DE102007047435A1 - Tempering device for tempering adsorber of heat pump or refrigerator, has multi-layered storages for receiving fluid, where fluid in layered storage is layered corresponding to its temperature - Google Patents

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Abstract

The device has multi-layered storages (1, 2) receiving fluid. The fluid is transported from one storage to another storage and from the latter storage to the former storage such that the fluid flows through a heat adsorber (4) to be tempered so as to exchange heat between the fluid and the adsorber to be tempered. Each storage has an opening for supplying and discharging the fluid in different heights relative to an innermost point of the storages. The fluid in the layered storage is layered corresponding to its temperature.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Temperierung und zur Wärmerückgewinnung in thermisch getriebenen Wärmepumpen und Kältemaschinen aus festen Sorbentien, wie beispielsweise Adsorptionskältemaschinen.The The invention relates to a device and a method for temperature control and for heat recovery in thermally driven Heat pumps and chillers made of solid sorbents, such as adsorption chillers.

Der Wärmerückgewinnungsprozess in Wärmepumpen und Kältemaschinen stellt bislang einen Schwachpunkt dieser Anlagen dar. Eine gute Wärmerückgewinnung führt zu einer Steigerung aus COP (Coefficient of Performance) der das Verhältnis von Nutzwärme oder Nutzkälte zu benötigter Antriebswärme darstellt. Ein Adsorber muss erhitzt werden, um entladen zu werden und gekühlt werden, um beladen zu werden. Dieser zyklische Prozess führte bislang zu hohen Energieverlusten.Of the Heat recovery process in heat pumps and chillers so far represents a weak point of this Plants dar. A good heat recovery leads to an increase from COP (Coefficient of Performance) of the Ratio of useful heat or useful cold represents required drive heat. An adsorber must be heated to be discharged and cooled to be loaded. This cyclical process has so far led too high energy losses.

Nach dem Stand der Technik sind vor allem zwei Arten zur Realisierung dieser Wärmerückgewinnung bekannt:
Erstens eine Kopplung von mehreren Adsorbern auf eine Art und Weise, dass Wärme, die in einem noch vollständig desorbierten Adsorber auf dem höchsten Temperaturniveau der Adsorption frei wird, in einem anderen Adsorber, der gerade zu Beginn seiner Desorptionsphase ist, für die Desorption genutzt werden kann.According to the state of the art, two types of realization of this heat recovery are known above all:
Firstly, a coupling of several adsorbers in such a way that heat, which is released in a fully desorbed adsorber at the highest temperature level of adsorption, can be used for desorption in another adsorber, which is just at the beginning of its desorption phase ,

So beschreibt die WO 2007/065632 A1 „Adsorptionsmaschine mit Wärmerückgewinnung" ein Wärmerückgewinnungsverfahren für den Einsatz in Kältemaschinen mit zwei Absorbern. Darin werden die beiden Adsorber nach Beendigung des Adsorptionszykluses bzw. Desorptionszykluses so geschaltet, dass die Wärmetauscher der beiden Adsorber „kurzgeschlossen" werden, so dass Wärme aus dem heißen Adsorber zur Erhitzung des kalten Adsorbers eingesetzt wird und umgekehrt. Mit diesem Verfahren kann aber lediglich eine Wärmerückgewinnung von maximal 50% erzielt werden. Außerdem ist dieses Verfahren nur bei Adsorptionsmaschinen mit zwei Adsorbern anwendbar.That's how it describes WO 2007/065632 A1 "Heat recovery adsorption machine" A heat recovery process for use in two absorber refrigerators, where the two adsorbers are switched at the end of the adsorption cycle or desorption cycle so that the heat exchangers of the two adsorbers are "shorted" to remove heat from the hot adsorber Heating the cold adsorber is used and vice versa. With this method, however, only a heat recovery of up to 50% can be achieved. In addition, this method is only applicable to adsorption machines with two adsorbers.

Zweitens die Realisierung einer „thermal wave" ( US 4,694,659 ) in einem Kreis mit zwei Adsorbern. Dabei durchläuft ein Temperaturgradient die beiden in einem Fluidkreis hintereinander geschalteten Adsorber, wobei in Strömungsrichtung zwischen den adsorbierenden und den desorbierenden Adsorber der Nacherhitzer (die Hochtemperatur-Wärmequelle) geschaltet ist und zwischen den desorbierenden und den adsorbierenden Adsorber der Rückkühler geschaltet ist (die Mitteltemperatur-Wärmesenke). Zum Umschalten zwischen De- und Adsorption wird die Strömungsrichtung des Fluids umgekehrt und die Durchströmung von Rückkühler und Nacherhitzer so umgeschaltet, dass sich wieder die oben genannte Durchströmungsreihenfolge ergibt.Second, the realization of a "thermal wave" ( US 4,694,659 ) in a circle with two adsorbers. In this case, a temperature gradient passes through the two adsorbers connected in series in a fluid circuit, wherein the reheater (the high-temperature heat source) is connected in the flow direction between the adsorbing and desorbing adsorbers and the recooler is connected between the desorbing and adsorbing adsorbers (the medium-temperature heat sink ). To switch between adsorption and adsorption, the flow direction of the fluid is reversed and the flow of the recooler and reheater switched so that again results in the above-mentioned Durchströmungsreihenfolge.

Das hier beschriebene System zeichnet sich durch einen theoretisch sehr hohen Wirkungsgrad aus, weist aber eine sehr geringe spezifische Kälteleistung auf. Zudem werden hohe Anforderungen bezüglich der thermischen Eigenschaften an den Adsorber gestellt.The System described here is characterized by a theoretical very high efficiency, but has a very low specific Cooling capacity on. In addition, high demands are made regarding the thermal properties of the adsorber.

Hauptnachteil der „thermal wave" ist, dass für eine signifikante Erhöhung des COP der Temperaturgradient recht steil sein muss, damit z. B. während eines möglichst großen Teils der Adsorptionsphase das Wärmeträgerfluid den Adsorber mit der maximalen Adsorptionstemperatur verlässt (und die per Nachheizung zuzuführende Wärmemenge minimiert wird). Ein steiler Temperaturgradient bedeutet aber auch, dass zu jedem Zeitpunkt nur ein kleiner Teil des Adsorbers aktiv ist (d. h. adsorbiert) und der größere Teil des Adsorbers entweder bereits vollständig adsorbiert hat oder noch nicht mit der Adsorption begonnen hat. Dies wirkt sich negativ auf die Leistungsdichte der Kältemaschine (specific cooling power, SCP) aus. Bei der „thermal wave" besteht also ein starker Zielkonflikt zwischen den Zielen eines hohen COP und einer hohen Leistungsdichte. Zudem muss bei der „thermal wave" der gesamte Adsorber seriell durchströmt werden, wodurch sich lange Wege für das Wärmeträgerfluid und somit hohe Druckverluste und Pumpenenergieverbräuche ergeben.main disadvantage the "thermal wave" is that for a significant Increasing the COP of the temperature gradient will be quite steep must, so that z. B. during as large as possible Part of the adsorption phase, the heat transfer fluid leaves the adsorber with the maximum adsorption temperature (and the heat to be supplied by Nachheizung is minimized). But a steep temperature gradient also means that at any one time only a small part of the adsorber is active is (that is, adsorbed) and the greater part of the Adsorber either already completely adsorbed or not yet started adsorption. This has a negative effect on the power density of the chiller (specific cooling power, SCP) off. So with the "thermal wave" there is a strong one Target conflict between the goals of a high COP and a high one Power density. In addition, in the case of the "thermal wave" the entire adsorber are flowed through serially, resulting in long ways for the heat transfer fluid and thus result in high pressure losses and pump energy consumption.

Hauptnachteil von Anordnungen mit Wärmerückgewinnung zwischen mehr als zwei Adsorbern ist der hohe apparative Aufwand, der für die (thermisch voneinander zu isolierenden) Adsorber und ihre wechselnden Verschaltungen zu betreiben ist. Der erreichbare COP steigt hier mit der Anzahl der Adsorber, zugleich steigt aber der apparative Aufwand und damit die Kosten der Kältemaschine/Wärmepumpe.main disadvantage of arrangements with heat recovery between more than two adsorbers is the high expenditure on equipment required for the (thermally isolatable from each other) adsorbers and their changing Is to operate interconnections. The achievable COP rises here with the number of adsorbers, but at the same time the apparative increases Effort and thus the cost of the chiller / heat pump.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Vorrichtungen und ein Verfahren anzugeben, die die Probleme des Standes der Technik zu überwinden. Insbesondere soll eine Temperierungsvorrichtung angegeben werden, mit der eine Kälte- oder Wärmepumpe mit nur einem Adsorber mit hoher Specific Cooling Power (SCP, spezifische Kühlleistung) realisiert werden kann. Insbesondere soll jeder herkömmliche Adsorber verwendet werden können. Die SCP soll gegenüber dem Thermal-Wave-Verfahren deutlich gesteigert werden.It is therefore an object of the present invention, devices and to provide a method that addresses the problems of the prior art to overcome. In particular, a temperature control device be specified, with a refrigeration or heat pump with only one adsorber with high specific cooling power (SCP, specific Cooling capacity) can be realized. In particular, should Any conventional adsorber can be used. The SCP should be clear compared to the thermal wave method be increased.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Temperierungsvorrichtung nach Anspruch 1, das Verfahren zur Temperierung eines Wärmeadsorbers nach Anspruch 16, die Wärmepumpe nach Anspruch 20 und die Kältemaschine nach Anspruch 21. Vorteilhafte Weiterbildungen der Temperierungsvorrichtung und des Verfahrens werden in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen gegeben.These Task is solved by the tempering device according to claim 1, the method for controlling the temperature of a Wärmeadsorbers according to claim 16, the heat pump according to claim 20 and the Refrigerating machine according to claim 21. Advantageous developments the tempering device and the method are in the respective given dependent claims.

Erfindungsgemäß weist die Temperierungsvorrichtung zumindest eine zu temperierende Einheit, eine Flüssigkeit, einen ersten Schichtenspeicher zur Aufnahme der Flüssigkeit und einen zweiten, vom ersten Schichtenspeicher flüssigkeitsundurchlässig getrennten, Schichtenspeicher zur Aufnahme der Flüssigkeit auf.According to the invention the tempering device at least one unit to be tempered, a liquid, a first layer storage for receiving the liquid and a second, from the first layer storage liquid impermeable separated, stratified storage for receiving the liquid.

Da die Temperierungsvorrichtung besonders geeignet ist zur Wärmerückgewinnung in Wärmepumpen oder Kältemaschinen kann die zu temperierende Einheit ein Adsorber einer solchen Wärmepumpe oder Kältemaschine sein. Auch mehrere in Reihe oder parallel geschaltete Adsorber sind möglich. Durch die erfindungsgemäße Temperierungsvorrichtung kann dem Adsorber Flüssigkeit stets in der richtigen Temperatur bereitgestellt werden, also zum Beispiel zuerst kalte Flüssigkeit bei kaltem Adsorber und später heiße Flüssigkeit bei heißem Adsorber.There the temperature control device is particularly suitable for heat recovery in heat pumps or chillers can the too tempering unit an adsorber of such a heat pump or chiller. Also several in series or in parallel Switched adsorbers are possible. By tempering device according to the invention The adsorber can always keep liquid at the right temperature be provided, so for example first cold liquid with cold adsorber and later hot liquid with a hot adsorber.

Bei der Flüssigkeit handelt es sich vorteilhafterweise um Wasser oder eine Kühlflüssigkeit. Alle gängigen Flüssigkeiten aus der Heizungs-/ und Klimatechnik kommen in Frage, insbesondere Wasser und ein Wasser/Glykolgemisch.at the liquid is advantageously water or a coolant. All common Liquids come from the heating and air conditioning in question, especially water and a water / glycol mixture.

Erfindungsgemäß sind die beiden Schichtenspeicher flüssigkeitsundurchlässig voneinander getrennt, so dass kein direkter Flüssigkeitsaustausch zwischen den Schichtenspeichern möglich ist.According to the invention the two layer storage liquid impermeable separated, so no direct fluid exchange between the stratified storage is possible.

Erfindungsgemäß ist außerdem die Temperierungsvorrichtung so aufgebaut, dass die Flüssigkeit aus dem ersten Schichtenspeicher über die zu temperierende Einheit in den zweiten Schichtenspeicher transportierbar ist. Die Flüssigkeit durchströmt hierbei die zu temperierende Einheit derart, dass ein Wärmeaustausch zwischen der Flüssigkeit und der zu temperierenden Einheit möglich ist, und zwar in der Weise, dass die zu temperierende Einheit abgekühlt oder aufgeheizt wird.According to the invention In addition, the tempering device constructed so that the liquid from the first layer storage over the unit to be tempered can be transported into the second stratified storage is. The liquid flows through this to tempering unit such that a heat exchange between the liquid and the unit to be tempered possible is, in such a way that the unit to be tempered cooled or heated up.

Der erste Schichtenspeicher weist nun eine Öffnung zur Zuführung und Ableitung der Flüssigkeit auf, durch welche die Flüssigkeit aus oder in den Schichtenspeicher geleitet wird, nachdem bzw. bevor sie die zu temperierende Einheit durchströmt hat. Die Öffnung ist hierbei relativ zum tiefsten Punkt des ersten Schichtenspeichers in einer ersten Höhe angeordnet.Of the first layer storage now has an opening for feeding and discharging the liquid through which the liquid passes out of or into the stratified storage, after or before it the unit to be tempered has flowed through. The opening is here relative to the lowest point of the first layer memory arranged at a first height.

Entsprechend weist der zweite Schichtenspeicher eine Öffnung zur Zuführung und Ableitung der Flüssigkeit auf, durch welche die Flüssigkeit zu- oder ableitbar ist, nachdem bzw. bevor sie die zu temperierende Einheit durchströmt hat. Diese Öffnung des zweiten Schichtenspeichers ist in einer zweiten Höhe relativ zum tiefsten Punkt des zweiten Schichtenspeichers angeordnet.Corresponding the second stratified storage has an opening for feeding and discharging the liquid through which the liquid passes is derivable or derivable after or before they are to be tempered Unit has flowed through. This opening of the second Stratified storage is at a second height relative to lowest point of the second layer memory arranged.

Entscheidend ist nun, dass sich die erste Höhe, in welcher die Öffnung des ersten Schichtenspeichers angeordnet ist, von der zweiten Höhe, in welcher die Öffnung des zweiten Schichtenspeichers angeordnet ist, unterscheidet. Die Flüssigkeit wird also den beiden Schichtenspeichern in unterschiedlicher Höhe entnommen bzw. zugeführt.critical Now, that's the first height in which the opening of the first layer memory, from the second level, in which the opening of the second layer memory is arranged is different. So the liquid becomes the two Stratified storage tanks taken at different heights or supplied.

Beide Schichtenspeicher sind nun so ausgestaltet, dass die Flüssigkeit in ihnen entsprechend ihrer Temperatur mit von unten nach oben steigender Temperatur geschichtet ist. Das bedeutet, dass in jedem Schichtenspeicher zu unterst eine horizontale Schicht mit der kältesten oder geringsten Temperatur in dem entsprechenden Schichtenspeicher vorliegt, auf welcher parallele horizontale Schichten mit nach oben ansteigender Temperatur angeordnet sind. Das Wasser liegt also in den Schichtenspeichern entsprechend seiner Dichte geschichtet vor.Both Stratified storage tanks are now designed so that the liquid in them according to their temperature with rising from bottom to top temperature is layered. That means that in each stratified storage too Support a horizontal layer with the coldest or lowest temperature in the corresponding stratified storage, on which parallel horizontal layers rising upwards Temperature are arranged. The water is therefore in the stratified storage tanks layered according to its density.

Hier kommt nun der unterschiedlichen Höhe, in welcher die Ein- und Auslassöffnungen im ersten und zweiten Schichtenspeicher angeordnet sind, eine zentrale Bedeutung zu. Die unterschiedliche Höhe korrespondiert nämlich in den Schichtenspeichern zu Wasserschichten mit unterschiedlichen Temperaturen. Liegt beispielsweise die Öffnung des ersten Schichtenspeichers höher als die Öffnung des zweiten Schichtenspeichers, so kann aus dem ersten Schichtenspeicher zunächst warme Flüssigkeit entnommen werden, welche durch die zu temperierende Einheit dann aufgewärmt wird und mit einer etwas höheren Temperatur in den zweiten Schichtenspeicher eingeleitet wird. Durch die anfangs warme zu temperierende Einheit fließt also anfangs warme Flüssigkeit, so dass der Temperaturunterschied zur zu temperierenden Einheit gering ist. Die Temperatur der entnommen Flüssigkeit muss allerdings etwas unter der Temperatur der zu temperierenden Einheit liegen. Mit zunehmender Abkühlung der Einheit wird kühlere Flüssigkeit aus tiefer liegenden Schichten des ersten Speichers durch die Einheit in den zweiten Schichtenspeicher geleitet. In den zweiten Schichtenspeicher fließt also durch eine tief angeordnete Öffnung zunächst warme Flüssigkeit und anschließend kältere Flüssigkeit. Dadurch kann die Flüssigkeit einer bestimmten Temperatur dem Schichtenspeicher zugeführt werden, ohne dass sie im Speicher die Schichten anderer Temperaturen durchfließen muss. Die kältere Flüssigkeit wird durch die in tiefer Höhe angeordnete Öffnung unter die wärmere Flüssigkeit geschichtet. Dadurch liegt die Flüssigkeit auch im zweiten Schichtenspeicher entsprechend ihrer Temperatur geschichtet vor.Here now comes the different height in which the and outlet openings in the first and second layer stores are central to it. The different height namely corresponds in the stratified storage to water layers with different temperatures. For example, is the opening of the first stratified storage higher than the opening of the second layer memory, so may from the first layer memory First, warm liquid are removed, which is then warmed up by the unit to be tempered and at a slightly higher temperature in the second stratified storage is initiated. Due to the initially warm unit to be tempered so initially flows warm liquid, so that the temperature difference to be tempered unit is low. The temperature of the withdrawn liquid must, however slightly below the temperature of the unit to be tempered. With increasing cooling the unit becomes cooler Liquid from deeper layers of the first store passed through the unit in the second layer memory. In the second layer memory thus flows through a deep arranged opening, first warm liquid and then colder fluid. This allows the fluid to reach a certain temperature be supplied to the stratified storage without them in the Memory flow through the layers of other temperatures got to. The colder liquid gets through in deeper Height arranged opening under the warmer liquid layered. As a result, the liquid is also in the second Layered storage layer according to their temperature before.

Wird das Wasser in dieser Vorrichtung aus dem zweiten Schichtenspeicher in den ersten Schichtenspeicher geleitet, so wird dem zweiten Schichtenspeicher zunächst eine Flüssigkeit mit einer relativ geringen Temperatur entnommen, die nur etwas über der Temperatur der zu temperierenden Einheit liegt. Diese wird dann von der zu temperierenden Einheit bei deren Aufheizung abgekühlt und dann mit einer etwas geringeren Temperatur dem ersten Schichtenspeicher in einer hö heren Höhe zugeführt wird. Auch hier wird analog zum oben beschriebenen Fall die Flüssigkeit im ersten Speicher geschichtet, ohne dass zugeleitete Flüssigkeit Schichten anderer Temperatur durchsteigen muss. Die jeweils wärmere Flüssigkeit wird hier auf die kälteren Schichten geschichtet.If the water in this device is conducted from the second stratified storage into the first stratified storage, the first stratified storage is initially taken off a liquid having a relatively low temperature, which only slightly above the temperature of the unit to be tempered. This is then cooled by the unit to be tempered during their heating and then fed to the first stratified storage in a hö heren height with a slightly lower temperature. Again, the liquid is layered in the first memory, analogously to the case described above, without having to pass through liquid layers of another temperature. The warmer liquid is layered here on the colder layers.

Die Situation ist analog, wenn die Öffnung des ersten Schichtenspeichers tiefer angeordnet ist, als die Öffnung des zweiten Schichtenspeichers.The Situation is analog, if the opening of the first stratified storage is arranged lower than the opening of the second layer memory.

Für den Fall, dass die Schichtenspeicher einen unterschiedlichen horizontalen Querschnitt haben, ist es sinnvoll, die Höhe der Öffnung durch dasjenige Volumen festzulegen, welches sich in dem Schichtenspeicher unterhalb der Öffnung befindet. Die Öffnung des ersten Schichtenspeichers ist dann in einer ersten Höhe angeordnet, unterhalb derer ein Teilvolumen des ersten Schichtenspeichers vorliegt, und die Öffnung des zweiten Schichtenspeichers in einer zweiten Höhe angeordnet ist, unterhalb derer ein Teilvolumen des zweiten Schichtenspeichers vorliegt, welches kleiner ist als das Teilvolumen des ersten Schichtenspeichers unterhalb der ersten Öffnung. Ist die horizontale Querschnittsfläche eines Schichtenspeichers größer als jene des anderen, so liegen die Temperaturen in diesem Schichtenspeicher enger geschichtet vor als im anderen Schichtenspeicher. Der Abstand zweier Schichten mit einer gegebenen Temperaturdifferenz ist im enger geschichteten Fall also kleiner als im zweiten Schichtenspeicher.For the case that the layer stores a different horizontal Cross-section, it makes sense the height of the opening to be determined by the volume which is in the stratified storage located below the opening. The opening of the first stratified storage is then at a first height arranged below which a partial volume of the first layer memory is present, and the opening of the second layer memory is arranged at a second height below which one Partial volume of the second layer memory is present, which is smaller is below the partial volume of the first layer memory the first opening. Is the horizontal cross-sectional area one layer memory larger than the other, Thus, the temperatures in this stratified storage layer are stratified before than in the other stratified storage. The distance between two layers with a given temperature difference is in the stratified Case smaller than in the second layer memory.

Es ist bevorzugt, dass die Öffnung zum Zuführen und Ableiten der Flüssigkeit des ersten Behälters an oder nahe seiner Flüssigkeitsfüllhöhe oder seiner höchsten Stelle angeordnet ist. Ist der Schichtenspeicher also derart ausgestaltet, dass sich beim Ablassen der Flüssigkeit ein luftgefülltes Volumen oberhalb des Flüssigkeitsspiegels, also der Flüssigkeitsfüllhöhe, bildet, so ist die Öffnung vorzugsweise an oder nahe der Flüssigkeitsfüllhöhe angeordnet. Ist andererseits der Speicher so ausgebildet, dass sein Volumen immer vollständig mit Flüssigkeit gefüllt ist, das Volumen- aber veränderbar ist, so ist es bevorzugt, dass die genannte Öffnung an oder nahe der höchsten Stelle dieses Schichtenspeichers angeordnet ist. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der Boden und/oder die Oberseite der Behälter mit der Befüllung und Leerung steigen und sinken, der Boden kann hierbei als oder wie ein Kolben ausgebildet sein. Alternativ kann die Öffnung zur Zuführung und Ableitung in einem Schwimmer unterbracht sein und so immer oben schwimmen.It is preferred that the opening for feeding and Deriving the liquid of the first container at or near its liquid fill level or its highest point. Is the stratified storage So designed so that when draining the liquid an air-filled volume above the liquid level, So the liquid level, forms, so the opening is preferably at or near the Flüssigkeitsfüllhöhe arranged. On the other hand, the memory is designed so that its volume always completely filled with liquid is the volume but changeable so it is preferable that said opening at or near the highest Location of this layer memory is arranged. This can be done be achieved that the bottom and / or the top of the container with the filling and emptying rise and fall, the ground can be designed here as or as a piston. alternative can be the opening for feeding and discharging in be a swimmer and so always swim up.

Entsprechend ist es außerdem bevorzugt, dass die Öffnung zum Zuführen und Ableiten der Flüssigkeit des zweiten Schichtenspeichers an oder nahe dessen tiefster Stelle angeordnet ist. Beispielsweise kann also die Öffnung des ersten Schichtenspeichers in dessen Oberseite angeordnet sein und die Öffnung des zweiten Schichtenspeichers in dessen Unterseite. Ebenso möglich ist aber auch die Anordnung der entsprechenden Öffnungen in den Seitenwänden.Corresponding it is also preferred that the opening to Supplying and discharging the liquid of the second Stratified storage at or near its lowest point is. For example, therefore, the opening of the first layer memory be arranged in the top and the opening of the second layer memory in its bottom. Likewise possible but is also the arrangement of the corresponding openings in the side walls.

Der Transport der Flüssigkeit zwischen den Schichtenspeichern und durch das oder die zu temperierenden Einheiten erfolgt vorzugsweise über Pumpen. Die Pumpe kann dabei an beliebiger Position im Kreislauf angeordnet sein. So ist es beispielsweise auch möglich, dass die Pumpe im Wärmequellen- und Wärmesenkenkreis angeordnet ist und nicht speziell nur für den Wärmerückgewinnungsprozess verwendet wird.Of the Transport of the liquid between the stratified storage tanks and by the one or more to be tempered units is preferably carried out via pumps. The pump can be arranged at any position in the circuit be. For example, it is also possible that the pump arranged in the heat source and heat sink circuit is and not specifically used only for the heat recovery process becomes.

Eine weitere bevorzugte Variante sieht vor, dass die Vorrichtung an der Trennschicht einen Kolben aufweist. Dieser Kolben kann dann beispielsweise über einen Antrieb gesteuert werden, um einen Transport der Flüssigkeit zu ermöglichen. In dieser Weise ist es dann z. B. auch möglich, dass mehrere zu temperierende Einheiten und mehrere Schichtspeicher parallel geschaltet sind, wobei dann die Kolben der einzelnen Schichtspeicher über einen gemeinsamen Antrieb synchron angetrieben werden können. Dies hat den Vorteil, dass beim gleichzeitigen Umschalten mehrerer zu temperierender Einheiten, z. B. eines abzukühlenden und eines zu erwärmenden Adsorbers, nur ein Antrieb benötigt wird, der alle Trennschichten der verschiedenen Kolben durch geeignete mechanische Kopplung betreibt.A Another preferred variant provides that the device on the Separating layer has a piston. This piston can then, for example, over a drive can be controlled to facilitate transport of the fluid to enable. In this way it is then z. Belly possible that several units to be tempered and several Layer memory are connected in parallel, in which case the piston the individual layer memory via a common drive can be driven synchronously. This has the advantage that when simultaneously switching several units to be tempered, z. B. one to be cooled and one to be heated Adsorbers, only one drive is needed, all separating layers operates the various pistons by suitable mechanical coupling.

Somit ist das Verfahren nicht nur zur Wärmerückgewinnung geeignet, sondern kann auch zum Antrieb der Wärmeträgerflüssigkeit genutzt werden.Consequently is the process not just for heat recovery suitable, but can also drive the heat transfer fluid be used.

Vorzugsweise weist die Temperierungsvorrichtung außerdem zumindest eine Heizvorrichtung zum Heizen der Flüssigkeit auf und/oder eine Kühlvorrichtung zum Kühlen der Flüssigkeit. Diese Heiz- und/oder Kühlvorrichtungen können beispielsweise an einer Flüssigkeitsleitung, durch welche die Flüssigkeiten zwischen den Schichtenspeichern und den zu temperierenden Einheiten geleitet wird, angeordnet sein.Preferably the tempering device also has at least one Heating device for heating the liquid on and / or a cooling device for cooling the liquid. These heating and / or cooling devices can for example, on a fluid line through which the liquids between the layers stores and those too tempering units is passed, be arranged.

Die beiden Schichtenspeicher können auf verschiedene Weise ausgestaltet sein. So ist es möglich, dass der erste und der zweite Schichtenspeicher jeweils ein Behälter mit jeweils einer Unter- und einer Oberseite sind. Die Öffnung des ersten Behälters ist in diesem Falle vorzugsweise an dessen Oberseite angeordnet und die Öffnung des zweiten Behälters an dessen Unterseite. Die Öffnungen können aber auch in geeigneten Höhen an den Seitenwänden zwischen der Ober- und der Unterseite angeordnet sein.The two layer memories can be designed in different ways. Thus, it is possible that the first and the second layer memory are each a container, each having a bottom and a top. The opening of the first container is in this case preferably arranged on the upper side thereof and the opening of the second container on the underside thereof. But the openings can be arranged at appropriate heights on the side walls between the top and bottom.

Alternativ hierzu können die beiden Schichtenspeicher aber auch in einem Gehäuse angeordnet sein. Hier ist es z. B. möglich, das Gehäuse durch eine bewegliche Trennschicht oder Trennwand in zwei Teilvolumina zu unterteilen. Das eine Teilvolumen entspricht dann dem ersten Schichtenspeicher und das andere Teilvolumen entspricht dem zweiten Schichtenspeicher. Wird nun die Trennwand oder Trennschicht verschoben, so vergrößert sich das eine Teilvolumen und damit der eine Schichtenspeicher, während sich das andere Teilvolumen und somit der andere Schichtenspeicher verkleinert. In diesem Falle wird also die Flüssigkeit aus dem sich verkleinernden Schichtenspeicher über die zu temperierende Einheit in den sich vergrößernden Schichtenspeicher gepumpt.alternative For this purpose, the two layer memory but also in be arranged a housing. Here it is z. Possible, the housing by a movable separating layer or partition into two sub-volumes to divide. This corresponds to a partial volume then the first layer memory and the other partial volume corresponds the second layer memory. Will now be the partition or separation layer shifted, so the partial volume increases and thus the one stratified storage while the other partial volume and thus the other layer memory reduced. In this case, so the liquid from the decreasing stratified storage on the tempered Unit in the expanding stratified storage pumped.

Bevorzugt ist hierbei, dass die Trennschicht eben ist und horizontal angeordnet ist. Die Schichtenspeicher, die als Teilvolumen eines Gesamtvolumens ausgebildet sind, liegen hierbei dann übereinander und die Trennwand oder die Trennschicht ist in vertikaler Richtung beweglich. Es ist bevorzugt, dass die Trennschicht oder Trennwand flüssigkeitsundurchlässig ist und besonders bevorzugt, dass sie thermisch isolierend ist.Prefers is here that the separation layer is flat and arranged horizontally is. The stratified storage, which is designed as a partial volume of a total volume are, then lie on top of each other and the partition or the separating layer is movable in the vertical direction. It is preferred that the separation layer or partition liquid impermeable is and especially preferred that it is thermally insulating.

Wie bereits beschrieben, kann die oben beschriebene Vorrichtung z. B. in einer Wärmepumpe oder in einer Kältemaschine zur Anwendung kommen.As already described, the device described above z. B. in a heat pump or in a chiller come into use.

Im Folgenden soll die vorliegende Erfindung anhand eines Beispiels näher erläutert werden. Es zeigtin the Below, the present invention will be described by way of example be explained in more detail. It shows

1 zwei Schichtenspeicher, die durch eine Trennwand getrennt in einem gemeinsamen Volumen angeordnet sind, beim Vorgang der Erwärmung eines Adsorbers, 1 two stratified storage tanks, which are arranged in a common volume separated by a dividing wall, in the process of heating an adsorber,

2 eine Vorrichtung gemäß 1 beim Vorgang der Abkühlung eines Adsorbers. 2 a device according to 1 during the process of cooling an adsorber.

1 zeigt eine Temperierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Hierbei ist ein Behälter 7 in einen ersten Schichtenspeicher 1 und einen zweiten Schichtenspeicher 2 durch eine bewegliche Trennwand 3 unterteilt. Die gezeigte Vorrichtung weist außerdem eine zu temperierende Einheit 4, hier einen Adsorber 4, auf. Der Adsorber 4 ist mit dem ersten Schichtenspeicher 1 durch eine Leitung 6 verbunden, während er mit dem zweiten Schichtenspeicher 2 über die Leitung 5 verbunden ist. Die Anlage befindet sich in 1 im Zustand zum Anfang einer Erwärmung des Adsorbers. Der Schichtenspeicher 1 ist fast vollständig entleert, während der Großteil der Flüssigkeit im Schichtenspeicher vorliegt. Die Flüssigkeit ist hierbei mit von unten nach oben ansteigender Temperatur horizontal geschichtet. Wird nun die Trennschicht 3 nach unten bewegt, so verkleinert sich das Volumen des Schichtenspeichers 2, während sich das Volumen des Schichtenspeichers 1 vergrößert. Hierdurch wird die Flüssigkeit im Schichtenspeicher 2 aus diesem herausgedrückt und durch den Adsorber 4 hindurch in den Schichtenspeicher 1 geleitet. Da die Schichten mit der geringsten Temperatur im Schichtenspeicher 2 zu unterst liegen, wird zunächst die Flüssigkeit mit der geringsten Temperatur durch den zunächst noch kühlen Adsorber geleitet. Mit zunehmender Verkleinerung des zweiten Teilvolumens 2 werden zunehmend Flüssigkeitsschichten mit höherer Temperatur durch den Adsorber 4 geleitet, so dass dieser sich nach und nach erwärmt. Wenn der Adsorber also kalt ist, wird relativ kühle Flüssigkeit durch ihn hindurch geleitet, wenn er warmer ist, wird wärmere Flüssigkeit durch ihn hindurchgeleitet. Dadurch ist die Temperaturdifferenz zwischen dem Adsorber 4 und der durch ihn hindurchgeleiteten Flüssigkeit stets gering, jedoch so groß, dass eine Temperaturänderung des Adsorbers 3 bewirkt wird, also Wärme von der Flüssigkeit in den Adsorber fließt. 1 shows a tempering device according to the present invention. Here is a container 7 in a first layer memory 1 and a second layer memory 2 through a movable partition 3 divided. The device shown also has a unit to be tempered 4 , here an adsorber 4 , on. The adsorber 4 is with the first layer memory 1 through a pipe 6 connected while using the second layer memory 2 over the line 5 connected is. The facility is located in 1 in the state to the beginning of heating of the adsorber. The stratified storage 1 is almost completely emptied while most of the liquid is in the stratified storage. The liquid is layered horizontally with increasing temperature from bottom to top. Will now be the separation layer 3 moved down, so the volume of the stratified storage decreases 2 while the volume of the layer memory 1 increased. As a result, the liquid in the stratified storage 2 pushed out of this and through the adsorber 4 through into the stratified storage 1 directed. Because the layers with the lowest temperature in the stratified storage 2 At the bottom, the liquid with the lowest temperature is first passed through the initially cool adsorber. With increasing reduction of the second partial volume 2 Increasingly, higher temperature liquid layers are being passed through the adsorber 4 so that it heats up gradually. Thus, when the adsorber is cold, relatively cool liquid is passed through it; if it is warmer, warmer liquid is passed through it. This is the temperature difference between the adsorber 4 and the liquid passed through it always small, but so large that a temperature change of the adsorber 3 is effected, so heat from the liquid flows into the adsorber.

2 zeigt die in 1 gezeigte Vorrichtung im Anfangszustand der Kühlung des Adsorbers. Der größte Teil der Flüssigkeit befindet sich im Teilvolumen 1, während das Teilvolumen 2 fast vollständig entleert ist. Im Schichtenspeicher 1 liegt die Flüssigkeit wiederum entsprechend ihrer Temperatur geschichtet vor, wobei wiederum die Flüssigkeit höherer Temperatur höher angeordnet ist als die Flüssigkeit geringerer Temperatur. Wird nun die Trennwand 3 nach oben verschoben, so wird Flüssigkeit aus dem Teilvolumen 1 hinausgeschoben und durch die Leitung 6 durch den Adsorber 4 geleitet. Da warme Flüssigkeitsschichten zu Oberst angeordnet sind, wird zunächst warme Flüssigkeit aus den Schichtenspeicher 1 in den Adsorber geleitet und mit zunehmender Höhe der Trennschicht 3 auch zunehmend kühlere Flüssigkeitsschichten durch den Adsorber 4 geleitet. Dieser kühlt sich dadurch ab, wobei die Temperaturdifferenz zwischen dem Adsorber und der durch ihn geleiteten Flüssigkeit jeweils gering ist, jedoch so groß, dass eine Temperaturänderung des Adsorbers 3 bewirkt wird, also Wärme vom Adsorber in die Flüssigkeit fließt. 2 shows the in 1 shown device in the initial state of cooling of the adsorber. Most of the liquid is in the partial volume 1 while the subvolume 2 almost completely emptied. In the stratified storage 1 in turn, the liquid is stratified in accordance with its temperature, wherein in turn the liquid of higher temperature is arranged higher than the liquid of lower temperature. Will now be the partition 3 shifted upward, so is liquid from the sub-volume 1 pushed out and through the line 6 through the adsorber 4 directed. Since warm liquid layers are arranged to Colonel, first warm liquid from the stratified storage 1 directed into the adsorber and with increasing height of the separation layer 3 also increasingly cooler fluid layers through the adsorber 4 directed. This cools thereby, wherein the temperature difference between the adsorber and the liquid passed through it is low, but so large that a temperature change of the adsorber 3 is effected, ie heat from the adsorber flows into the liquid.

Die in 1 und 2 gezeigten Prozesse können stets abwechselnd durchgeführt werden, wenn der Adsorber mit einer geringen Temperaturdifferenz aufgeheizt und abgekühlt werden soll.In the 1 and 2 shown processes can always be carried out alternately, if the adsorber is heated with a small temperature difference and cooled.

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Claims (21)

Temperierungsvorrichtung mit zumindest einer zu temperierenden Einheit, einer Flüssigkeit, einem ersten Schichtenspeicher zur Aufnahme der Flüssigkeit und einem zweiten, vom ersten Schichtenspeicher flüssigkeitsundurchlässig getrennten, Schichtenspeicher zur Aufnahme der Flüssigkeit, wobei die Flüssigkeit vom ersten in den zweiten und vom zweiten in den ersten Schichtenspeicher so transportierbar ist, dass sie die zu temperierende Einheit in einer Weise durchströmt, dass ein Wärmeaustausch zwischen der Flüssigkeit und der zu temperierenden Einheit stattfindet, und wobei der erste Schichtenspeicher eine Öffnung zur Zuführung und Ableitung der Flüssigkeit in einer ersten Höhe relativ zum tiefsten Punkt des ersten Schichtenspeichers aufweist und der zweite Schichtenspeicher eine Öffnung zur Zuführung und Ableitung der Flüssigkeit in einer zweiten, von der ersten Höhe verschiedenen Höhe relativ zum tiefsten Punkt des zweiten Schichtenspeichers aufweist, und wobei die Flüssigkeit im ersten und/oder zweiten Schichtenspeicher entsprechend ihrer Temperatur mit von unten nach oben steigender Temperatur geschichtet ist.Tempering device with at least one to tempering unit, a liquid, a first Stratified storage for holding the liquid and a second, liquid-impermeable to the first layer storage separate, stratified storage for receiving the liquid, in which the fluid from the first to the second and from the second in the first stratified storage is transportable so that they flows through the unit to be tempered in a manner that a heat exchange between the liquid and the unit to be tempered takes place, and wherein of the first layer storage an opening for feeding and discharging the liquid at a first height relative to the lowest point of the first layer memory and the second layer memory has an opening for feeding and discharging the liquid in a second, from the first height different height relative to the deepest Has point of the second layer memory, and where the Liquid in the first and / or second layer storage according to their temperature rising from bottom to top Temperature is layered. Temperierungsvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung zur Zuführung und Entnahme der Flüssigkeit in einer ersten Höhe angeordnet ist, unterhalb derer ein Teilvolumen des ersten Schichtenspeichers vorliegt, und wobei die Öffnung zur Zuführung und Entnahme der Flüssigkeit des zweiten Schichtenspeichers in einer zweiten Höhe angeordnet ist, unterhalb derer ein Teilvolumen des zweiten Schichtenspeichers vorliegt, welches kleiner als das Teilvolumen des ersten Schichtenspeichers ist, oder unterhalb derer kein Teilvolumen vorliegt.Tempering device after the preceding Claim, characterized in that the opening for Supply and removal of the liquid in one first height is arranged below which a partial volume the first layer memory is present, and wherein the opening for the supply and removal of the liquid of second layer memory arranged at a second height is below which a partial volume of the second layer memory is present, which is smaller than the partial volume of the first layer memory is, or below which there is no partial volume. Temperierungsvorrichtung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung zum Zuführen und Ableiten der Flüssigkeit des ersten Schichtenspeichers an oder nahe seiner Flüssigkeitsfüllhöhe bzw. seiner höchster Stelle angeordnet ist und dass die Öffnung zum Zuführen und Ableiten der Flüssigkeit des zweiten Schichtenspeichers an oder nahe dessen tiefster Stelle angeordnet ist.Temperature control device according to one of the two preceding Claims, characterized in that the opening for supplying and discharging the liquid of first stratified storage at or near its Flüssigkeitsfüllhöhe or its highest point is arranged and that the opening to the Supplying and discharging the liquid of the second Stratified storage at or near its lowest point is. Temperierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung des ersten Schichtenspeichers mit der zu temperierenden Einheit über eine erste Flüssigkeitsleitung verbunden ist und dass die Öffnung des zweiten Schichtenspeichers mit der zu temperierenden Einheit über eine zweite Flüssigkeitsleitung verbunden ist.Tempering device according to one of the preceding Claims, characterized in that the opening of the first stratified storage unit with the unit to be tempered a first fluid line is connected and that the opening of the second stratified storage unit with the unit to be tempered a second fluid line is connected. Temperierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Flüssigkeitsleitung zumindest eine Pumpe aufweist.Tempering device according to one of the preceding Claims, characterized in that the first and / or second liquid line has at least one pump. Temperierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Flüssigkeitsleitung eine Heizvorrichtung zum Heizen der Flüssigkeit und/oder eine Kühlvorrichtung zum Kühlen der Flüssigkeit aufweist.Tempering device according to one of the preceding Claims, characterized in that the first and / or the second liquid line is a heater for Heating the liquid and / or a cooling device for cooling the liquid. Temperierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Schichtenspeicher jeweils ein erster und ein zweiter Behälter mit jeweils einer Unterseite und einer Oberseite sind, und dass die Öffnung des ersten Behälters zur Zuführung und Ableitung der Flüssigkeit an dessen Oberseite angeordnet ist und dass die Öffnung des zweiten Behälters zur Zuführung und Ableitung der Flüssigkeit an dessen Unterseite angeordnet ist.Tempering device according to one of the preceding Claims, characterized in that the first and the second layer memory each a first and a second Containers each with a bottom and a top are, and that the opening of the first container for supplying and discharging the liquid whose top is arranged and that the opening of the second container for supply and discharge the liquid is arranged on the underside thereof. Temperierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Schichtenspeicher Teilbereiche eines Behälters sind, die durch eine bewegliche Trennschicht voneinander getrennt sind.Temperature control device according to one of the claims 1 to 6, characterized in that the first and the second layer memory Portions of a container are defined by a movable separating layer are separated from each other. Temperierungsvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschicht eben ist, horizontal angeordnet ist und in vertikaler Richtung beweglich ist.Tempering device after the preceding Claim, characterized in that the separating layer is flat, is arranged horizontally and is movable in the vertical direction. Temperierungsvorrichtung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschicht wärmeisolierend ist.Temperature control device according to one of the two preceding Claims, characterized in that the separating layer is heat-insulating. Temperierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierungsvorrichtung zusätzlich eine Pumpe für den Transport der Flüssigkeit aufweist.Tempering device according to one of the preceding Claims, characterized in that the tempering device in addition a pump for the transport of the liquid having. Temperierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Trennschicht ein Kolben angeordnet ist.Tempering device according to one of the preceding Claims, characterized in that at the separating layer a piston is arranged. Temperierungsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere zu temperierende Einheiten und mehrere Schichtspeicher parallel geschaltet sind und die Kolben der Schichtspeicher über einen gemeinsamen Antrieb synchron angetrieben werden.Tempering device according to claim 12, characterized characterized in that a plurality of units to be tempered and a plurality Layer memory are connected in parallel and the pistons of the layer memory over a common drive are driven synchronously. Temperierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu temperierende Einheit ein Adsorber einer Wärmepumpe oder Kältemaschine ist.Tempering device according to one of the preceding claims, characterized in that the unit to be tempered is an adsorber a heat pump or chiller is. Temperierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit Wasser enthält oder daraus besteht.Tempering device according to one of the preceding Claims, characterized in that the liquid Contains or consists of water. Verfahren zur Temperierung eines Wärmeadsorbers, wobei eine Flüssigkeit zur Kühlung der zu temperierenden Einheit aus einem ersten Schichtenspeicher an oder nahe dessen höchster Stelle oder dessen Flüssigkeitsfüllhöhe durch die zu temperierende Einheit hindurch in einen zweiten Schichtenspeicher an oder nahe dessen tiefster Stelle geleitet wird, und/oder eine Flüssigkeit zur Erwärmung der zu temperierenden Einheit aus dem zweiten Schichtenspeicher an oder nahe dessen tiefster Stelle durch die zu temperierende Einheit in den ersten Schichtenspeicher an oder nahe dessen höchster Stelle oder dessen Flüssigkeitsfüllhöhe geleitet wird.Method for tempering a heat adsorber, in which a liquid for cooling the tempering unit of a first stratified storage at or near its highest point or its liquid level through the unit to be tempered into a second stratified storage is conducted at or near its lowest point, and or a Liquid for heating the temperature to be tempered Unit from the second stratified storage at or near its deepest Place through the unit to be tempered in the first layer memory at or near its highest point or its liquid fill level is directed. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Schichtenspeicher Teilbereiche eines Behälters sind, die durch eine bewegliche Trennschicht flüssigkeitsundurchlässig voneinander getrennt sind und dass die Flüssigkeit von einem in den anderen Schichtenspeicher geleitet wird, indem die Trennschicht verschoben wird.Method according to the preceding claim, characterized marked that the first and the second layer memory Portions of a container are defined by a movable separating layer liquid impermeable separated from each other are and that the liquid from one in the another layer memory is passed through the release layer is moved. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15 verwendet wird.Method according to one of the two preceding claims, characterized in that a Temperierungsvorrichtung after one of claims 1 to 15 is used. Verwendung einer Temperierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15 zur Temperierung zumindest eines Adsorbers einer Wärmepumpe oder einer Kältemaschine.Use of a tempering device according to a of claims 1 to 15 for the temperature control of at least one Adsorber a heat pump or a refrigerator. Wärmepumpe mit einem Adsorber und einer Temperierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15 mit welcher der Adsorber temperierbar ist.Heat pump with an adsorber and a tempering device according to one of claims 1 to 15 with which the adsorber is temperature controlled. Kältemaschine mit einem Adsorber und einer Temperierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15 mit welcher der Adsorber temperierbar ist.Chiller with an adsorber and a tempering device according to one of claims 1 to 15 with which the adsorber is temperature controlled.
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