DE102004049412A1

DE102004049412A1 - Vakuum-Sorptionsvorrichtung

Info

Publication number: DE102004049412A1
Application number: DE102004049412A
Authority: DE
Inventors: Marc Dr. Stricker
Original assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Priority date: 2004-10-08
Filing date: 2004-10-08
Publication date: 2005-11-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vakuum-Sorptionsvorrichtung, umfassend eine Wärmequelle (7) mit einem ersten Wärmetauscher (1), einen aus einem Sorptionsmittel und einem zweiten Wärmetauscher (2) bestehenden, periodisch ein Kältemittel ad- oder desorbierenden Sorber (4) und einen mit einem Wärmeträgermedium befüllten, die Wärmetauscher (1, 2) miteinander verbindenden Wärmeträgerkreislauf (5). Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass der Wärmeträgerkreislauf (5) mit einem phasenweise verschließbaren Speicher (6) zur Zwischenspeicherung einer Teilmenge des Wärmeträgermediums versehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuum-Sorptionsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Vakuum-Sorptionsvorrichtung umfassen eine beispielsweise als Brenner ausgebildete Wärmequelle mit einem ersten Wärmetauscher und einen aus einem Sorptionsmittel (beispielsweise Zeolith) und einem zweiten Wärmetauscher bestehenden, periodisch ein Kältemittel ad- oder desorbierenden Sorber. Diesbezüglich wird auf die DE 103 10 748 B3 und die DE 199 02 695 A1 verwiesen, wobei in beiden Fällen die Wärmetauscher zur Wärmeübertragung vom Brenner auf den Sorber über einen mit einem flüssigen Wärmeträger befüllten Wärmeträgerkreislauf miteinander verbunden sind.

Im Fall, dass der Wärmeträgerkreislauf der Vakuum-Sorptionsvorrichtung unmittelbar mit einem Heizkreislauf eines Gebäudes verbunden ist, besteht keine hydraulisch Trennung zwischen diesen beiden Kreisläufen, d. h. es existiert regelmäßig kein dritter Wärmietauscher im Wärmeträgerkreislauf. Im Fall, dass der Wärmeträgerkreislauf der Vakuum-Sorptionsvorrichtung nur mittelbar mit einem Heizkreislauf eines Gebäudes verbunden ist, wird eine hydraulisch Trennung mittels eines dritten Wärmetauschers realisiert, der den Wärmeträgerkreislauf und den Heizkreislauf thermisch miteinander verbindet.

Da derartige Vakuum-Sorptionsvorrichtungen, wie eingangs erwähnt, periodisch arbeiten und sich dabei insbesondere die Temperatur des Wärmeträgers (Wärmeträgermediums) ändert, ergibt sich der Nachteil, dass dieser während des periodischen Betriebs aufgeheizt bzw. abgekühlt werden muss. Hierdurch erfährt der Prozess eine Einbuße des Wirkungsgrades.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer vakuum-Sorptionsvorrichtung der eingangs genannten Art auf kon struktiv möglichst einfache Weise diese Verschlechterung des Wirkungsgrades auszuschließen bzw. jedenfalls zu reduzieren.

Diese Aufgabe ist mit einer Vakuum-Sorptionsvorrichtung der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass der Wärmeträgerkreislauf mit einem phasenweise verschließbaren Speicher zur Zwischenspeicherung einer Teilmenge des Wärmeträgermediums versehen ist. Dieser gewissermaßen als Puffer ausgebildete Speicher nimmt bzw. gibt abhängig von der jeweiligen Betriebsphase exergetisch "wertvolle" Energie auf bzw. ab. Hierdurch wird der Anteil an zuzuführender Hochtemperaturwärme insgesamt reduziert, was den Wirkungsgrad einer solchen Anlage steigert.

Mit anderen Worten ausgedrückt, ist also vorgesehen, den Sorber am Ende einer Desorptionsphase über ein geeignetes Stellorgan mit einem Pufferspeicher zu verbinden. Hierdurch wird der Speicherinhalt erwärmt, bis der Sorber und der Inhalt des Pufferspeichers sich näherungsweise auf gleichem Temperaturniveau befinden. Danach wird die Verbindung zwischen Sorber und Pufferspeicher getrennt. Der Pufferspeicher verweilt auf dem dann vorliegenden Temperaturniveau, während der – bezogen auf die einsetzende Adsorption – dann "vorgekühlte" Sorber mit einem Wärme aufnehmenden Medium verbunden wird.

Analog gestaltet sich die Adsorptionsphase. Am Ende dieser Phase, bei der der Sorber Wärme abgibt, wird dieser vom wärmeaufnehmenden Medium getrennt und mit dem Pufferspeicher verbunden. Der Sorber wird dann durch das auf höherem Temperaturniveau befindliche Wärmeträgermedium im Pufferspeicher erwärmt, und zwar bis sich beide Bauteile auf annähernd gleichem Temperaturniveau befinden. Hiernach wird der Pufferspeicher von Sorber getrennt. Die für die anschließende Desorptionsphase erforderliche Energie wird von der Wärme abgebenden Wärmequelle bereit gestellt.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die erfindungsgemäße Vakuum-Sorptionsvorrichtung einschließlich ihrer vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Ansprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigt jeweils schematisch
1 die erfindungsgemäße Vakuum-Sorptionsvorrichtung, bei der der Wärmeträgerkreislauf gleichzeitig den Heizkreislauf bildet; und
2 die erfindungsgemäße Vakuum-Sorptionsvorrichtung, bei der Wärmeträger- und Heizkreislauf mittels eines Wärmetauschers voneinander getrennt sind.
In den 1 und 2 sind zwei verschiedene Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vakuum-Sorptionsvorrichtung dargestellt. Beiden gemeinsam ist zunächst, dass sie eine vorzugsweise als Gasbrenner ausgebildete Wärmequelle 7 mit einem ersten Wärmetauscher 1, einen aus einem Sorptionsmittel (vorzugsweise Zeolith) und einem zweiten Wärmetauscher 2 bestehenden, periodisch ein Kältemittel ad- oder desorbierenden Sorber 4 und einen mit einem Wärmeträgermedium befüllten, die Wärmetauscher 1, 2 miteinander verbindenden Wärmeträgerkreislauf 5 aufweisen.
Erfindungswesentlich für beiden Ausführungsbeispiele ist nun, dass der Wärmeträgerkreislauf 5 mit einem phasenweise verschließbaren Speicher 6 zur Zwischenspeicherung einer Teilmenge des Wärmeträgermediums versehen ist. Wie weiter oben beschrieben, kann mit Hilfe dieses Pufferspeichers exergetisch wertvolle Energie zwischengespeichert werden.
Zur weiteren Wirkungsgradsteigerung ist dabei vorgesehen, dass der Speicher 6 ein Volumen aufweist, das größergleich dem Inhalt des Wärmeträgerkreislaufes 5 ist. Diese Maßgabe gewähr leistet, dass lediglich ein kleinerer, unvermeidlicher Anteil an Wärmeträgermedium am Temperaturhub teilnimmt.
Weiterhin ist der Wirkungsgrad der Vorrichtung besonders gut zu steigern, in dem dem Speicher 6 am Ende einer Desorptionsphase exergetisch hochwertiges Wärmeträgermedium zuführ- und indem vom Speicher 6 am Ende einer Adsorptionsphase exergetisch hochwertiges Wärmeträgermedium abführbar ist. Dabei ist der Speicher 6 in der Zwischenzeit selbstverständlich nicht leer, sondern mit exergetisch weniger wertvollem Wärmeträgermedium befüllt. Auf diese Weise wird die exergetisch wertvolle Energie besonders effektiv zwischengespeichert.
Wie eingangs erläutert, ist bei der Ausführungsform gemäß 1 vorteilhaft vorgesehen sein, dass der vorzugsweise mit einer Pumpe 14 versehene Wärmeträgerkreislauf 5 hydraulisch unmittelbar, das Wärmeträgermedium gemeinsam nutzend mit einem Heizkreislauf 8 eines Gebäudes verbunden ist. Dabei sind der Wärmeträgerkreislauf 5 und der Heizkreislauf 8 an zwei Schnittstellen 9, 10 miteinander verbunden.
Alternativ ist vorgesehen, und dies zeigt 2, dass der vorzugsweise mit einer Pumpe 14 versehene Wärmeträgerkreislauf 5 thermisch über einen dritten Wärmetauscher 3 – und somit hydraulisch getrennt – mit einem ebenfalls vorzugsweise mit einer Pumpe 14 versehenen Heizkreislauf 8 eines Gebäudes verbunden ist. In diesem Fall ist vorgesehen, dass der Wärmeträgerkreislauf 5 und der dritte Wärmetauscher 3 an zwei Schnittstellen 9, 10 miteinander verbunden sind.
Zur phasenweisen Verbindung des Speichers 6 mit den beiden Schnittstelle 9, 10 ist vorteilhaft vorgesehen (und dies gilt sowohl für 1 als auch für 2), dass dieser zwei Anschlüsse 11, 12 aufweist. Die Anschlüsse 11, 12 dienen dabei zur Zu- und Abführung des exergetisch hochwertigen Wärmeträgermediums in und aus dem Speicher 6 (wobei der Speicher in der Zwischenzeit wiederum nicht leer, sondern mit exergetisch weniger wertvollem Wärmeträgermedium befüllt ist). Um die Be- und Entladung des Speichers 6 gezielt vornehmen zu können, ist mindestens einer der Anschlüsse 11, 12 mit einem Ventil 13, vorzugsweise mit einem Dreiwegeventil, versehen. Dieses Ventil wird (nicht dargestellt) über eine entsprechende Regelung der Vorrichtung phasenweise gezielt betätigt.

1: Wärmetauscher
2: Wärmetauscher
3: Wärmetauscher
4: Sorber
5: Wärmeträgerkreislauf
6: Speicher
7: Wärmequelle
8: Heizkreislauf
9: Schnittstelle
10: Schnittstelle
11: Anschluss
12: Anschluss
13: Ventil
14: Pumpe

Claims

Vakuum-Sorptionsvorrichtung, umfassend eine Wärmequelle (7) mit einem ersten Wärmetauscher (1), einen aus einem Sorptionsmittel und einem zweiten Wärmetauscher (2) bestehenden, periodisch ein Kältemittel ad- oder desorbierenden Sorber (4) und einen mit einem Wärmeträgermedium befüllten, die Wärmetauscher (1, 2) miteinander verbindenden Wärmeträgerkreislauf (5), dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeträgerkreislauf (5) mit einem phasenweise verschließbaren Speicher (6) zur Zwischenspeicherung einer Teilmenge des Wärmeträgermediums versehen ist.
Vakuum-Sorptionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (6) ein Volumen aufweist, das größergleich dem Inhalt des Wärmeträgerkreislaufes (5) ist.
Vakuum-Sorptionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Speicher (6) am Ende einer Desorptionsphase Wärmeträgermedium zuführbar ist und dass vom Speicher (6) am Ende einer Adsorptionsphase Wärmeträgermedium abführbar ist.
Vakuum-Sorptionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeträgerkreislauf (5) hydraulisch unmittelbar, das Wärmeträgermedium gemeinsam nutzend mit einem Heizkreislauf (8) eines Gebäudes verbunden ist.
Vakuum-Sorptionsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeträgerkreislauf (5) und der Heizkreislauf (8) an zwei Schnittstellen (9, 10) miteinander verbunden sind.
Vakuum-Sorptionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeträgerkreislauf (5) thermisch über einer dritten Wärmetauscher (3) – hydraulisch getrennt – mit einem Heizkreislauf (8) eines Gebäudes verbunden ist.
Vakuum-Sorptionsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeträgerkreislauf (5) und der dritte Wärmetauscher (3) an zwei Schnittstellen (9, 10) miteinander verbunden sind.
Vakuum-Sorptionsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (6) zur phasenweisen Verbindung mit den beiden Schnittstellen (9, 10) zwei Anschlüsse (11, 12) aufweist.
Vakuum-Sorptionsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Anschlüsse (11, 12) mit einem Ventil (13), vorzugsweise ein Dreiwegeventil, versehen ist.
Vakuum-Sorptionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle (7) als Gasbrenner ausgebildet ist.