EP3440415A1 - Adsorption heat pump and method for operating an adsorption heat pump - Google Patents

Adsorption heat pump and method for operating an adsorption heat pump

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EP3440415A1
EP3440415A1 EP17705095.2A EP17705095A EP3440415A1 EP 3440415 A1 EP3440415 A1 EP 3440415A1 EP 17705095 A EP17705095 A EP 17705095A EP 3440415 A1 EP3440415 A1 EP 3440415A1
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EP
European Patent Office
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evaporator
medium
condenser
working
heat pump
Prior art date
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Pending
Application number
EP17705095.2A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Ralph Herrmann
Walter Mittelbach
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Fahrenheit GmbH
Original Assignee
Fahrenheit GmbH
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B17/00Sorption machines, plants or systems, operating intermittently, e.g. absorption or adsorption type
    • F25B17/08Sorption machines, plants or systems, operating intermittently, e.g. absorption or adsorption type the absorbent or adsorbent being a solid, e.g. salt
    • F25B17/083Sorption 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
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/02Materials undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/04Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to vapour or vice versa
    • C09K5/047Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to vapour or vice versa for absorption-type refrigeration systems
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B17/00Sorption machines, plants or systems, operating intermittently, e.g. absorption or adsorption type
    • F25B17/08Sorption machines, plants or systems, operating intermittently, e.g. absorption or adsorption type the absorbent or adsorbent being a solid, e.g. salt
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10Process efficiency

Definitions

  • the invention relates to an adsorption heat pump according to claim 1 and a method for operating an adsorption heat pump according to claim 13.
  • Adsorption heat pumps consist in their basic structure of an evaporator and a condenser and an adsorber. In the operation of such systems, a working medium is driven between these components.
  • Working medium is adsorbed in a first step in the adsorber. Since it goes in the evaporator in the gas phase, which is absorbed at the evaporator heat from the environment. In a second step, the working medium is expelled at the adsorber. The necessary external
  • Energy is supplied for example by the use of waste heat.
  • the expelled working fluid is re-liquefied in the condenser and releases heat. Through this process, heat is pumped from the evaporator to the side of the condenser.
  • Such a heat pump can be executed without moving parts.
  • the evaporator and the condenser can be combined in one component.
  • This component then forms a so-called evaporator / condenser.
  • the condensation takes place as well as the evaporation of the working medium in the same place.
  • double-acting adsorption heat pumps in which the condenser and the evaporator alternate in their functions and thus can act both as a condenser and as an evaporator depending on the power stroke.
  • a working medium for example, water is used. But it can also be used other substances.
  • the evaporators often prove to be the components of the working cycle whose structure has a performance-limiting effect, because for a given component size and surface can only limited amounts of Be evaporated working medium.
  • methanol or ammonia instead of water, can offer only very limited performance increases here, which also have to be bought with additional disadvantages.
  • Most of the alternative working media to water have the disadvantage that they are flammable and / or toxic. The possible increase in the evaporation performance is in the overall view in an unfavorable ratio.
  • salts are added.
  • soluble solids leads to undesirable accumulations and crystal formations in the evaporator and can promote its corrosion.
  • the adsorption heat pump comprises an adsorber device containing a solid adsorbent, an evaporator, a condenser or a
  • Adsorber founded on a gas half circle, in which the working medium is gaseous and formed between the evaporator and the condenser liquid half-circle, in which the working fluid is liquid.
  • The contains a miscible with the working fluid liquid, the vapor pressure of the working medium lowering functional fluid.
  • the adsorption heat pump according to the invention is based on the idea of at least partially admixing the working medium in the sections in which it is in liquid form in the working cycle, which positively influences the properties of the working medium.
  • the functional medium practically does not pass into the gas phase, it is not adsorbed or desorbed significantly, in particular in the adsorber device.
  • a mixing branch is provided in the liquid half-circle from the condenser to the evaporator, in which there is a depleted mixture of the functional medium and the working medium is, while leading from the evaporator to the condenser
  • the liquid half circle has at least one reservoir containing the functional medium or a mixture of functional medium and working medium, supply and discharge lines between the reservoir and the evaporator and / or the condenser and / or in the path of the working medium between the condenser and the evaporator are provided.
  • the functional medium can be cached and distributed from there. The flow of material between the reservoir and the other components can be separated with suitable valves.
  • the functional medium remains permanently in the evaporator and is stored there.
  • the evaporator serves as a reservoir for the functional medium.
  • the operating medium of the evaporator is positively influenced by the functional medium.
  • a condensate return is provided between the condenser and the evaporator, on the same time to a running in the evaporator evaporation and in the condenser
  • the functional medium is a
  • the fact that the hydraulic circuit is open here means, in particular, that the hydraulic circuit is not thermally coupled via a heat transfer surface. Rather, the
  • Function medium is transmitted.
  • the reservoir in the liquid half circle serves as
  • Dosing unit for setting a defined quantity ratio between the working medium and the functional medium Dosing unit for setting a defined quantity ratio between the working medium and the functional medium.
  • the reservoir is designed as a demixing device for the working medium, in which a segregation between the
  • Working medium and the functional medium is executable and changed the working medium and / or the functional medium via separate outputs in
  • Concentrations from the segregated areas is derivable.
  • the reservoir is in a variant on a defined
  • the functional medium in one embodiment is an ionic liquid, in particular consisting of alkylated or non-alkylated cations in the form of imidazolium, pyridinium, pyrrolidinium, guanidinium, uronium, thiouronium, piperidinium, morpholinium, ammonium and phosphonium and of anions in the form of halides, tetrafluoroborates, Trifluoroacetates, triflates,
  • Hexafluorophosphates phosphinates or tosylates.
  • the functional medium is a
  • the functional medium is a frost-protecting and / or corrosion-inhibiting agent.
  • these agents and additives may also be ionic liquids.
  • Working cycle of an adsorber, an evaporator and a condenser or an evaporator / condenser and a circulating between the adsorber, the evaporator and the condenser working fluid is carried out so that the working fluid is mixed when passing through the working circuit within the liquid half-circle with a liquid vapor pressure reducing functional fluid and for the passage into the gas half circle of the working cycle of the functional medium is at least partially remixed.
  • Function medium in the evaporator is adjusted by the recycled via the condensate return amount of the working medium.
  • Liquid half-circle in the gas semi-circle via a segregation device at least partially demixed wherein from the demixing a removal of the Hämed ium and / or the functional medium from resulting segregated shares in the evaporator and / or the capacitor in the working circuit of the adsorption heat pump takes place.
  • the separation device is tempered to a characteristic for the mixture of the working medium and the functional medium segregation temperature.
  • the functional medium or a mixture of the working medium and the functional medium are stored in a reservoir within the liquid half circle of the working cycle and discharged from there into the liquid half circle, wherein a predetermined ratio between the working medium and the functional medium is set.
  • the functional medium is directed from the reservoir into the evaporator, wherein in the evaporator an interruption of the
  • Evaporation of the working medium caused by a lowering of the vapor pressure or rinsing of the working medium is performed.
  • 1 shows an exemplary construction of an adsorption heat pump in a first embodiment
  • 2 shows an exemplary construction of an adsorption heat pump in a second embodiment
  • FIG. 3 shows an exemplary structure of an adsorption heat pump in a third embodiment
  • FIG. 4 shows an exemplary structure of an adsorption heat pump in a fourth embodiment
  • FIG. 5 shows an exemplary structure of an adsorption heat pump in a fifth embodiment
  • Fig. 6 shows an exemplary construction of an evaporator
  • FIG. 8 shows an exemplary representation of an adsorption heat pump, each with a reservoir in the condensate return and in the
  • Fig. 1 shows a first embodiment of the inventive Shen
  • the adsorption heat pump includes an adsorber Ad, which is formed in the example given here in the form of second sectionadsorber Adl and Ad2.
  • the adsorber is connected by means of switching valves VI to V4.
  • the adsorption heat pump includes an evaporator V and a condenser K.
  • the working medium for example water
  • the working medium for example water
  • the working medium for example water
  • the evaporator V is in a gaseous state.
  • the evaporator takes heat from the
  • the working medium is expelled from the adsorber, for example by supplying external waste heat.
  • the working medium then passes in the gaseous state nda in the condenser K and is liquefied there. In this case, it dissipates the heat absorbed by the evaporator together with the heat supplied to the adsorber.
  • the working medium then returns via a return in liquid form the evaporator. This completes the working cycle of
  • the working cycle A formed between evaporator V, adsorber Ad and condenser K thus contains sections in which the working medium in gaseous form and a section in which the working medium is in liquid form.
  • the part of the working group in which the working medium is gaseous is hereinafter referred to as gas half circle G. Accordingly, the portion in which the working fluid is liquid, referred to as liquid half circle F.
  • the working medium is within the remplissigigschreibnikes F with a
  • Function medium is separated at the latest in the evaporator V and at the earliest in the condenser K with the functional medium again enters a mixing contact.
  • the functional medium can perform different tasks.
  • the working medium mixed with the functional medium enters the evaporator V via a mixing branch M of the liquid half-circle.
  • evaporation process is a segregation of
  • the function medium return FR is linked in the example shown here with an operation of the adsorption heat pump, in which the evaporation and the condensation of the working medium take place simultaneously.
  • the adsorber Ad is in two sub-adsorber Ad and Ad2
  • Functional medium can in this case in the condenser as an antifreeze, a
  • Corrosion inhibitor or act as a wetting the capacitor promoting liquid.
  • the liquid half-circle F is the
  • Adsorptions Sundaypumpe supplemented by a functional fluid circuit in which the functional medium is mixed at a first point, here in the condenser, with the working fluid, then carried along with the working fluid and finally from the working fluid, here in the evaporator, separated, whereupon it again to the place of a renewed mixing contact is returned to the working medium.
  • Fig. 2 shows another embodiment of the adsorption heat pump.
  • the adsorption heat pump here also contains the evaporator V, the
  • Adsorber Ad Adsorber Ad and the condenser K. Both the evaporator and the condenser K are here via internal heat exchanger and
  • Heat sinks connected which may be formed in particular as low-temperature sources and medium temperature sinks.
  • the functional medium is located in a reservoir R and is fed from there into the evaporator and / or the condenser or returned to the reservoir again.
  • the reservoir can be designed differently, as will be shown in more detail below.
  • a demixing device is possible, in which the functional medium is separated from the working medium, wherein the segregated components can be conducted in varying quantities to the evaporator, the condenser or any other location in the liquid half circle F.
  • FIG 3 shows an embodiment of an adsorption heat pump in which the heat transfer medium circuits W1 and W2 on the evaporator V and on the condenser K are designed as open hydraulic circuits.
  • the existing there heat transfer circuit W2 also be hydraulically open, but also closed.
  • Evaporation process tracks heat. Accordingly, the working medium in the condenser condenses into the functional medium of the open hydraulic circuit W2 and releases heat into the functional medium, which is transported to a medium-temperature sink.
  • FIG. 4 shows an embodiment of the adsorption heat pump in which the functional medium is provided exclusively in the evaporator V.
  • Working medium passes in liquid form from the condenser K into the evaporator V and forms a mixture with a reduced vapor pressure with the functional medium FM present there.
  • embodiment may also have a condensate return.
  • the functional medium is not out of the evaporator out, in particular not in the condenser. However, it can be collected in a reservoir, not shown here.
  • the evaporator simultaneously fulfills, in addition to the evaporator function, the function of the reservoir for the functional medium and the function of a demixing device.
  • Fig. 5 shows an embodiment of the adsorption heat pump in which the evaporator and the condenser are structurally combined in a combined evaporator / condenser V / K.
  • the evaporator / condenser is usually coupled to an externally connected heat transfer circuit W, which alternately introduces heat from a low-temperature source or
  • Liquid half circle F consists essentially only of the
  • Evaporator / condenser from which evaporates the Ulmed ium or in which it is condensed again and thus in liquid form and mixed with the functional medium.
  • the functional medium FM is permanently in the herein
  • Evaporator / condenser It can be a permanent one in particular
  • a working medium which is water in the following examples.
  • other substances such as alkanols or ammonia, can be used, which interact with ionic liquids in the manner described below.
  • ionic liquid a whole range of different substances can be used.
  • substances are organic salts whose ions by
  • Ionic liquids are thus salts that are liquid, especially at room temperature, without the salt being dissolved in a solvent.
  • ionic liquids are distinguished by an extremely low vapor pressure for liquids, ie by a high vaporization temperature at a given ambient pressure compared to the working medium. Such fluids go in the for adsorption heat pumps in Low temperature range conventional temperatures practically not in the gas phase over. Suitable are ionic liquids with a vapor pressure below 0.1 mbar at 25 ° C. Add to that a great variability that allows it, for everyone
  • ionic liquids are used, which are relatively low in hydrophilicity. These give the working medium additional positive properties.
  • the ionic liquids cause, for example, a pH value adjustment and buffering, a corrosion-inhibiting effect and an antifreeze effect.
  • the wetting of the evaporator can be positively influenced by a selection of suitable ionic liquids of suitable viscosity and density.
  • ionic ratio can be adjusted by adding to ionic liquids with limited water miscibility in the
  • Working medium in which the ionic liquid is located, can be pumped out.
  • the supply of ionic liquid in the working cycle can be done in different ways.
  • a first possibility is to provide a mixture of the working medium and the ionic liquid as a supply in an external reservoir and to feed the mixture into the working cycle at a suitable location. But it is also possible to keep the ionic liquid in a separate container ready to feed and unmixed in the work cycle.
  • the feed point is the evaporator or the condenser of the working cycle.
  • the feeding of the ionic liquid into the evaporator takes place, for example, by supplying a mixture of working medium and ionic liquid.
  • the working medium in the course of the operating cycle of the adsorption heat pump in the gas phase, wherein the ionic liquid positively influences the evaporation process, but otherwise remains in the evaporator.
  • the evaporator acts as one
  • the pure working fluid there first condensed the pure working fluid and added the ionic liquid in time only after completion of the condensation.
  • the ionic liquid thus does not influence the condensation process as such. If the condenser serves as an evaporator in a next step of the working cycle, the evaporation process is now carried out on the working medium mixed with the ionic liquid.
  • the ionic liquid remains behind and can be removed again. The one on it The following condensation process thus takes place again with the practical
  • the ionic liquid can also remain immobilized in the evaporator. In such a case, their accumulation in the evaporator is quite desirable. Here, only the free of the ionic liquid working fluid in the rest of the working cycle is driven, while the ionic liquid in the evaporator mainly affects the evaporation properties of the working medium. In order to make the ionic ratio in the evaporator adjustable to a predefined value, the direct condensate return between the condenser and the evaporator is used in this case.
  • FIG. 6 shows an exemplary basic structure of an evaporator with recirculation of the ionic liquid or of the working fluid enriched with ionic liquid.
  • the evaporator contains a connection 1 for the steam transport in the context of the working medium of the working medium and a connection 2 for the
  • connection 1 forms the usual coupling of the evaporator in the circulation of the adsorption heat pump.
  • the evaporator is via the port 1 with the adsorber not shown here for the
  • connection 3 which serves to supply and / or recycling of the ionic liquid or of the ionic liquid-enriched working medium.
  • connection 3 the loading of the evaporator with the ionic liquid can be changed.
  • the ionic liquid is supplied via the connection 3 either from a reservoir for the ionic liquid or from a metering device present in the working cycle and / or discharged to the corresponding components.
  • the evaporator is here via a Temper michsniklauf 4 with the
  • Temperianssniklauf is within the evaporator with a
  • the working medium flows through the evaporator and thereby meets the
  • the evaporating working medium in the present example water vapor 8, occurs in the evaporation process in a vapor space 5 of the evaporator and escapes through the port 1 in the direction of the not shown here
  • Adsorbers in the working cycle The enriched with the ionic liquid working fluid can be discharged via the port 3 from the evaporator.
  • the device is designed here as a demixing device E. But it can also be operated as an evaporator or condenser.
  • the demixing device E is also tempered via a temperature control circuit 4.
  • the tempering circuit at least partially immersed in a bath of the first mixed with the ionic liquid working medium and keeps this at a predetermined temperature.
  • an evaporating mixture layer 6 is formed in the volume of the working medium.
  • the working fluid enters the demixing device in liquid form.
  • the working medium is supplied via a connection 2, while it leaves the demixing device E via the connection 1 in gaseous form.
  • the working medium in the present case water, passes as virtually free of ionic liquid fractions water vapor 8 in the vapor space 5 of the segregation and is discharged via the port 1 of the vapor transport. Via the connection 2, water can be fed into the evaporating mixture layer 6 at any time.
  • the working medium has a critical in the demixing
  • Amount ratio between the working medium as such and the ionic liquid content In this case, the temperature is adjusted so that at this critical ratio segregation occurs.
  • the ionic liquid collects in the lower region of the demixing device in the form of an ionic liquid phase 9 and can from there through a
  • Terminal 3 are derived. Both the evaporating working medium, in this case water, and the ionic liquid in phase 9 can be transferred to the evaporator of the adsorption heat pump, thereby a predetermined ratio of the corresponding parts of the working cycle can be adjusted.
  • the evaporating working medium in this case water
  • the ionic liquid in phase 9 can be transferred to the evaporator of the adsorption heat pump, thereby a predetermined ratio of the corresponding parts of the working cycle can be adjusted.
  • the working medium does not have to be in the demixing device
  • the adsorber is suitably filled with an adsorbent.
  • an adsorbent zeolites are particularly suitable, which are characterized by a pore system
  • Typical zeolites for this application are e.g. But not exclusively FAU, LTA, CHA, AEI, AFI, MFI, EMT and MOR. Through their pore openings common adsorbents such as water and ammonia can enter the pore system. The complex anions and cations of ionic liquids are in most cases too large for this. As a result, within the meaning of the invention are ionic
  • steam pressure reducing or frost protection could be used, such.
  • ethylene glycol which may also occur in zeolite pores.
  • FIG. 8 shows an exemplary illustration of an adsorption heat pump with a segregation unit E. This embodiment of the invention
  • Adsorption heat pump can then be selected if the ionic
  • the demixing unit E is intended on the one hand to separate the working medium from the ionic liquid, thereby cleaning the working medium, thereby above all preventing the ionic liquid from passing into the adsorber and ensuring that the adsorption and desorption processes of the working medium are not hindered there and continue to do so the evaporator V as well as the
  • Capacitor K with defined amounts of ionic liquid depending on the operating condition and depending on the respective one
  • Feed work phase It should therefore also act as a metering device.
  • the reservoir R functions in the mixing branch M.
  • the structure of the reservoir is embodied, for example, as in FIG. 7. A certain amount ratio between the working medium and the ionic liquid is adjusted so that at a certain temperature segregation between the working medium and the ionic liquid occurs.
  • Temperature is reached and maintained in the demixing unit E by a temperature.
  • the working medium separates from the ionic liquid.
  • Two phases separate from one another by a phase boundary are formed, which can be derived individually from the demixing unit.
  • the Demixing device corresponds to prevailing temperature, there occurs the Demixing between the working medium and the ionic liquid.
  • the demixing device E serves in such a case as a trap or a collection device for the ionic liquid.
  • the ionic liquid can be pumped out and completely returned, for example, to the evaporator V or to the condenser via a liquid line. It is also possible, of course, a transport of the working fluid via the liquid line depending on the operating condition of the system.
  • This procedure also offers a simple way of regulating the quantitative ratio between the circulating working medium and the ionic liquid in the working cycle.
  • This regulation takes place via the tempering of the demixing device, because this defines the critical ratio, in which the segregation ever begins.
  • the tempering of the demixing unit can be coupled in particular to the temperature in the adsorber Ad or to the temperature in the evaporator and / or condenser and thus establish a control loop for the quantitative ratio and the content of the ionic liquid in the working medium. This makes it possible, in particular, to withdraw larger quantities of the ionic liquid from the circulating working medium, to conduct it into the evaporator and to prevent freezing of the working medium there, for example, at the evaporator in the event of a sharp drop in temperature.
  • the demixing device thus acts as part of a frost protection device.
  • the condensate return in the mixing branch M differs from the normal return of the condensed working medium in normal operation of the
  • Condensate return is controlled specifically. This allows a consistently low vapor pressure throughout the evaporation process
  • the adsorption process can be completed well before saturation of the adsorbent. This is advantageous if the adsorption heat pump is also to be used for storing energy. With the addition of working fluid from the condensate return, for example, under controlled withdrawal of the mixture in the evaporator, the adsorption process can be resumed later. This method allows a valveless interruption of the adsorption process, for example for the purpose of energy storage in the adsorber.
  • a reservoir R can also be provided in the functional medium return.
  • Adsorption heat pump have been described by means of embodiments. In the context of professional trade further developments are possible.

Abstract

The invention relates to an adsorption heat pump, having an adsorber device, comprising a solid adsorbent, an evaporator, a condenser or an evaporator/condenser and an operating medium in an operating circuit, wherein the operating circuit has a gaseous half-circuit between the evaporator, the adsorber device and the condenser or the evaporator/condenser and the adsorber device, in which gaseous half-circuit the operating medium is gaseous, and a liquid half-circuit which is configured between the evaporator and the condenser and in which the operating medium is liquid, wherein the liquid half-circuit contains a liquid functional medium which can be mixed with the operating medium and lowers the vapor pressure of the operating medium, with a vapor pressure at 25°C of below 0.2 mbar. In a method for operating an absorption heat pump with an operating circuit comprising an adsorber, an evaporator and a condenser or an evaporator/condenser and an operating medium which is circulated between the adsorber, the evaporator and the condenser, the operating medium is mixed, when running through the operating circuit, within the liquid half-circuit with a liquid functional medium which lowers the vapor pressure, and the operating medium is separated from the functional medium before the transfer into the gaseous half-circuit of the operating circuit.

Description

Adsorptionswärmepumpe und Verfahren zum Betreiben einer  Adsorption heat pump and method for operating a
Adsorptionswärmepumpe  adsorption
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft eine Adsorptionswärmepumpe nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Betreiben einer Adsorptionswärmepumpe nach Anspruch 13. The invention relates to an adsorption heat pump according to claim 1 and a method for operating an adsorption heat pump according to claim 13.
Adsorptionswärmepumpen bestehen in ihrem Grundaufbau aus einem Verdampfer und einem Kondensator sowie einem Adsorber. Beim Betrieb derartiger Anlagen wird zwischen diesen Komponenten ein Arbeitsmedium umgetrieben. Das Adsorption heat pumps consist in their basic structure of an evaporator and a condenser and an adsorber. In the operation of such systems, a working medium is driven between these components. The
Arbeitsmedium wird in einem ersten Schritt in dem Adsorber adsorbiert. Da bei geht es in dem Verdampfer in die Gasphase über, wodurch am Verdampfer Wärme aus der Umgebung aufgenommen wird . In einem zweiten Schritt wird das Arbeitsmedium am Adsorber ausgetrieben. Die hierzu notwendige äußere Working medium is adsorbed in a first step in the adsorber. Since it goes in the evaporator in the gas phase, which is absorbed at the evaporator heat from the environment. In a second step, the working medium is expelled at the adsorber. The necessary external
Energiezufuhr erfolgt beispielsweise durch die Nutzung von Abwärme. Das ausgetriebene Arbeitsmedium wird im Kondensator wieder verflüssigt und gibt dabei Wärme ab. Durch diesen Vorgang wird Wärme vom Verdampfer auf die Seite des Kondensators gepumpt. Eine derartige Wärmepumpe ist ohne bewegte Teile ausführbar. Energy is supplied for example by the use of waste heat. The expelled working fluid is re-liquefied in the condenser and releases heat. Through this process, heat is pumped from the evaporator to the side of the condenser. Such a heat pump can be executed without moving parts.
Oft können der Verdampfer und der Kondensator in einem Bauteil vereinigt werden. Dieses Bauteil bildet dann einen so genannten Verdampfer/Kondensator. Hier erfolgt die Kondensation als auch das Verdampfen des Arbeitsmediums am selben Ort. Möglich sind auch doppelt wirkende Adsorptionswärmepumpen, bei denen der Kondensator und der Verdampfer sich in ihren Funktionen abwechseln und somit sowohl je nach Arbeitstakt als Kondensator als auch als Verdampfer wirken können. Als Arbeitsmedium wird beispielsweise Wasser verwendet. Es können aber auch andere Stoffe verwendet werden. Often, the evaporator and the condenser can be combined in one component. This component then forms a so-called evaporator / condenser. Here, the condensation takes place as well as the evaporation of the working medium in the same place. Also possible are double-acting adsorption heat pumps, in which the condenser and the evaporator alternate in their functions and thus can act both as a condenser and as an evaporator depending on the power stroke. As a working medium, for example, water is used. But it can also be used other substances.
Bei derartigen Anlagen erweisen sich oft die Verdampfer als die Komponenten des Arbeitskreislaufs, deren Aufbau sich leistungslimitierend auswirkt, denn bei einer gegebenen Bauteilgröße und Oberfläche können nur beschränkte Mengen des Arbeitsmediums verdampft werden. Ein Wechsel des Arbeitsmediums, z. B. die Verwendung von Methanol oder Ammoniak anstelle von Wasser, kann hier nur sehr beschränkte Leistungssteigerungen bieten, die außerdem noch mit zusätzlichen Nachteilen erkauft werden müssen. Meist weisen d ie alternativen Arbeitsmedien gegenüber Wasser den Nachteil auf, dass diese brennbar und/oder giftig sind . Die mögliche Steigerung der Verdampfungsleistung steht hierzu in der Gesamtbetrachtung in einem nur ungünstigen Verhältnis. In such systems, the evaporators often prove to be the components of the working cycle whose structure has a performance-limiting effect, because for a given component size and surface can only limited amounts of Be evaporated working medium. A change of the working medium, z. As the use of methanol or ammonia instead of water, can offer only very limited performance increases here, which also have to be bought with additional disadvantages. Most of the alternative working media to water have the disadvantage that they are flammable and / or toxic. The possible increase in the evaporation performance is in the overall view in an unfavorable ratio.
Bekannt ist, dass der Da mpfdruck einer Flüssigkeit mit darin gelösten Stoffen in der Regel geringer ist als über der reinen Flüssigkeit. Durch die Zugabe gelöster Stoffe erhöht sich somit der Energieaufwand bei der Verdampfung des It is known that the pressure of a liquid with dissolved substances is generally lower than that of the pure liquid. The addition of dissolved substances thus increases the energy required for the evaporation of the
Arbeitsmediums. Entsprechend wird die Verdampferleistung pro Mengeneinheit gesteigert. Wird als Arbeitsmedium z. B. Wasser verwendet, so können Working medium. Accordingly, the evaporator capacity per unit of volume is increased. Is used as a working medium z. As water used, so can
beispielsweise Salze zugesetzt werden. Der Einsatz löslicher Feststoffe führt aber zu unerwünschten Anreicherungen und Kristallbildungen im Verdampfer und kann dessen Korrosion fördern. For example, salts are added. However, the use of soluble solids leads to undesirable accumulations and crystal formations in the evaporator and can promote its corrosion.
Werden zur Dampfdruckerniedrigung organische Flüssigkeiten im Arbeitsmedium gelöst, so verdampft hierbei in der Regel nicht nur das Arbeitsmedium, sondern es gehen auch die organische Komponente oder eventuelle Zersetzungsprodukte in die Gasphase über. Diese zusätzlichen Bestandteile in der Gasphase heben dadurch den Druck im Vakuumsystem an, wodurch die Leistung des Adsorbers deutlich reduziert wird . Dieser nachteilige Effekt tritt auch bei anorganischen flüssigen Zusatzstoffen, z. B. Säuren auf. Auch diese Zusatzstoffe gasen stark aus. Außerdem sind Säuren durch ihre starke Aggressivität außerordentlich If organic liquids are dissolved in the working medium in order to lower the vapor pressure, not only is the working medium usually evaporated, but the organic component or any decomposition products are also converted into the gas phase. These additional components in the gas phase thereby raise the pressure in the vacuum system, whereby the performance of the adsorber is significantly reduced. This adverse effect also occurs in inorganic liquid additives, eg. For example, acids. These additives also gas out strongly. In addition, acids are extraordinary because of their strong aggressiveness
ungeeignet. not suitable.
Es besteht daher die Aufgabe, den genannten Nachteilen abzuhelfen. It is therefore the object to remedy the disadvantages mentioned.
Insbesondere soll eine Möglichkeit angegeben werden, den Dampfdruck des Arbeitsmediums zu erniedrigen, ohne dass die genannten nachteiligen In particular, a possibility should be given to lower the vapor pressure of the working medium, without the mentioned disadvantageous
Nebenwirkungen eintreten. Darüber hinaus besteht auch die Aufgabe, die Side effects occur. In addition, there is also the task that
Komponenten des Arbeitskreislaufs der Adsorptionswärmepumpe Components of the working cycle of the adsorption heat pump
widerstandsfähiger gegen Korrosion oder Frost zu gestalten und darüber hinaus das Benetzungsverhalten und den Wärmekontakt zwischen Arbeitsmedium und Wärmeübertragungsfläche im Verdampfer und im Kondensator zu verbessern. Gesucht wird zum einen eine entsprechend verbesserte Adsorptionswärmepumpe sowie auch ein Verfahren zum Betreiben einer Adsorptionswärmepumpe, bei dem die genannten Nachteile vermeidbar sind . more resistant to corrosion or frost and also to improve the wetting behavior and the thermal contact between working fluid and heat transfer surface in the evaporator and in the condenser. On the one hand, we are looking for a correspondingly improved adsorption heat pump as well as a method for operating an adsorption heat pump, wherein said disadvantages are avoidable.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einer Adsorptionswärmepumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit einem Verfahren zum Betrei ben einer Adsorptionswärmepumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 14. Die The object is achieved by an adsorption heat pump having the features of claim 1 and a method for operating an adsorption heat pump having the features of claim 14
Unteransprüche enthalten zweckmäßige und/oder vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung bzw. des Verfahrens. Dependent claims contain expedient and / or advantageous embodiments of the device or the method.
Die Adsorptionswärmepumpe umfasst eine Adsorbereinrichtung , enthaltend ein festes Adsorbens, einen Verdampfer, einen Kondensator oder einen The adsorption heat pump comprises an adsorber device containing a solid adsorbent, an evaporator, a condenser or a
Verdampfer/Kondensator und ein Arbeitsmedium in einem Arbeitskreis. Dabei weist der Arbeitskreislaufzwischen dem Verdampfer, der Adsorbereinrichtung und dem Kondensator oder dem Verdampfer/Kondensator und der Evaporator / condenser and a working medium in a working group. In this case, the working cycle between the evaporator, the adsorber and the condenser or the evaporator / condenser and the
Adsorbereinrichtung einen Gashalbkreis auf, in welchem das Arbeitsmedium gasförmig ist und einen zwischen dem Verdampfer und dem Kondensator ausgebildeten Flüssighalbkreis, in welchem das Arbeitsmedium flüssig ist. Der Flüssighalbkreis enthält ein mit dem Arbeitsmedium mischbares flüssiges, den Dampfdruck des Arbeitsmediums senkendes Funktionsmedium. Adsorbereinrichtung on a gas half circle, in which the working medium is gaseous and formed between the evaporator and the condenser liquid half-circle, in which the working fluid is liquid. The Flüssigighalbkreis contains a miscible with the working fluid liquid, the vapor pressure of the working medium lowering functional fluid.
Der erfindungsgemäßen Adsorptionswärmepumpe liegt der Gedanke zugrunde, dem Arbeitsmedium in den Abschnitten, in denen des im Arbeitskreislauf in flüssiger Form vorliegt, zumindest abschnittsweise ein Funktionsmedium beizumischen, das die Eigenschaften des Arbeitsmediums positiv beeinflusst. Das Funktionsmedium tritt dabei praktisch nicht in die Gasphase über, es wird insbesondere in der Adsorbereinrichtung signifikant weder adsorbiert noch desorbiert. The adsorption heat pump according to the invention is based on the idea of at least partially admixing the working medium in the sections in which it is in liquid form in the working cycle, which positively influences the properties of the working medium. The functional medium practically does not pass into the gas phase, it is not adsorbed or desorbed significantly, in particular in the adsorber device.
Dieses Verhalten wird gewährleistet durch einen geringen Dampfdruck des Funktionsmediums, der z. B. bei 25°C kleiner als 1% des Dampfdrucks des Arbeitsmediums ist. Für das Arbeitsmed ium Wasser ist demnach ein This behavior is ensured by a low vapor pressure of the functional medium, the z. B. at 25 ° C is less than 1% of the vapor pressure of the working medium. For the Arbeitsmed ium water is therefore a
Funktionsmedium mit einem Dampfdruck bei 25°C von 0,2 mbar geeignet. Functional medium with a vapor pressure at 25 ° C of 0.2 mbar suitable.
Bei einer Ausführungsform ist in dem Flüssighalbkreis von dem Kondensator zu dem Verdampfer führend ein Mischungszweig vorgesehen, in welchem sich eine abgereicherte Mischung aus dem Funktionsmedium und dem Arbeitsmedium befindet, während von dem Verdampfer zu dem Kondensator führend ein In one embodiment, a mixing branch is provided in the liquid half-circle from the condenser to the evaporator, in which there is a depleted mixture of the functional medium and the working medium is, while leading from the evaporator to the condenser
Rückführungszweig (RF) vorhanden ist, in welchem sich eine angereicherte Mischung des Funktionsmediums mit Wasser oder reines Funktionsmedium befindet. Die Begriffe„angereichert" und„abgereichert" bedeuten, dass der Mengenanteil des Funktionsmediums im Arbeitsmedium im angereicherten Rückführungszweig (RF) is present, in which there is an enriched mixture of the functional medium with water or pure functional medium. The terms "enriched" and "depleted" mean that the proportion of the functional medium in the working medium in the enriched
Zustand einen hohen Wert aufweist und im abgereicherten Zustand einen im Vergleich dazu niedrigeren Wert annimmt. State has a high value and in the depleted state assumes a lower value compared.
Bei dieser Ausführungsform ist ein Kreislauf für das Funktionsmedium In this embodiment, a circuit for the functional medium
vorgesehen, in welchem es im Flüssighalbkreis mit dem Arbeitsmedium in provided in which it in the liquid half circle with the working medium in
Mischung tritt, mitgeführt wird, abschließend wenigstens teilweise entmischt und als angereicherte Mischung wieder zurückgeführt wird, um wieder mit Mixture occurs is entrained, finally at least partially demixed and returned as an enriched mixture to again with
Arbeitsmedium zu einer abgereicherten Mischung gemischt zu werden. Working medium to be mixed to a depleted mixture.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist der Flüssighalbkreis mindestens ein das Funktionsmedium oder eine Mischung von Funktionsmedium und Arbeitsmedium enthaltendes Reservoir auf, wobei Zu- und Abführungsleitungen zwischen dem Reservoir und dem Verdampfer und/oder dem Kondensator und/oder in den Weg des Arbeitsmediu ms zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer vorgesehen sind. Bei dieser Variante kann das Funktionsmedium zwischengespeichert und von dort aus verteilt werden. Der Stofffluss zwischen dem Reservoir sowie den anderen Komponenten kann mit geeigneten Ventilen voneinander getrennt werden. In a further embodiment, the liquid half circle has at least one reservoir containing the functional medium or a mixture of functional medium and working medium, supply and discharge lines between the reservoir and the evaporator and / or the condenser and / or in the path of the working medium between the condenser and the evaporator are provided. In this variant, the functional medium can be cached and distributed from there. The flow of material between the reservoir and the other components can be separated with suitable valves.
Bei einer weiteren Ausführungsform verbleibt das Funktionsmedium permanent im Verdampfer und ist dort gespeichert. Der Verdampfer dient dabei als Reservoir für das Funktionsmedium. Gleichzeitig wird durch das Funktionsmedium der Betrieb des Verdampfers positiv beeinflusst. In another embodiment, the functional medium remains permanently in the evaporator and is stored there. The evaporator serves as a reservoir for the functional medium. At the same time, the operating medium of the evaporator is positively influenced by the functional medium.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer eine Kondensatrückführung vorgesehen, über die zeitgleich zu einer im Verdampfer ablaufenden Verdampfung und einer im Kondensator In a further embodiment, a condensate return is provided between the condenser and the evaporator, on the same time to a running in the evaporator evaporation and in the condenser
ablaufenden Kondensation ein Überführen von Antei len des kondensierten Arbeitsmediums von dem Kondensator in den Verdampfungsprozess innerhalb des Verdampfers ausführbar ist. Hiermit ist es möglich, während des Consecutive condensation, a transfer of Antei len of the condensed working medium from the condenser in the evaporation process within the evaporator is executable. This makes it possible during the
Verdampfungsprozesses im Verdampfer das Mengenverhältnis zwischen Arbeitsmedium und Funktionsmedium innerhalb eines bestimmten Bereichs zu regeln. Evaporation process in the evaporator, the ratio between To regulate working medium and functional medium within a certain range.
Bei einer Ausführungsform mit Verdampfer/Kondensator liegt das In an embodiment with evaporator / condenser that is
Funktionsmedium als ein permanenter Flüssigkeitsvorrat im Function medium as a permanent liquid supply in
Verdampfer/Kondensator vor. Das Arbeitsmedium kondensiert in das Evaporator / condenser before. The working fluid condenses in the
Funktionsmedium hinein und wird aus dem Funktionsmedium hinaus wieder verdampft. Das Funktionsmedium selbst bleibt jedoch im Function medium into it and is evaporated from the functional medium out again. The functional medium itself remains in the
Verdampfer/Kondensator und wird weder nennenswert absorbiert noch Evaporator / condenser and is neither significantly absorbed nor
desorbiert. desorbed.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Funktionsmedium als ein In a further embodiment, the functional medium is a
Wärmeübertragungsmedium in einem den Verdampfer und/oder den Kondensator oder den Verdampfer/Kondensator mit externen Wärmequellen und/oder Heat transfer medium in a the evaporator and / or the condenser or the evaporator / condenser with external heat sources and / or
Wärmesenken verbindenden, in Richtung der Adsorptionswärmepumpe offenen Hydraulikkreislauf vorgesehen. Das Funktionsmedium erfüllt hier eine Heat sinks connecting, provided in the direction of the Adsorptionswärmepumpe hydraulic circuit. The functional medium fulfills one here
Doppelfunktion als dampfdrucksenkendes Medium im Arbeitskreislauf einerseits und als ein Wärmeübertragungsmedium andererseits. Dass der Hydraulikkreislauf offen ist, bedeutet hier insbesondere, dass der Hydraulikkreislauf nicht über eine Wärmeübertragungsfläche thermisch angekoppelt ist. Vielmehr wird die Dual function as a vapor pressure reducing medium in the working circuit on the one hand and as a heat transfer medium on the other. The fact that the hydraulic circuit is open here means, in particular, that the hydraulic circuit is not thermally coupled via a heat transfer surface. Rather, the
Wärmeübertragung so vollzogen, dass das Arbeitsmedium direkt in das Heat transfer completed so that the working medium directly into the
Funktionsmedium hinein kondensiert oder daraus heraus verdampft und somit Wärme über die Mischung und Entmischung zwischen Arbeitsmedium und Function medium condensed into or evaporated out of it and thus heat on the mixture and segregation between working medium and
Funktionsmedium übertragen wird . Function medium is transmitted.
Bei einer Ausführungsform dient das Reservoir im Flüssighalbkreis als In one embodiment, the reservoir in the liquid half circle serves as
Dosiereinheit zum Einstellen eines definierten Mengenverhältnisses zwischen dem Arbeitsmedium und dem Funktionsmedium. Dosing unit for setting a defined quantity ratio between the working medium and the functional medium.
Bei einer Ausführungsform ist das Reservoir als eine Entmischeinrichtung für das Arbeitsmedium ausgebildet, bei der eine Entmischung zwischen dem In one embodiment, the reservoir is designed as a demixing device for the working medium, in which a segregation between the
Arbeitsmedium und dem Funktionsmedium ausführbar ist und das Arbeitsmedium und/oder das Funktionsmedium über separate Ausgänge in veränderten Working medium and the functional medium is executable and changed the working medium and / or the functional medium via separate outputs in
Konzentrationen aus den entmischten Bereichen ableitbar ist. Das Reservoir ist in einer Variante ein auf eine definierte Concentrations from the segregated areas is derivable. The reservoir is in a variant on a defined
Entmischungstemperatur temperiertes Behältnis, wobei der Demixing tempered container, wherein the
Entmischungstemperatur ein kritisches Mengenverhältnis zwischen dem Demixing a critical ratio between the
Arbeitsmedium und dem Funktionsmedium entspricht. Working medium and the functional medium corresponds.
Das Funktionsmedium ist bei einer Ausführungsform eine ionische Flüssigkeit, insbesondere bestehend aus alkylierten oder nicht alkylierten Kationen in Form von Imidazolium, Pyridinium, Pyrrolidinium, Guanidinium, Uronium, Thiouronium, Piperidinium, Morpholinium, Ammonium und Phosphonium und aus Anionen in Form von Halogeniden, Tetrafluoroboraten, Trifluoracetaten, Triflaten, The functional medium in one embodiment is an ionic liquid, in particular consisting of alkylated or non-alkylated cations in the form of imidazolium, pyridinium, pyrrolidinium, guanidinium, uronium, thiouronium, piperidinium, morpholinium, ammonium and phosphonium and of anions in the form of halides, tetrafluoroborates, Trifluoroacetates, triflates,
Hexafluorophosphaten, Phosphinaten oder Tosylaten. Hexafluorophosphates, phosphinates or tosylates.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Funktionsmedium ein In a further embodiment, the functional medium is a
benetzungsförderndes Additiv. Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Funktionsmedium ein frostschützendes und/oder korrosioninhibierendes Mittel. Zugleich können diese Mittel und Additive auch ionische Flüssigkeiten sein. wetting-promoting additive. In a further embodiment, the functional medium is a frost-protecting and / or corrosion-inhibiting agent. At the same time, these agents and additives may also be ionic liquids.
Ein Verfahren zum Betreiben einer Adsorptionswärmepumpe mit einem A method of operating an adsorption heat pump with a
Arbeitskreislauf aus einem Adsorber, einem Verdampfer und einem Kondensator oder einem Verdampfer/Kondensator sowie ein zwischen dem Adsorber, dem Verdampfer und dem Kondensator umgetriebenes Arbeitsmedium, wird so ausgeführt, dass das Arbeitsmedium beim Durchlaufen des Arbeitskreislaufs innerhalb des Flüssighalbkreises mit einem flüssigen dampfdrucksenkenden Funktionsmedium gemischt wird und für den Übertritt in den Gashalbkreis des Arbeitskreislaufs von dem Funktionsmedium mindestens teilweise wieder entmischt wird. Working cycle of an adsorber, an evaporator and a condenser or an evaporator / condenser and a circulating between the adsorber, the evaporator and the condenser working fluid is carried out so that the working fluid is mixed when passing through the working circuit within the liquid half-circle with a liquid vapor pressure reducing functional fluid and for the passage into the gas half circle of the working cycle of the functional medium is at least partially remixed.
Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens werden der Kondensator und der In one embodiment of the method, the capacitor and the
Verdampfer durch eine geregelte Kondensatrückführung miteinander gekoppelt, wobei das Mengenverhältnis zwischen dem Arbeitsmedium und dem Evaporator coupled by a controlled condensate return together, the ratio between the working medium and the
Funktionsmedium im Verdampfer durch die über die Kondensatrückführung rückgeführte Menge des Arbeitsmediums eingestellt wird. Function medium in the evaporator is adjusted by the recycled via the condensate return amount of the working medium.
Bei einer Ausführungsform wird das flüssige Arbeitsmedium von mitgeführten Anteilen des Funktionsmediums spätestens vor dem Übertritt aus dem In one embodiment, the liquid working medium of entrained shares of the functional medium at the latest before the passage from the
Flüssighalbkreis in den Gashalbkreis über eine Entmischungseinrichtung mindestens teilweise entmischt, wobei aus der Entmischungseinrichtung ein Abführen des Arbeitsmed iums und/oder des Funktionsmediums aus dabei entstehenden entmischten Anteilen in den Verdampfer und/oder den Kondensator im Arbeitskreislauf der Adsorptionswärmepumpe erfolgt. Liquid half-circle in the gas semi-circle via a segregation device at least partially demixed, wherein from the demixing a removal of the Arbeitsmed ium and / or the functional medium from resulting segregated shares in the evaporator and / or the capacitor in the working circuit of the adsorption heat pump takes place.
Bei einer Ausführungsform wird die Entmischungseinrichtung auf eine für die Mischung des Arbeitsmediums und dem Funktionsmedium charakteristische Entmischungstemperatur temperiert. In one embodiment, the separation device is tempered to a characteristic for the mixture of the working medium and the functional medium segregation temperature.
Bei einer Variante erfolgt die Entmischung von Arbeitsmittel und In one variant, the segregation of work equipment and
Funktionsmedium im Verdampfer. Dies wird insbesondere beim normalen Function medium in the evaporator. This will be especially normal
Verdampfungsprozess im Rahmen des Betriebs der Adsorptionswärmepumpe ausgeführt. Evaporation process carried out as part of the operation of the adsorption heat pump.
Bei einer Ausführungsform werden das Funktionsmedium oder eine Mischung aus dem Arbeitsmedium und dem Funktionsmedium in einem Reservoir innerhalb des Flüssighalbkreises des Arbeitskreislaufs zwischengelagert und von dort in den Flüssighalbkreis abgegeben, wobei ein vorbestimmtes Mengenverhältnis zwischen dem Arbeitsmedium und dem Funktionsmedium eingestellt wird . In one embodiment, the functional medium or a mixture of the working medium and the functional medium are stored in a reservoir within the liquid half circle of the working cycle and discharged from there into the liquid half circle, wherein a predetermined ratio between the working medium and the functional medium is set.
Bei einer Ausführungsform wird das Funktionsmedium aus dem Reservoir in den Verdampfer geleitet, wobei in dem Verdampfer eine Unterbrechung der In one embodiment, the functional medium is directed from the reservoir into the evaporator, wherein in the evaporator an interruption of the
Verdampfung des Arbeitsmediums durch ein Absenken des Dampfdrucks bewirkt oder Ausspülen des Arbeitsmediums ausgeführt wird . Evaporation of the working medium caused by a lowering of the vapor pressure or rinsing of the working medium is performed.
Die erfindungsgemäße Adsorptionswärmepumpe und das Verfahren zum Betreiben der Adsorptionswärmepumpe sollen nachfolgend anhand von The adsorption heat pump according to the invention and the method for operating the adsorption heat pump will be described below with reference to FIG
Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Zur Verdeutlichung dienen die beigefügten Figuren. Es werden für gleiche oder gleichwirkende Teile dieselben Bezugszeichen verwendet. Embodiments will be explained in more detail. For clarity, the attached figures serve. The same reference numbers are used for identical or equivalent parts.
Es zeigt: It shows:
Fig. 1 einen beispielhaften Aufbau einer Adsorptionswärmepumpe in einer ersten Ausführungsform, Fig. 2 einen beispielhaften Aufbau einer Adsorptionswärmepumpe in einer zweiten Ausführungsform, 1 shows an exemplary construction of an adsorption heat pump in a first embodiment, 2 shows an exemplary construction of an adsorption heat pump in a second embodiment,
Fig. 3 einen beispielhaften Aufbau einer Adsorptionswärmepumpe in einer dritten Ausführungsform, 3 shows an exemplary structure of an adsorption heat pump in a third embodiment,
Fig. 4 einen beispielhaften Aufbau einer Adsorptionswärmepumpe in einer vierten Ausführungsform, 4 shows an exemplary structure of an adsorption heat pump in a fourth embodiment,
Fig. 5 einen beispielhaften Aufbau einer Adsorptionswärmepumpe in einer fünften Ausführungsform, 5 shows an exemplary structure of an adsorption heat pump in a fifth embodiment,
Fig. 6 einen beispielhaften Aufbau eines Verdampfers mit Fig. 6 shows an exemplary construction of an evaporator with
Rückführungsanschlüssen der Mischung des Arbeitsmediums,  Return connections of the mixture of the working medium,
Fig. 7 eine beispielhafte Darstellung der Entmischung und Rückführung einer entmischten Phase des Funktionsmediums, 7 shows an exemplary representation of the demixing and recycling of a demixed phase of the functional medium,
Fig. 8 eine beispielhafte Darstellung einer Adsorptionswärmepumpe mit je einem Reservoir in der Kondensatrückführung und in der 8 shows an exemplary representation of an adsorption heat pump, each with a reservoir in the condensate return and in the
Funktionsmediumrückführung.  Functional medium recirculation.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemä ßen Fig. 1 shows a first embodiment of the inventive Shen
Adsorptionswärmepumpe. Adsorption.
Die Adsorptionswärmepumpe enthält eine Adsorbereinrichtung Ad, die im hier gegebenen Beispiel in Form zweiter Teiladsorber Adl und Ad2 ausgebildet ist. Die Adsorbereinrichtung wird mittels Schaltventilen VI bis V4 beschaltet. Weiterhin enthält die Adsorptionswärmepumpe einen Verdampfer V und einen Kondensator K. The adsorption heat pump includes an adsorber Ad, which is formed in the example given here in the form of second Teiladsorber Adl and Ad2. The adsorber is connected by means of switching valves VI to V4. Furthermore, the adsorption heat pump includes an evaporator V and a condenser K.
Das Arbeitsmedium, beispielsweise Wasser, wird in der Adsorbereinrichtung an einem festen Adsorbens adsorbiert. Hierdurch geht es im Verdampfer V in einen gasförmigen Zustand über. Der Verdampfer nimmt dabei Wärme aus der The working medium, for example water, is adsorbed in the adsorber on a solid adsorbent. As a result, the evaporator V is in a gaseous state. The evaporator takes heat from the
Umgebung auf. In einem weiteren Schritt wird das Arbeitsmedium aus der Adsorbereinrichtung beispielsweise durch Zufuhr externer Abwärme ausgetrieben. Das Arbeitsmedium gelangt dann im gasförmigen Zusta nd in den Kondensator K und wird dort verflüssigt. Dabei gibt es die am Verdampfer aufgenommene Wärme zusammen mit der an der Adsorbereinrichtung zugeführten Wärme ab. Das Arbeitsmedium gelangt dann über einen Rücklauf in flüssiger Form den Verdampfer zurück. Dadurch schließt sich der Arbeitskreislauf der Environment up. In a further step, the working medium is expelled from the adsorber, for example by supplying external waste heat. The working medium then passes in the gaseous state nda in the condenser K and is liquefied there. In this case, it dissipates the heat absorbed by the evaporator together with the heat supplied to the adsorber. The working medium then returns via a return in liquid form the evaporator. This completes the working cycle of
Adsorptionswärmepumpe. Adsorption.
Der zwischen Verdampfer V, Adsorbereinrichtung Ad und Kondensator K gebildete Arbeitskreislauf A enthält somit Abschnitte, in denen das Arbeitsmedium in gasförmiger Form und einen Abschnitt, in welchem das Arbeitsmedium in flüssiger Form vorliegt. Der Teil des Arbeitskreises, in welchem das Arbeitsmedium gasförmig ist, wird nachfolgend als Gashalbkreis G bezeichnet. Entsprechend wird der Abschnitt, in welchem das Arbeitsmedium flüssig vorliegt, als Flüssighalbkreis F bezeichnet. The working cycle A formed between evaporator V, adsorber Ad and condenser K thus contains sections in which the working medium in gaseous form and a section in which the working medium is in liquid form. The part of the working group in which the working medium is gaseous is hereinafter referred to as gas half circle G. Accordingly, the portion in which the working fluid is liquid, referred to as liquid half circle F.
Das in Fig . 1 gezeigte Ausführungsbeispiel wie auch die in den nachfolgenden Figuren behandelten Ausführungsbeispiele beziehen sich ausschließlich auf die Vorgänge im Flüssighalbkreis F des Arbeitskreises der Adsorptionswärmepumpe, sofern nicht ausdrücklich auf Vorgänge im Gashalbkreis G eingegangen wird. The in Fig. Embodiment shown as well as the embodiments discussed in the following figures refer exclusively to the processes in the liquid half circle F of the working group of the adsorption heat pump, unless explicitly addressed in the gas half circle G operations.
Das Arbeitsmedium ist innerhalb des Flüssighalbkreises F mit einem The working medium is within the Flüssigighalbkreises F with a
Funktionsmedium gemischt. Innerhalb des Gashalbkreises G, in dem das Mixed functional medium. Within the gas semicircle G, in which the
Arbeitsmedium in die Gasphase übergegangen ist, befindet sich dagegen kein Funktionsmedium . Das bedeutet, dass das Arbeitsmedium von dem Working medium has gone into the gas phase, however, is no functional medium. This means that the working medium of the
Funktionsmedium spätestens im Verdampfer V getrennt wird und frühestens in dem Kondensator K mit dem Funktionsmedium wieder in einen mischenden Kontakt tritt. Function medium is separated at the latest in the evaporator V and at the earliest in the condenser K with the functional medium again enters a mixing contact.
Das Funktionsmedium kann dabei unterschiedliche Aufgaben ausführen. Ein wesentlicher Aspekt ist hierbei eine Dampfdrucksenkung des Arbeitsmediums während des Verdampfungsvorgangs im Verdampfer V. In dem hier gezeigten Beispiel tritt das mit dem Funktionsmedium gemischte Arbeitsmedium über einen Mischungszweig M des Flüssighalbkreises in den Verdampfer V ein. Bei dem nun stattfindenden Verdampfungsvorgang erfolgt eine Entmischung des The functional medium can perform different tasks. In this case, the working medium mixed with the functional medium enters the evaporator V via a mixing branch M of the liquid half-circle. In the now taking place evaporation process is a segregation of
Arbeitsmediums von dem Funktionsmedium. Das Funktionsmedium bleibt dabei im Verdampfer zurück und reichert sich dort an. Hierdurch ändert sich das Mengenverhältnis in der Mischung aus Arbeitsmedium und Funktionsmedium. Um das Mengenverhältnis während des Verdampfungsvorgangs nach zu regulieren, ist bei dem hier gezeigten Beispiel eine Funktionsmediumrückführung FR Working medium of the functional medium. The functional medium remains in the evaporator and accumulates there. This changes that Quantity ratio in the mixture of working medium and functional medium. In order to regulate the quantitative ratio during the evaporation process, in the example shown here a functional medium return FR
vorgesehen. Über die Funktionsmediumrückführung wird eine mit dem intended. About the function medium feedback is one with the
Funktionsmedium angereicherte Mischung aus dem Verdampfer V in den Function medium enriched mixture from the evaporator V in the
Kondensator K überführt. Condenser K transferred.
Die Funktionsmediumrückführung FR wird in dem hier gezeigten Beispiel mit einer Betriebsweise der Adsorptionswärmepumpe verknüpft, bei der die Verdampfung und die Kondensation des Arbeitsmediums simultan erfolgen. In Verbindung damit ist die Adsorbereinrichtung Ad in zwei Teiladsober Ad l u nd Ad2 The function medium return FR is linked in the example shown here with an operation of the adsorption heat pump, in which the evaporation and the condensation of the working medium take place simultaneously. In conjunction therewith, the adsorber Ad is in two sub-adsorber Ad and Ad2
untergliedert und mit einer Ventileinrichtung VI bis V4 beschaltet. Während der erste Teiladsorber Ad l einen Adsorptionsvorgang ausführt und dabei die subdivided and connected to a valve device VI to V4. While the first Teiladsorber Ad l performs an adsorption process while the
Verdampfung des Arbeitsmediums im Verdampfer V bewirkt, führt der zweite Teiladsorber Ad2 eine Desorption des Arbeitsmediums aus, das im Kondensator kondensiert. Somit wird aus der zeitlich simultanen Kondensation das dort anfallende Kondensat aus dem Kondensator in den Verdampfer überführt und stellt dort das Mengenverhältnis zwischen dem Arbeitsmediu m und dem Evaporates the working medium in the evaporator V causes the second Teiladsorber Ad2 performs a desorption of the working medium, which condenses in the condenser. Thus, from the temporally simultaneous condensation condensate there is transferred from the condenser into the evaporator and there sets the ratio between the Arbeitsmediu m and the
Funktionsmedium auf einen bestimmten Wert ein. Function medium to a certain value.
Das in dem Verdampfer zurückbleibende Funktionsmedium wird in dem hier vorliegenden Beispiel wieder aus dem Verdampfer abgeführt. Es gelangt über die Funktionsmediumrückführung FR zurück in den Kondensator K. Das The remaining in the evaporator functional fluid is removed in the present example again from the evaporator. It returns via the functional medium return FR in the condenser K. Das
Funktionsmedium kann hierbei im Kondensator als ein Gefrierschutz, ein Functional medium can in this case in the condenser as an antifreeze, a
Korrosionsinhibitor oder auch als eine die Benetzung des Kondensators fördernde Flüssigkeit wirken. Corrosion inhibitor or act as a wetting the capacitor promoting liquid.
Im Prinzip wird somit in dem Beispiel aus Fig. 1 der Flüssighalbkreis F der In principle, therefore, in the example of FIG. 1, the liquid half-circle F is the
Adsorptionswärmepumpe durch einen Funktionsmedienkreislauf ergänzt, bei dem das Funktionsmedium an einem ersten Punkt, hier im Kondensator, mit dem Arbeitsmedium gemischt wird, anschließend mit dem Arbeitsmedium mitgeführt und schließlich vom Arbeitsmedium, hier im Verdampfer, getrennt wird, worauf es wieder zum Ort eines erneuten Mischkontakts zum Arbeitsmedium zurückgeführt wird. Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Adsorptionswärmepumpe. Die Adsorptionswärmepumpe enthält auch hier den Verdampfer V, die Adsorptionswärmepumpe supplemented by a functional fluid circuit in which the functional medium is mixed at a first point, here in the condenser, with the working fluid, then carried along with the working fluid and finally from the working fluid, here in the evaporator, separated, whereupon it again to the place of a renewed mixing contact is returned to the working medium. Fig. 2 shows another embodiment of the adsorption heat pump. The adsorption heat pump here also contains the evaporator V, the
Adsorbereinrichtung Ad und den Kondensator K. Sowohl der Verdampfer als auch der Kondensator K sind hier über interne Wärmeübertrager und Adsorber Ad and the condenser K. Both the evaporator and the condenser K are here via internal heat exchanger and
Wärmeträgerkreisläufe Wl und W2 mit externen Wärmequellen und Heat transfer circuits Wl and W2 with external heat sources and
Wärmesenken verbunden, die insbesondere als Niedertemperaturquellen und Mitteltemperatursenken ausgebildet sein können. Heat sinks connected, which may be formed in particular as low-temperature sources and medium temperature sinks.
Bei dem hier vorliegenden Beispiel befindet sich das Funktionsmedium in einem Reservoir R und wird von dort in den Verdampfer und/oder den Kondensator eingespeist oder in das Reservoir wieder zurückgeführt. Das Reservoir kann unterschiedlich ausgebildet sein, wie weiter unten näher dargestellt wird. Hier ist insbesondere eine Entmischeinrichtung möglich, in welcher das Funktionsmedium von dem Arbeitsmedium getrennt wird, wobei die entmischten Komponenten in wechselnden Mengen zu dem Verdampfer, dem Kondensator oder an jeden anderen Ort im Flüssighalbkreis F geleitet werden können. In the present example, the functional medium is located in a reservoir R and is fed from there into the evaporator and / or the condenser or returned to the reservoir again. The reservoir can be designed differently, as will be shown in more detail below. Here, in particular, a demixing device is possible, in which the functional medium is separated from the working medium, wherein the segregated components can be conducted in varying quantities to the evaporator, the condenser or any other location in the liquid half circle F.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform einer Adsorptionswärmpepumpe, bei der die Wärmeträgerkreisläufe Wl und W2 am Verdampfer V und am Kondensator K als offene Hydraulikkreisläufe ausgebildet sind. In dem Kondensator kann der dort vorhandene Wärmeträgerkreislauf W2 ebenfalls hydraulisch offen, aber auch geschlossen ausgebildet sein. 3 shows an embodiment of an adsorption heat pump in which the heat transfer medium circuits W1 and W2 on the evaporator V and on the condenser K are designed as open hydraulic circuits. In the condenser, the existing there heat transfer circuit W2 also be hydraulically open, but also closed.
In diesen offenen Hydraulikkreisläufen zirkuliert das Funktionsmedium und dient somit zusätzlich als ein Wärmeübertragungs- und Wärmeleitmedium mit einem direkten stofflichen und durchmischenden Kontakt zum Arbeitsmedium im In these open hydraulic circuits circulates the functional medium and thus additionally serves as a heat transfer and heat transfer medium with a direct material and mixing contact with the working medium in
Arbeitskreislauf der Adsorptionswärmepumpe. Das in den Wärmeträgerkreisläufen zirkulierende Gemisch aus dem Arbeitsmedium und dem Funktionsmedium gewährleistet dabei insbesondere, dass die Kreisläufe Wl und W2 nicht einfrieren. Das Gemisch aus dem Funktionsmedium und dem Arbeitsmedium wird wie beschrieben in dem Verdampfer beim Verdampfungsprozess entmischt und in den Gashalbkreis G des Arbeitskreislaufs abgesaugt, wobei das Funktionsmedium im Wärmeübertragungskreislauf Wl verbleibt, sich abkühlt und über den Working cycle of the adsorption heat pump. The circulating in the heat transfer fluid mixture of the working medium and the functional medium ensures in particular that the circuits Wl and W2 do not freeze. The mixture of the functional medium and the working medium is demixed as described in the evaporator during the evaporation process and sucked into the gas half circle G of the working circuit, wherein the functional medium remains in the heat transfer circuit Wl, cools and on the
Wärmetransport von der externen Niedertemperaturquelle direkt in den Heat transfer from the external low temperature source directly into the
Verdampfungsprozess Wärme nachführt. Entsprechend kondensiert das Arbeitsmedium im Kondensator in das Funktionsmedium des offenen Hydraulikkreislaufes W2 hinein und gibt in das Funktionsmedium Wärme ab, die zu einer Mitteltemperatursenke transportiert wird . Evaporation process tracks heat. Accordingly, the working medium in the condenser condenses into the functional medium of the open hydraulic circuit W2 and releases heat into the functional medium, which is transported to a medium-temperature sink.
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform der Adsorptionswärmepumpe, bei der das Funktionsmedium ausschließlich im Verdampfer V vorgesehen ist. Das 4 shows an embodiment of the adsorption heat pump in which the functional medium is provided exclusively in the evaporator V. The
Arbeitsmedium gelangt hierbei in flüssiger Form aus dem Kondensator K in den Verdampfer V und bildet mit dem dort vorhandenen Funktionsmedium FM eine Mischung mit einem erniedrigten Dampfdruck aus. Die hier gezeigte Working medium passes in liquid form from the condenser K into the evaporator V and forms a mixture with a reduced vapor pressure with the functional medium FM present there. The one shown here
Ausführungsform kann allerdings auch eine Kondensatrückführung aufweisen. Das Funktionsmedium wird jedoch nicht aus dem Verdampfer heraus, insbesondere nicht in den Kondensator, geführt. Es kann jedoch in einem hier nicht gezeigten Reservoir gesammelt werden. However, embodiment may also have a condensate return. However, the functional medium is not out of the evaporator out, in particular not in the condenser. However, it can be collected in a reservoir, not shown here.
Der Verdampfer erfüllt bei der Ausführungsform aus Fig. 4 gleichzeitig neben der Verdampferfunktion die Funktion des Reservoirs für das Funktionsmedium sowie die Funktion einer Entmischeinrichtung . In the embodiment of FIG. 4, the evaporator simultaneously fulfills, in addition to the evaporator function, the function of the reservoir for the functional medium and the function of a demixing device.
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform der Adsorptionswärmepumpe, bei der der Verdampfer und der Kondensator in einem kombinierten Verdampfer/Kondensator V/K baulich vereinigt sind . Je nach Arbeitstakt wird der Verdampfer/Kondensator als ein Verdampfer für das Arbeitsmedium genutzt, wobei Wärme aufgenommen wird, oder als Kondensator, wobei das Arbeitsmedium beim Kondensieren Wärme abgibt. Der Verdampfer/Kondensator ist in einem solchen Fall zumeist mit einem externen entsprechend geschalteten Wärmeübertragungskreislauf W gekoppelt, der abwechselnd Wärme aus einer Niedertemperaturquelle heranführt bzw. Fig. 5 shows an embodiment of the adsorption heat pump in which the evaporator and the condenser are structurally combined in a combined evaporator / condenser V / K. Depending on the power stroke of the evaporator / condenser is used as an evaporator for the working fluid, wherein heat is absorbed, or as a condenser, the working fluid emits heat when condensing. In such a case, the evaporator / condenser is usually coupled to an externally connected heat transfer circuit W, which alternately introduces heat from a low-temperature source or
Wärme zu einer Mitteltemperatursenke abführt. Dissipates heat to a medium temperature sink.
Bei dieser Ausführungsform besteht der Gashalbkreis G der In this embodiment, the gas half circle G of the
Adsorptionswärmepumpe aus der Verbindungsleitung zwischen dem Adsorption heat pump from the connecting line between the
Verdampfer/Kondensator V/K und der Adsorbereinrichtung Ad . Der Evaporator / condenser V / K and the adsorber Ad. Of the
Flüssighalbkreis F besteht dagegen im Wesentlichen nur aus dem Liquid half circle F, however, consists essentially only of the
Verdampfer/Kondensator selbst, insbesondere aus den Abschnitten des Evaporator / condenser itself, in particular from the sections of
Verdampfer/Kondensators, aus welchen heraus das Arbeitsmed ium verdampft bzw. in welchen es wieder kondensiert und somit in flüssiger Form vorliegt und mit dem Funktionsmedium gemischt ist. Evaporator / condenser, from which evaporates the Arbeitsmed ium or in which it is condensed again and thus in liquid form and mixed with the functional medium.
Das Funktionsmedium FM befindet sich hier permanent in dem The functional medium FM is permanently in the here
Verdampfer/Kondensator. Es kann insbesondere einen permanenten Evaporator / condenser. It can be a permanent one in particular
Flüssigkeitsspiegel bilden, in welchem das kondensierte Arbeitsmedium Liquid level form, in which the condensed working fluid
gesammelt und aus dem heraus es verdampft wird. collected and evaporated out of it.
In der Adsorbereinrichtung befindet sich dagegen kein Funktionsmedium. Es wird dort ausschließlich das unvermischte Arbeitsmedium in einem festen Adsorbens Ads adsorbiert bzw. aus diesem desorbiert. By contrast, no functional medium is located in the adsorber device. There it is adsorbed or desorbed there exclusively the unmixed working fluid in a solid adsorbent ads.
Nachfolgend sollen einige Komponenten und Verschaltungen von Komponenten der Adsorptionswärmepumpe anhand von Beispielen näher erläutert werden. Dabei wird als Funktionsmedium eine ionische Flüssigkeit angenommen. Es ist klar, dass als Funktionsmedien auch andere Stoffklassen zum Einsatz kommen können. In the following, some components and interconnections of components of the adsorption heat pump will be explained in more detail by means of examples. In this case, an ionic liquid is assumed as the functional medium. It is clear that other substance classes can also be used as functional media.
Bei der Erläuterung der nachfolgenden Ausführungsbeispiele wird von einem Arbeitsmedium ausgegangen, das in den nachfolgenden Beispielen Wasser ist. Natürlich können hierfür auch andere Stoffe, beispielsweise Alkanole oder auch Ammoniak, verwendet werden, die mit ionischen Flüssigkeiten in der nachfolgend beschriebenen Weise zusammenwirken. In the explanation of the following embodiments, it is assumed that a working medium, which is water in the following examples. Of course, for this purpose, other substances, such as alkanols or ammonia, can be used, which interact with ionic liquids in the manner described below.
Als ionische Flüssigkeit können eine ganze Reihe verschiedener Stoffe verwendet werden. Derartige Stoffe sind organische Salze, bei deren Ionen durch As ionic liquid, a whole range of different substances can be used. Such substances are organic salts whose ions by
verschiedene Effekte die Bildung eines stabilen Kristallg itters behindert ist. Eine bereits geringe thermische Energie genügt, um die feste Kristallstruktur aufzubrechen. Ionische Flüssigkeiten sind somit Salze, die insbesondere bei Zimmertemperatur flüssig sind, ohne dass das Salz dabei in einem Lösungsmittel gelöst ist. various effects the formation of a stable Kristallg itters is hindered. An already low thermal energy is sufficient to break up the solid crystal structure. Ionic liquids are thus salts that are liquid, especially at room temperature, without the salt being dissolved in a solvent.
Allgemein zeichnen sich ionische Flüssigkeiten durch einen für flüssige Stoffe extrem geringen Dampfdruck, d.h. durch eine im Vergleich zum Arbeitsmedium hohe Verdampfungstemperatur bei einem gegebenen Umgebungsdruck, aus. Derartige Flüssigkeiten gehen bei den für Adsorptionswärmepumpen im Niedertemperaturbereich üblichen Temperaturen praktisch nicht in die Gasphase über. Geeignet sind ionische Flüssigkeiten mit einem Dampfdruck unter 0,1 mbar bei 25°C. Hinzu kommt eine große Variabilität, die es erlaubt, für jeden In general, ionic liquids are distinguished by an extremely low vapor pressure for liquids, ie by a high vaporization temperature at a given ambient pressure compared to the working medium. Such fluids go in the for adsorption heat pumps in Low temperature range conventional temperatures practically not in the gas phase over. Suitable are ionic liquids with a vapor pressure below 0.1 mbar at 25 ° C. Add to that a great variability that allows it, for everyone
Arbeitsbereich von Adsorptionswärmepumpen, d.h. für unterschiedliche resultierende Bereiche des Dampfdrucks, geeignete Stoffe zu finden. Working range of adsorption heat pumps, i. for different resulting ranges of vapor pressure to find suitable substances.
Bei den hier vorliegenden Ausführungsbeispielen für Adsorptionswärmepumpen und -anlagen kommen ionische Flüssigkeiten zum Einsatz, die vergleichsweise gering hydrophil sind. Diese verleihen dem Arbeitsmedium zusätzliche positive Eigenschaften. Die ionischen Flüssigkeiten bewirken beispielsweise eine pH -Wert Einstellung und Pufferung, eine korrosionsinhibierende Wirkung und einen Frostschutzeffekt. Auch kann die Benetzung des Verdampfers durch eine Auswahl geeigneter ionischer Flüssigkeiten mit passender Viskosität und Dichte positiv beeinflusst werden. In the present embodiments for adsorption heat pumps and systems ionic liquids are used, which are relatively low in hydrophilicity. These give the working medium additional positive properties. The ionic liquids cause, for example, a pH value adjustment and buffering, a corrosion-inhibiting effect and an antifreeze effect. Also, the wetting of the evaporator can be positively influenced by a selection of suitable ionic liquids of suitable viscosity and density.
Bedeutsam für die Anwendung des Arbeitsmediums im Verdampfer ist das Mengenverhältnis zwischen dem Arbeitsmedium und der ionischen Flüssigkeit. Dieses Mengenverhältnis bestimmt den resultierenden Dampfdruck des Significant for the application of the working medium in the evaporator is the ratio between the working medium and the ionic liquid. This ratio determines the resulting vapor pressure of the
Arbeitsmediums. Durch das Verdampfen des Arbeitsmediums findet eine Working medium. By evaporation of the working fluid finds a
Anreicherung der ionischen Flüssigkeit im Verdampfer statt. Hierdurch verändert sich das ionische Mengenverhältnis zwischen dem Arbeitsmedium und der ionischen Flüssigkeit. Enrichment of the ionic liquid in the evaporator instead. This changes the ionic ratio between the working medium and the ionic liquid.
Um das ionische Mengenverhältnis des Arbeitsmediums im gewünschten Bereich zu halten, kann entweder reines ungemischtes Arbeitsmedium, d.h. im hier vorliegenden Fall Wasser, nachdosiert werden oder es können die mit der ionischen Flüssigkeit angereicherten Teile des Arbeitsmediums aus dem In order to maintain the ionic ratio of the working medium in the desired range, either pure unmixed working medium, i. in the present case, water, be dosed or it may be enriched with the ionic liquid parts of the working medium from the
Arbeitskreislauf abgezogen und an anderer Stelle wieder dem Arbeitskreislauf zugeführt werden. Submitted work cycle and fed elsewhere in the work cycle again.
Dieses Nachdosieren des reinen Arbeitsmediums und/oder das Abziehen von mit ionischer Flüssigkeit angereicherter Bestandteile des Arbeitsmediums schafft zusätzliche Möglichkeiten zur optimierten Steuerung des Verdampfungsprozesses in der Adsorptionswärmepumpe. Das ionische Mengenverhältnis kann insbesondere dadurch eingestellt werden, indem auf ionische Flüssigkeiten mit begrenzter Wassermischbarkeit im This replenishment of the pure working medium and / or the removal of ionic liquid-enriched components of the working medium creates additional possibilities for optimized control of the evaporation process in the adsorption heat pump. In particular, the ionic ratio can be adjusted by adding to ionic liquids with limited water miscibility in the
Arbeitsmedium zurückgegriffen wird. Bei derartigen Mischungen kommt es bei einer gegebenen Temperatur unterhalb eines kritischen ionischen Working medium is used. In such mixtures, at a given temperature below a critical ionic
Mengenverhältnisses zur Entmischung und die dichtere Phase des Amount ratio for segregation and the denser phase of
Arbeitsmediums, in welchem sich die ionische Flüssigkeit befindet, kann abgepumpt werden. Working medium, in which the ionic liquid is located, can be pumped out.
Die Zuführung der ionischen Flüssigkeit in den Arbeitskreislauf kann auf verschieden Arten erfolgen. Eine erste Möglichkeit besteht darin, in einem externen Reservoir eine Mischung aus dem Arbeitsmedium und der ionischen Flüssigkeit als Vorrat bereitzustellen und die Mischung an geeigneter Stelle in den Arbeitskreislauf einzuspeisen. Es ist aber auch möglich, die ionische Flüssigkeit in einem eigenen Behältnis bereit zu halten und unvermischt in den Arbeitskreislauf einzuspeisen. The supply of ionic liquid in the working cycle can be done in different ways. A first possibility is to provide a mixture of the working medium and the ionic liquid as a supply in an external reservoir and to feed the mixture into the working cycle at a suitable location. But it is also possible to keep the ionic liquid in a separate container ready to feed and unmixed in the work cycle.
Als Einspeisepunkt bieten sich hierbei der Verdampfer oder der Kondensator des Arbeitskreislaufs an. The feed point is the evaporator or the condenser of the working cycle.
Das Einspeisen der ionischen Flüssigkeit in den Verdampfer erfolgt beispielsweise durch Zufuhr einer Mischung aus Arbeitsmedium und ionischer Flüssigkeit. Bei dem Einspeisen in den Verdampfer tritt das Arbeitsmedium im Verlauf des Arbeitszyklus der Adsorptionswärmepumpe in die Gasphase über, wobei die ionische Flüssigkeit den Verdampfungsprozess positiv beeinflusst, aber ansonsten im Verdampfer verbleibt. In diesem Fall wirkt der Verdampfer als eine The feeding of the ionic liquid into the evaporator takes place, for example, by supplying a mixture of working medium and ionic liquid. When fed into the evaporator, the working medium in the course of the operating cycle of the adsorption heat pump in the gas phase, wherein the ionic liquid positively influences the evaporation process, but otherwise remains in the evaporator. In this case, the evaporator acts as one
Trenneinrichtung, in der sich die ionische Flüssigkeit sammelt und geregelt abgeführt werden muss. Separator in which the ionic liquid collects and must be discharged regulated.
Bei einem Einspeisen der ionischen Flüssigkeit in den Kondensator wird When feeding the ionic liquid into the condenser
beispielsweise dort zunächst das reine Arbeitsmedium kondensiert und die ionische Flüssigkeit zeitlich erst nach Abschluss der Kondensation zugesetzt. Die ionische Flüssigkeit beeinflusst somit nicht den Kondensationsvorgang als solchen. Dient der Kondensator in einem nächsten Schritt des Arbeitszyklus als Verdampfer, so wird nunmehr der Verdampfungsvorgang an dem mit der ionischen Flüssigkeit vermischten Arbeitsmedium ausgeführt. Dabei bleibt die ionische Flüssigkeit zurück und kann wieder abgeführt werden. Der darauf folgende Kondensationsvorgang erfolgt somit wieder mit dem praktisch For example, there first condensed the pure working fluid and added the ionic liquid in time only after completion of the condensation. The ionic liquid thus does not influence the condensation process as such. If the condenser serves as an evaporator in a next step of the working cycle, the evaporation process is now carried out on the working medium mixed with the ionic liquid. The ionic liquid remains behind and can be removed again. The one on it The following condensation process thus takes place again with the practical
unvermischten Arbeitsmedium in einem von der ionischen Flüssigkeit freien Kondensator. unmixed working medium in a condenser free of the ionic liquid.
Die ionische Flüssigkeit kann aber auch immobilisiert im Verdampfer verbleiben. In einem solchen Fall ist deren Anreicherung im Verdampfer durchaus erwünscht. Hierbei wird ausschließlich das von der ionischen Flüssigkeit freie Arbeitsmedium im übrigen Arbeitskreislauf umgetrieben, während die ionische Flüssigkeit im Verdampfer vorwiegend die Verdampfungseigenschaften des Arbeitsmediums beeinflusst. Um hier das ionische Mengenverhältnis im Verdampfer auf einen vordefinierten Wert einstellbar zu gestalten, kommt in diesem Fall die direkte Kondensatrückführung zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer zum Einsatz. The ionic liquid can also remain immobilized in the evaporator. In such a case, their accumulation in the evaporator is quite desirable. Here, only the free of the ionic liquid working fluid in the rest of the working cycle is driven, while the ionic liquid in the evaporator mainly affects the evaporation properties of the working medium. In order to make the ionic ratio in the evaporator adjustable to a predefined value, the direct condensate return between the condenser and the evaporator is used in this case.
Fig. 6 zeigt einen beispielhaften prinzipiellen Aufbau eines Verdampfers mit Rückführung der ionischen Flüssigkeit bzw. des mit ionischer Flüssigkeit angereicherten Arbeitsmittels. 6 shows an exemplary basic structure of an evaporator with recirculation of the ionic liquid or of the working fluid enriched with ionic liquid.
Der Verdampfer enthält einen Anschluss 1 für den Dampftransport im Rahmen des Arbeitskreislaufs des Arbeitsmediums sowie einen Anschluss 2 für die The evaporator contains a connection 1 for the steam transport in the context of the working medium of the working medium and a connection 2 for the
Kondensatrückführung. Der Anschluss 1 bildet die übliche Ankopplung des Verdampfers in den Kreislauf der Adsorptionswärmepumpe. Der Verdampfer ist über den Anschluss 1 mit dem hier nicht dargestellten Adsorber für das Condensate return. The connection 1 forms the usual coupling of the evaporator in the circulation of the adsorption heat pump. The evaporator is via the port 1 with the adsorber not shown here for the
Arbeitsmedium verbunden. Über den Anschluss 2 wird dem Verdampfer direkt unvermischtes Arbeitsmedium aus dem Kondensator unter Umgehung des Working medium connected. About the port 2 is the evaporator directly unmixed working fluid from the condenser, bypassing the
Adsorbers zugeführt. Adsorber supplied.
Weiterhin ist ein Anschluss 3 vorgesehen, der einer Zu- und/oder Rückführung der ionischen Flüssigkeit bzw. des mit der ionischen Flüssig keit angereicherten Arbeitsmittels dient. Über den Anschluss 3 kann die Beladung des Verdampfers mit der ionischen Flüssigkeit verändert werden. Die ionische Flüssigkeit wird über den Anschluss 3 entweder aus einem Reservoir für die ionische Flüssigkeit oder aus einer im Arbeitskreislauf vorhandenen Dosiereinrichtung zugeführt und/oder zu den entsprechenden Komponenten abgeleitet. Der Verdampfer ist hier über einen Temperierungskreislauf 4 mit der Furthermore, a connection 3 is provided which serves to supply and / or recycling of the ionic liquid or of the ionic liquid-enriched working medium. Via connection 3, the loading of the evaporator with the ionic liquid can be changed. The ionic liquid is supplied via the connection 3 either from a reservoir for the ionic liquid or from a metering device present in the working cycle and / or discharged to the corresponding components. The evaporator is here via a Temperierungskreislauf 4 with the
Niedertemperaturquelle gekoppelt und nimmt von dort Wärme auf. Der Low-temperature source coupled and absorbs heat from there. Of the
Temperierungskreislauf ist innerhalb des Verdampfers mit einer Temperierungskreislauf is within the evaporator with a
Wärmeübertragungsfläche ausgebildet. Heat transfer surface formed.
Das Arbeitsmedium durchströmt den Verdampfer und trifft dabei auf die The working medium flows through the evaporator and thereby meets the
Wärmeübertragungsfläche des Temperierungskreislaufs. Es bildet sich hierbei eine verdampfende Gemischschicht 6 aus. Diese Gemischschicht kann auf unterschiedliche Weise zustande kommen. Sofern das Arbeitsmedium bereits ionische Flüssigkeit enthält, bildet sich diese Gemischschicht durch die Heat transfer surface of the Temperierungskreislaufs. In this case, an evaporating mixture layer 6 is formed. This mixture layer can come about in different ways. If the working medium already contains ionic liquid, this mixture layer is formed by the
Anlagerung des Arbeitsmediums auf dem Temperierungskreislauf aus. Möglich ist aber auch eine permanente Belegung der Oberfläche des Temperierungskreislaufs mit der ionischen Flüssigkeit. Das Arbeitsmedium trifft dabei in reinem Zustand auf die ionische Flüssigkeitsbelegung und vermischt sich mit dieser, wodurch sich dadurch die Gemischschicht herausbildet. Innerhalb der Gemischschicht werden die Verdamp-fungseigenschaften des Arbeitsmediums, insbesondere dessen Dampfdruck, durch die ionische Flüssigkeit stark modifiziert. Addition of the working medium on the Temperierungskreislauf. However, it is also possible to permanently cover the surface of the tempering circuit with the ionic liquid. The working medium meets in the pure state on the ionic liquid occupancy and mixes with this, thereby forming the mixture layer. Within the mixture layer, the evaporation properties of the working medium, in particular its vapor pressure, are greatly modified by the ionic liquid.
Das verdampfende Arbeitsmedium, im hier vorliegenden Beispiel Wasserdampf 8, tritt beim Verdampfungsprozess in einen Dampfraum 5 des Verdampfers über und entweicht über den Anschluss 1 in Richtung des hier nicht dargestellten The evaporating working medium, in the present example water vapor 8, occurs in the evaporation process in a vapor space 5 of the evaporator and escapes through the port 1 in the direction of the not shown here
Adsorbers im Arbeitskreislauf. Das mit der ionischen Flüssigkeit angereicherte Arbeitsmedium kann über den Anschluss 3 aus dem Verdampfer ausgeleitet werden. Adsorbers in the working cycle. The enriched with the ionic liquid working fluid can be discharged via the port 3 from the evaporator.
Fig. 7 zeigt eine beispielhafte Darstellung der Entmischung und Rückführung einer entmischten Phase der ionischen Flüssigkeit. Die Vorrichtung ist hier als eine Entmischeinrichtung E ausgeführt. Sie kann aber auch als Verdampfer oder Kondensator betrieben werden. 7 shows an exemplary illustration of the separation and recycling of a segregated phase of the ionic liquid. The device is designed here as a demixing device E. But it can also be operated as an evaporator or condenser.
Die Entmischeinrichtung E wird ebenfalls über einen Temperierkreislauf 4 temperiert. Der Temperierkreislauf taucht zumindest teilweise in ei n Bad des zunächst mit der ionischen Flüssigkeit vermischten Arbeitsmediums ein und hält dieses auf einer vorbestimmten Temperatur. In dem hier vorliegenden Beispiel bildet sich im Volumen des Arbeitsmediums eine verdampfende Gemischschicht 6 aus. Das Arbeitsmedium gelangt in flüssiger Form in die Entmischeinrichtung. Im hier vorliegenden Fall wird das Arbeitsmedium über einen Anschluss 2 zugeführt, während es die Entmischeinrichtung E über den Anschluss 1 in gasförmiger Form verlässt. The demixing device E is also tempered via a temperature control circuit 4. The tempering circuit at least partially immersed in a bath of the first mixed with the ionic liquid working medium and keeps this at a predetermined temperature. In the present example, an evaporating mixture layer 6 is formed in the volume of the working medium. The working fluid enters the demixing device in liquid form. In the present case, the working medium is supplied via a connection 2, while it leaves the demixing device E via the connection 1 in gaseous form.
Das Arbeitsmedium, in dem hier vorliegenden Fall Wasser, tritt als praktisch von ionischen Flüssigkeitsanteilen freier Wasserdampf 8 in den Dampfraum 5 der Entmischeinrichtung über und wird über den Anschluss 1 des Dampftransportes abgeleitet. Über den Anschluss 2 kann Wasser jederzeit in die verdampfende Gemischschicht 6 zugeführt werden. The working medium, in the present case water, passes as virtually free of ionic liquid fractions water vapor 8 in the vapor space 5 of the segregation and is discharged via the port 1 of the vapor transport. Via the connection 2, water can be fed into the evaporating mixture layer 6 at any time.
Das Arbeitsmedium weist in der Entmischungseinrichtung ein kritisches The working medium has a critical in the demixing
Mengenverhältnis zwischen dem Arbeitsmedium als solchem und dem ionischen Flüssigkeitsanteil auf. Dabei wird die Temperierung so eingestellt, dass bei diesem kritischen Mengenverhältnis eine Entmischung eintritt. Die ionische Flüssigkeit sammelt sich hierbei im unteren Bereich der Entmischungseinrichtung in Form einer ionischen Flüssigkeitsphase 9 und kann von dort über einen Amount ratio between the working medium as such and the ionic liquid content. In this case, the temperature is adjusted so that at this critical ratio segregation occurs. The ionic liquid collects in the lower region of the demixing device in the form of an ionic liquid phase 9 and can from there through a
Anschluss 3 abgeleitet werden. Sowohl das verdampfende Arbeitsmedium, im hier vorliegenden Fall Wasser, als auch die ionische Flüssigkeit in der Phase 9 können in den Verdampfer der Adsorptionswärmepumpe überführt werden, wobei dadurch ein vorbestimmtes Mengenverhältnis an den entsprechenden Teilen des Arbeitskreislaufs eingestellt werden kann. Terminal 3 are derived. Both the evaporating working medium, in this case water, and the ionic liquid in phase 9 can be transferred to the evaporator of the adsorption heat pump, thereby a predetermined ratio of the corresponding parts of the working cycle can be adjusted.
Das Arbeitsmedium muss in der Entmischeinrichtung allerdings nicht However, the working medium does not have to be in the demixing device
notwendigerweise verdampfen. Es reicht grundsätzlich aus, dass sich das necessarily evaporate. It is basically sufficient that the
Arbeitsmedium entmischt und in zwei deutlich unterscheidbare Phasen scheidet. In einem solchen Fall kann das von ionischer Flüssigkeit weitgehend freie Separates working medium and separates into two distinct phases. In such a case, that of ionic liquid largely free
Arbeitsmedium auch direkt über einen Auslass 7 aus der ersten Phase und die weitgehend unvermischte ionische Flüssigkeit ü ber den Anschluss 3 aus der Phase in den entsprechenden Mengen abgeleitet oder zugeführt werden. Working medium also directly via an outlet 7 from the first phase and the largely unmixed ionic liquid ü via the terminal 3 derived from the phase in the appropriate amounts or supplied.
Der Adsorber ist auf geeignete Weise mit einem Adsorbens gefüllt. Als Adsorbens sind insbesondere Zeolithe geeignet, die sich durch ein Porensystem mit The adsorber is suitably filled with an adsorbent. As an adsorbent zeolites are particularly suitable, which are characterized by a pore system
Porendurchmessern im Bereich der Größe kleinerer Moleküle auszeichnen. Characterize pore diameters in the range of the size of smaller molecules.
Typische Zeolithe für diese Anwendung sind z. B. aber nicht ausschließlich FAU, LTA, CHA, AEI, AFI, MFI, EMT und MOR. Durch ihre Porenöffnungen können gängige Adsorbenzien wie Wasser und Ammoniak ins Porensystem eintreten. Die komplexen Anionen und Kationen der ionischen Flüssigkeiten sind dafür in den meisten Fällen zu groß. Dadurch sind im Sinne der Erfindung ionische Typical zeolites for this application are e.g. But not exclusively FAU, LTA, CHA, AEI, AFI, MFI, EMT and MOR. Through their pore openings common adsorbents such as water and ammonia can enter the pore system. The complex anions and cations of ionic liquids are in most cases too large for this. As a result, within the meaning of the invention are ionic
Flüssigkeiten besser als andere Substanzen geeignet, die auch Liquids better suited than other substances, too
dampfdruckverringernd oder frost-schutzwirkend eingesetzt werden könnten, wie z. B. Ethylenglycol, das auch in Zeolithporen eintreten kann. steam pressure reducing or frost protection could be used, such. As ethylene glycol, which may also occur in zeolite pores.
Fig. 8 zeigt eine beispielhafte Darstellung einer Adsorptionswärmepumpe mit einer Entmischungseinheit E. Diese Ausführungsform der FIG. 8 shows an exemplary illustration of an adsorption heat pump with a segregation unit E. This embodiment of the invention
Adsorptionswärmepumpe kann dann gewählt werden, wenn die ionische Adsorption heat pump can then be selected if the ionic
Flüssigkeit nicht permanent im Verdampfer und/oder Kondensator verbleibt. Die Entmischungseinheit E soll dabei zum einen das Arbeitsmedium von der ionischen Flüssigkeit trennen, dabei das Arbeitsmedium reinigen, dabei vor allem einen Übertritt der ionischen Flüssigkeit in den Adsorber verhindern und sichern, dass die Adsorptions- und Desorptionsprozesse des Arbeitsmediums dort nicht behindert werden und weiterhin sowohl den Verdampfer V als auch den Liquid does not permanently remain in the evaporator and / or condenser. The demixing unit E is intended on the one hand to separate the working medium from the ionic liquid, thereby cleaning the working medium, thereby above all preventing the ionic liquid from passing into the adsorber and ensuring that the adsorption and desorption processes of the working medium are not hindered there and continue to do so the evaporator V as well as the
Kondensator K mit definierten Mengen der ioni-schen Flüssigkeit in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebszustand und in Abhä ngigkeit von der jeweiligen Capacitor K with defined amounts of ionic liquid depending on the operating condition and depending on the respective one
Arbeitsphase beschicken. Sie soll somit also auch als eine Dosiereinrichtung wirken. Feed work phase. It should therefore also act as a metering device.
Als Entmischungseinheit fungiert das Reservoir R im Mischzweig M. Der Aufbau des Reservoirs ist beispielsweise wie in Fig. 7 ausgeführt. Ein bestimmtes Mengenverhältnis zwischen dem Arbeitsmedium und der ionischen Flüssigkeit ist dabei so eingestellt, dass bei einer bestimmten Temperatur eine Entmischung zwischen dem Arbeitsmedium und der ionischen Flüssigkeit eintritt. Diese As a demixing unit, the reservoir R functions in the mixing branch M. The structure of the reservoir is embodied, for example, as in FIG. 7. A certain amount ratio between the working medium and the ionic liquid is adjusted so that at a certain temperature segregation between the working medium and the ionic liquid occurs. These
Temperatur wird in der Entmischungseinheit E durch eine Temperierung erreicht und aufrechterhalten. Das Arbeitsmedium scheidet sich dabei von der ionischen Flüssigkeit. Es bilden sich zwei voneinander durch eine Phasengrenze getrennte Phasen heraus, die aus der Entmischungseinheit einzeln abgeleitet werden können. Temperature is reached and maintained in the demixing unit E by a temperature. The working medium separates from the ionic liquid. Two phases separate from one another by a phase boundary are formed, which can be derived individually from the demixing unit.
Sobald der Anteil der ionischen Flüssigkeit einen bestimmten Grenzwert überschreitet, der einem kritischen Mengenverhältnis bei der in der As soon as the proportion of the ionic liquid exceeds a certain limit which corresponds to a critical ratio in the
Entmischungseinrichtung herrschenden Temperatur entspricht, tritt dort die Entmischung zwischen dem Arbeitsmedium und der ionischen Flüssigkeit ein. Die Entmischungseinrichtung E dient in einem solchen Fall als eine Falle bzw. eine Sammeleinrichtung für die ionische Flüssigkeit. Die ionische Flüssigkeit kann dabei abgepumpt und wieder vollständig beispielsweise in den Verdampfer V oder in den Kondensator über eine Flüssigkeitsleitung zurückgeleitet werden. Möglich ist natürlich auch ein Transport des Arbeitsmediums über die Flüssigkeitsleitung je nach dem Betriebszustand der Anlage. Demixing device corresponds to prevailing temperature, there occurs the Demixing between the working medium and the ionic liquid. The demixing device E serves in such a case as a trap or a collection device for the ionic liquid. The ionic liquid can be pumped out and completely returned, for example, to the evaporator V or to the condenser via a liquid line. It is also possible, of course, a transport of the working fluid via the liquid line depending on the operating condition of the system.
Diese Vorgehensweise bietet auch eine einfache Möglichkeit zur Regulierung des Mengenverhältnisses zwischen dem zirkul ierenden Arbeitsmedium und der ionischen Flüssigkeit im Arbeitskreislauf. Diese Regulierung erfolgt über die Temperierung der Entmischungseinrichtung, denn diese definiert das kritische Mengenverhältnis, bei der überhaupt die Entmischung einsetzt. Die Temperierung der Entmischungseinheit kann dabei insbesondere an die Temperatur im Adsorber Ad bzw. an die Temperatur im Verdampfer und/oder Kondensator gekoppelt werden und damit einen Regelungskreislauf für das Mengenverhältnis und den Gehalt der ionischen Fl üssigkeit im Arbeitsmedium etablieren. Hierdurch ist es insbesondere möglich, bei einem starken Temperaturabfall beispielsweise am Verdampfer größere Mengen der ionischen Flüssigkeit aus dem zirkulierenden Arbeitsmedium abzuziehen, in den Verdampfer zu leiten und dort ein Einfrieren des Arbeitsmediums zu verhindert. Die Entmischungseinrichtung wirkt somit als ein Teil einer Frost-schutzeinrichtung . This procedure also offers a simple way of regulating the quantitative ratio between the circulating working medium and the ionic liquid in the working cycle. This regulation takes place via the tempering of the demixing device, because this defines the critical ratio, in which the segregation ever begins. The tempering of the demixing unit can be coupled in particular to the temperature in the adsorber Ad or to the temperature in the evaporator and / or condenser and thus establish a control loop for the quantitative ratio and the content of the ionic liquid in the working medium. This makes it possible, in particular, to withdraw larger quantities of the ionic liquid from the circulating working medium, to conduct it into the evaporator and to prevent freezing of the working medium there, for example, at the evaporator in the event of a sharp drop in temperature. The demixing device thus acts as part of a frost protection device.
Die Kondensatrückführung im Mischzweig M unterscheidet sich von der normalen Rückleitung des kondensierten Arbeitsmediums im Normalbetrieb der The condensate return in the mixing branch M differs from the normal return of the condensed working medium in normal operation of the
Adsorptionswärmepumpe in dem einen wesentlichen Punkt, dass die Adsorption heat pump in the one essential point that the
Kondensatrückfü hrung gezielt gesteuert wird . Hierdurch kann ein gleichbleibend niedriger Dampfdruck während des gesamten Verdampfungsprozesses Condensate return is controlled specifically. This allows a consistently low vapor pressure throughout the evaporation process
gewährleistet werden, weil das Mengenverhältnis zwischen Arbeitsmedium und ionischer Flüssigkeit über einen längeren Zeitraum im gewünschten Bereich konstant gehalten werden kann und der zum Ende des Verdampfungsvorgangs einsetzende Konzentrationsprozess der ionischen Fl üssigkeit etwas be ensured because the ratio between working fluid and ionic liquid over a longer period in the desired range can be kept constant and the beginning of the evaporation process incipient concentration process of the ionic liquid something
hinausgezögert werden kann, wobei sich der Dampfdruck des Arbeitsmediums regeln lässt. Mit gezielter Zugabe von ionischer Flüssigkeit ins Arbeitsmedium im Verdampfer und damit signifikanter Senkung des Dampfdrucks des Gemisches unter den Gleichgewichtsdampfdruck des Adsorbers kann der Adsorptionsprozess auch deutlich vor einer Sättigung des Adsorbens beendet werden. Dies ist vorteilhaft, wenn die Adsorptionswärmepumpe auch zur Speicherung von Energie eingesetzt werden soll . Mit Zugabe von Arbeitsmittel aus der Kondensatrückführung zum Beispiel auch unter geregeltem Abzug des Gemischs im Verdampfer kann der Ad sorptionsprozess später wieder fortgesetzt werden. Dieses Verfahren ermöglicht eine ventillose Unterbrechung des Adsorptionsprozesses zum Beispiel zum Zwecke der Energiespeicherung im Adsorber. can be delayed, whereby the vapor pressure of the working medium can be regulated. With targeted addition of ionic liquid into the working medium in the evaporator and thus significant reduction of the vapor pressure of the mixture below the equilibrium vapor pressure of the adsorber, the adsorption process can be completed well before saturation of the adsorbent. This is advantageous if the adsorption heat pump is also to be used for storing energy. With the addition of working fluid from the condensate return, for example, under controlled withdrawal of the mixture in the evaporator, the adsorption process can be resumed later. This method allows a valveless interruption of the adsorption process, for example for the purpose of energy storage in the adsorber.
Zur Regulierung der Mengen der ionischen Flüssigkeit in Verdampfer und To regulate the amounts of ionic liquid in evaporator and
Kondensator und zur Speicherung der ionischen Flüsssigkeit kann auch in der Funktionsmediumrückführung ein Reservoir R vorgesehen werden. Capacitor and for storing the ionic liquid, a reservoir R can also be provided in the functional medium return.
Die Adsorptionswärmepumpe sowie das Verfahren zum Betreiben der The adsorption heat pump and the method for operating the
Adsorptionswärmepumpe wurden anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Im Rahmen fachmännischen Handels sind weitere Ausgestaltungen möglich. Adsorption heat pump have been described by means of embodiments. In the context of professional trade further developments are possible.
Weitere Ausführungsformen ergeben sich auch aus den Unteransprüchen. Further embodiments will become apparent from the dependent claims.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Anschluss für Dampftransport 1 connection for steam transport
2 Anschluss für Kondensatrückführung  2 connection for condensate return
3 Anschluss für Rückführung der ionischen Flüssigkeit  3 connection for recycling the ionic liquid
4 Temperierungskreislauf  4 tempering circuit
5 Dampfraum  5 steam room
6 Gemischschicht  6 mixture layer
7 Lösungsmittelauslass  7 solvent outlet
8 Wasserdampf  8 water vapor
9 Ionische Flüssigkeitsphase  9 ionic liquid phase
A Arbeitskreislauf A working cycle
Ad Adsorbereinrichtung  Ad adsorber
Ads Adsorbens, fest  Ads adsorbent, solid
Ad l erster Teiladsorber  Ad l first Teiladsorber
Ad2 zweiter Teiladsorber DV DruckventilAd2 second partial adsorber DV pressure valve
E EntmischungseinrichtungE demixing device
F Flüssighalbkreis F liquid half circle
FM Funktionsmedium  FM functional medium
FR Funktionsmedienrückfluss FR functional fluid reflux
G Gashalbkreis G gas semi-circle
K Kondensator  K capacitor
KR Kondensatrückführung KR condensate return
P Pumpe P pump
R Reservoir  R reservoir
V Verdampfer  V evaporator
V1-V4 Ventileinrichtung  V1-V4 valve device
V/K Verdampfer/Kondensator V / K evaporator / condenser
W WärmeübertragungskreislaufW heat transfer circuit
Wl erster WärmeträgerkreislaufWl first heat transfer circuit
W2 zweiter Wärmeträgerkreislauf W2 second heat transfer circuit

Claims

Ansprüche claims
1. Adsorptionswärmepumpe, mit einer Adsorbereinrichtung (Ad), enthaltend ein festes Adsorbens, einen Verdampfer (V) und einen Kondensator (K) oder einen Verdampfer/Kondensator (V/K) und ein Arbeitsmedium in einem 1. Adsorption heat pump, with an adsorber (Ad) containing a solid adsorbent, an evaporator (V) and a condenser (K) or an evaporator / condenser (V / K) and a working medium in one
Arbeitskreis (A),  Working group (A),
wobei der Arbeitskreis zwischen dem Verdampfer, der Adsorbereinrichtung und dem Kondensator oder dem Verdampfer/Kondensator und der  the working group between the evaporator, the adsorber and the condenser or the evaporator / condenser and the
Adsorbereinrichtung einen Gashalbkreis (G) aufweist, in welchem das  Adsorbereinrichtung has a gas half circle (G), in which the
Arbeitsmedium gasförmig ist und einen zwischen dem Verdampfer und dem Kondensator ausgebildeten Flüssighalbkreis (F), in welchem das  Working medium is gaseous and formed between the evaporator and the condenser Flüssigighalbkreis (F), in which the
Arbeitsmedium flüssig ist,  Working medium is liquid,
wobei der Flüssighalbkreis (F) ein mit dem Arbeitsmedium mischbares flüssiges, den Dampfdruck des Arbeitsmediums senkendes Funktionsmedium enthält.  wherein the Flüssigighalbkreis (F) contains a miscible with the working fluid, the vapor pressure of the working medium lowering functional medium.
2. Adsorptionswärmepumpe nach Anspruch 1, 2. adsorption heat pump according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
in dem Flüssighalbkreis (F) von dem Kondensator (K) zu dem Verdampfer (V) führend ein Mischungszweig (M) vorgesehen ist, in welchem sich eine  in the liquid half circle (F) of the condenser (K) to the evaporator (V) leading a mixing branch (M) is provided, in which a
Mischung mit abgereichertem Funktionsmedium im Arbeitsmedium befindet, und von dem Verdampfer (V) zu dem Kondensator (K) eine  Mixture with depleted function medium is located in the working medium, and from the evaporator (V) to the condenser (K) a
Funktionsmediu mrückführung (FR) vorhanden ist, in welcher sich eine Mischung mit angereichertem Funktionsmedium im Arbeitsmedium befindet.  Funktionsmediu mrückführung (FR) is present, in which there is a mixture with enriched functional medium in the working medium.
3. Adsorptionswärmepumpe nach Anspruch 1 oder 2, 3. adsorption heat pump according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
der Flüssighalbkreis (F) ein das Funktionsmedium enthaltendes Reservoir (R) aufweist, wobei Zu- und Abführungsleitungen zwischen dem Reservoir (R) und dem Verdampfer (V) und/oder dem Kondensator (K) und/oder in den Weg des Arbeitsmediums zwischen dem Kondensator (K) und dem  the liquid half-circle (F) has a reservoir (R) containing the functional medium, supply and discharge lines between the reservoir (R) and the evaporator (V) and / or the condenser (K) and / or into the path of the working medium between the reservoir Capacitor (K) and the
Verdampfer (V) vorgesehen sind.  Evaporator (V) are provided.
4. Adsorptionswärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 4. adsorption heat pump according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Funktionsmedium (FM) permanent im Verdampfer verbleibt und d ort gespeichert ist. the functional medium (FM) remains permanently in the evaporator and is stored there.
5. Adsorptionswärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 5. adsorption heat pump according to one of the preceding claims, characterized in that
zwischen dem Kondensator (K) und dem Verdampfer (V) eine separate Kondensatrückführung (KR) vorgesehen ist, über die zeitgleich zu einer im Verdampfer (V) ablaufenden Verdampfung und einer im Kondensator (K) ablaufenden Kondensation ein Überführen von Anteilen des kondensierten Arbeitsmediums von dem Kondensator in den Verdampfungsprozess innerhalb des Verdampfers ausführbar ist.  a separate condensate return (KR) is provided between the condenser (K) and the evaporator (V), via which at the same time to a running in the evaporator (V) evaporation and in the condenser (K) condensing a transfer of portions of the condensed working medium of the capacitor in the evaporation process within the evaporator is executable.
6. Adsorptionswärmepumpe nach Anspruch 1, 6. adsorption heat pump according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
bei einer Ausführungsform mit Verdampfer/Kondensator (V/K) das  in one embodiment with evaporator / condenser (V / K) the
Funktionsmedium (FM) dort als ein permanenter Flüssigkeitsvorrat vorliegt.  Function medium (FM) is present there as a permanent supply of liquid.
7. Adsorptionswärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 7. adsorption heat pump according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Funktionsmedium (FM) oder seine Mischung mit dem Arbeitsmedium als ein Wärmeübertragungsmedium in einem den Verdampfer (V) und/oder den Kondensator (K) oder den Verdampfer/Kondensator (V/K) mit externen Wärmequellen und/oder Wärmesenken verbindenden in Richtung der  the functional medium (FM) or its mixture with the working fluid as a heat transfer medium in a direction connecting the evaporator (V) and / or the condenser (K) or the evaporator / condenser (V / K) to external heat sources and / or heat sinks
Adsorptionswärmepumpe offenen Hydraulikkreislauf fungiert.  Adsorption heat pump open hydraulic circuit acts.
8. Adsorptionswärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 8. adsorption heat pump according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
in dem Flüssighalbkeis (F) das Reservoir (R) als eine Entmischeinrichtung (E) für das Arbeitsmedium vorgesehen ist, bei der eine Entmischung zwischen dem Arbeitsmedium und dem Funktionsmedium ausführbar ist und das Arbeitsmedium oder das Funktionsmedium angereichert separat aus dem entmischten Bereich ableitbar ist.  in the Flüssigighalbkeis (F) the reservoir (R) is provided as a demixing device (E) for the working medium, in which a segregation between the working medium and the functional medium is executable and the working medium or the functional medium enriched separately derived from the segregated area.
9. Adsorptionswärmepumpe nach Anspruch 8, 9. adsorption heat pump according to claim 8,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Reservoir (R) ein auf eine definierte Entmischungstemperatur  the reservoir (R) to a defined demixing temperature
temperiertes Behältnis ist, wobei der Entmischungstemperatur ein kritisches Mengenverhältnis zwischen Arbeitsmedium und Funktionsmedium entspricht. tempered container is, wherein the demixing corresponds to a critical ratio between working fluid and functional medium.
10. Adsporptionswärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 10. Adsporptionswärmepumpe according to any one of the preceding claims, characterized in that
das Funktionsmedium (FM) eine ionische Flüssigkeit, insbesondere bestehend aus alkylierten oder nicht alkylierten Kationen in Form von Imidazolium, Pyridinium, Pyrrolidinium, Guanidinium, Uronium, Thiouronium, Piperidinium, Morpholinium, Ammonium und Phosphonium und aus Anionen in Form von Halogeniden, Tetrafluoroboraten, Trifluoracetaten, Triflaten,  the functional medium (FM) is an ionic liquid, in particular consisting of alkylated or non-alkylated cations in the form of imidazolium, pyridinium, pyrrolidinium, guanidinium, uronium, thiouronium, piperidinium, morpholinium, ammonium and phosphonium and of anions in the form of halides, tetrafluoroborates, trifluoroacetates , Triflates,
Hexafluorophosphaten, Phosphinaten oder Tosylaten ist.  Hexafluorophosphates, phosphinates or tosylates.
11. Adsorptionswärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 11. adsorption heat pump according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Funktionsmedium (FM) ein benetzungsförderndes Additiv ist.  the functional medium (FM) is a wetting-promoting additive.
12. Adsorptionswärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 12. adsorption heat pump according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Funktionsmedium (FM) ein frostschützendes und/oder  the functional medium (FM) an antifreeze and / or
korrosionsinhibierendes Mittel ist.  corrosion inhibiting agent.
13. Verfahren zum Betreiben einer Adsorptionswärmepumpe mit einem 13. A method of operating an adsorption heat pump with a
Arbeitskreislauf aus einem Adsorber, einem Verdampfer und einem  Working cycle of an adsorber, an evaporator and a
Kondensator oder einem Verdampfer/Kondensator sowie ein zwischen dem Adsorber, dem Verdampfer und dem Kondensator umgetriebenes  Condenser or an evaporator / condenser and a circulated between the adsorber, the evaporator and the condenser
Arbeitsmedium, wobei das Arbeitsmedium beim Durchlaufen des  Working medium, wherein the working medium when passing through the
Arbeitskreislaufs innerhalb des Flüssighalbkreises (F) mit einem flüssigen dampfdrucksenkenden Funktionsmedium gemischt wird und bei dem Übertritt in den Gashalbkreis (G) des Arbeitskreislaufs von dem Funktionsmedium entmischt wird.  Working cycle within the liquid half-circle (F) is mixed with a liquid vapor pressure-reducing functional medium and is separated from the functional medium in the passage into the gas half circle (G) of the working cycle.
14. Verfahren zum Betreiben einer Adsorptionswärmepumpe nach Anspru ch 13, dadurch gekennzeichnet, dass 14. A method for operating an adsorption heat pump according to Anspru ch 13, characterized in that
der Kondensator und der Verdampfer durch eine geregelte  the condenser and the evaporator through a regulated
Kondensatrückführung und/oder über das Reservoir (R) miteinander gekoppelt werden, wobei das Mengenverhältnis zwischen dem Arbeitsmedium und dem Funktionsmedium im Verdampfer durch die über die  Condensate return and / or via the reservoir (R) are coupled together, wherein the quantitative ratio between the working medium and the functional medium in the evaporator by the over
Kondensatrückführung rückgeführte Menge des Arbeitsmediums oder/und über ein geregeltes Abziehen der mit Funktionsmedium angereicherten Mischung mit dem Arbeitsmedium eingestellt wird. Condensate return recycled amount of the working fluid and / or regulated by a withdrawal of the enriched with functional medium mixture with the working fluid.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, 15. The method according to claim 13 or 14,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das flüssige Arbeitsmedium von mitgeführten Anteilen des Funktionsmediums spätestens vor dem Übertritt aus dem Flüssighalbkreis (F) in den Gashalbkreis (G) im Reservoir (R) entmischt wird, wobei aus dem Reservoir (R) ein  the liquid working medium of entrained components of the functional medium is separated from the reservoir (R) at the latest before the transfer from the liquid half-circle (F) into the gas semi-circle (G) in the reservoir (R)
Abführen des Arbeitsmediums und/oder des Funktionsmediums aus dabei entstehenden entmischten Anteilen in den Verdampfer (V) und/oder den Kondensator (K) im Arbeitskreislauf (A) der Adsorptionswärmepumpe erfolgt.  Discharge of the working medium and / or the functional medium resulting entmischten shares in the evaporator (V) and / or the capacitor (K) in the working circuit (A) of the adsorption heat pump takes place.
16. Verfahren nach Anspruch 15, 16. The method according to claim 15,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Reservoir (R) auf eine für die Mischung des Arbeitsmediums und dem Funktionsmedium charakteristische Entmischungstemperatur temperiert wird.  the reservoir (R) is tempered to a characteristic for the mixture of the working medium and the functional medium separation temperature.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, 17. The method according to any one of claims 13 to 16,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Entmischung von Arbeitsmittel und Funktionsmedium im Verdampfer erfolgt.  the separation of working fluid and functional medium takes place in the evaporator.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, 18. The method according to any one of claims 13 to 17,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Funktionsmedium oder eine Mischung aus dem Arbeitsmedium und dem Funktionsmedium in einem Reservoir (R) innerhalb des Flüssighalbkreises (F) des Arbeitskreislaufs zwischengelagert und von dort in den Flüssighalbkreis abgegeben wird, wobei ein vorbestimmtes Mengenverhältnis zwischen dem Arbeitsmedium und dem Funktionsmedium eingestellt wird.  the functional medium or a mixture of the working medium and the functional medium is temporarily stored in a reservoir (R) within the liquid half-circle (F) of the working cycle and discharged from there into the liquid half-circle, wherein a predetermined quantitative ratio between the working medium and the functional medium is set.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 13 bis 18, 19. The method according to any one of the preceding claims 13 to 18,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Funktionsmedium aus dem Reservoir (R) in den Verdampfer geleitet wird, wobei in dem Verdampfer ein Unterbrechen der Verdampfung des  the functional medium from the reservoir (R) is passed into the evaporator, wherein in the evaporator interrupting the evaporation of the
Arbeitsmediums durch ein Absenken des Dampfdrucks bewirkt oder  Working medium caused by lowering the vapor pressure or
Ausspülen des Arbeitsmediums ausgeführt wird.  Rinsing the working medium is performed.
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