AT411391B

AT411391B - Verfahren zum betrieb einer adsorptionswärmepumpe

Info

Publication number: AT411391B
Application number: AT0126301A
Authority: AT
Original assignee: Vaillant Gmbh
Priority date: 2001-08-13
Filing date: 2001-08-13
Publication date: 2003-12-29
Also published as: ATA12632001A

Description

Die Erfindung bezieht sich zunächst auf ein Verfahren gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Verfahrensanspruches.

In Adsorptionswärmepumpen werden eine Wärmequelle im Gerät, oft ein konventioneller Brenner, und eine Umweltwärmequelle genutzt, um einen Heizkreislauf zu beheizen. Die Umweltwär- mequelle wird genutzt, um in einem Verdampfer Kältemittel zu verdampfen, das in einem Adsorber adsorbiert, wodurch Adsorptionswärme freigesetzt wird. Diese Wärme geht auf einen Wärmeträger in einem Primärkreislauf über. Der Wärmeträger wird anschliessend von der Wärmequelle im Gerät weiter erhitzt und gelangt in einen Desorber. In dem Desorber wird Wärmeenergie dazu benötigt, um Kältemittel zu desorbieren. Das Kältemittel kondensiert an einem Kondensator und gibt dabei Wärme ab. Diese Wärme ist für den Heizkreislauf bestimmt.

Der Wärmeträger des Primärkreislaufs gibt nach Verlassen des Desorber einen Teil seiner Wärme an den Heizkreislauf, um dann wieder in den Adsorber zu strömen. Eine derartige Wärmepumpe ist in der EP 1 108 964 A2 ausführlich beschrieben.

Der Adsorptions- und Desorptionsprozess findet in der Regel bei Temperaturen zwischen 150 und 2000C statt. Soll die Wärmepumpe abgeschaltet werden, so ist zu beachten, dass solange der Adsorptionsprozess läuft, noch Wärme frei wird. Daher ist beispielsweise aus der JP 2000-220 898 A und JP 11-051 405 A bekannt, dass nach dem Abschalten der Wärmequelle Brenner zu Kühlzwecken die Zirkulationspumpe weiterläuft.

Aus der EP 608 500 A 1 und AT 386 674 B ist bekannt, dass bei konventionellen Heizanlagen während eines definierten Zeitintervalls nach dem Abschalten des Brenners die Zirkulationspumpen nachlaufen.

Um eine hohe Energieausbeute zu erreichen, sollte die oben genannte Wärme bei Wärmepumpen jedoch nicht nur abgeführt, sondern genutzt werden. Ein abruptes Abschalten der Anlage würde zudem zu einem heissen Adsorber, möglicherweise Überhitzungen und Wärmeverlusten führen.

Ziel der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und ein Verfahren der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei dem freiwerdende Wärmeenergie möglichst optimal genutzt wird.

Erfindungsgemäss wird dies bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Verfahrensanspruches erreicht.

Durch die vorgeschlagenen Massnahmen wird erreicht, dass die Wärme, die sich im Primärkreislauf noch befindet beziehungsweise bei der Adsorption und Kondensation noch frei wird, auf den Heizkreislauf übertragen werden kann.

Gemäss den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 2 ergibt sich der Vorteil, dass die Pumpennachlaufphase dann beendet wird, wenn nur noch ein geringer Wärmeübergang stattfindet, was anhand geringer Temperaturdifferenzen am Heiznetzwärmeaustauscher feststellbar ist.

Während gemäss Anspruch 2 der Wärmeübergang im Primärkreislauf die Pumpennachlaufzeit bestimmt, wird gemäss Anspruch 3 der Wärmeübergang im Kondensatorkreislauf gemessen. Das desorbierte Kältemittel kondensiert an einem Kondensator und gibt Wärme ab. Ist diese Wärme gering, so ist dies ein Zeichen dafür, dass kaum noch Desorption stattfindet. Es ist prinzipiell auch möglich, den Kondensator ohne gesonderten Kondensatorkreislauf direkt in den Heiznetzkreislauf einzubinden.

Gemäss den Merkmalen des Anspruchs 4 wird die Pumpennachlaufzeit dann beendet, wenn auf der Heiznetzseite an dem oder den Heiznetzwärmeaustauschern kaum noch eine Temperaturerhöhung feststellbar ist.

Gemäss den Merkmalen des Anspruchs 5 wird bei Beladung eines Warmwasserspeichers die Wärmequelle dann abgeschaltet, wenn durch die Nachladung die Speichersolltemperatur erreicht werden kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Fig. 1 erläutert. Es zeigt
Fig. 1 den Aufbau und die Verschaltung einer erfindungsgemässen Adsorptionswärmepumpe während der eigentlichen Arbeitsphase, in der in den Wärmepumpen-Modulen Wärme übertragen wird.

Eine Wärmepumpe gemäss Fig. 1 verfügt über einen Adsorber-Desorber-Kreislauf 40, in dem sich eine Wärmequelle in Form eines von einem Brenner 19 beheizten Primär-Wärmeaustauschers 11, ein Zeolith-Wärmeaustauscher 10, eine Umwälzpumpe 12, ein erster Heiznetzwärmeaustau-

scher 21 und ein weiterer Zeolith-Wärmeaustauscher 8, befinden, sowie ein Sole-Leitungssystem 1, das als Verdampferbereich arbeitet, in dem sich ein Kältemittelwärmeaustauscher 7, eine Umwälzpumpe 13 und eine Umweltwärmequelle 6 befinden und schliesslich ein Kondensator-Kreislauf 2, in dem sich ein Kältemittelwärmeaustauscher 9, eine Umwälzpumpe 14 und ein zweiter Heiznetzwärmeaustauscher 5 befinden.

Der Kältemittelwärmeaustauscher 9 und der Zeolith-Wärmeaustauscher 10 einerseits sowie der Kältemittelwärmeaustauscher 7 und der Zeolith-Wärmeaus-
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als baugleiche Wärmepumpen-Modulebehälter umfasst, in dem sich jeweils die Zeolith-Wärmeaustauscher 8 bzw. 10, der Kältemittelwärmeaustauscher 7 bzw. 9, ein Strahlungsschutz zwischen diesen beiden Wärmeaustauschern und das Kältemittel Wasser befinden. Im Warmwasserspeicher befindet sich ein Temperatursensor 56, der über eine Signalleitung mit einer Regelung 55 verbunden ist. Am ersten Heiznetzwärmeaustauscher 21 befinden sich auf beiden Seiten sowohl eingangs-, als auch ausgangsseitig Tem- peratursensoren 51 bis 54, die ebenfalls mit der Regelung 55 verbunden sind. Gleiches gilt für den zweiten Heiznetzwärmeaustauscher 5 mit den Temperatursensoren 57 bis 60.

In dem in Fig. 1 dargestellten Betriebszustand arbeitet Zeolith-Wärmeaustauscher 10 als Desorber und der Zeolith-Wärmeaustauscher 8 als Adsorber, der Kältemittelwärmeaustauscher 7 als Verdampfer und der Kältemittelwärmeaustauscher 9 als Kondensator.

In diesem dargestellten Zustand wird das Wärmeträgermedium im Adsorber-Desorber-Kreislauf 40 im Primär-Wärmeaustauscher 11 von dem Brenner 19 erhitzt. Das heisse Wärmeträgermedium strömt in den Zeolith-Wärmeaustauscher 10, der als Desorber arbeitet. Die Zeolithkugeln des Zeolith-Wärmeaustauscher 10 sind zunächst mit Wasser gesättigt. Die zugeführte Wärme bewirkt, dass das Wasser desorbiert wird und somit den Zeolith-Wärmeaustauscher 10 verlässt. Der so entstehende Wasserdampf kondensiert im Kältemittelwärmeaustauscher 9, der als Kondensator arbeitet und gibt somit Wärme an den Kondensator-Kreislauf 2 ab. Im ersten Heiznetzwärmeaustauscher 21 wird das Wärmeträgermedium des Adsorber-Desorber-Kreislauf 40 weiter abgekühlt und die Wärme auf einen Heizungskreislauf 49 abgegeben.

Im Wärmepumpen-Modul 15 ist der Zeolith im Zeolith-Wärmeaustauscher 8, der als Adsorber arbeitet, zunächst relativ trocken. Dem Kältemittelwärmeaustauscher 7, der als Verdampfer arbeitet, wird Umgebungswärme zugeführt.

Hierdurch wird Wasser, das sich um den Kältemittelwärmeaustauscher 7 (Verdampfer) befindet, verdunstet. Der so entstehende Wasserdampf gelangt zum Zeolith des Zeolith-Wärmeaustauschers 8, der als Adsorber arbeitet, wodurch der Zeolith sich erhitzt. Diese Wärme gibt der Zeolith-Wärmeaustauscher 8 an den Adsorber-Desorber-Kreislauf 40 ab.

Zum Abschalten des Systems wird zunächst der Brenner 19 abgeschaltet. Da sich weiterhin Wärme im Adsorber-Desorber-Kreislauf 40 befindet, findet sowohl weiterhin eine Desorption, als auch eine Adsorption statt. Daher müssen die Pumpen 12 und 46 weiterlaufen. Da Wärme über die beiden Heiznetzwärmeaustauscher 5 und 21 an den Heizungskreislauf 49 abgeführt wird, kühlt sich der Adsorber-Desorber-Kreislauf 40 langsam ab ; auch die Adsorption und die Desorption nimmt ab.

Anhand der Temperaturdifferenzen an den Heiznetzwärmeaustauschern 5 und 21 lässt sich feststellen, ob noch viel Wärme übertragen wird. Ist die Temperaturdifferenz nur noch sehr klein, so muss gegebenenfalls mehr Energie für die Pumpen und die Regelung aufgebracht werden, als auf den Heizungskreislauf 49 übertragen wird. Da dies nicht sinnvoll ist, werden die Pumpen 12 und 46 früher abgeschaltet.

Wird ein Warmwasserspeicher 18 geladen, so muss der Brenner 19 abgeschaltet werden, ehe der Warmwasserspeicher 18 seine Solltemperatur erreicht. Die Abschalttemperatur, die kleiner als die Solltemperatur ist, ist abhängig von dem Warmwasserspeichervolumen und der Leistung der Anlage.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zum Betrieb einer Adsorptionswärmepumpe mit geschlossenem Adsorber- Desorber-Kreislauf (40) mit mindestens zwei Wärmepumpen-Modulen (15, 16), bestehend <Desc/Clms Page number 3> jeweils aus einem Adsorber/Desorber, vorzugsweise einem Zeolith-Wärmeaustauscher (8, 10), und einem Kältemittel-Wärmeaustauscher (7,9), einem von einer Wärmequelle (19) beaufschlagten und mit dieser in Verbindung stehenden Primär-Wärmeaustauscher (11), einer Umwälzpumpe (12), einer Umweltwärmequelle (6), mindestens einem Heiznetzwär- meaustauscher (5,21) und einem Heizungskreislauf (49) mit eigener Umwälzpumpe (46), dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Abschaltung des Systems zunächst die Wär- mequelle (19) abgeschaltet wird, während die Umwälzpumpe (12) im Adsorber-Desorber- Kreislauf (40) und die Umwälzpumpe (46)

im Heizungskreislauf (49) weiterhin für eine be- stimmte Zeit-Periode weiterlaufen.
2. Verfahren zum Betrieb einer Adsorptionswärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Zeitperiode endet, sobald die Temperaturdifferenz zwischen der Rück- und Vorlauftemperatur des ersten Heiznetzwärmeaustauschers (21) auf der Seite des Adsorber-Desorber-Kreislaufes (40) einen bestimmten Betrag unterschreitet.
3. Verfahren zum Betrieb einer Adsorptionswärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Zeitperiode endet, sobald die Temperaturdifferenz zwischen der Rück- und Vorlauftemperatur des zweiten Heiznetzwärmeaustauschers (5) auf der Seite des Kondensator-Kreislaufes (2) einen bestimmten Betrag unterschreitet.
4. Verfahren zum Betrieb einer Adsorptionswärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Zeitperiode endet, sobald die Temperaturdifferenz zwischen der Vor- und Rücklauftemperatur mindestens eines Heiznetzwärmeaustauschers (5,21) auf der Seite des Heizungs-Kreislaufes (49) einen bestimmten Betrag unterschreitet.
5. Verfahren zum Betrieb einer Adsorptionswärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass bei Ladung eines Warmwasserspeichers (18) im Heizungskreislauf (49) die Abschaltung der Wärmequelle (19) erfolgt, sobald die Temperatur des Warmwas- serspeichers (18) eine Temperatur (T soll-AT), die um eine definierte Temperaturdifferenz AT kleiner ist als die Speichersolltemperatur T soll, erreicht.