KONDENSATRÜCKFÜHRUNG IN EINER ADSORPTIONSKÄLTEMASCHINE

Kondensatrückführung in einer Adsorptionskältemaschine

Die Erfindung betrifft eine Kondensatrücklaufvorrichtung für eine Adsortpionskältemaschine, umfassend mindestens ein Rohr, welches den Kondensator mit dem Verdampfer verbindet, wobei das Rohr dampfoffen ist und vorzugsweise ein druckreduzierendes Element aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung der Kondensatrücklaufvorrichtung und ein Verfahren zur Rückführung des Kondensates.

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 sowie Kompressionskälteanlagen.

Die Adsorptionskältemaschine besteht mindestens 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 Sorptionsmaschinen 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.

Die in einer Adsorptionsmaschine stattfindende Adsorption beschreibt einen physikalischen Prozess, bei dem sich ein gasförmiges Kältemittel (beispielsweise Wasser) an einen

Feststoff anlagert. 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, Metallorganische Gerüste und/oder mikroporöses Material, umfassend mikroporöse Polymere. 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.

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, zB 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. Für die Verdampfung in Sorptionsmaschinen ist in der Regel ein Vakuumbehälter notwendig, da z. B. Wasser als Kältemittel eingesetzt werden kann und demgemäß niedrige Drücke erforderlich sind.

Ein Verfahren zum Betreiben einer Adsorptionskältemaschine ist z. B. aus der DE 34 08 193 A1 bekannt. Das Verfahren dient zum Erhöhen der Temperatur von Wärme, bei dem erster und zweiter Austreiber (Adsorber) periodisch zwischen der Adsorptions- und

Desorptionsphase geschaltet und in entgegengesetzten Phasen betrieben werden. Vor dem Austausch der Wirkungsweisen der beiden Absorber wird ein zweistufiger interner

Wärmeaustausch ausgeführt. Dieser interne Wärmeaustausch umfasst zunächst einen Druckausgleichsschritt und eine darauffolgende Wärmeübertragung durch eine

Wärmeübertragungsschleife. Nachdem ein Wärmeabgleich zwischen den beiden Absorbern erreicht worden ist, wird der Prozess fortgeführt. Das heißt, nach dem Umschalten zwischen der Adsorptions- und der Desorptionsphase wird zur Ausnutzung der nach der

Desorptionsphase verbleibenden Wärme ein Temperaturausgleich zwischen den Adsorbern ausgeführt. Eine Adsorptionskältemaschine weist weiterhin eine Rückführeinrichtung auf, die dazu dient, dass unter der Aufrechterhaltung einer je nach Betriebsbedingungen schwankenden

Druckdifferenz, ein Abführen eines Fluides, insbesondere eines Kältemittels, zwischen verschiedenen Komponenten der Adsorptionskälteanlage sichergestellt ist. Hierdurch ist ein kontinuierlicher Fluss des Fluides garantiert. Dies Rückführeinrichtung ist insbesondere für die Rückführung des verflüssigten Kältemittels aus dem Kondensator in den Verdampfer von Bedeutung, da nur so ein Kältemittelkreislauf in der Anlage bestehen bleibt. Weiterhin trägt die Rückführeinrichtung zu einem optimierten Prozesswirkungsgrad der Anlage bei und ist daher eine wichtige Komponente. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass die

Rückführeinrichtung platzsparend ausgeführt wird, damit kompakte

Adsorptionskältemaschinen realisierbar sind.

Im Stand der Technik sind unterschiedliche Möglichkeiten beschrieben, die eine

Kondensatrückführung erreichen:

- U-Rohr mit einer entsprechenden Länge um die bestehenden

Druckdifferenzen ausgleichen zu können - Wassersperre für Dampf aus dem Kondensator

Nachteilig hierbei ist, dass die Herstellung dieser Rückführeinrichtungen relativ aufwendig ist und die Höhe der Adsorptionskältemaschinen im Wesentlichen von der Länge der

Kondensatrückführung abhängig ist.

Eine derartige Rückführeinrichtung wird beispielsweise in der DE 38 08 653 C2 offenbart. Die in einem Kondensatorbehälter gesammelte und am Boden des Behälters gespeicherte Kühlmittelflüssigkeit wird aufgrund eines Druckunterschiedes dem Verdampfer über eine Rückführeinrichtung in Form einer Rohrleitung zugeführt.

Weiterhin beschreibt die DE 10 2008 012 598 eine Rückführeinrichtung für eine

Adsorptionskälteanlage, umfassend eine von einem Fluid durchströmbare Anordnung aus einem ersten Siphon (U-Rohr) aus einem abwärts gerichteten ersten Innenrohr, einem nach unten abgeschlossenen, das Innenrohr umschließenden ersten äußeren Rohr und einem an einem oberen Ende des äußeren Rohres angeordneten ersten Druckausgleichstopf mit einem ersten Ausgang. An den Ausgang des ersten Siphons ist ein zweiter Siphon nachgeschaltet, wobei dieser ein abwärts gerichtetes zweites Innenrohr, ein nach unten abgeschlossenes, das zweite Innenrohr umschließende zweites äußeres Rohr und einen am zweiten äußeren Rohr angeordneten zweiten Ausgang aufweist. Der Siphon ist hoch genug, um die schwankenden Druckdifferenzen zwischen Verdampfer und Kondensator, mittels einer hydrostatisch wirkenden Wassersäule, ausgleichen zu können. Da stets Wasser im U- Rohr verbleibt, fungiert es als Dampfsperre, so dass die Drucktrennung zwischen

Kondensator und Verdampfer gewährleistet bleibt.

Nachteilig bei den im Stand der Technik offenbarten Rückführeinrichtungen ist, dass diese nicht kompakt ausgeführt sind und nicht platzsparend an der Adsorptionskältemaschine angeordnet werden können, wodurch ebenfalls keine kompakten Adsorptionskältemaschinen - - herstellbar sind. Um die Funktion der Rückführeinrichtungen zu garantieren, müssen diese immer aus mehreren hintereinander geschalteter Einheiten (oder Siphons) bestehen, was die Rückführeinrichtung sehr komplex und aufwendig zu installieren gestaltet. Ferner hat sich herausgestellt, dass die Kaskadenanordnung der Siphons fehleranfällig und schwer zu warten sind. Außerdem umfassen die Rückführeinrichtungen mehrere Metallrohre, die das Gewicht und die Herstellungskosten der Adsorptionsmaschine erheblich erhöhen.

Weiterhin lässt sich bei sehr niedrigen Adsorptionskältemaschinen die Drucktrennung mittels eines einfachen Siphons in der Regel nicht realisieren, wenn der zur Verfügung stehende hydrostatische Druck bzw. die hydrostatische Höhe bei einer niedrigen Apparatur nicht ausreicht. Bei vollständigem Leerlauf der Kondensatrückführung kann der Dampf aus dem Kondensator übergehen und damit einen signifikanten Kälteleistungsverlust erzeugen.

Aufgabe der Erfindung war es demgemäß eine Vorrichtung bereitzustellen, die nicht die Nachteile und Mängel des Standes der Technik aufweist und die Herstellung einer kompakten Adsorptionskältemaschine ermöglicht, wobei Kondensat effizient von dem Kondensator in den Verdampfer geleitet wird.

Gelöst wird die Aufgabe durch die unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte

Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Es wird eine Kondensatrücklaufvorrichtung bereitgestellt, die nicht die Nachteile und Mängel des Standes der Technik aufweist. Die Vorrichtung weist mindestens ein Rohr auf, wobei mindestens ein Rohr mit einem Kondensator und einem Verdampfer der

Adsorptionskältemaschine dampfoffen verbunden ist, wobei es bevorzugt ist, dass ein druckreduzierendes Element in dem Rohr vorliegt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist einfach konstruiert, weist keine beweglichen Teile auf, ist langlebig und das Kondensat kann ohne Rückstau vom Kondensator in den Verdampfer fließen. Es kann bevorzugt sein, mehrere Rohre zwischen dem Verdampfer und dem Kondensator anzuordnen.

Insbesondere betrifft die Erfindung eine Kondensatrücklaufvorrichtung für eine

Adsorptionskältemaschine, umfassend mindestens ein Rohr, wobei mindestens ein Rohr mit einem Kondensator und einem Verdampfer der Adsorptionskältemaschine dampfoffen verbunden ist und ein Massenstrom von flüssigen Kältemittel und ein geringer Massenstrom an dampfförmigen Kältemittel, bevorzugt weniger als 0% bis 3%, bevorzugt 0,5 bis 2%, besonders bevorzugt 1 % bis 1 ,5% des Massenstroms an flüssigen Kältemittel durch die Kondensatrücklaufvorrichtung, insbesondere das Rohr strömt.

Das Rohr ist vorzugsweise formschlüssig oder stoffschlüssig mit dem Verdampfer und dem Kondensator verbunden. Formschlüssige Verbindungen entstehen vorzugsweise durch das Ineinandergreifen von mindestens zwei Verbindungspartnern. Die formschlüssigen

Verbindungen umfassen Schrauben, Nieten, Stifte oder Klemmen. Das Rohr kann beispielsweise mittels Schrauben oder Nieten und entsprechenden Dichtungen mit den Komponenten der Adsorptionskältemaschine verbunden sein. Weiterhin kann das Rohr durch stoffschlüssige Mittel an dem Kondensator und dem

Verdampfer angebracht sein. Stoffschlüssige Verbindungen werden durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten. Sie sind gleichzeitig nicht lösbare Verbindungen, die sich nur durch Zerstörung der Bauteile und/oder der Verbindungsmittel wieder lösen lassen. Stoffschlüssige Verbindungen umfassen Löten, Schweißen oder Kleben. Der Fachmann weiß, dass formschlüssige oder stoffschlüssige Verbindungen, wie beispielsweise Schweißverbindungen in Form von einem oder mehreren

Verbindungspunkten (z. B. Schweißpunkt) oder als linienförmige (z. B. Schweißnaht) oder flächige Verbindung ausgeführt werden können.

Mittels der erfindungsgemäßen Kondensatrücklaufvorrichtung kann vorteilhafterweise ein Fluid, umfassend ein dampfförmiges und/oder flüssiges Fluid aus dem Kondensator durch das Rohr in den Verdampfer strömen. Das heißt, es ist bevorzugt, dass in dem Rohr ein strömendes Fluid, umfassend dampfförmiges und flüssiges Fluid vorliegt. Ein Fluid bezeichnet im Sinne der Erfindung insbesondere ein Gas oder eine Flüssigkeit. Das

Kältemittel, das im Sinne der Erfindung als Fluid bezeichnet werden kann, liegt in dem Kondensator als Dampf und Flüssigkeit vor.

Das im Kondensator vorhandene gasförmige Kältemittel darf nicht in signifikantem Maße in den Verdampfer gelangen. Die erfindungsgemäße Kondensatrücklaufvorrichtung ist dampfoffen konstruiert, so dass ein definierter Massenstrom an Dampf von dem

Kondensator durch die Vorrichtung in den Verdampfer strömt. Das Kältemittel, das in gasförmigem Zustand durch die Vorrichtung zum Verdampfer strömt, wird zwar von dem Adsorptionsmaterial der Adsorber- /Desorbereinheit adsorbiert trägt aber nicht zu der Kälteleistung des Verdampfers bei, da die Verdampfung des Kältemittels nicht in der Verdampferkammer stattfindet. Dadurch wird der eigentliche Kältegewinnungsprozess beeinträchtigt und es kommt zu einem Leistungsverlust. Die Verlustleistung entsteht dadurch, dass Dampf direkt vom Kondensator in den Verdampfer gelangt. Bedingt durch die erfindungsgemäße Kondensatrückführung beläuft sich der Leistungsverlust auf weniger als 2 %.

Erfindungsgemäß wird ein Rohr verwendet, das durch einen spezifischen Durchmesser und eine entsprechende Länge überraschende Vorteile gegenüber dem Stand der Technik aufweist. Der Durchmesser und die Länge des Rohres sind so gewählt, dass das Kondensat einerseits ohne Schwierigkeiten ohne Rückstau zum Verdampfer fließen kann, der Dampf aus dem Kondensator andererseits in einer unerheblichen bzw. vernachlässigbaren Menge in den Verdampfer strömt. Dieser Effekt wird insbesondere durch Druckverluste der Dampfströmung im Rohr erzeugt und beruht auf dem großen Dichteunterschied zwischen dem flüssigen Kondensat und dem gasförmigen Dampf. Dieser Dichteunterschied hat zur Folge, dass der Massenstrom des Dampfes durch ein Rohr mit bestimmtem Durchmesser beispielsweise bei Wasser als Kältemittel bis 200-mal kleiner ist, als der Strom des flüssigen Kältemittels. Dem Fachmann ist bekannt, dass der Massenstrom und nicht der Volumenstrom des Dampfes die entscheidende Größe für den Verlust an Kälteleistung ist. Im laufenden

Adsorptionskälteprozess schwankt der Massenstrom von Kondensat zwischen null und einem höchsten Wert. Durch die Kondensatrücklaufvorrichtung wird ebenfalls gewährleistet, dass auch bei vollständiger Entleerung der strömende Dampf einen sehr geringen

Massenstrom hat, welcher einem vernachlässigbaren Verlust an Kälteleistung entspricht. Es ist bevorzugt, dass der Massenstrom vom flüssigen Kondensat 0,4g/s pro kW Kälteleistung beträgt, wobei der Dampfmassenstrom, insbesondere der Massenstrom des dampfförmigen Kältemittels beim Leerlauf maximal 1 % des Massenstroms des flüssigen Kondensats beträgt. Bevorzugt ist ein Dampfmassenstrom von 0,004g/s pro kW Kälteleistung. Es war völlig überraschend, dass trotz einer dampfoffenen Kondensatrücklaufvorrichtung eine

Adsorptionskältemaschine effizient betrieben werden kann. Es ist für einen Fachmann nicht unzumutbar, die Erfindung nachzubauen und ein Rohr bereitzustellen, welches die geforderten Massenströme an flüssigen und dampfförmigen Kondensat durchlässt. Der Fachmann kann hierfür einfache Vergleichsversuche durchführen.

In einer bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung eine

Kondensatrücklaufvorrichtung für eine Adsorptionskältemaschine, umfassend mindestens ein Rohr, wobei das Rohr mit einem Kondensator und einem Verdampfer der

Adsorptionskältemaschine dampfoffen verbunden ist und ein Massenstrom an

dampfförmigen Kältemittel von maximal 0% bis 3%, bevorzugt 0,5% bis 2% und besonders bevorzugt 1 % bis 1 ,5% des Massenstroms des flüssigen Kondensats, insbesondere

Kältemittel durch das Rohr strömt. Es war völlig überraschend, dass eine

Kondensatrücklaufvorrichtung bereitgestellt werden kann, bei der zusätzlich zu dem flüssigen Kondensat, insbesondere dem flüssigen Kältemittel ein Massenstrom des dampfförmigen Kältemittels von maximal 1 % des Massenstroms des flüssigen Kältemittels strömt, wobei der Leistungsabfall der Adsorptionskältemaschine bei weniger als 4%, bevorzugt weniger als 2% liegt. Dies stellt eine Abkehr von den im Stand der Technik - - beschriebenen Rückführeinrichtungen dar, da diese ausschließlich dampfgeschlossen ausgestaltet sind und demnach keinen Massenstrom an Dampf durchlassen.

Zur Berechnung der Abmaße am Beispiel eines Rohres können bevorzugt folgende Formeln verwendet werden: Dampfströmung (Kälteleistungsverlust):

Der Kälteleistungsverlust aufgrund der vom Kondensator zum Verdampfer strömenden Dampfströmung lässt sich durch die folgende Formel berechnen: Q = m - AH _V

Q : Leistung

m : Massenstrom

AH _v Verdampfungsenthalpie des Kältemittels Es gilt auch:

mp - V

p : Dichte (hier Dampf)

V : Volumenstrom

V = u ^■ A

u : Strömungsgeschwindigkeit

A : Querfläche der Leitung

Insgesamt:

Q = p - u - A - AH _v Die Geschwindigkeit der Strömung lässt sich von der folgenden Formel berechnen:

Ap : Druckverlust (hier Differenzdruck zwischen Verdampfer und Kondensator) ζ : Widerstandsbeiwert

Insgesamt

Der Leistungsverlust ist eine Funktion des Widerstandsbeiwerts:

Q Leistungsverlust

ζ : Widerstandsbeiwert

Im Fall eines Rohres gilt für den Widerstandsbeiwert die folgende Formel - - λ : Rohrreibungszahl

/ : Rohrlänge

d : Rohrdurchmesser Kondensat:

Für den Massenstrom des Kondensats gilt eine ähnliche Formel:

Kondensatrücklaufvorrichtung soll gewährleisten, dass:

- der maximal zulässige Leistungsverlust nicht überschritten wird

- das Kondensat problemlos vom Kondensator zum Verdampfer fließt ohne dass es sich zB im Kondensator anstaut Weitere Vorteile der Erfindung umfassen:

- kleiner und leichter als der bisher Stand der Technik

- unabhängig von der Größe bzw. Höhe der Adsorptionsmaschine

- einfach, ohne bewegliche Teile, langlebig

- im Gegensatz zum Stand der Technik, weist die Kondensatrücklaufvorrichtung bei dem Betrieb der Adsorptionskältemaschine keine Vibrationen auf

- einfacher in der Herstellung

- Gestaltung des Rücklaufes ist sehr flexibel, da insbesondere nur die Länge und der Durchmesser des Rohres entscheidend sind

- wenig Verlust auch bei Leerlauf aufgrund der hohen Druckverluste in dem Rohr - das Kondensat wird zuverlässig und ohne Rückstau im Kondensator zum

Verdampfer geführt

- hat eine hohe Lebensdauer, die vorteilhafterweise der Lebensdauer der gesamten Maschine entspricht

- ist nicht störanfällig - -

- einfacher Aufbau, ohne komplizierte Regelungstechnik, ohne Aktoren oder

Sensoren arbeitet und ohne Bauteile, die sich leicht zusetzen können

- ist selbstregelnd

- ist unabhängig von der Größe und Gestaltung der Adsorptionskältemaschine

Ein Rohr beschreibt im Sinne der Erfindung insbesondere einen länglichen Hohlkörper, dessen Länge in der Regel wesentlich größer als sein Querschnitt ist. Es kann auch einen rechteckigen, ovalen oder anderen Querschnitt aufweisen. Das Rohr weist bevorzugt eine Länge von 0 bis 2 m auf, wobei insbesondere eine Länge von 0,1 m bis 1 m vorteilhaft ist. Das Rohr kann einfach mit den Komponenten der Adsorptionskältemaschine verbunden werden und ist leicht anpassbar, so dass es universell einsetzbar ist. Beispielsweise kann ein Installateur das Rohr vor Ort kürzen und an eine erforderliche Länge anpassen. Es hat sich weiterhin herausgestellt, dass das Rohr sehr wartungsarm bis wartungsfrei ist, da es sich um eine einfache Konstruktion handelt. Im Sinne der Erfindung kann es auch vorteilhaft sein, das Rohr derart kurz zu gestalten, dass es lediglich als Öffnung zwischen dem

Kondensator und dem Verdampfer vorliegt. Dies kann insbesondere bei sehr kompakten Anlagen notwendig sein. Nichts dergleichen ist im Stand der Technik beschrieben.

Demgemäß umfasst ein Rohr im Sinne der Erfindung insbesondere auch eine Öffnung oder einen Durchgang, durch welche ein Massenstrom an flüssigen und dampfförmigen

Kältemittel strömen kann. Es kann folglich bevorzugt sein, mindestens eine Öffnung oder Durchgang zwischen Kondensator und Verdampfer anzuordnen.

Das Rohr besteht bevorzugt aus Metall, Kunststoff und/oder keramischen Werkstoffen. Vorzugsvarianten umfassen Stahl, rostfreier Stahl, Gusseisen, Kupfer, Messing, Nickel- Legierungen, Titan-Legierungen, Aluminium-Legierungen, Kunststoff, Kombinationen aus Kunststoff und Metall (Verbundrohr), Kombinationen aus Glas und Metall (Email) oder

Keramik. Es kann auch bevorzugt sein, mehrere Rohre kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander zu verbinden. Kraftschlüssige Verbindungen umfassen Spannringe, Formteile, verbogene Rohrstücke, Schrauben oder Nieten. Stoffschlüssige Verbindungen umfassen Kleben, Schweißen, Löten oder Vulkanisieren. Aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit wird vorteilhafterweise Kupfer oder Aluminium als Material für die Rohre eingesetzt, wobei auch die Verwendung von Edelstahl vorteilhaft sein kann, da dieser hohe statische und dynamische Festigkeitswerte und eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweist. Rohre aus Kunststoff, beispielsweise Polyvinylchlorid, sind besonders leicht und flexibel und können somit das Gewicht der Adsorptionskältemaschine reduzieren. Keramische Werkstoffe, - - umfassend baukeramische Werkstoffe, weisen eine hohe Stabilität und lange Haltbarkeit auf. Besonders vorteilhaft sind Kombinationen der aufgeführten Materialien, da somit

unterschiedliche Stoffeigenschaften kombiniert werden können. Die bevorzugten Materialien genügen den hohen fertigungstechnischen Ansprüchen eines Rohres, bzw. einer

Adsorptionskältemaschine, da sie stabil gegenüber hohen Temperaturen oder variierenden Drücken sind.

Es ist bevorzugt, dass das Rohr Durchmesser von 0,01 bis 15 mm, bevorzugt 2 bis 10 mm und besonders bevorzugt 3 bis 6 mm aufweist. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Rohr gewinkelt oder nicht gerade ausgestaltet. Vorteilhafterweise kann es auch Krümmungen oder Winkel aufweisen. Es ist bevorzugt, dass ein Rohr für eine 10kW Adsorptionskältemaschine einen Durchmesser von 4mm und eine Länge von 2m aufweist, wobei der Kälteleistungsverlust insbesondere 1 ,5% beträgt. Das Durchmesser/Länge- Verhältnis beträgt bevorzugt 1 zu 500, wobei das Verhältnis von der Leistung der Adsorptionskältemaschine ist und nur beispielhaft aufgeführt ist. In dem Rohr liegt vorzugsweise ein druckreduzierendes Element vor. Es kann jedoch auch bevorzugt sein, dass das Rohr augrund seines Verhältnisses von Durchmesser zu Länge als druckreduzierendes Element fungiert. Das heißt, der Durchmesser wird soweit reduziert oder die Länge soweit erhöht, dass das flüssige Kondensat (insbesondere das Kältemittel) und ein geringes Volumen dampfförmiges Kältemittel, bevorzugt weniger oder gleich 1% des Massenstroms des flüssigen Kondensats aus dem Verdampfer durch das Rohr in den Verdampfer strömt. Der Leistungsverlust der Adsorptionskältemaschine beträgt

vorzugsweise weniger als 2 %. Dem Fachmann ist bekannt, dass der Durchmesser eines Rohres derart reduziert werden kann, dass lediglich eine Flüssigkeit und kein bis wenig Dampf durchströmt. Im Sinne der Erfindung kann dieser Zustand als dampfoffen bezeichnet werden.

Das druckreduzierende Element, welches vorzugsweise in dem Rohr angeordnet ist, 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 lässt sich durch Änderung der Nennweite 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. Eine Drossel ist im Sinne der Erfindung - - bevorzugt ein konisches Stück Rohr innerhalb eines Rohres, 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 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

Druckreduzierung eingestellt werden kann, da der durchströmende Querschnitt der Rohre verringert oder vergrößert werden kann. 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 im Wesentlichen flüssiges Kondensat und ein geringes Volumen Dampf aus dem

Kondensator in den Verdampfer strömt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist mindestens eine Mess- und/oder

Regelungsvorrichtung an der Kondensatrücklaufvorrichtung, insbesondere dem Kondensator und/oder dem Verdampfer verbaut. Die Mess- und/oder Regelungsvorrichtung misst insbesondere physikalische Eigenschaften des Kältemittels, umfassend Temperatur und/oder Druck. Die Mess- und/oder Regelungsvorrichtung kann somit den Dampfdruck in dem Kondensator bestimmen, wobei die gemessenen Größen digitalisiert und als Daten ausgegeben werden. Vorteilhafterweise ist es auch möglich, die gemessenen Daten zu speichern und für Vergleichsversuche heranzuziehen, wodurch eine Optimierung der Adsorptionskältemaschine 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. Hierdurch kann die Kondensatrücklaufvorrichtung einfach und schnell an unterschiedliche Betriebsweisen oder Betriebspunkte der Adsorptionskältemaschine angepasst werden. Hierfür entsprechen die Soll-Werte bevorzugt Werten, die eine bestimmte Betriebsweise definieren.

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.

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 kältemittelseitige Verschaltung der Komponenten oder den geänderten Grundaufbau des Maschine (z. B. Anzahl der Adsorber, Betrieb des

Verdampfers, des Kondensators, usw.).

Die Kondensatrücklaufvorrichtung kann einfach mittels dem Fachmann bekannten

Befestigungsmittel mit dem Kondensator und dem Verdampfer verbunden werden, so dass eine dampfoffene Verbindung zwischen Kondensator und Kondensator besteht. Es war völlig überraschend, dass hierfür ein Rohr verwendet werden kann, dass entweder aufgrund der Kombination von Durchmessers und Länge oder mittels einem Bauteil, wie beispielsweise einer Blende eine Druckreduzierung verursacht. Hierdurch wird überraschenderweise erreicht, dass das flüssige Kondensat aus dem Kondensator in den Verdampfer strömen kann, wobei ebenfalls dampfförmiges Kältemittel in den Verdampfer strömt. Jedoch ist der Massenstrom des Dampfes so gering, dass lediglich eine Leistungsverminderung von weniger als 2% eintritt. Vorteilhafterweise beträgt der Massenstrom des Dampfes

insbesondere maximal 1 % des Massenstroms des flüssigen Kältemittels. Dies stellt eine Abkehr vom technisch Üblichen dar und eröffnet ein neues technisches Gebiet, da durch die Verwendung des Rohres 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 Einsetzbarkeit der Maschinen. Außerdem ist die Kondensatrücklaufvorrichtung eine einfache Konstruktion, die in unterschiedlichen Längen oder Abmaßungen ausgeführt werden kann. Im Stand der Technik wird die Verwendung von dampfoffenen - -

Rücklaufvorrichtungen vermieden, wodurch sich die Erfindung von dem technisch Üblichen abkehrt.

Vorteilhafterweise kann die Kondensatrücklaufvorrichtung sowie für 1 -Kammer-Systeme, beispielsweise mit 2 Adsorbern, aber auch für 2- oder Mehrkammer-Systeme mit jeweils nur einem Adsorber einer Adsorptionskältemaschine 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.

Einem Fachmann ist bekannt, dass der Druckverlust die durch Wandreibung und innere Fluidreibung in Rohrleitungen entstehende Druckdifferenz bezeichnet. In dem Kondensator und dem Verdampfer liegen vorzugsweise unterschiedliche Drücke vor. Hierdurch wird erreicht, dass im Wesentlichen kein flüssiges oder dampfförmiges Kältemittel aus dem Verdampfer in den Kondensator strömt. Die Formulierung„im Wesentlichen" stellt für den Fachmann im Hinblick auf den Druck keine unklare Formulierung dar, da er durch die Gesamtoffenbarung der erfindungsgemäßen Lehre erkennt, dass der Druck bevorzugt in beiden Komponenten der Adsorptionskältemaschine unterschiedlich ist und diese

Formulierung selbstverständlich kleine sowie große Druckunterschiede gleichermaßen erfasst. Die unterschiedlichen Drücke sind beispielsweise durch im Stand der Technik beschriebene Messverfahren bestimmbar.

Der durchschnittliche Fachmann ist bisher davon ausgegangen, dass kein Dampf durch die Rücklaufvorrichtungen aus dem Kondensator in den Verdampfer strömen darf, da es hierdurch zu einem Leistungsabfall der Adsorptionskältemaschine kommt. Das heißt, bisher sind dampfoffene Rücklaufvorrichtungen für den genannten Einsatz nicht verwendet worden, da durch die Fachwelt ein Leistungsabfall dieser unterstellt wurde. Es hat sich aber herausgestellt, dass auch eine Verwendung mindestens eines dampfoffenen Rohres als Kondensatrücklaufvorrichtung insbesondere beim Einsatz in einer Adsorptionskältemaschine nicht zu erheblichen Leistungseinbrüchen oder anderen Nachteilen führt. Dies war völlig überraschend und stellt eine Abkehr vom Stand der Technik dar. Hierbei ist es bevorzugt, dass der Massenstrom des Dampfes, insbesondere des dampfförmigen Kältemittels insbesondere maximal 1 % des Massenstroms des flüssigen Kältemittels beträgt. Der Fachmann kann mithilfe dieser Angaben die Erfindung nachbauen, ohne hierfür erfinderisch tätig werden zu müssen, da er die Abmessungen der Kondensatrücklaufvorrichtung, insbesondere des Rohres durch einfache Vergleichsversuche ohne hohen technischen Aufwand betreiben zu müssen, ermitteln kann.

Die Erfindung betrifft auch eine Adsorptionskältemaschine umfassend eine

Kondensatrücklaufvorrichtung, umfassend mindestens eine Adsorber- / Desorber-Einheit, - - eine Kondensator- und Verdampfer-Einheit, wobei die Kondensatrücklaufvorrichtung als dampfoffenes Rohr zwischen Verdampfer- und Kondensator-Einheit besteht und in dem Rohr ein druckreduzierendes Element vorliegt. Es kann auch bevorzugt sein, mindestens ein, bevorzugt mehrere Rohre zwischen Verdampfer und Kondensator anzuordnen.

Weiterhin betrifft die Erfindung insbesondere eine Adsorptionskältemaschine umfassend mindestens eine Adsorber-Desorber-Einheit mit Wärmetauscher und Sorptionsmaterial, mindestens einen Kondensator, mindestens einen Kondensator-Wärmetauscher, mindestens eine Verdampfer-Kondensator-Einheit und/oder einen Verdampfer-Wärmetauscher, wobei die Kondensatrücklaufvorrichtung als mindestens ein dampfoffenes Rohr zwischen

Verdampfer und Kondensator besteht und in mindestens einem Rohr ein druckreduzierendes Element vorliegt, wobei die Adsorptionskältemaschine Anschluss- und Verbindungselemente sowie Rohrdurchführung zum hydraulischen Verschalten und Betrieb aufweist. Der durchschnittliche Fachmann weiß, welche der oben genannten Baueinheiten er je nach Art der Adsorptionskältemaschine einzusetzen hat. Die oben genannte Aufzählung stellt eine Gruppe von Baueinheiten dar, aus der - je nach Art der Adsorptionskältemaschine - einzelne Einheiten zusammengefügt werden können; dem Fachmann ist die Auswahl und das Zusammenfügen der einzelnen Bauteile bekannt.

Die Erfindung betrifft auch die Verwendung einer Kondensatrücklaufvorrichtung zur

Rückführung eines Fluids aus einem Kondensator in einen Verdampfer einer

Adsorptionskältemaschine. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein Rohr zwischen dem Verdampfer und dem Kondensator angeordnet ist, wobei mindestens ein Rohr dampfoffen ist und in mindestens einem Rohr bevorzugt ein druckreduzierendes Element vorliegt. Es ist auch bevorzugt, dass mindestens ein Rohr lediglich als Durchgang oder Öffnung ausgestaltet ist und demgemäß zwischen Verdampfer und Kondensator mindestens ein Durchgang oder mindestens eine Öffnung vorliegt.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum kondensatrückführen einer

Adsorptionskältemaschine, umfassend mindestens ein Rohr, welches zwischen einem Kondensator und einem Verdampfer der Adsorptionskältemaschine angeordnet ist, wobei ein, im Kondensator vorliegendes flüssiges Kältemittel und ein dampfförmiges Kältemittel über mindestens ein Rohr in den Verdampfer strömen und sich ein Leistungsabfall der Adsorptionskältemaschine von weniger als 5%, bevorzugt weniger als 2% einstellt.

Mindestens ein Rohr weist vorzugsweise ein druckreduzierendes Element auf. - -

Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Figuren beispielhaft erläutert werden, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. Es zeigen:

Fig. 1 Adsorptionskältemaschine gemäß des Standes der Technik

Fig. 2 u. 3 Bevorzugte Ausführungsformen der Kodensatrücklaufvorrichtung Fig. 4 Bevorzugt kompakte Adsorptionskältemaschine mit alternativer

Bauform

Fig. 5 Bevorzugter Auslegungsbereich der Kondensatrücklaufvorrichtung

Fig. 1 zeigt eine Adsorptionskältemaschine gemäß des Standes der Technik. Eine

Adsorptionskältemaschine 1 unterteilt sich, wie jede übliche Kältemaschine, in zwei

Bereichen mit unterschiedlichem Druck: zu dem Hochdruckbereich gehört der Kondensator 2 und der Desorber 3; zu dem Niederdruckbereich der Verdampfer 4 und der Adsorber 3. Im Kreisprozess der Adsorptionsmaschine muss das Kondensat vom Kondensator 2 (höher Druck) zurück zum Verdampfer 4 (niedriger Druck) geführt werden. Die einzelnen Bauteile sind über Dampföffnungen miteinander verbunden, die eine Strömung des Dampfes erlauben.

Fig. 2 und 3 zeigen bevorzugte Ausführungsformen der Kondensatrücklaufvorrichtung. Der Kondensator 2 einer Adsorptionskältemaschine weist einen gewissen Füllstand an flüssigen Kältemittel 6, das mittels der Kondensatrücklaufvorrichtung 7 aus dem Kondensator 2 in den Verdampfer 4 strömt. Die Verbindung zwischen Kondensator 2 und Verdampfer 4 wird durch mindestens ein Rohr 8 hergestellt, in dem vorteilhafterweise ein druckreduzierendes Element 9 vorliegt. Durch einen spezifischen Durchmesser und eine entsprechende Länge des Rohres 8 weist die Kondensatrücklaufvorrichtung 7 überraschende Vorteile gegenüber dem Stand der Technik auf. Der Durchmesser und die Länge des Rohres 8 sind bevorzugt so gewählt, dass das flüssige Kältemittel 6 einerseits ohne Schwierigkeiten und ohne Rückstau zum Verdampfer 4 fließen kann, wobei der Dampf aus dem Kondensator 2 andererseits in einer unerheblichen bzw. vernachlässigbaren Menge in den Verdampfer 4 strömt, bevorzugt weniger als 1 % des Massenstroms des flüssigen Kältemittels. Dieser Effekt wird bevorzugt durch Druckverluste der Dampfströmung im Rohr 8 erzeugt und beruht auf dem großen Dichteunterschied zwischen dem flüssigen Kondensat und dem gasförmigen Dampf. Das Rohr 8 selbst kann ein druckreduzierendes Element aufweisen, indem beispielsweise eine Blende in dem Rohr 8 angeordnet ist. Es kann jedoch auch bevorzugt sein, dass der Durchmesser und die Länge des Rohres 8 so gewählt ist, dass flüssiges Kältemittel hindurchfließt, aber dampfförmiges Kältemittel nur mit einem geringen Massenstrom. Im - -

Sinne der Erfindung kann das Rohr 8 ebenfalls als druckreduzierendes Element 9 bezeichnet werden.

Fig.4 zeigt eine alternative Bauform einer Adsorptionskältemaschine. Hierbei ist der

Kondensator 2 unmittelbar über dem Verdampfer 4 angeordnet ist. Zwischen dem

Kondensator 2 und dem Verdampfer 4 ist die Kondensatrücklaufvorrichtung 7 angeordnet, wobei das Rohr 8 der Kondensatrücklaufvorrichtung 7 als Öffnung oder Durchgang 8 ausgestaltet ist. Es kann jedoch auch bevorzugt sein, mindestens, bevorzugt mehrere Öffnungen/Durchgänge 8 zwischen dem Verdampfer 4 und dem Kondensator 2 anzuordnen. Die Kondensatrückführung erfolgt dann durch ein oder mehrere Öffnungen/Durchgänge 8, die im Sinne der Erfindung insbesondere als Löcher in der Trennwand zwischen den beiden Kammern bezeichnet werden können.

Fig. 5 zeigt den bevorzugten Auslegungsbereich der Kondensatrücklaufvorrichtung. Um die Kondensatrücklaufvorrichtung optimal auszulegen, ist ein Druckverlust bevorzugt, insbesondere ein Durchmesser/Länge-Verhältnis bevorzugt, bei dem zwar das flüssige Kondensat, insbesondere das flüssige Kältemittel durch die Kondensatrücklaufvorrichtung strömt, aber ebenfalls auch Dampf. Hierdurch entsteht ein hoher Leistungsverlust. Auf der anderen Seite kann die Kondensatrücklaufvorrichtung derart ausgelegt werden, dass der Leistungsverlust minimal ist und kein Dampf durchströmt, aber sich das flüssige Kondensat aufstaut. Es war völlig überraschend, dass eine Kondensatrücklaufvorrichtung bereitgestellt werden kann, durch die ein Massenstrom an flüssigen Kältemittel, insbesondere Kondensat aber auch insbesondere maximal 1 % des Massenstroms an flüssigen Kondensats als dampfförmiges Kältemittel strömt. Dies stellt eine Abkehr des technisch Üblichen dar.

Bezugszeichenliste

1 Adsorptionskältemaschine

2 Kondensator-Einheit

3 Adsorber- / Desorber-Einheit

4 Verdampfer-Einheit

5 Dampföffnungen

6 Flüssiges Kältemittel

7 Kondensatrücklaufvorrichtung

8 Rohr/Öffnung/Durchgang

9 Druckreduzierendes Element