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EP2359077A2 - Ein druckreduzierendes element zur aufteilung des rückkühlvolumenstroms in sorptionsmaschinen - Google Patents

Ein druckreduzierendes element zur aufteilung des rückkühlvolumenstroms in sorptionsmaschinen

Info

Publication number
EP2359077A2
EP2359077A2 EP09799292A EP09799292A EP2359077A2 EP 2359077 A2 EP2359077 A2 EP 2359077A2 EP 09799292 A EP09799292 A EP 09799292A EP 09799292 A EP09799292 A EP 09799292A EP 2359077 A2 EP2359077 A2 EP 2359077A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
reducing element
pipe
volume flow
adsorber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09799292A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Niels Braunschweig
Sören PAULUSSEN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
INVENSOR GmbH
Original Assignee
INVENSOR GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by INVENSOR GmbH filed Critical INVENSOR GmbH
Priority to EP09799292A priority Critical patent/EP2359077A2/de
Publication of EP2359077A2 publication Critical patent/EP2359077A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B17/00—Sorption machines, plants or systems, operating intermittently, e.g. absorption or adsorption type
    • F25B17/08—Sorption machines, plants or systems, operating intermittently, e.g. absorption or adsorption type the absorbent or adsorbent being a solid, e.g. salt
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A30/00—Adapting or protecting infrastructure or their operation
    • Y02A30/27—Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/62—Absorption based systems

Definitions

  • the invention relates to the use of a pressure-reducing element for dividing volume flows in a sorption machine as well as in an adsorption refrigerator and also to a method for dividing the volume flows in a sorption machine.
  • chillers which are generally used for heating and / or cooling of buildings.
  • Chillers implement thermodynamic cycles, where, for example, heat is absorbed below the ambient temperature and released at a higher temperature.
  • the thermodynamic cycles are similar to those of a heat pump.
  • Known in the art refrigerators are z. As adsorption refrigeration systems, diffusion absorption refrigeration machines, adsorption refrigeration or Feststoffsorption 1974pumpen and compression refrigeration systems.
  • the Adsorptionshimltemaschine consists of an ad / Desorber unit, an evaporator, a condenser and / or a combined evaporator / condenser unit, which are housed in a common container or in separate containers, which then with pipes o. ⁇ .
  • For the Refrigerant flow are interconnected.
  • the advantage of sorption compared to conventional heat pump technology is that the expiration of the adsorption / desorption takes place solely by the temperature of the sorbent.
  • the container of the adsorption machine can be hermetically sealed and gas-tight.
  • the adsorption chiller preferably operates in the vacuum range.
  • the refrigerant which absorbs heat at a low temperature and low pressure and releases heat at a higher temperature and pressure, is selected such that a change in state of aggregation is associated with the adsorption or desorption.
  • adsorbent materials are described in the prior art, which are finely porous and therefore have a very large inner surface.
  • Advantageous materials are activated carbon, zeolites, alumina or silica gel, aluminum phosphates, silica-aluminum phosphates, metal-silica-aluminum phosphates, mesostructure silicates, metal-organic frameworks and / or microporous material comprising microporous polymers.
  • the heat of adsorption and the heat of condensation must be removed from the plant. This is usually done via a flowing heat transfer medium that transports this heat to a heat sink, e.g. to a recooling plant, which releases the heat to the ambient air.
  • a heat sink e.g. to a recooling plant
  • sorption machines are disclosed in the prior art, in which the heat transfer medium usually flows through a string with heat exchangers (adsorber or condenser), hydraulic piping, hydraulic components (eg valves).
  • DE 3207 435 A1 describes a control and regulating device for a sorption heat pump.
  • the control and regulating device measures the temperature in the circuit of a consumer fluid and adjusts the volume flows depending on the temperature.
  • the control of the currents via a known in the art 3-way valve.
  • the document EP 0 152 931 discloses a generator absorption heat pump heating system and a method for operating a generator absorption heat pump heating system for space heating, hot water preparation and the like.
  • a switching valve is integrated, whereby the heat transfer fluid is passed alternately to an adsorber and condenser.
  • the total volume flow of the heat transfer medium coming from the recooler is usually divided into a volume flow passing through the adsorber and into a volume flow passing through the condenser.
  • different temperatures of the adsorber and the condenser can thus be adjusted in particular at the end of the recooling phases.
  • the heat transfer fluid coming from the recooler is divided between the adsorber and the condenser and passed in parallel through the adsorber and condenser, the total volume flow remaining constant.
  • the volume flow in the mold is distributed over both strands so that the same pressure loss is applied in both strands.
  • a desired fine tuning is not possible because, for example, commercial nominal pipe sizes or valve sizes are available only in increments with respect to the diameter. If both strands in the installation achieve exactly predetermined pressure losses, a change in the design volumetric flow rate is not possible without simultaneously influencing the level of the pressure losses.
  • Sorption machines do not allow targeted adaptation or optimization of the distribution of the volume flow, whereby no higher performance or better efficiency can be achieved.
  • the object of the invention was accordingly to achieve a variable distribution of the volume flows between adsorber and condenser, whereby the disadvantages of the prior art do not arise and an improvement in the performance of sorption machines is achieved.
  • a total volume flow coming from a recooling device is divided into at least two volume flows.
  • a first volume flow flows through at least one pipe of a first pipe section into or through a condenser and a second volume flow through at least one pipe of a second pipe section into or through an adsorber.
  • at least one of the two coming from the recooling device or the two returning to this pipe or pipe sections at least one pressure-reducing element.
  • the two pipe sections or pipes essentially have different pressure loss coefficients.
  • the pressure-reducing element can influence the ratio of the pressure loss coefficients of both pipe sections;
  • the pressure-reducing element can surprisingly adapt and / or set the pressure loss coefficients of the two pipe sections or paths.
  • the volume flows or the pressure loss coefficients can be adapted to different boundary conditions, operating phases and / or modes of operation or even adapted to built-in components.
  • the pressure-reducing element enables a simple division of the volume flow ratio between preferably adsorber and condenser, whereby in particular a different cooling of adsorber and condenser is achieved.
  • the pressure loss designates the pressure difference resulting from wall friction and internal fluid friction in pipelines. This means that due to at least one pressure-reducing element, the pressure loss in the two strands coming from the recooler is preferably non-identical, that is, the pipe sections or the volume flows essentially have a different pressure loss or different pressure loss coefficients.
  • the term "essentially” does not represent an unclear formulation for the skilled person with regard to the pressure loss, since he recognizes by the overall disclosure of the teaching according to the invention that the pressure loss is preferably different in the two volume flows and this formulation of course detects both small and large pressure losses alike.
  • the different pressures can be determined, for example, by measuring methods described in the prior art
  • the person skilled in the art is familiar with the concept of the pressure loss coefficient and knows how to relate it to the teaching according to the invention
  • the pressure-reducing elements may also be incorporated into the tubes coming from the adsorber and / or condenser (leading to the recooler or recooling device) g returning pipes). This can be advantageous in particular in multi-chamber adsorption machines.
  • operating points may designate certain points in the characteristic diagram or on the characteristic curve of a technical device, preferably a sorption machine, particularly preferably an adsorption chiller or adsorption heat engine, which are adopted on the basis of the system properties and acting external influences and parameters.
  • a technical device preferably a sorption machine, particularly preferably an adsorption chiller or adsorption heat engine, which are adopted on the basis of the system properties and acting external influences and parameters.
  • Examples include the temperatures of the heat sinks and sources or total volume flows in the recooling circuit in the evaporator or Desorberstrang.
  • a volume flow is understood by the person skilled in the art to mean the volume of a medium which moves within a unit of time through a cross section, in particular of a pipe or a pipe section. Consequently, the total volume flow especially includes the entirety of the volume flows, preferably in one machine.
  • the mode of operation within the meaning of the invention preferably designates the mode of operation of the machine. Examples include the adaptation of the cycle times of the sorption, that is, by short cycle times, the performance of the machine can be increased, whereas longer cycle times lead to higher efficiency.
  • the built-in components may for example denote adsorber heat exchangers which are provided with the same pressure but different adsorption material.
  • the adsorption material may advantageously be applied differently, that is, it may be a bed, a bond and / or crystallization. Due to these different types of application, the adsorption machine can be adapted to different requirements. So the machine can be adapted to the location or the refrigerant. In addition, the layer thickness of the adsorbent material is critical to the performance of the adsorbent material.
  • the system configuration preferably designates the configuration of the machine, that is, for example, the internal hydraulic interconnection of the components of the machine, the internal cold connection of the components or the changed basic structure of the machine (eg number of adsorbers, operation of the evaporator) , the capacitor, etc.).
  • a recooler or a recooling device designates in the sense of the invention, in particular, a device in order to preferably cool the heat transfer fluid, that is, to dissipate the absorbed energy to another fluid or medium.
  • a recooler may include, for example, a geothermal heat exchanger, a swimming pool, a well, or other device for cooling or absorbing the heat energy.
  • the volume flow flowing through the machine is preferably a heat transfer fluid, that is a fluid that can absorb and release energy in the form of heat.
  • Preferred heat transfer fluids include Water or brine. These are particularly environmentally friendly and cheap from the purchase.
  • the performance characteristics of water and brine are optimal for a sorption machine.
  • the pressure-reducing element can advantageously be regulated or adjusted so that, for example, at the beginning or end of an operating phase, a strand is preferably no longer flowed through and the entire volume flow flows into the remaining strand.
  • a component or a component can be cooled quickly and efficiently, and the performance of the sorption machine is significantly improved.
  • the pressure-reducing element is advantageously integrated into a tube in such a way that the cross-section of the flow is reduced and thus a variable adjustment of the volume flow is possible.
  • the pressure-reducing element produces a particularly high degree of efficiency, in particular in adsorption machines comprising adsorption heat engines and adsorption chillers.
  • adsorption machines comprising adsorption heat engines and adsorption chillers.
  • sorption machines in which the condenser and / or adsorber are heat exchangers.
  • the heat exchanger is a device that transfers thermal energy preferably from one material stream to another.
  • the pressure-reducing element and for 1-chamber systems for example with 2 adsorbers, but also for 2- or multi-chamber systems, each with only one adsorber of a sorption, for example, an adsorption machine can be used.
  • the pressure-reducing element is preferably a throttle, a valve or a stopcock.
  • the elements can be integrated into a tube and cause a local narrowing of the flow cross-section.
  • different valves which can be classified according to their geometric shape, be integrated into the tubes.
  • valves comprising through valves, angle valves, angle seat valves and / or three-way valves can be used.
  • the valves By using the valves, the flow rates in the pipes can be accurately and precisely metered, as well as secure against the environment.
  • the valves can advantageously be operated by hand, by medium, mechanically or electromagnetically and thus enable an exact and secure control of the volume flows.
  • a throttle is in the context of the invention preferably a conical piece of pipe within a pipeline, concentric or eccentric reductions are also preferred.
  • the pressure-reducing element is an aperture and / or a built-in component.
  • a built-in part includes, for example, a reduced cross-section of a casing or parts of the casing of a strand, a T-piece with reduced outlet or a sleeve, aperture, fitting or measuring, control or control device with reduced cross-section.
  • the specialist in rheology / fluid mechanics knows how such a built-in component can be integrated into a pipe.
  • the pressure-reducing or cross-section-reducing elements can advantageously be integrated into one or more tubes, and it may be advantageous to make these adjustable and variable. This means that the pressure-reducing elements can be controllable or self-regulating, whereby preferably at any time and boundary condition, the optimal or preferred volume flow distribution can be adjusted, as the flowing through
  • Cross section of the tubes can be reduced or increased. It can be changed so easily but effectively the flowing through the pipe volume.
  • the adjustability of the pressure-reducing element can be realized manually, for example by means of a manual tap. However, it may also be preferred that the adjustment of the pressure-reducing element and thus of the flow-through pipe cross-section is automatic and / or self-regulating.
  • the pressure-reducing element may be provided with measuring and control devices, for example, measure the pressure in the tube and based thereon, the Nominal diameter of the tube, that is to change the cross-section of the tube by the pressure-reducing element.
  • the pressure-reducing element changes the nominal diameter of the pipes or of the pipe or the cross-section of the free flow such that the volume flows with different and / or same
  • the heat exchanger is preferably the adsorber or the condenser.
  • At least one measuring and / or regulating device is installed between the recooler and the adsorber and / or condenser.
  • the device measures in particular physical properties of the volume flow, including temperature, pressure and / or flow rate.
  • the device is advantageously attached to at least one tube such that, for example, a measuring probe is present in the tube and is in contact with the fluid flowing through the tube. The measured quantities are digitized and output as data.
  • the measured data it is also possible to store the measured data and to use it for comparative experiments, whereby an optimization of the sorption machine is possible. It may be preferred that the measured data - the so-called actual values - are compared with predetermined target values and that a possibly existing difference leads to the fact that the
  • Control device preferably varies the pipe size or the cross section of the free flow over the pressure-reducing element. It is possible such a continuous and substantially trouble-free operation of the machine.
  • the machine can be quickly and easily adapted to different modes of operation.
  • the desired values preferably correspond to values which define a specific mode of operation.
  • a pressure-reducing element which is used for dividing volume flows in particular an adsorption machine.
  • a total volume flow which comes from a recooling device, divided into at least two volume flows, wherein a first volume flow through at least one pipe of a first pipe section in a condenser and a second volume flow through at least one further pipe of a second pipe section in an adsorber flows.
  • At least one of the two coming from the recooling or the two returning to this pipe or pipe sections has at least one pressure-reducing element.
  • the two pipe sections have a substantially different pressure loss coefficient.
  • a pressure-reducing element which can divide the volume flows between adsorber and condenser into at least one pipe or a pipe section of an adsorption machine, preferably an adsorption chiller, very particularly preferably an adsorption heat machine, and thus the mode of operation of the machine easily and quickly to different Requirements is customizable. It has surprisingly been found that the pressure-reducing element having an adsorption machine is universally applicable and can be operated at different locations and at different outdoor temperatures.
  • the pressure-reducing element preferably reduces the nominal diameter or the cross section of the free flow of at least one tube, wherein the element is self-regulating or can be regulated.
  • the element can be retrofitted into the adsorption machines and this results in low costs, ie the machine can advantageously be easily and inexpensively supplemented by one or more elements.
  • the components of the adsorption machine comprising adsorber or condenser less maintenance, since the components are used more efficiently and gently.
  • the invention further relates to a method for dividing volume flows in a sorption machine, wherein a total volume flow of a
  • Recooling coming is divided into at least two flow rates, and a first volume flow through at least one pipe of a first pipe section flows into a condenser and a second flow through at least one pipe of a second pipe section in an adsorber, wherein at least one of the two coming from the recooling or the two pipe sections leading back to this has at least one pressure-reducing element and the two pipe sections have a substantially different pressure loss coefficient.
  • the volume flows can be easily between preferably the adsorber and capacitor to be split.
  • the pressure or pressure loss coefficients in both strands or pipes are identical.
  • the volume flow between adsorber and condenser is divided such that the two volume flows or pipe sections have a substantially different pressure loss or
  • FIG. 1 shows, by way of example, the recooling strands of an adsorption heat pump disclosed in the prior art.
  • the remindkühlstrlinde denote the coming of the recooler 11 tubes 9 or strands or pipe sections and the arrows shown represent the preferred flow direction of the heat transfer fluid.
  • the heat transfer fluid such as water.
  • the heated heat transfer fluid must then be cooled, otherwise the thermodynamic process of heat transfer would come to a standstill and thus the refrigerant is difficult to adsorb.
  • the cooling of the heat carrier can be done for example in a recooler 11 in which the heat of the heat carrier is transferred to another heat receiver.
  • air an air stream 10
  • water dry or wet cooling technology
  • the cooled heat carrier flows from the recooler 11 through the tubes 9 or pipe sections (through two strands) in parallel into the adsorber 13 and the condenser 14, wherein the volume flow of the heat carrier is divided, but the total volume flow remains constant.
  • a heat source 12 can be connected to the heat carrier circuit.
  • the connection of the heat source 12 is optionally shown in the form of dashed lines.
  • the dashed lines represent, like the uninterrupted lines, pipes 9, or pipe strands.
  • the heat carrier after it has absorbed heat in the adsorber 13, preferably flows into the heat source 12, where it can release the heat.
  • the heat can be used for example for air conditioning.
  • the volume flow in the mold is distributed over both strands, that is in both strands, ie in adsorber 13 and condenser 14, the same pressure loss is applied.
  • the volume flow can consequently be divided by the pressure losses between the adsorber 13 and the condenser 14.
  • this is a very inaccurate method that can only be optimized empirically.
  • the interpretation of the pressure losses of the strands only an insufficient adjustment of
  • Volumes are made to a specific operating point - a desired fine tuning is not possible because, for example, commercially available pipe sizes or valve sizes are available only in increments with respect to the diameter. It can not be achieved by this optimal distribution of the flow rate.
  • Fig. 2 shows an integration of pressure-reducing elements in the remindkühlstrlinde.
  • the heat transfer medium flows into the adsorber 13 and the condenser 14.
  • the heat transfer medium preferably absorbs heat from the adsorbed refrigerant and thus accelerates its adsorption.
  • the heat carrier can catalyze the condensation of the refrigerant and also absorb heat from it.
  • adsorption machine In order to adapt the volume flows of the heat carrier from the recooler 11 to preferably the mode of operation of the sorption machine, in particular adsorption machine is at least one pressure-reducing element 15 integrated into one or more tubes 9 or pipe sections, whereby the pipe sections have different pressure loss coefficients.
  • the volume flow flowing into the adsorber 13 and into the condenser 14 can be varied.
  • the adsorber 13 and the condenser 14 can preferably be adapted to the mode of operation of the sorption machine or adsorption machine and consequently be cooled differently. Through this simple but effective adjustment of the flow rates, the efficiency can be significantly improved. Due to the integration of the pressure-reducing elements 15, the volume flows which flow into the adsorber 13 and the condenser 14 have a substantially different pressure loss.
  • the pressure-reducing elements 15 can advantageously be integrated into each tube 9 of a Soptionsmaschine, in particular adsorption.
  • Fig. 3 shows pressure-reducing elements in the remindkühlstrfiten taking into account the heat source strand.
  • the heat transfer fluid flows after cooling in the recooler 11 by preferably an air flow 10 through the tubes 9 in the adsorber 13 and capacitor 14.
  • Adsorber 13 and capacitor 14 are preferably connected in parallel, but may also be connected in series.
  • the cooled heat transfer fluid absorbs heat from a refrigerant in the adsorber 13 and condenser 14 and is subsequently cooled by the recooler 11 by discharging the absorbed heat to a heat receiver.
  • the heated heat transfer fluid is passed after heat absorption in a heat source 12 and there emits the heat.
  • the heat source 12 that is, the heat emitted, can be used for example for air conditioning buildings.
  • the heat source 12 is separated via hydraulic components 16 from the circulation of the heat transfer fluid and can be switched on when needed. Hydraulic components include valves, ball valves or pumps. It is thus possible, the heated heat transfer fluid either in the recooler 11 or the To conduct heat source 12. However, it may also be advantageous to conduct only the heated heat transfer fluid from the adsorber 13 and not from the condenser 14 into the heat source 12. Pressure-reducing elements 15 can advantageously be integrated into the train from the recooler 11 before the adsorber 13 and / or condenser 14.
  • the heat transfer fluid does not flow through the pressure reducing elements 15 after passage of the heat source 12, that is, the hydraulic component 16 is preferably arranged such that the heat transfer fluid coming from the heat source 12 flows directly into the adsorber 13. Furthermore, it may be preferable to incorporate pressure-reducing elements 15 into the strand (s) coming from the adsorber 13 and / or condenser 14.

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Abstract

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines druckreduzierenden Elementes (15) zur Aufteilung von Volumenströmen in einer Sorptionsmaschine, wobei ein Gesamtvolumenstrom von einer Rückkühleinrichtung (11) kommend, in mindestens zwei Volumenströme aufgeteilt wird. Hierbei strömt ein erster Volumenstrom durch mindestens ein Rohr einer ersten Rohrstrecke in einen Kondensator (14) und ein zweiter Volumenstrom durch mindestens ein Rohr einer zweiten Rohrstrecke in einen Adsorber (13), wobei mindestens eine der beiden von der Rückkühleinrichtung kommenden oder der beiden zu dieser zurückführenden Rohrstrecken mindestens ein druckreduzierendes Element (15) aufweist.

Description

Ein druckreduzierendes Element zur Aufteilung des Rückkühlvolumenstroms in Sorptionsmaschinen
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines druckreduzierenden Elementes zum Aufteilen von Volumenströmen in einer Sorptionsmaschine sowie in einer Adsorptionskältemaschine und weiterhin ein Verfahren zum Aufteilen der Volumenströme in einer Sorptionsmaschine.
Im Stand der Technik sind Kältemaschinen beschrieben, die im Allgemeinen der Beheizung und/oder der Kühlung von Gebäuden dienen. Kältemaschinen realisieren thermodynamische Kreisprozesse, bei denen beispielsweise Wärme unterhalb der Umgebungstemperatur aufgenommen und bei einer höheren Temperatur abgegeben wird. Die thermodynamischen Kreisprozesse ähneln denen einer Wärmepumpe. Im Stand der Technik bekannte Kältemaschinen sind z. B. Adsorptionskälteanlagen, Diffusions- Absorptionskältemaschinen, Adsorptionskälteanlagen beziehungsweise Feststoffsorptionswärmepumpen sowie Kompressionskälteanlagen.
Die Adsorptionskältemaschine besteht aus einer Ad-/Desorber-Einheit, einem Verdampfer, einem Kondensator und/oder einer kombinierten Verdampfer/Kondensator-Einheit, die in einem gemeinsamen Behälter oder in getrennten Behältern untergebracht sind, welche dann mit Rohren o. ä. für die Kältemittelströmung miteinander verbunden sind. Der Vorteil der Sorptionmaschinen gegenüber konventioneller Wärmepumpentechnik liegt darin, dass der Ablauf der Adsorption/Desorption allein durch die Temperierung des Sorptionsmittels erfolgt. Somit kann der Behälter der Adsorptionsmaschine hermetisch und gasdicht abgeschlossen sein. Bei Verwendung von beispielsweise Wasser als Kältemittel arbeitet die Adsorptionskältemaschine vorzugsweise im Unterdruckbereich. Dies führt durch die sehr geringe Dichte des Kältemittels im Unterdruckbereich teilweise zu sehr hohen Strömungsgeschwindigkeiten (beispielsweise 25 m/s - 100 m/s, oder größer) des dampfförmigen Kältemittels. Dementsprechend sind die Dampfströmungen innerhalb einer Adsorptionsmaschine sorgfältig auszulegen, um unnötige Druckverluste der Dampfströmung zu vermeiden. Die in einer Adsorptionsmaschine stattfindende Adsorption beschreibt einen physikalischen Prozess, bei dem sich ein gasförmiges Kältemittel (beispielsweise Wasser) an einen Feststoff anlagert, wobei bei der Anlagerung Energie von dem Kältemittel auf den Feststoff übertragen wird. Die Desorption des Kältemittels, das heißt das Lösen des Kältemittels von dem Feststoff, benötigt wiederum Energie. In einer Adsorptionskältemaschine wird das Kältemittel, welches bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck Wärme aufnimmt und bei höherer Temperatur und höherem Druck Wärme abgibt, so gewählt, dass mit der Ad- beziehungsweise Desorption eine Aggregatzustandsänderung einhergeht. Als Adsorptionsmittel sind im Stand der Technik Stoffe beschrieben, die feinporös sind und demzufolge eine sehr große innere Oberfläche besitzen. Vorteilhafte Materialien sind Aktivkohle, Zeolithe, Aluminiumoxid oder Silikagel, Aluminiumphosphate, Silika- Aluminiumphosphate, Metall-Silika-Aluminiumphosphate, Mesostruktur Silikate, Metall-organische Gerüste und/oder mikroporöses Material, umfassend mikroporöse Polymere.
Im Prozess der Adsorptionsmaschine muss die Adsorptionswärme und die Kondensationswärme aus der Anlage abgeführt werden. Dies geschieht in der Regel über ein strömendes Wärmeträgermedium, das diese Wärme zu einer Wärmesenke transportiert, z.B. zu einem Rückkühlwerk, welches die Wärme an die Umgebungsluft abgibt. Wird jedoch die Adsorptionswärme und/oder die
Kondensationswärme nicht bzw. schlecht abgeführt, würden die Temperaturen und damit die Drücke innerhalb der Adsorptionsmaschine steigen und der Adsorptionsprozess käme zum Erliegen. Somit kann der Wirkungsgrad einer Adsorptionsmaschine durch eine verbesserte Wärmeübertragung erheblich erhöht werden, was zwangsläufig auch die Wirtschaftlichkeit der Anlage verbessert.
Im Stand der Technik sind unterschiedliche Sorptionsmaschinen offenbart, bei denen das Wärmeträgermedium in der Regel durch einen Strang mit Wärmetauschern (Adsorber oder Kondensator), Hydraulik-Verrohrung, Hydraulik- Komponenten (z.B. Ventile) fließt. So beschreibt beispielsweise die DE 3207 435 A1 eine Steuer- und Regeleinrichtung für eine Sorptionswärmepumpe. Die Steuer- und Regeleinrichtung misst die Temperatur in dem Kreislauf eines Verbraucherfluids und stellt abhängig von der Temperatur die Volumenströme ein. Die Regelung der Ströme erfolgt über ein im Stand der Technik bekanntes 3-Wege- Ventil. Die Druckschrift EP 0 152 931 offenbart eine Generator-Absorptionswärmepumpen- Heizanlage und ein Verfahren zum Betreiben einer Generator- Absorptionswärmepumpen-Heizanlage für die Raumheizung, Warmwasserbereitung und dergleichen. In die Absorptionswärmepumpe ist ein Umschaltventil integriert, wodurch das Wärmeträgerfluid abwechselnd zu einem Adsorber und Kondensator geleitet wird.
Bei den im Stand der Technik offenbarten Sorptionsmaschinen wird der Gesamtvolumenstrom des vom Rückkühler kommenden Wärmeträgermediums üblicherweise in einen Volumenstrom, der durch den Adsorber geht und in einen Volumenstrom, der durch den Kondensator führt, aufgeteilt. Speziell zum Ende der Rückkühlphasen können sich so, je nach Volumenstromaufteilung unterschiedliche Temperaturen des Adsorbers und des Kondensator einstellen. Es kann jedoch vorteilhaft sein, in Abhängigkeit von Betriebspunkt, Betriebsweise, eingebauten Komponenten oder Anlagenkonfiguration, den Adsorber und/oder Kondensator gleich oder ungleich zu kühlen.
Um dies zu erreichen, wird im Stand der Technik das von dem Rückkühler kommende Wärmeträgerfluid zwischen dem Adsorber und Kondensator aufgeteilt und parallel durch den Adsorber und Kondensator geleitet, wobei hierbei der Gesamtvolumenstrom konstant bleibt. Je nach auftretenden Druckverlusten innerhalb des Adsorbers und Kondensators, sowie der dazugehörigen Rohrstrecken und Hydraulikkomponenten (z. B. Ventile), verteilt sich der Volumenstrom in der Form auf beide Stränge, so dass in beiden Strängen der gleiche Druckverlust anliegt. Mit einer Auslegung der Druckverluste der Stränge kann immer nur sehr ungenau für einen bestimmten Betriebspunkt eine Anpassung vorgenommen werden - eine gewollte Feinabstimmung ist nicht möglich, da beispielsweise handelsübliche Rohrnennweiten oder Ventilgrößen nur in Abstufungen bezüglich der Durchmesser erhältlich sind. Wenn in der Installation beide Stränge exakt vorgegebene Druckverluste erreichen, ist eine Änderung des Auslegungsvolumenstromes nicht möglich, ohne gleichzeitig die Höhe der Druckverluste zu beeinflussen. Die im Stand der Technik offenbarten
Sorptionsmaschinen, ermöglichen keine gezielte Anpassung beziehungsweise Optimierung der Aufteilung des Volumenstroms, wodurch auch keine höhere Leistung oder besserer Wirkungsgrad erzielbar ist. Aufgabe der Erfindung war es demgemäß eine variable Aufteilung der Volumenströme zwischen Adsorber und Kondensator zu erreichen, wobei nicht die Nachteile des Standes der Technik entstehen und eine Verbesserung der Leistung von Sorptionsmaschinen erreicht wird.
Die Aufgabe wird überraschenderweise durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Es war überraschend, dass die Verwendung eines druckreduzierenden Elementes zum Aufteilen von Volumenströmen in einer Sorptionsmaschine bereit gestellt werden kann und bei der Aufteilung nicht die im Stand der Technik beschriebenen Nachteile entstehen. Im Sinne der Erfindung wird ein Gesamtvolumenstrom von einer Rückkühleinrichtung kommend, in mindestens zwei Volumenströme aufgeteilt. Ein erster Volumenstrom fließt durch mindestens ein Rohr einer ersten Rohrstrecke in oder durch einen Kondensator und ein zweiter Volumenstrom durch mindestens ein Rohr einer zweiten Rohrstrecke in einen oder durch einen Adsorber. Hierbei weist mindestens eine der beiden von der Rückkühleinrichtung kommenden oder der beiden zu dieser zurückführenden Rohre bzw. Rohrstrecken mindestens ein druckreduzierendes Element auf. Vorteilhafterweise weisen hierdurch die beiden Rohrstrecken bzw. Rohre im Wesentlichen unterschiedliche Druckverlustbeiwerte auf. Es ist vorteilhaft und überraschend, dass das druckreduzierende Element das Verhältnis der Druckverlustbeiwerte beider Rohrstrecken beeinflussen kann; so kann das druckreduzierende Element überraschenderweise die Druckverlustbeiwerte der beiden Rohrstrecken bzw. Wege anpassen und/oder festlegen. Durch die Verwendung des druckreduzierenden Elementes ist es möglich, je nach Betriebspunkt, Betriebsweise, eingebauter Komponente oder Anlagenkonfiguration, die Volumenströme zwischen Adsorber beziehungsweise Kondensator aufzuteilen bzw. eine Anpassung oder Abstimmung der Druckverlustbeiwerte der Rohrstrecken vorzunehmen, ohne hierfür apparativ eine Veränderung vornehmen zu müssen. Es kann so eine apparativ einfache und kostengünstige Verteilung der Volumenströme zwischen bevorzugt Adsorber und Kondensator bzw. eine Abstimmung der Druckverlustbeiwerte in den Rohrstrecken erreicht werden. Die Volumenströme bzw. die Druckverlustbeiwerte können an verschiedene Randbedingungen, Betriebsphasen und/oder Betriebsweisen oder sogar an eingebaute Komponenten angepasst werden. Das druckreduzierende Element ermöglicht eine einfache Aufteilung des Volumenstromverhälnisses zwischen bevorzugt Adsorber und Kondensator, wobei hierdurch insbesondere eine unterschiedliche Kühlung von Adsorber und Kondensator erreicht wird. Einem Fachmann ist bekannt, dass der Druckverlust die durch Wandreibung und innere Fluidreibung in Rohrleitungen entstehende Druckdifferenz bezeichnet. Das bedeutet, dass bedingt durch mindestens ein druckreduzierendes Element, der Druckverlust in den beiden von dem Rückkühler kommenden Strängen bevorzugt nicht-identisch ist, das heißt, die Rohrstrecken oder die Volumenströme weisen im Wesentlichen einen unterschiedlichen Druckverlust beziehungsweise unterschiedliche Druckverlustbeiwerte auf. Die Formulierung „im Wesentlichen" stellt für den Fachmann im Hinblick auf den Druckverlust keine unklare Formulierung dar, da er durch die Gesamtoffenbarung der erfindungsgemäßen Lehre erkennt, dass der Druckverlust bevorzugt in beiden Volumenströmen unterschiedlich ist und diese Formulierung selbstverständlich kleine sowie große Druckverluste gleichermaßen erfasst. Die unterschiedlichen Drücke sind beispielsweise durch im Stand der Technik beschriebene Messverfahren bestimmbar. Dem Fachmann ist der Begriff des Druckverlustbeiwertes bekannt und er weiß, wie er ihn Verbindung mit der erfindungsgemäßen Lehre zu verstehen hat. Es kann bevorzugt sein, dass mehr als ein druckreduzierendes Element in die vom Rückkühler kommenden Rohre oder Rohrstränge bzw. Rohrstrecken integriert wird. Vorteilhafterweise können die druckreduzierenden Elemente auch in die von dem Adsorber und/oder Kondensator kommenden Rohre eingebaut werden (die zu dem Rückkühler oder Rückkühleinrichtung zurückführenden Rohre). Dies kann insbesondere in Mehrkammer-Adsorptionsmaschinen vorteilhaft sein.
Der Fachmann weiß, dass Betriebspunkte bestimmte Punkte im Kennfeld oder auf der Kennlinie eines technischen Gerätes, bevorzugt einer Sorptionsmaschine, besonders bevorzugt einer Adsorptionskältemaschine oder Adsorptionswärmemaschine bezeichnen können, die aufgrund der Systemeigenschaften und einwirkenden äußeren Einflüsse und Parameter eingenommen werden. Beispiele hierfür sind die Temperaturen der Wärmesenken und Quellen oder Gesamtvolumenströme im Rückkühlkreis im Verdampfer oder Desorberstrang. Unter einem Volumenstrom versteht der Fachmann insbesondere das Volumen eines Mediums, das sich innerhalb einer Zeiteinheit durch einen Querschnitt insbesondere eines Rohres oder einer Rohrstrecke bewegt. Folglich umfasst der Gesamtvolumenstrom vor allem die Gesamtheit der Volumenströme bevorzugt in einer Maschine.
Die Betriebsweise bezeichnet im Sinne der Erfindung bevorzugt die Art und Weise der Betriebsführung der Maschine. Beispiele hierfür sind die Adaption der Zyklenzeiten der Sorptionsmaschine, das heißt, durch kurze Zyklenzeiten kann die Leistung der Maschine erhöht werden, wohingegen längere Zyklenzeiten zu einem höheren Wirkungsgrad führen.
Die eingebauten Komponenten können beispielsweise Adsorber-Wärmetauscher bezeichnen, die mit gleichem Druck aber unterschiedlichen Adsorptionsmaterial versehen sind. Das Adsorptionsmaterial kann vorteilhafterweise unterschiedlich appliziert sein, das heißt es kann sich um eine Schüttung, eine Klebung und/oder Kristallisation handeln. Durch diese unterschiedlichen Applizierungsarten kann die Adsorptionsmaschine an unterschiedliche Anforderungen angepasst werden. So kann die Maschine an den Standort oder das Kältemittel angepasst werden. Außerdem ist die Schichtdicke des Adsorptionsmaterials für die Leistung der Adsorptionsmaterials entscheidend.
Die Anlagenkonfiguration bezeichnet im Sinne der Erfindung bevorzugt die Konfiguration der Maschine, das heißt beispielsweise die interne hydraulische Verschaltung der Komponenten der Maschine, die interne kaltem ittelseitige Verschaltung der Komponenten oder den geänderten Grundaufbau des Maschine (z. B. Anzahl der Adsorber, Betrieb des Verdampfers, des Kondensators, usw.).
Ein Rückkühler oder eine Rückkühlvorrichtung bezeichnet im Sinne der Erfindung insbesondere eine Vorrichtung, um bevorzugt das Wärmeträgerfluid zu kühlen, das heißt die aufgenommene Energie auf ein anderes Fluid oder Medium abzuführen. Ein Rückkühler kann beispielsweise einen Erdwärmetauscher, ein Schwimmbad, einen Brunnen oder eine sonstige Vorrichtung zum Kühlen oder zur Aufnahme der Wärmeenergie umfassen. Der durch die Maschine strömende Volumenstrom ist bevorzugt ein Wärmeträgerfluid, das heißt ein Fluid, das Energie in Form von Wärme aufnehmen und abgeben kann. Bevorzugte Wärmeträgerfluide umfassen Wasser oder Sole. Diese sind besonders umweltfreundlich und günstig von der Anschaffung. Außerdem sind die Fleißeigenschaften von Wasser und Sole für eine Sorptionsmaschine optimal. Zudem bezeichnen beide einen großen Wärmespeicher, wobei die Wärme ebenfalls schnell wieder abgegeben werden kann.
Das druckreduzierende Element kann vorteilhafterweise so reguliert oder eingestellt werden, dass beispielsweise am Anfang oder Ende einer Betriebsphase, ein Strang bevorzugt gar nicht mehr durchströmt wird und der gesamte Volumenstrom in den verbleibenden Strang strömt. Somit kann ein Bauteil oder eine Komponente schnell und wirksam gekühlt werden und die Leistung beziehungsweise der Wirkungsgrad der Sorptionsmaschine wird wesentlich verbessert. Dies stellt eine Abkehr vom technisch Üblichen dar und eröffnet ein neues technisches Gebiet, da durch die Verwendung des druckreduzierenden Elementes keine apparativen Anpassungen an unterschiedliche Betriebsweisen einer Sorptionsmaschine, bevorzugt einer Adsorptionsmaschine mehr nötig sind. Dies führt wiederum zu einer Verminderung der Herstellungskosten und zu einer universellen Ersetzbarkeit der Maschinen.
Das druckreduzierende Element wird vorteilhafterweise derart in ein Rohr integriert, dass der Querschnitt der Strömung reduziert wird und so eine variable Anpassung des Volumenstroms möglich ist. Überraschenderweise erzeugt das druckreduzierende Element insbesondere in Adsorptionsmaschinen, umfassend Adsorptionswärmemaschinen und Adsorptionskältemaschinen einen besonders hohen Wirkungsgrad. Besonders bevorzugt sind Sorptionsmaschinen, in denen der Kondensator und/oder Adsorber Wärmetauscher sind. Der Wärmetauscher ist eine Vorrichtung, die thermische Energie bevorzugt von einem Stoffstrom auf einen anderen überträgt.
Vorteilhafterweise kann das druckreduzierende Element sowie für 1 -Kammer- Systeme, beispielsweise mit 2 Adsorbern, aber auch für 2- oder Mehrkammer- Systeme mit jeweils nur einem Adsorber einer Sorptionsmaschine, beispielsweise einer Adsorptionsmaschine verwendet werden. Außerdem kann es einfach und schnell auf andere Typen von Sorptionsmaschinen angepasst werden. Die Maschinen müssen hierfür im Wesentlichen nicht apparativ verändert werden. Das druckreduzierende Element ist bevorzugt eine Drossel, ein Ventil oder ein Absperrhahn. Die Elemente können in ein Rohr integriert sein und bewirken eine lokale Verengung des Strömungsquerschnittes. Vorteilhafterweise können unterschiedliche Ventile, die nach ihrer geometrischen Form eingeteilt werden können, in die Rohre integriert sein. Hierbei können Ventile umfassend Durchgangsventile, Eckventile, Schrägsitzventile und/oder Dreiwegeventile verwendet werden. Durch die Verwendung der Ventile lassen sich die Durchflussmengen in den Rohrleitungen exakt und präzise dosieren, sowie sicher gegen die Umgebung abschließen. Die Ventile können vorteilhafterweise per Hand, per Medium, maschinell oder elektromagnetisch betätigt werden und so eine exakte und sichere Regelung der Volumenströme ermöglichen. Eine Drossel ist im Sinne der Erfindung bevorzugt ein konisches Stück Rohr innerhalb einer Rohrleitung, wobei ebenfalls konzentrische oder exzentrische Reduzierungen bevorzugt sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das druckreduzierende Element eine Blende und/oder ein Einbauteil. Ein Einbauteil umfasst beispielsweise einen verringerten Querschnitt einer Verrohrung oder Teile der Verrohrung eines Stranges, ein T-Stück mit reduziertem Abgang oder eine Muffe, Blende, Fitting oder Mess-, Regel- oder Steuergerät mit reduziertem Querschnitt. Der Fachmann der Rheologie/Strömungslehre weiß, wie ein solches Einbauteil in ein Rohr integriert werden kann. Die druckreduzierenden oder querschnittsverringernden Elemente können vorteilhafterweise in ein oder mehrere Rohre integriert werden, wobei es vorteilhaft sein kann, diese einstellbar und variabel zu gestalten. Das bedeutet, die druckreduzierenden Elemente können regelbar oder selbstregelnd sein, wodurch bevorzugt zu jeder Zeit und Randbedingung die optimale oder bevorzugte Volumenstromaufteilung eingestellt werden kann, da der durchströmende
Querschnitt der Rohre verringert oder vergrößert werden kann. Es kann so einfach aber effektiv das durch das Rohr strömende Volumen verändert werden. Die Einstellbarkeit des druckreduzierenden Elementes kann beispielsweise mittels eines Handhahns manuell realisiert werden. Es kann jedoch auch bevorzugt sein, dass die Einstellung des druckreduzierenden Elementes und so des durchströmten Rohrquerschnittes automatisch und/oder selbstregelnd verläuft. Hierbei kann das druckreduzierende Element mit Mess- und Steuervorrichtungen versehen sein, die beispielsweise den Druck in dem Rohr messen und basierend hierauf, die Nennweite des Rohres, das heißt den Querschnitt des Rohres durch das druckreduzierende Element verändern.
Es kann somit bevorzugt sein, dass das druckreduzierende Element die Nennweite der Rohre oder des Rohres bzw. den Querschnitt des freien Durchflusses derart verändert, dass die Volumenströme mit unterschiedlichen und/oder gleichen
Drücken in dem Wärmetauscher vorliegen, wobei der Wärmetauscher bevorzugt der Adsorber oder der Kondensator ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist mindestens eine Mess- und/oder Regelungsvorrichtung zwischen Rückkühler und Adsorber und/oder Kondensator verbaut. Die Vorrichtung misst insbesondere physikalische Eigenschaften des Volumenstroms, umfassend Temperatur, Druck und/oder Strömungsgeschwindigkeit. Die Vorrichtung ist vorteilhafterweise derart an mindestens einem Rohr befestigt, dass beispielsweise eine Messsonde in dem Rohr vorliegt und mit dem durch das Rohr strömenden Fluid in Kontakt steht. Die gemessenen Größen werden digitalisiert und als Daten ausgegeben.
Vorteilhafterweise ist es auch möglich, die gemessenen Daten zu speichern und für Vergleichsversuche heranzuziehen, wodurch eine Optimierung der Sorptionsmaschine möglich ist. Es kann bevorzugt sein, dass die gemessenen Daten - die sogenannten Ist-Werte - mit vorgegeben Soll-Werten verglichen werden und eine ggf. bestehende Differenz dazu führt, dass die
Regelungsvorrichtung bevorzugt die Rohrnennweite bzw. den Querschnitt des freien Durchflusses über das druckreduzierende Element variiert. Es ist so ein kontinuierlicher und im Wesentlichen störungsfreier Betrieb der Maschine möglich. Außerdem kann die Maschine schnell und einfach an unterschiedliche Betriebsweisen angepasst werden. Hierfür entsprechen die Soll-Werte bevorzugt Werten, die eine bestimmte Betriebsweise definieren.
Die technische Aufgabe wird ebenfalls durch die Verwendung eines druckreduzierenden Elementes gelöst, welches zum Aufteilen von Volumenströmen in insbesondere einer Adsorptionsmaschine genutzt wird. Hierbei wird ein Gesamtvolumenstrom, der von einer Rückkühleinrichtung kommt, in mindestens zwei Volumenströme aufgeteilt, wobei ein erster Volumenstrom durch mindestens ein Rohr einer ersten Rohrstrecke in einen Kondensator und ein zweiter Volumenstrom durch mindestens ein weiteres Rohr einer zweiten Rohrstrecke in einen Adsorber strömt. Mindestens eine der beiden von der Rückkühleinrichtung kommenden oder der beiden zu dieser zurückführenden Rohre bzw. Rohrstrecken, weist mindestens ein druckreduzierendes Element auf. Vorteilhafterweise weisen die beiden Rohrstrecken einen im Wesentlichen unterschiedlichen Druckverlustbeiwert auf. Es war völlig überraschend, dass ein druckreduzierendes Element, welches mindestens in ein Rohr oder einer Rohrstrecke einer Adsorptionsmaschine, bevorzugt einer Adsorptionskältemaschine, ganz besonders bevorzugt einer Adsorptionswärmemaschine, die Volumenströme zwischen Adsorber und Kondensator aufteilen kann und so die Betriebsweise der Maschine einfach und schnell an unterschiedliche Anforderungen anpassbar ist. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass die ein druckreduzierendes Element aufweisende Adsorptionsmaschine universell einsetzbar ist und an unterschiedlichen Standorten und bei unterschiedlichen Außentemperaturen betrieben werden kann. Das druckreduzierende Element verringert bevorzugt die Nennweite oder den Querschnitt des freien Durchflusses mindestens eines Rohres, wobei das Element selbstregulierend ist oder reguliert werden kann. Es hat sich weiterhin gezeigt, dass das Element nachträglich in die Adsorptionsmaschinen einbaubar ist und hierdurch nur geringe Kosten entstehen, d. h. die Maschine kann vorteilhafterweise einfach und günstig um ein oder mehrere Elemente ergänzt werden. Außerdem war es überraschend, dass bedingt durch das druckreduzierende Element und die Aufteilung der Volumenströme, die Bestandteile der Adsorptionsmaschine umfassend Adsorber oder Kondensator weniger gewartet werden müssen, da die Bestandteile effizienter und schonender genutzt werden.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Aufteilen von Volumenströmen in einer Sorptionsmaschine, wobei ein Gesamtvolumenstrom von einer
Rückkühleinrichtung kommend, in mindestens zwei Volumenströme aufgeteilt ist, und ein erster Volumenstrom durch mindestens ein Rohr einer ersten Rohrstrecke in einen Kondensator und ein zweiter Volumenstrom durch mindestens ein Rohr einer zweiten Rohrstrecke in einen Adsorber strömt, wobei mindestens eine der beiden von der Rückkühleinrichtung kommenden oder der beiden zu dieser zurückführenden Rohrstrecken mindestens ein druckreduzierendes Element aufweist und die beiden Rohrstrecken einen im Wesentlichen unterschiedlichen Druckverlustbeiwert aufweisen. Durch die Integration eines druckreduzierenden Elementes können die Volumenströme einfach zwischen bevorzugt dem Adsorber und Kondensator aufgeteilt werden. Es kann jedoch auch bevorzugt sein, dass der Druck oder die Druckverlustbeiwerte in beiden Strängen oder Rohrstrecken bzw. Rohren identisch ist. Vorteilhafterweise ist der Volumenstrom zwischen Adsorber und Kondensator derart aufgeteilt, dass die beiden Volumenströme bzw. Rohrstrecken einen im Wesentlichen unterschiedlichen Druckverlust bzw.
Druckverlustbeiwert aufweisen. Es war völlig überraschend, dass durch mindestens ein druckreduzierendes Element eine Aufteilung sowie eine Beeinflussung bzw. Anpassung oder Abstimmung der Volumenströme und eine Anpassung oder Abstimmung der Druckverlustbeiwerte erreicht werden kann und sich hierdurch der Wirkungsgrad der Sorptionsmaschine, bevorzugt der Adsorptionsmaschine verbessert.
Die Erfindung soll im Folgenden anhand von Figuren beispielhaft erläutert werden, ohne jedoch auf diese beschränkt zu sein. Es zeigen:
Fig. 1 Rückkühlstränge einer Adsorptionswärmepumpe
Fig. 2 Druckreduzierende Elemente in den Rückkühlsträngen
Fig. 3 Druckreduzierende Elemente in den Rückkühlsträngen unter
Berücksichtigung des Wärmequellenstranges
Fig. 1 zeigt exemplarisch die Rückkühlstränge einer im Stand der Technik offenbarten Adsorptionswärmepumpe. Die Rückkühlstränge bezeichnen die von dem Rückkühler 11 kommenden Rohre 9 oder Stränge oder Rohrstrecken und die dargestellten Pfeile stellen die bevorzugte Strömungsrichtung des Wärmeträgerfluids dar. Nach der Adsorption des Kältemittels, wird Energie in Form von Wärme von dem Kältemittel auf das Wärmeträgerfluid, beispielsweise Wasser übertragen. Das erwärmte Wärmeträgerfluid muss anschließend gekühlt werden, da ansonsten der thermodynamische Prozess der Wärmeübertragung zum Erliegen käme und somit das Kältemittel nur schwer zu adsorbieren ist. Die Kühlung des Wärmeträgers kann beispielsweise in einem Rückkühler 11 erfolgen, in dem die Wärme des Wärmeträgers auf einen anderen Wärmeempfänger übertragen wird. Als potentieller Wärmeempfänger können beispielsweise Luft (ein Luftstrom 10) oder Wasser dienen (trockene oder nasse Kühltechnik). Der gekühlte Wärmeträger strömt aus dem Rückkühler 11 durch die Rohre 9 oder Rohrstrecken (durch zwei Stränge) parallel in den Adsorber 13 und den Kondensator 14, wobei der Volumenstrom des Wärmeträgers aufgeteilt wird, jedoch der Gesamtvolumenstrom konstant bleibt. Es kann weiterhin eine Wärmequelle 12 mit dem Wärmeträgerkreislauf verbunden sein. Der Anschluss der Wärmequelle 12 ist optional in Form von gestrichelten Linien dargestellt. Die gestrichelten Linien stellen, wie die ununterbrochenen Linien Rohre 9, beziehungsweise Rohrstränge dar. Der Wärmeträger strömt nachdem er im Adsorber 13 Wärme aufgenommen hat, bevorzugt in die Wärmequelle 12, wo er die Wärme abgeben kann. Die Wärme kann beispielsweise zur Klimatisierung genutzt werden. Abhängig von den auftretenden Druckverlusten innerhalb des Adsorbers 13 und Kondensators 14, sowie der dazugehörigen Rohrstrecken und Hydraulikkomponenten (z. B. Ventile) 16, verteilt sich der Volumenstrom in der Form auf beide Stränge, dass in beiden Strängen, d. h. in Adsorber 13 und Kondensator 14, der gleiche Druckverlust anliegt. Der Volumenstrom kann folglich über die Druckverluste zwischen dem Adsorber 13 und Kondensator 14 aufgeteilt werden. Dies stellt jedoch eine sehr ungenaue Methode dar, die nur empirisch optimiert werden kann. Außerdem kann mit der Auslegung der Druckverluste der Stränge nur eine unzureichende Anpassung der
Volumenströme an einen bestimmten Betriebspunkt vorgenommen werden - eine gewollte Feinabstimmung ist nicht möglich, da beispielsweise handelsübliche Rohrnennweiten oder Ventilgrößen nur in Abstufungen bezüglich der Durchmesser erhältlich sind. Es kann hierüber keine optimale Verteilung des Volumenstroms erreicht werden.
Fig. 2 zeigt eine Integration von druckreduzierenden Elementen in die Rückkühlstränge. Nach Kühlung des Wärmeträgerfluids in dem Rückkühler 11 durch bevorzugt einen Luftstrom 10, strömt der Wärmeträger in den Adsorber 13 und den Kondensator 14. In dem Adsorber 13 nimmt der Wärmeträger bevorzugt Wärme von dem adsorbierten Kältemittel auf und beschleunigt so dessen Adsorption. In dem Kondensator 14 kann der Wärmeträger die Kondensation des Kältemittels katalysieren und ebenfalls Wärme von diesem aufnehmen. Um die Volumenströme des Wärmeträgers aus dem Rückkühler 11 an bevorzugt die Betriebsweise der Sorptionsmaschine, insbesondere Adsorptionsmaschine anzupassen, wird mindestens ein druckreduzierendes Element 15 in ein oder mehrere Rohre 9 oder Rohrstrecken integriert, wodurch die Rohrstrecken unterschiedliche Druckverlustbeiwerte aufweisen. Bevorzugt ist der Einbau von mindestens einem Element 15 in mindestens ein von dem Rückkühler 11 kommendes Rohr 9 oder Rohrstrecke oder Rohrstränge, wobei es auch vorteilhaft sein kann, jeweils ein druckreduzierendes Element 15 in beide Rohrstränge einzubauen oder mehrere druckreduzierende Elemente 15 in den Strängen, die von dem Adsorber 13 beziehungsweise Kondensator 14 kommen zu verbauen. Hierdurch kann der Volumenstrom, der in den Adsorber 13 und in den Kondensator 14 strömt, variiert werden. Das bedeutet, der Adsorber 13 und der Kondensator 14 können bevorzugt an die Betriebsweise der Sorptionsmaschine oder Adsorptionsmaschine angepasst und folglich unterschiedlich gekühlt werden. Durch diese einfache aber effektive Anpassung der Volumenströme kann der Wirkungsgrad erheblich verbessert werden. Bedingt durch die Integration der druckreduzierenden Elemente 15 weisen die Volumenströme, die in den Adsorber 13 beziehungsweise den Kondensator 14 strömen, einen im Wesentlichen unterschiedlichen Druckverlust auf. Die druckreduzierenden Elemente 15 können vorteilhafterweise in jedes Rohr 9 einer Soptionsmaschine, insbesondere Adsorptionsmaschine integriert werden.
Fig. 3 zeigt druckreduzierende Elemente in den Rückkühlsträngen unter Berücksichtigung des Wärmequellenstranges. Das Wärmeträgerfluid strömt nach Kühlung in dem Rückkühler 11 durch bevorzugt einen Luftstrom 10 durch die Rohre 9 in den Adsorber 13 und Kondensator 14. Adsorber 13 und Kondensator 14 sind bevorzugt parallel geschaltet, können jedoch auch in Serie geschaltet vorliegen. Das gekühlte Wärmeträgerfluid nimmt in dem Adsorber 13 und Kondensator 14 Wärme von einem Kältemittel auf und wird anschließend von dem Rückkühler 11 gekühlt, indem die aufgenommene Wärme an einen Wärmeempfänger abgegeben wird. Es kann jedoch auch bevorzugt sein, dass das erwärmte Wärmeträgerfluid nach Wärmeaufnahme in eine Wärmequelle 12 geleitet wird und dort die Wärme abgibt. Die Wärmequelle 12, das heißt die abgegebene Wärme, kann beispielsweise zur Gebäudeklimatisierung genutzt werden. Vorteilhafterweise ist die Wärmequelle 12 über Hydraulikkomponenten 16 von dem Kreislauf des Wärmeträgerfluids getrennt und kann bei Bedarf zugeschaltet werden. Hydraulikkomponenten umfassen Ventile, Kugelhähne oder Pumpen. Es ist somit möglich, das erwärmte Wärmeträgerfluid entweder in den Rückkühler 11 oder die Wärmequelle 12 zu leiten. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, ausschließlich das erwärmte Wärmeträgerfluid aus dem Adsorber 13 und nicht aus dem Kondensator 14 in die Wärmequelle 12 zu leiten. Druckreduzierende Elemente 15 können vorteilhafterweise in den Strang von dem Rückkühler 11 kommend vor den Adsorber 13 und/oder Kondensator 14 integriert werden. Vorteilhafterweise strömt das Wärmeträgerfluid nach Durchlauf der Wärmequelle 12 nicht durch die druckreduzierende Elemente 15, das heißt die Hydraulikkomponente 16 ist bevorzugt derart angeordnet, dass das aus der Wärmequelle 12 kommende Wärmeträgerfluid direkt in den Adsorber 13 strömt. Weiterhin kann es bevorzugt sein, druckreduzierende Elemente 15 in den oder die von dem Adsorber 13 und/oder Kondensator 14 kommende Stränge einzubauen.
Bezugszeichenliste
9 Rohre
10 Luftstrom 11 Rückkühler
12 Wärmequelle
13 Adsorber
14 Kondensator
15 druckreduzierendes Element 16 Hydraulikkomponenten

Claims

Patentansprüche
1. Verwendung eines druckreduzierenden Elementes zum Aufteilen von Volumenströmen in einer Sorptionsmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gesamtvolumenstrom von einer Rückkühleinrichtung kommend, in mindestens zwei Volumenströme aufgeteilt ist, wobei ein erster Volumenstrom durch mindestens ein Rohr einer ersten Rohrstrecke in einen Kondensator und ein zweiter Volumenstrom durch mindestens ein Rohr einer zweiten Rohrstrecke in einen Adsorber strömt, wobei mindestens eines der beiden von der Rückkühleinrichtung kommenden oder der beiden zu dieser zurückführenden Rohre mindestens ein druckreduzierendes Element aufweist.
2. .Verwendung eines druckreduzierenden Elementes nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Rohrstrecken im Wesentlichen unterschiedliche Druckverlustbeiwerte aufweisen.
3. Verwendung eines druckreduzierenden Elementes nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator und Adsorber Wärmetauscher sind.
4. Verwendung eines druckreduzierenden Elementes nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom ein Wärmeträgerfluid, umfassend Wasser, ist.
5. Verwendung eines druckreduzierenden Elementes nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das druckreduzierende Element eine Drossel, ein Ventil oder ein Absperrhahn ist.
6. Verwendung eines druckreduzierenden Elementes nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das druckreduzierende Element eine Blende und/oder ein Einbauteil ist.
7. Verwendung eines druckreduzierenden Elementes nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das druckreduzierende Element einstellbar und variabel ist.
8. Verwendung eines druckreduzierenden Elementes nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das druckreduzierende Element den Querschnitt des freien Durchflusses derart verändert, dass die Volumenströme mit unterschiedlichen und/oder gleichen Drücken in dem Wärmetauscher vorliegen.
9. Verwendung eines druckreduzierenden Elementes nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Mess- und/oder Regelungsvorrichtung zwischen Rückkühler und Adsorber und/oder Kondensator verbaut ist.
10. Verwendung eines druckreduzierenden Elementes nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche zum Aufteilen von Volumenströmen in insbesondere einer Adsorptionsmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gesamtvolumenstrom von einer Rückkühleinrichtung kommend, in mindestens zwei Volumenströme aufgeteilt ist, wobei ein erster
Volumenstrom durch mindestens ein Rohr einer ersten Rohrstrecke in einen Kondensator und ein zweiter Volumenstrom durch mindestens ein Rohr einer zweiten Rohrstrecke in einen Adsorber strömt, wobei mindestens eine der beiden von der Rückkühleinrichtung kommenden oder der beiden zu dieser zurückführenden Rohre mindestens ein druckreduzierendes Element aufweist.
11. Verwendung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Rohrstrecken im Wesentlichen unterschiedliche Druckverlustbeiwerte aufweisen.
12. Verfahren zum Aufteilen von Volumenströmen in einer Sorptionsmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gesamtvolumenstrom von einer Rückkühleinrichtung kommend, in mindestens zwei Volumenströme aufgeteilt ist, wobei ein erster Volumenstrom durch mindestens ein Rohr einer ersten Rohrstrecke in einen Kondensator und ein zweiter Volumenstrom durch mindestens ein Rohr einer zweiten Rohrstrecke in einen Adsorber strömt, wobei mindestens eine der beiden von der Rückkühleinrichtung kommenden oder der beiden zu dieser zurückführenden Rohre mindestens ein druckreduzierendes Element aufweist, womit das Verhältnis der Druckverlustbeiwerte der beiden Rohrstrecken beeinflussbar ist.
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