WO2018033246A1 - Anordnung, insbesondere kältemaschine oder wärmepumpe - Google Patents

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valve device
transfer fluid
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Roland Burk
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Mahle International Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to an arrangement, in particular a chiller or heat pump, and a method for operating this arrangement.
  • Thermally-driven sorption refrigeration plants have a high energy-saving potential, since cost-effective waste heat or excess heat is used as drive energy and expensive mechanical drive energy can be saved in this way.
  • the electrical networks can be relieved, especially in warm periods and climates with high refrigeration demand.
  • the systems can also be used as heat pumps, which raise additional ambient heat by means of burner heat to a temperature level sufficient for heating purposes.
  • thermochemical reactors have the disadvantage over continuous absorption systems that the periodic temperature changes with cycled thermal masses result in efficiency losses which reduce the power density or power efficiency achieved by the adsorption heat pumps or adsorption refrigeration system.
  • DE 10 2006 043 715 A1 discloses an adsorption heat pump in which a layer heat accumulator is used. This allows a staggered storage and reuse of sensible and latent heat in the adsorption cycle. However, such layer heat storage can not be used everywhere due to their large volume.
  • thermochemical reactor an adsorption heat pump or an adsorption chiller with a sorption module-presently uniformly referred to as a "thermochemical reactor” -with a heat buffer which has two partial reservoirs for receiving a heat transfer fluid with two different temperature levels.
  • thermochemical reactor is generally understood to mean a container having at least one working fluid and an integrated heat transfer structure, with the at least depending on a temperature boundary condition under hillsab- or supply an exothermic or endothermic reaction or phase transformation z can be brought to expiration.
  • sorption reactor or a phase changer, in particular a capacitor and / or evaporator.
  • phase changer in particular a capacitor and / or evaporator.
  • the presently used, essential to the invention heat buffer allows the intermediate storage of the heat transfer fluid with the temperature level of a heat source of the arrangement in the first part of memory and the simultaneous intermediate storage of the heat transfer fluid with the temperature level of a heat sink of the arrangement in the second part of the heat storage buffer store.
  • a volume decrease of the second partial accumulator is accompanied by the heat accumulator essential to the invention, and vice versa. Since the two volume-variable partial storage have the same total volume, introducing the heat transfer fluid with the temperature level of the heat source in the first subspace facilitates removal of the heat transfer fluid with the second temperature level from the second partial storage and vice versa. In this way, unwanted energy losses of the thermochemical reactor during thermal cycling, ie when switching between the two temperature levels of heat source and heat sink, can be minimized. As a result, this leads to an improved efficiency of the arrangement according to the invention over conventional arrangements.
  • An arrangement according to the invention in particular a chiller or a heat pump, comprises a first heat reservoir, which acts as a heat source, and a second heat reservoir, which acts as a heat sink.
  • the arrangement further comprises a thermochemically and fluidically connectable or connected to the heat reservoir thermochemical reactor.
  • the thermochemical reactor is an adsorption chiller or an adsorption heat pump or is essential functional component thereof.
  • the arrangement comprises a heat transfer fluid circuit, in which a heat transfer fluid for transporting heat between the two heat reservoirs and the thermochemical reactor is arranged.
  • a heat buffer for temporarily storing the heat transfer fluid is provided.
  • the heat buffer has a first partial storage with a variable storage volume.
  • the heat buffer has thermally and fluidly separated from the first part of a second storage partial memory with variable storage volume.
  • An existing in the heat transfer fluid circuit conveyor of the inventive arrangement is used to drive the heat transfer fluid in the heat transfer fluid circuit. Furthermore, the arrangement comprises a present in the heat transfer fluid circuit valve system comprising four adjustable valve devices.
  • the fluid inlet of the thermochemical reactor can optionally be connected to the fluid outlet of the first or second heat reservoir.
  • a fluid outlet of the thermochemical reactor can optionally be connected to the fluid inlet of the first or second heat reservoir.
  • the first partial storage can be connected either via the first heat reservoir or directly to the first valve device.
  • the second partial storage can be connected either via the first heat reservoir or directly to the first valve device. At least a portion of these four valve devices are controllable and adjustable by means of a control / regulating device. By means of these four adjustable valve devices, the heat transfer between. see the two heat reservoirs, the thermochemical reactor and the heat buffer by the heat transfer fluid controllable.
  • the heat buffer is designed for simultaneously receiving and emitting a first and a second fluid mass of the heat transfer fluid, the two fluid masses having different temperature levels. This makes it possible to simultaneously store in the intermediate heat storage fluid mass in the temperature range of the heat source and fluid mass in the temperature range of the heat sink in temperature-layered form between.
  • the first partial storage of the heat buffer is fluidly connected to the first heat reservoir and the second partial storage of the intermediate heat storage fluidly connected to the second heat reservoir.
  • This measure allows a simple supply of stored hot heat transfer fluid from the heat buffer into the first heat reservoir of the heat source lying at a high temperature level.
  • this measure allows a simple supply of stored cooler heat transfer fluid from the heat buffer into the second heat reservoir of the lower temperature level heat sink.
  • the heat buffer is realized as a container.
  • the container comprises a housing, in the interior of which a separating element is movably arranged, which subdivides the interior into a volume-variable first partial storage and a thermally isolated from the first partial storage, also volume-variable second partial storage.
  • a first passage for introducing and removing the heat transfer fluid is provided in or from the first part of memory.
  • a second passage for introducing and removing the heat transfer fluid into and out of the second storage part is provided in the housing.
  • the housing is elongated.
  • the first passage is arranged at a first longitudinal end and the second passage at a second longitudinal end opposite the first longitudinal end.
  • large length / cross-sectional area serves the purpose that a temperature stratification of the incoming or outflowing fluid mass is largely retained and does not mix appreciably during the required storage time.
  • the housing may be formed as a tubular body which extends along an axial direction substantially rectilinear.
  • the separating element for forming the two volume-variable partial storage along the axial direction is movable against the inside of a peripheral wall of the tubular body.
  • a first sensor element is provided on the first passage, by means of which it is possible to determine whether the separating element is in a first end position, in which the separating element has a minimum distance to the first passage.
  • a second sensor element may be provided on the second passage, by means of which it is possible to determine whether the separating element is in a second end position in which the separating element has a minimum distance to the second passage.
  • an operating state in which the heat transfer fluid circuit forms a first partial circuit can be set by the control / regulation device in the at least one adjustable valve device of the valve system.
  • the heat transfer fluid circulates between the thermochemical reactor and the second heat reservoir, in such a way that heat from the thermochemical reactor in the second heat reservoir, ie in the heat sink, is transmitted. In this way, heat can be dissipated from the thermochemical reactor in a particularly effective manner.
  • the first valve device and the second valve device preferably each fluidically connect the second heat reservoir with the thermochemical reactor. In this operating state, the position of the third and fourth valve device is irrelevant, since a flow through the heat buffer is not possible.
  • the first partial store preferably has a maximum volume and the second partial store has a minimum volume. This means that the first part storage is filled with the heat transfer fluid, which has substantially the temperature level of the heat source.
  • an operating state in which the heat carrier fluid circuit forms a second partial circuit can be set by the control / regulation device in the at least one adjustable valve device of the valve system.
  • the heat transfer fluid circulates between the thermochemical reactor and the first heat reservoir, so that heat is transferred from the first heat reservoir, that is from the heat source, into the thermochemical reactor.
  • the first valve device and the second valve device each fluidically connect the first heat reservoir with the thermochemical reactor. In this operating state, the position of the third and fourth valve device is irrelevant, since a flow through the heat buffer is not possible.
  • the second partial store preferably has a maximum volume and the first partial store has a minimal volume. This means that the second part of memory is filled with the fluid Erfluid, which has substantially the temperature level of the heat sink.
  • an operating state is adjustable by the control / regulating device in the at least one adjustable valve device of the valve system, in which heat carrier fluid is transported from the first partial store of the heat intermediate store into the thermochemical reactor. At the same heat transfer is rfluid transported from the thermochemical reactor in the second part of storage. In this way, the thermoelectric reactor can be supplied with heat stored in a particularly effective manner at an earlier point in time.
  • the first valve device and the third valve device preferably connect the thermochemical reactor, bypassing the first heat reservoir, fluidically directly to the first partial reservoir.
  • the second and the fourth valve device connect in this operating state, the thermochemical reactor fluidly with the second part of memory.
  • an operating state can be set by the control / regulation device in the at least one adjustable valve device of the valve system, in which heat carrier fluid passes into the thermochemical bypassing the second heat reservoir Reactor is transported. At the same heat transfer fluid is transported bypassing the first heat reservoir from the thermochemical reactor in the first part of storage.
  • the first valve device and the fourth valve device preferably connect the thermochemical reactor, bypassing the second heat reservoir, fluidically directly to the second partial reservoir.
  • the second valve device and the third valve device connect the thermochemical storage fluidically directly to the first partial storage.
  • the first and the second heat reservoir and the thermochemical reactor for introducing and discharging the heat transfer fluid each have a fluid inlet or a fluid outlet.
  • the heat transfer fluid circuit comprises a first adjustable valve device, by means of which the fluid inlet of the thermochemical reactor is optionally connectable to the fluid outlet of the first or second heat reservoir.
  • the heat transfer fluid circuit comprises a second adjustable valve device, by means of which the fluid outlet of the thermochemical reactor is optionally connectable to the fluid inlet of the first or second heat reservoir.
  • the heat buffer is fluidly connected in parallel to the second valve device, so that the fluid inlet of the first heat reservoir communicates fluidically with the first part of memory and the fluid inlet of the second heat reservoir fluidly communicates with the second part of memory.
  • the first valve device and the second valve device each comprise a 3/2-way switching valve.
  • the third and the fourth valve device are designed as 3/2-way switching valves.
  • the third and the fourth 3/2-way valve are each designed as self-switching valves, which are placed in the correct position due to the applied pressure differences or flow directions. This measure makes a functional coupling with the control / regulating device superfluous and thus simplifies the technical structure of the arrangement.
  • the invention further relates to a method for operating a, preferably previously presented, arrangement with a heat transfer fluid circuit in which a thermochemical reactor, two heat reservoirs of different temperature and a heat buffer are arranged and fluidly connected to each other by means of a heat transfer fluid circulation.
  • the heat buffer used for carrying out the method according to the invention has two thermal and fluidly separate partial reservoirs, in which a heat carrier fluid circulating in the heat carrier fluid circuit can be received thermally and fluidically separated from one another.
  • a heat carrier fluid circulating in the heat carrier fluid circuit can be received thermally and fluidically separated from one another.
  • the method according to the invention is carried out for carrying out a temperature change of the thermochemical reactor from a low to a higher temperature level in the first part of the heat storage buffer intermediately stored heat transfer fluid and fed bypassing the first heat reservoir to the thermochemical reactor, whereby this is heated.
  • At the same time initially cool, but increasingly warmer heat transfer fluid is removed from the thermochemical reactor and introduced into the second partial storage of the intermediate heat storage.
  • the second part of FIG. Memory of the intermediate heat storage cached increasingly cool heat transfer fluid removed and fed to the thermochemical reactor bypassing the second heat reservoir, whereby it is cooled.
  • initially warm but increasingly cooler heat transfer fluid is removed from the thermochemical reactor and introduced into the first part of the heat accumulator memory.
  • FIG. 5 shows the structure of the inventive heat buffer of the arrangement of Figures 1 to 4 in a detailed view
  • FIG. 6 shows a first variant of the heat buffer of FIG. 5, FIG.
  • FIG. 7 shows a second variant of the heat buffer of FIG. 5.
  • FIG. 1 shows an example of an arrangement 1 according to the invention, in particular a chiller or a heat pump.
  • the arrangement 1 comprises a first heat reservoir 2a having a first temperature Ti and a second heat reservoir 2b having a second temperature T 2 .
  • the arrangement 1 comprises a thermochemical reactor 5, which is thermally and fluidically connectable or connected to the two heat reservoirs 2a, 2b.
  • the arrangement 1 comprises a heat transfer fluid circuit 3, in which a heat transfer fluid F for transporting heat between the two heat reservoirs 2a, 2b and the thermochemical reactor 5 is arranged.
  • thermochemical reactor in the present case a device in which conversion processes by supplying and removing heat - known to the person skilled in the art as heat of reaction, sorption heat or phase change heat - are brought to expiration at different temperatures Ti, T 2.
  • the thermochemical reactor 5 can in the figures only schematically illustrated container 15, in which run thermochemical reactions, with a heat transfer structure for the supply and removal of the heat of reaction include.
  • the first temperature Ti has a greater value than the second temperature T 2 , ie the first heat reservoir 2a acts as a heat source, from which heat can be transferred to the thermochemical reactor 5 by means of the heat transfer fluid F.
  • the second heat reservoir 2b acts as a heat sink, to which heat can be transferred from the thermochemical reactor 5 by means of the heat transfer fluid F.
  • a heat buffer 100 for temporarily storing the heat transfer fluid F is present.
  • the heat buffer 100 allows a temperature change of the thermochemical reactor 5 from the temperature Ji to the temperature T 2 and vice versa with very low energy losses.
  • the heat buffer 100 has a first partial storage 01a with a variable storage volume 102a and, thermally and fluidly separated therefrom, a second partial storage 101b with a variable storage volume 102b.
  • the volume-variable first partial memory 101 a of the heat buffer 100 is designed to be complementary to the volume-variable second partial memory 101 b, so that the total volume formed by the two partial memories 101 a, 101 b is always constant.
  • the heat buffer 100 may also be referred to as a sensitive short-term heat storage, regenerator or temperature changer and represents a component of the arrangement 1 essential to the invention, which makes a temperature change in the thermochemical reactor 5 with low energy losses possible in the first place.
  • the heat buffer 100 is designed to simultaneously receive and dispense a first and a second fluid mass of the heat transfer fluid F with a differently layered temperature profile.
  • the heat buffer 100 is further adapted to simultaneously receive and dispense the first and second fluid masses of the heat transfer fluid F, the two fluid masses having different temperature stratifications qualitatively marked with different degrees of gray. The darker the gray level, the higher the local temperature level.
  • the functional principle of the heat buffer 100 is based on a thermally insulated fluid container with end-side openings and large length / cross-sectional ratio within which an insulating displaceable separating body 106 is arranged, as shown schematically in Figure 5.
  • the heat buffer 100 is realized as a container 103.
  • This container 103 comprises a housing 104.
  • the housing 104 defines an interior space 107 in which a separating element 106 is movably arranged, which thermally and fluidically isolates the two partial reservoirs 101 a, 101 b from one another.
  • the partition member 106 divides the inner space 107 into a volume-variable first partial accumulator 101 a and a thermally and fluidly isolated from the first partial accumulator 101 a, also volume-variable second partial storage 101 b.
  • the housing wall 104 of the heat buffer 100 is formed so that it has even a small thermal mass and is designed to be insulated from the environment.
  • thermochemical reactor 5 and the heat buffer 100 each have separate containers 15 and 103, respectively.
  • a first passage 108a for introducing and removing the heat transfer fluid F with the temperature into the first partial storage 101a or from the first partial storage 101a is present in the housing 104.
  • the housing 104 is formed as a tubular body 105 which extends in a straight line along an axial direction A.
  • the separating element 106 is located to form the two volume-variable partial storage 101 a, 101 b along the axial direction A movable on the inner side 1 12 a peripheral wall 1 1 1 of the tubular body 105 at.
  • the first passage 108a is disposed at a first longitudinal end 109a.
  • the second passage 108b is disposed at a second longitudinal end 109b opposite the first longitudinal end 109a.
  • a first sensor element 1 10a is provided, by means of which it is possible to determine whether the separating element 106 is in a first end position in which it has a minimum distance to the first passage 108a.
  • a second sensor element 110b is provided on the second passage 108b, by means of which it is possible to determine whether the separating element 106 is in a second end position in which it has a minimum distance to the second passage 108b.
  • partition member of the heat buffer can at the far left, ie at the first passage 108a arranged 106 100 may be filled with a temperature-stratified fluid column of the heat transfer fluid F, wherein the signal at the separating element temperature level corresponding to about the temperature T 2 and applied to the outlet 108b temperature level comes close to the temperature Ti.
  • First hot, but always cooler The heat transfer fluid F flowing in from the left via the first passage 108a can shift the separating element 106 to the right towards the second passage 108b, whereby the heat buffer 100 is filled with a temperature-layered liquid column of the heat transfer fluid F, wherein the partition member fitting temperature level corresponding to about the temperature T and the zoom ranges applied temperature level close to the temperature T 2 at the outlet 108a .
  • thermochemical reactor 5 The temperature profiles of the liquid columns of the heat transfer fluid F deposited in the partial stores of the intermediate heat store cause hot heat transfer fluid to be expelled when the temperature-layered liquid column expels from the second partial store, but then becomes cooler.
  • this partial storage can serve for the sliding cooling of a thermochemical reactor 5, as can be seen in FIG.
  • thermochemical reactor 5 a delivery device 8 for driving the heat transfer fluid F is provided.
  • valve system 9 which comprises four adjustable valve means, namely a first adjustable valve means 10a, a second adjustable valve means 10b, a third adjustable valve means 10c and a fourth adjustable valve means 10d.
  • adjustable valve means namely a first adjustable valve means 10a, a second adjustable valve means 10b, a third adjustable valve means 10c and a fourth adjustable valve means 10d.
  • the valve devices 10a, 10b, 10c, 10d heat transfer between the two heat reservoirs 2a, 2b, the thermochemical reactor 5 and the heat buffer 100 can be adjusted and thus controlled.
  • a control / regulation device 4 is provided, which cooperates with the valve devices 10a, 10b.
  • the first and the second heat reservoir 2a, 2b and the thermochemical reactor 5 have for introducing and for discharging the heat transfer fluid F in each case a fluid inlet 1 1 a, 1 1 b, 1 1 c and a fluid outlet 12a, 12b, 12c.
  • the fluid inlet 11b of the thermochemical reactor 5 can optionally be connected to the fluid outlet 12a, 12c of the first or second heat reservoir 2a, 2b.
  • the fluid outlet 12b of the thermochemical reactor 5 can optionally be connected to the fluid inlet 11a, 11c of the first or second heat reservoir 2a, 2b.
  • the first partial reservoir 101a can be connected either via the first heat reservoir 2a or directly to the first valve device 10a.
  • the second partial reservoir 101b can be connected either via the second heat reservoir 2b or directly to the first valve device 10a.
  • the third valve device 10c is connected directly to the first valve device 10a by means of a first fluid line 6a.
  • the fourth valve device 10d is fluidically connected directly to the first valve device 10a by means of a second fluid line 6b.
  • the first fluid line 6a is realized as a bypass line of the first heat reservoir 2a.
  • the second fluid line 6b is realized as a bypass line of the second heat reservoir 2b.
  • the heat buffer 100 is connected fluidically parallel to the second valve device 10b, so that the fluid inlet 11a of the first heat reservoir 2a communicates fluidically with the first partial reservoir 101a and the fluid inlet 11c of the second heat reservoir 2b fluidly with communicates with the second partial memory.
  • the four valve devices 10a-0d are each designed as 3/2-way switching valves 13a, 13b, 13c, 13d.
  • the third and fourth 3/2-way valve is designed as a self-switching valves.
  • thermochemical reactor 5 between a first state with temperature Ti of the first heat reservoir 2a and a second state with temperature T 2 of the second heat reservoir 2b and back into the Switched initial state.
  • the valve devices 10a, 10b of the valve system 9 can be adjusted to an operating state, which is shown schematically in FIG.
  • This operating state can be referred to as "heat removal mode.”
  • the first partial memory 101 a has a maximum volume and the second partial memory 101 b has a minimum volume.
  • Lumen, ie, the first partial memory 101a of the heat buffer 100 is filled with heat transfer fluid F, which has a rising from left to right temperature stratification to near the temperature Ti.
  • the second partial memory 101 b is empty.
  • the heat transfer fluid circuit 3 forms a first partial circuit 14a, in which the heat transfer fluid F circulates between the thermochemical reactor 5 and the second heat reservoir 2b.
  • the heat transfer fluid F transfers heat from the thermochemical reactor 5 into the second heat reservoir 2b, ie, heat of reaction is removed from the thermochemical reactor 5 near the temperature level T 2 .
  • the first valve device 10a and the second valve device 10b respectively fluidly connect the second heat reservoir 2b with the thermochemical storage 5.
  • the third and the fourth valve device 10c, 10d are not flowed through in this operating mode, so their positions are not relevant, that is arbitrary could be.
  • thermochemical reactor 5 is now switched to a state with temperature Ti of the first heat reservoir 2a, whereby a temperature change is performed in order to substantially heat the thermal masses.
  • the four valve devices 10a to 10d are initially adjusted by the control / regulation device 4 into an operating state shown in FIG. In the operating state shown in FIG. 2, the four valve devices 10a to 10d are set such that the heat carrier fluid F is transported from the first partial reservoir 101a of the heat buffer 100 into the thermochemical reactor 5. Furthermore, heat transfer fluid F is transported from the thermochemical reactor 5 into the second partial storage 101 b.
  • first valve device 10a and the third valve device 10c connect the thermochemical storage 5, bypassing the first heat recovery device.
  • jurs 2a fluidly directly with the first partial memory 101 a.
  • the second and fourth valve devices 0b, 10d connect the thermochemical reactor 5 fluidically to the second partial reservoir 10b.
  • the temperature-layered heat transfer fluid F of the first partial reservoir 101 a of the heat buffer 100 is supplied via the line 6 a to the thermochemical reactor 5, whereby it is heated to near the limit temperature Ti.
  • the second part of memory 101 b is filled with heat transfer fluid F with increasing temperature, whereby the liquid column stored there receives a temperature stratification whose temperature increases from left to right in the temperature limits between T 2 and TT.
  • the variable storage volume 102a of the first partial memory 101a decreases by movement of the separating element 106, the variable storage volume 102b of the second partial memory 101b increases at the same time.
  • the temperature of the thermochemical reactor increases from T 2 to T 1
  • the separation element 106 is in the above-mentioned first end position, which can be detected by the control / regulation device 4 by means of the first sensor element 110a ,
  • thermochemical storage 100 may also be referred to as a "heating mode."
  • increasing hotter fluid is supplied from the heat buffer 100 to the thermochemical storage 100, thereby storing it with stored heat from the lower temperature level near the temperature T 2 to the upper temperature level , is brought close to the temperature Ti.
  • the two valve devices 10a, 10b are switched by the control / regulation device 4 into an operating state, which is shown schematically in FIG.
  • the heat carrier fluid circuit 3 forms a second partial circuit 14b, in which the heat carrier fluid F circulates between the thermochemical reactor 5 and the first heat reservoir 2a. In this way, heat is transported from the first heat reservoir 2a to the thermochemical reactor 5.
  • first valve means 0a and the second valve means 10b respectively fluidly connect the first heat reservoir 2a with the thermochemical reactor 5.
  • the third and the fourth valve means 10c, 10d are not flowed through in this operating mode, so their positions are not relevant, so may be arbitrary ,
  • thermochemical reactor 5 In this operating state, heat of reaction near the temperature Ti is transferred from the first heat reservoir 2a to the thermochemical reactor 5.
  • the second partial memory 101b has a maximum volume and the first partial memory 101a has a minimum volume, i. the second part of memory 101 b of the heat buffer 100 is filled with heat transfer fluid F, which has a rising from left to right temperature stratification to near the temperature T.
  • the first partial memory 101 a is empty.
  • the operating state shown in FIG. 3 may be referred to as "heat supply mode".
  • valve devices 10a, 0b, 10c, 10d are adjusted by the control / regulation device 4 into an operating state shown in FIG. 4, the valve devices 10a to 10d are set in such a way that the heat transfer fluid F stored in the second partial reservoir 101b is transported into the thermochemical reactor 5 bypassing the second heat reservoir 2b Heat transfer fluid F is transported from the thermochemical reactor 5 into the first partial reservoir 101a of the intermediate heat storage device 100.
  • the first valve device 10a and the fourth valve device 10d connect the thermochemical reservoir 5 fluidically, directly bypassing the second heat reservoir 2b, with the second partial reservoir 101b
  • the second valve device 10b and the third valve device 10c connect the thermochemical storage 5 fluidically directly to the first partial reservoir 101a.
  • the separation element 106 is in the aforementioned second end position, which is detected by the control / regulation device 4 with the aid of the second sensor element 110b can be.
  • the first partial reservoir 101a is completely filled with the heat transfer fluid F (see Fig. 1).
  • the valve devices 10a to 10c are switched back to the operating state shown in FIG. 1 and a complete switching cycle of the thermochemical reactor 5 is completed.
  • FIG. 6 shows a development of the container 103 of FIG. 5.
  • a helical structure 113 is arranged in the interior 107 of the housing 104.
  • This helical structure 1 13 gives the interior 107 the geometry of a fluid channel 1 14 with helical geometry.
  • the helical structure 103 may be formed as an insert 1 15 arranged in the interior space.
  • the helical structure 1 13 may comprise at least ten turns 16, preferably even at least 20 turns.
  • the separating element 106 is adjustable along the helical fluid channel 1 14. That is, the geometric shape of the partition member 106 is selected such that it is in the interior 107 along the fluid channel 1 14, which is bounded by the peripheral wall 1 1 1 and the helical structure 1 13, adjustable.
  • FIG. 7 shows a further variant of the example of FIG. 5, in which the container 103 is realized as a tube-like body 117, which extends along an extension direction E, at least in sections, non-rectilinearly.
  • the partition member 106 for forming the two volume-variable partial storage 101a, 101b along the direction of extension E movable on the inner side of the peripheral wall 1 1 1 1 1 1 of the tubular body 1 17 at.
  • a length along the extension direction E of the housing 104 or of the tubular body 1 17 is at least twenty times, preferably at least fifty times, a transverse direction Q measured transversely to the extension direction E.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung (1), mit einem als Wärmequelle wirkenden ersten Wärmereservoir (2a) und mit einem als Wärmesenke wirkenden zweiten Wärmereservoir (2b), mit einem thermisch und fluidisch mit den Wärmereservoirs (2a, 2b) verbindbaren oder verbundenen thermochemischen Reaktor (5), vorzugsweise einer Adsorptionskältemaschine oder einer Adsorptionswärmepumpe, mit einem Wärmeträgerfluidkreislauf (3), in welchem ein Wärmeträgerfluid (F) zum Transport von Wärme zwischen den beiden Wärmereservoirs (2a, 2b) und dem thermochemischen Reaktor (5) angeordnet ist, mit einem im Wärmeträgerfluidkreislauf (3) angeordneten Wärmezwischenspeicher (100) zum Zwischenspeichern des Wärmeträgerfluids (F), wobei der Wärmezwischenspeicher zur Aufnahme des Wärmeträgerfluids (F) mit zwei unterschiedlichen Temperaturniveaus (T1, T2) ausgebildet ist und hierzu einen ersten Teilspeicher (101a) mit variablem Speichervolumen (102a) und thermisch und fluidisch getrennt zu diesem einen zweiten Teilspeicher (101b) mit variablem Speichervolumen (102b) aufweist, mit einem im Wärmeträgerfluidkreislauf (3) vorhandenen Ventilsystem (9).

Description

Anordnung, insbesondere Kältemaschine oder Wärmepumpe
Die Erfindung betrifft eine Anordnung, insbesondere eine Kältemaschine oder Wärmepumpe, sowie ein Verfahren zum Betreiben dieser Anordnung.
Thermisch angetriebene Sorptions-Kälteanlagen besitzen ein hohes Energieeinsparungspotenzial, da als Antriebsenergie kostengünstige Ab- oder Überschusswärme genutzt wird und auf diese Weise teure mechanische Antriebsenergie eingespart werden kann. Bei stationären Anwendungen können die elektrischen Netze besonders in warmen Zeit- und Klimazonen mit hohem Kältebedarf entlastet werden. In der kalten Jahreszeit lassen sich die Anlagen auch als Wärmepumpen nutzen, die mittels Brennerwärme zusätzliche Umweltwärme auf ein für Heizzwecke ausreichendes Temperaturniveau heben.
Vor diesem Hintergrund sind aus dem Stand der Technik Vorrichtungen bekannt, bei denen poröse Feststoffe zum Einsatz kommen, die mit einem Arbeitsmittel unter Umsetzung von Wärme reagieren und die keine bewegten und damit störanfälligen Verschleißteile im Arbeitsmittelbereich besitzen.
Mit Hilfe solcher thermochemischer Reaktoren realisierte Adsorptionswärmepumpen oder Adsorptionskälteanlagen besitzen gegenüber kontinuierlich arbeitenden Absorptionssystemen jedoch den Nachteil, dass die periodischen Temperaturwechsel mit zyklierten thermischen Massen zu Effizienzeinbußen führen, die die von der Adsorptionswärmepumpen bzw. Adsorptionskälteanlage erzielte Leistungsdichte bzw. Leistungseffizienz mindern.
In diesem Zusammenhang offenbart die DE 10 2006 043 715 A1 eine Adsorptionswärmepumpe, bei welcher ein Schichtwärmespeicher zum Einsatz kommt. Dieser erlaubt eine zeitlich versetzte Abspeicherung und Wiederverwendung von sensibler und latenter Wärme beim Adsorptionszyklus. Solche Schichtwärmespeicher sind aufgrund ihres großen Volumens jedoch nicht überall einsetzbar.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei der Entwicklung von Sorptionswärmepumpen bzw. Sorptionskälteanlagen, insbesondere mit verbesserter Effizienz, neue Wege aufzuzeigen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Grundgedanke der Erfindung ist demnach, eine Anordnung mit einer Adsorptionswärmepumpe oder einer Adsorptionskältemaschine mit einem Sorptionsmodul - vorliegend einheitlich als„Thermochemischer Reaktor" bezeichnet - mit einem Wärmezwischenspeicher auszustatten, welcher zwei Teilspeicher zur Aufnahme eines Wärmeträgerfluids mit zwei verschiedenen Temperaturniveaus aufweist. Dieser Wärmezwischenspeicher dient dazu, beim thermischen Zyklieren des thermochemischen Reaktors und beim damit verbundenen Umschalten des ther- mochemischen Reaktors zwischen zwei verschiedenen Temperaturniveaus in dem Wärmeträgerfluid enthaltene Wärme zwischen zu speichern. Unter dem Begriff„thermochemischer Reaktor" wird verallgemeinernd ein Behälter mit mindestens einem Arbeitsmittel und einer integrierten Wärmeübertragungsstruktur verstanden, mit der mindestens abhängig von einer Temperaturrandbedingung unter Wärmeab- bzw. -zufuhr eine exotherme oder endotherme Reaktion oder Phasenumwandlung zum Ablauf gebracht werden kann. Es kann sich also um einen Sorptionsreaktor oder um einen Phasenwechsler, insbesondere um einen Kondensator und/oder Verdampfer handeln. Derartige speziellere Ausführungsformen, Komponenten bzw. Subkomponenten sind auch unter den Begriffen„Sor- ber",„Sorptionsreaktor",„Thermochemischer Speicher" bzw.„Phasenwechsler" bekannt.
Der vorliegend verwendete, erfindungswesentliche Wärmezwischenspeicher erlaubt die Zwischenspeicherung des Wärmeträgerfluids mit dem Temperaturniveau einer Wärmequelle der Anordnung im ersten Teilspeicher und die simultane Zwischenspeicherung des Wärmeträgerfluids mit dem Temperaturniveau einer Wärmesenke der Anordnung im zweiten Teilspeicher des Wärmezwischenspeichers.
Mit einer Volumenzunahme des ersten Teilspeichers geht beim erfindungswesentlichen Wärmezwischenspeicher eine Volumenabnahme des zweiten Teilspeichers einher und umgekehrt. Da die beiden volumen-variablen Teilspeicher das gleiche Gesamtvolumen aufweisen, erleichtert ein Einbringen des Wärmeträgerfluids mit dem Temperaturniveau der Wärmequelle in den ersten Teilraum ein Abführen des Wärmeträgerfluids mit dem zweiten Temperaturniveau aus dem zweiten Teilspeicher und umgekehrt. Auf diese Weise können unerwünschte Energieverluste des thermochemischen Reaktors beim thermischen Zyklieren, also beim Umschalten zwischen den beiden Temperaturniveaus von Wärmequelle und Wärmesenke, minimiert werden. Im Ergebnis führt dies zu einer verbesserten Effizienz der erfindungsgemäßen Anordnung gegenüber herkömmlichen Anordnungen.
Eine erfindungsgemäße Anordnung, insbesondere eine Kältemaschine oder eine Wärmepumpe, umfasst ein erstes Wärmereservoir, welches als Wärmequelle wirkt, sowie ein zweites Wärmereservoir, welches als Wärmesenke wirkt. Die Anordnung umfasst weiterhin einen thermisch und fluidisch mit den Wärmereservoirs verbindbaren oder verbundenen thermochemischen Reaktor. Bevorzugt ist der thermochemische Reaktor eine Adsorptionskältemaschine oder eine Adsorptionswärmepumpe oder ist wesentliche funktionale Komponente davon.
Weiterhin umfasst die Anordnung einen Wärmeträgerfluidkreislauf, in welchem ein Wärmeträgerfluid zum Transport von Wärme zwischen den beiden Wärmereservoirs und dem thermochemischen Reaktor angeordnet ist. In dem Wärmeträgerfluidkreislauf ist ein Wärmezwischenspeicher zum Zwischenspeichern des Wärmeträgerfluids vorgesehen. Erfindungsgemäß weist der Wärmezwischenspeicher einen ersten Teilspeicher mit variablem Speichervolumen auf. Weiterhin weist der Wärmezwischenspeicher thermisch und fluidisch getrennt zum ersten Teilspeicher einen zweiten Teilspeicher mit variablem Speichervolumen auf.
Eine im Wärmeträgerfluidkreislauf vorhandene Fördereinrichtung der erfindungsgemäßen Anordnung dient zum Antreiben des Wärmeträgerfluids im Wärmeträgerfluidkreislauf. Weiterhin umfasst die Anordnung ein im Wärmeträgerfluidkreislauf vorhandenes Ventilsystem, das vier verstellbare Ventileinrichtungen umfasst.
Mittels einer ersten Ventileinrichtung ist der Fluideinlass des thermochemischen Reaktors wahlweise mit dem Fluidauslass des ersten oder zweiten Wärmereservoirs verbindbar. Mittels einer zweiten Ventileinrichtung ist ein Fluidauslass des thermochemischen Reaktors wahlweise mit dem Fluideinlass des ersten oder zweiten Wärmereservoirs verbindbar. Mittels einer dritten Ventileinrichtung ist der erste Teilspeicher wahlweise über das erste Wärmereservoir oder direkt mit der ersten Ventileinrichtung verbindbar. Mittels einer vierten Ventileinrichtung ist der zweite Teilspeicher wahlweise über das erste Wärmereservoir oder direkt mit der ersten Ventileinrichtung verbindbar. Wenigstens ein Teil dieser vier Ventileinrichtungen sind mittels einer Steuerungs-/Regelungseinrichtung steuerbar und verstellbar. Mittels dieser vier verstellbaren Ventileinrichtungen ist der Wärmetransport zwi- . sehen den beiden Wärmereservoirs, dem thermochemischen Reaktor und dem Wärmezwischenspeicher durch das Wärmeübertragungsfluid steuerbar.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Wärmezwischenspeicher zur simultanen Aufnahme und Abgabe einer ersten und einer zweiten Fluidmasse des Wärmeträgerfluids ausgebildet, wobei die beiden Fluidmassen unterschiedliche Temperaturniveaus aufweisen. Dies erlaubt es, im Wärmezwischenspeicher gleichzeitig Fluidmasse im Temperaturbereich der Wärmequelle und Fluidmasse im Temperaturbereich der Wärmesenke in temperaturgeschichteter Form zwischen zu speichern.
Besonders bevorzugt ist der erste Teilspeicher des Wärmezwischenspeichers fluidisch mit dem ersten Wärmereservoir verbunden und der zweite Teilspeicher des Wärmezwischenspeichers fluidisch mit dem zweiten Wärmereservoir verbunden. Diese Maßnahme erlaubt eine einfache Zuführung gespeicherten heißen Wärmeträgerfluids aus dem Wärmezwischenspeicher in das erste Wärmereservoir der auf hohem Temperaturniveau liegenden Wärmequelle. Ebenso erlaubt diese Maßnahme eine einfache Zuführung gespeicherten kühleren Wärmeträgerfluids aus dem Wärmezwischenspeicher in das zweite Wärmereservoir der auf niedrigerem Temperaturniveau liegenden Wärmesenke.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Wärmezwischenspeicher als Behältnis realisiert. Bei dieser Variante umfasst das Behältnis ein Gehäuse, in dessen Innenraum beweglich ein Trennelement angeordnet ist, welches den Innenraum in einen volumen-variablen ersten Teilspeicher und einen thermisch vom ersten Teilspeicher isolierten, ebenfalls volumen-variablen zweiten Teilspeicher unterteilt. Im Gehäuse ist ein erster Durchläse zum Ein- und Ausleiten des Wärmeträgerfluids in den bzw. aus dem ersten Teilspeicher vorgesehen. Weiterhin ist im Gehäuse ein zweiter Durchläse zum Ein- und Ausleiten des Wärmeträgerfluids in den bzw. aus dem zweiten Teilspeicher vorgesehen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Gehäuse länglich ausgebildet. Dabei ist der erste Durchlass an einem ersten Längsende und der zweite Durchläse an einem dem ersten Längsende gegenüberliegenden, zweiten Längsende angeordnet. Das mit einer länglichen Ausbildung des Gehäuses einhergehende, große Längen-/Querschnittsverhältnis dient dem Zweck, dass eine Temperaturschichtung der ein- bzw. ausströmenden Fluidmasse weitgehend erhalten bleibt und sich während der erforderlichen Speicherzeit nicht nennenswert vermischt.
Zweckmäßig kann das Gehäuse als Rohrkörper ausgebildet sein, der sich entlang einer axialen Richtung im Wesentlichen geradlinig erstreckt. Bei dieser Variante liegt das Trennelement zur Ausbildung der beiden volumen-variablen Teilspeicher entlang der axialen Richtung bewegbar an der Innenseite einer Umfangswand des Rohrkörpers an. Eine derartige Konstruktion ist technisch einfach herzustellen und somit mit geringen Herstellungskosten verbunden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist am ersten Durchlass ein erstes Sensorelement vorgesehen, mittels welchem bestimmbar ist, ob sich das Trennelement in einer ersten Endposition befindet, in welcher das Trennelement einen zum ersten Durchlass minimalen Abstand besitzt. Alternativ oder zusätzlich kann bei dieser Variante am zweiten Durchlass ein zweites Sensorelement vorgesehen sein, mittels welchem bestimmbar ist, ob sich das Trennelement in einer zweiten Endposition befindet, in welcher das Trennelement einen zum zweiten Durchlass minimalen Abstand besitzt. Auf diese Weise kann bei der thermischen Zyklierung des thermochemischen Reaktors festgestellt werden, wann das Wärmeträgerfluid vollständig aus einem der beiden Teilspeicher entnommen wurde; denn in diesem Fall befindet sich das Trennelement in minimalem Abstand zum ersten oder zweiten Durchlass.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Anordnung ist von der Steuerungs- /Regelungseinrichtung in der wenigstens einen verstellbaren Ventileinrichtung des Ventilsystems ein Betriebszustand einstellbar, in welchem der Wärmeträger- fluidkreislauf einen ersten Teilkreislauf ausbildet. In dem ersten Teilkreislauf zirkuliert das Wärmeträgerfluid zwischen dem thermochemischen Reaktor und dem zweiten Wärmereservoir, und zwar derart, dass Wärme vom thermochemischen Reaktor in das zweite Wärmereservoir, also in die Wärmesenke, übertragen wird. Auf diese Weise kann vom thermochemischen Reaktor auf besonders effektive Weise Wärme abgeführt werden. Bevorzugt verbinden in diesem Betriebszustand die erste Ventileinrichtung und die zweite Ventileinrichtung jeweils das zweite Wärmereservoir fluidisch mit dem thermochemischen Reaktor. In diesem Betriebszustand ist die Stellung der dritten und vierten Ventileinrichtung irrelevant, da eine Durchströmung des Wärmezwischenspeichers nicht möglich ist.
Bevorzugt weist in diesem Betriebszustand der erste Teilspeicher ein maximales Volumen und der zweite Teilspeicher ein minimales Volumen auf. Dies bedeutet, dass der erste Teilspeicher mit dem Wärmeträgerfluid gefüllt ist, welches im Wesentlichen das Temperaturniveau der Wärmequelle besitzt.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Anordnung ist von der Steu- erungs-/Regelungseinrichtung in der wenigstens einen verstellbaren Ventileinrichtung des Ventilsystems ein Betriebszustand einstellbar, in welchem der Wärme- trägerfluidkreislauf einen zweiten Teilkreislauf ausbildet. In diesem zweiten Teilkreislauf zirkuliert das Wärmeträgerfluid zwischen dem thermochemischen Reaktor und dem ersten Wärmereservoir, so dass Wärme vom ersten Wärmereservoir, also von der Wärmequelle, in den thermochemischen Reaktor übertragen wird. Bevorzugt verbinden in diesem Betriebszustand die erste Ventileinrichtung und die zweite Ventileinrichtung jeweils das erste Wärmereservoir fluidisch mit dem thermochemischen Reaktor. In diesem Betriebszustand ist die Stellung der dritten und vierten Ventileinrichtung irrelevant, da eine Durchströmung des Wärmezwischenspeichers nicht möglich ist.
Bevorzugt weist in diesem Betriebszustand der zweite Teilspeicher ein maximales Volumen und der erste Teilspeicher ein minimales Volumen auf. Dies bedeutet, dass der zweite Teilspeicher mit dem Wärmeträg erfluid gefüllt ist, welches im Wesentlichen das Temperaturniveau der Wärmesenke besitzt.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Anordnung ist von der Steu- erungs-/Regelungseinrichtung in der wenigstens einen verstellbaren Ventileinrichtung des Ventilsystems ein Betriebszustand einstellbar, bei welchem Wärmeträ- gerfluid vom ersten Teilspeicher des Wärmezwischenspeichers in den thermochemischen Reaktor transportiert wird. Gleichzeitig wird Wärmeträge rfluid vom thermochemischen Reaktor in den zweiten Teilspeicher transportiert. Auf diese Weise kann dem thermoelektrischen Reaktor besonders effektiv zu einem früheren Zeitpunkt gespeicherte Wärme zugeführt werden. Bevorzugt verbinden in diesem Betriebszustand die erste Ventileinrichtung und die dritte Ventileinrichtung den thermochemischen Reaktor unter Umgehung des ersten Wärmereservoirs fluidisch direkt mit dem ersten Teilspeicher. Die zweite und die vierte Ventileinrichtung verbinden in diesem Betriebszustand den thermochemischen Reaktor fluidisch mit dem zweiten Teilspeicher.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Anordnung ist von der Steu- erungs-/Regelungseinrichtung in der wenigstens einen verstellbaren Ventileinrichtung des Ventilsystems ein Betriebszustand einstellbar, bei welchem Wärmeträ- gerfluid unter Umgehung des zweiten Wärmereservoirs in den thermochemischen Reaktor transportiert wird. Gleichzeitig wird Wärmeträgerfluid unter Umgehung des ersten Wärmereservoirs vom thermochemischen Reaktor in den ersten Teilspeicher transportiert. Bevorzugt verbinden in diesem Betriebszustand die erste Ventileinrichtung und die vierte Ventileinrichtung den thermochemischen Reaktor unter Umgehung des zweiten Wärmereservoirs fluidisch direkt mit dem zweiten Teilspeicher. Die zweite Ventileinrichtung und die dritte Ventileinrichtung verbinden den, thermochemischen Speicher fluidisch direkt mit dem ersten Teilspeicher.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung weisen das erste und das zweite Wärmereservoir sowie der thermochemische Reaktor zum Einleiten und Ausleiten des Wärmeträgerfluids jeweils einen Fluideinlass bzw. einen Fluidauslass auf. Bei dieser Variante umfasst der Wärmeträgerfluidkreislauf eine erste verstellbare Ventileinrichtung, mittels welcher der Fluideinlass des thermochemischen Reaktors wahlweise mit dem Fluidauslass des ersten oder zweiten Wärmereservoirs verbindbar ist. Ebenso umfasst der Wärmeträgerfluidkreislauf eine zweite verstellbare Ventileinrichtung, mittels welcher der Fluidauslass des thermochemischen Reaktors wahlweise mit dem Fluideinlass des ersten oder zweiten Wärmereservoirs verbindbar ist.
Zweckmäßig ist der Wärmezwischenspeicher fluidisch parallel zur zweiten Ventileinrichtung geschaltet, so dass der Fluideinlass des ersten Wärmereservoirs fluidisch mit dem ersten Teilspeicher kommuniziert und der Fluideinlass des zweiten Wärmereservoirs fluidisch mit dem zweiten Teilspeicher kommuniziert.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung umfassen die erste Ventileinrichtung und die zweite Ventileinrichtung jeweils ein 3/2-Wege-Umschaltventil. Besonders vorteilhaft sind auch die dritte und die vierte Ventileinrichtung als 3/2-Wege- Umschaltventile ausgebildet. Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind das dritte und das vierte 3/2- Wegeventil jeweils als selbstschaltende Ventile ausgebildet, die aufgrund der anliegenden Druckdifferenzen oder Durchströmungsrichtungen in die richtige Position gestellt werden. Diese Maßnahme macht eine funktionale Kopplung mit der Steuerungs-/Regelungseinrichtung überflüssig und vereinfacht somit den technischen Aufbau der Anordnung.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer, vorzugsweise vorangehend vorgestellten, Anordnung mit einem Wärmeträgerfluidkreislauf, in welchem ein thermochemischer Reaktor, zwei Wärmereservoirs unterschiedlicher Temperatur und ein Wärmezwischenspeicher angeordnet und mittels eines Wär- meträgerfluidkreislaufs fluidisch miteinander verbunden sind.
Der für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens herangezogene Wärmezwischenspeicher weist zwei thermische und fluidisch getrennte Teilspeicher auf, in welchen ein im Wärmeträgerfluidkreislauf zirkulierendes Wärmeträgerfluid thermisch und fluidisch getrennt voneinander aufnehmbar ist. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Durchführung eines Temperaturwechsels des thermochemischen Reaktor von einem niedrigen auf ein höheres Temperaturniveau in dem ersten Teilspeicher des Wärmezwischenspeichers zwischengespeichertes zunehmend wärmeres Wärmeträgerfluid entnommen und unter Umgehung des ersten Wärmereservoirs dem thermochemischen Reaktor zugeführt, wodurch dieser aufgeheizt wird. Gleichzeitig wird anfangs kühles, aber zunehmend wärmeres Wärmeträgerfluid aus dem thermochemischen Reaktor abgeführt und in den zweiten Teilspeicher des Wärmezwischenspeichers eingebracht.
Zur Durchführung eines Temperaturwechsels des thermochemischen Reaktors von einem hohen auf ein niedrigeres Temperaturniveau wird in dem zweiten Teil- Speicher des Wärmezwischenspeichers zwischengespeichertes zunehmend kühleres Wärmeträgerfluid entnommen und unter Umgehung des zweiten Wärmereservoirs dem thermochemischen Reaktor zugeführt, wodurch dieser abgekühlt wird. Gleichzeitig wird anfangs warmes aber zunehmend kühleres Wärmeträgerfluid aus dem thermochemischen Reaktor abgeführt und in den ersten Teilspeicher des Wärmezwischenspeichers eingebracht.
Beim oben erläuterten Verfahren kann ein hoher Anteil der beim Temperaturwechsel umgesetzten Wärmen zwischengespeichert und zurückgewonnen werden.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch: Fig. 1 bis 4 eine erfindungsgemäße Anordnung in verschiedenen Betriebszu- ständen,
Fig. 5 den Aufbau des erfindungswesentlichen Wärmezwischenspeichers der Anordnung der Figuren 1 bis 4 in einer Detaildarstellung,
Fig. 6 eine erste Variante des Wärmezwischenspeichers der Figur 5,
Fig. 7 eine zweite Variante des Wärmezwischenspeichers der Figur 5.
Figur 1 zeigt ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung 1 , insbesondere einer Kältemaschine oder einer Wärmepumpe. Die Anordnung 1 umfasst ein erstes Wärmereservoir 2a mit einer ersten Temperatur Ti und ein zweites Wärmereservoir 2b mit einer zweiten Temperatur T2. Weiterhin umfasst die Anordnung 1 einen thermochemischen Reaktor 5, der thermisch und fluidisch mit den beiden Wärmereservoirs 2a, 2b verbindbar oder verbunden ist. Hierzu umfasst die Anordnung 1 einen Wärmeträgerfluidkreislauf 3, in welchem ein Wärmeträgerfluid F zum Transport von Wärme zwischen den beiden Wärmereservoirs 2a, 2b und dem thermochemischen Reaktor 5 angeordnet ist.
Unter„thermochemischer Reaktor" wird vorliegend eine Vorrichtung verstanden, in welcher Umwandlungsprozesse durch Zu- und Abfuhr von Wärme - dem Fachmann als Reaktionswärme, Sorptionswärmen oder Phasenwechselwärme bekannt - bei unterschiedlichen Temperaturen Ti, T2 zum Ablauf gebracht werden. Der thermochemische Reaktor 5 kann ein in den Figuren nur schematisch dargestelltes Behältnis 15, in welchem thermochemische Reaktionen ablaufen, mit einer Wärmeübertragungsstruktur zur Zu- und Abfuhr der Reaktionswärmen umfassen. Die erste Temperatur Ti weist einen größeren Wert auf als die zweite Temperatur T2, d.h. das erste Wärmereservoir 2a wirkt als Wärmequelle, von welchem mittels des Wärmeträgerfluids F Wärme an den thermochemischen Reaktor 5 übertragen werden kann. Das zweite Wärmereservoir 2b wirkt hingegen als Wärmesenke, an welche mittels des Wärmeträgerfluids F Wärme vom thermochemischen Reaktor 5 übertragen werden kann.
Weiterhin ist im Wärmeträgerfluidkreislauf 3 ein Wärmezwischenspeicher 100 zum Zwischenspeichern des Wärmeträgerfluids F vorhanden. Der Wärmezwischenspeicher 100 ermöglicht einen Temperaturwechsel des thermochemischen Reaktors 5 von der Temperatur Ji auf die Temperatur T2 und umgekehrt mit sehr geringen Energieverlusten.
Der Aufbau des Wärmezwischenspeichers 100 ist in Figur 5 in einer schematischen Detaildarstellung gezeigt. Gemäß Figur 5 weist der Wärmezwischenspeicher 100 einen ersten Teilspeicher 01 a mit variablem Speichervolumen 102a und thermisch und fluidisch getrennt zu diesem einen zweiten Teilspeicher 101 b mit variablem Speichervolumen 102b auf. Der volumen-variable erste Teilspeicher 101 a des Wärmezwischenspeichers 100 ist komplementär zum volumenvariablen zweiten Teilspeicher 101 b ausgebildet, so dass von den beiden Teilspeichern 101 a, 101 b gebildete Gesamtvolumen stets konstant ist.
Der Wärmezwischenspeicher 100 kann auch als sensibler Kurzzeit- Wärmespeicher, Regenerator oder Temperaturwechsler bezeichnet werden und stellt eine erfindungswesentliche Komponente der Anordnung 1 dar, welche einen Temperaturwechsel im thermochemischen Reaktor 5 mit geringen Energieverlusten überhaupt erst möglich macht. Der Wärmezwischenspeicher 100 ist zur simultanen Aufnahme und Abgabe einer ersten und einer zweiten Fluidmasse des Wärmeträgerfluids F mit unterschiedlich geschichtetem Temperaturprofil ausgebildet. Der Wärmezwischenspeicher 100 ist ferner zur simultanen Aufnahme und Abgabe der ersten und zweiten Fluidmasse des Wärmeträgerfluids F ausgebildet, wobei die beiden Fluidmassen unterschiedliche Temperaturschichtungen aufweisen, die qualitativ mit unterschiedlichen Grau-Abstufungen gekennzeichnet sind. Je dunkler die Graustufe, desto höher ist das lokal vorliegende Temperaturniveau.
Das Funktionsprinzip des Wärmezwischenspeichers 100 basiert auf einem thermisch isolierten Fluidbehälter mit endseitigen Öffnungen und großem Längen- /Querschnittsverhältnis innerhalb dessen ein isolierender verschiebbarer Trennkörper 106 angeordnet ist, wie dies in Figur 5 schematisch dargestellt ist.
Im Beispielszenario der Figur 5 ist der Wärmezwischenspeicher 100 als Behältnis 103 realisiert. Dieses Behältnis 103 umfasst ein Gehäuse 104. Das Gehäuse 104 begrenzt einen Innenraum 107, in welchem beweglich ein Trennelement 106 angeordnet ist, welches die beiden Teilspeicher 101 a, 101 b thermisch und fluidisch voneinander isoliert. Das Trennelement 106 unterteilt den Innenraum 107 in einen volumen-variablen ersten Teilspeicher 101 a und einen thermisch und fluidisch vom ersten Teilspeicher 101 a isolierten, ebenfalls volumen-variablen zweiten Teilspeicher 101 b. Vorteilhafterweise ist die Gehäusewandung 104 des Wärmezwischenspeichers 100 so ausgebildet, dass sie selbst eine nur kleine thermische Masse besitzt und zur Umgebung hin isoliert ausgeführt ist.
Wie die Figuren erkennen lassen, besitzen der thermochemische Reaktor 5 und der Wärmzwischenspeicher 100 jeweils separate Behältnisse 15 bzw. 103. Wie Figur 5 erkennen lässt, ist im Gehäuse 104 ein ersten Durchläse 108a zum Ein- und Ausleiten des Wärmeträgerfluids F mit der Temperatur in den ersten Teilspeicher 101 a bzw. aus dem ersten Teilspeicher 101 a vorhanden. Weiterhin ist im Gehäuse 04 ein zweiter Durchlass 108b zum Ein- und Ausleiten des Wärmeträgerfluids F mit der Temperatur T2 in den zweiten Teilspeicher 101 b bzw. aus dem zweiten Teilspeicher 101 b vorhanden.
Das Gehäuse 104 ist als Rohrkörper 105 ausgebildet, der sich entlang einer axialen Richtung A geradlinig erstreckt. Das Trennelement 106 liegt zur Ausbildung der beiden volumen-variablen Teilspeicher 101 a, 101 b entlang der axialen Richtung A bewegbar an der Innenseite 1 12 einer Umfangswand 1 1 1 des Rohrkörpers 105 an. Der erste Durchlass 108a ist an einem ersten Längsende 109a angeordnet. Der zweite Durchlass 108b ist an einem dem ersten Längsende 109a gegenüberliegenden, zweiten Längsende 109b angeordnet.
Am ersten Durchlass des Wärmezwischenspeichers ist ein erstes Sensorelement 1 10a vorgesehen, mittels welchem bestimmbar ist, ob sich das Trennelement 106 in einer ersten Endposition befindet, in welcher es einen zum ersten Durchlass 108a minimalen Abstand besitzt. In analoger Weise ist am zweiten Durchlass 108b ein zweites Sensorelement 1 10b vorgesehen ist, mittels welchem bestimmbar ist, ob sich das Trennelement 106 in einer zweiten Endposition befindet, in welcher es einen zum zweiten Durchlass 108b minimalen Abstand besitzt.
Wie in Figur 3 illustriert, kann bei ganz links, also am ersten Durchlass 108a angeordnetem Trennelement 106 der Wärmezwischenspeicher 100 mit einer temperaturgeschichteten Flüssigkeitssäule des Wärmeübertragungsfluid F gefüllt sein, wobei das am Trennelement anliegende Temperaturniveau etwa der Temperatur T2 entspricht und am Auslass 108b anliegende Temperaturniveau nahe an das Temperatur Ti heranreicht. Durch zunächst heißes, aber immer kühler wer- dendes, von links über den ersten Durchläse 108a einströmendes Wärmeübertra- gungsfluid F der Temperatur T kann das Trennelement 106 nach rechts, zum zweiten Durchläse 108b hin verschoben werden, wodurch der Wärmezwischenspeicher 100 mit einer temperaturgeschichteten Flüssigkeitssäule des Warme- übertragungsfluid F gefüllt wird, wobei das am Trennelement anliegende Temperaturniveau etwa der Temperatur T entspricht und das am Auslass 108a anliegende Temperaturniveau nahe an das Temperatur T2 heranreicht.. Gleichzeitig wird die von der Temperatur Ti zur Temperatur T2 geschichtete Flüssigkeitssäule durch den zweiten Durchlass 108b hindurch nach rechts ausgeschoben, bis das Trennelement 106 sich am zweiten Durchlass 108b befindet und die temperaturgeschichtete Flüssigkeitssäule des Wärmeübertragungsfluids F komplett ausgetauscht wurde.
Durch die Temperaturprofile der in den Teilspeichern des Wärmezwischenspeichers abgelegten Flüssigkeitssäulen des Wärmeübertragungsfluifs F wird bewirkt, dass bei einem Ausschieben der temperaturgeschichteten Flüssigkeitssäule aus dem zweiten Teilspeicher zunächst warmes, dann aber immer kühler werdendes Wärmeträgerfluid ausgeschoben wird. Damit kann dieser Teilspeicher zur gleitenden Abkühlung eines thermochemischen Reaktors 5 dienen, wie dies der Figur 4 entnehmbar ist.
Komplementär dazu wird bei einem Ausschieben der temperaturgeschichteten Flüssigkeitssäule aus dem ersten Teilspeicher zunächst kühles, dann aber immer wärmer werdendes Wärmeträgerfluid ausgeschoben. Damit kann dieser Teilspeicher zur gleitenden Aufheizung eines thermochemischen Reaktors 5 dienen, wie dies der Figur 2 entnehmbar ist. Betrachtet man nun wieder Figur 1 , so erkennt man, dass im Warmeträgerfluid- kreislauf 4 eine Fördereinrichtung 8 zum Antreiben des Wärmeträgerfluids F vorgesehen ist.
Im Wärmeträgerfluidkreislauf 3 ist ferner in Ventilsystem 9 vorhanden, welches vier verstellbare Ventileinrichtungen, nämlich eine erste verstellbare Ventileinrichtung 10a, eine zweite verstellbare Ventileinrichtung 10b, eine dritte verstellbare Ventileinrichtung 10c und eine vierte verstellbare Ventileinrichtung 10d umfasst. Mittels der vier Ventileinrichtungen 10a, 10b, 10c, 10d kann Wärmetransport zwischen den beiden Wärmereservoirs 2a, 2b, dem thermochemischen Reaktor 5 und dem Wärmezwischenspeicher 100 eingestellt und folglich gesteuert werden. Zum Steuern der Ventileinrichtungen 10a, 10b des Ventilsystems 9 ist eine Steue- rungs-/Regelungseinrichtung 4 vorgesehen, die mit den Ventileinrichtungen 10a, 10b zusammenwirkt.
Das erste und das zweite Wärmereservoir 2a, 2b sowie der thermochemische Reaktor 5 weisen zum Einleiten sowie zum Ausleiten des Wärmeträgerfluids F jeweils einen Fluideinlass 1 1 a, 1 1 b, 1 1 c bzw. einen Fluidauslass 12a, 12b, 12c auf.
Mittels der ersten verstellbaren Ventileinrichtung 10a ist der Fluideinlass 1 1 b des thermochemischer Reaktors 5 wahlweise mit dem Fluidauslass 12a, 12c des ersten oder zweiten Wärmereservoirs 2a, 2b verbindbar. Mittels der zweiten verstellbaren Ventileinrichtung 10b ist der Fluidauslass 12b des thermochemischen Reaktors 5 wahlweise mit dem Fluideinlass 1 1 a, 1 1c des ersten öder zweiten Wärmereservoirs 2a, 2b verbindbar. Mittels der dritten verstellbaren Ventileinrichtung 10c ist der erste Teilspeicher 101 a wahlweise über das erste Wärmereservoir 2a oder direkt mit der ersten Ventileinrichtung 10a verbindbar. Mittels der vierten Ventileinrichtung 10d ist der zweite Teilspeicher 101 b wahlweise über das zweite Wärmereservoir 2b oder direkt mit der ersten Ventileinrichtung 10a verbindbar. Wie Figur 1 erkennen lässt, ist die dritte Ventileinrichtung 10c mittels einer ersten Fluidleitung 6a direkt mit der ersten Ventileinrichtung 10a verbunden. Ebenso ist die vierte Ventileinrichtung 10d mittels einer zweiten Fluidleitung 6b fluidisch direkt mit der ersten Ventileinrichtung 10a verbunden. Die erste Fluidleitung 6a ist als Bypassleitung des ersten Wärmereservoirs 2a realisiert. Die zweite Fluidleitung 6b ist als Bypassleitung des zweiten Wärmereservoirs 2b realisiert.
Wie Figur 1 weiter erkennen lässt, ist der Wärmezwischenspeicher 100 fluidisch parallel zur zweiten Ventileinrichtung 10b geschaltet, so dass der Fluideinlass 1 1 a des ersten Wärmereservoirs 2a fluidisch mit dem ersten Teilspeicher 101 a kommuniziert und der Fluideinlass 1 1 c des zweiten Wärmereservoirs 2b fluidisch mit dem zweiten Teilspeicher kommuniziert.
Die vier Ventileinrichtungen 10a- 0d sind jeweils als 3/2 -Wege-Umschaltventile 13a, 13b, 13c, 13d ausgebildet. Bevorzugt sind das dritte und vierte 3/2- Wegeventil als selbstschaltende Ventile ausgebildet ist.
Im Folgenden wird nun ein vollständiger thermischer Zyklus des thermochemi- schen Reaktors 5 erläutert, bei welchem der thermochemische Reaktor 5 zwischen einem ersten Zustand mit Temperatur Ti des ersten Wärme reservoirs 2a und einem zweiten Zustand mit Temperatur T2 des zweiten Wärmereservoirs 2b und zurück in den Anfangszustand umgeschaltet wird.
Von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 4 können die Ventileinrichtungen 10a, 10b des Ventilsystems 9 in einen Betriebszustand verstellt werden, der schematisch in Figur 1 gezeigt ist. Dieser Betriebszustand kann als„Wärmeabführmodus" bezeichnet werden. In diesem Betriebszustand weisen der erste Teilspeicher 101 a ein maximales Volumen und der zweite Teilspeicher 101 b ein minimales Vo- lumen auf, d.h. der erste Teilspeicher 101a des Wärmezwischenspeichers 100 ist mit Wärmeträgerfluid F gefüllt, das eine von links nach rechts aufsteigende Temperaturschichtung bis nahe zur Temperatur Ti aufweist. Der zweite Teilspeicher 101 b ist hingegen leer. In diesem Betriebszustand bildet der Wärmeträgerfluid- kreislauf 3 einen ersten Teilkreislauf 14a aus, in welchem das Wärmeträgerfluid F zwischen dem thermochemischen Reaktor 5 und dem zweiten Wärmereservoir 2b zirkuliert. In diesem Betriebszustand überträgt das Wärmeträgerfluid F Wärme vom thermochemischen Reaktor 5 in das zweite Wärmereservoir 2b, d.h. es wird Reaktionswärme aus dem thermochemischen Reaktor 5 nahe dem Temperaturniveau T2 abgeführt. In diesem Betriebszustand verbinden die erste Ventileinrichtung 10a und die zweite Ventileinrichtung 10b jeweils das zweite Wärmereservoir 2b fluidisch mit dem thermochemischen Speicher 5. Die dritte und die vierte Ventileinrichtung 10c, 10d sind in diesem Betriebsmodus nicht durchströmt, weshalb deren Stellungen nicht relevant sind, also beliebig sein können.
Im Zuge der thermischen Zyklierung wird der thermochemische Reaktor 5 nun in einen Zustand mit Temperatur Ti des ersten Wärmereservoirs 2a umgeschaltet, wodurch ein Temperaturwechsel durchgeführt wird, um im Wesentlichen die thermische Massen aufzuheizen. Dazu werden die vier Ventileinrichtungen 10a bis 10d von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 4 zunächst in einen in Figur 2 dargestellten Betriebszustand verstellt. In dem in Figur 2 dargestellten Betriebszustand sind die vier Ventileinrichtungen 10a bis 10d derart eingestellt, dass das Wärmeträgerfluid F vom ersten Teilspeicher 101a des Wärmezwischenspeichers 100 in den thermochemischen Reaktor 5 transportiert wird. Ferner wird Wärmeträgerfluid F vom thermochemischen Reaktor 5 in den zweiten Teilspeicher 101 b transportiert.
Hierzu verbinden die erste Ventileinrichtung 10a und die dritte Ventileinrichtung 10c den thermochemischen Speicher 5 unter Umgehung des ersten Wärmereser- voirs 2a fluidisch direkt mit dem ersten Teilspeicher 101 a. Die zweite und die vierte Ventileinrichtung 0b, 10d verbinden den thermochemischen Reaktor 5 fluidisch mit dem zweiten Teilspeicher 10 b.
In diesem Betriebszustand wird das temperaturgeschichtete Wärmeträgerfluid F des ersten Teilspeichers 101 a des Wärmezwischenspeichers 100 über die Leitung 6a dem thermochemischen Reaktor 5 zugeführt, wodurch dieser bis nahe an die Grenztemperatur Ti aufgeheizt wird. Im Gegenzug wird der zweite Teilspeicher 101 b mit Wärmeträgerfluid F mit zunehmender Temperatur gefüllt, wodurch die dort eingespeicherte Flüssigkeitssäule eine Temperaturschichtung erhält, deren Temperatur von links nach rechts in den Temperaturgrenzen zwischen T2 und TT zunimmt. Das variable Speichervolumen 102a des ersten Teilspeichers 101 a nimmt durch Bewegung des Trennelements 106 ab, das variable Speichervolumen 102b des zweiten Teilspeichers 101 b nimmt gleichzeitig zu. In diesem Betriebszustand erhöht sich die Temperatur des thermochemischen Reaktors von T2 auf T^
Sobald das im ersten Teilspeicher 101 a des Wärmezwischenspeichers 100 zwischengespeicherte Wärmeträgerfluid F vollständig aus dem Wärmezwischenspeichers 100 entnommen ist, befindet sich das Trennelement 106 in der oben erwähnten ersten Endposition, was von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung 4 mittels des ersten Sensorelements 1 10a detektiert werden kann.
Der in Figur 2 gezeigte Betriebszustand kann auch als „Aufheizmodus" bezeichnet werden. In diesem Betriebszustand wird zunehmend heißeres Fluid aus dem Wärmezwischenspeicher 100 dem thermochemischen Speicher 100 zugeführt, wodurch dieser mit gespeicherter Wärme vom unteren Temperaturniveau, nahe der Temperatur T2 auf das obere Temperaturniveau, nahe der Temperatur Ti gebracht wird. Anschließend werden die beiden Ventileinrichtungen 10a, 10b von der Steue- rungs-/Regelungseinrichtung 4 in einen Betriebszustand geschaltet, der schematisch in Figur 3 dargestellt ist.
In dem in Figur 3 schematisch dargestellten Betriebszustand bildet der Wärme- trägerfluidkreislauf 3 einen zweiten Teilkreislauf 14b aus, in welchem das Wärme- trägerfluid F zwischen dem thermochemischen Reaktor 5 und dem ersten Wärmereservoir 2a zirkuliert. Auf diese Weise wird Wärme vom ersten Wärmereservoir 2a zum thermochemischen Reaktor 5 transportiert.
Hierzu verbinden die erste Ventileinrichtung 0a und die zweite Ventileinrichtung 10b jeweils das erste Wärmereservoir 2a fluidisch mit dem thermochemischen Reaktor 5. Die dritte und die vierte Ventileinrichtung 10c, 10d sind in diesem Betriebsmodus nicht durchströmt, weshalb deren Stellungen nicht relevant sind, also beliebig sein können.
In diesem Betriebszustand wird Reaktionswärme nahe der Temperatur Ti vom ersten Wärmereservoir 2a auf den thermochemischen Reaktor 5 übertragen. In diesem Betriebszustand weist der zweite Teilspeicher 101 b ein maximales Volumen und der erste Teilspeicher 101 a ein minimales Volumen auf, d.h. der zweite Teilspeicher 101 b des Wärmezwischenspeichers 100 ist mit Wärmeträgerfluid F gefüllt, das eine von links nach rechts aufsteigende Temperaturschichtung bis nahe zur Temperatur T aufweist. Hingegen ist der erste Teilspeicher 101 a leer. Der in Figur 3 gezeigte Betriebszustand kann als„Wärmezuführmodus" bezeichnet werden.
Anschließend werden die Ventileinrichtungen 10a, 0b, 10c, 10d von der Steue- rungs-/Regelungseinrichtung 4 in einen in Figur 4 dargestellten Betriebszustand verstellt. In dem in Figur 4 dargestellten Betriebszustand, dem sogenannten„Abkühlmodus", sind die Ventileinrichtungen 10a bis 10d derart eingestellt, dass das im zweiten Teilspeicher 101 b temperaturgeschichtet gespeicherte Wärmeträgerfluid F unter Umgehung des zweiten Wärmereservoirs 2b in den thermochemischen Reaktor 5 transportiert wird. Simultan dazu wird Wärmeträgerfluid F vom thermochemischen Reaktor 5 in den ersten Teilspeicher 101 a des Wärmezwischenspeichers 100 transportiert. In dem Betriebszustand gemäß Figur 4 verbinden die erste Ventileinrichtung 10a und die vierte Ventileinrichtung 10d den thermochemischen Speicher 5 unter Umgehung des zweiten Wärmereservoirs 2b fluidisch direkt mit dem zweiten Teilspeicher 101 b. Die zweite Ventileinrichtung 10b und die dritte Ventileinrichtung 10c verbinden den thermochemischen Speicher 5 fluidisch direkt mit dem ersten Teilspeicher 101a.
Sobald das im zweiten Teilspeicher 101 b des Wärmezwischenspeichers 100 zwischengespeicherte temperaturgeschichtete Wärmeträgerfluid F vollständig aus dem Wärmezwischenspeichers 100 entnommen ist, befindet sich das Trennelement 106 in der oben erwähnten zweiten Endposition, was von der Steuerungs- /Regelungseinrichtung 4 mit Hilfe des zweiten Sensorelements 1 10b detektiert werden kann. In diesem Zustand ist der erste Teilspeicher 101a vollständig mit dem Wärmeträgerfluid F gefüllt ist (vgl. Fig. 1 ). Von der Steuerungs- /Regelungseinrichtung 4 werden die Ventileinrichtungen 10a bisl Ob wieder in den in Figur 1 gezeigten Betriebszustand geschaltet und ein vollständiger Umschaltzyklus des thermochemischen Reaktors 5 ist abgeschlossen.
Die Figur 6 zeigt eine Weiterbildung des Behältnisses 103 der Figur 5. Beim Behältnis 103 der Figur 6 ist im Innenraum 107 des Gehäuses 104 eine wendelartige Struktur 113 angeordnet. Diese wendelartige Struktur 1 13 verleiht dem Innenraum 107 die Geometrie eines Fluidkanals 1 14 mit wendelartiger Geometrie. Der Fluidkanal 1 14 wird dabei von der wendelartigen Struktur 1 13 und vom Gehäuse 104, insbesondere von dessen Umfangswand 1 1 1 begrenzt. Die wendelartige Struktur 103 kann als in dem Innenraum angeordneter Einsatz 1 15 ausgebildet sein. Die wendelartige Struktur 1 13 kann wenigstens zehn Windungen 1 16, bevorzugt sogar wenigstens 20 Windungen umfassen. Das Trennelement 106 ist entlang des wendelartigen Fluidkanals 1 14 verstellbar ausgebildet. Das heißt, die geometrische Formgebung des Trennelements 106 ist derart gewählt, dass es im Innenraum 107 entlang des Fluidkanals 1 14, der durch die Umfangswand 1 1 1 und die wendelartige Struktur 1 13 begrenzt ist, verstellbar ist.
Die Figur 7 zeigt eine weitere Variante des Beispiels der Figur 5, bei welcher das Behältnis 103 als schlauchartig ausgebildeter Körper 117 realisiert ist, der sich entlang einer Erstreckungsrichtung E zumindest abschnittsweise nicht-geradlinig erstreckt. Bei dieser Variante liegt das Trennelement 106 zur Ausbildung der beiden volumen-variablen Teilspeicher 101a, 101 b entlang der Erstreckungsrichtung E bewegbar an der Innenseite 1 12 der Umfangswand 1 1 1 des schlauchartigen Körpers 1 17 an. Diese Variante erlaubt eine räumlich besonders kompakte Anordnung des Behältnisses 103. Bevorzugt beträgt eine entlang der Erstreckungsrichtung E gemessene Länge des Gehäuses 104 bzw. des schlauchartigen Körpers 1 17 wenigstens das Zwanzigfache, vorzugsweise wenigstens das Fünfzigfache einer quer zur Erstreckungsrichtung E gemessenen Querrichtung Q.
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Claims

Ansprüche
1. Anordnung (1 ), insbesondere Kältemaschine oder Wärmepumpe,
mit einem als Wärmequelle wirkenden ersten Wärmereservoir (2a) und mit einem als Wärmesenke wirkenden zweiten Wärmereservoir (2b),
mit einem thermisch und fluidisch mit den Wärmereservoirs (2a, 2b) verbindbaren oder verbundenen thermochemischen Reaktor (5), vorzugsweise einer Adsorptionskältemaschine oder einer Adsorptionswärmepumpe,
mit einem Wärmeträgerfluidkreislauf (3), in welchem ein Wärmeträgerfluid (F) zum Transport von Wärme zwischen den beiden Wärmereservoirs (2a, 2b) und dem thermochemischen Reaktor (5) angeordnet ist,
mit einem im Wärmeträgerfluidkreislauf (3) angeordneten Wärmezwischenspeicher (100) zum Zwischenspeichern des Wärmeträgerfluids (F),
wobei der Wärmezwischenspeicher zur Aufnahme und Abgabe temperaturgeschichteter Wärmeträgerfluidmassen einen ersten Teilspeicher (101 a) mit variablem Speichervolumen (102a) und thermisch und fluidisch getrennt zu diesem einen zweiten Teilspeicher (101 b) mit variablem Speichervolumen (102b) aufweist,
mit einer im Wärmeträgerfluidkreislauf (3) vorhandenen Fördereinrichtung (8) zum Antreiben des Wärmeträgerfluids (F) im Wärmeträgerfluidkreislauf (3), mit einem im Wärmeträgerfluidkreislauf (3) vorhandenen Ventilsystem (9), wobei das Ventilsystem (9) umfasst:
eine verstellbare erste Ventileinrichtung (10b), mittels welcher ein Fluidein- lass (1 1 b) des thermochemischen Reaktors (5) wahlweise mit dem Fluidaus- lass (12a, 12c) des ersten oder zweiten Wärmereservoirs (2a, 2b) verbindbar ist, eine verstellbare zweite Ventileinrichtung (10a), mittels welcher ein Fluidaus- lass (12b) des thermochemischen Speichers (5) wahlweise mit dem Fluidein- lass (1 1a, 1 1 c) des ersten oder zweiten Wärmereservoirs (2a, 2b) verbindbar ist,
eine verstellbare dritte Ventileinrichtung (10c), mittels welcher der erste Teilspeicher (101a) wahlweise über das erste Wärmereservoir (2a) oder direkt mit der ersten Ventileinrichtung (10a) verbindbar ist,
eine verstellbare vierte Ventileinrichtung (10d), mittels welcher der zweite Teilspeicher (101 b) wahlweise über das zweite Wärmereservoir (2b) oder direkt mit der ersten Ventileinrichtung (10a) verbindbar ist,
eine Steuerungs-/Regelungseinrichtung (4), die zum Steuern wenigstens zweier der Ventileinrichtungen (10a-10d) des Ventilsystems (9) eingerichtet ist.
2. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Wärmezwischenspeicher (100) fluidisch parallel zur zweiten Ventileinrichtung (10b) geschaltet ist, so dass der Fluideinlass (1 1 a) des ersten Wärmereservoirs fluidisch mit dem ersten Teilspeicher (101 a) kommuniziert und der Fluideinlass (11 c) des zweiten Wärmereservoirs (2b) fluidisch mit dem zweiten Teilspeicher (101 b) kommuniziert.
3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Ventileinrichtung (10a) und/oder die zweite Ventileinrichtung (10b) und/oder die dritte Ventileinrichtung (10c) und/oder die vierte Ventileinrich- tung (1 Od) jeweils ein 3/2-Wege-Umschaltventil (13a, 13b, 13c, 13d) umfassen.
4. Anordnung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest ein 3/2-Wegeventil (13a, 13b, 13c, 13d) als selbstschaltendes Ventil ausgebildet ist.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Wärmezwischenspeicher (100) zur simultanen Aufnahme und Abgabe einer ersten und einer zweiten Fluidmasse des Wärmeträgerfluids (F) ausgebildet ist,
wobei die beiden Fluidmassen unterschiedliche Temperaturschichtungen zwischen den Temperaturniveaus ΟΊ, T2) aufweisen.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der volumen-variable erste Teilspeicher (101 a) komplementär zum volumenvariablen zweiten Teilspeicher (102b) ausgebildet ist, so dass von den beiden Teilspeichern (101 a, 101 b) gebildete Gesamtvolumen konstant ist.
7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Wärmezwischenspeicher (100) als Behältnis (103) ausgebildet ist, wobei das Behältnis (103) umfasst:
ein Gehäuse (104), in dessen Innenraum (107) beweglich ein Trennelement (106) angeordnet ist, welches den Innenraum (107) in einen volumenvariablen ersten Teilspeicher (101 a) und einen thermisch vom ersten Teil- Speicher (101 a) isolierten, ebenfalls volumen-variablen zweiten Teilspeicher (101 b) unterteilt,
einen im Gehäuse (104) vorhandenen ersten Durchlass (108a) zum Ein- und Ausleiten eines Wärmeträgerfluids (F) mit einer ersten Temperaturschichtung in den bzw. aus dem ersten Teilspeicher (101 a),
einen im Gehäuse (104) vorhandenen zweiten Durchlass (108b) zum Ein- und Ausleiten des Wärmeträgerfluids (F) mit einer zweiten Temperaturschichtung in den bzw. aus dem zweiten Teilspeicher (101 b),
wobei der volumen-variable erste Teilspeicher (101 a) komplementär zum volumen-variablen zweiten Teilspeicher (101 b) ausgebildet ist, so dass das von den beiden Teilspeichern (101 a, 101 b) gebildete Gesamtvolumen konstant ist.
8. Anordnung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gehäuse (104) länglich ausgebildet ist,
wobei der erste Durchlass (108a) an einem ersten Längsende (109a) und der zweite Durchlass (108b) an einem dem ersten Längsende (109a) gegenüberliegenden, zweiten Längsende (109b) angeordnet ist.
9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gehäuse (104) als Rohrkörper (105) ausgebildet ist, der sich entlang einer axialen Richtung (A) im Wesentlichen geradlinig erstreckt,
wobei das Trennelement (106) zur Ausbildung der beiden volumen-variablen Teilspeicher (101 a, 101 b) entlang der axialen Richtung (A) bewegbar an der Innenseite (112) einer Umfangswand (1 1 1 ) des Rohrkörpers (105) anliegt.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass
am ersten Durchlass (108a) ein erstes Sensorelement ( 10a) vorgesehen ist, mittels welchem bestimmbar ist, ob sich das Trennelement (106) in einer ersten Endposition befindet, in welcher das Trennelement ( 06) einen zum ersten Durchlass (108a) minimalen Abstand besitzt, und/oder dass
am zweiten Durchlass ein zweites Sensorelement (1 10b) vorgesehen ist, mittels welchem bestimmbar ist, ob sich das Trennelement (106) in einer zweiten Endposition befindet, in welcher das Trennelement (106) einen zum zweiten Durchlass minimalen Abstand besitzt.
1 1. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung (4) in den verstellbaren Ventileinrichtungen (10a, 10b, 10c, 10d) des Ventilsystems (9) ein Betriebszustand einstellbar ist, in welchem der Wärmeträgerfluidkreislauf (3) einen ersten Teilkreislauf (14a) ausbildet, und in welchem das Wärmeträgerfluid (F) zwischen dem thermochemischen Reaktor (5) und dem zweiten Wärmereservoir (2b) zirkuliert, so dass Wärme vom thermochemischen Reaktor (5) in das zweite Wärmereservoir (2b) übertragen wird.
12. Anordnung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
in diesem Betriebszustand die erste Ventileinrichtung (10a) und die zweite Ventileinrichtung (10b) jeweils das zweite Wärmereservoir (2a) fluidisch mit dem thermochemischen Reaktor (5) verbinden.
13. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung (4) in der wenigstens einen verstellbaren Ventileinrichtung (10a, 10b) des Ventilsystems (9) ein Betriebszustand einstellbar ist, in welchem der Wärmeträgerfluidkreislauf (3) einen zweiten Teilkreislauf (14b) ausbildet, in welchem das Wärmeträgerfluid (F) zwischen dem thermochemischen Reaktor (5) und dem ersten Wärmereservoir (2a) zirkuliert, so dass Wärme vom ersten Wärmereservoir (2a) in den thermochemischen Reaktor (5) übertragen wird.
14. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
in diesem Betriebszustand die erste Ventileinrichtung (10a) und die zweite Ventileinrichtung (10b) jeweils das erste Wärmereservoir (2a) fluidisch mit dem thermochemischen Reaktor (5) verbinden.
15. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung (4) in den verstellbaren Ventileinrichtungen (10a, 10b, 10c, 10d) des Ventilsystems (9) ein Betriebszustand einstellbar ist, bei welchem mittels des Wärmeträgerfluids (F):
Wärmeträgerfluid (F) vom ersten Teilspeicher (101a) in den thermochemischen Reaktor (5) transportiert wird, und
Wärmeträgerfluid (F) vom thermochemischen Reaktor (5) in den zweiten Teilspeicher (101 b) transportiert wird.
16. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
in diesem Betriebszustand: die erste Ventileinrichtung (10a) und die dritte Ventileinrichtung (10c) den thermochemischen Reaktor (5) unter Umgehung des ersten Wärmereservoirs (2a) fluidisch direkt mit dem ersten Teilspeicher (101 a) verbinden,
die zweite und die vierte Ventileinrichtung (10b, 10d) den thermochemischen Reaktor (5) fluidisch mit dem zweiten Teilspeicher (101 b) verbinden.
17. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
von der Steuerungs-/Regelungseinrichtung (4) in der wenigstens einen verstellbaren Ventileinrichtung (10a, 10b) des Ventilsystems (9) ein Betriebszustand einstellbar ist, bei welchem mittels des Wärmeträgerfluids (F):
Wärmeträgerfluid (F) unter Umgehung des zweiten Wärmereservoirs (2b) in den thermochemischen Reaktor (5) transportiert wird,
Wärmeträgerfluid (F) vom thermochemischen Reaktor (5) in den ersten Teilspeicher (101 a) transportiert wird.
18. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
in diesem Betriebszustand:
die erste Ventileinrichtung (10a) und die dritte Ventileinrichtung (10c) den thermochemischen Speicher (5) unter Umgehung des zweiten Wärmereservoirs (2b) fluidisch direkt mit dem zweiten Teilspeicher (101 b) verbinden, die zweite Ventileinrichtung (10b) und die vierte Ventileinrichtung (10d) den thermochemischen Speicher (5) fluidisch direkt mit dem ersten Teilspeicher (101 a) verbinden.
die erste Ventileinrichtung (10a) und die vierte Ventileinrichtung (10d) den thermochemischen Reaktor (5) unter Umgehung des zweiten Wärmereservoirs (2a) fluidisch direkt mit dem zweiten Teilspeicher (101a) verbinden, die zweite und die dritte Ventileinrichtung (10b, 10c) den thermochemischen Reaktor (5) fluidisch mit dem ersten Teilspeicher (101 b) verbinden.
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