DE10039159A1 - Kühlvorrichtung nach dem Adsorptionsprinzip - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühlvorrichtung nach dem Adsorptionsprinzip, mit einem Wärmeträgerfluid, das Wärme von einer Kühlfläche zu einem Adsorber abführt, DOLLAR A dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlfläche an einem das Wärmeträgerfluid bindenden Körper (1) ausgebildet ist, der von Fluid-Leckleitungen (2) durchzogen ist und über eine mit einem Regelventil (13) versehene Dampfleitung (12) mit einem ein poröses Chemi-Sorptionsmaterial enthaltenden Adsorber (8) in Verbindung steht, und daß in dieses Material ein Wärmetauscher (9) eingebettet ist, der mit einer Wärmequelle (10) einen eigenen Fluidkreis bildet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühlvorrichtung nach dem Adsorptionsprinzip, mit einem Wärmeträgerfluid, das Wärme von einer Kühlfläche zu einem Adsorber abführt.

Adsorberkühlschränke benötigen zwar keine mechanisch bewegten Teile wie Kompressoren, verbrauchen dafür aber sehr viel Wärmeenergie zur Regenerierung des Adsorbers. Aus der Druckschrift DE 92 13 616 U ist eine periodisch arbeitende Adsorber-Kühlvorrichtung bekannt, die ein Arbeitsmittel, z. B. Wasser bzw. Wasserdampf, abwechselnd im Adsorber bindet und aus ihm mittels einer fossilen oder regenerativen Wärme­ quelle austreibt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzugeben, die eine sehr gleichmäßige Verdampfung und damit eine große Kühlleistung ergibt.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 definierte Kühlvorrichtung gelöst. Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzug­ ten Ausführungsbeispiels und der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt das Funktionsschema der Vorrichtung.

Fig. 2 zeigt im Querschnitt und ausschnittweise den in der Vorrichtung gemäß Fig. 1 verwendeten Kühlkörper.

Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Alternative zu Fig. 1.

In Fig. 1 erkennt man einen Kühlkörper 1, der sich in dem zu kühlenden Raum befindet und in diesem Raum vorhan­ dene oder sich bildende oder in ihn wegen unvollkommener Wärmeisolierung eindringende Wärme aufnehmen soll. Aus Vereinfachungsgründen wurde der Körper als kompakter Körper dargestellt, aber vorzugsweise ist es eine flache Platte, mit der die Wände eines zu kühlenden Raums ausgekleidet sind. Der Körper besteht aus einem ein gewähltes Arbeits­ mittel, z. B. Wasser, gut bindenden Material, vorzugsweise aus der Gruppe der Natrium-Polyacrylat-Derivate, wie sie bei Einmal-Babywindeln verwendet werden. In das Material des Körpers 1 ist eine Leckleitung 2 eingebettet, die dem Körper fein verteilt Wasser zuführen kann.

Diese Leitung ist über ein Ventil 3 mit dem Wasser­ bereich am Ausgang eines Kondensators 4 verbunden, der über Kühlrippen 5 die Wärme abführt. Der Kondensator könnte auch durch einen nicht dargestellten Wasserkühlkreis gekühlt werden. Über ein Ventil 6 kann Wasser nachgefüllt oder entnommen werden.

Der Dampfbereich des Kondensators steht über ein Ventil 7 mit dem Dampfauslaß eines Adsorbers 8 in Verbin­ dung, der mit einem Chemi-Sorptionsmaterial gefüllt ist, beispielsweise einem Silikagel. In dieses Material ist ein Wärmetauscher 9 eingebettet, der zu einem eigenen Wärmeträ­ ger-Kreis gehört. Über diesen Kreis wird Wärme von einer Wärmequelle 10, beispielsweise einem Solarkollektor, bei Bedarf mithilfe einer Fluidpumpe 11 in den Adsorber 8 trans­ feriert. Die Elemente 9 bis 11 bilden die für die Regenerie­ rung des Adsorbers 8 erforderliche Wärmequelle.

Letztlich verbindet noch eine Dampfleitung 12 mit einem Regelventil 13 den Dampfbereich des Körpers 2 mit dem Adsorber 8.

Die beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt:
Ehe der Körper 1 eine Kühlwirkung entfalten kann, muß der Inhalt des Adsorbers 8 getrocknet und der Körper 1 mit Wasser beladen werden. Dazu wird die Heizvorrichtung (Kol­ lektor 10 und Pumpe 11) eingeschaltet und das Ventil 3 geöffnet. Das Ventil 13 bleibt gesperrt. Sobald die Tempera­ tur im Adsorber 8 die Austreibtemperatur des Silikagels erreicht hat, gelangt Dampf über das dann offene Ventil 7 zum Kondensator 4 und kondensiert dort. Die Kondensations­ wärme wird über die Rippen 5 abgeführt. Der Körper 1 nimmt Wasser auf.

Nach dem Trocknen des Adsorbers wird das Ventil 7 geschlossen und, wenn nötig, die Pumpe 11 stillgelegt. Zur Kühlung des Körpers 1 wird dann das Regelventil 13 geöffnet, sodaß Dampf aus dem Körper 1 in den Adsorber 8 gesaugt wird. Von der angesaugten Dampfmenge hängt die Kühlwirkung ab. Daher dient das Ventil 13 als Regelventil eines Regelkrei­ ses, zu dem ein nicht dargestellter Thermostat zur Einstel­ lung der Solltemperatur und zum Vergleich mit der aktuellen Temperatur im Kühlraum gehört.

Der Zyklus wird spätestens beendet, wenn die Saugwir­ kung des Adsorbers 8 erschöpft ist. Dann muß wieder eine Trocknungsphase wie oben erläutert folgen, während der eine weitere Kühlung nur möglich ist, wenn man einen zweiten Adsorber zum Adsorber 8 parallelschaltet (nicht dargestellt) und komplementär zyklisch betreibt.

Wie bereits erwähnt, eignet sich die vorliegende Erfindung auch zur Kühlung größerer Räume, wie eines Kühl­ hauses, eines Kühlgut-Transporters oder eines nach Süden gerichteten Wohnraums eines gut wärmeisolierten Hauses.

In Fig. 2 ist schematisch der Aufbau einer solchen Platte dargestellt. Die Platte enthält eine zum zu kühlenden Raum weisende Schicht 14 mit dem eigentlichen Kühlkörper und der eingebetteten Leckleitung 2 und vorzugsweise zusätzlich an der Außenseite eine hochwirksame Wärmeisolationsschicht 15, vorzugsweise in Form eines bis auf Molekukarströmungs­ bedingungen evakuierten Hohlraums, wie dies beispielsweise in der Druckschrift DE 197 04 323 C beschrieben ist.

Falls ein Bedarf an Warmwasser besteht, kann man einen Brauchwasser-Wärmetauscher 16 im Wasserbereich des Kondensators 4 und/oder einen Brauchwasser-Wärmetauscher 17 im Sorptionsbett des Adsorbers 8 installieren. Der Wärmetau­ scher 16 trägt während der Regenerationsphase, in der der Inhalt des Adsorbers 8 getrocknet wird, zur schnellen Wärme­ abfuhr bei, wogegen der Wärmetauscher 17 während der aktiven Kühlphase die dann für den Wärmetauscher 9 nicht erforderli­ che Solarenergie nutzen kann. Es wäre auch möglich, die notwendige Temperaturabsenkung des Inhalts des Adsorbers 8 (von z. B. 130°C auf unter 60°C, vorzugsweise auf 20°C) dadurch zu beschleunigen, daß dieser von einer sogenannten "schaltbaren" Wärmedämmung umgeben wird, also einem Hohl­ raum, in den vorübergehend während der Kühlphase ein gut wärmeleitendes Gas eingespeist wird (nicht dargestellt).

Statt Wasser kann als Wärmeträgerfluid und als Sorbens auch ein anderes Fluid, etwa mit niedrigerer Ver­ eisungstemperatur verwendet werden, beispielsweise Methyl- oder Äthylalkohol. Es kann weiter nützlich sein, eine Vaku­ umpumpe vorzusehen, mit der gelegentlich Permanentgase aus dem System entfernt werden (z. B. auf einen Enddruck von < 2 mbar).

Fig. 3 zeigt eine Variante zu Fig. 1. Sie unter­ scheidet sich nur durch zwei zusätzliche Brüdenverdichter 18 und 19, während alle übrigen Elemente dieselben Bezugszei­ chen wie in Fig. 1 tragen und auch prinzipiell wie anhand von Fig. 1 beschrieben wirken. Der Brüdenverdichter 18, ein Dampfverdichter, liegt in der Leitung 12 vor oder hinter dem Ventil 13 und sichert eine hohe Kühlleistung selbst, wenn der Adsorber 8 fast gesättigt ist. In diesem Fall wird vorzugsweise die Kühlleistung über die Drehzahl des Brüden­ verdichters 18 geregelt, sodaß das Ventil 13 nur ein Schalt­ ventil zu sein braucht.

Ein weiterer Brüdenverdichter 19 kann vor oder hinter dem Ventil 7 in der Verbindungsleitung zwischen dem Adsorber 8 und dem Kondensator 4 vorgesehen werden. Er saugt Dampf aus dem Adsorber 8 ab und verdichtet ihn zum Kondensator hin. In einer Variante können die beiden Brüdenverdichter auch von einem einzigen derartigen Organ gebildet werden, das in der Kühlphase wie der Brüdenverdichter 18 und in der Heizphase wie der Brüdenverdichter 19 geschaltet ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Kühlkörpers 1 aus einem Material, das z. B. das 400-fache seines Volumens an Wasser aufnehmen kann, erreicht man in Verbindung mit der alle Winkel des Körpers erreichenden Leckleitung 2 eine sehr gleichmäßige Verdampfung und damit eine sehr gleichmäßige, große Kühlleistung.

Claims (11)

1. Kühlvorrichtung nach dem Adsorptionsprinzip, mit einem Wärmeträgerfluid, das Wärme von einer Kühlfläche zu einem Adsorber abführt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlfläche an einem das Wärmeträgerfluid gut bindenden Körper (1) ausgebildet ist, der von Fluid-Leckleitungen (2) durchzogen ist und über eine mit einem Regelventil (13) versehene Dampfleitung (12) mit einem ein poröses Chemi-Sorptionsmaterial enthaltenden Adsorber (8) in Verbindung steht, und daß in dieses Material ein Wärmetauscher (9) eingebettet ist, der mit einer Wärmequelle (10) einen eigenen Fluidkreis bildet.

2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (1) aus einem Natrium- Polyacrylat-Derivat besteht.

3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Adsorber (8) und/oder den Kondensatsammelbereich eines Regenerations-Kondensators (4) ein Wärmetauscher (16; 17) eingebettet ist, der der Erwärmung von Brauchwasser dient.

4. Kühlvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (1) mit der Kühlfläche als Auskleidung (14) der Innenwände eines zu kühlenden Raums ausgebildet ist.

5. Kühlvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Auskleidung der Innenwände des zu kühlen­ den Raums von einer Vakuum-Isolationsstruktur (15) umgeben ist.

6. Kühlvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Adsorber (8) von einer hinsichtlich der Wärmeleitung steuerbaren Wärmedämmung umgeben ist.

7. Kühlvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gleichartige 5 Adsorber (8) so parallel geschaltet sind, daß sie im Wech­ selbetrieb arbeiten, also einer vom Körper (1) dampfförmiges Wärmeträgerfluid aufnimmt, während zugleich der andere dampfförmiges Fluid an den Kondensator zu seiner Regenera­ tion abgibt.

8. Kühlvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelventil (13) das Stellglied eines Regelkreises bildet, zu dem ein hin­ sichtlich der Solltemperatur einstellbarer Thermostat ge­ hört.

9. Kühlvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Brüdenverdichter (18) in die Verbindungsleitung (12) zwischen den Körper (1) und den Adsorber (8) geschaltet ist.

10. Kühlvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Drehzahl des Brüdenverdichters (18) regel­ bar ist, sodaß er das Stellglied eines Regelkreises bildet, 5 zu dem ein hinsichtlich der Solltemperatur einstellbarer Thermostat gehört.

11. Kühlvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Brüdenverdichter (19) in die Verbindungsleitung zwischen den Adsorber (8) und den Kondensator (4) geschaltet ist.