专利名称：利用吸附原理的热力泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求I的前序部分所述的热力泵。
背景技术：
文献WO 2007/068481A1公开了一种吸附热力泵，该吸附热力泵由多个中空部件构成，各个中空部件分别具有吸附-解吸附区域以及蒸发-冷凝区域或相变区域。在每个区域上都有热传递的流体流过中空部件，其中，中空部件相对于流体流动的连接借助于阀装置而循环改变
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用吸附原理的热力泵，其能够具有特别广泛的使用范围。对于开始所述的热力泵，上述目的通过具有权利要求I的发明特征而实现。通过在吸附介质区域(热力泵的吸附侧)上并联流过一些中空部件的流动，可以使这些中空部件在吸附侧的温度在很大程度上保持均衡，由此展开基于此的热力学循环过程。这一点例如能够用于增大热力泵的温度上升。特别在此能够实现相对较小的温度下降。这里，温度上升可以理解为应用过程中和/或在低温热源(NQ)与中温散热器(MS)之间的温度差，即，例如在使用过程中作为冷却装置而具有尽可能低的蒸发温度和/或尽可能高的回流冷却温度(或冷凝温度和吸附温度)。这里，温度上升可以理解为热量输入过程中的温度差，即，例如在(高温)热源与回流冷却机构或中温散热器之间的温度差，在冷却运行方式的条件下即为回流冷却温度。特别地，通过本发明的技术方案使温度上升与温度下降的比值增大，而不需要极度缩小过程的加载范围，从而实现了广泛的应用范围。可补充地，本发明还可以进一步用于，在给定温度上升的条件下使可用的加载范围增大，从而提高系统的热学COP (性能系数)。在本发明一个优选的实施方案中，在阀装置的每个位置上，至少两组的多个中空部件分别具有并联流动，其中，至少一组直接设置在换热器的下游。换热器适宜地与不同温度水平的各个储热器进行热交换，例如一方面与热源而另一方面与回流冷却器进行热交换。例如热源可以为太阳能模块或中央供暖站的余热。回流冷却器例如可以为外界空气，其中，相应的换热器实现了到周围环境的“干燥”的热排放。通常具有优势地，为了优化温度上升与温度下降的比值，使具有并联流动的中空部件的总数至少为具有流动的中空部件总数的约四分之一、特别至少为约三分之一。此外在本发明一个特别优选的实施方案中，在特别地可利用另一个阀装置进行改变的流体回路中，另一热传递的流体流过中空部件，由此使中空部件在相变区域上与该另一流体形成热接触，其中，流过中空部件的另一流体的流动是循环交替的。通过不仅在吸附区域而且在相变区域上的部分并联的流动，可以实现温度上升的进一步提高。根据具体的结构，可以使相变侧的流体回路与吸附侧相完全分离，其中，为了进一步优化还可以采用不用的流体。在具体情况中，例如为了实现同一换热器作为回流冷却器的公共的且由此成本低的应用而使流体回路相互连接。特别适宜本发明热力泵的热传递流体的例子是水-乙二醇混合物，还可以例如在冷却回路中采用防腐添加剂。适宜地，对于吸附侧的流体回路和相变侧的流体回路分别设有各自独立的阀装置，用于实现流过中空部件的循环交替的流动。然而通常还可以考虑，这两侧由一个整体的阀装置来控制。本发明还包括阀装置的所有构造形式。在一个优选的具体结构方案中，在特别的另一个阀装置的至少一个、特别是每个位置上，另一流体并联地在相变区域上流过至少两个中空部件，其中，至少两个中空部件被先后串联流过。由此在一个优选但不必要的扩展方案中，在特别的另一个阀装置的每个位置上，另一流体并联地在相变区域上流过至少两组的多个中空部件，其中，换热器被直接设置于至少一组的上游。本发明的特别有效的一种热力泵如此设置，即，既在吸附侧还在相变侧分别有一 些中空部件被并联流过以及一些中空部件被串联流过。在此，应该使这些具有流动的各中空部件相对于两侧设置在限定的相位中。这样特别具有优势地，在吸附区域具有并联流动的一组中空部件在相变侧分别被串联流过，反之亦然。为了具体优化热力泵的功能，在吸附侧被并联(串联)流过且在相变侧被串联(并联)流过的中空部件的设置还可以具有一个确定的相对相位移动，例如通过一个或两个中空部件。可替换或补充地，阀调节的时间点以确定的时间步骤相互推移。由此可以考虑到系统的热惯性。在本发明一个优选的实施方案中，在阀装置的给定位置上，将一部分中空部件连接成一个局部回路，其中，热传递的流体通过一个附加的循环泵经由该局部回路形成循环。由此通常提供一个自由度，从而对具有并联和串联流动的中空部件构成的不同组的质量流至少部分相互独立地进行调节。在第一可行的具体结构方案中，一共具有两个循环泵，其中，第一局部回路通过第一循环泵形成循环，而第二局部回路与第一局部回路相连通并通过第二循环泵形成循环。由此，在结构的复杂性和质量流的可控制性之间实现一种良好的平衡。为了对具有并联和串联流动的中空部件构成的不同组的质量流进行优化确定，还可以一共设有三个局部回路，其中，这些局部回路是独立的，并且分别通过三个循环泵中的一个形成循环。在一个可替换、低成本的构造方案中，还可以仅设有一个循环泵，其中，通过支路实现质量流到中空部件的简单分配。在热力泵的又一优化实施方案中，至少一个中空部件特别在相变区域上没有热传递的流体流过。由此在优选的具体结构方案中，没有流体流过的中空部件分别设置在在相变区域上吸收热量的中空部件组与在相变区域上输出热量的中空部件组之间。由此在相邻的具有特别大的温度差的中空部件的相变区域之间实现一个绝热区，通过该绝热区使不需要的热流减小，并且整体上改善了热力泵的工作效率。在本发明的一个优选实施方案中，阀装置包括至少一个、特别包括仅一个旋转阀，该旋转阀具有圆柱形衬套和可旋转地设置在该衬套中的阀体。在一般情况下，在吸附侧和相变侧分别配置单独的阀装置，然而这些单独的阀装置可以分别具有类似或相同的构造。在简单有效的构造形式的优选扩展方案中，旋转阀具有用于连接各个中空部件的端面输入线路和输出线路。
热力泵的旋转阀的一般优选结构方案是，阀体设有至少一个环形腔室，其中，至少两个轴向通道通入到该环形腔室中，轴向通道分别与并联的中空部件连接，并且其中，环形腔室设有至少一个径向开孔，径向开孔经由环形腔室与至少两个轴向通道形成连接。这样就实现了中空部件组经由轴向通道的简单并联，其中，由此使并联中空部件通过阀体旋转而实现转换。环形腔室的径向连接端适宜地与换热器连接，在此换热器根据流动方向设置在并联的中空部件的上游或下游。对于开始所述的热力泵，本发明的目的还通过具有权利要求15的技术特征而实现。通过使至少第一部分中空部件设置在第一循环泵的下游、而第二部分数量的中空部件设置在第二循环泵的下游，可以给定构造尺寸的条件下另外实现特别有效的热交换。据此，在一个优选的实施方案中，至少一部分中空部件中包括至少两个中空部件，这些中空部件在各循环泵的下游相互并联。多数情况下，设有较大数量的中空部件，例如8或12个，其中，每部分中空部件对应在各自的切换位置上的两个或多个中空部件。根据相应的要求还可以使至少一部分中空部件包括仅最小数量的中空部件，即，仅一个中空部件。在本发明的一个特别优选的实施方案中，两部分中空部件在阀装置的至少一个位置上分别属于两个相互独立的流体的局部回路。由此实现了热力泵的特别高的功率密度。在此特别优选，独立的局部回路可以具有不同数量的中空部件，这取决于采用何种形式的热源或散热器与局部回路形成热交换。如果例如第一局部回路与高温热源(HQ)连接而第二局部回路与中温散热器(MS)连接，那么优选第一局部回路的中空部件的数量小于第二局部回路的中空部件数量。中空部件在两个局部回路上的分配优选以1:3和1:1之间的比例进行，特别优选在约2:5和约4:5之间。如果中空部件的总数允许的话，那么约1:2的分配是特别有利的。在本发明的一个可替换或补充的实施方案中，第一部分中空部件属于流体的第一局部回路，第二部分中空部件属于流体的第二局部回路，其中，这两个局部回路经由至少一个中空部件而相互连接。由此，一方面实现了有效的热交换以及因此而实现良好的功率密度，其中，通过局部回路的热回收偶联还实现了整体工作效率的提高。据此在特别优选的具体结构方案中，分别使局部回路中的仅一个中空部件与各另一个局部回路相连接。这一方案例如可以通过吸收侧的一个中空部件的输出端与另一个局部回路的循环泵的连接来实现。此外，为了优化热力泵，通常还具有优势的是，阀装置包括用于各个连接的中空部件的流动的横截面匹配结构和/或节流元件，该横截面匹配结构和/或节流元件使回收热量最大化。通常具有优势地，为了实现进一步优化，使根据权利要求15至19中任意一项所述的热力泵还具有权利要求I至14中一项或多项的特征。本发明的其它优点和特征在以下说明的实施例以及从属权利要求中给出。
接下来，结合附图对本发明的多个实施例进行详细说明。图I为本发明热力泵的第一实施例的回路布置图；图2为图I的热力泵的吸附侧和相变侧的循环过程的温度-压力曲线图； 图3为用于控制通过图I的热力泵的吸附侧流体流动的旋转阀的展开结构示意图；图4为图3的旋转阀的纵截面原理图；图5为图4的旋转阀沿A-A线的横截面图；图6为图4的旋转阀沿B-B线的横截面图；图7为用于控制通过图I的热力泵的相变侧流体流动的旋转阀的展开结构示意图；图8为图7的旋转阀的纵截面原理图；图9为本发明热力泵的第二实施例的回路布置图；图10为图9的热力泵的吸附侧和相变侧的循环过程的温度-压力曲线图； 图11为本发明热力泵的第三实施例的回路布置图；图12为本发明热力泵的第四实施例的回路布置图；图13为本发明热力泵的第五实施例的回路布置图；图14为本发明热力泵的第六实施例的回路布置图；图15为用于控制通过图14的热力泵的吸附侧流体流动的旋转阀的展开结构示意图；图16为用于控制通过图14的热力泵的相变侧流体流动的旋转阀的展开结构示意图；图17为在具有增大的加载范围的log p-1/T曲线图中，针对图13至图16的回路方案的理想化的矩形过程曲线。
具体实施例方式图I中以工作原理图示出的热力泵包括多个中空部件，这里示出为12个中空部件，这些中空部件优选分别具有相同的结构并且相邻设置。这种中空部件的精确的设备构造是公知的，例如可以采用文献W02007/068481A1中公开的形式。中空部件可以大体上形成为不透气的密封的纵向体，其中，在各个端部区域上，一方面设有吸附介质，另一方面设有用于存储液体的结构，例如毛细管结构。12个中空部件中的每一个分别具有在图I的左半侧示出的吸附区域(SZl至SZ12)。在吸附区域中分别具有一定量的吸附介质，如活性炭。另外，每个中空部件还具有在图I的右半侧示出的相变区域(PZl至PZ12)，这些相变区域示出为毛细管结构。根据上下文，附图中的附图标记I至12分别表示中空部件的编号和/或相应的中空部件的吸附区域和相变区域的编号。在这些中空部件中分别含有定量的工作介质，这里为甲醇，从而根据吸附区域和/或相变区域所经受的温度使工作介质能够在吸附介质和毛细管结构之间转换。在吸附侧(图I左侦D以及在相变侧(图I右侦彳)上分别设有流体回路101、102，借由这些流体回路101、102，使中空部件的各个吸附区域和相变区域能够有导热的流体流过。对此，每个流体回路都设有一个循环泵103以及一个(在图I中未示出的)阀装置，借由该阀装置使中空部件根据其在流体回路中的状态进一步循环地切换(weiterschalten)。在吸附侧，除了实现流体与吸附区域SZ1-SZ12的热交换以外，还经由换热器105实现了与热源HQ (高温储热器)的热交换，以及经由作为回流冷却器的换热器106实现了与热源MS (中温储热器)的热交换。在相变侧，除了实现流体与相变区域PZ1-PZ12的热交换以外，还经由换热器107实现了与热源NQ (低温储热器)的热交换，以及经由换热器106'实现了与热源MS (中温储热器)的热交换。根据该实施例，特别可以使中温热源是相同的，例如都采用周围空气。那么，各个换热器106、106^可以在结构上集成设置，或者也可以例如作为分别与两个流体回路101、102相连接的单独换热器来设置。在用于住房空气调节的一个热力泵可行应用中，换热器107对应于一个蒸发器，该蒸发器设置用于使空气流冷却到温度水平NQ，并尽可能低于露点，以同时对空气进行除湿。由此，储热器MS可以对应于外界空气。热源HQ例如为中央供暖站的余热，或者为太阳能模块的热量。最终，通过从水平HQ到水平MS (“温度下降(Temperaturschub)"HQ-MSMA热流驱动从水平MS到水平NQ (“温度上升(Temperaturhub)” MS-NQ)的空气冷却。图2中以等容线图(Isosterendiagramm)示出的循环过程在此分为12个子步骤，各个中空部件在时间上交错地先后经历各子步骤。因为局部过程的数量对应于中空部件的 数量，所以对每个局部过程来说，仅有一个中空部件经历该局部过程。为了简单起见，这样选择观察时间点，即，使中空部件的编号对应于局部过程的编号。经过一个确定的时间段之后，各个中空部件再换一个过程步骤，以此类推，直至12个步骤之后再重复进行整个循环。由图I可知，在中空部件的吸附侧，热交换介质部分并联流动，而部分沿着中空部件编号减小的方向串联流动。由此，在这些吸附温度变化的过程步骤中，相对于中空部件的进一步切换(按照中空部件编号增加的顺序)实现了中空部件的逆流回路形式(按照中空部件编号减小的顺序)。与此相对，被并联流过的中空部件具有相同吸附温度。在图I的右侧，相变侧(蒸发区/冷凝区)上也具有中空部件被并联和串联流过的区域，以及还具有两个不被流过的中空部件(编号I和7)。由此，在回路方面，吸附区(图I左侧)和相变区(图I右侦D的流体回路101中形成4个区域，结合图2对这些区域的功能首先进行概括说明，然后进行具体说明图2中状态I至状态5的过程步骤包括在温度下降过程中的热量散失(I ^>2:等容冷却；以及2^5:等压吸附)。然后是在压力增加到点7过程中的等温热量散失阶段(等温吸附)。状态点7至Il的过程步骤表示的是在温度增加过程中的热量供应(7^1等容加热；以及I:等压解吸附)。然后是在压力下降过程中等温热量输入阶段，直至再次到达状态点I (等温解吸附)。在图I中，括号中用于表示中空部件区域的附加说明的含义是+Q :热量输入，-Q :热量输出，A :吸附，D :解吸附，T :温度变化，V :蒸发，K :冷凝，(_):绝热阶段。接下来，沿着吸附侧的流动路径以及在相变侧并联进行的过程，从状态点I开始分别对12个子过程步骤进行详细说明I.该状态表示完全解吸附且尚热的吸附区域(SZ1)，随后该区域由恒幅载荷(等容)冷却。在此，根据图1，来自于上游的吸附区域(SZ2)的已经加热的热交换介质再次加热，然后流入高温热源(HQ)以进一步加热。中空部件的处于压力平衡的相变区(PZl)没有受到热交换介质的作用，由此能够绝热地从状态V3冷却到状态Vl (参见图2)，而没有使工作介质显著蒸发。
2.在达到过程点2时，来自低温热源(NQ)的冷却剂流体流过相变区，其中，工作介质被蒸发到低的蒸发压力水平(VI)。同时，较冷的工作介质流过预先冷却的吸附区域，并由此通过吸收被蒸发的工作介质而继续冷却至状态3。仍以相对较高的温度水平产生的该吸附热量供应给已经加热到相对较大程度的热交换介质。3.该吸附过程继续进行，在增加的相对低的热交换介质温度条件下首先到达状态点4,4.并且在预先流经的中空部件中，该吸附过程继续进行，最终在恒定的低的蒸发温度且下降的吸附温度条件下到达状态点5。5.从状态5开始，在图I的吸附侧的中空部件被大量回流冷却到周围温度(MS)的流体直接流过。来自于独立的中间回路ZK的较热的热交换介质流经相变区域，使蒸发压力上升到水平V2。吸附区域的与此相关的压力的升高使得该吸附区域能够在温度没有上升的情况下继续吸收工作介质而到达状态点6。
6.在最低的可能的温度下，来自于回流冷却器106 (中温热源MS)的流体同样被应用于与过程步骤5的中空部件并联设置的该局部过程的热量部件上。因为仍然较热的流体被应用于相变区域，由此蒸发过程主要在压力水平V3上进行，所以吸附区域还可以在没有温度下降的条件下继续吸收工作介质。相变侧的中间回路ZK的升高的流体温度通过吸收来自随后说明的过程步骤11的冷凝热量来实现。通过增加的吸附压力，吸附区域能够在几乎恒定的温度条件下继续吸收工作介质。7.在状态点7上实现吸附区域的最大化加载，并且开始向该吸附区域的热量输入阶段。因为吸附区域实际上仍然处于周围温度水平上，适度热量的流体就足够用于加热，该流体将其剩余热量输出到吸附区域上，由此使该吸附区域的温度仍更加接近周围温度，然后该流体被导引至回流冷却器106(MS)，用以冷却到周围温度。因为相对应的相变区域PZ7没有流动过程而保持绝热，所以工作介质的压力几乎等容地升高到状态点8。8.在该压力水平上，热量被继续输入至较高的温度水平，由此使工作介质解吸附，并且在对应的较高的冷凝温度条件下(K6)进行冷凝。如图2的图线可知，冷凝温度大体上位于两个吸附最终温度的水平上，由此为了使吸附热量和冷凝热量输出，可以采用一个共有的回流冷却器106、106'。由于有限的流体温度，该过程在状态点9上结束。9.在接下来的过程步骤中，中空部件以较高的流体温度解吸附至状态点10，其中，相变区域在并联回路中通过同样回流冷却到周围温度水平(MS)的流体而冷却至相同的温度水平K6。10.该过程以更高的解吸附温度而继续进行至状态点11，其中，在水平K6上继续冷凝热量被输出给回流冷却的流体。11.在接下来的过程步骤中，吸附区域直接以热源温度HQ继续解吸附，而相变区域的冷凝温度水平下降到水平K5。根据图1，该温度通过独立的中间回路ZK的预先冷却的热交换介质实现。由此在过程点12上发生吸附区域的大体上等温的解吸附。12.该过程在紧接着的过程步骤中这样实现，即，在用于解吸附的相同的最大的流体温度条件下，使冷凝压力水平和温度水平进一步降低。该过程这样实现，即，优选的独立的中间回路ZK的、由过程步骤5预先冷却的热交换介质被直接应用于相变区域。该局部过程步骤在到达起始状态I时结束。
据此，在上述的热力泵的实施例中，无论在吸附侧还是在相变侧上，分别都有一些中空部件相互并联设置，并且有流体流过一些相继串联设置的中空部件。特别地，具有以下几组吸附侧并联SZ5与SZ6，以及SZll与SZ12。吸附侧串联=SZlO至SZ7，以及SZ4至SZl0相变侧并联PZ2至PZ4，以及PZ8至PZ10。相变侧串联PZ5与PZ6，以及PZll与PZ12。特别地，本发明的在吸附侧并联连接的那些中空部件组在相变侧分别串联连接。图3至图6示出了用于控制图I的吸附侧的流体回路101的阀装置的优选结构实施例的不同示意图。在此，阀装置作为单独的旋转阀108可以旋转，该旋转阀具有圆柱形衬 套109和设置在该衬套中的旋转体110，该旋转体可以围绕轴IlOa在位置固定的衬套109中旋转。图3的示意图示出了旋转体110的展开结构，由该展开结构图能够特别清楚地了解到旋转体的功能。旋转体110 —共具有四个围绕的环形腔室111，通过滑动密封件112这些环形腔室被相对于衬套109密封。外侧的径向开孔113使环形腔室111向外与各个换热器105、106连接，从而使换热器105、106的每条流入和流出通道都精确地与四个环形腔室111中的一个连接。旋转体110还具有轴向贯穿通道114，这些贯穿通道完全贯穿该旋转体。由此，例如在中空部件11和12与中空部件10的接合处，一些贯穿通道可以汇集(或产生支路)成一个单独的通道(参见图I)。旋转体还具有轴向盲孔式通道(Sackkanal) 116，这些盲孔式通道经由内部径向开孔115通入到其中一个环形腔室111中。在图3的展开结构中，这些接合处由带有箭头尖部和箭头杆部的平面图示出。由此在一个或多个中空部件与其中一个换热器105、106之间
建立连接。通过旋转体110的逐步旋转实现循环切换连接，由此使在衬套109中的端面开孔117交替地与旋转体中的贯穿通道114和盲孔式通道116的轴向入口重叠。在端面的重叠区域中，可以设有适宜的密封件121，例如为陶瓷密封垫片。在旋转体的中间区域118上，可以设有(未示出的)弹簧件，该弹簧件压迫第一旋转体部分119与第二旋转体部分120使其彼此远离，并且将它们分别压向轴向的端面密封圈121。贯穿通道114在中间区域118上的连接例如可以通过软管元件来实现。在可行的实施例中，例如可以通过软管元件来实现分岔或汇合。衬套109上的端面连接端的编号对应于图I的与吸附侧中空部件的连接或切换状态的编号。图7和图8示出了作为相变侧阀装置的旋转阀108的示意图。其构造和功能与吸附侧的阀108基本类似。由于不同的连接方式，该相变侧的旋转阀108—共具有七个环形腔室111，这些环形腔室在旋转体110中分别具有三个内部径向开孔115。循环泵103与六个外侧径向开孔113中的两个相连接，从而使中间回路ZK形成循环。图9示出了本发明热力泵的另一实施例。这里与第一实施例的区别在于，在吸附侧上分别相互并联三个中空部件，具体地，组SZ4至SZ6，和SZlO至SZ12。由此可以使温度上升与温度下降的比值进一步增大。以类似的方式，在相变侧上使相同组的中空部件(PZ4至PZ6，和PZlO至PZ12)在中间回路中串联。通过将对应的图10的曲线图与第一实施例的曲线图(图2)相比较，能够了解到由图9的实施例实现的温度上升的进一步改善情况。原则上，在本发明的范围内，可以根据实际需要采用任意的并联和串联的中空部件的分配方案，以影响温度上升和温度下降。为了进一步优化温度上升，特别具有优势的是，在吸附侧使至少三分之一的中空部件并联。在第一实施例中，一共12个中空部件中有四个进行并联正属于这种情况。在图9的第二实施例中，在吸附侧的中空部件中正好一半进行并联。在本发明的上述两个实施例中，在相变侧分别共具有三个循环泵，从而无论是并联的中空部件组还是中间回路，都能够对于流体质量流相互独立地进行调节。由此能够实现对于热力泵的特别精确的控制，从而优化热力泵的工作效率。 与此相对，在吸附侧仅具有一个单独的循环泵103，其中，流体质量流根据已经设置在线路或阀装置中的支路分配或汇集。这是一个成本优化的解决方案，该解决方案在优化各个质量流方面提供了较低的可调节性能。图11示出了第三实施例，该实施例在吸附侧的连接与图9的第二实施例一致。而在相变侧却不具有中间回路，而是将所有的中空部件都连接在一个流体回路中，该流体回路仅由一个循环泵103驱动。此外，这里无论是并联还是串联的中空部件组，都与图9的实施例类似。图11的实施例由于较少的循环泵103的数量而特别具有成本优势。该实施例优选在这样的情况下使用，即，中空部件分别由多个子模块构成，和/或在外部换热器上允许或希望实现较高的温度差。在交叉对流连接中使用外部换热器的情况下，该实施方案特别具有优势，优选使用空气作为热源和/或散热器。图12示出了另一个实施例，其中，与图11的实施例相同，相变侧仅选择连接一个循环泵103。与此相对，在吸附侧选择结合使用两个相互连通的局部回路，这两个局部回路借由两个循环泵形成精确地循环。而且这里使来自换热器105、106之一的流体质量流分别分配到三个中空部件上，然而这些模块中的两个的回流作为连接的局部回路直接地再次供给换热器。三个并联中空部件中的一个中空部件的流体质量流被提供给接下来的串联的中空部件。由此，通过控制两个泵和/或(未示出的)限流器，可以进一步调节串联和并联中空部件组，其中，还能够省去第三循环泵的使用。图12的实施例至少对应于权利要求I和15所述的发明范围。当然，根据实际需要，各个实施例的技术特征可以适当地相互结合。特别适宜采用所建议的一个、两个或三个循环泵的连接方案，根据实际需要这些连接方案无论在吸附侧还是在相变侧都可以使用。因此，如图I的实施例中在相变侧那样，在吸附侧例如也可以采用具有三个单独的局部回路或三个循环泵的回路方案。在这种情况下，所有直接与热源105 (HQ)和散热器106 (MS)连接的并联中空部件将直接反作用于这些外部换热器。在此，中间回路用于回收在从解吸附温度到吸附温度的温度转换过程中的感应热量，并且通过另一个泵流回。在所有前述回路的变化方案中，连接视图和温度曲线通过旋转阀108的逐步旋转而朝模块编号减小的方向移动。原则上，必须确保两个阀108在相同的方向上正确地根据相态进一步连接。然而，可以证实具有优势的是，用于吸附区域和相变区域的流体控制的切换时间可以按照时间彼此相互错开，从而实现在模块中进行的动态过程的不同动力和时间延迟。一方面，所有回路的特征都是用于吸附区域亦或是还有相变区域的中空部件的并联和串联方案的结合。另一方面，所有中空部件的吸附区域和相变区域的大体上互补的连接方案的特征在于，在吸附侧并联的中空部件组在相变侧主要是串联；反之亦然。优选但不是必须地，在此，这样的中空部件(PZ1、PZ7)在相变侧不被流过，在该中空部件中，由蒸发过程到冷凝过程转换，反之亦然，其中，在吸附侧进行几乎等容的压力转换和温度转换。通过将模块分配到并联和串联的互补的组，在不减少吸附介质加载范围的条件下可以使温度上升与温度下降的比值(MS-NQ)/(HQ-MS)改变，并且使该比值与可利用的热源(HQ、NQ)和散热器(MS)的所需相对温度位置优化匹配。在图13中示出了中空部件的回路或设置，这些回路或设置特别对应于权利要求 15所述的发明范围。在此，一共具有8个中空部件，中空部件具有吸附区域(SZl至SZ8)和相变区域(PZl至PZ8)。该示意图和附图标记与前述实施例类似。在该实施例中，根据左侧图示，所有吸附侧的中空部件配置成两组被并联流过的部件，这两组部件分别与各自的循环泵103和一个换热器HQ、MS共同形成为两个完全独立的回路。这里，上方的回路与高温热源HQ连接，下方的回路与中温散热器MS连接。特别具有优势地，由中温回路并联流过的部件组大于由高温回路流过的部件组。在该情况下，数量比为3:5。这是因为，相对于吸附过程，解吸附过程通常具有更大的动力。中空部件的对应的相变区(图13的右侧图示)特别具有优势地至少分组地同样分别被并联流过。在图13的实施例中，第一组PZ1-PZ3与中温散热器(MS)和一个循环泵形成另一个独立的回路。第二中空部件组PZ4-PZ8分成两个被并联流过的小组，而在该实施例中，这两个小组串联，并且与低温热源NQ和相变区的一个第二循环泵103形成为一个独立的回路。在该情况下，根据图示，由阀装置限定的流体连接的连接逻辑以限定的时间步骤、逐步地向上方运动，从而使每个模块循环地对应于不同的温度控制回路。具有优势地，以一定位置进行阀的进一步切换的切换时间点可以在时间上交错设置，通过限定的时间间隔，阀装置在相变区的切换时间点晚于阀装置在吸附区的切换时间点。由此，当在中空部件中设定新的物理状态时，要考虑到热惯性。图13的实施例特别对应于权利要求15的发明范围。图14示出了与图13类似的又一实施例，其中，为了实现热量回收，两个吸附侧的流体回路没有完全分离。作为替代，两个中空部件SZl和SZ4的回流分别对应互补的回路。在此，指的是在阀切换操作之后仍然具有高热容量的中空部件。在此建议，被并联流过的中空部件、特别是各个过渡部件(在所示的切换状态下也就是指中空部件SZl和SZ4)的体积流通过以限定方式设置在阀装置中的横截面匹配结构和/或节流元件而这样分配，即，在过渡中空部件中的温度转换刚好完全发生于阀装置的限定的时间步骤间隔内。以这种方式，在各中空部件中形成的温度曲线的温度斜度在时间步骤范围内正好完全贯穿，由此使回收的热量实现最大化。在图15的阀装置的示意图中，上述方式以在阀中不同的通道宽度来示意性示出。例如，在阀中，用“I”和“4”表示的中空部件(对应图14中的SZl和SZ4)的出口所连接的通道具有特别小的横截面。因为中空部件SZl由此分别与并联的中空部件SZ6、SZ7和SZ8串联，而且中空部件SZ4分别与并联的中空部件SZ2、SZ3和SZ4串联，所以图14的实施例至少对应于权利要求I和15的发明范围。在图14的实施例中，在相变侧，中空部件PZ4的相变区(参见右侧图示)没有被流过，从而使中空部件在对应的吸附区切换之后，于相变侧首先进行绝热过程转换。额外地或可替换地，用于相变区的阀的切换时间点可以相对阀装置的用于吸附区的切换时间点延迟地进行。通过例如使并联和串联流动方式的中空部件相互结合的回路变换方案，能够实现流体质量流的适当调整，从而确保图17的曲线图形成一个几乎呈矩形的过程曲线。前述的回路变换方案、特别是图13和图14的方案，共同的优势在于，由储热器的温度水平预先设定的温度上升和温度下降可以使加载范围显著扩大，例如双箭头所指示的 那样。相反，当然也就是说，通过采用类似的加载范围可以实现改善的温度上升与温度下降的比值。在矩形过程上的编号表示的是平均状态，该平均状态是由图14的模块编号来形成的。特别是冷凝回路和蒸发回路的顺畅的温度上升还可以被用于以较大的输入/输出范围和相对较小的质量流来驱动对应的流体回路，从而维持低的泵功率和鼓风机功率水平。
权利要求
1.一种利用吸附原理的热力泵，包括 多个分别具有吸附介质的中空部件； 其中，在所述中空部件中分别封闭有工作介质，并且所述工作介质能够在吸附介质和相变区域之间移动； 其中，在可利用阀装置(108)进行改变的流体回路(101)中，热传递的流体流过该中空部件，由此使所述中空部件在吸附介质的区域上与流体形成热接触； 其中，流过所述中空部件的流体的流动是循环交替的； 其特征在于， 在所述阀装置的至少一个、特别是每个位置上，该流体并联地流过至少两个中空部件，其中，该流动先后串联流过至少两个中空部件。
2.根据权利要求I所述的热力泵，其特征在于，在所述阀装置(108)的每个位置上，在至少两组的多个中空部件中分别具有并联流动，其中，至少一组直接设置在换热器(105、106)的上游或下游。
3.根据前述任意一项权利要求所述的热力泵，其特征在于，所述具有并联流动的中空部件的数量至少为具有串联流动的中空部件数量的约四分之一、特别至少为约三分之一。
4.根据前述任意一项权利要求所述的热力泵，其特征在于，在利用另一阀装置(108)进行改变的流体回路(102 )中，另一热传递的流体流过该中空部件，由此使所述中空部件在相变区域上与该另一流体形成热接触，其中，流过所述中空部件的另一流体的流动是循环交替的。
5.根据权利要求4所述的热力泵，其特征在于，在所述特别的另一个阀装置(108)的至少一个、特别是每个位置上，该另一流体在所述相变区域上并联地流过至少两个中空部件，其中，该流动先后串联流过至少两个中空部件。
6.根据权利要求5所述的热力泵，其特征在于，在所述特别的另一个阀装置(108)的每个位置上，所述另一流体在所述相变区域上分别并联地流过至少两组的多个中空部件，其中，至少一组的上游或下游直接设置有换热器(106'、107)。
7.根据前述任意一项权利要求所述的热力泵，其特征在于，在所述阀装置(108)的给定位置上，将一部分数量的中空部件连接成一个局部回路，其中，所述热传递的流体通过一个附加的循环泵(103)经由该局部回路形成循环。
8.根据权利要求7所述的热力泵，其特征在于，一共设有三个局部回路，其中，这些局部回路是独立的，并且每个局部回路分别通过三个循环泵(103)中的一个形成循环。
9.根据权利要求7所述的热力泵，其特征在于，一共设有两个循环泵(103)，其中，第一局部回路通过第一循环泵形成循环，而第二局部回路与第一局部回路相连通并通过第二循环泵形成循环。
10.根据前述任意一项权利要求所述的热力泵，其特征在于，热传递的流体特别在相变区域上不流过至少一个中空部件。
11.根据权利要求10所述的热力泵，其特征在于，不被流体流过的中空部件分别设置在在相变区域上吸收热量的中空部件组与在相变区域上输出热量的中空部件组之间。
12.根据前述任意一项权利要求所述的热力泵，其特征在于，所述阀装置包括至少一个、特别包括仅一个旋转阀(108)，该旋转阀具有圆柱形衬套(109)和可旋转地设置在该衬套中的阀体(110)。
13.根据权利要求12所述的热力泵，其特征在于，所述旋转阀(108)包括用于连接各个中空部件的端面输入线路和输出线路。
14.根据权利要求12或13所述的热力泵，其特征在于，所述阀体(110)形成至少一个环形腔室(111)，其中，至少两个轴向通道(116)通入到该环形腔室(111)中，所述通道(116)分别与并联的中空部件连接，并且其中，所述环形腔室设有至少一个径向开孔(113)，所述径向开孔(113)经由所述环形腔室(111)与至少两个轴向通道(116)形成连接。
15.一种利用吸附原理的热力泵，包括 多个分别具有吸附介质的中空部件； 其中，在所述中空部件中分别封闭有工作介质，并且所述工作介质能够在吸附介质和相变区域之间移动； 其中，在可利用阀装置(108)进行改变的流体回路(101)中，热传递的流体流过该中空部件，由此使所述中空部件在吸附介质的区域上与流体形成热接触； 其中，流过所述中空部件的流体的流动是循环交替的； 其特征在于， 在所述阀装置(108)的至少一个、特别是每个位置上，至少第一部分中空部件设置在第一循环泵(103)的下游，而第二部分中空部件设置在有第二循环泵(103)的下游。
16.根据权利要求15所述的热力泵，其特征在于，所述部分中的至少一个部分包括至少两个中空部件，这些中空部件在各循环泵(103)的下游相互并联。
17.根据权利要求15或16所述的热力泵，其特征在于，在所述阀装置的至少一个位置上，两部分中空部件分别属于流体的两个相互独立的局部回路。
18.根据权利要求15或16所述的热力泵，其特征在于，所述第一部分中空部件属于流体的第一局部回路，所述第二部分中空部件属于流体的第二局部回路，其中，这两个局部回路经由至少一个中空部件而相互连接。
19.根据权利要求15至18中任意一项所述的热力泵，其特征在于，所述阀装置(108)包括用于各个连接的中空部件的流动的横截面匹配结构和/或节流元件，该横截面匹配结构和/或节流元件使回收热量最大化。
20.根据权利要求15至19中任意一项所述的热力泵，其特征在于，所述热力泵具有权利要求I至14中一项或多项的特征。
全文摘要
本发明涉及一种利用吸附原理的热力泵，包括多个分别具有吸附介质的中空部件；其中，在中空部件中分别封闭有工作介质，并且所述工作介质能够在吸附介质和相变区域之间移动；其中，在可利用阀装置(108)进行改变的流体回路(101)中，热传递的流体流过该中空部件，由此使中空部件在吸附介质的区域上与流体形成热接触；其中，流过所述中空部件的流体的流动是循环改变的；其中，在所述阀装置的至少一个、特别是每个位置上，至少两个中空部件被该流体并联流过，其中，至少两个中空部件被先后串联流过。
文档编号F25B17/08GK102713471SQ201080051720
公开日2012年10月3日 申请日期2010年11月8日 优先权日2009年11月6日
发明者罗兰·伯克 申请人:贝洱两合公司