser, Zeolith-Pulver und Bindemittel, so z. B. Natriumsilikat besteht. Dabei muß das bereits im Kasten befindliche Zeolith-Granulat weitgehend inaktiv sein, d. h. mit Wasser gesättigt sein. Nun wird so lange diese Mischung eingefüllt, bis der Flüssigkeitsspiegel die Anordnung gerade überdeckt. Zuvor wurden in den Ober­ kasten 33 bzw. in den Unterkasten 32 noch Platzhalter für die später erforderlichen Dampfkanäle 34 eingesteckt. Diese Platzhalter können beispielsweise Stäbe aus einem Vollmaterial sein. Anschließend wird diese Adsorber-Ein­ heit in einem Ofen auf Desorptionstemperatur erwärmt. Da­ bei wird das Wasser ausgetrieben und die Anordnung durch die eingefüllte und nunmehr erstarrte Mischung in einen Festkörper übergeführt. Erzielbar ist hiermit eine noch deutlich verbesserte Wärmeleitung in der Adsorber-Block­ struktur. Damit verbunden ist ein schnellerer Wärmeein­ trag bzw. -austrag und damit eine deutliche Leistungs­ steigerung der Anlage. Ferner erhöht das zusätzlich über die Mischung eingebrachte Zeolith-Pulver die Zeolith­ dichte in dieser beschriebenen Anordnung und ermöglicht somit eine deutliche Volumenreduktion. Selbstverständlich müssen mit Abschluß des beschriebenen Fertigungsprozesses die Platzhalter für die Dampfkanäle, die in Fig. 4 mit der Bezugsziffer 34 dargestellt sind, wieder entfernt werden.

Von Vorteil ist die beschriebene vakuum-isolierte Adsor­ ber-Verdampferraum-Einheit als Wärmespeicheranlage u. a. durch Fehlen eines Sperrventiles im Übergang 21 zwischen dem Verdampferraum 22 sowie dem Adsorber 1 auch dadurch, daß neben einer Reduktion des Bauraumes und einer Erhö­ hung der Wärmespeicherkapazität die Anlagenzuverlässig­ keit erhöht wird. Wird diese Anlage als Fahrzeug-Heizan­ lage eingesetzt, so besitzt diese Anlage eine natürliche Stand-by-Bereitschaft im Winterbetrieb durch Aufrechter­ haltung der Desorptionsendtemperatur (bei 300°C treten Verluste von weniger als 100 Watt auf) sowie im Sommerbe­ trieb durch Anlegen eines Eisspeichers im Verdampfergefäß einige Stunden vor Fahrtantritt. Bei optimierter Spei­ cheranlage mit beispielsweise 2 kWh Kältekapazität und 3,5 kWh Wärmekapazität liegt der Volumenbedarf bei unter 40 Litern.

In diesem Zusammenhang soll nochmals kurz auf die Vor­ teile des Wasser/Wasser-Wärmetauschers 8′ im Verdampfer­ raum 22 eingegangen werden. Ein derartiger Wärmetauscher 8′ im Verdampferraum 22 ist vorteilhaft, da die evaku­ ierte Zeolith-Anlage sowie der durch den Wärmetauscher 8′ geführte Kaltwasserkreislauf bzw. Kältemittelkreislauf entkoppelt werden müssen; ansonsten könnte bei einer Leckage im Kaltwasserkreislauf ein Vakuumeinbruch in der Zeolith-Anlage mit einem damit verbundenen vollständigen Funktionsausfall erfolgen. Von Vorteil ist ein derartiger Wärmetauscher 8′ aber auch, da Wasser mit Frostschutz als Kältemittel eingesetzt werden kann, so daß einerseits die Komponenten dieses Kältemittelkreislaufes vor Vereisung geschützt werden, und andererseits Eisspeicherkälte ab­ rufbar ist. Auch ergibt sich - ebenso wie im Adsorber 1 - hiermit eine bessere Temperaturverteilung im Verdampfer­ raum 22, d. h. es liegen keine Totwassergebiete vor. Auf­ grund der größeren Kondensationsfläche erfolgt ferner eine verbesserte Kondensation. Weiterhin stellt sich ein ruhigeres Blasensieden im Adsorptionsfall ein, d. h. es steigen lediglich kleine Dampfblasen zwischen den Wärme­ tauscherlamellen des Wärmetauschers 8′ langsam hoch, so daß platz- und kostenintensive Wasserabscheider im Über­ gang 21 zwischen dem Verdampferraum 22 sowie dem Adsorber 1 nicht benötigt werden. Wie bereits erwähnt, ist darüber hinaus ein Eisspeicher im Verdampferraum 22 anlegbar, was beim Sommerbetrieb einer derartigen Anlage, wenn mit die­ ser Anlage beispielsweise ein Fahrzeug-Innenraum gekühlt werden soll, besonders vorteilhaft ist. Darüber hinaus bildet der Wärmetauscher 8′ eine natürliche Stützstruktur im Verdampferraum 22, er stützt somit die Gehäusewände des Verdampferraumes 22 ab.

Eine beschriebene Adsorber-Verdampferraum-Einheit als Ad­ sorptions-Wärmespeicheranlage ist mit den ebenfalls aus­ führlich beschriebenen Vorteilen dann funktionstüchtig einsetzbar, wenn die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale zum Einsatz kommen. Die zuletzt erläuterten Prinzipskizzen dienen dabei lediglich dem besseren Ver­ ständnis der Erfindung. Selbstverständlich sind eine Vielzahl von Abwandlungen insbesondere konstruktiver Art möglich, die weiterhin unter den Inhalt der Patentansprü­ che fallen.

Claims (6)

1. Adsorptions-Wärmespeicher-Anlage mit einem insbeson­ dere ein Zeolith enthaltenden Adsorber (1) mit inte­ griertem, ein Wärmeträgermittel, insbesondere Wasser führenden Leitungsstrang (8)/Wärmetauscher (8), der Bestandteil eines desweiteren eine Umwälzpumpe (5) sowie einen Nutzwärmetauscher (3) enthaltenden Wär­ meträgerkreislaufes (10) ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträgerkreislauf (10) einen Bypass (9) zum Adsorber (1) aufweist, der pumpendruckseitig vom den Adsorber (1) durchdringen­ den Leitungsstrang (8) abzweigt, wobei der Bypass (9) ein Taktventil (7) enthält und stromab des Ad­ sorbers (1) in einem Dampf-Flüssigkeits-Mischorgan (2) wieder in den Leitungsstrang (8) mündet, und daß pumpensaugseitig ein Ausgleichsbehälter (4) für das Wärmeträgermittel vorgesehen ist.

2. Adsorptions-Wärmespeicher-Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bypass (9) eine Dros­ selblende (6) vorgesehen ist.

3. Adsorptions-Wärmespeicher-Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dampf-Flüssigkeits- Mischorgan (2) als erweiterter Mischraum mit einem siebartigen Einsatz (11) ausgebildet ist.

4. Adsorptions-Wärmespeicher-Anlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche mit einem Verdampferraum (22) für das im Adsorber (1) adsorbierbare Arbeits­ mittel, dadurch gekennzeichnet, daß im Verdampferraum (22) ein Wärmetauscher (8′) vorgesehen ist, der Bestand­ teil eines über einen Kühlkörper (Luft-Kühl-Wärme­ tauscher) führenden Kältemittelkreislaufes ist.

5. Adsorptions-Wärmespeicher-Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Adsorber (1) sowie der Verdampferraum (22) eine gemeinsame Isolations­ hülle (23) gegenüber der Umgebung aufweisen und mit­ einander ohne Zwischenschaltung eines Sperrventiles verbunden sind.

6. Adsorptions-Wärmespeicher-Anlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eines oder mehrere der folgen­ den Merkmale:

• - in der von der Isolationshülle (23) umgebenen Adsor­ ber-Verdampferraum-Einheit ist ein elektrischer Heizstab (24) vorgesehen
• - der Wärmetauscher (8)/Leitungsstrang (8) im Adsorber (1) steht mit dem Heizstab (24) in wärmeübertragen­ der Verbindung
• - der Heizstab (24) ist zwischen einem Adsorber-Ober­ kasten (33) und einem Adsorber-Unterkasten (32) ein­ gelegt
• - der Verdampferraum (22) ist in einem Verdampfer­ kasten (31), der mit dem Adsorber (1) durch einen Übergang (21) für das Arbeitsmittel verbunden ist, vorgesehen
• - der Zeolith-Adsorber (1) ist als Monolith ausgebil­ det.