DE102011108467B4 - Adsorption heat exchanger module and an adsorption heat exchanger arrangement - Google Patents
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- F28D1/0535—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight the conduits having a non-circular cross-section
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-
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Abstract
Adsorptionswärmeübertragermodul mit einem Vorlaufverteilrohr (5)einem beabstandet zum Vorlaufverteilrohr (5) angeordneten Rücklaufverteilrohr (5') einer Mehrzahl von voneinander beabstandet angeordneten Rohrelementen (1, 1'), wobei jedes Rohrelement (1, 1') zwischen dem Vorlaufverteilrohr (5) und dem Rücklaufverteilrohr (5') angeordnet ist und einen Vorlaufbereich (1v, 1v'), der mit dem Vorlaufverteilrohr (5) fluidmäßig verbindbar oder verbunden istund einen Rücklaufbereich (1r, 1r'), der mit dem Rücklaufverteilrohr (5') fluidmäßig verbindbar oder verbunden ist, aufweist,gekennzeichnet durch zumindest eine zwischen zumindest zwei benachbarten Rohrelementen (1, 1') angeordnete Lamellenprofilkomponente (2a, 2b), mittels der ein in Form einer Schüttung vorliegendes Sorbens (4) aufnehmbar oder aufgenommen ist, wobei das Vorlaufverteilrohr (5) und/oder das Rücklaufverteilrohr (5') als Rundrohr ausgebildet ist, wobei zumindest ein Rohrelement (1, 1') einen Vorlaufendbereich aufweist, der eine vom Innenbereich des Vorlaufverteilrohrs (5) aus gesehen, konkave Abrundung hat und/oder einen Rücklaufendbereich (7a, 7b) aufweist, der eine vom Innenbereich des Rücklaufverteilrohrs (5') aus gesehen konkave Abrundung hat.Adsorption heat exchanger module with a flow distribution pipe (5), a return flow distribution pipe (5') arranged at a distance from the flow distribution pipe (5), a plurality of pipe elements (1, 1') arranged at a distance from one another, each pipe element (1, 1') between the flow distribution pipe (5) and the return flow distribution pipe (5') and a flow area (1v, 1v') which can be fluidly connected or is connected to the flow distribution pipe (5) and a return flow area (1r, 1r') which can be fluidly connected to the return flow distribution pipe (5') or is connected, characterized by at least one lamellar profile component (2a, 2b) arranged between at least two adjacent pipe elements (1, 1'), by means of which a sorbent (4) present in the form of a bed can be received or received, the flow distribution pipe (5 ) and / or the return distribution pipe (5 ') is designed as a round pipe, wherein at least one pipe element (1, 1') has a forward end portion, the one e seen from the inside of the flow distribution pipe (5), has a concave rounding and/or has a return end section (7a, 7b) which has a concave rounding, seen from the inside of the return distribution pipe (5').
Description
Die Erfindung betrifft ein Adsorptionswärmeübertragemodul sowie eine Adsorptionswärmeübertrageanordnung gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.The invention relates to an adsorption heat transfer module and an adsorption heat transfer arrangement according to the preambles of the independent patent claims.
Konventionelle Kälteanlagen mit einem eingebundenen Kompressor sind in der Lage, innerhalb einer großen Bandbreite von Klimabedingungen zuverlässig Kälteleistung bereitzustellen. Allerdings erfordert der Betrieb dieser Anlagen, abhängig von der Art und dem jeweiligen Einsatzbedingungen, die Bereitstellung von Kraftstoff oder von elektrischer Energie. Eine Alternative zu derartigen konventionellen Kälteanlagen stellen Adsorptionskälteanlagen dar, welche unter Einsatz eines ein Kältemittel reversibel adsorbierenden und desobierenden Sorbens mittels Motorabwärme, Prozesswärme oder thermischer Energie aus Solarkollektoren betrieben werden können.Conventional refrigeration systems with an integrated compressor are able to reliably provide cooling capacity over a wide range of climatic conditions. However, depending on the type and the respective operating conditions, the operation of these systems requires the provision of fuel or electrical energy. An alternative to such conventional refrigeration systems are adsorption refrigeration systems, which can be operated using a refrigerant reversibly adsorbing and desorbing sorbent by means of engine waste heat, process heat or thermal energy from solar collectors.
Adsorptionskälteanlagen bestehen im Wesentlichen aus drei Komponenten: einem Kondensator, einem Verdampfer und einem Adsorptionswärmeübertrager beziehungsweise Adsorptionswärmetauscher. Aus der
Ein Adsorptionswärmeaustauschmodul ist auch aus der
Aus der
In der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, auf platzsparende Weise eine preiswert und einfach zur Verfügung zu stellende Adsorptionswärmeübertragung zu ermöglichen, welche gleichzeitig hinsichtlich Stoff- und Wärmetransport gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist.It is the object of the present invention to enable, in a space-saving manner, adsorption heat transfer which is inexpensive and easy to provide and which at the same time is improved in relation to the prior art in terms of mass and heat transfer.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen zusammengefasst.The object is achieved according to the invention with the features of the independent patent claims. Advantageous embodiments of the invention are summarized in the dependent claims.
Das Adsorptionswärmeübertragermodul mit einem Vorlaufverteilrohr einem beabstandet zum Vorlaufverteilrohr angeordneten Rücklaufverteilrohr einer Mehrzahl von voneinander beabstandet angeordneten Rohrelementen, wobei jedes Rohrelement zwischen dem Vorlaufverteilrohr und dem Rücklaufverteilrohr angeordnet ist und einen Vorlaufbereich, der mit dem Vorlaufverteilrohr fluidmäßig verbindbar oder verbunden ist und einen Rücklaufbereich, der mit dem Rücklaufverteilrohr fluidmäßig verbindbar oder verbunden ist, aufweist, zeichnet sich aus durch zumindest eine zwischen zumindest zwei benachbarten Rohrelementen angeordnete Lamellenprofilkomponente, mittels der ein in Form einer Schüttung vorliegendes Sorbens aufnehmbar oder aufgenommen ist.The adsorption heat exchanger module with a flow distribution pipe, a return flow distribution pipe arranged at a distance from the flow distribution pipe, a plurality of pipe elements arranged at a distance from one another, each pipe element being arranged between the flow distribution pipe and the return flow distribution pipe, and a flow area which can be or is connected to the flow distribution pipe in terms of fluidity, and a return area which is connected to the is characterized by at least one lamellar profile component arranged between at least two adjacent pipe elements, by means of which a sorbent present in the form of a bed can be or is received.
Das erfindungsgemäße Adsorptionswärmeübertragermodul umfasst mithin eine Mehrzahl von voneinander beabstandet angeordneten Rohrelementen, beispielsweise aus einem Aluminium-Kupfer- oder Edelstahlmaterial, welche von einem Sekundärfluid durchströmbar sind. Vorzugsweise ist eine Mehrzahl von Reihen von parallel angeordneten Flachrohrelementen vorgesehen. Zwischen benachbarten Rohrelementen sind Lamellenprofilkomponenten, beispielsweise aus Aluminium-, Kupfer- oder Edelstahlmaterial angeordnet. Für ein gegebenes Paar von benachbarten Rohrelementen weist dabei eine zwischen ihnen angeordnete Lamellenprofilkomponente einen Bereich auf, der im mechanischen und Wärmekontakt mit einem ersten Rohrelement des Paares steht, einen zweiten Bereich, der in mechanischem und Wärmekontakt mit dem zweiten Rohrelement des Paares steht sowie einen dritten Bereich, der in mechanischem und Wärmekontakt mit einem zwischen den beiden Rohrelementen angeordneten Sorbens steht. Das Sorbens liegt erfindungsgemäß in Form einer Schüttung, beispielsweise eines Pellets oder eines Granulats, insbesondere aus einem Zeolith oder Silicagel vor. Zwischen Paaren von Rohrelementen können mit Hilfe der zwischen ihnen angeordneten Lamellenprofilkomponenten große Mengen an Sorbens untergebracht werden, wobei die Lamellenprofilkomponenten gleichzeitig die Wärmeleitung zwischen dem Sorbens und den Rohrelementen sowie die mechanische Stabilität der Anordnung der Rohrelemente erhöht. Ferner wird durch die Lamellenprofilkomponente das zwischen den Rohrelementen untergebrachte Sorbens daran gehindert, sich zu verschieben. Mittels geeigneter Leitungen kann das Sorbens mit Kältemittel, beispielsweise Wasser oder R134a beaufschlagt werden, das über weitere Leitungen auch wieder abgeführt werden kann.The adsorption heat exchanger module according to the invention therefore comprises a plurality of tubular elements which are arranged at a distance from one another and are made, for example, of an aluminum, copper or stainless steel material and through which a secondary fluid can flow. A plurality of rows of flat tube elements arranged in parallel are preferably provided. Lamella profile components, for example made of aluminum, copper or stainless steel material, are arranged between adjacent tube elements. For a given pair of adjacent tubular members, a fin profile component disposed between them has a portion in mechanical and thermal contact with a first tubular member of the pair, a second portion in mechanical and thermal contact with the second tubular member of the pair, and a third Area in mechanical and thermal contact with a sorbent placed between the two tubular elements. According to the invention, the sorbent is in the form of a bed, for example a pellet or a granulate, in particular made of a zeolite or silica gel. Large amounts of sorbent can be accommodated between pairs of tubular elements with the aid of the lamellar profile components arranged between them, the lamellar profile components simultaneously increasing the heat conduction between the sorbent and the tubular elements and the mechanical stability of the arrangement of the tubular elements. Furthermore, the sorbent accommodated between the tubular elements is prevented from shifting by the lamellar profile component. By means of suitable lines, the sorbent can be charged with refrigerant, for example water or R134a, which can also be discharged again via other lines.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest ein Rohrelement als Flachrohrelement ausgebildet ist, womit eine einfache und kostengünstige Fertigung erreicht werden kann.A further embodiment of the invention is characterized in that at least one tube element is designed as a flat tube element, which means that simple and cost-effective production can be achieved.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass Vorlaufverteilrohr und/oder das Rücklaufverteilrohr als entlang seiner Längserstreckung zweigeteiltes Rohr, mit einem ersten und einem zweiten Teilrohr ausgebildet ist, sodass eine einfache Montage und Befestigung der Rohrelemente in den Verteilrohren möglich ist.A further embodiment of the invention is characterized in that the flow distribution pipe and/or the return flow distribution pipe is designed as a pipe divided in two along its length, with a first and a second partial pipe, so that the pipe elements can be easily assembled and fastened in the distribution pipes.
Erfindungsgemäß ist das Vorlaufverteilrohr und/oder das Rücklaufverteilrohr als Rundrohr ausgebildet.According to the invention, the flow distribution pipe and/or the return flow distribution pipe is designed as a round pipe.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest ein Rohrelement einen Vorlaufendbereich aufweist, der eine vom Innenbereich des Vorlaufverteilrohrs aus gesehen, konkave Abrundung hat und/oder einen Rücklaufendbereich aufweist, der eine vom Innenbereich des Rücklaufverteilrohrs aus gesehen konkave Abrundung hat, womit der Strömungswiderstand innerhalb der Verteilrohre reduziert werden kann.The invention is characterized in that at least one pipe element has a flow end area which, viewed from the inside of the flow distribution pipe, has a concave rounding and/or has a return end area that, viewed from the inside of the return flow distribution pipe, has a concave rounding, with which the flow resistance within of the distribution pipes can be reduced.
Zweckmäßigerweise ist das Vorlaufverteilrohr und/oder das Rücklaufverteilrohr als Rechteckrohr ausgebildet.The flow distribution pipe and/or the return flow distribution pipe is expediently designed as a rectangular pipe.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest eine der Lamellenprofilkomponenten eine rechteckförmige Kontur aufweist, womit eine konstruktiv einfache Lösung gefunden ist, die auch den Einsatz von Sorbens mit einer relativ großen Korngröße ermöglicht.A further embodiment of the invention is characterized in that at least one of the lamellar profile components has a rectangular contour, with which a structurally simple solution has been found which also enables the use of sorbent with a relatively large grain size.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest eine Lamellenprofilkomponente dreieckförmige Kontur aufweist, wobei ein relativ kleinkörniges Sorbens vorgesehen ist.A further embodiment of the invention is characterized in that at least one lamellar profile component has a triangular contour, with a relatively small-grained sorbent being provided.
Die erfindungsgemäße Adsorptionswärmeübertrageranordnung umfasst eine Vakuumhülle wobei vorgesehen ist, dass die Vakuumhülle zumindest Teilbereiche zumindest eines Adsorptionswärmeübertragermoduls nach einem der vorhergehenden Ansprüche umschließt, so dass eine Wärmeisolierung gegenüber der Umgebung gewährleistet ist.The adsorption heat exchanger arrangement according to the invention comprises a vacuum shell, it being provided that the vacuum shell encloses at least partial areas of at least one adsorption heat exchanger module according to one of the preceding claims, so that thermal insulation from the environment is ensured.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest zwei übereinander gestapelt angeordnete Adsorptionsträgermodule von der Vakuumhülle umschlossen sind, womit auf einfache Weise die Wärmetauschkapazität der Adsorptionswärmeübertrageranordnung erhöht werden kann.A further embodiment of the invention is characterized in that at least two adsorption carrier modules arranged stacked on top of one another are enclosed by the vacuum envelope, with which the heat exchange capacity of the adsorption heat exchanger arrangement can be increased in a simple manner.
Zweckmäßigerweise umschließt die Vakuumhülle zumindest Teile eines Vorlaufverteilrohrs, eines Rücklaufverteilrohrs und/oder eines Rohrelements des Adsorptionsträgermoduls.The vacuum envelope expediently encloses at least parts of a flow distribution pipe, a return flow distribution pipe and/or a pipe element of the adsorption support module.
Weitere Aspekte, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezug auf die Zeichnungen zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder dargestellte Merkmale bilden für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination die Erfindung, ggf. auch unabhängig von den Ansprüchen und können insbesondere auch Gegenstand einer oder mehrerer separater Erfindungen sein. Gleiche oder analoge Komponenten oder Merkmale können in den Zeichnungen auch mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.Further aspects, features and advantages of the invention result from the following description, in which at least one exemplary embodiment is described in detail with reference to the drawings. Described and/or illustrated features form the invention on their own or in any meaningful combination, possibly also independently of the claims and can in particular also be the subject of one or more separate inventions. Identical or analogous components or features can also be provided with the same reference symbols in the drawings.
Es zeigen in schematischer Darstellung
-
1 eine Prinzipdarstellung eines Adsorptionszyklus einer Adsorptionskälteanlage, -
2 eine Prinzipdarstellung eines Desorptionszyklus einer Adsorptionskälteanlage, -
3 eine zwischen zwei Flachrohren angeordnete Lamellenprofilkomponente mit Rechteckkontur, -
4 eine zwischen zwei Flachrohren angeordnete Lamellenprofilkomponente mit Dreieckkontur, -
5 ein Adsorptionswärmeübertragermodul mit einer Mehrzahl von Flachrohrelementen, -
6 einen Schnitt der5 entlang der Schnittebene S-S' mit einem als Rundrohr ausgebildeten Rücklaufverteilrohr, -
7 eine Darstellung entsprechend6 mit einem als Rechteckrohr ausgebildeten Rücklaufverteilrohr, -
8 eine Darstellung entsprechend7 mit einem zweigeteilten Rücklaufverteilrohr, -
9 ein Adsorptionswärmeübertragermodul mit einer Vakuumhülle.
-
1 a schematic diagram of an adsorption cycle of an adsorption chiller, -
2 a schematic diagram of a desorption cycle of an adsorption chiller, -
3 a lamellar profile component with a rectangular contour arranged between two flat tubes, -
4 a lamella profile component with a triangular contour arranged between two flat tubes, -
5 an adsorption heat exchanger module with a plurality of flat tube elements, -
6 a cut of5 along the section plane SS' with a return distribution pipe designed as a round pipe, -
7 a representation accordingly6 with a return distribution pipe designed as a rectangular pipe, -
8th a representation accordingly7 with a two-part return distribution pipe, -
9 an adsorption heat exchanger module with a vacuum envelope.
Das Herausfallen des Sorbens 4 aus dem Bereich zwischen den Flachrohren 1, 1' wird durch ein in den Figuren nicht dargestelltes Stahlnetz oder eine Lochplatte verhindert, die teilweise oder vollständig den Bereich der Adsorptionswärmeübertragerkomponente umschließt, in welchem das Sorbens 4 untergebracht ist.The falling out of the
BezugszeichenlisteReference List
- 1a1a
- Kondensatorcapacitor
- 1b1b
- Adsorptionswärmeübertrageradsorption heat exchanger
- 1c1c
- VerdampferEvaporator
- 1d'1d'
- Klappeflap
- 1d''1d''
- Klappeflap
- 1e1e
- Wärmestromheat flow
- 1f1f
- Kältemittelrefrigerant
- 1g1g
- Kältemittelrefrigerant
- 1h1 hour
- Wärmestromheat flow
- 1i1i
- Wärmestromheat flow
- 1j1y
- Wärmestromheat flow
- 11
- Flachrohrflat tube
- 1'1'
- Flachrohrflat tube
- 1v1v
- Vorlaufbereichlead area
- 1v'1v'
- Vorlaufbereichlead area
- 1r1r
- Rücklaufbereichreturn area
- 1r'1r'
- Rücklaufbereichreturn area
- 2a2a
- Lamellenprofilkomponenteslat profile component
- 2b2 B
- Lamellenprofilkomponenteslat profile component
- 33
- Sekundärfluidsecondary fluid
- 44
- Sorbenssorbent
- 5, 5'5, 5'
- Verteilrohrdistribution pipe
- 5a5a
- Teilrohrpartial pipe
- 5b5b
- Teilrohrpartial pipe
- 5c5c
- Verbindungselementfastener
- 5d5d
- Verbindungselementfastener
- 66
- Anschlussöffnungport opening
- 7a, 7b7a, 7b
- Rücklaufendbereichreturn end area
- 1010
- Verbindungsstelleconnection point
- 11,11'11,11'
- Distanzhalterelementspacer element
- 1515
- Adsorptionswärmeübertragerkomponenteadsorption heat exchanger component
- 2020
- Adsorptionswärmeübertragermoduladsorption heat exchanger module
- 2121
- Vakuumhüllevacuum envelope
- 21a21a
- Stirnseitenflächeend face
- 21b21b
- Seitenflächeside face
- 21c21c
- Deckflächetop surface
- 2222
- Kältemittelöffnungrefrigerant port
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