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DE10235737B4 - Method for operating an adsorption heat pump - Google Patents

Method for operating an adsorption heat pump Download PDF

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DE10235737B4 DE10235737.4A DE10235737A DE10235737B4 DE 10235737 B4 DE10235737 B4 DE 10235737B4 DE 10235737 A DE10235737 A DE 10235737A DE 10235737 B4 DE10235737 B4 DE 10235737B4
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Dr. Lang Rainer
Frank Marth
Uwe Marx
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Abstract

Verfahren zum Betrieb einer Adsorptionswärmepumpe mit geschlossenem Adsorber-Desorber-Kreislauf (40) mit mindestens zwei Wärmepumpen-Modulen (15, 16), bestehend jeweils aus einem Adsorber/Desorber (8, 10) und einem Kältemittel-Wärmeaustauscher (7, 9), einem von einer Wärmequelle (19) beaufschlagten und mit dieser in Verbindung stehenden Primär-Wärmeaustauscher (11), einer Umwälzpumpe (12), einer Umweltwärmequelle (6), mindestens einem Heiznetzwärmeaustauscher (5, 21) und einem Heizungskreislauf (49), wobei die Wärmepumpen-Module (15, 16) jeweils mittels Bypassleitungen (50, 52), die strömungstechnisch parallel zu den Wärmepumpen-Modulen (15, 16) angeordnet sind, in denen sich jeweils Absperrorgane (51, 53) befinden, durch Öffnen der Absperrorgane (51, 53) überbrückbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Absperrorgane (51, 53) kontinuierlich oder schrittweise zwischen geschlossen und voll geöffnet einstellbar sind.Method for operating an adsorption heat pump with closed adsorber-desorber circuit (40) having at least two heat pump modules (15, 16), each consisting of an adsorber / desorber (8, 10) and a refrigerant heat exchanger (7, 9), a heat exchanger (19) acted upon and related to this primary heat exchanger (11), a circulating pump (12), an environmental heat source (6), at least one Heiznetzwärmeaustauscher (5, 21) and a heating circuit (49), wherein the Heat pump modules (15, 16) in each case by means of bypass lines (50, 52), which are arranged fluidically parallel to the heat pump modules (15, 16), in each of which shut-off devices (51, 53) are located, by opening the shut-off ( 51, 53) can be bridged, characterized in that the shut-off elements (51, 53) are continuously or stepwise adjustable between closed and fully open.

Description

Die Erfindung bezieht sich zunächst auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Verfahrensansprüche.The invention initially relates to a method according to the preamble of the independent method claims.

In Adsorptionswärmepumpen werden eine Wärmequelle im Gerät, oft ein konventioneller Brenner, und eine Umweltwärmequelle genutzt, um einen Heizkreislauf zu beheizen. Die Umweltwärmequelle wird genutzt, um in einem Verdampfer Kältemittel zu verdampfen, das in einem Adsorber adsorbiert, wodurch Adsorptionswärme freigesetzt wird. Diese Wärme geht auf einen Wärmeträger in einem Primärkreislauf über. Der Wärmeträger wird anschließend von der Wärmequelle im Gerät weiter erhitzt und gelangt in einen Desorber. In dem Desorber wird Wärmeenergie dazu benötigt, um Kältemittel zu desorbieren. Das Kältemittel kondensiert an einem Kondensator und gibt dabei Wärme ab. Diese Wärme ist für den Heizkreislauf bestimmt. Der Wärmeträger des Primärkreislaufs gibt nach Verlassen des Desorbers einen Teil seiner Wärme an den Heizkreislauf, um dann wieder in den Adsorber zu strömen.In adsorption heat pumps, a heat source in the device, often a conventional burner, and an environmental heat source are used to heat a heating circuit. The environmental heat source is used to evaporate refrigerant in an evaporator, which adsorbs in an adsorber, thereby releasing heat of adsorption. This heat is transferred to a heat transfer medium in a primary circuit. The heat transfer medium is then further heated by the heat source in the device and enters a desorber. In the desorber, heat energy is needed to desorb refrigerant. The refrigerant condenses on a condenser, releasing heat. This heat is intended for the heating circuit. After leaving the desorber, the heat transfer medium of the primary circuit supplies part of its heat to the heating circuit, in order then to flow back into the adsorber.

Der Adsorptions- und Desorptionsprozess findet in der Regel bei Temperaturen zwischen 150 und 200°C statt. Die Umweltwärmequelle sollte eine Temperatur von -10°C nicht unterschreiten, da ansonsten kein oder kaum Kältemittel im Verdampfer verdampft werden kann. In diesem Fall schalten Adsorptionswärmepumpen gemäß dem Stand der Technik ab. Um Wohnraum an solch kalten Tagen zu beheizen, wird dann eine zusätzliche Wärmequelle benötigt.The adsorption and desorption process usually takes place at temperatures between 150 and 200 ° C. The environmental heat source should not fall below a temperature of -10 ° C, otherwise no or hardly any refrigerant can be vaporized in the evaporator. In this case, adsorption heat pumps switch off according to the prior art. In order to heat living space on such cold days, an additional heat source is needed.

Aus DE 199 02 694 A1 ist eine Sorptionswärmepumpe mit Umweltwärmequelle und einem von einem Brenner beheizter Hochtemperaturwärmetauscher bekannt, bei welcher bei niedrigen Wärmequellentemperaturen auf Direktheizbetrieb vom Hochtemperaturwärmetauscher direkt zum Verbraucher umgeschaltet werden kann. Die Umschaltung erfolgt bei einer bestimmten Umweltwärmequellentemperatur.Out DE 199 02 694 A1 a sorption heat pump with environmental heat source and a heated by a burner high-temperature heat exchanger is known in which at low heat source temperatures can be switched to direct heating from the high-temperature heat exchanger directly to the consumer. Switching takes place at a certain ambient heat source temperature.

Ziel der Erfindung ist es, diesen Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei dem auch ohne Umweltwärmequelle mit Hilfe einer Adsorptionswärmepumpe geheizt werden kann.The aim of the invention is to avoid these disadvantages and to propose a method of the type mentioned in which it is possible to heat without the use of an adsorption heat pump even without an environmental heat source.

Erfindungsgemäß wird dies bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Verfahrensanspruches erreicht.According to the invention this is achieved in a method of the type mentioned by the characterizing features of the independent method claim.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen wird erreicht, dass die Anlage auch ohne Wärmepumpen-Module betrieben werden kann. Hierzu befinden sich Bypassleitungen parallel zu den Wärmepumpenmodulen. Werden die darin befindlichen Absperrorgane geöffnet, so kann der Wärmeträger durch die Bypassleitungen, die einen geringeren Strömungswiderstand haben als die Wärmepumpen-Module, strömen. Die Wärmepumpen-Module können auch teildurchströmt werden, wodurch auch kleine Umweltwärmemengen bei hoher Heizleistung eingebracht werden kann.The proposed measures ensures that the system can be operated without heat pump modules. For this purpose, bypass lines are located parallel to the heat pump modules. If the shut-off devices located therein are opened, the heat transfer medium can flow through the bypass lines, which have a lower flow resistance than the heat pump modules. The heat pump modules can also be partially flowed through, which also small amounts of ambient heat can be introduced at high heat output.

Gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 2 wird der gleiche Effekt auch dadurch erzielt, dass Umschaltorgane eine Durchströmung der Bypassleitungen anstelle der Wärmepumpen-Module ermöglicht.According to the characterizing features of claim 2, the same effect is achieved in that switching means allows flow through the bypass lines instead of the heat pump modules.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 3 wird ein sinnvolles Kriterium für die Veränderung der Durchströmung beschrieben.According to the features of claim 3, a meaningful criterion for the change of the flow is described.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 4 ergibt sich der Vorteil, dass der Wärmeträger nicht mehr nur auf die für den Adsorber und Desorber notwendige Arbeitstemperatur aufgeheizt werden darf. Stattdessen kann der Wärmeträger auf bei konventionellen Heizgeräten übliche Temperaturen aufgeheizt werden. Dies kann man dadurch erreichen, indem die Strömungsgeschwindigkeit vermindert wird. Dies wiederum erreicht man am einfachsten durch eine Reduzierung der Pumpendrehzahl.According to the features of claim 4, there is the advantage that the heat transfer medium must not be heated only to the necessary for the adsorber and desorber operating temperature. Instead, the heat carrier can be heated to conventional temperatures in conventional heaters. This can be achieved by reducing the flow rate. This is most easily achieved by reducing the pump speed.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der 1 und 2 erläutert. Es zeigt

  • 1 den Aufbau und die Verschaltung einer erfindungsgemäßen Adsorptionswärmepumpe mit Bypassleitungen, in denen sich Absperrorgane befinden und
  • 2 den Aufbau und die Verschaltung einer erfindungsgemäßen Adsorptionswärmepumpe mit Bypassleitungen, die durch Umschalten von Umschaltorganen durchströmt werden können.
Embodiments of the invention are described below with reference to the 1 and 2 explained. It shows
  • 1 the construction and interconnection of an adsorption heat pump according to the invention with bypass lines in which shut-off are located and
  • 2 the construction and interconnection of an adsorption heat pump according to the invention with bypass lines, which can be flowed through by switching from switching organs.

Eine Wärmepumpe gemäß 1 verfügt über einen Adsorber-Desorber-Kreislauf 40, in dem sich eine Wärmequelle in Form eines von einem Brenner 19 beheizten Primär-Wärmeaustauschers 11, ein Zeolith-Wärmeaustauscher 10, eine Umwälzpumpe 12, ein Heiznetzwärmeaustauscher 21 und ein weiterer Zeolith-Wärmeaustauscher 8, befinden, sowie ein Sole-Leitungssystem 1, das als Verdampferbereich arbeitet, in dem sich ein Kältemittelwärmeaustauscher 7, eine Umwälzpumpe 13 und eine Umweltwärmequelle 6 befinden und schließlich ein Kondensator-Kreislauf 2, in dem sich ein Kältemittelwärmeaustauscher 9, eine Umwälzpumpe 14 und ein Heiznetzwärmeaustauscher 5 befinden. Der Kältemittelwärmeaustauscher 9 und der Zeolith-Wärmeaustauscher 10 einerseits sowie der Kältemittelwärmeaustauscher 7 und der Zeolith-Wärmeaustauscher 8 andererseits sind jeweils als baugleiche Wärmepumpen-Module 16 und 15 aufgebaut. Die Zeolith-Wärmeaustauscher 8 bzw. 10 verfügen über Rippenrohre, die zwischen den Rippen mit Zeolithkugeln gefüllt sind. Die Wärmepumpen-Module 16 und 15 sind jeweils von einem Vakuumbehälter umfaßt, in dem sich jeweils die Zeolith-Wärmeaustauscher 8 bzw. 10, der Kältemittelwärmeaustauscher 7 bzw. 9, ein Strahlungsschutz zwischen diesen beiden Wärmeaustauschern und das Kältemittel Wasser befinden.A heat pump according to 1 has an adsorber-desorber circuit 40 in which there is a heat source in the form of a burner 19 heated primary heat exchanger 11 , a zeolite heat exchanger 10 , a circulation pump 12 , a heating network heat exchanger 21 and another zeolite heat exchanger 8th , as well as a brine pipe system 1 , which works as an evaporator area in which a refrigerant heat exchanger 7 , a circulation pump 13 and an environmental heat source 6 and finally a capacitor circuit 2 in which there is a refrigerant heat exchanger 9 , a circulation pump 14 and a heating network heat exchanger 5 are located. The refrigerant heat exchanger 9 and the zeolite heat exchanger 10 on the one hand and the refrigerant heat exchanger 7 and the zeolite heat exchanger 8th On the other hand, each are as identical heat pump modules 16 and 15 built up. The zeolite heat exchangers 8th respectively. 10 have finned tubes filled with zeolite balls between the fins. The heat pump modules 16 and 15 are each comprised of a vacuum vessel, in each of which the zeolite heat exchangers 8th respectively. 10 , the refrigerant heat exchanger 7 respectively. 9 , a radiation shield between these two heat exchangers and the refrigerant water are located.

In dem in 1 dargestellten Betriebszustand kann der Zeolith-Wärmeaustauscher 10 als Desorber und der Zeolith-Wärmeaustauscher 8 als Adsorber, der Kältemittelwärmeaustauscher 7 als Verdampfer und der Kältemittelwärmeaustauscher 9 als Kondensator arbeiten. Fällt die Temperatur der Umweltwärmequelle 6 unter eine bestimmte Grenztemperatur ab, so werden die beiden Absperrorgane 51 und 53 geöffnet. Da die Bypassleitungen 50 und 52 einen kleineren Strömungswiderstand aufweisen als die Wärmepumpen-Module 15 und 16, werden nun die Bypassleitungen 50 und 52 anstelle der Wärmepumpen-Module 15 und 16 durchströmt. Gleichzeitig wird die Drehzahl der Pumpe 12 reduziert, wodurch das Temperaturniveau im Kreislauf 40 auf für konventionelle Heizgeräte typische Temperaturen angehoben wird.In the in 1 shown operating state, the zeolite heat exchanger 10 as a desorber and the zeolite heat exchanger 8th as adsorber, the refrigerant heat exchanger 7 as evaporator and the refrigerant heat exchanger 9 work as a capacitor. If the temperature of the environmental heat source drops 6 below a certain temperature limit, so are the two shut-off valves 51 and 53 open. Because the bypass lines 50 and 52 have a smaller flow resistance than the heat pump modules 15 and 16 , are now the bypass lines 50 and 52 instead of the heat pump modules 15 and 16 flows through. At the same time the speed of the pump 12 reduces, causing the temperature level in the circulation 40 is raised to typical temperatures for conventional heaters.

2 zeigt einen ähnlichen Aufbau. Anstelle der Absperrorgane sind Umschaltorgane 54 und 55 vorgesehen, mit deren Hilfe von einer Durchströmung der Wärmepumpen-Module 15 und 16 auf die Bypassleitungen 50 und 52 umgeschaltet werden kann. 2 shows a similar structure. Instead of the shut-off valves are changeover 54 and 55 provided with the help of a flow through the heat pump modules 15 and 16 on the bypass lines 50 and 52 can be switched.

Claims (5)

Verfahren zum Betrieb einer Adsorptionswärmepumpe mit geschlossenem Adsorber-Desorber-Kreislauf (40) mit mindestens zwei Wärmepumpen-Modulen (15, 16), bestehend jeweils aus einem Adsorber/Desorber (8, 10) und einem Kältemittel-Wärmeaustauscher (7, 9), einem von einer Wärmequelle (19) beaufschlagten und mit dieser in Verbindung stehenden Primär-Wärmeaustauscher (11), einer Umwälzpumpe (12), einer Umweltwärmequelle (6), mindestens einem Heiznetzwärmeaustauscher (5, 21) und einem Heizungskreislauf (49), wobei die Wärmepumpen-Module (15, 16) jeweils mittels Bypassleitungen (50, 52), die strömungstechnisch parallel zu den Wärmepumpen-Modulen (15, 16) angeordnet sind, in denen sich jeweils Absperrorgane (51, 53) befinden, durch Öffnen der Absperrorgane (51, 53) überbrückbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Absperrorgane (51, 53) kontinuierlich oder schrittweise zwischen geschlossen und voll geöffnet einstellbar sind.Method for operating an adsorption heat pump with closed adsorber-desorber circuit (40) having at least two heat pump modules (15, 16), each consisting of an adsorber / desorber (8, 10) and a refrigerant heat exchanger (7, 9), a heat exchanger (19) acted upon and related to this primary heat exchanger (11), a circulating pump (12), an environmental heat source (6), at least one Heiznetzwärmeaustauscher (5, 21) and a heating circuit (49), wherein the Heat pump modules (15, 16) in each case by means of bypass lines (50, 52), which are arranged fluidically parallel to the heat pump modules (15, 16), in each of which shut-off devices (51, 53) are located, by opening the shut-off ( 51, 53) can be bridged, characterized in that the shut-off elements (51, 53) are continuously or stepwise adjustable between closed and fully open. Verfahren zum Betrieb einer Adsorptionswärmepumpe mit geschlossenem Adsorber-Desorber-Kreislauf (40) mit mindestens zwei Wärmepumpen-Modulen (15, 16), bestehend jeweils aus einem Adsorber/Desorber (8, 10) und einem Kältemittel-Wärmeaustauscher (7, 9), einem von einer Wärmequelle (19) beaufschlagten und mit dieser in Verbindung stehenden Primär-Wärmeaustauscher (11), einer Umwälzpumpe (12), einer Umweltwärmequelle (6), mindestens einem Heiznetzwärmeaustauscher (5, 21) und einem Heizungskreislauf (49), wobei die Wärmepumpen-Module (15, 16) jeweils mittels Bypassleitungen (50, 52), die strömungstechnisch parallel zu den Wärmepumpen-Modulen (15, 16) angeordnet sind, durch das Umschalten von Umschaltorganen (54, 55), die sich stromauf- oder stromab der Wärmepumpen-Module (15, 16) befinden, überbrückbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Absperrorgane (51, 53) kontinuierlich oder schrittweise zwischen geschlossen und voll geöffnet einstellbar sind.Method for operating an adsorption heat pump with closed adsorber-desorber circuit (40) having at least two heat pump modules (15, 16), each consisting of an adsorber / desorber (8, 10) and a refrigerant heat exchanger (7, 9), a heat exchanger (19) acted upon and related to this primary heat exchanger (11), a circulating pump (12), an environmental heat source (6), at least one Heiznetzwärmeaustauscher (5, 21) and a heating circuit (49), wherein the Heat pump modules (15, 16) in each case by means of bypass lines (50, 52), which are arranged fluidically parallel to the heat pump modules (15, 16), by switching switching means (54, 55) upstream or downstream the heat pump modules (15, 16) are bridged, characterized in that the shut-off elements (51, 53) are continuously or stepwise adjustable between closed and fully open. Verfahren zum Betrieb einer Adsorptionswärmepumpe gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Absperrorgane (51, 53) geöffnet oder die Umschaltorgane (54, 55) auf Bypassdurchströmung umgeschaltet werden, sobald die Temperatur der Umweltwärmequelle (6) einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet.Method for operating an adsorption heat pump according to Claim 1 or 2 , characterized in that the shut-off devices (51, 53) are opened or the switching means (54, 55) are switched to bypass flow as soon as the temperature of the environmental heat source (6) falls below a predetermined limit. Verfahren zum Betrieb einer Adsorptionswärmepumpe gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl der Umwälzpumpe (12) im Adsorber-Desorber-Kreislauf (40) bei geöffneten Absperrorganen (51, 53) beziehungsweise auf Bypassdurchströmung geschalteten Umschaltorganen (54, 55) geringer ist als bei geschlossenen Absperrorganen (51, 53) beziehungsweise auf Wärmepumpen-Moduldurchströmung geschalteten Umschaltorganen (54, 55).Method for operating an adsorption heat pump according to one of the preceding claims, characterized in that the rotational speed of the circulating pump (12) in the adsorber desorber circuit (40) with open shut-off devices (51, 53) or switched to bypass flow switching means (54, 55) lower is as switching devices (54, 55) connected with closed shut-off devices (51, 53) or on heat pump module flow. Verfahren zum Betrieb einer Adsorptionswärmepumpe gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Adsorber/Desorber (8, 10) ein Zeolith-Wärmeaustauscher ist.Method for operating an adsorption heat pump according to one of the preceding claims, characterized in that the adsorber / desorber (8, 10) is a zeolite heat exchanger.
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