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DE60311090T2 - Sorptionswärmetauscher und ein entsprechendes verfahren - Google Patents

Sorptionswärmetauscher und ein entsprechendes verfahren Download PDF

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DE60311090T2
DE60311090T2 DE60311090T DE60311090T DE60311090T2 DE 60311090 T2 DE60311090 T2 DE 60311090T2 DE 60311090 T DE60311090 T DE 60311090T DE 60311090 T DE60311090 T DE 60311090T DE 60311090 T2 DE60311090 T2 DE 60311090T2
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DE
Germany
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heat exchanger
sorption
fluid
heat
air
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Karl Michael LÖFFLER
Martin Hans HENNING
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    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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  • Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sorptionswärmetauscher und ein entsprechendes Verfahren zur gekühlten Sorption.
  • Die Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung, wobei ein Verfahren zur gekühlten Sorption auf einem festen Sorptionsmaterial stattfindet, und das entsprechende Verfahren zur gekühlten Sorption auf einem festen Sorptionsmaterial.
  • Bei verschiedenen industriellen Anwendungen wird ein Sorptionsverfahren eingesetzt, um das Vorkommen von mindestens einer Komponente aus einem Gasgemisch, zum Beispiel einem nassen Gas, welches bei einem industriellen Prozess eingesetzt wird und von welchem eine Flüssigkeit gewonnen werden muss, zu unterdrücken oder zu verringern. Die DE 198 00 395A zeigt eine solche Vorrichtung.
  • Bei Luft, d.h. einem Gasgemisch, welches Wasserdampf aufweist, finden während einer Luftaufbereitung Kühl- und Entfeuchtungsprozesse statt. Die Luftentfeuchtung schließt die teilweise Extraktion der Gaskomponente Wasserdampf aus der Luft ein. Daher könnte das Verfahren zur gekühlten Sorption von Wasserdampf von Luft auf einem festen Sorptionsmaterial für Luftaufbereitungszwecke eingesetzt werden, wobei Wasserdampf aus dem Luftstrom extrahiert (d.h. entfeuchtet) wird.
  • Eine Hälfte des Energieverbrauchs von Verwaltungsgebäuden ist der Luftaufbereitung geschuldet. In den letzten Jahren sind Luftaufbereitungsanlagen, welche Solarenergie einsetzen und Sorptionskomponenten verwenden, entwickelt, gebaut und überwacht worden. Zum Beispiel wurden Sorptionsverfahren bei thermodynamisch offenen Kreisläufen (Entfeuchtung und Verdunstungskühlung, DEC-Anlagen) implementiert, wobei das Sorptionsmaterial mittels eines Desorptionsverfahrens regeneriert wird, wobei die thermische Energie verwendet wird, welche zum Beispiel mit Sonnenkollektoren erzeugt wird. Viele Kühlmittelverbindungen sind für die Umwelt gefährlich. Andererseits stellt Wasser, welches als Kühlmittel verwendet wird, keine Risiken für die Atmosphäre dar. Die Regeneration des Sorptionsmaterials wird mittels eines warmen Luftstroms ausgeführt, welcher zum Beispiel von Solar-Luft-Kollektoren kommen kann. In einer nachfolgenden Phase entfeuchtet das regenerierte Sorptionsmaterial die äußere Luft, welche dann weiter gekühlt und befeuchtet und dann in das Gebäude geblasen wird. Um den offenen Kreislauf zu realisieren, wird bis heute das Sorptionsmaterial mit warmer Luft regeneriert und dann in Kontakt mit äußerer Luft gebracht, was ihre Entfeuchtung bewirkt. 1 stellt den Aufbau einer herkömmlichen DEC-Anlage nach dem Stand der Technik dar. In dem vereinfachten Schema strömt Umgebungsluft 1 durch das Sorptionsrad SR. Die Umgebungsluft wird in dem SR entfeuchtet und erhitzt. Die Luft wird dann zu einer Position 2 geblasen. Anschließend erreicht die Luft das Wärmerückgewinnungsrad WR, in welchem die Luft herunter gekühlt wird. Die Luft, welche das Rad WR über den Kanal 3 verlässt, wird mittels einer Befeuchtung in dem Befeuchter 4 weiter abgekühlt, wobei der Effekt einer Verdampfungskälte eingesetzt wird, und anschließend in das Innere des Gebäudes befördert. In dem Inneren des Gebäudes nimmt die Luft Feuchtigkeit M und Wärme Q auf. Die Luft verlässt das Innere des Gebäudes 5 und wird dann wieder in dem Befeuchter 6 befeuchtet und herunter gekühlt. In dem Wärmerückgewinnungsrad WR nimmt die Luft Wärme auf und erreicht dann den Kanal 7. In einer Erwärmungseinheit, welche vorzugsweise eine solare Erwärmungseinheit 8 (z.B. ein Luft erwärmender Sonnenkollektor) ist, wird die Luft weiter erwärmt und anschließend zu dem Sorptionsrad SR befördert. In dem SR trocknet die warme Luft das Sorptionsmaterial. Die Luft verlässt das Sorptionsrad SR warm und feucht über einen Kanal 9.
  • Diese Art einer Anlage, wobei eine Technologie von sich drehenden Entfeuchtern eingesetzt wird, ist nur dann ökonomisch sinnvoll, wenn ihre Größe größer als ungefähr 10.000 m3/h ist. Bei Sorptionsluftaufbereitungssystemen, wobei die Luftaufbereitung in einem Wärmetauscher stattfindet, wird das Verfahren optimiert, Kosten werden reduziert und es ist vorteilhaft, Sorptionsluftaufbereitungssysteme sogar mit einer kleinen Größe zu realisieren (mit einem Luftvolumenstrom, welcher deutlich geringer als 10.000 m3/h ist).
  • Die Implementierung des Verfahrens von herkömmlichen Sorptionsluftaufbereitungsanlagen, wie derjenigen, welche in 1 beschrieben ist, weist Probleme auf, welche noch nicht in einer zufriedenstellenden Weise gelöst werden. Dies wird an zwei Stellen bei dem physikalischen Prozess offensichtlich.
  • Der Sorptionsrotor (das Trockenmittelrad) wird nach einer thermalen Desorption deutlich aufgeheizt. Diese Hitze ist bei dem nachfolgenden Adsorptionsschritt, d.h. dem Schritt einer Wasseraufnahme, ein Hindernis, da das Sorptionsmaterial bei höheren Temperaturen eine geringere Menge Wasser aus dem ankommenden Luftstrom aufnehmen kann. Das Sorptionspotential (und dadurch die Kühlkapazi tät) wäre höher, wenn das Sorptionsmaterial während des Sorptionsverfahrens gekühlt werden könnte.
  • Wenn die Umgebungsluft in den Sorptionsrotor kommt, wird Feuchtigkeit von der Umgebungsluft aufgenommen. Dadurch wird eine chemische Wärme freigesetzt, welche zu einem Temperaturanstieg des Sorptionsmaterials führt. Diese Wärme wird von der strömenden Luft aufgenommen und in Richtung des Stroms transportiert. Das Sorptionsmaterial, welches in der Richtung des Stromes folgt, nimmt ein Teil dieser Hitze auf. Dies führt wiederum zu einer Verringerung des Potenzials für eine Aufnahme (Sorption) des Sorptionsmaterials. Darüber hinaus wird die Luft in einer ungünstigen Weise aufgeheizt, da dies dem Hauptzweck des gesamten Prozesses, nämlich einem Kühlen der Luft, widerspricht. Wiederum wäre es günstiger, wenn das Sorptionsmaterial während des Sorptionsverfahrens gekühlt würde und auf einem niedrigeren Temperaturniveau verbliebe. Dadurch könnte auch die Temperatur der Luft, welche den Prozess verlässt, deutlich abgesenkt werden.
  • Aufgrund der beschriebenen Nachteile bei der Implementierung des Verfahrens treten viele Betriebszustände auf, während welchen die Sorptionsluftaufbereitungsanlage nur eine unzureichende oder bisweilen überhaupt keine Kühlkapazität liefert.
  • Ein weiterer Nachteil von gewöhnlichen Sorptionsluftaufbereitungssystemen (Trocknungssystemen, welche Rotoren einsetzen) ist die Anforderung nach zwei sich drehenden Komponenten (den Rädern SR und WR). Diese Konstruktion verursacht hohe Kosten und darüber hinaus tritt unvermeidlich eine Mischung der Luftströme auf. Aus den oben genannten Gründen sind Systeme eines solchen Typs ökonomisch, zumindest bei einer geringen Kapazität (d.h. Größe), nicht konkurrenzfähig.
  • Das Hauptziel dieser Erfindung ist, eine Vorrichtung zu realisieren, wobei ein Verfahren zur gekühlten Sorption einer Komponente von einem Gasgemisch auf einem festen Sorptionsmaterial stattfindet. Die Vorrichtung sollte es möglich machen, eine hohe Effizienz zu erreichen und geringe Kosten sogar für Vorrichtungen einer geringen Größe zu erzielen.
  • Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine Luftaufbereitung- oder Klimaanlage zu realisieren, welche eine hohe Effizienz aufweist und die Vorrichtung einsetzt, bei welcher ein Verfahren zur gekühlten Sorption einer Komponente von einem Gasgemisch auf einem festen Sorptionsmaterial stattfindet. Die Anlage weist dann geringe Kosten auf und ist ökonomisch für einen kleinen Luftvolumenstrom (d.h. eine geringe Kapazität der Anlage) sinnvoll.
  • Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine Luftaufbereitung- oder Klimaanlage zu realisieren, welche zum Beispiel als ein einheitliches (d.h. nicht zentralisiertes) System insbesondere als eine Alternative zu einheitlichen Luftaufbereitungssystemen, welche auf Dampfkompressionskühlanlagen basieren, einzusetzen.
  • Es ist auch ein Ziel dieser Erfindung, ein Sorptionsverfahren einer Komponente von einem Gasgemisch auf einem festen Sorptionsmaterial und insbesondere das Verfahren zur gekühlten Sorption von Wasserdampf von einem Luftstrom auf einem festen Sorptionsmaterial bereitzustellen.
  • Die vorab erwähnten und andere Ziele der vorliegenden Erfindung werden durch den Sorptionswärmetauscher und das entsprechende Verfahren zur gekühlten Sorption gemäß der unabhängigen Ansprüche erreicht.
  • Der erfindungsgemäße Sorptionswärmetauscher umfasst einen Wärmetauscher, welcher aus mehreren getrennten Kanälen besteht, welche sich in einem thermischen Kontakt befinden und wobei in einem Teil von diesen ein Sorptionsmaterial befestigt ist. Erfindungsgemäß ist das Sorptionsmaterial auf der inneren Oberfläche eines Teils der Kanäle befestigt.
  • Die Eigenschaften und Vorteile der Vorrichtung, bei welcher erfindungsgemäß ein Verfahren zur gekühlten Sorption einer Komponente von einem Gasgemisch auf einem festen Sorptionsmaterial stattfindet, werden aus der folgenden Beschreibung, welche verdeutlichend und nicht beschränkend ist, mit Bezug auf die schematischen Zeichnungen, welche daran angehängt sind, besser verständlich.
  • 1 stellt eine schematische Darstellung einer Luftaufbereitungsanlage gemäß dem Stand der Technik dar;
  • 2 ist eine schematische vereinfachte Darstellung eines Teils des erfindungsgemäßen Sorptionswärmetauschers;
  • 3 ist eine schematische Darstellung einer Luftaufbereitungsanlage einschließlich der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
  • 4 bis 6 sind schematische Darstellungen des erfindungsgemäßen Wärmetauschers in verschiedenen Regenerationsbetriebsarten (d.h. einer Desorption des Sorptionsmaterials);
  • 7 stellt einen schematischen Graph dar, welcher qualitativ den Temperaturverlauf in dem Wärmetauscher während der Regenerationsbetriebsarten gemäß der 4 bis 6 beschreibt;
  • 8 stellt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers bei einem Vorkühlbetrieb dar.
  • Wie schematisch in 2 bis 8 dargestellt ist, umfasst ein Sorptionswärmetauscher E mindestens zwei getrennte Systeme von Kanälen in thermischem Kontakt.
  • Der Wärmetauscher, vorzugsweise ein Wärmetauscher mit gekreuzten gegenläufigen Strömen oder ein Gegenstromwärmetauscher, weist mehrere Wärmetauscherkanäle 10 in einem thermischen Kontakt mit entsprechenden Sorptionskanälen 11 auf. Das Sorptionsmaterial 12 ist auf der inneren Oberfläche jedes Sorptionskanals 11 befestigt.
  • 2 stellt zwei Kanäle in einem thermischen Kontakt und den Weg der zwei Fluids durch einen Wärmetauscher E mit gekreuzten gegenläufigen Strömen dar. Wenn zum Beispiel der Wärmetauscher für Luftaufbereitungszwecke verwendet würde, wären die Fluids, welche durch den Wärmetauscher verlaufen, Luft, aber der Tauscher ist auch geeignet, um allgemeines nasses Gas, welches bei einem industriellen Prozess eingesetzt wird und von welchem eine Flüssigkeit oder zumindest eine Komponente zu extrahieren ist, zu bearbeiten.
  • In jedem Wärmetauscherkanal 10 strömt das Kühlfluid F2, welches zum Beispiel im Fall einer Luftaufbereitungs- oder Klimaanlage Luft sein kann, entsprechend der Richtung des Pfeiles, wobei in dem Sorptionskanal 11 das Gasgemisch F1, von welchem mindestens eine Komponente extrahiert werden muss und welches zum Beispiel im Fall einer Luftaufbereitung- oder Klimaanlage feuchte warme Luft sein kann, von links nach rechts entsprechend der Richtung des Pfeiles strömt.
  • Das Sorptionsmaterial 12 befindet sich auf den inneren Wänden des Sorptionskanals 11. Das Sorptionsmaterial kann aus den Materialien ausgewählt werden, welche der Realisierung besser dienen können, zum Beispiel sind in dem Fall einer Luftaufbereitung geeignete Materialien zur Luftentfeuchtung Silicalgel, Zeolith und einige hygroskopische Salze, wie zum Beispiel Lithiumchlorid.
  • Wenn das Fluid F2, welches in einem Kanal 10 strömt, Gas ist, weist die Vorrichtung Befeuchterkomponenten 19 für die mögliche Befeuchtung des Fluids F2 auf, bevor es in den Wärmetauscher E eindringt, zum Beispiel Ultraschallbefeuchter. Bei einer günstigen Methode ist es möglich, Befeuchter 19 zu installieren, um das Fluid F2 während seines Durchgangs in den Kanälen 10 im Wesentlichen kontinuierlich zu befeuchten.
  • Auf diese Weise wird das Fluid übersättigt oder diese Luft wird während ihres Weges durch den Wärmetauscherkanal kontinuierlich befeuchtet, so dass ihre Verdunstung stattfindet, sobald die Luft Wärme aufnimmt, und dadurch wird die Kühlkapazität kontinuierlich bereitgestellt. Dies wird zum Beispiel mittels Einspritzvorrichtungen bewerkstelligt, welche an einem Eingangsabschnitt oder innerhalb des Kanals 10 installiert sind.
  • 3 stellt eine Sorptionsluftaufbereitungsanlage dar, welche unter Verwendung des erfindungsgemäßen Sorptionstauschers realisiert ist.
  • Im Betrieb während einer Sorptionsphase (d.h. einer Kühlphase) strömt Umgebungsluft entsprechend eines Pfeiles eines Fluids F1 entlang von regeneriertem Sorptionsmaterial 12 in dem Sorptionskanal 11 und wird dadurch entfeuchtet. Die Wärme, welche dadurch erzeugt wird, wird in einem großen Umfang von der kühlen Luft in dem Wärmetauscherkanal 10 aufgenommen. Bei einer günstigen Methode wird die Luft in dem Wärmetauscherkanal 10 übersättigt oder diese Luft wird kontinuierlich während ihres Weges durch den Wärmetauscherkanal befeuchtet, so dass eine Verdunstung stattfindet, sobald die Luft die Wärme absorbiert, und dadurch wird die Kühlkapazität kontinuierlich während des Durchgangs in dem Kanal 10 bereitgestellt. Nachdem die Luft den Sorptionskanal über einen Kanal 15 verlässt, ist die Luft relativ kalt und trocken. Optional wird die Luft weiter mittels einer Befeuchtung in dem Befeuchter 16 gekühlt und wird anschließend zu dem luftaufbereiteten Inneren eines Gebäudes 17 über das Gebläse 13 geleitet. Eine Raumluft wird von dem Inneren des Gebäudes mittels des Gebläses 14 aufgenommen und in dem Befeuchter 18 weiter befeuchtet, dieses Mal vorzugsweise bis zu einer Übersättigung. Dann wird die Luft zu dem Wärmetauscherkanal 10 geleitet. In dem Wärmetauscherkanal kann die Luft – über eine entsprechend geeignete Vorrichtung (Befeuchtungsvorrichtung) – kontinuierlich während ihres Weges durch den Wärmetauscherkanal befeuchtet werden.
  • 4 bis 6 stellen verschiedene Verfahren für die Regenerierungsphase des Sorptionsmaterials 12 dar. Im Allgemeinen kann eine große Vielzahl von Wärmequellen für die Regenerierung des Sorptionsmaterials eingesetzt werden, z.B. Abwärme, Wärme von einem Bezirkheizsystem, Wärme von Heizkraftanlagen oder Wärme von thermischen Solarkollektoren. Wenn eine Wärme von einer Wärmequelle 20, zum Beispiel von thermischen Solarkollektoren, für eine Desorption verwendet wird, wind abhängig von den Eigenschaften des Solarkollektors 20, des Typs des Sorptionsmaterials 12 und der klimatischen und meteorologischen Randbedingungen das eine oder andere Verfahren zur Desorption verwendet. Eine andere Möglichkeit für die Desorption des Sorptionsmaterials 12 (die Desorptionsphase) könnte sein, ein Fluid in den Kanal 10, vorzugsweise dicht bei einem Verdunstungszustand, zum Beispiel Dampf bei 100° C, zirkulieren zu lassen. Bei dem Fall einer Desorption des Sorptionsmittels würde der Dampf in dem Kanal 10 kondensieren und die Energie der Kondensation für die Desorption liefern. Das Kondensat könnte vorteilhafter Weise in dem Kanal 10 verbleiben und später bei der Phase der Entfeuchtung des Gases in dem Kanal 11 würde die entstehende Sorptionsenergie vorteilhafterweise durch die Verdunstungsenergie des Kondensats absorbiert werden (das System ist zu Wärmeleitungssystemen ähnlich). In diesem Fall wären die Befeuchtungskomponenten 19 nicht notwendig.
  • 4 stellt die einfachste Art einer Desorption dar. Dabei wird in dem Wärmetauscher E gemäß einem ersten Regenerierungsverfahren R' in den Kanal 10 kein Fluid geblasen. Stattdessen wird das Fluid, nachdem es von der Wärmequelle 20 erwärmte wurde, in den Sorptionskanal 11 geblasen.
  • In 5 werden gemäß einem zweiten Regenerierungsverfahren R'' beide Kanalsysteme 10 und 11 in dem Wärmetauscher in derselben Richtung durchströmt. Die zwei Fluidströme sind G1 bzw. G2 und sie werden vorher durch die Wärme quelle 20, zum Beispiel einen thermischen Sonnenkollektor, erwärmt. Diese Variante weist den Vorteil eines verbesserten Wärmeübergangs von dem Fluid zu dem Sorptionsmaterial 12 auf, da das Sorptionsmaterial sowohl von dem Sorptionskanal 11 als auch von dem Wärmetauscherkanal 10 des Wärmetauschers E erwärmt wird. Das erwärmte Fluid von dem Wärmetauscherkanal 10 wird zum Beispiel mit Umgebungsluft 24 gemischt und zu der Wärmequelle 20 geführt. Dabei erreicht das Fluid mittels der Wärmequelle 20 höhere Temperaturen, bevor es für den Desorptionsprozess verwendet wird.
  • Ein anderes drittes Regenerierungsverfahren R''' des Sorptionsmaterial wird in 6 beschrieben. Wenn das Verfahren gemäß 6 durchgeführt wird, tritt nährungsweise ein lineares Temperaturprofil während der Desorption in dem Wärmetauscher E auf: an dem linken Eingang 11 des Wärmetauschers weist das Fluid eine tiefere Temperatur und an dem rechten Eingang 12 eine höhere Temperatur auf. Diese Verteilung bedeutet, zum Beispiel für eine Luftaufbereitung, dass das Sorptionsmaterial während eines Betriebs bei einer kühlenden Betriebsart auf der Seite, wo das Fluid den Sorptionskanal 11 verlässt, besser entfeuchtet ist. Daher befindet sich die Luft während der Sorptionsphase während ihres Stromes durch den Sorptionskanal 11 kontinuierlich in Kontakt mit einem trockenen Sorptionsmaterial 12, was zu einem höheren Entfeuchtungspotenzial für die weitere kühlende Phase führt. Der absolute Wert einer Entfeuchtung von Umgebungsluft kann durch die Implementierung dieses Verfahrens optimiert werden. Die Desorptionsverfahren, welche in 4 und 5 beschrieben sind, werden „Desorption mit konkurrierendem Strom" genannt und das Desorptionsverfahren gemäß der 6 wird "Gegenstromdesorption" genannt. 7 stellt in einer qualitativen Weise die Temperaturprofile in dem Sorptionskanal 11 nach einer Desorptionsphase gemäß der 4, 5, 6 dar, wobei die drei Profile der Regenerierungsverfahren mit R', R'' bzw. R''' gekennzeichnet sind. Bei einer ersten Näherung bedeuten hohe Temperaturen ein starkes Trocknen des Sorptionsmaterials 12.
  • 8 stellt die Vorkühlphase des Wärmetauschers E nach einer Desorption dar. Das Fluid 24, zum Beispiel für Luftaufbereitungsanwendungen Umgebungsluft, welche wie erwünscht befeuchtet oder nicht befeuchtet worden ist, oder zum Beispiel zurückkehrende Raumluft F2, welche wie erwünscht befeuchtet oder nicht befeuchtet worden ist, wird in den Wärmetauscherkanal 10 geleitet und nimmt die Wärme von dem Sorptionskanal 11 auf, wodurch der Sorptionskanal für die nachfolgende Sorptionsphase vorgekühlt wird.
  • Ein vollständiger Kreislauf einer Desorption, Vorkühlung und Sorptionskühlung, zum Beispiel von äußerer Umgebungsluft, kann durch eine anschließende Kombination der verschiedenen Betriebsarten der Vorrichtungen, wie es in 3 bis 6 und 8 dargestellt ist, realisiert werden. Wenn zum Beispiel eine Minute für die Desorption verfügbar ist, kann innerhalb eines Teiles dieser Zeit eine Desorption ausgeführt werden, welche dem Verfahren der 6 folgt, und wobei ein anderer Teil dem Verfahren der 4 folgt und wobei anschließend der Wärmetauscher entsprechend der 8 gekühlt werden könnte. Nach dieser Abfolge von Verfahren würde das Sorptionsmaterial 12 in dem Sorptionskanal 11 des Wärmetauschers, welcher in den vorab erwähnten Figuren dargestellt ist, insbesondere stark getrocknet und gut vorgekühlt für die nachfolgende Phase einer Sorption (Luftkühlung) sein. Diese Bedingungen sind für das Verfahren günstig.
  • Um ein Sorptionsverfahren zu realisieren, folgt nach der Desorptions- oder Regenerierungsphase die Sorptionsphase.
  • Zum Beispiel zum Zweck einer Luftaufbereitung führt das Verfahren zur gekühlten Sorption zu der Entfeuchtung und möglichen Kühlung des Luftstromes F1 in 3. Der kalte und feuchte Luftstrom F2 in 3 ist für das Kühlen des Sorptionsmaterials 12 und anschließend des Fluids F1 verantwortlich.
  • Eine Sorptionsphase und eine Regenerierungsphase, welche mittels einer Desorption realisiert wird, werden abwechselnd in der Vorrichtung, nämlich dem Wärmetauscher, welcher gemäß der vorliegenden Erfindung gebaut ist, ausgeführt. Zum Beispiel sind bei Luftaufbereitungsanwendungen um eine kontinuierliche Bereitstellung von kalter, entfeuchteter Luft zu dem Gebäude zu realisieren, und für eine kontinuierliche Verwendung der Wärmequelle, z.B. des solaren Luft erwärmenden Kollektors, und der Befeuchter, mindestens zwei Tauscher, d.h. Sorptionswärmetauscher, notwendig. Dabei befinden sich die zwei Wärmetauscher abwechselnd jeweils in den Betriebszuständen "Sorptionsphase" und „Regenerierungsphase". Die Luftströme werden abhängig von der aktuellen Betriebsphase mittels einer Steuerung von entsprechenden Fluidumlenkungen umgeleitet.
  • Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung für eine Luftaufbereitung eingesetzt wird, würde dies die Möglichkeit ergeben, höhere Entfeuchtungsraten und Lufttemperaturabsenkungen im Vergleich zu einer anderen Sorptionsluftaufbereitung sanlage, welche festes Sorptionsmaterial einsetzt, zu erzielen, wobei irgendeine Möglichkeit eines Mischens des abgeleiteten – d.h. von dem Gebäude kommenden – Stroms und einer bearbeiteten Luft vermieden wird.
  • Im Vergleich zu einer herkömmlichen Sorptionsluftaufbereitungsanlage ist die Konstruktion, welche den erfindungsgemäßen Wärmetauscher umfasst, in der Lage, eine höhere Luftentfeuchtung und eine höhere Temperaturabnahme einer Umgebungsluft zu erzielen, ohne dabei irgendwie frische Luft und zurückkehrende Raumluft zu mischen.

Claims (19)

  1. Sorptionswärmetauscher mit einer Mehrzahl von Wärmetauscherkanälen (10) in einem thermischen Kontakt mit entsprechenden Sorptionskanälen (11), wobei die Sorptionskanäle (11) ein Sorptionsmaterial (12) umfassen, welches auf ihren inneren Oberflächen befestigt ist, wobei die Wärmetauscherkanäle (10) dafür vorgesehen sind, dass sie ein Kühlfluid (F2) aufnehmen, und wobei die Sorptionskanäle (11) dafür vorgesehen sind, dass sie ein Fluid (F1) aufnehmen, von welchem mindestens eine Komponente zu extrahieren ist, und wobei das Sorptionsmaterial (12) für die Sorption mindestens einer Komponente des Fluids (F1) geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, dass Befeuchtungskomponenten (19) für die Befeuchtung oder die Übersättigung des Fluids (F2) vorhanden sind, welches durch den Wärmetauscher fließt.
  2. Sorptionswärmetauscher nach Anspruch 1, wobei das Kühlfluid (F2) kontinuierlich während eines Durchgangs in den Wärmetauscherkanälen (10) befeuchtet oder übersättigt wird und sich das Fluid (F1) kontinuierlich in Kontakt mit einem Sorptionsmaterial (12) während seines Flusses durch den Sorptionskanal (11) befindet.
  3. Sorptionswärmetauscher nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Befeuchtungskomponenten (19) für eine Befeuchtung oder Übersättigung des Fluids (F2) während seines Weges durch den Wärmetauscherkanal (10) vorgesehen sind und an dem Eingang des Kanals (10) oder innerhalb des Wärmetauschers oder an dem Eingang des Kanals (10) und innerhalb des Wärmetauschers installiert sind.
  4. Sorptionswärmetauscher nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Kühlfluid (F2) Luft ist.
  5. Sorptionswärmetauscher nach Anspruch 4, wobei das Fluid (F1) nasse Luft ist und das Sorptionsmaterial (12) zum Beispiel Silicagel oder Zeolith oder ein hygroskopisches Salz wie zum Beispiel Lithiumchlorid, ist.
  6. Sorptionswärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wärmetauscher (E) derart ausgestaltet ist, dass er zum Beispiel die Desorption des Sorptionsmaterials (12) mittels eines erwärmten Fluids durchführt, welches Wärme von der Wärmequelle (20), vorzugsweise Abwärme, Wärme von einem Bezirksheizsystem, Wärme von Heizkraftanlagen oder Wärme von thermischen Solarkollektoren transportiert.
  7. Sorptionswärmetauscher nach Anspruch 6, wobei der Wärmetauscher (E) derart angeordnet ist, dass er zum Beispiel die Regeneration des Sorptionsmaterials (12) mittels eines Fluids durchführt; welches annähernd gesättigt ist und welches durch den Wärmetauscherkanal fließt, z.B. Dampf bei 100° C.
  8. Sorptionswärmetauscher nach Anspruch 4, wobei der Wärmetauscher (E) derart ausgestaltet ist, dass er zum Beispiel die Regeneration des Sorptionsmaterials (12) mittels eines Fluids durchführt, welches annähernd gesättigt ist und welches durch den Wärmetauscherkanal fließt, und wobei das entstehende Kondensat an dem Ort verbleibt, wo es entsteht.
  9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wärmetauscher (E) derart ausgestaltet ist, dass er die gleichgerichtete Desorption des Sorptionsmaterials (12) mittels des erwärmten Fluids durchführt, welches in dem Kanal (11) fließt.
  10. Sorptionswärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Wärmetauscher (E) derart ausgestaltet ist, dass er die gleichgerichtete Desorption des Sorptionsmaterials (12) mittels des erwärmten Fluids (G, G1, G2) durchführt, welches in den Kanälen (10) und (11) in derselben Richtung fließt.
  11. Sorptionswärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 des 8, wobei der Wärmetauscher (E) derart ausgestaltet ist, dass er die entgegen gerichtete Desorption des Sorptionsmaterials (12) mittels des erwärmten Fluids (G) durchführt, welches zuerst in die Wärmetauscherkanäle (10) fließt, dann durch die Wärmequelle (20) erwärmt wird und dann in die Sorptionskanäle (11) gedrückt wird.
  12. Sorptionswärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Wärmetauscher (E) derart ausgestaltet ist, dass er zum Beispiel ein Vorkühlen, welches einer Desorption folgt, mittels eines Fluids (24) durchführt, welches in den Wärmetauscherkanal (10) geleitet wird und die Wärme von dem Sorptionskanal (11) aufnimmt.
  13. Luftaufbereitungs- oder Klimaanlage mit dem Sorptionswärmetauscher nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche.
  14. Luftaufbereitungs- oder Klimaanlage nach Anspruch 13, welche zwei Wärmetauscher, zwei Befeuchter, zwei zusätzliche Befeuchter für eine Befeuchtung in dem Wärmetauscherkanal (10), eine Wärmequelle, ein Luftventil und eine entsprechende Steuervorrichtung aufweist.
  15. Verfahren zur gekühlten Sorption mindestens einer Komponente eines Gasgemisches (F1) auf einem festen Sorptionsmaterial mittels des Sorptionswärmetauschers nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Fluid (F1) Luft ist.
  17. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Sorptions- und Desorptionsphasen mit einer Vorkühlphase in einer zeitlichen Reihenfolge ausgeführt werden.
  18. Verfahren nach Anspruch 15, wobei zwei Wärmetauscher eingesetzt werden, wobei einer der Wärmetauscher in der Sorptionsphase betrieben wird, während der andere Wärmetauscher desorbiert wird bzw. für die nachfolgende Sorptionsphase vorgekühlt wird.
  19. Sorptionswärmetauscher nach Anspruch 1, wobei die Befeuchtungskomponenten (19) in Form von Ultraschallbefeuchtern oder Wassereinspritzvorrichtungen vorliegen, um das Kühlfluid (F2) zu befeuchten, bevor es in den Wärmetauscherkanal (10) des Wärmetauschers (E) eintritt.
DE60311090T 2002-05-10 2003-05-09 Sorptionswärmetauscher und ein entsprechendes verfahren Expired - Lifetime DE60311090T2 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10220631A DE10220631A1 (de) 2002-05-10 2002-05-10 Verfahren zur Sorptionsklimatisierung mit Prozeßführung in einem Wärmetauscher
DE10220631 2002-05-10
PCT/EP2003/005002 WO2003095917A2 (en) 2002-05-10 2003-05-09 Sorptive heat exchanger and related cooled sorption process

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60311090D1 DE60311090D1 (de) 2007-02-22
DE60311090T2 true DE60311090T2 (de) 2007-08-16

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