具有在液相中的制冷剂分布的吸附式制冷机或吸附式热泵和用于运行吸附式制冷机或吸附式热泵的方法与流程

1.本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的吸附式制冷机或吸附式热泵以及一种根据权利要求13所述的用于运行吸附式制冷机或吸附式热泵的方法。


背景技术：

2.吸附式制冷机或吸附式热泵通常包括吸附器、蒸发器和冷凝器。在此，蒸发器和冷凝器也可以在一个装置中合并成蒸发器/冷凝器。在吸附器中吸附制冷剂，该制冷剂在此从蒸发器蒸发并且在那里经由外部的热接触从环境提取热量。在随后的解吸步骤中，制冷剂从蒸发器通过外部的热量供应而排出。解吸的制冷剂在冷凝器中重新冷凝并且在此时释放此前在蒸发过程中提取的热量，并且在解吸时供应的热量经由另外的热接触而再次释放到环境。因此，热量从蒸发器的热接触部泵送到冷凝器的热接触部。
3.通常采用两个或更多个吸附器，以便能够实现连续的制冷或者连续的热泵送。这两个吸附器在此以相反节拍执行相应的吸附和解吸过程并且相应地交替地连接至冷凝器和蒸发器，使得制冷剂的蒸发和冷凝也可以以相反节拍实现和实际上连续地实现。
4.因为在这种设备中十分常见地使用水作为制冷剂，对于如此构成的吸附式制冷机和吸附式热泵的结构，产生以下问题：
5.只要应该为蒸发器和冷凝器设置分开的设备，由于水蒸气的小密度，在部件之间的连接管道和阀需要具有大的流动横截面。特别是在低的蒸发温度时，这作为障碍影响成本有利的结构。
6.只要一个设备应该交替地用于制冷剂的蒸发和冷凝，因此该设备作为蒸发器/冷凝器，虽然大的流动横截面可以在结构上简单地实现。但是在这种构造中问题在于，在这种情况下不仅吸附器而且蒸发器/冷凝器在两个温度水平之间变动。因为蒸发器/冷凝器必然首先需要置于与第一温度的热接触，并且然后需要置于与第二温度的热接触，该第二温度必然不同于第一温度。
7.这种在两个不同温度水平之间的变动由于热质量和有限的热回收可能性而导致吸附式制冷机或吸附式热泵的功率损失和热效率恶化。


技术实现要素：

8.因此本发明的目的是，提出一种吸附式制冷机或吸附式热泵和一种用于运行这种装置的方法，借此能够避免提及的缺点。尤其是应该使得通过蒸发器、冷凝器或蒸发器/冷凝器的热质量引起的损失最小化。
9.所述目的的解决方案通过一种具有权利要求1的特征的吸附式制冷机或吸附式热泵和一种具有权利要求13的特征的用于运行吸附式制冷机或吸附式热泵的方法实现。
10.吸附式制冷机或吸附式热泵包括至少一个模块，所述模块包括吸附器、混合蒸发器和混合冷凝器。按本发明，吸附式制冷机或吸附式热泵的特征在于，吸附器与混合蒸发器
和混合冷凝器在模块中在结构上合并和包含在一个共同的、优选热隔离的吸附器容器中，该吸附器容器具有能外部热接触的用于接纳吸附器的吸附器区段和外部热隔离的用于接纳混合蒸发器和混合冷凝器的混合区段。在此，混合区段构成为能用制冷剂穿流，使得制冷剂在穿流混合区段之后能供应至外部的与模块分开的换热器，所述混合区段构造成用于，允许制冷剂的蒸发和/或冷凝。
11.因此按本发明建议一种解决方案，在该解决方案中放弃在吸附器之间在蒸汽相中的制冷剂分布。制冷剂在蒸汽相中仅仅在相应的模块内存在，在该模块的吸附器容器中有相应的吸附器。同时，制冷剂本身，更精确地说，在蒸发和冷凝时没有经历相变的制冷剂份额用作为用于在外部的换热器上传热的热量输送介质。这附加地允许在部件(在该部件中经历蒸发或冷凝)与部件(该部件对于具有与的低温区域或中温区域的传热是需要的)之间的结构分离。就此而言决定性的是，按本发明的模块是热隔离的，并且仅仅规定吸附器与外部的载热介质的热接触，用于在吸附器的吸附运行与解吸运行之间的变换。有效热量的真正传递在外部的与模块分开的换热器中实现，该换热器在空间实体方面和热方面与吸附器容器的内室和尤其是设置在吸附器容器中的混合蒸发器和混合冷凝器分离。吸附器容器优选地气密地构成并且能被抽真空或能被调节到负压，以便促进蒸发过程和在吸附器区域与混合区域之间的蒸汽交换。
12.在一种实施方式中，在吸附器容器内设有将吸附器区段与混合区段分开的、对于液滴不可透过的分离器件尤其是分离滤网。因此避免吸附器材料直接地且不期望地加载有在混合区段中流动的制冷剂。
13.在另一种实施方式中，在吸附器容器内，吸附器区段和混合区段构成至少局部同心的布置结构。因此，吸附器容器可以全面地并且密集地用于吸附和解吸过程，其中，可供使用的空间可以在技术上优化地利用。
14.尤其是在一种变型方案中，在同心布置结构中，吸附器区段被混合区段包围。
15.适宜的是，混合区段构造成用于，在用制冷剂穿流时，提供制冷剂流作为分解的液流，其中，吸附容器包含用于产生液滴的器件。因此非常强地增大制冷剂流的面积。
16.尤其是在一种实施方式中所述用于产生液滴的器件可以构成为包括填充体的散料。
17.但是一种实施方式也是可能的，在该实施方式中，所述用于产生液滴的器件构成为雾化装置。
18.此外，在另一种实施方式中，所述用于产生液滴的器件可以是包括划分液流的并且能被润湿的用于构成永久润湿液膜的多个内件的布置结构。在这样的情况下，制冷剂流流动经过多重划分的内件表面，其中，制冷剂流发生划分和分解，使得制冷剂流的表面也持续地增大。
19.在一种实施方式中，混合蒸发器和混合冷凝器在结构上合并为一个构成为混合蒸发器/混合冷凝器的单元。
20.在另一实施方式中，混合区段构成为用于混合蒸发器/混合冷凝器的组合结构。
21.在另一可能的实施方式中，混合区段可以具有用于混合蒸发器的第一分段和用于混合蒸发器的第二分段。蒸发和冷凝在这种实施方式中在吸附容器内的不同地点上实现。
22.在一种可能的实施方式中，吸附式制冷机或吸附式热泵的特征在于一种能被制冷
剂穿流的布置结构，该布置结构包括：至少两个模块和一个包括用于与低温区域热耦合的至少一个换热器和用于与中温区域热耦合的至少一个换热器的布置结构、用于产生制冷剂流的泵布置结构和用于将模块交替地连接到低温区域的所述至少一个换热器和中温区域的所述至少一个换热器的阀线路。因此实现以相反节拍工作的包括两个或更多个模块的布置结构的基本原理，该布置结构连续地产生冷量或泵送热量。
23.此外，在本发明的框架内，提出一种用于运行包括至少一个吸附器、混合蒸发器和混合冷凝器的吸附式制冷机或吸附式热泵的方法。按本发明的用于运行包括至少一个吸附器、混合蒸发器和混合冷凝器的吸附式制冷机或吸附式热泵的方法(吸附器与混合蒸发器和混合冷凝器在结构上合并在一个共同的模块中)如此实现，使得从吸附器解吸的制冷剂冷凝到一个在混合冷凝器中产生的制冷剂流中，和/或从在混合蒸发器中的制冷剂流蒸发的制冷剂在吸附器上吸附。
24.在此，没有参与蒸发和/或冷凝的制冷剂流部分作为传热流体引导到与低温区域和/或中温区域热耦合的下游的外部的换热器上。
25.在方法的一种方案中，设有至少一个第一模块、至少一个与低温区域热耦合的换热器和至少一个与中温区域热耦合的换热器以及至少一个第二模块，其中，经由两个相互交叉的包含制冷剂流的制冷剂循环实现模块在低温区域和中温区域上的交替的热耦联，并且制冷剂用作为传热流体。
26.通过模块在与中温区域热耦合的换热器上和在与低温区域热耦合的换热器上的交替的热耦联、尤其是也在流体技术上的耦联，与用于中温区域的换热器接触的模块可以在解吸模式中运行，在解吸模式中，在模块的吸附器上吸附的制冷剂被排出并且在制冷剂流上冷凝。在此时传递到制冷剂上的热量于是经由与中温区域或者中温回路热接触的耦联的换热器导出。与用于低温区域的换热器接触的模块在吸附模式中运行，在吸附运行中，在模块的吸附器上吸附从制冷剂流蒸发的水蒸气。在此时，从制冷剂流提取热量，使得离开模块的制冷剂对于用于低温区域的换热器可以用来冷却低温区域或低温回路。因此允许吸附式制冷机或吸附式热泵的连续运行。
27.在此要指出的是，参考按本发明的吸附式制冷机或吸附式热泵说明的特征和可实现的优点也适用于按本发明的方法，并且可以相应地传递和应用于该方法。方法的所说明的特征和优点同样地可以应用和传递到按本发明的吸附式制冷机或吸附式热泵上。
附图说明
28.按本发明的吸附式制冷机或吸附式热泵和配属的方法在下面应该借助于示意性的实施例更详细地解释。附图用于阐明之目的。
29.其中：
30.图1显示按第一实施例的示例性的模块；
31.图2显示按第二实施例的示例性的模块；
32.图3显示按本发明实施例的吸附式制冷机或吸附式热泵。
具体实施方式
33.图1显示按第一实施例的示例性的模块5、6，以应用在按本发明的吸附式制冷机或
吸附式热泵中。模块5、6通过吸附器容器限界，该吸附器容器的外壁在图1中示意性描述。吸附器容器具有居中设置的吸附器区域，该吸附器区域通过图1中的虚线限界。在吸附器区域的两侧紧接着混合区域。吸附器区域包含吸附器1、2、所述吸附器具有接头ad
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和ad
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，吸附器1、2与外部热源的热接触能经由接头建立。吸附器1、2在两侧被设置在混合区域中的混合蒸发器3a、4a和混合冷凝器3b、4b包围，混合蒸发器3a、4a和混合冷凝器3b、4b可以全面地并且同心地包围吸附器1、2。在此尤其可能的是相互推入的筒的形状。就此而已，在模块5、6内的部件的布置结构的示意图是仅仅原理性的属性并且不构成在模块5、6的部件的构造方面的限制。
34.模块5、6的吸附器容器的内室用作为用于制冷剂的相变室，所述制冷剂被引导通过混合区域和设置在那里的混合蒸发器3a、4a和混合冷凝器3b、4b。如在图1中所示，在混合蒸发器3a、4a和混合冷凝器3b、4b中，制冷剂经由用km
in
表示的接头导入到雾化装置中并且分解成以液滴形式的制冷剂流。制冷剂流汇集在混合蒸发器3a、4a和混合冷凝器3b、4b的下部区域中，例如通过示意描述的阻挡装置汇集，并且通过用km
out
表示的接头导出，以便供应至吸附式制冷机或吸附式热泵的下游的部件，尤其是用于供应至换热器。在混合区域中设置有混合蒸发器3a、4a和混合冷凝器3b、4b并且在混合区域中通过供应制冷剂而构成制冷剂流，所述混合区域是制冷剂冷凝进去或者蒸发出来的地方。制冷剂流在冷凝时升温并且在蒸发时冷却。
35.因此，在模块5、6中制冷剂流，更准确地说，在模块5、6中未参与相变的制冷剂流部分用作为热量输送介质。原则上在混合区域以及设置在那里的混合蒸发器3a、4a和混合冷凝器3b、4b内不发生与外部环境的热交换。仅仅吸附器1、2经由接头ad
in
和ad
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与外部热接触。就此而已，模块5、6的结构与传统的吸附式制冷机的结构根本不同，在传统的吸附式制冷机中，与吸附器处于直接热接触的蒸发器和冷凝器用作为向外部的载热介质传热的换热器。在按本发明的模块5、6中，向外部的载热介质传热不是通过向包含在相变室中的传热器导热来实现，而是直接通过离开吸附器容器或模块5、6的制冷剂份额的冷却或加热实现。在相变室中没有参与相变的制冷剂份额用于在外部传热器中的传热。
36.在混合区域与吸附器区域之间设置有分离器件、尤其是分离格栅或分离滤网。分离器件防止液滴从混合区域直接穿流到吸附器区域中。因此保证，仅仅制冷剂的气相到达吸附器1、2或者从吸附器1、2进入到制冷剂流。
37.图2显示按本发明的模块5、6的一种替换的实施方式。模块5、6又通过吸附器容器限界，该吸附器容器构成相变室。在吸附器容器中构成吸附器区域，该吸附器区域接纳吸附器1、2。此外构成混合区域，该混合区域与吸附器区域处于热接触中。不同于在图1中显示的配置，取代分开的混合蒸发器3a、4a和混合冷凝器3b、4b，混合区域包含组合的混合蒸发器/混合冷凝器3、4，所述组合的混合蒸发器/混合冷凝器根据模块5、6的运行的不同情况用作为混合蒸发器或者用作为混合冷凝器。因此，对于模块5、6所需的结构空间和所需的接头的数量可以降低。在其他方面对应于在图1中显示的模块的相应的配置和工作方式。
38.如果在图1和图2中显示的模块5、6中吸附器1、2与中温循环连接，以便吸附制冷剂，那么从通过混合蒸发器3a、4a(图1)的制冷剂流提取热量或者从在混合蒸发器/混合冷凝器3、4(图2)中的制冷剂流提取热量。制冷剂流因此被冷却。如果饱和的吸附器1、2与高温循环连接以便解吸，那么制冷剂从吸附器1、2解吸并且在通过混合蒸发器3a、4a(图1)或混
合蒸发器/混合冷凝器3、4(图2)的制冷剂流上冷凝。在此时，制冷剂流吸收热量。
39.为了能利用从制冷剂流提取的或者向制冷剂流供应的热量，来自模块5、6的制冷剂流供应至与模块5、6在空间实体方面和热方面分离的传热器，该传热器用于与外部的载热介质热接触。如在上面已经解释的，本发明的核心构思在于此。
40.图3显示按本发明的实施例的吸附式制冷机或吸附式热泵，其包括上述类型的第一模块5和第二模块6以及相配的制冷剂循环。
41.按图3的示例性的吸附式制冷机具有两个模块5、6，在所述模块中分别具有一个吸附器1、2。模块5、6在图3中示意性描述，并且模块的结构简化描述至所包含的吸附器1、2和混合蒸发器/混合冷凝器3、4。同样可能的是，模块5、6之中的一个或两个按照在图1中显示的配置构成。
42.模块5、6在吸附器区域中还分别包含传热器，所述传热器与吸附剂接触，所述吸附剂例如作为散料置入或者通过涂层方法施加到传热表面上。用于模块5、6中的混合蒸发器/混合冷凝器3、4的混合区域可以要么仅仅包含喷洒单元，要么附加地包含用于改善相变的填充体或结构，并且可以通过网与吸附器室分开，所述网用作为液滴分离器(在附图中的虚线)，如在上面参考图1和图2已经解释过的。
43.向用于低温区域nt的载热循环的传热和向用于中温区域mt
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的冷凝器部分的载热循环的传热通过两个传热器7、8实现，所述传热器可以以任意常见结构形式构成，用于液体即制冷剂向载热循环的载热流体(水、传热油、空气或者其他气体、蒸汽、在多个制冷机的级联情况下的次级制冷剂)传热。
44.制冷剂通过两个泵9、10和一个阀装置11、12、13、14(所述阀装置在图3中用四个三通阀11、12、13、14描述)以如此方式控制，即交替地实现：将换热器7与混合蒸发器/混合冷凝器3连接以及将换热器8与混合蒸发器/混合冷凝器4连接；和将换热器7与混合蒸发器/混合冷凝器4连接以及将换热器8与混合蒸发器/混合冷凝器3连接。取代三通阀11、12、13、14也可以分别是两个二通阀或者专用阀。
45.在吸附模式中运行的模块的混合蒸发器/混合冷凝器与第一换热器7连接。在此，模块的所属的吸附器与中温回路mt
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连接，以便引起从在混合蒸发器/混合冷凝器中的制冷剂流蒸发的制冷剂在吸附器上的吸附。在此时，制冷剂流被冷却并且可以用于在第一换热器7中冷却低温循环。
46.在解吸模式中运行的模块的混合蒸发器/混合冷凝器与第二换热器8连接。在此，模块的所属的吸附器与高温回路连接，以便引起在吸附器上的制冷剂的解吸并且将制冷剂从吸附器排出，所述制冷剂在混合蒸发器/混合冷凝器中的制冷剂流上冷凝。在此时，制冷剂流升温。升温的制冷剂供应至第二换热器8，以便在那里释放热量。
47.如果采用低压制冷剂例如水作为制冷剂，那么泵9、10、阀11、12、13、14、传热器7、8以及制冷剂循环需要构成为真空密封的。泵9、10于是以有利方式与驱动器磁耦合，并且需要以一种避免气穴的方式安装。
48.两个吸附器循环ad1和ad2按已知方式通过三通阀与外部的高温循环ht连接和与中温循环mt
ad
的吸附器部分连接。
49.在图3中说明的实施例中，所显示的装置作为吸附式制冷机运行。同样可能的是，所显示的装置用作为吸附式热泵，方式为，连接在第二换热器8上的中温回路用作为有效回
路。
50.通过吸附式制冷机或吸附式热泵的按本发明的结构，在吸附器上的蒸发/冷凝过程以及在制冷剂与加热或冷却流体之间的传热可以解耦。如在上面参考图1和图2已解释的，按照混合蒸发器或者混合冷凝器的原理，制冷剂直接地置入到模块的吸附器腔室中，在那里要么制冷剂蒸发要么排出的制冷剂在表面上冷凝。该方法也可以称为直接相变(蒸发/冷凝)。在此，向外部载热介质传热不是通过向包含在相变室中的传热器导热来实现，而是直接地通过离开相变室的液体份额的冷却或加热来实现。没有参与相变的液体份额用于传热到外部的传热器中。
51.对于在相变室中的制冷剂分布，可以采用所有已知的用于直接相变的装置，例如已说明的雾化装置，但是也可采用喷洒装置、用于表面分布的填充体(例如拉希格环或者鲍尔环)、面状的分布变型方案、直至多孔结构(例如它们在冷却塔中使用)。在敏感的吸附剂例如一些带水的硅胶和沸石作为制冷剂，推荐安装保护器，以便避免液体直接以液滴形式输入到吸附器中。在低压制冷剂例如水时，尤其是要注意内件的真空适用性。这也适用于所采用的泵，理想地通过磁耦合而气密地密封。在选择泵和构造管路(尤其是在抽吸侧上)要注意避免气穴。
52.如果在吸附式制冷机中应该该原理，并且制冷剂交替地在吸附器容器中蒸发或冷凝，向低温循环和中温循环的两个外部的载热循环的传热可以在分开的传热器中执行，而它们不在蒸发温度与冷凝温度之间变动。温度波动在这种情况下仅仅延伸到制冷剂分布，也许延伸到用于改进相变的内件(例如填充体，但是填充体的热质量可以通过小的材料厚度或者通过使用塑料而被限制)和在模块入口/出口与阀之间的管道区段，但是这些管道区段可以保持非常短。
53.在此说明的吸附式制冷机或吸附式热泵以及在此说明的用于运行吸附式制冷机或吸附式热泵的方法的优点总结如下：
54.·
由于在蒸发与冷凝的变动份额中减小热质量，改进功率和热效率。
55.·
相变和传热可以分开地通过各一个有效的设备被优化，例如通过鲍尔环和板式传热器。这明显地改进了总效率，因为变动的蒸发/冷凝设备不能对于两个任务被优化。此外，两个目标方向相互矛盾：用于相变的大表面和用于传热的短路径。
56.·
用于在工艺水与空气或气体之间直接传热的可能性，而没有在中间连接的用于低温循环和/或用于中温循环的冷凝器部分的载热循环。在使用吸附式制冷机作为外部设备时这允许构成直接空气冷却的单元，如果循环冷却器装备有两个分开的管道循环用于冷凝和用于吸附器冷却的话。
57.·
用于在工艺水与空气或气体之间直接传热的可能性，而没有在中间连接的用于低温循环的载热循环。在使用吸附式制冷机作为内部设备时这允许构成直接空气冷却的单元，尤其是如果在吸附式制冷机与空气冷却器之间不存在长的管路行程的话，这例如可以在机架集成的吸附式制冷机中应用，所述吸附式制冷机利用水冷的处理机的余热用来驱动。因为液体处于真空下，在此可以作为附加的优点选择防泄漏结构，因为在泄漏时空气流入并且液体例如压入到储备容器中。
58.·
当蒸发或冷凝室设置在外表面上或者环状地围绕吸附器设置时，模块的非常紧凑的结构可能性。吸附器因此从所有侧被均匀地来流，流动横截面是最大的，因此蒸汽速度
非常低，并且吸附器相对于环境的热损失被最小化。
59.·
非常简单的用于从系统除去惰性气体的可能性，因为通过大表面使惰性气体更好地吸收在液体中。惰性气体的除去直接在泵的出口处实现，因为在那里压力是最高的。除气于是可以按照常见方法通过膜或填充体实现。如果泵设计不允许超过1巴的超压，则也存在利用简单的真空泵在次级容器中产生小真空例如500毫巴的可能性，所述次级容器有规律地自动地排空。
60.本发明的主题已借助示例性的实施例解释。在本领域技术人员能力范围内其他方案是可能的。此外，一些其他实施方式由从属权利要求得到。
61.附图标记列表
62.1第一吸附器
63.2第二吸附器
64.3第一混合蒸发器/混合冷凝器
65.3a第一混合蒸发器
66.3b第一混合冷凝器
67.4第二混合蒸发器/混合冷凝器
68.4a第二混合蒸发器
69.4b第二混合冷凝器
70.5第一模块
71.6第二模块
72.7低温回路的换热器或传热器
73.8中温回路的换热器或传热器
74.9蒸发器制冷剂泵
75.10冷凝器制冷剂泵
76.11～14阀线路