NL1017552C2 - Adsorptie-warmtepomp alsmede een werkwijze voor het gebruik van een dergelijke pomp. - Google Patents

Description

Titel: Adsorptie-warmtepomp alsmede een werkwijze voor het gebruik van een dergelijke pomp.

Een adsorptie-warmtepomp werkt met een adsorptiemïddel dat, in gedroogde toestand, een zeer sterke affiniteit heeft tot waterdamp. Als bekendste adsorptiemiddelen kunnen worden genoemd: actieve kool, silicagel en zeoliet. Deze adsorptiemiddelen worden onder andere gebruikt 5 om oplosmiddelen of vocht uit lucht te verwijderen, en om producten in de verpakking droog te bewaren. Het onderdeel van de warmtepomp waarin het adsorptiemiddel zich bevindt heet de adsorber.

Door waterdamp te onttrekken aan een waterreservoir (de verdamper) wordt verdampingswarmte onttrokken en getransporteerd naar 10 het adsorptiemiddel. Bij het adsorberen komt deze warmte weer vrij, maar bij een temperatuur die hoger is dan de temperatuur waarbij de warmte aan de verdamper is onttrokken. Hierdoor ontstaat de warmtepompwerking.

Zodra het adsorptiemiddel in de adsorber verzadigd is met waterdamp, stopt het warmtepompproces.

15 Het adsorptiemiddel kan nu worden geregenereerd (gedroogd) door verhitting. Voor het regenereren van zeoliet, het meest toegepaste adsorptiemiddel in (experimentele) warmtepompen, is een temperatuur van ca. 250°C vereist.

Daarbij wordt de waterdamp uit het adsorptiemiddel verdreven en 20 afgevoerd naar een condensor. In de condensor condenseert de waterdamp waarbij de warmte wordt afgegeven. Vaak is de condensor tevens de verdamper. Afhankelijk van het gewenste proces wordt de warmte in het proces benut of afgevoerd naar de omgeving.

In de huidige zeoliet-warmtepompen wordt de regeneratiewarmte 25 meestal toegevoerd en overgedragen met behulp van hete lucht of rookgassen (bijv. van een brander). Tijdens de daarop volgende 2 adsorptiefase wordt de vrijkomende warmte dan overgedragen met behulp van lucht. Deze werkwijze is geschikt als de warmte moet worden onttrokken aan lucht en ook aan lucht moet worden afgegeven, bijvoorbeeld om lucht te koelen.

5 Voor het gebruik van de adsorptie-warmtepomp in centrale- verwarmings-installatie, moet de adsorptiewarmte via verwarmde lucht en een warmtewisselaar nog weer overgedragen worden aan het cv-water.

Het gebruik van lucht, als (tussen)medium voor warmtetransport, heeft de volgende nadelen: 10 - Slechte benutting van de temperatuursprong:

De matige warmteoverdracht tussen de lucht en het oppervlak van de adsorber, en tussen de lucht en lucht-water warmtewisselaar, vereisen een temperatuurverschil dat ten koste gaat van de beschikbare temperatuur sprong van de 15 adsorptiewarmtepomp.

- Grote afmetingen:

Om dit “temperatuurverlies” te beperken moet de thermische belasting per oppervlakte eenheid, van de adsorber laag zijn. Daardoor nemen de afmetingen van het apparaat toe.

20 Door de geringe energie dichtheid van lucht nemen de luchtkanalen en warmtewisselaars veel ruimte in, ook daardoor wordt de adsorptiewarmtepomp volumineus.

- Laag rendement:

Het thermische rendement daalt door de extra massa die 25 beurtelings opgewarmd en afgekoeld moet worden. De extra warmtewisselaars maken het systeem bovendien thermisch traag.

- Duur:

De extra warmtewisselaars maken het systeem extra duur 30 en verhogen het gewicht.

3

Er zijn ook adsorptie-warmtepompen in ontwikkeling die thermische olie als tussenmedium gebruiken. Deze kunnen compacter worden uitgevoerd en de warmtoverdracht van olie tussen de verschillende oppervlakken is beter dan van lucht. De nuttig beschikbare 5 temperatuursprong zal derhalve groter zijn dan bij gebruik van lucht als tussenmedium.

Als nadelen van het oliegevulde systeem kunnen worden genoemd: - Matige benutting temperatuursprong:

Gebruik van olie als tussenmedium verkleind de nuttige 10 temperatuursprong, - Laag rendement:

Het thermische rendement daalt door de extra massa die beurtelings op gewarmd en afgekoeld moet worden. De extra warmtewisselaars maken het systeem bovendien thermisch 15 traag.

- Duur:

De extra warmtewisselaars maken het systeem duur en zwaar.

- Milieu: 20 Thermische olie kan schade veroorzaken als deze door lekkage of brand in het milieu komt.

In octrooiaanvraag EP-A-1 020 689 is een systeem beschreven waarbij de adsorber via het zelfde oppervlak beurtelings met hete lucht wordt verwarmd en met vloeistof wordt gekoeld en waarbij het niveau van 25 de koelvloeistof in de warmtewisselaar de doorstroming van de hete gassen opent en afsluit.

In octrooiaanvraag EP-A-1 046 870 is een systeem beschreven waarbij de adsorber met een geforceerde luchtstroom wordt verwarmd en gekoeld en waarbij de lucht wordt verwarmd door middel van mengen met 30 hete verbrandingsgassen.

4

De uitvinding beoogt een adsorptiewarmtepomp zonder de beschreven nadelen, dat wil zeggen een adsorptiewarmtepomp die compact kan worden uitgevoerd door optimale warmteuitwisseling tussen het adsorptiemiddel en het te verwarmen medium alsmede het medium met 5 behulp waarvan het adsorptiemiddel wordt geregenereerd.

Volgens de uitvinding wordt hiertoe een adsorptiewarmtepomp verschaft die is voorzien van ten minste één eerste warmtewisselaar die dient als adsorber, welke ten minste ene eerste warmtewisselaar is voorzien van een adsorptiekamer die adsorptie-middel bevat, ten minste één tweede 10 warmtewisselaar die dient als verdamper, welke ten minste ene tweede warmtewisselaar een verdampingskamer omvat die in fluïdumverbinding staat met de adsorptiekamer, waarbij de adsorber is voorzien van een huis dat een buitenmantelbegrenzing van de adsorptiekamer vormt, waarbij in het huis ten minste één warmtewisselmediumpijp is voorzien die is voorzien 15 van een toe- en een afvoer voor warmtewisselmedium, zodat zowel de buitenmantelbegrenzing als de ten minste ene warmtewisselmediumpijp een warmtewisselend oppervlak vormen die in direct contact staan met het adsorptiemiddel.

Deze constructie van de adsorber, met twee gescheiden 20 warmtewisselende vlakken, maakt het mogelijk om zowel achtereenvolgens als gelijktijdig met lucht en vloeistof te verwarmen of te koelen.

Ten behoeve van desorptie kan het adsorptiemiddel bijvoorbeeld worden voorverwarmd met behulp van een warm medium via de ten minste ene inwendige warmtewisselpijp, en vervolgens tot de gewenste 25 temperatuur worden verhit via, het de buitenmantelbegrenzing vormende huis, door direct contact met hete gassen, bijvoorbeeld rookgassen van een brander of uitlaatgassen van een verbrandingsmotor.

Voordelen:

Als voordelen t.o.v. eerder genoemde systemen kunnen worden 30 genoemd: s . ..

5 - goede benutting temperatuursprong door ontbreken van tussenmedium - hoog rendement mogelijk door gescheiden warmteoverdracht voor verwarmen en koelen 5 - goedkope en lichte constructie door ontbreken van extra warmtewisselaars - compacte bouw bij integratie met watergevuld systeem, zoals bijvoorbeeld een cv-systeem.

Volgens een nadere uitwerking van de uitvinding is het bijzonder 10 gunstig wanneer althans de warmtewisselmediumpijpen van de adsorbers zodanig op afschot zijn gemonteerd dat bij gebruik van vloeistof als warmtewisselmedium in de warmtewisselmediumpijp van de adsorber, deze vloeistof uit de warmtewisselmediumpijp loopt als deze wordt belucht of door dampbellen wordt gevuld. Hierdoor kan het regeneratieproces van het 15 adsorptiemiddel veel sneller plaatsvinden dan wanneer het warmtewisselmedium in de warmtewisselmediumpijpen eerst op de regeneratietemperatuur of op een kooktemperatuur moet worden gebracht.

Volgens nog een nadere uitwerking van de uitvinding kan het uit energetisch oogpunt gunstig zijn wanneer ook de 20 warmtewisselmediumpijpen van de verdampers zodanig op afschot zijn gemonteerd dat bij gebruik van vloeistof als warmtewisselmedium in de warmtewisselmediumpijp van de verdamper, deze vloeistof uit de warmtewisselmediumpijp loopt als deze wordt belucht of door dampbellen wordt gevuld.

25 Een eenvoudig en uit vervaardigingstechnisch oogpunt voordelig te vervaardigen adsorptiewarmtepomp wordt volgens de nadere uitwerking van de uitvinding gekenmerkt doordat het huis dat de buitenmantelbegrenzing van de adsorptiekamer vormt cilindrisch is, waarbij concentrisch in het huis een enkele warmtewisselmediumpijp is 30 voorzien die de binnenmantelbegrenzing van de adsortiekamer vormt, zodat 6 zowel de buitenmantelbegrenzing als de binnenmantelbegrenzing warmtewisselende oppervlakken vormen.

Een aldus uitgevoerde adsorptiewarmtepomp is eenvoudig van constructie en daardoor relatief goedkoop te vervaardigen. Bovendien 5 kunnen cilindrische huizen aanzienlijke drukken weerstaan, hetgeen met name wanneer wordt gewerkt bij hoge dampdrukken tijdens de regeneratiefase van bijzonder belang is. Dergelijke hoge dampdrukken kunnen van belang zijn wanneer warmte bij een hogere temperatuur moet worden geleverd door de warmtepomp, bijvoorbeeld bij industriële 10 toepassingen.

Eventueel kan ook de of elke verdamper zijn voorzien van een cilindrisch huis dat een buitenmantelbegrenzing van een verdampingskamer vormt, waarbij concentrisch in het cilindrische huis een warmtewisselmediumpijp is voorzien die is voorzien van een toe- en een 15 afvoer voor warmtewisselmedium, welke warmtewisselmediumpijp een binnenmantelbegrenzing van de verdampingskamer vormt, zodat zowel de buitenmantelbegrenzing als de binnenmantelbegrenzing warmtewisselende oppervlakken vormen.

Volgens een nadere uitwerking van de uitvinding kan de tweede 20 warmtewisselaar tevens de functie van condensor vervullen tijdens de regeneratiefase van het adsorptiemiddel.

Het is volgens een alternatieve nadere uitwerking van de uitvinding echter ook mogelijk dat een derde warmtewisselaar is voorzien die dient als condensor en waarvan een condensaatuitgang in 25 fluïdumverbinding staat met een vloeistofingang van de verdamper.

Nadere uitwerkingen van de adsorptiewarmtepomp zijn beschreven in de volgconclusies en zullen hierna worden besproken aan de hand van een aantal uitvoeringsvoorbeelden.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een centraal 30 verwarmingssysteem, een gevelkachel met koelmogelijkheid en een 7 koelinrichting ten behoeve van een voertuig die zijn voorzien van een adsorptiewarmtepomp volgens de uitvinding. Ook deze toepassingen van de adsorptiewarmtepomp volgens de uitvinding zijn beschreven in de conclusies en worden hierna verduidelijkt in de figuurbeschrijving.

5 Verder heeft de uitvinding betrekking op een werkwijze voor het gebruik van een adsorptiewarmtepomp volgens de uitvinding, waarbij volgens de uitvinding, vóórdat wordt gestart met het regenereren van het adsorptiemiddel in de ten minste ene adsorber, warmtewisselmedium dat zich bevindt in de ten minste ene warmtewisselmediumpijp van de adsorber 10 wordt afgevoerd en de warmtewisselmediumpijp wordt gevuld met lucht. Hierdoor wordt verhinderd dat tijdens het verhitten van het adsorptiemiddel tevens zich in de warmtewisselmediumpijp bevindend warmtewisselmedium dient te worden opgewarmd. Het regenereren zal hierdoor sneller kunnen plaatsvinden.

15 Volgens een nadere uitwerking van de uitvinding verdient het de voorkeur wanneer de, tijdens het desorberen uit het adsorptiemiddel vrijkomende waterdamp condenseert in de ten minste ene condensor en dat de daarbij vrijkomende condensatiewarmte wordt overgedragen op een warmtewisselmedium dat dient te worden verwarmd. Op die wijze wordt de 20 ten behoeve van het regeneratieproces benodigde warmte niet alleen gebruikt voor het desorberen van het adsorptiemiddel maar tevens voor het verwarmen van een warmtewisselmedium dat verwarming behoeft. Eventueel kan tijdens de re generatie fase ook de warmte van het rookgas dat zich in of stroomafwaarts van de rookgasafvoer bevindt nog worden 25 gebruikt voor het verwarmen van het warmtewisselmedium. Aldus wordt de door de brander gegenereerde warmte optimaal benut.

Volgens nog een nadere uitwerking van de werkwijze volgens de uitvinding wordt tijdens de adsorptiefase de benodigde waterdamp gegenereerd in de verdamper, waarbij de daartoe benodigde warmte wordt 30 toegevoerd aan de verdamper via warmtewisselmedium dat zich bevindt in f '> “V; * - £" w'¥ 8 de warmtewisselmediumpijp van de verdamper en/of via warme, langs het buitenoppervlak van het cilindrische huis van de verdamper stromende gassen, zoals bijvoorbeeld warme ventilatielucht, rookgassen of dergelijke.

Nadere uitwerkingen van de uitvinding worden aan de hand van 5 een figuurbeschrijving, onder verwijzing naar de tekening, verder verduidelijkt.

Figuur 1 toont schematisch een bovenaanzicht van een eerste uitvoeringsvoorbeeld van een adsorptiewarmtepomp;

Figuur 2 toont schematisch een doorsnede aanzicht over lijn II-II 10 uit figuur 1;

Figuur 3 toont schematisch een bovenaanzicht van de in figuur 1 weergegeven adsorptiewarmtepomp, die is aangesloten op een cv-systeem;

Figuur 4 toont schematisch een soortgelijke adsorptiewarmtepomp die deel uitmaakt van een gevelkachel met koelfunctie; 15 Figuur 5 toont schematisch een bovenaanzicht van een tweede uitvoeringsvoorbeeld van een adsorptiewarmtepomp; en

Figuur 6 toont schematisch een doorsnede-aanzicht over lijn VI-VT uit figuur 5.

Figuren 1 en 2 tonen een adsorptiewarmtepomp die is voorzien van 20 adsorbers 1 en tweede warmtewisselaars 2 die in het onderhavige uitvoeringsvoorbeeld dienst doen als verdamper en als condensor. Elke adsorber 1 is voorzien van een adsorptiekamer 3 die adsorptie middel A bevat. De adsorbtiekamer 3 wordt in het onderhavige uitvoeringsvoorbeeld aan de buitenzijde begrensd door een huis 4 dat cilindrisch is. In het huis 4 25 is een warmtewisselmediumpijp 5 opgenomen die is voorzien van een toevoer 6 en een afvoer 7. In het onderhavige uitvoeringsvoorbeeld strekt de afvoer 7 zich uit tot aan een eerste uiteinde 5a van de warmtewisselmediumpijp 5, zodat warmtewisselmedium dat in de warmtewisselmediumpijp 5 stroomt via het tweede uiteinde 5b de gehele 30 warmtewisselmediumpijp 5 moet passeren om via het eerste uiteinde 5a de 9 afvoer 7 te bereiken. De warmtewisselmediumpijp 5 is concentrisch opgenomen in het huis 4 van de adsorber, zodat in het huis 4 een ringvormige ruimte wordt begrensd waarin het adsorptiemiddel A is op genomen. Deze ringvormige ruimte staat via een fluïdumpijp 8 in 5 verbinding met een verdamper 2. In het onderhavige uitvoeringsvoorbeeld is ook deze verdamper 2 voorzien van een cilindrisch huis 9 waarin zich op dezelfde wijze als bij de adsorber een warmtewisselmediumpijp 10 uitstrekt. Ook deze warmtewisselmediumpijp 10 is voorzien van een toevoer 11 en een afvoer 12 die zodanig zijn uitgevoerd dat een warmtewisselmedium de 10 gehele warmtewisselmediumpijp 10 dient te doorstromen om vanaf de toevoer 11 de afvoer 12 te bereiken. De adsorbers 1 zijn opgesteld in een ruimte 13 die thermisch is geïsoleerd van de ruimte 14 waarin de tweede warmtewisselaar 2 ofwel de verdampers 2 zijn opgesteld. De beide ruimtes 13, 14 zijn thermisch en luchtdicht van elkaar gescheiden met behulp van 15 een scheidingswand 15. In de ruimte 13 die de adsorbers 1 bevat is een brander 16 opgesteld alsmede een ventilator 17 die rookgassen afkomstig uit de brander 16 langs de adsorbers 1 blaast tijdens het regenereren van het adsorptiemiddel A in de adsorbers. Verder is een rookgasafvoer 18 voorzien via welke de rookgassen uit de ruimte 13 kunnen worden 20 afgevoerd. In de ruimte 13 zijn verder geleideschotten 19 geplaatst die het circulerende rookgas in de ruimte 13 geleiden. De circulatie van het rookgas is aangegeven met pijlen. Ook in de ruimte 14 waarin de tweede warmtewisselaars 2 zijn opgesteld bevindt zich een ventilator 20 die gas of lucht rondpompt langs de tweede warmtewisselaars. De ruimte 14 is verder 25 nog voorzien van een luchttoevoer 21 en een luchtafvoer 22. In figuur 2 is duidelijk met pijlen aangegeven op welke wijze de lucht in de kamer 14 wordt toegevoerd, circuleert en weer wordt afgevoerd. Verder is in het onderhavige uitvoeringsvoorbeeld duidelijk weergegeven dat de warmtewisselmediumtoevoeren 6 in verbinding staan met een 30 gemeenschappelijke toevoerleiding 23 en dat de 10 warmtewisselmediumafvoeren 7 van de adsorbers 1 in verbinding staan met een gemeenschappelijke afvoerleiding 24. De warmtewisseltoevoeren 11 van de tweede warmtewisselaars 2 staan in verbinding met een gemeenschappelijke toevoerleiding 25 en de warmtewisselmediumafvoeren 5 12 staan in verbinding met een gemeenschappelijke afvoerleiding 26.

De werking van de in figuren 1 en 2 getoonde adsorptiepomp zal worden beschreven aan de hand van een drietal toepassingsvoorbeelden. Alvorens hiertoe over te gaan zal eerst het tweede uitvoeringsvoorbeeld van een adsorptiewarmtepomp volgens de uitvinding worden beschreven onder 10 verwijzing naar figuren 5 en 6, waarbij voor dezelfde onderdelen gebruik zal worden gemaakt van dezelfde verwijzingscijfers. Ook dit uitvoeringsvoorbeeld is voorzien van een aantal adsorbers 1 die elk zijn voorzien van een cilindrisch huis 4 waarin zich adsorptiemiddel A bevindt. Concentrisch in het huis 4 strekt zich een warmtewisselmediumpijp 5 uit 15 die is voorzien van een toevoer 6 en een afvoer 7 voor warmtewisselmedium. De toevoeren van de warmtewisselmediumpijp staan in verbinding met een gemeenschappelijke toevoerleiding 23. De afvoeren 7 van de warmtewisselmediumpijpen van de adsorbers 1 staan in verbinding met een gemeenschappelijke leiding 24. De adsorbers 1 zijn opgesteld in een ruimte 20 13 waarop of waarin een brander 16 is gemonteerd waarvan de rookgassen in de ruimte 13 worden gezogen door een ventilator 17. Net als bij het eerste uitvoeringsvoorbeeld circuleren de rookgassen door de ruimte 13 en worden deze geleid door rookgasgeleidingsschotten 19. De door het huis 4 en de warmtewisselmediumpijp 5 begrensde ringvormige ruimte staat via een 25 dampleiding 8 in fluïdumverbinding met een gemeenschappelijke leiding 27 die via een dwarsleiding 28 waarin zich een terugslagklep 29 bevindt, is verbonden met een enkele condensor 30. De condensor 30 omvat in het onderhavige uitvoeringsvoorbeeld een warmtewisselpijp 31 die wordt omgeven door een koelmantel 32 voorzien van een koelmediumtoevoer 33 en 30 een koelmediumafvoer 34. De onderzijde van de condensor 30 staat via een 11 vloeistofverbinding 35 in verbinding met een verdamper 36 die een warmtewisselpijp 37 omvat die aan een boveneinde is voorzien van een terugslagklep 38 en die wordt omgeven door een verwarmingsmantel 39. De verwarmingsmantel 39 is voorzien van een verwarmingsmediumtoevoer 40 5 en een verwarmingsmediumafvoer 41.

Figuur 3 toont schematisch een adsorptiewarmtepomp van het type dat is weergeegeven in figuren 1 en 2 en die is aangesloten op een cv-waterleidingstelsel. Het cv-waterleidingstelsel omvat een toevoerleiding 42 die in fluïdumverbinding staat met de gemeenschappelijke afvoerleiding 24 10 van de warmtewisselmediumpijpen 5 van de adsorbers 1. Op gebruikelijke wijze is een aantal ruimteverwarmingselementen 43 aangesloten op de toevoerleiding 42 en zijn de afvoeren van deze ruimteverwarmingselementen 43 aangesloten op een retourleiding 44. In de retourleiding 44 bevindt zich een pomp 45 stroomafwaarts waarvan een 15 driewegklep 46 is op gesteld. Vanaf de driewegklep 46 loopt een leiding 47 die is aangesloten op een gemeenschappelijke toevoerleiding 23 die in verbinding staat met de warmtewisselmediumpijpen 5 van de adsorbers 1. Vanaf de driewegklep 46 strekt zich een tweede leiding 48 uit die is aangesloten op de gemeenschappelijke toevoerleiding 25 van de tweede 20 warmtewisselaars 2. De gemeenschappelijke afvoerleiding 26 van de warmtewisselmediumpijpen 10 van de tweede warmtewisselaars 2 is aangesloten op een warmteuitwisseleenheid 49 met behulp waarvan het warmtewisselmedium afkomstig uit de tweede warmtewisselaars 2 kan worden verwarmd tijdens het adsorptieproces of kan worden gekoeld tijdens 25 het condensatieproces. Deze warmteuitwisseleenheid is voorzien van een vloeistofluchtwarmtewisselaar 50 en een ventilator 51. De warmteuitwisseleenheid 49 is via een afvoerleiding 53 waarin zich een pomp 54 en een terugslagklep 55 bevindt, verbonden met de genoemde leiding 48 die in verbinding staat met de gemeenschappelijke toevoerleiding 30 25 van de warmtewisselmediumpijpen 10 van de tweede warmtewisselaren 12 2. Met de gemeenschappelijke afvoerleiding 26 van de warmtewisselpijpen 10 van de tweede warmtewisselaars 2 is nog een leiding 56 verbonden waarin een vloeistof/lucht-wisselaar 57 is opgenomen waarlangs de rookgassen van de brander 16 worden geleid. Vanaf vloeistofilucht- 5 warmtewisselaar 57 wordt het warmtewisselmedium via leiding 65 geleid naar de aanvoerleiding 42 van het cv-leidingstelsel.

Het tweede toepassingsvoorbeeld is getoond in figuur 4 en heeft betrekking op een gevelkachel met koelfunctie. In plaats van de als vloeistof bevattende stralingsradiatoren 43 uitgevoerde 10 ruimte verwarmingselementen is bij dit uitvoeringsbeeld sprake van een tweetal vloeistof/lucht-warmtewisselaars 50, 59 waarlangs te koelen of te verwarmen lucht wordt geblazen met behulp van een ventilator 51, 60. Afhankelijk van de stand van een aantal drie wegkleppen 61, 62, 63, 64 kan de functie van de beide warmteuitwisseleenheden 49, 58 worden 15 omgewisseld. Bij voorkeur zijn de vloeistof/lucht-warmtewisselaars 50, 59 van het autoradiatortype en is de ene warmtewisselaar 59 binnenshuis op gesteld in de te verwarmen en/of te koelen ruimte en is de andere warmtewisselaar 50 buiten opgesteld.

De werking van de adsorptie-warmtepomp en de beide 20 toepassingen zal thans worden beschreven onder verwijzing naar figuren 1- 3.

Als de adsorptie-warmtepomp opnieuw in werking wordt gesteld is het adsorptiemiddel A in het algemeen verzadigd met vocht en zal in een regeneratiefase het vocht uit het adsorptiemiddel A moeten worden 25 gedesorbeerd. Hiertoe wordt de brander 16 ontstoken en de ventilator 17 gestart. Bovendien wordt eventueel in de warmtewisselmediumpijp 5 aanwezig warmtewisselmedium uit deze pijpen 5 afgevoerd teneinde te verhinderen dat tijdens de regeneratiefase warmtewisselmedium moet worden verhit. De rookgassen afkomstig van de brander 16 worden 30 rondgepompt in de ruimte 13 en gedeeltelijk afgevoerd via de afvoer 18.

13

Hierdoor stijgt de temperatuur in de adsorptiekamer 3 waardoor na verloop van tijd waterdamp uit het adsorptiemiddel A vrijkomt. De waterdamp stroomt naar het gebied waar de laagste druk heerst via de fluïdumverbindingen 8. De tweede warmtewisselaars 2 worden inwendig 5 en/of uitwendig gekoeld, zodat hierin de waterdamp condenseert. De daarbij vrijkomende condensatiewarmte kan worden gebruikt voor ruimteverwarming via bijvoorbeeld de ruimte verwarmingselementen 43. De driewegklep 46 dient daartoe een zodanige te hebben aangenomen dat het water afkomstig van de ruimteverwarmingselementen 43 via leiding 44, 10 pomp 45, driewegklep 46, leiding 48, tweede warmtewisselaars 2, leiding 56, rookgaswarmtewisselaar 57 en vanaf daar via leiding 65 weer wordt toegevoerd aan de aanvoer 42 van de ruimteverwarmingselementen 43. Wanneer in hoofdzaak al het vocht uit het adsorptiemiddel A tijdens de regenereatiefase is verdampt kan de brander 16 worden uitgeschakeld en 15 kan de adsorptie fase worden gestart. Daartoe wordt de driewegklep 46 omgeschakeld, zodat de aanvoerleiding 42 van het cv-verwarmingscircuit 43 in verbinding wordt gesteld met de gemeenschappelijke afvoerleiding 24 van de warmtemediumpijpen 5 van de adsorbers 1 terwijl de retourleiding 44 van het cv-waterleidingcircuit via leiding 47 in verbinding wordt gesteld 20 met de gemeenschappelijke warmtemediumaanvoerleiding 23 van de warmtewisselpijpen 5 van de adsorbers 1. De tweede warmtewisselaars 2 krijgen nu de functie van verdamper en er zal derhalve warmte aan de verdampers 2 moeten worden toegevoerd. Als gevolg van het opnemen van vocht in het adsorptiemiddel A wordt warmte gegenereerd die wordt 25 verbruikt in het warm te vragende proces, zoals bijvoorbeeld de ruimteverwarmingselementen 43 of de vloeistokluchtwarmtewisselaar 59 van het uitvoeringsvoorbeeld van figuur 4. Door het onttrekken van damp aan de verdampers 2 koelen deze af. Er is immers verdampingswarmte nodig om het water in de verdampers te doen laten verdampen. Wanneer de 30 temperatuur in de verdampers beneden een zeker niveau is gedaald zal 14 hieraan warmte moeten worden toegevoerd om het verdampingsproces op gang te houden. Deze verdampingswarmte kan bijvoorbeeld worden onttrokken aan een externe bron, zoals bijvoorbeeld de ventilatielucht afkomstig uit een woning, aardwarmte, zonnecollectoren of dergelijke. Een 5 voorbeeld daarvan is weergegeven in figuur 3, waarbij een vloeistof/lucht-warmtewisselaar 50 voorzien van een ventilator 51 is getoond als externe warmtebron. Tijdens de adsorptiefase wordt warmtewisselmedium afkomstig van deze externe warmtebron 49 met behulp van de pomp 54 door de tweede warmtewisselaars 2 gepompt. In deze tweede warmtewisselaars 10 2, die als gevolg van het verdampingsproces warmte opnemen, wordt het warmtewisselmedium gekoeld waarna het via leiding 52 weer naar de lucht/vloeistof-warmtewisselaar 50 wordt geleid om daar weer te worden opgewarmd. Het is ook of daarnaast mogelijk om warmte via het buitenmanteloppervlak van de verdamper toe te voeren door met behulp 15 van ventilator 20 warme lucht, bijvoorbeeld omgevingslucht of ventilatielucht uit een woning, langs de verdampers 2 te laten circuleren. Wanneer al het water in de tweede warmtewisselaars 2 is verdampt en/of het adsorptiemiddel A in de adsorbers is verzadigd kan de regeneratiefase weer worden gestart en herhaald de cyclus zich zoals hierboven beschreven. 20 Bij de toepassing van figuur 3 wordt het warmtewisselmedium bij voorkeur gevormd door water.

Eenzelfde soort cyclus kan ook worden uitgevoerd met het uitvoeringsvoorbeeld dat is weergegeven in figuur 4. Het enige functionele verschil tussen beide uitvoeringsvoorbeelden is dat de 25 ruimteverwarmingelementen 43 uit het voorbeeld van figuur 3 zijn vervangen door een vloeistofducht-warmtewisselaar 59 met bijbehorende ventilator 60. Bovendien is een aantal driewegkleppen 61, 62, 63, 64 in het leidingstelsel opgenomen om te kunnen bewerkstelligen dat de functie van de warmtewisseleenheid 49 kan worden overgenomen door de 30 warmtewisseleenheid 58 en omgekeerd. Een dergelijke omkering is 15 bijvoorbeeld praktisch bij een gevelkachel met koelfunctie. Afhankelijk van de wens kan de ruimte waarin de vloeistof/lucht-warmtewisselaar 59 is opgesteld dan worden gekoeld of verwarmd met behulp van de gevelkachel. Bij het uitvoeringsvoorbeeld van figuur 4 is het warmtewisselmedium bij 5 voorkeur water met antivries.

De werking van het tweede uitvoeringsvoorbeeld van de adsorptie-warmtepomp dat is weergegeven in figuren 5 en 6 is vergelijkbaar met de hiervoor beschreven werking van het uitvoeringsvoorbeeld van de figuren 1 en 2 met dien verstande dat er sprake is van twee aparte warmtewisselaars 10 30, 36 die telkens hun eigen functie behouden namelijk die van respectievelijk condensor 30 en verdamper 36. De toevoer en afvoer 33, respectievelijk 34 van de condensor 30 bevat derhalve koelmedium teneinde de tijdens het regeneratieproces vrijkomende waterdamp in de condensorpijp 31 te doen laten condenseren. De aanvoer en afvoer 40, resp. 15 41 van de verdamper 36 zijn juist aangesloten op een externe warmtebron, zoals bijvoorbeeld een zonnecollector, een lucht/vloeistof-warmtewisselaar waarlangs ventilatielucht van een woning wordt geblazen of rookgas afkomstig van een verbrandingsproces. De terugslagkleppen 29 en 38 zorgen ervoor dat waterdamp de juiste route volgt in de adsorptie-20 warmtepomp afhankelijk van de fase waarin deze zich bevindt. De gemeenschappelijke aanvoerleiding 23 en de gemeenschappelijke afvoerleiding 24 van de warmtepijpen 5 van de adsorbers 1 kunnen bijvoorbeeld zijn aangesloten op een cv-systeem of op een ander warmtevragend leidingssysteem. De bij de condensatie van de waterdamp 25 vrijkomende warmte tijdens de regeneratiefase kan ook nuttig worden gebruikt door de toe- en afvoer 33 resp. 34 van de condensor 30 te koppelen aan een warmtevragend proces, zoals bijvoorbeeld een cv-leidingstelsel.

Een adsorptie-warmtepomp kan tevens met vrucht worden toegepast als koeling in een voertuig voorzien van een verbrandingsmotor. 30 Daarbij zijn de adsorbers 1 omstroombaar met hete uitlaatgassen van de 16 verbrandingsmotor en wordt de condensatiewarmte in de condensors afgevoerd via koelwater. Het voertuig dient dan tevens te zijn voorzien van een luchtkoeler via welke ventilatielucht aan de cabine kan worden toegevoerd. De warmtewisselmediumpijp van de verdampers wordt in dat 5 geval aangesloten op de luchtkoeler, zodat tijdens de adsorptiefase het warmtewisselmedium in de luchtkoeler door de verdampers 2 of 36 wordt gekoeld.

Voor alle uitvoeringsvoorbeelden geldt dat de adsorptie-warmtepomp dubbel kan worden uitgevoerd om continu warmte of koeling 10 te kunnen verschaffen. Daarbij dient de ene adsorptiepomp zich in de regeneratiefase te bevinden terwijl de andere adsorptiepomp zich in de adsorptiefase bevindt en omgekeerd.

Het moge duidelijk zijn dat de uitvinding niet is beperkt tot de beschreven uitvoeringsvoorbeelden maar dat diverse wijzigingen binnen het 15 raam van de uitvinding zoals gedefinieerd door de conclusies mogelijk zijn.

Zo kunnen de huizen van de adsorbers of verdampers bijvoorbeeld niet cilindrisch zijn uitgevoerd, bijvoorbeeld elliptisch in doorsnede of anderszins. De huizen van de adsorbers en/of verdampers kunnen bijvoorbeeld inwendig zijn voorzien van warmtewisselend oppervlak 20 vergrotende vinnen of ribben. Dergelijke vinnen of ribben kunnen ook zijn aangebracht op de buitenoppervlakken van de warmtewisselpijpen. Met name voor de adsorbers kan dit een betere warmte-ontrekking en toevoer aan het adsorptiemiddel leveren, hetgeen het rendement ten goede kan komen.

25 ·. -

Claims (19)

1. Adsorptie-warmtepomp voorzien van ten minste één eerste warmtewisselaar (1) die dient als adsorber, welke ten minste ene eerste warmtewisselaar (1) is voorzien van een adsorptiekamer (3) die adsorptie-middel (A) bevat, ten minste één tweede warmtewisselaar (2; 36) die dient 5 als verdamper, welke ten minste ene tweede warmtewisselaar (2; 36) een verdampingskamer (2a; 37a) omvat die in fluïdum verbinding staat met de adsorptiekamer (3), waarbij de adsorber (1) is voorzien van een huis (4) dat een buitenmantelbegrenzing (4) van de adsorptiekamer (3) vormt, waarbij in het huis (4) ten minste één warmtewisselmediumpijp (5) is voorzien die is 10 voorzien van een toe- en een afvoer (6, 7) voor warmtewisselmedium, zodat zowel de buitenmantelbegrenzing (4) als de ten minste ene warmtewisselmediumpijp (5) een warmtewisselend oppervlak vormen die in direct contact staan met het adsorptiemiddel (A).

2. Adsorptie-warmtepomp volgens conclusie 1, waarbij althans de 15 warmtewisselmediumpijpen (5) van de adsorbers (1) zodanig op afschot zijn gemonteerd dat bij gebruik van vloeistof als warmtewisselmedium in de warmtewisselmediumpijp (5) van de adsorber (1), deze vloeistof uit de warmtewisselmediumpijp (5) loopt als deze wordt belucht of door dampbellen wordt gevuld.

3. Adsorptie-warmtepomp althans conclusie 1, waarbij de warmtewisselmediumpijpen (10) van de verdampers (2) zodanig op afschot zijn gemonteerd dat bij gebruik van vloeistof als warmtewisselmedium in de warmtewisselmediumpijp (10) van de verdamper (2), deze vloeistof uit de warmtewisselmediumpijp (10) loopt als deze wordt belucht of door 25 dampbellen wordt gevuld.

4. Adsorptiewarmtepomp volgens althans conclusie 1, waarbij het huis (4) dat de buitenmantelbegrenzing (4) van de adsorptiekamer (3) vormt cilindrisch is, waarbij concentrisch in het huis (4) een enkele warmtewisselmediumpijp (5) is voorzien die de binnenmantelbegrenzing (5) van de adsorptiekamer (3) vormt, zodat zowel de buitenmantelbegrenzing (4) als de binnenmantelbegrenzing (5) warmtewisselende oppervlakken 5 vormen.

5. Adsorptiewarmtepomp volgens althans conclusie 1, waarbij de of elke verdamper (2) is voorzien van een cilindrisch huis (9) dat een buitenmantelbegrenzing (9) van de verdampingskamer (2a) vormt, waarbij concentrisch in het cilindrische huis (9) een warmtewisselmediumpijp (10) is 10 voorzien die is voorzien van een toe- en een afvoer (11, 12) voor warmtewisselmedium, welke warmtewisselmediumpijp (10) een binnenmantelbegrenzing (10) van de verdampingskamer (2a) vormt, zodat zowel de buitenmantelbegrenzing (9) als de binnenmantelbegrenzing (10) warmtewisselende oppervlakken vormen.

6. Adsorptie-warmtepomp volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de ten minste ene adsorber (1) is opgesteld in een eerste ruimte (13) die thermisch is geïsoleerd van een tweede ruimte (14) waarin de ten minste ene tweede warmtewisselaar (2) is opgesteld.

7. Adsorptie-warmtepomp volgens één der voorgaande conclusies, 20 waarbij de eerste ruimte is voorzien van een brander (16), een circulatieventilator (17), luchtgeleidingsplaten (19) en een rookgasafvoer (18).

8. Adsorptie-warmtepomp volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de tweede warmtewisselaar (2) tevens de functie van condensor 25 vervult tijdens het regenereren van het adsorptiemiddel (A).

9. Adsorptie-warmtepomp volgens één der conclusies 1-7, waarbij een derde warmtewisselaar (30) is voorzien die dient als condensor en waarvan een condensaatuitgang (35) in fluïdumverbinding staat met een vloeistofingang van de verdamper (36).

10. Adsorptie-warmtepomp volgens conclusies 6 en 8 of 9, waarbij de als condensor (2; 30) dienende warmtewisselaar is opgesteld in de tweede ruimte (14), waarbij de tweede ruimte (14) is voorzien van een ventilator (20), een luchttoevoer (21) en een luchtafvoer (22).

11. CV-systeem voorzien van een adsorptie-warmtepomp volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de afvoer (7) en de toevoer (6) van de warmtewisselmediumpijp (5) in de ten minste ene absorber (1) is aangesloten op een CV-waterleidingstelsel (42, 43, 45, 46, 47), dat is voorzien van een pomp (45) en ten minste één ruimteverwarmingselement 10 (43).

12. CV-systeem volgens conclusie 11, waarbij de afvoer (26) en de toevoer (25) van de warmtewisselmediumpijp (10) in de ten minste ene verdamper (2) is aangesloten op een leidingstelsel (52, 50, 53, 54, 55), dat is voorzien van een pomp (54) en een externe warmtebron (50).

13. Gevelkachel met koelfunctie voorzien van een adsorptie- warmtepomp volgens althans conclusie 8, waarbij de toe- en de afvoer (6, 7) van de warmtewisselmediumpijp (5) in de ten minste ene adsorber (1) via een leidingstelsel (42, 44, 47) is aangesloten op een eerste lucht/vloeistof-warmtewisselaar (59), bij voorkeur van het autoradiatortype, waarachter 20 een ventilator (60) is opgesteld, waarbij de toe- en afvoer (11, 12) van de warmtewisselmediumpijp (10) van de ten minste ene tweede warmtewisselaar (2) via het leidingstelsel (52, 66, 54, 55, 48) is aangesloten op een tweede lucht/vloeistof-warmtewisselaar (50), bij voorkeur van het autoradiatortype, waarachter een ventilator (51) is opgesteld, waarbij de 25 eerste lucht/vloeistof-warmtewisselaar (54) is opgesteld in de te verwarmen ofte koelen ruimte, waarbij de tweede lucht/vloeistof-warmtewisselaar (50) is opgesteld in de buitenlucht.

14. Gevelkachel volgens conclusie 13, waarbij het leidingstelsel is voorzien van een tweetal pompen (45, 54) en een aantal kleppen (61, 62, 63, 30 64), dat zodanig schakelbaar is dat de functie van de binnen- en de buiten- lucht/vloeistof-warmtewisselaar (59, 50) wordt omgekeerd, zodat in een eerste schakelstand van de kleppen (61-64) de binnen-lucht/vloeistof-warmtewisselaar (59) koelt, en in een tweede schakelstand van de kleppen (61-64) de binnen-lucht/vloeistof-warmtewisselaar (59) verwarmt.

15. Koelinrichting ten behoeve van een voertuig voorzien van een verbrandingsmotor en van een adsorptie-warmtepomp volgens één der conclusies 1-10, waarbij de adsorbers omstroombaar zijn met hete uitlaatgassen van de verbrandingsmotor, waarbij condensatiewarmte in de condensors (2; 30) wordt afgevoerd via koelwater, waarbij het voertuig is 10 voorzien van een luchtkoeler via welke ventilatielucht aan de cabine wordt toegevoerd, waarbij de warmtewisselmediumpijp (10; 37) van de verdampers (2; 36) in vloeistofverbinding staat met de luchtkoeler ten behoeve van het verschaffen van koel warmtewisselmedium in de luchtkoeler.

16. Werkwijze voor het gebruik van een adsorptie-warmtepomp volgens conclusie 1, waarbij, vóórdat wordt gestart met het regeneren van het adsorptiemiddel (A) in de ten minste ene adsorber (1), warmtewisselmedium dat zich bevindt in de ten minste ene warmtewisselmediumpijp (5) van de adsorber (1) wordt afgevoerd en de 20 warmtewisselmediumpijp (5) wordt gevuld met lucht.

17. Werkwijze volgens conclusie 16 onder gebruikmaking van een adsorber volgens althans conclusie 8 of 9, waarbij de, tijdens het desorberen uit het adsorptiemiddel (A) vrijkomende waterdamp condenseert in de ten minste ene condensor (2; 30), waarbij de daarbij vrijkomende 25 condensatiewarmte wordt overgedragen op warmtewisselmedium.

18. Werkwijze volgens conclusie 16 of 17, waarbij tijdens een adsorptiefase waterdamp wordt geadsorbeerd door het adsorptiemiddel (A) onder vrijgave van warmte, waarbij de daarbij vrijkomende warmte wordt overgedragen op warmtewisselmedium dat zich bevindt in de 30 warmtewisselmediumpijp (5) van de adsorber (1). -'f ï ·· v. -

19 Werkwijze volgens conclusie 18 onder gebruikmaking van een adsorber van althans conclusie 2, waarbij tijdens de adsorptiefase benodigde waterdamp wordt gegenereerd in de verdamper (2), waarbij de daartoe benodigde warmte wordt toegevoerd aan de verdamper (2) via 5 warmtewisselmedium dat zich bevindt in de warmtewisselmediumpijp (10) van de verdamper (2), en/of via warme, langs het buitenoppervlak van het cilindrische huis (9) van de verdamper (2) stromende gassen, zoals bijvoorbeeld warme ventilatielucht, rookgassen of dergelijke.