-
Die Erfindung betrifft eine Adsorptionswärmepumpe nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Betreiben einer Adsorptionswärmepumpe nach Anspruch 12.
-
Im Gegensatz zu Adsorptionswärmepumpen kommen auch so genannte Absorptionswärmepumpen zur Anwendung, bei denen das Kältemittel nicht an ein festes Adsorbens, sondern in ein, insbesondere flüssiges, Material hinein absorbiert wird. Ein Beispiel hierfür wird in der
DE 10 2010 027 914 A1 gelehrt. Die Druckschrift offenbart die Verwendung eines C2 bis C4-Alkohols als Kältemittel und einem Absorptionsmittel, in welchem eine ionische Flüssigkeit enthalten ist.
-
Die
WO 2006/134015 A1 lehrt Arbeitsmedien für Kälteprozesse. Gemäß der Druckschrift bestehen diese dort aus einem Sorptionsstoff und einem Kältemittel. Der Sorptionsstoff enthält mindestens ein nichtflüchtiges unter Normalbedingungen flüssiges organisches Salz oder eine Mischung organischer Salze, die unter Normalbedingungen flüssig ist. So werden beispielsweise in der
DE 32 07 656 A1 Sorptionsapparate und Verfahren zu deren Betrieb beschrieben.
-
Beispielhafte Sorptionsapparate und Verfahren zu deren Betrieb werden in der
DE 32 07 656 A1 gelehrt. Diese können beispielsweise simultan als Wärmepumpe und Wärmespeicher eingesetzt werden.
-
Die
DE 36 10 332 A1 lehrt ein Regenerativheizgerät, bei dem Wärme durch Adsorption eines Arbeitsstoffes, beispielsweise von Wasser, zwischengespeichert werden kann.
-
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 Arbeitsmedium wird in einem ersten Schritt in dem Adsorber adsorbiert. Dabei 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 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. Als ein festes Adsorbens kommen insbesondere Zeolithe zur Anwendung.
-
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.
-
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 die 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.
-
Bekannt ist, dass der Dampfdruck 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 Arbeitsmediums. Entsprechend wird die Verdampferleistung pro Mengeneinheit gesteigert. Wird als Arbeitsmedium z.B. Wasser verwendet, so können beispielsweise Salze zugesetzt werden. Der Einsatz löslicher Feststoffe führt aber zu unerwünschten Anreicherungen und Kristallbildungen im Verdampfer und kann dessen Korrosion fördern.
-
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 ungeeignet.
-
Es besteht daher die Aufgabe, den genannten Nachteilen abzuhelfen. Insbesondere soll eine Möglichkeit angegeben werden, den Dampfdruck des Arbeitsmediums zu erniedrigen, ohne dass die genannten nachteiligen Nebenwirkungen eintreten. Darüber hinaus besteht auch die Aufgabe, die Komponenten des Arbeitskreislaufs der Adsorptionswärmepumpe 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.
-
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einer Adsorptionswärmepumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit einem Verfahren zum Betreiben einer Adsorptionswärmepumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 13 oder 14. Die Unteransprüche enthalten zweckmäßige und/oder vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung bzw. des Verfahrens.
-
Die Adsorptionswärmepumpe umfasst eine Adsorbereinrichtung, enthaltend ein festes Adsorbens, einen Verdampfer, einen Kondensator oder einen 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 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. Bei dem Verdampfer/Kondensator besteht der Flüssighalbkreis aus den Abschnitten des Verdampfer/Kondensator besteht, aus welchen heraus das Arbeitsmedium verdampft und in welchen es wieder kondensiert.
-
Der Flüssighalbkreis enthält ein mit dem Arbeitsmedium mischbares flüssiges, den Dampfdruck des Arbeitsmediums senkendes Funktionsmedium. Das Funktionsmedium ist eine ionische Flüssigkeit.
-
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 ist eine ionische Flüssigkeit. Das Funktionsmedium tritt dabei praktisch nicht in die Gasphase über, es wird insbesondere in der Adsorbereinrichtung signifikant weder adsorbiert noch desorbiert.
-
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 Arbeitsmedium Wasser ist demnach ein Funktionsmedium mit einem Dampfdruck bei 25°C von 0,2 mbar geeignet.
-
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 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 Zustand einen hohen Wert aufweist und im abgereicherten Zustand einen im Vergleich dazu niedrigeren Wert annimmt.
-
Bei dieser Ausführungsform ist ein Kreislauf für das Funktionsmedium vorgesehen, in welchem es im Flüssighalbkreis mit dem Arbeitsmedium in Mischung tritt, mitgeführt wird, abschließend wenigstens teilweise entmischt und als angereicherte Mischung wieder zurückgeführt wird, um wieder mit Arbeitsmedium zu einer abgereicherten Mischung gemischt zu werden.
-
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 Arbeitsmediums 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.
-
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.
-
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 ablaufenden Kondensation ein Überführen von Anteilen des kondensierten Arbeitsmediums von dem Kondensator in den Verdampfungsprozess innerhalb des Verdampfers ausführbar ist. Hiermit ist es möglich, während des Verdampfungsprozesses im Verdampfer das Mengenverhältnis zwischen Arbeitsmedium und Funktionsmedium innerhalb eines bestimmten Bereichs zu regeln.
-
Bei einer Ausführungsform mit Verdampfer/Kondensator liegt das Funktionsmedium als ein permanenter Flüssigkeitsvorrat im Verdampfer/Kondensator vor. Das Arbeitsmedium kondensiert in das Funktionsmedium hinein und wird aus dem Funktionsmedium hinaus wieder verdampft. Das Funktionsmedium selbst bleibt jedoch im Verdampfer/Kondensator und wird weder nennenswert absorbiert noch desorbiert.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Funktionsmedium als ein Wärmeübertragungsmedium in einem den Verdampfer und/oder den Kondensator oder den Verdampfer/Kondensator mit externen Wärmequellen und/oder Wärmesenken verbindenden, in Richtung der Adsorptionswärmepumpe offenen Hydraulikkreislauf vorgesehen. Das Funktionsmedium erfüllt hier eine 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 Wärmeübertragung so vollzogen, dass das Arbeitsmedium direkt in das Funktionsmedium hinein kondensiert oder daraus heraus verdampft und somit Wärme über die Mischung und Entmischung zwischen Arbeitsmedium und Funktionsmedium übertragen wird.
-
Bei einer Ausführungsform dient das Reservoir im Flüssighalbkreis als Dosiereinheit zum Einstellen eines definierten Mengenverhältnisses zwischen dem Arbeitsmedium und dem Funktionsmedium.
-
Bei einer Ausführungsform ist das Reservoir als eine Entmischeinrichtung für das Arbeitsmedium ausgebildet, bei der eine Entmischung zwischen dem Arbeitsmedium und dem Funktionsmedium ausführbar ist und das Arbeitsmedium und/oder das Funktionsmedium über separate Ausgänge in veränderten Konzentrationen aus den entmischten Bereichen ableitbar ist.
-
Das Reservoir ist in einer Variante ein auf eine definierte Entmischungstemperatur temperiertes Behältnis, wobei der Entmischungstemperatur ein kritisches Mengenverhältnis zwischen dem Arbeitsmedium und dem Funktionsmedium entspricht.
-
Das Funktionsmedium ist erfindungsgemäß 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, Hexafluorophosphaten, Phosphinaten oder Tosylaten.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Funktionsmedium ein 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.
-
Ein Verfahren zum Betreiben einer Adsorptionswärmepumpe mit einem 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. Die Entmischung von Arbeitsmittel und Funktionsmedium erfolgt erfindungsgemäß im Verdampfer.
-
Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens werden der Kondensator und der Verdampfer durch eine geregelte Kondensatrückführung miteinander gekoppelt, wobei das Mengenverhältnis zwischen dem Arbeitsmedium und dem Funktionsmedium im Verdampfer durch die über die Kondensatrückführung rückgeführte Menge des Arbeitsmediums eingestellt wird.
-
Bei einer Ausführungsform wird das flüssige Arbeitsmedium von mitgeführten Anteilen des Funktionsmediums spätestens vor dem Übertritt aus dem Flüssighalbkreis in den Gashalbkreis über eine Entmischungseinrichtung mindestens teilweise entmischt, wobei aus der Entmischungseinrichtung ein Abführen des Arbeitsmediums und/oder des Funktionsmediums aus dabei entstehenden entmischten Anteilen in den Verdampfer und/oder den Kondensator im Arbeitskreislauf der Adsorptionswärmepumpe erfolgt.
-
Bei einer Ausführungsform wird die Entmischungseinrichtung auf eine für die Mischung des Arbeitsmediums und dem Funktionsmedium charakteristische Entmischungstemperatur temperiert.
-
Erfindungsgemäß erfolgt die Entmischung von Arbeitsmittel und Funktionsmedium im Verdampfer. Dies wird insbesondere beim normalen Verdampfungsprozess im Rahmen des Betriebs der Adsorptionswärmepumpe ausgeführt.
-
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.
-
Bei einer Ausführungsform wird das Funktionsmedium aus dem Reservoir in den Verdampfer geleitet, wobei in dem Verdampfer eine Unterbrechung der Verdampfung des Arbeitsmediums durch ein Absenken des Dampfdrucks bewirkt oder Ausspülen des Arbeitsmediums ausgeführt wird.
-
Die erfindungsgemäße Adsorptionswärmepumpe und das Verfahren zum Betreiben der Adsorptionswärmepumpe sollen nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Zur Verdeutlichung dienen die beigefügten Figuren. Es werden für gleiche oder gleichwirkende Teile dieselben Bezugszeichen verwendet.
-
Es zeigt:
- 1 einen beispielhaften Aufbau einer Adsorptionswärmepumpe in einer ersten Ausführungsform,
- 2 einen beispielhaften Aufbau einer Adsorptionswärmepumpe in einer zweiten Ausführungsform,
- 3 einen beispielhaften Aufbau einer Adsorptionswärmepumpe in einer dritten Ausführungsform,
- 4 einen beispielhaften Aufbau einer Adsorptionswärmepumpe in einer vierten Ausführungsform,
- 5 einen beispielhaften Aufbau einer Adsorptionswärmepumpe in einer fünften Ausführungsform,
- 6 einen beispielhaften Aufbau eines Verdampfers mit Rückführungsanschlüssen der Mischung des Arbeitsmediums,
- 7 eine beispielhafte Darstellung der Entmischung und Rückführung einer entmischten Phase des Funktionsmediums,
- 8 eine beispielhafte Darstellung einer Adsorptionswärmepumpe mit je einem Reservoir in der Kondensatrückführung und in der Funktionsmediumrückführung.
-
1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Adsorptionswärmepumpe.
-
Die Adsorptionswärmepumpe enthält eine Adsorbereinrichtung Ad, die im hier gegebenen Beispiel in Form zweiter Teiladsorber Ad1 und Ad2 ausgebildet ist. Die Adsorbereinrichtung wird mittels Schaltventilen V1 bis V4 beschaltet. Weiterhin enthält die Adsorptionswärmepumpe einen Verdampfer V und einen Kondensator 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 Umgebung auf. In einem weiteren Schritt wird das Arbeitsmedium aus der Adsorbereinrichtung beispielsweise durch Zufuhr externer Abwärme ausgetrieben. Das Arbeitsmedium gelangt dann im gasförmigen Zustand 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 Adsorptionswärmepumpe.
-
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.
-
Das in 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.
-
Das Arbeitsmedium ist innerhalb des Flüssighalbkreises F mit einem Funktionsmedium gemischt. Innerhalb des Gashalbkreises G, in dem das Arbeitsmedium in die Gasphase übergegangen ist, befindet sich dagegen kein Funktionsmedium. Das bedeutet, dass das Arbeitsmedium von dem Funktionsmedium spätestens im Verdampfer V getrennt wird und frühestens in dem Kondensator K mit dem Funktionsmedium wieder in einen mischenden Kontakt tritt.
-
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 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 vorgesehen. Über die Funktionsmediumrückführung wird eine mit dem Funktionsmedium angereicherte Mischung aus dem Verdampfer V in den Kondensator K überführt.
-
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 Ad1 und Ad2 untergliedert und mit einer Ventileinrichtung V1 bis V4 beschaltet. Während der erste Teiladsorber Ad1 einen Adsorptionsvorgang ausführt und dabei die 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 Arbeitsmedium und dem Funktionsmedium auf einen bestimmten Wert ein.
-
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 Funktionsmedium kann hierbei im Kondensator als ein Gefrierschutz, ein Korrosionsinhibitor oder auch als eine die Benetzung des Kondensators fördernde Flüssigkeit wirken.
-
Im Prinzip wird somit in dem Beispiel aus 1 der Flüssighalbkreis F der 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.
-
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Adsorptionswärmepumpe. Die Adsorptionswärmepumpe enthält auch hier den Verdampfer V, die Adsorbereinrichtung Ad und den Kondensator K. Sowohl der Verdampfer als auch der Kondensator K sind hier über interne Wärmeübertrager und Wärmeträgerkreisläufe W1 und W2 mit externen Wärmequellen und Wärmesenken verbunden, die insbesondere als Niedertemperaturquellen und Mitteltemperatursenken ausgebildet sein können.
-
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.
-
3 zeigt eine Ausführungsform einer Adsorptionswärmpepumpe, bei der die Wärmeträgerkreisläufe W1 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.
-
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 Arbeitskreislauf der Adsorptionswärmepumpe. Das in den Wärmeträgerkreisläufen zirkulierende Gemisch aus dem Arbeitsmedium und dem Funktionsmedium gewährleistet dabei insbesondere, dass die Kreisläufe W1 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 W1 verbleibt, sich abkühlt und über den Wärmetransport von der externen Niedertemperaturquelle direkt in den 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.
-
4 zeigt eine Ausführungsform der Adsorptionswärmepumpe, bei der das Funktionsmedium ausschließlich im Verdampfer V vorgesehen ist. Das 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 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.
-
Der Verdampfer erfüllt bei der Ausführungsform aus 4 gleichzeitig neben der Verdampferfunktion die Funktion des Reservoirs für das Funktionsmedium sowie die Funktion einer Entmischeinrichtung.
-
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. Wärme zu einer Mitteltemperatursenke abführt.
-
Bei dieser Ausführungsform besteht der Gashalbkreis G der Adsorptionswärmepumpe aus der Verbindungsleitung zwischen dem Verdampfer/Kondensator V/K und der Adsorbereinrichtung Ad. Der Flüssighalbkreis F besteht dagegen im Wesentlichen nur aus dem Verdampfer/Kondensator selbst, insbesondere aus den Abschnitten des Verdampfer/Kondensators, aus welchen heraus das Arbeitsmedium verdampft bzw. in welchen es wieder kondensiert und somit in flüssiger Form vorliegt und mit dem Funktionsmedium gemischt ist.
-
Das Funktionsmedium FM befindet sich hier permanent in dem Verdampfer/Kondensator. Es kann insbesondere einen permanenten Flüssigkeitsspiegel bilden, in welchem das kondensierte Arbeitsmedium gesammelt und aus dem heraus es verdampft wird.
-
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.
-
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.
-
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.
-
Als ionische Flüssigkeit können eine ganze Reihe verschiedener Stoffe verwendet werden. Derartige Stoffe sind organische Salze, bei deren Ionen durch verschiedene Effekte die Bildung eines stabilen Kristallgitters 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.
-
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 Arbeitsbereich von Adsorptionswärmepumpen, d.h. für unterschiedliche resultierende Bereiche des Dampfdrucks, geeignete Stoffe zu finden.
-
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.
-
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 Arbeitsmediums. Durch das Verdampfen des Arbeitsmediums findet eine Anreicherung der ionischen Flüssigkeit im Verdampfer statt. Hierdurch verändert sich das ionische Mengenverhältnis zwischen dem Arbeitsmedium und der ionischen Flüssigkeit.
-
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 Arbeitskreislauf abgezogen und an anderer Stelle wieder dem Arbeitskreislauf zugeführt werden.
-
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 Arbeitsmedium zurückgegriffen wird. Bei derartigen Mischungen kommt es bei einer gegebenen Temperatur unterhalb eines kritischen ionischen Mengenverhältnisses zur Entmischung und die dichtere Phase des Arbeitsmediums, in welchem sich die ionische Flüssigkeit befindet, kann abgepumpt werden.
-
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.
-
Als Einspeisepunkt bieten sich hierbei der Verdampfer oder der Kondensator des Arbeitskreislaufs an.
-
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 Trenneinrichtung, in der sich die ionische Flüssigkeit sammelt und geregelt abgeführt werden muss.
-
Bei einem Einspeisen der ionischen Flüssigkeit in den Kondensator wird 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 unvermischten Arbeitsmedium in einem von der ionischen Flüssigkeit freien Kondensator.
-
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.
-
6 zeigt einen beispielhaften prinzipiellen Aufbau eines Verdampfers mit Rückführung der ionischen Flüssigkeit bzw. des mit ionischer Flüssigkeit angereicherten Arbeitsmittels.
-
Der Verdampfer enthält einen Anschluss 1 für den Dampftransport im Rahmen des Arbeitskreislaufs des Arbeitsmediums sowie einen Anschluss 2 für die 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 Arbeitsmedium verbunden. Über den Anschluss 2 wird dem Verdampfer direkt unvermischtes Arbeitsmedium aus dem Kondensator unter Umgehung des Adsorbers zugeführt.
-
Weiterhin ist ein Anschluss 3 vorgesehen, der einer Zu- und/oder Rückführung der ionischen Flüssigkeit bzw. des mit der ionischen Flüssigkeit 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 Niedertemperaturquelle gekoppelt und nimmt von dort Wärme auf. Der Temperierungskreislauf ist innerhalb des Verdampfers mit einer Wärmeübertragungsfläche ausgebildet.
-
Das Arbeitsmedium durchströmt den Verdampfer und trifft dabei auf die 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 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 Verdampfungseigenschaften des Arbeitsmediums, insbesondere dessen Dampfdruck, durch die ionische Flüssigkeit stark modifiziert.
-
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 Adsorbers im Arbeitskreislauf. Das mit der ionischen Flüssigkeit angereicherte Arbeitsmedium kann über den Anschluss 3 aus dem Verdampfer ausgeleitet werden.
-
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.
-
Die Entmischeinrichtung E wird ebenfalls über einen Temperierkreislauf 4 temperiert. Der Temperierkreislauf taucht zumindest teilweise in ein 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.
-
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.
-
Das Arbeitsmedium weist in der Entmischungseinrichtung ein kritisches 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 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.
-
Das Arbeitsmedium muss in der Entmischeinrichtung allerdings nicht notwendigerweise verdampfen. Es reicht grundsätzlich aus, dass sich das Arbeitsmedium entmischt und in zwei deutlich unterscheidbare Phasen scheidet. In einem solchen Fall kann das von ionischer Flüssigkeit weitgehend freie Arbeitsmedium auch direkt über einen Auslass 7 aus der ersten Phase und die weitgehend unvermischte ionische Flüssigkeit über den Anschluss 3 aus der Phase in den entsprechenden Mengen abgeleitet oder zugeführt werden.
-
Der Adsorber ist auf geeignete Weise mit einem Adsorbens gefüllt. Als Adsorbens sind insbesondere Zeolithe geeignet, die sich durch ein Porensystem mit Porendurchmessern im Bereich der Größe kleinerer Moleküle auszeichnen. 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 Flüssigkeiten besser als andere Substanzen geeignet, die auch dampfdruckverringernd oder frost-schutzwirkend eingesetzt werden könnten, wie z.B. Ethylenglycol, das auch in Zeolithporen eintreten kann.
-
8 zeigt eine beispielhafte Darstellung einer Adsorptionswärmepumpe mit einer Entmischungseinheit E. Diese Ausführungsform der Adsorptionswärmepumpe kann dann gewählt werden, wenn die ionische 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 Kondensator K mit definierten Mengen der ionischen Flüssigkeit in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebszustand und in Abhängigkeit von der jeweiligen Arbeitsphase beschicken. Sie soll somit also auch als eine Dosiereinrichtung wirken.
-
Als Entmischungseinheit fungiert das Reservoir R im Mischzweig M. Der Aufbau des Reservoirs ist beispielsweise wie in 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 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.
-
Sobald der Anteil der ionischen Flüssigkeit einen bestimmten Grenzwert überschreitet, der einem kritischen Mengenverhältnis bei der in der 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.
-
Diese Vorgehensweise bietet auch eine einfache Möglichkeit zur Regulierung des Mengenverhältnisses zwischen dem zirkulierenden 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 Flüssigkeit 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 Frostschutzeinrichtung.
-
Die Kondensatrückführung im Mischzweig M unterscheidet sich von der normalen Rückleitung des kondensierten Arbeitsmediums im Normalbetrieb der Adsorptionswärmepumpe in dem einen wesentlichen Punkt, dass die Kondensatrückführung gezielt gesteuert wird. Hierdurch kann ein gleichbleibend niedriger Dampfdruck während des gesamten Verdampfungsprozesses 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 Flüssigkeit etwas 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 Adsorptionsprozess später wieder fortgesetzt werden. Dieses Verfahren ermöglicht eine ventillose Unterbrechung des Adsorptionsprozesses zum Beispiel zum Zwecke der Energiespeicherung im Adsorber.
-
Zur Regulierung der Mengen der ionischen Flüssigkeit in Verdampfer und Kondensator und zur Speicherung der ionischen Flüsssigkeit kann auch in der Funktionsmediumrückführung ein Reservoir R vorgesehen werden.
-
Die Adsorptionswärmepumpe sowie das Verfahren zum Betreiben der Adsorptionswärmepumpe wurden anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Im Rahmen fachmännischen Handels sind weitere Ausgestaltungen möglich. Weitere Ausführungsformen ergeben sich auch aus den Unteransprüchen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Anschluss für Dampftransport
- 2
- Anschluss für Kondensatrückführung
- 3
- Anschluss für Rückführung der ionischen Flüssigkeit
- 4
- Temperierungskreislauf
- 5
- Dampfraum
- 6
- Gemischschicht
- 7
- Lösungsmittelauslass
- 8
- Wasserdampf
- 9
- Ionische Flüssigkeitsphase
- A
- Arbeitskreislauf
- Ad
- Adsorbereinrichtung
- Ads
- Adsorbens, fest
- Ad1
- erster Teiladsorber
- Ad2
- zweiter Teiladsorber
- DV
- Druckventil
- E
- Entmischungseinrichtung
- F
- Flüssighalbkreis
- FM
- Funktionsmedium
- FR
- Funktionsmedienrückfluss
- G
- Gashalbkreis
- K
- Kondensator
- KR
- Kondensatrückführung
- P
- Pumpe
- R
- Reservoir
- V
- Verdampfer
- V1-V4
- Ventileinrichtung
- V/K
- Verdampfer/Kondensator
- W
- Wärmeübertragungskreislauf
- W1
- erster Wärmeträgerkreislauf
- W2
- zweiter Wärmeträgerkreislauf
