DE19902695A1 - Sorptionswärmepumpe - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Sorptionswärmepumpe gemäß dem Oberbegriff des
Anspruches 1.
Sorptionswärmepumpen der eingangs erwähnten Art werden zur Beheizung von Gebäuden
sowie zur Warmwasserbereitung eingesetzt. Sie zeichnen sich durch eine besonders gute
Effizienz aus, da sie mit Hilfe eines thermodynamischen Kreisprozesses Umgebungswärme
auf ein für Heiz- oder Warmwasserzwecke nutzbares Temperaturniveau anheben. Durch
diesen Effekt können mit derartigen Wärmepumpen deutlich höhere primärenergetische
Nutzungsgrade erreicht werden, als mit konventioneller Heiztechnik.
Bei Sorptionswärmepumpen der eingangs erwähnten Art sind in der Regel alle Bauteile, wie
Ad- bzw. Desorber, Verdampfer und Kondensator, in je einem vakuumdichten Behälter
angeordnet. Dabei ergibt sich jedoch der Nachteil eines sehr erheblichen konstruktiven
Aufwandes.
Ziel der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden und eine Sorptionswärmepumpe der
eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, die sich durch einen geringen konstruktiven
Aufwand auszeichnet.
Erfindungsgemäß wird dies bei einer Sorptionswärmepumpe der eingangs erwähnten Art
durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht.
Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen genügt es einen einzigen vakuumdichten Behälter
vorzusehen, wobei sich durch die vorgeschlagene Anordnung ein sehr einfacher Aufbau
ergibt.
Durch die Merkmale des Anspruches 2 ergibt sich eine Verbesserung des Wirkungsgrades
der Sorptionswärmepumpe.
Durch die Merkmale des Anspruches 3 ist sichergestellt, daß es zu einer Vergrößerung der
Stoffaustauschfläche kommt.
Durch die Merkmale des Anspruches 4 ergibt sich der Vorteil, daß ein Wärmeaustausch
zwischen dem in jeder Betriebsphase wärmeren und kälteren Wärmeträger vermieden wird.
Die Merkmale der Ansprüche 5 und 7 ermöglichen einen sehr einfachen Aufbau der
Sorptionswärmepumpe, wobei gleichzeitig ein inniger Wärmeaustausch zwischen Adsorbens
bzw. Adsorbat mit den Wärmeträgern sichergestellt ist.
Durch die Merkmale des Anspruches 6 ist eine sichere Halterung des Adsorbens
sichergestellt.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert, die schematisch eine
erfindungsgemäße Sorptionswärmepumpe zeigt.
Die dargestellte Anordnung stellt eine Sorptionswärmepumpe dar. Dabei ist ein Ad-
/Desorber-Wärmetauscher 9 vorgesehen, der zusammen mit einem
Verdampfer/Kondensator-Wärmetauscher 10, in einem vakuumdichten Behälter 8
angeordnet ist, wobei der Ad-/Desorber-Wärmetauscher 9 oberhalb des
Verdampfer/Kondensator-Wärmetauschers 10 vorgesehen ist.
Dabei ist zwischen dem Verdampfer/Kondensator-Wärmetauscher 10 und dem Ad-
/Desorber-Wärmetauscher 9 ein plattenförmiger Strahlungsschutz 11 angeordnet, der einen
Wärmeaustausch durch Strahlungswärme zwischen den Wärmetauschern 9,10 weitgehend
unterbindet. Dabei kann der-Strahlungsschutz 11 aus einem beliebigen Werkstoff hergestellt
sein, wobei der Strahlungsschutz 11 als geschlossene Kreisscheibe ausgebildet sein kann,
so daß der Kältemitteldampf nur außen am Strahlungsschutz 11 vorbei zwischen den
Bauteilen 9, 10 hin- und herströmen kann. Zur Vergrößerung der Stoffaustauschfläche
können aber auch kleine Löcher im Strahlungsschutz vorgesehen sein.
Die Anschlüsse 9a und 9b des Ad-/Desorber-Wärmetauschers 9 durchsetzen die obere
Stirnseite 12 des Behälters 8, wogegen die Anschlüsse 10a, 10b des
Verdampfer/Kondensator-Wärmetauschers 10 die untere Stirnseite 13 des Behälters 8
durchsetzen, wodurch ein Wärmeaustausch zwischen den Wärmeträgern 1, 2, die die
Anschlüsse 9a, 9b, 10a, 10b durchströmen, vermieden wird. Dabei ist der Mantel des
Behälters 8 frei von Auslässen.
Der Ad-/Desorber 9 ist im wesentlichen aus übereinander angeordneten, rechteckigen, oder
kreisrunden Böden 14 aufgebaut, auf denen der Absorbens 15, z. B. Zeolith-Granulat, lose
aufgebracht ist. Diese Böden 14 sind von mehreren Glattrohren 16 durchsetzt, in denen ein
Wärmeträger 1 strömt. Dabei ist zur Fixierung des Adsorbens 15 auf den horizontalen
Böden 14 der gesamte Ad-/Desorber 9 von einem Drahtgeflecht 17 überzogen.
Der Verdampfer/Kondensator 10 ist ebenfalls aus übereinander angeordneten, rechteckigen
oder kreisförmigen Böden 18 aufgebaut, auf denen das flüssige Adsorbat zwischen den
verschiedenen Betriebsphasen gespeichert ist. Die Böden 18 werden von mehreren
Glattrohren 19 durchdrungen, in denen ein Wärmeträger 2 strömt.
Während der Desorptionsphase wird dem Ad-/Desorber 9 über den Anschluß 9a Wärme
mittels eines heißen Wärmeträgers 1 zugeführt. Dadurch wird das im Adsorbens 15
gespeicherte Adsorbat verdampft. Der Dampf strömt je nach Ausführung des
Strahlungsschutzes 11 an diesem vorbei und/oder durch gegebenenfalls in diesem
angeordnete kleine Löcher durch den Strahlungsschutz 11 hindurch und wird auf den
horizontalen Böden 18 des Verdampfer/Kondensators 10 kondensiert. Die dabei
freiwerdende Verflüssigungswärme wird von dem über den Anschluß 10a zufließenden
warmen Wärmeträger 2 aufgenommen und über den Anschluß 10b zu einem Verbraucher
"transportiert". Nachdem der Adsorbens 15 eine maximale Temperatur erreicht hat, wird die
Zufuhr des heißen Wärmeträgers 1 unterbrochen. Die gesamte in der Zeichnung
dargestellte Anordnung wird im folgenden abgekühlt. In der folgenden Betriebsphase, der
Adsorptionsphase, wird das auf den horizontalen Böden 18 des Verdampfer/Kondensators
10 gespeicherte flüssige Adsorbat durch Zufuhr des kalten Wärmeträgers 2 über den
Anschluß 10a verdampft. Das dampfförmige Adsorbat strömt wiederum an dem
Strahlungsschutz 11 vorbei und/oder gegebenenfalls durch diesen hindurch und wird vom
Adsorbens, das sich auf dem Ad-/Desorber 9 befindet, adsorbiert. Die dabei freiwerdende
Adsorptionswärme wird vom warmen Wärmeträger 1, der über den Anschluß 9a zufließt,
aufgenommen und über den Anschluß 9b zu einem Verbraucher transportiert. Nachdem der
Adsorbens eine minimale Temperatur erreicht hat, wird die gesamte in der Zeichnung
dargestellte Anordnung durch Zufuhr eines heißen Wärmeträgers 1 wieder aufgeheizt und
der Prozeß beginnt von neuem.
Durch die räumliche Trennung der beiden Hauptkomponenten 9 und 10 im oberen und
unteren Bereich des Vakuumbehälters 8 wird der unerwünschte Wärmeaustausch zwischen
den Komponenten 9 und 10 infolge der Wärmeleitung über die Behälterwand des
Vakuumbehälters 8 vermindert. Des weiteren minimiert der Strahlungsschutz 11 den
direkten Wärmestrahlungsaustausch zwischen den beiden Bauteilen 9, 10. Ein weiterer
Vorteil der übereinanderliegenden Anordnung beider Komponenten 9 und 10 wird deutlich,
wenn unerwünschte Kondensationserscheinungen von dampfförmigem Adsorbat auftreten.
Dies ist vornehmlich dann der Fall, wenn der Verdampfer/Kondensator 10 während der
Desorptionsphase nicht der kälteste Bauteil innerhalb des Vakuumbehälters 8 ist und somit
das dampfförmige Adsorbat an den anderen, jeweils kältesten Stellen im Behälter 8
kondensiert. Von dort tropft oder fließt das flüssige Adsorbat infolge der Schwerkraft nach
unten auf den Verdampfer/Kondensator 10. Diese Anordnung gewährleistet somit, daß das
flüssige Adsorbat unabhängig vom Ort der Verflüssigung den horizontalen Böden 18 des
Verdampfers/Kondensators 10 zugeführt wird, und durch Einkopplung von
Umgebungswärme wieder verdampft und in den Sorptionsprozeß eingekoppelt werden
kann.
Claims (7)
1. Sorptionswärmepumpe mit einem Ad-/Desorber-
Wärmetauscher (9), einem Verdampfer und einem
Kondensator, die miteinander verbunden sind, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Ad-/Desorber-Wärmetauscher (9), der
Verdampfer und der Kondensator, die zu einem
Verdampfer/Kondensator-Wärmetauscher (10) integriert sind,
in einem gemeinsamen vakuumdichten Behälter (8) angeordnet
sind, wobei der Ad-/Desorber-Wärmetauscher (9) oberhalb des
Verdampfer/Kondensator-Wärmetauschers (10) angeordnet ist.
2. Sorptionswärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß zwischen dem Ad-/Desorber-
Wärmetauscher (9) und dem Verdampfer/Kondensator-
Wärmetauschers (10) ein Strahlungsschutz (11) angeordnet ist.
3. Sorptionswärmepumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Strahlungsschutz (11) mit kleinen
Durchbrechungen versehen ist.
4. Sorptionswärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Abläufe (9a, 9b,
10a, 10b) die Stirnseiten des Behälters (8) durchsetzen.
5. Sorptionswärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der Ad-/Desorber (9) im
wesentlichen aus übereinander angeordneten, Böden (14)
gebildet ist, auf denen ein Adsorbens (15), z. B. (Zeolith-
Granulat) lose aufgebracht ist, wobei die Böden (14) von
mindestens einem Glattrohr (16) durchsetzt sind, in dem ein
Wärmeträger (1) strömt.
6. Sorptionswärmepumpe nach Anspruch 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß zur Fixierung des Adsorbens (15) der Ad-
/Desorber (9) von einem Drahtgeflecht (17) überzogen ist.
7. Sorptionswärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer/Kondensator
(10) aus übereinander angeordneten Böden (18) gebildet ist,
auf denen ein flüssiges Adsorbat zwischen den verschiedenen
Betriebsphasen gespeichert ist, wobei die Böden (18) von
Glattrohren (19) durchsetzt sind, in denen ein Wärmeträger (2)
strömt.
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