DE19539104A1 - Wärmeübertrager mit durch Sorptionsmaterial gefüllten Zwischenräumen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sorptionswärmeübertrageranordnung mit wenigstens einem von einem Paket übereinanderliegender, Zwischenräume bildender Lamellen und diese im wesentlichen senkrecht durchdringenden Rohren gebildeten Sorptionswärmeübertrager gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Das in den Zwischenräumen zwischen den Lamellen angeordnete Sorptionsmaterial, wie beispielsweise Zeolith, gibt bei der Adsorption Wärme ab. Bei herkömmlichen Adsorptionswärmeübertragern wird durch die die Lamellen durchdringenden Rohre ein flüssiger Wärmeträger geschickt, um die vom Sorptionsmaterial abgegebene Wärme aufzunehmen und einem Verwendungszweck zuzuführen. Um beispielsweise Luft zu erwärmen, war dabei bisher ein zusätzlicher Wärmeübertrager erforderlich, der dem flüssigen Wärmeträger die Energie entnimmt und an die vorbeistreichende Luft überträgt. Da zum Austreiben des Arbeitsmittels in der Desorptionsphase zusätzlich Wärmeenergie zugeführt werden muß, waren bei bisher bekannten Sorptionswärmeübertragern zusätzliche Heizeinrichtungen erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sorptionswärmeübertrager zu schaffen, der in seinem Aufbau wesentlich vereinfacht ist und dadurch eine Sorptionsanlage kleiner und leichter werden läßt.

Diese Aufgabe wird mit dem in Patentanspruch I angegebenen Mitteln gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Dadurch, daß die Rohre an beiden Enden offen sind und von einem gasförmigen Wärmeträger durchströmt werden, findet eine unmittelbarere Wärmeübertragung zwischen den Wandungen der mit dem Sorptionsmaterial in wärmeleitender Verbindung stehenden Rohren und dem Wärmeträger statt. Aufwendige Verbindungen der geraden oder U- förmigen Rohre, wie bei flüssigen Wärmeträgern üblich, können ebenso entfallen wie ein zusätzlicher Wärmeübertrager zur Entnahme der Wärme aus dem flüssigen Wärmeträger. Ferner wird das Beheizen während der Desorptionsphase in besonders einfacher Weise dadurch möglich, daß die Rohre unmittelbar von einem Heißgas durchströmt werden. Beim erfindungsgemäßen Sorptionswärmeübertrager sind zum Wärmetransport während der Adsorption und der Desorption nur die Rohre erforderlich, die sowieso zur Bildung eines Lamellenpaketes notwendig sind.

Als gasförmiger Wärmeträger wird vorzugsweise Luft verwendet. Vorteilhaft ist es, wenn der gasförmige Wärmeträger mittels eines Gebläses durch die Rohre befördert wird. Durch die erhöhte Durchströmungsgeschwindigkeit wird der übertragbare Wärmestrom erhöht
Für ein direktes Beheizen der Rohre in der Desorptionsphase ist es vorteilhaft, wenn zumindestens ein Teil der Rohre mit elektrischen Heizeinrichtungen versehen ist. Diese können entweder als unmittelbar in die Wände der Rohre eingebettete Heizstäbe bzw. Heizspiralen ausgelegt sein oder aber als herausnehmbare elektrische Heizstäbe, die lediglich während der Desorptionsphase in die Rohre eingeführt und anschließend wieder entfernt werden. Weiter ist es möglich, bei isolierter Durchführung der Rohre durch den Vakuumbehälter die Rohre direkt als Heizleiter zu verwenden.

Ein besonders umweltfreundlich zu betreibender Sorptionswärmeübertrager wird dadurch erreicht, daß als Sorptionsmittel Zeolithgranulat verwendet wird, das die Zwischenräume nahezu vollständig ausfüllt und welches untereinander sowie zu den Wandungen der Lamellen und der Rohre durch einen Binder ( z. B. Keramikkleber) verbunden ist. Ein solcher Sorptionswärmeübertrager weist eine hohe Wärmespeicherkapazität mit gleichzeitig guter Wärmeleitung auf und ist mit einfachem Wasser als Arbeitsmittel betreibbar.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Sorptionswärmeübertrageranordnung,

Fig. 2 einen Sorptionswärmeübertrager in vergrößerter Darstellung mit verschiedenen Varianten von Heizeinrichtungen,

Fig. 3 einen vergrößerten Teilschnitt gemäß der Linie III-III in Fig. 2 zur Verdeutlichung der Befüllung der Zwischenräume und

Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Sorptionswärmeübertrager gemäß der Linie IV-IV in Fig. 1 mit einem darunter schematisch angedeuteten Gebläse.

Eine Sorptionswärmeübertrageranordnung 1 weist gemäß Fig. 1 insgesamt acht ziehharmonikaartig zueinander angeordneter Sorptionswärmeübertrager 3 auf, die von einem Gehäuse 2 umgeben sind. Jeder Sorptionswärmeübertrager 3 besteht aus einem Paket horizontal übereinander angeordneter Lamellen 4, welche Zwischenräume 6 bilden. Das Paket von Lamellen 4 ist von im wesentlichen senkrecht dazu angeordneten Rohren 5 durchdrungen. Die Zwischenräume 6 zwischen den Lamellen 4 sind mit Zeolithgranulat als Sorptionsmaterial 7 nahezu vollständig gefüllt, wobei die einzelnen Zeolithpartikel mittels eines Binders (z. B. Keramikkleber) untereinander und mit den Wandungen der Lamellen 4 sowie der Rohre 5 verbunden sind. Dadurch wird eine sehr hohe Packungsdichte mit einer gleichzeitig sehr guten Wärmeleitung verbunden.

Die relativ schmal ausgelegten Sorptionswärmeübertrager bilden aufgrund ihrer ziehharmonikaartigen Anordnung zueinander Dampfgassen 8, durch welche das Arbeitsmittel während einer Adsorptionsphase in das Sorptionsmittel einströmen und durch welche es während einer Desorptionsphase aus dem Sorptionsmittel 7 hinausströmen kann.

Die während der Adsorptionsphase bei der Anlagerung des dampfförmigen Arbeitsmittels vom Sorptionsmaterial abgegebene Wärmeenergie wird über die Lamellen 4 an die Rohre 5 übertragen und von einem durch die Rohre 5 strömenden gasförmigen Wärmeträger aufgenommen. Die Durchströmung der Rohre 5 wird mittels eines in Fig. 4 angedeuteten Gebläses 12 erzwungen, so daß der gasförmige Wärmeträger entsprechend den Pfeilen C die Rohre 5 mit einer berechneten Geschwindigkeit durchströmt, so daß an den Wandungen der Rohre eine turbulente Strömung mit entsprechend gutem Wärmeübergang erfolgt. Aufgrund der Durchströmung des gasförmigen Wärmeträgers in einer Richtung ist jeder Sorptionsblock 3 sehr einfach aufgebaut. Der gasförmige Wärmeträger, vorzugsweise Luft, kann unmittelbar für Heizungszwecke verwendet werden.

Die für eine Desorption des Wärmeübertragers erforderliche Wärmeenergie kann ebenfalls unmittelbar durch die Rohre 5 in Form eines vom Gebläse 12 hindurch geförderten Heißgasstromes erzeugt werden. Unterstützend oder alternativ dazu ist auch eine elektrische Beheizung der Rohre 5 möglich. Hierzu ist zumindestens ein Teil der Rohre 5 mit elektrischen Heizeinrichtungen versehen. In Fig. 2 sind drei verschiedene Alternativen für derartige elektrische Heizeinrichtungen dargestellt. Demgemäß kann eine Heizeinrichtung als eine unmittelbar innen in die Wand eines Rohres 5 integrierte Heizspirale 9 ausgelegt sein. Die elektrische Heizeinrichtung kann ferner von streifenförmig innen in die Wandung eines Rohres 5 integrierten Heizstäben 10 gebildet sein. Bei isolierten Durchführungen der Rohre 5 durch das Gehäuse 2 können die Rohre 5 auch direkt als Heizleiter verwendet werden.

Alternativ zu den fest in die Rohre 5 integrierten Heizeinrichtungen 9 bzw. 10 ist auch eine von mobilen elektrischen Heizstäben 11 gebildete Heizeinrichtung denkbar, bei der die Heizstäbe 11 nur während der Desorptionsphase in die Rohre 5 eingeführt werden und nach Beendigung derselben wieder aus diesen entfernt werden.

Eine erfindungsgemäße Sorptionswärmeübertrageranordnung ist einfach im Aufbau und bietet bei kompakten Abmessungen eine hohe Wärmespeicherkapazität. Durch die geringe Breite und die große Oberfläche der einzelnen Sorptionsblöcke in Verbindung mit den dazwischenliegenden schmalen Dampfgassen 8 ist dennoch ein hervorragendes dynamisches Verhalten erreichbar.

Bezugszeichenliste

1 Sorptionswärmeübertrageranordnung
2 Gehäuse
3 Sorptionswärmeübertrager
4 Lamellen
5 Rohre
6 Zwischenräume
7 Sorptionsgranulat
8 Dampfgasse
9 spiralförmige Heizeinrichtung
10 stabförmige Heizeinrichtung
11 mobile Heizstäbe
12 Gebläse

Claims (7)

1. Sorptionswärmeübertrageranordnung mit wenigstens einem von einem Paket übereinander liegender, Zwischenräume (6) bildender Lamellen (4) und diese im wesentlichen senkrecht durchdringenden Rohren (5) gebildeten Sorptionswärmeübertrager (3), mit in den Zwischenräumen (6) angeordnetem Sorptionsmaterial (7) und mit einem die Rohre (5) durchströmenden Wärmeträger, dadurch gekennzeichnet, daß die geraden oder U-förmigen Rohre (5) an beiden Enden offen sind und von einem gasförmigen Wärmeträger durchströmt werden.

2. Sorptionswärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als gasförmiger Wärmeträger Luft verwendet wird.

3. Sorptionswärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gasförmige Wärmeträger mittels eines Gebläses (12) durch die Rohre (5) befördert wird.

4. Sorptionswärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindestens ein Teil der Rohre (5) mit elektrischen Heizeinrichtungen (9, 10, 11) versehen ist.

5. Sorptionswärmeübertrager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Heizeinrichtungen zumindestens teilweise als mobile elektrische Heizstäbe (11) herausnehmbar sind.

6. Sorptionswärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die durch ein Gehäuse isoliert durchgeführten Rohre durch einen hindurchfließenden elektrischen Strom direkt beheizt werden.

7. Sorptionswärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Sorptionsmittel (7) Zeolithgranulat verwendet wird, das die Zwischenräume (6) nahezu vollständig ausfüllt und untereinander sowie zu den Wandungen der Lamellen (4) und der Rohre (5) durch einen Binder ( z. B. Keramikkleber) verbunden ist.