EP2162687A1 - Kältemaschine mit verschiedenen sorptionsmaterialien - Google Patents

Kältemaschine mit verschiedenen sorptionsmaterialien

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Publication number
EP2162687A1
EP2162687A1 EP08758065A EP08758065A EP2162687A1 EP 2162687 A1 EP2162687 A1 EP 2162687A1 EP 08758065 A EP08758065 A EP 08758065A EP 08758065 A EP08758065 A EP 08758065A EP 2162687 A1 EP2162687 A1 EP 2162687A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
stage
adsorption
desorption
adsorbent
pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08758065A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Niels Braunschweig
Sören PAULUSSEN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
INVENSOR GmbH
Original Assignee
INVENSOR GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by INVENSOR GmbH filed Critical INVENSOR GmbH
Publication of EP2162687A1 publication Critical patent/EP2162687A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B17/00—Sorption machines, plants or systems, operating intermittently, e.g. absorption or adsorption type
    • F25B17/08—Sorption machines, plants or systems, operating intermittently, e.g. absorption or adsorption type the absorbent or adsorbent being a solid, e.g. salt
    • F25B17/083—Sorption machines, plants or systems, operating intermittently, e.g. absorption or adsorption type the absorbent or adsorbent being a solid, e.g. salt with two or more boiler-sorbers operating alternately
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A30/00—Adapting or protecting infrastructure or their operation
    • Y02A30/27—Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/62—Absorption based systems

Definitions

  • the invention relates to the use of an adsorbent instead of a condenser in an adsorption ons surgepumpe and further the use of an adsorbent in the pressure reduction, in particular at an intermediate pressure reduction, in an adsorption heat pump to improve the capacity of desorption; Furthermore, the invention relates to a method for Kälteerzeu- supply in which two adsorption stages are used.
  • refrigerators realize thermodynamic cycle processes in which z. For example, heat is absorbed below the ambient temperature and released at a higher temperature.
  • cycle processes in refrigeration machines are essentially identical with the cycle processes in heat pumps.
  • the chiller can therefore also be understood as a heat pump.
  • Known refrigerating machines are, for example, absorption refrigeration plants, diffusion absorption refrigerating machines, adsorption refrigeration plants or solids sorption heat pumps and compression refrigeration plants. The construction of these facilities is known to those skilled in the art.
  • chillers their performance and efficiency depend strongly on the temperatures of the applied heat sinks and heat sources.
  • the drive heat for the desorption and the heat absorbed at a low temperature level in the refrigeration are heat sources for adsorption chillers.
  • the condensation and adsorption heat produced in the adsorption heat pump is diverted to the environment and thus removed from the adsorption heat pump.
  • the person skilled in the art speaks of the thrust of the desorption / liquefaction temperature difference driving the process and of the temperature difference in the adsorption / evaporation of the stroke.
  • thermal sorption machines function better the greater the thrust at given stroke, ie, the better the adsorbent material is dried or desorbed, the better it can absorb the vaporizing refrigerant and thus produce the desired refrigeration. So a heat pump with otherwise same conditions will gen with a re-cooling temperature of 50 ° C always work worse than a rear cooling temperature of 30 0 C, since both the Hub to 2OK is greater even so the thrust 2OK is smaller.
  • the typical one-stage adsorption chiller such as the marketable machine of the Japanese company Mayekawa, consists essentially of an evaporator, a condenser and an adsorber / desorber pair which alternately adsorbs and desorbs.
  • the refrigerant to be used is adsorbed into previously desorbed (dried) adsorption material. That is, the better the previous desorption, the more effective the actual adsorption and refrigeration.
  • the heat of adsorption and heat of condensation arising in the process must be recooled.
  • the realizable recooling temperature therefore has a direct effect on the thrust-to-stroke ratio and has a significant effect on the performance of the systems.
  • the recooling temperature is always higher than the outside air temperature
  • limiting process marginal conditions for the performance of adsorption chillers thus come about on warm and hot days.
  • the known adsorption chillers therefore do not have the required performance for numerous applications, especially when higher or less favorable re-cooling temperatures prevail.
  • the patent of Denso, EP 0 795 725 A2 shows that a skilful interconnection of the heat transfer medium circuits can achieve that the adsorption of a first stage can be improved by colder heat carrier temperatures than in conventional adsorption systems.
  • this is done by the upstream connection of a second evaporator of a second stage before the adsorber of the first stage in the recooling circuit.
  • the heat transfer fluid is thus cooled down by the second evaporator before it enters the adsorber and thus can cool the adsorber better. This improves the adsorption.
  • multi-stage adsorption heat pumps can be realized, which aim at heat recovery between the stages, which can, for example, lead to an increase in efficiency.
  • this always requires such high drive temperatures that the waste heat or the waste heat temperature level of the first stage is sufficient to drive a second stage.
  • This multistage is achieved by interconnecting the heat transfer medium media (eg water or brine) realized and not by a refrigerant-side interconnection.
  • the object of the invention was therefore to provide a simple and efficient means and methods which do not have the disadvantages of the prior art.
  • the invention relates to the use of the adsorbent, wherein the intermediate pressure reduction is realized via at least two stages, wherein in the first stage desorbs an adsorbent, which was previously adsorbed in this stage, and the resulting gaseous refrigerant, in particular water or steam, is passed in a second stage for adsorption on a further adsorbent.
  • the resulting gaseous refrigerant is previously adsorbed in the context of the invention and it occurs in the desorption gaseous from the adsorbent again.
  • a preferred aspect of the invention is the extension of a one-stage adsorption chiller to a further adsorption / desorber unit which is preferred has another adsorption material.
  • Adsorbents are, for example, zeolites or silica gels.
  • the first stage could be carried out with zeolite as the adsorption material and the second or all others with silica gel.
  • An umkerkerte arrangement is of course just as conceivable. It is also possible to use different types or classes of zeolites on the respective stages.
  • a two-stage adsorption chiller is obtained, the materials being selected in a preferred embodiment such that a) the first stage adsorbent is suitable for the process temperatures, in particular the evaporation and adsorption temperatures, and b) the adsorbent material of the second stage for the process temperatures, in particular the temperatures of desorption and condensation, is suitable.
  • adsorbents so different properties of adsorbents can be combined, so that the desorption of the material achievable in the prior art only with a greater thrust in a first stage is achieved by adsorption in the second stage.
  • the usual liquefaction in the first stage does not take place.
  • the first stage desorber dries the second stage adsorber.
  • the pressure during this adsorption corresponds to the pressure of a normal condensation / liquefaction at reduced recooling temperature.
  • the operation of the Adsorptionshimltemaschine is also at much smaller Thrust possible, in which an adsorption refrigerator would not work in the prior art.
  • a particular advantage is according to the aforementioned that the operation of the adsorption chillers can be performed at otherwise not possible operating temperatures. Ie. for example, that year-round refrigeration with dry recooling is possible even in summer.
  • the teaching of the invention it is possible to easily adsorbable materials such. As zeolites to harness, which usually require a very large boost for desorption.
  • an adsorbent is used in the vapor pressure reduction in a heat pump / chiller for improving the capacity of desorption, in particular the first stage.
  • the invention also relates to a method for refrigeration in a refrigeration / heat pump, wherein an adsorbent is used instead of a condenser.
  • This condenser may be, for example, a condenser known in refrigeration technology.
  • a stage in the sense of the invention means that one (n + 1) stage adsorbs from the (n) stage (eg the two te stage from the first).
  • Different stages are preferably in the process flow from the perspective of the refrigerant in a row.
  • a stage is basically one unit. However, these units can be implemented in different ways, regardless of their level. from one or more components or adsorbers / desorbers:
  • An adsorber / desorber If only one adsorber / desorber is used, it can not adsorb during the desorption phase and generate cold, since it is being desorbed. Refrigeration then begins again when desorption is complete and adsorption begins.
  • a sol ⁇ cher approach lends itself to the heating technology, z. B. in operation as a heat-assisting heat ⁇ pump.
  • the desorber gaseous refrigerant is taken up by a condenser and liquefied.
  • an adsorbent is used to take up the gaseous refrigerant released from a desorber.
  • the present invention includes both adsorption machines that include a condenser in addition to the adsorbent to liquify the refrigerant of another desorption stage, as well as machines that operate entirely without a condenser.
  • At least one additional condenser preferably a condenser, is additionally used instead of a condenser. It is particularly preferred if the further liquefier is used for the desorption of another stage, in particular the second or a last stage. It may be preferable to realize the method according to the invention in that the refrigeration system has at least two adsorption and desorption units. It is known to the person skilled in the art that the adsorption can not take place continuously, since the material is considered to be saturated according to its properties at a certain time in the sense of refrigeration technology. Near this point in time, it would be possible to switch to desorption, after which the material can then re-adsorb. Accordingly, a Tere preferred embodiment of the invention, a refrigeration system with at least two adsorption and Desorption- units.
  • preferred embodiments of the invention allow only one evaporator to be needed, whereas EP 0795725 requires a plurality of evaporators.
  • the majority of the evaporators disadvantageously leads to the fact that the return of the condensate from the condenser must be distributed uniformly to the number of evaporators and thus requires at least one separate device. This is advantageously not required according to the invention.
  • the teaching of the invention can be realized with a simpler, smaller and cheaper device than the teachings of the prior art, especially since it includes only one evaporator in a preferred variant.
  • Another advantage of preferred variants according to the teaching of the invention results from the fact that the desorption, ie the expulsion of the adsorptive, in particular of the refrigerant, from the adsorbent requires high temperatures or low pressures; In the case of adsorbents of this type, it is difficult under conventional temperature boundary conditions to sufficiently desorb the adsorbents in the course of the process.
  • the desorption of the adsorbent unlike in the teachings of the prior art, supported, in particular by the adsorption of the adsorptive from the desorber in a adsorber of the second stage.
  • the term of the refrigerant is preferably used synonymously for the term adsorptive and includes any agents which are adsorbed or adsorbed on the adsorption medium in an adsorption machine; Accordingly, it is not limited to means of refrigeration only.
  • the refrigeration system at least two adsorption and Desorption-, as him the terms adsorption and desorption tion units and first or second stages are known in the context of the overall disclosure of the invention and its general standard knowledge.
  • the person skilled in the art with average knowledge can also constructively realize the first or second stage in the sense of the invention. He is aware that in the prior art the term second stage is a repetition of the first stage at a different temperature level. For the purposes of the invention, the second stage results from the connection of two different adsorbers and the second stage is preferably realized at the same temperature level.
  • the refrigeration system additionally has a storage unit. It is advantageous if, in particular, solids sorption heat pumps additionally have a storage unit in the form that they can be shut off by one or more vapor barriers or a steam valve from the remaining, preferably solid, sorption heat pump.
  • the adsorbents may be selected from the group comprising zeolite, silica gel, bentonite, activated carbon, alumina gel, cellulose and / or starch.
  • the refrigerant, in particular water / steam in the refrigeration system is conducted by structural design so that the generated from the desorption of the first stage gaseous refrigerant, in particular water vapor, is passed into the adsorber of the second stage.
  • structural design are known to those skilled in the art with average skill.
  • Particularly preferred are zeolite as the adsorbent in the first stage and silica gel in the second stage.
  • silica gel in the first stage and zeolite in the second stage.
  • the same adsorption material can also be used in both stages.
  • the desorption of the adsorption material in the first stage is achieved by adsorption in the second stage.
  • the refrigeration system may comprise, in addition to the two adsorption / desorption units, a steam distribution system, wherein all stages can be interconnected such that the steam flow can be conducted in all stages. It is particularly preferred if an adsorption stage is connected between the desorption and the liquefaction, ie preferably the condensation.
  • the invention also relates to the use of the method according to the invention for reducing the intercept pressure, and in a further preferred embodiment also relates to the use of the method according to the invention for desorption of a refrigerant in an adsorber.
  • the intermediate pressure reduction means according to the invention that the desorption of a first stage takes place at a lower pressure. This leads to an improved adsorption capacity of this stage, since this stage can be dried better at a lower pressure.
  • this pressure is lower than the condensing pressure.
  • this pressure is always above the adsorption pressure of the first stage. It is therefore between these other pressures, which according to the invention in
  • the method according to the invention can be used to achieve a two-stage adsorption in a heat pump / chiller with the above mentioned o. Perform benefits.
  • the decoupling means in the sense of the invention that the desorption pressure of the first stage normally always depends on the condensing pressure or is dominated. Since according to the invention advantageously adsorption can be switched before the liquefaction, the condensing pressure no longer has a direct effect on the desorption pressure of the first stage.
  • the method leads to at least two different relative decreases in vapor pressure within an adsorption refrigeration machine.
  • the invention also relates to the use of an adsorbent as a vapor sink for a desorption process within a solids sorption heat pump for reducing the pressure, in particular for lowering the pressure of the desorption of a first stage.
  • steam sink means that the steam no longer flows around in the chambers of the respective component, but rather is converted or decomposed by phase change from vapor to liquid or vapor to adsorbate (adsorbed phase).
  • the second stage is not always used to reduce the pressure of desorption of the first stage, but deactivated or operated analogously to the first stage, so as to increase the performance of the solids sorption heat pump or to operate the second stage only optional, wherein analogously in the sense
  • the invention means that it is adsorbed directly from the evaporator and accordingly no adsorption takes place from a desorption stage.
  • the invention therefore also relates, in a further aspect, to a device in which a steam distribution system is provided which allows all flow paths between the adsorbers and desorbers, in particular also a direct flow from the evaporator to the second or all further stages and from the first stage and all other stages to the capacitor.
  • FIG.l a possible two-stage adsorption heat pump, with the refrigerant vapor and heat flows and the connection to a dry recooler and the resulting temperatures.
  • the system is driven with 80 0 C, ie the desorber of the first stage and the desorber of the second stage are desorbed at this temperature level.
  • the desorption of the first stage takes place at the adsorption pressure of the second stage. This pressure depends not only on the recooling temperature, but in particular on the relative reduction of vapor pressure at this temperature by the adsorption process.
  • FI6.2 two possible operating phases of a two-stage adsorption heat pump according to the invention.
  • the typical alternating operation manifests itself in both stages, for example in the form that the vapor from the evaporator is adsorbed alternately by the first stage and the second stage liquefied vapor flows alternately from the second stage to the condenser.
  • Fig.3 a possible embodiment of the invention with egg ⁇ ner second stage, which is constructed as a component having a multiple capacity of the first stage and can be operated with so-as a storage. Due to the different capacities, the first stage will have a faster alternating operation than the second one. Furthermore, by performing the second stage as one component, second stage desorption will only occur if the first stage does not desorb at the same time.
  • 4 operating phases are shown:
  • 3rd 2nd stage is desorbed, no refrigeration. After completion of desorption and maintenance of this condition by, for example, steam valves, sorptive cold is stored

Abstract

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Adsorptionsmittels anstelle eines Verflüssigers in einer Wärmepumpe/Kältemaschine und weiterhin die Verwendung des Adsorptionsmittels bei der Dampfdruckreduktion in einer Wärmepumpe/Kältemaschine zur Verbesserung der Kapazität der Desorption; weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Kälteerzeugung, bei dem bevorzugt zwei unterschiedliche Adsorptionsmittel in zwei Stufen eingesetzt werden.

Description

Kältemaschine mit verschiedenen Sorptionsmaterialien
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Adsorptionsmittels anstelle eines Verflüssigers in einer Adsorpti- onswärmepumpe und weiterhin die Verwendung eines Adsorptionsmittels bei der Druckreduktion, insbesondere bei einer Zwischendruckabsenkung, in einer Adsorptionswärmepumpe zur Verbesserung der Kapazität der Desorption; weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Kälteerzeu- gung, bei dem zwei Adsorptionsstufen eingesetzt werden.
Dem durchschnittlichen Fachmann ist bekannt, dass Kältemaschinen thermodynamische Kreisprozesse realisieren, bei denen z. B. Wärme unterhalb der Umgebungstemperatur auf- genommen und bei höherer Temperatur abgegeben wird. Diese Kreisprozesse in Kältemaschinen sind im Wesentlichen i- dentisch mit den Kreisprozessen in Wärmepumpen. Die Kältemaschine kann daher auch als eine Wärmepumpe aufgefasst werden. Bekannte Kältemaschinen sind beispielsweise Ab- Sorptionskälteanlagen, Diffusionsabsorptionskältemaschi- nen, Adsorptionskälteanlagen bzw. Feststoffsorptionswär- mepumpen sowie Kompressionskälteanlagen. Der Aufbau dieser Anlagen ist dem Fachmann auf dem betreffenden Gebiet bekannt. Für alle Kältemaschinen gilt, dass ihre Leistung und ihr Wirkungsgrad stark von den Temperaturen der anliegenden Wärmesenken und Wärmequellen abhängen. Die Antriebswärme für die Desorption und die aufgenommene Wärme auf niedrigem Temperaturniveau bei der Kälteerzeugung stellen für Adsorptionskältemaschinen Wärmequellen dar. Diese beiden Wärmeströme müssen die Maschinen wieder verlassen, um Adsorptionsprozesse am Laufen zu halten. Dies wird in der Regel durch Rückkühlung der Kondensationswärme und Adsorptionswärme an die Umgebung realisiert. Vorzugsweise sind also drei Temperaturniveaus von entscheidender Bedeutung bei Adsorptionswärmepumpen: a) das Temperaturniveau der den Desoprtionsprozess antreibenden Wärmequelle z.B. 800C. b) dass Temperaturniveau der eigentlichen Kälteerzeugung bzw. der durch die Adsorptionswärmepumpe aufzunehmende Wärme z.B. 100C. Auf diesem Temperaturniveau findet die Verdampfung des Kältemittels satt, c) das Temperaturniveau der Rückkühlung bzw. Wärmeabgabe an die Umgebung z.B. 40°. Auf diesem Temperaturniveau wird die in der Adsorptionswärmepumpe entstehende Kondensations- und Adsorptionswärme an die Umgebung abgeleitet und so der Adsorptionswärmepumpe entzogen. Der Fachmann spricht bezüglich der den Prozess antreibenden Desorption/Verflüssigungs-Temperaturdifferenz von Schub und bezüglich der Temperaturdifferenz bei Adsorption/Verdampfung von Hub. Nach den bekannten Gesetzen der Thermodynamik funktionieren thermische Sorptionsmaschinen besser, je größer der Schub bei gegebenen Hub ist, d. h., je besser das Adsorptionsmaterial getrocknet bzw. desor- biert wird, umso besser kann es das verdampfende Kältemittel aufsaugen und demgemäß die gewünschte Kälte erzeugen. So wird eine Wärmepumpe bei sonst gleichen Bedingun- gen bei einer Rückkühltemperatur von 50 °C immer schlechter funktionieren als bei einer Rückkühltemperatur von 300C, da sowohl der Hub um 2OK größer ist also auch der Schub 2OK kleiner ist.
Die typische einstufige Adsorptionskältemaschine, wie zum Beispiel die marktgängige Maschine der japanischen Firma Mayekawa, besteht im Wesentlichen aus einem Verdampfer, einem Verflüssiger und einem Adsorber-/Desorber-Paar, welches alternierend ad- und desorbiert. Bei Adsorptionskältemaschinen wird das einzusetzende Kältemittel in vorher desorbiertes (getrocknetes) Adsorptionsmaterial ad- sorbiert. D. h., je besser die vorherige Desorption, desto wirkungsvoller die eigentliche Adsorption und Kälteerzeugung. Wie beschrieben muss die im Prozess anfallende Adsorptionswärme und Kondensationswärme rückgekühlt werden. Bei der typischen einstufigen Adsorptionskältema- schine wirkt sich somit die realisierbare Rückkühltemperatur deshalb unmittelbar auf das Verhältnis Schub zu Hub aus und beeinflusst die Leistungsfähigkeit der Anlagen signifikant. Insbesondere bei trockenen Rückkühlern, bei denen die Rückkühltemperatur immer über der Außenlufttem- peratur liegt, kommt es daher gerade bei warmen und heißen Tagen so zu limitierenden Prozessrandbedingungen für die Leistungsfähigkeit von Adsorptionskältemaschinen. Beispielsweise gibt es deshalb keine marktgängige Adsorptionskältemaschine, die bei Außentemperaturen von über 400C trocken rückgekühlt werden kann und Antriebs- bzw.
Desorptionstemperaturen von unter 1000C benötigen. Letztendlich sind jedoch gerade warme und heiße Tage insbesondere bei Klimatisierungsaufgaben die wesentlichen Einsatzbedingungen für Kältemaschinen. Aus dem oben beschriebenen Sachverhalt folgt, dass bisher Adsorptionskältemaschinen in der Regel mit nassen Rückkühlern (Naßkühlturm) betrieben werden. Der Ansatz der nassen Rückkühlung anstelle der trockenen Rückkühlung, bei der die Verdunstung von Wasser an der Umgebungsluft ausgenutzt wird (z.B. Kraftwerkskühlturm), ist im kleinen Leistungsbereich, im privaten also nicht industriellen Bereich sowie im mobilen Anwendungsbereich technisch, wirtschaftlich und politisch allerdings kaum zu realisieren (Wasserverbrauch, Wartungsintensität des nassen Rückkühlers, zusätzliche Wasserleitungen, Gefahr der Legionellenbildung und dadurch resultierend regionale Aufstel- lungsverbote) .
Die bekannten Adsorptionskältemaschinen weisen für zahlreiche Anwendungen deshalb nicht die erforderlichen Leistungen auf, insbesondere wenn höhere bzw. ungünstigere Rückkühlungstemperaturen vorherrschen .
Die mangelnde Leistungsfähigkeit wird im Stand der Technik durch aufwendige konstruktive Anordnungen versucht zu beseitigen, wobei diese konstruktiven Anordnungen einen hohen Aufwand bei der Herstellung, bei der Inbetriebnahme und Nutzung der Kältemaschinen/Wärmepumpen erfordern.
Beispielsweise zeigt das Patent der Fa. Denso, EP 0 795 725 A2, dass durch eine geschickte Verschaltung der Wärmeträgerkreise erreicht werden kann, dass die Adsorption einer ersten Stufe durch kältere Wärmeträgertemperaturen als in üblichen Adsorptionsanlagen verbessert werden kann. In der Erfindung der Fa. Denso geschieht dies durch die Vorschaltung eines zweiten Verdampfers einer zweiten Stufe vor den Adsorber der ersten Stufe in den Rückkühl- kreislauf. Das Wärmeträgerfluid wird also durch den zweiten Verdampfer heruntergekühlt bevor es in den Adsorber gelangt und kann somit den Adsorber besser kühlen. Dadurch wird die Adsorption verbessert.
Bei diesem Ansatz wird eine Mehrzahl von Verdampfern benötigt. Durch die Mehrheit der Verdampfer in der EP 0 795 725 muss außerdem die Rückführung des Kondensats aus dem Kondensator gleichmäßig auf die Anzahl der Verdampfer aufgeteilt werden, was eine Schwierigkeit darstellt oder mindestens einer eigenen Vorrichtung bedarf.
Außerdem sind in der EP 0 795725 viele Komponenten wie z.B. Adsorber, Verdampfer und Rückkühler seriell verschaltet, d.h. dass das Wärmeträgerfluid nacheinander mehrere Bauteile durchströmt. Dies bedeutet einen hohen Druckverlust für das Wärmeträgerfluid, was größere Pumpen und einen erhöhten Stromverbrauch für diese Pumpen nötig macht .
Weiterhin gilt, dass eine Vielzahl von Adsorptionsmitteln derartige Eigenschaften besitzen, dass die Desorption, also das Austreiben des Kältemittels aus dem Adsorptions- mittel hohe Temperaturen oder niedrige Drücke erfordert. Bei diesen Adsorptionsmitteln ist es unter üblichen Temperatur-Randbedingungen schwierig, im Prozessablauf die Adsorptionsmittel ausreichend zu desorbieren. Dieses Problem wird auch mit der Lehre nach der EP 0 795 nicht behoben, da in dieser die Adsorption unterstützt und nicht die Desorption.
Sofern die Möglichkeit besteht höhere (z.B. >100°C) Antriebstemperaturen anzuwenden, sind auch mehrstufige Ad- Sorptionswärmepumpen realisierbar, welche auf einer Wärmerückgewinnung zwischen den Stufen abzielen, was z.B. zu einer Wirkungsgraderhöhung führen kann. Diese benötigt jedoch immer so hohe Antriebstemperaturen, dass die Abwärme bzw. das Abwärmetemperaturniveau der ersten Stufe ausreicht um eine zweite Stufe anzutreiben. Diese Mehrstufigkeit wird durch einer Verschaltung der Wärmeträger- medien (z.B. Wasser oder Sole) realisiert und nicht durch eine kältemittelseitige Verschaltung.
Aufgabe der Erfindung war es daher, ein einfaches und ef- fizientes Mittel und Verfahren bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweisen. Insbesondere galt eines Weg zu finden, der den Betrieb einer Adsorptionskälteanlage auch bei trockener Rückkühlung und hohen Außenlufttemperaturen ermöglicht, bei de- nen herkömmliche Anlagen entweder gar nicht mehr oder nur sehr stark eingeschränkt funktionieren.
Es war überraschend, dass die Nachteile des Standes der Technik gelöst werden können, wenn anstelle eines Verflüssigers in einer Wärmepumpe/Kältemaschine ein Adsorptionsmittel verwendet wird, insbesondere, wenn das Adsorptionsmittel in einer FeststoffSorptionswärmepumpe zur Druckabsenkung und insbesondere zur Zwischendruckab- senkung innerhalb der FeststoffSorptionswärmepumpe ver- wendet wird. Erfindungsgemäß bedeutet dies, dass nicht ein Bauteil durch ein Adsorptionsmittel ersetzt werden soll, sondern dass an einer Stelle, an der normalerweise eine Verflüssigung stattfindet nun eine Adsorption des Kältemittels in einem Adsorptionsmittel erfolgt. Beide Prozesse - Verflüssigung als auch Adsorption des Kältemittels führen zu einer Druckabsenkung bei der Desorption des Kältemittels; jedoch führt die Adsorption zu tieferen Drücken als eine Verflüssigung bei gleichen Temperaturen. Ohne eine zweite Stufe würde der Desorptionsdruck (p_Desl) der ersten Stufe dem Verflüssigungsdruck
(p_Verfl .) entsprechen. Wird das durch die Desorption freigesetzte Kältemittel nicht unmittelbar verflüssigt, sondern erfindungsgemäß in einer zweiten Stufe adsorbiert, so entspricht der Desorptionsdruck der ersten Stufe (p_Desl) dem Adsorptionsdruck der zweiten Stufe (p_Ads2). Durch die relative Dampfdruckabsenkung bei ei- ner Adsorption liegt der Druck p_Ads2 stets unter p_Verfl. (bei sonst gleichen Temperaturen) Es gilt somit: p_Desl = p_Ads2 < p_Verfl.
Bei der Desorption der Zweiten Stufe gilt: P_Des2 = p_Verfl. Zwischen der Desorption der ersten Stufe und der Verflüssigung liegt somit der Zwischendruck p_Ads2. Da dieser Druck kleiner ist als der Druck bei einer unmittelbaren Verflüssigung wird die Kapazität der Desorption der ersten Stufe erfindungsgemäß erhöht.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung des Adsorptionsmittels, wobei die Zwischendruck- absenkung über mindestens zwei Stufen realisiert wird, wobei in der ersten Stufe ein Adsorptionsmittel desor- biert, welches vorher in dieser Stufe adsorbiert wurde, und das dadurch entstehende gasförmige Kältemittel, insbesondere Wasser oder Wasserdampf, in einer zweiten Stufe zur Adsorption auf ein weiteres Adsorptionsmittel geleitet wird.
Das entstehende gasförmige Kältemittel ist im Sinne der Erfindung vorher adsorbiert und es tritt bei der Desorption gasförmig aus dem Adsorptionsmittel wieder aus.
Ein bevorzugter Aspekt der Erfindung ist demgemäß die Erweiterung einer einstufigen Adsorptionskältemaschine um eine weitere Adsorptions-/Desorbereinheit , die bevorzugt ein anderes Adsorptionsmaterial aufweist. Adsorptionsmittel sind z.B. Zeolithe oder Silikagele. Erfindunsgemäß könnte die erste stufe mit Zeolith als Adsorptionsmaterial ausgeführt sein und die 2 oder alle weiteren mit SiIi- kagel. Eine umgekherte Anordnung ist natürlich genau so denkbar. Ebenso ist denkbar verschiedene Typen bzw. Klassen von Zeolithen auf den jeweiligen Stufen einzusetzte. Durch dieses Vorgehen erhält man eine zweistufige Adsorptionskältemaschine, wobei die Materialien in einer bevor- zugten Ausführungsform so ausgewählt sind, dass a) das Adsorptionsmittel der ersten Stufe für die Prozesstemperaturen, insbesondere der Temperaturen der Verdampfung und Adsorption, geeignet ist und b) das Adsorptionsmaterial der zweiten Stufe für die Prozesstemperaturen, ins- besondere der Temperaturen der Desorption und der Kondensation, geeignet ist.
Erfindungsgemäß können so unterschiedliche Eigenschaften von Adsorptionsmitteln kombiniert werden, so dass die im Stand der Technik nur mit einem größerem Schub erreichbare Desorption des Materials in einer ersten Stufe durch eine Adsorption in der zweiten Stufe erreicht wird. Die sonst übliche Verflüssigung in der ersten Stufe findet nicht statt. Der Desorber der ersten Stufe trocknet den Adsorber der zweiten Stufe. Es kommt also statt der im Stand der Technik bekannten Verflüssigung des Kältemittels zu einer Adsorption mit Zwischendruckabsenkung.
Der Druck bei dieser Adsorption entspricht dem Druck ei- ner normalen Kondensation/Verflüssigung bei reduzierter Rückkühltemperatur. Anders ausgedrückt, ist der Betrieb der Adsorptionskältemaschine auch bei deutlich kleinerem Schub möglich, bei dem eine Adsorptionskältemaschine im Stand der Technik nicht mehr funktionieren würde. Durch die anmeldungsgemäße Lehre, insbesondere durch die im Folgenden zu nennenden Vorzugsvarianten werden somit ver- schiedene Vorteile erreicht:
Ein besonderer Vorteil ist gemäß dem Vorgenannten, dass der Betrieb der Adsorptionskältemaschinen bei sonst nicht möglichen Betriebstemperaturen durchgeführt werden kann. D. h. beispielsweise, dass eine ganzjährige Kälteerzeugung mit trockener Rückkühlung auch im Sommer möglich ist. Durch die erfindungsgemäße Lehre ist es möglich, gut adsorbierbare Materialien wie z. B. Zeolithe nutzbar zu machen, die normalerweise einen sehr großen Schub für die Desorption benötigen. Besonders vorteilhafterweise ist es möglich, je nach Ausgestaltung der Erfindung die zweite Stufe auch als Speicher zu nutzen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Adsorptionsmittel bei der Dampfdruckreduktion in einer Wärmepumpe/Kältemaschine zur Verbesserung der Kapazität der Desorption, insbesondere der ersten Stufe, eingesetzt .
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Kälteerzeugung in einer Kälteanlage/Wärmepumpe, wobei ein Adsorptionsmittel anstelle eines Verflüssigers verwendet wird. Bei diesem Verflüssiger kann es sich beispielsweise um einen in der Kältetechnik bekannten Kondensator handeln.
Eine Stufe im Sinne der Erfindung bedeutet, dass eine (n+1) -Stufe aus der (n) -Stufe adsorbiert (z. B. die zwei- te Stufe aus der ersten) . Unterschiedliche Stufen liegen bevorzugt im Prozessverlauf aus Sicht des Kältemittels hintereinander. Eine Stufe besteht im Prinzip aus einer Einheit. Diese Einheiten lassen sich aber - egal auf wel- eher Stufe - auf verschiedene Arten umsetzen; aus einem oder mehreren Bauteilen bzw. Adsorbern/Desorbern:
a) Ein Adsorber/Desorber : Falls nur ein Adsor- ber/Desorber genutzt wird, so kann dieser während der Desorptionsphase nicht adsorbieren und Kälte erzeugen, da er gerade desorbiert. Die Kälteerzeugung beginnt dann erst wieder, wenn die Desorption abgeschlossen ist und die Adsorption beginnt. Ein sol¬ cher Ansatz bietet sich in der Heizungstechnik an, z. B. im Betrieb als heizungsunterstützende Wärme¬ pumpe .
b) Zwei oder mehrere Adsorber/Desorber (in einer Stufe) : Während ein Adsorber/Desorber desorbiert, kann ein anderer der gleichen Stufe gleichzeitig adsor¬ bieren. So kann quasi kontinuierlich Kälte erzeugt sowie eine Wärmerückgewinnung zwischen den Bauteilen genutzt werden, wie dies bei Adsorptionswärmepumpen der Fall ist.
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist es nicht erheblich, wie die einzelnen Stufen ausgeführt werden, da in einem Aspekt der Erfindung diese im wesentlichen auf die Desorption der ersten Stufe gerichtet ist. Es ist daher vorteilhafterweise nicht entscheidend, ob aus der ersten Stufe quasi kontinuierlich desorbiert (zwei Bauteile) wird, oder im wesentlichen immer nur die Adsorption der ersten Stufe vorbei ist (ein Bauteil) . Selbstverständlich sind auch weitere Umsetzungen der erfindungsgemäßen Lehre möglich.
In einer Adsorptionsmaschine nach dem Stand der Technik wird das gasförmige Kältemittel des Desorbers von einem Verflüssiger aufgenommen und verflüssigt.
In der vorliegenden Erfindung hingegen wird ein Adsorptionsmittel verwendet, um das gasförmige Kältemittel aufzu- nehmen, welches von einem Desorber freigegeben wird. Unter die vorliegende Erfindung fallen sowohl Adsorptionsmaschinen, die zusätzlich zum Adsorptionsmittel einen Verflüssiger beinhalten, um das Kältemittel einer weiteren Desoprtionsstufe zu verflüssigen, als auch Maschinen, die gänzlich ohne Verflüssiger arbeiten.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird neben dem Adsorptionsmittel anstelle eines Verflüssigers zusätzlich mindestens ein weiterer Verflüssiger, bevor- zugt ein Kondensator, eingesetzt. Besonders bevorzugt ist es, wenn der weitere Verflüssiger für die Desorption einer anderen Stufe, insbesondere der zweiten oder einer letzten Stufe, eingesetzt wird. Es kann bevorzugt sein, das erfindungsgemäße Verfahren dadurch zu realisieren, dass die Kälteanlage mindestens zwei Adsorptions- und De- sorptionseinheiten aufweist. Dem Fachmann ist bekannt, dass die Adsorption nicht kontinuierlich ablaufen kann, da das Material gemäß seiner Eigenschaften zu einem bestimmten Zeitpunkt im Sinne der Kältetechnik als gesät- tigt gilt. In der Nähe dieses Zeitpunkts wäre es möglich, auf die Desorption umzuschalten, nach der das Material dann wieder adsorbieren kann. Demgemäß betrifft eine wei- tere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung eine Kälteanlage mit mindestens zwei Adsorptions- und Desorption- seinheiten .
Vorteilhafterweise ermöglichen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung, dass nur ein Verdampfer benötigt wird, wohingegen in der EP 0795725 eine Mehrzahl von Verdampfern erforderlich ist. Die Mehrzahl der Verdampfer führt nachteiligerweise dazu, dass die Rückführung des Konden- sats aus dem Kondensator gleichmäßig auf die Anzahl der Verdampfer verteilt werden muss und somit mindestens einer eigenen Vorrichtung bedarf. Erfindungsgemäß ist dies vorteilhafterweise nicht erforderlich. Aus diesem Grunde kann die erfindungsgemäße Lehre mit einer einfacheren, kleineren und preiswerteren Vorrichtung realisiert werden als die Lehren des Standes der Technik, insbesondere da sie in einer Vorzugsvariante nur einen Verdampfer beinhaltet. Ein weiterer Vorteil von Vorzugsvarianten gemäß der erfindungsgemäßen Lehre ergibt sich daraus, dass die Desorption, also das Austreiben des Adsorptivs, insbesondere des Kältemittels, aus dem Adsorptionsmittel hohe Temperaturen oder niedrige Drücke erfordert; bei derartigen Adsorptionsmitteln ist es unter üblichen Temperatur- Randbedingungen schwierig, im Prozessverlauf die Adsorp- tionsmittel ausreichend zu desorbieren. Erfindungsgemäß wird die Desorption des Adsorptionsmittels, anders als in den Lehren des Standes der Technik, unterstützt, insbesondere durch die Adsorption des Adsorptivs aus dem De- sorber in einen Adsorber der zweiten Stufe. Somit können erfindungsgemäß auch Adsorptionsmittel verwendet werden, die unter üblichen Temperatur-Randbedingungen nicht ausreichend desorbiert werden können. Der Begriff des Kältemittels wird bevorzugt synonym für den Begriff Adsorptiv verwendet und umfasst jegliche Mittel, die in einer Adsorptionsmaschine an das Adsorptions- mittel angelagert bzw. adsorbiert werden; er beschränkt sich demgemäß nicht nur auf Mittel zur Kälteerzeugung.
Der Fachmann mit durchschnittlichem Können kann demgemäß die erfinderische Lehre realisieren, weil er durch die Offenbarung der Erfindung bevorzugt erkennt, dass in einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung die Kälteanlage mindestens zwei Adsorptions- und Desorption- seinheiten, da ihm die Begriffe Adsorptions- und Desorp- tionseinheiten sowie erste oder zweite Stufe im Zusammen- hang mit der Gesamtoffenbarung der Erfindung und seinem allgemeinen Standardwissen bekannt sind. Der Fachmann mit durchschnittlichem Wissen kann auch die erste bzw. zweite Stufe im Sinne der Erfindung konstruktiv realisieren. Ihm ist bekannt, dass im Stand der Technik der Begriff der zweiten Stufe eine Wiederholung der ersten Stufe auf einem anderen Temperaturniveau ist. Im Sinne der Erfindung resultiert die zweite Stufe aus der Verschaltung zweier verschiedener Adsorber und die zweite Stufe wird bevorzugt auf dem gleichen Temperaturniveau realisiert. Bisher wurden im Stand der Technik keine zweistufigen Adsorptionsanlagen beschrieben bei der beide Stufen bei gleichen Temperaturen betrieben werden. Die zweite Stufe im Sinne der Erfindung wird vom Fachmann mit durchschnittlichem Wissen daher eher als Zusatzstufe oder erweiterte Stufe begriffen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kälteanlage zusätzlich eine Speichereinheit aufweist. Es ist vorteilhaft, wenn insbesondere FeststoffSorptionswärmepumpen zusätzlich eine Speichereinheit aufweisen, in der Form, dass diese durch eine oder mehrere Dampfsperren oder ein Dampfventil von der restlichen bevorzugt FeststoffSorptionswärmepumpe abgesperrt werden kann.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kälteanlage - wie oben ausgeführt - zusätzlich eine Speichereinheit aufweist, vorteilhafterweise in der Form, dass in dieser Stufe unabhängig vom Betrieb der anderen Stufe das desorbierte Ma- terial nicht automatisch wieder adsorbiert, sondern die Adsorption dieser Stufe zu einem späteren Zeitpunkt erfolgen kann und somit die Desorption (Ladung) und Adsorption (Entladung = Verdampfung) nicht unmittelbar zeitlich auf einander folgen und insbesondere der Zustand der De- sorption während der zeitlichen Speicherung nicht oder nur unwesentlich geändert wird.
Vorteilhafterweise können bei der Realisierung der erfindungsgemäßen Lehre mit Vorteil mindestens zwei unter- schiedliche Adsorptionsmittel eingesetzt werden. Bevorzugt können die Adsorptionsmittel ausgewählt sein aus der Gruppe umfassend Zeolith, Silicagel, Bentonit, Aktivkohle, Aluminiumoxydgel, Cellulose und/oder Stärke.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung wird als Kältemittel Wasserdampf eingesetzt bzw. ein Methanol-Wasser-Gemisch oder aber auch Methanol; selbstver- ständlich sind auch alle anderen Kältemittel, die dem Fachmann bekannt sind, einsetzbar.
Bevorzugt wird das Kältemittel, insbesondere Was- ser/Wasserdampf in der Kälteanlage durch konstruktive Ausgestaltung so geleitet, dass das aus der Desorption der ersten Stufe generierte gasförmige Kältemittel, insbesondere Wasserdampf, in den Adsorber der zweiten Stufe geleitet wird. Die Methoden der konstruktiven Ausgestal- tung sind dem Fachmann mit durchschnittlichem Können bekannt. Besonders bevorzugt werden als das Adsorptionsmittel in der ersten Stufe Zeolith und in der zweiten Stufe Silicagel verwendet. Selbstverständlich kann es auch bevorzugt sein, wenn in der ersten Stufe Silicagel und in der zweiten Stufe Zeolith eingesetzt wird.
Grundsätzlich kann aber auch in beiden Stufen das gleiche Adsorptionsmaterial verwendet werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Desorption des Adsorptionsmaterials in der ersten Stufe durch eine Adsorption in der zweiten Stufe erreicht .
Besonders bevorzugt kann es in einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung sein, dass die Kälteanlage zusätzlich zu den zwei Adsorptions-/Desorptionseinheiten ein Dampfverteilungssystem umfasst, wobei alle Stufen so verschaltbar sind, dass die WasserdampfStrömung in alle Stufen leitbar ist. Besonders bevorzugt ist es, wenn zwischen die Desorption und die Verflüssigung, d. h. bevorzugt der Kondensation, eine Adsorptionsstufe geschaltet wird.
Die Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Verfahren zur Zwischen- druckabsenkung und sie betrifft in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Verfahren zur Desorption eines Kältemittels in einem Adsorber. Die Zwischendruckabsenkung bedeutet erfindungsgemäß, dass die Desorption einer ersten Stufe bei einem kleineren Druck statt findet. Dies führt zu einer verbesserten Adsorptionsfähigkeit dieser Stufe, da diese Stufe bei einem geringeren Druck besser getrocknet werden kann. Im Bezug auf einen Verflüssigungsdruck einer weiteren Stufe, bei der das desorbierte Kältemittel verflüssigt wird, ist dieser Druck geringer als der Verflüssigungsdruck. Andererseits liegt dieser Druck auch immer über dem Adsorptionsdruck der ersten Stufe. Er liegt also zwischen diesen anderen Drücken, die erfindungsgemäß in
Betrieb einer zwei oder mehrstufigen Adsorptionswärmepumpe auftreten.
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kann das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden, um eine zweistufige Adsorption in einer Wärmepumpe/Kältemaschine mit den o. g. Vorteilen durchzuführen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfah- rens führt dieses zu einer Absenkung des Desorpti- onsdrucks der ersten Stufe und einer Entkopplung dieses Drucks vom Kondensations-/Desorptionsdruck der zweiten Stufe. Die Entkopplung meint im Sinne der Erfindung, dass der Desorptionsdruck der ersten Stufe normalerweise immer vom Verflüssigungsdruck abhängt bzw. dominiert wird. Da erfindungsgemäß vorteilhafterweise eine Adsorption vor die Verflüssigung geschaltet werden kann, wirkt sich der Verflüssigungsdruck nicht mehr unmittelbar auf den Desorptionsdruck der ersten Stufe aus.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfin- düng führt das Verfahren zu mindestens zwei unterschiedlichen relativen Dampfdruckabsenkungen innerhalb einer Adsorptionskältemaschine. Die Erfindung betrifft demgemäß auch die Verwendung eines Adsorptionsmittels als Dampfsenke für einen Desorptionsprozess innerhalb einer FeststoffSorptionswärmepumpe zur Druckabsenkung, insbesondere zur Druckabsenkung der Desorption einer ersten Stufe. Im Sinne der Erfindung meint Dampfsenke, dass der Dampf nicht mehr in den Kammern des jeweiligen Bauteils umherströmt, sondern durch Phasenwechsel Dampf zu Flüs- sigkeit bzw. Dampf zu Adsorbat (adsorbierte Phase) umgewandelt bzw. abgebaut wird.
Vorteilhafterweise wird die zweite Stufe nicht immer zur Druckabsenkung der Desorption der ersten Stufe benutzt, sondern deaktiviert oder analog zur ersten Stufe betrieben, um so die Leistungsfähigkeit der Feststoffsorptions- wärmepumpe zu erhöhen bzw. um die zweite Stufe nur optional zu betreiben, wobei analog im Sinne der Erfindung bedeutet, dass direkt aus dem Verdampfer adsorbiert wird und demgemäß keine Adsorption aus einer Desorptionsstufe erfolgt . Die Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt daher auch eine Vorrichtung, wobei ein Dampfverteilungssystem vorgesehen ist, das sämtliche Strömungswege zwischen den Ad- und Desorbern ermöglicht, insbesondere auch eine di- rekte Strömung vom Verdampfer zur zweiten oder allen weiteren Stufen sowie von der ersten Stufe und allen weiteren Stufen zum Kondensator. Durch die Offenbarung der erfindungsgemäßen Lehre erkennt ein Fachmann, mit welchen konstruktiven Gestaltungen von Wärmepumpen/Kältemaschinen er die erfindungsgemäßen Verwendungen und Verfahren realisieren und umsetzen kann. Ihm ist bekannt, wie er in einer Vorrichtung die erfindungsgemäße Lehre umsetzen kann. Bestimmte erfindungsgemäße Ausführungsformen bedürfen einer kältemittelseitigen Verschaltung in der Form, dass das Kältemittel nicht nur vom Verdampfer in der ersten Stufe, von dort in die zweite bzw. seriell durch alle weiteren Stufen und schließlich auch in einen Verflüssiger geleitet wird. Beispielsweise kann es im Speicherbetrieb vorteilhaft sein, direkt vom Verdampfer in eine zweite oder weitere Stufe, aber nicht in die erste Stufe zu verdampfen, wenn diese Stufe erfindungsgemäß als Speicher geladen wurde. Es können jedoch auch alle anderen kältemittelseitigen DampfStrömungen vorteilhafterweise notwendig sein, so dass erfindungsgemäß ein entsprechen- des Dampfleitsystem notwendig ist, um eben dies zu ermöglichen. Die Vorrichtung zur Realisierung der erfindungsgemäßen Verwendung und der erfindungsgemäßen Verfahren ist von der erfindungsgemäßen Lehre mit umfasst.
Im Folgenden sollen bevorzugte Ausgestaltungsformen der Erfindung anhand von Beispielen sowie Skizzen und Schaltbildern näher beschrieben und erläutert werden, ohne auf diese konkreten Beispiele beschränkt zu sein. Insbesondere sind die dargestellten Beispiele im Wesentlichen zweistufig Adsorptionskältemaschinen, grundsätzlich lassen sich erfindungsgemäß auch mehr als zwei Stufen realsie- ren.
Dabei zeigen:
FIG.l: eine mögliche zweistufige Adsorptionswärmepumpe, mit den Kältemitteldampf- und Wärmeströmen sowie den Anschluß an einen trocken Rückkühler und den daraus resultierenden Temperaturen. Im Beispiel wird die Anlage mit 800C angetrieben, d.h. der Desorber der ersten Stufe und der Desorber der zweiten Stufe werden mit diesem Temperaturniveau desorbiert. Die Desorption der zweiten Stu- fe erfolgt bei einem Verflüssigungsdruck der der Verflüssigungstemperatur bzw. der Rückkühltemperatur entspricht, die insbesondere von der Lufttemperatur abhängt und typischerweise über dieser Temperatur liegt (hier T_Luft = 400C und T_Verflüssigung = 500C). Die Desorption der ers- ten Stufe hingegen erfolgt bei dem Adsorptionsdruck der zweiten Stufe. Dieser Druck hängt nicht nur von der Rückkühltemperatur ab, sondern insbesondere von der relativen Dampfdruckabsenkung bei dieser Temperatur durch den Ad- sorptionsprozess .
FI6.2: zwei mögliche Betriebphasen einer erfindungsgemäßen zweistufigen Adsorptionswärmepumpe. Der typische wechselnde Betrieb zeigt sich in beiden Stufen beispielsweise in der Form, dass der Dampf vom Verdampfer alter- nierend von der ersten Stufe adsorbiert wird und der zu verflüssigende Dampf der zweiten Stufe alternierend aus der zweiten Stufe zum Verflüssiger strömt. FIG.3: eine mögliche erfindungsgemäße Ausführung mit ei¬ ner zweiten Stufe, welche als ein Bauteil mit einer Vielfachen Kapazität der ersten Stufe ausgeführt ist und so- mit als Speicher betrieben werden kann. Aufgrund der unterschiedlichen Kapazitäten wird die erste Stufe einen schnelleren alternierenden Betrieb aufweisen als die zweite. Des Weiteren wird durch die Ausführung der zweiten Stufe als ein Bauteil, die Desorption der zweiten Stufe nur erfolgen, wenn zeitgleich die erste Stufe nicht desorbiert. Im Einzelnen sind 4 Betriebsphasen dargestellt:
1. keine Verflüssigung, 2. Stufe adsorbiert aus der 1. Stufe 2. analog 1. Phase, aber vertauschter Betrieb in
1. Stufe
- Wiederholung der 1. und 2. Phase bis die Adsorptionskapazität der 2. Stufe erschöpft ist
3. 2. Stufe wird desorbiert, keine Kälteerzeugung. Nach Abschluss der Desorption und Aufrechterhaltung dieses Zustandes durch zum Beispiel Dampfventile, ist sorptiv Kälte gespeichert
4. Speicherentladung: Kälteerzeugung ohne Zufuhr von Antriebswärme durch direkte Verdampfung in die 2. Stufe

Claims

Patentansprüche
1. Verwendung eines Adsorptionsmittels anstelle eines Verflüssigers in einer Wärmepumpe/Kältemaschine, insbesondere einer FeststoffSorptionswärmepumpe zur Druckabsenkung mindestens eines Desorptionsprozes- ses, insbesondere zur Zwischendruckabsenkung inner- halb einer FeststoffSorptionswärmepumpe.
2. Verwendung des Adsorptionsmittels nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischendruckabsenkung über mindestens zwei Stu- fen realisiert wird, wobei in der ersten Stufe ein
Adsorptionsmittel desorbiert, welches vorher in dieser Stufe adsorbiert wurde, und das dadurch entstehende gasförmige Kältemittel, insbesondere Wasser/Wasserdampf, in eine zweite Stufe zur Adsorption auf ein weiteres Adsorptionsmittel geleitet wird.
3. Verwendung eines Adsorptionsmittels insbesondere nach Anspruch 1 oder 2 bei der Dampfdruckreduktion in einer Wärmepumpe/Kältemaschine zur Verbesserung der Kapazität der Desorption der ersten Stufe.
4. Verfahren zur Kälteerzeugung in einer Kälteanlage/Wärmepumpe, insbesondere einer Feststoffsorpti- onswärmepumpe, dadurch gekennzeichnet, dass ein Adsorptionsmittel anstelle eines Verflüssigers verwendet wird.
5. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem Adsorptionsmittel als Verflüssiger zusätzlich mindestens ein weiterer Verflüssiger eingesetzt wird.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kälteanlage mindestens zwei Adsorptions- und De- sorptionseinheiten aufweist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die FeststoffSorptionswärmepumpe zusätzlich eine Speichereinheit aufweist, in der Form, das diese durch ein oder mehrere Dampfsperren oder ein Dampfventil von der restlichen Feststoffsorptionswärme- pumpe abgesperrt vorliegt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei unterschiedliche Adsorptionsmittel eingesetzt werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Desorption des Adsorptionsmaterials in der ers- ten Stufe durch eine Adsorption in der zweiten Stufe erreicht wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die Desorption und Verflüssigung eine Adsorptionsstufe geschaltet wird.
11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüchen, das zu einer Absenkung des Desorptionsdrucks der ersten Stufe und einer Entkopplung dieses Druckes vom Kondensations-/ Desorptionsdrucks der zweiten Stufe führt.
12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüchen, das zu mindestens zwei unterschiedlichen relativen Dampfdruckabsenkungen innerhalb einer Adsorptions- kältemaschine führt.
13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass in beiden Stufen das gleiche Adsorptionsmaterial verwendet wird.
14. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 4 bis 13 zur Zwischendruckabsenkung.
15. Verwendung eines Adsorptionsmittels insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3 als Dampfsenke für einen Desorptionsprozess innerhalb einer Feststoffsorptionswärmepumpe zur Druckabsenkung, insbesondere zur Druckabsenkung der Desorption einer ersten Stu- fe.
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