DE102022000363A1

DE102022000363A1 - Multi-chamber sorption module for large temperature spread and operating method of the same

Info

Publication number: DE102022000363A1
Application number: DE102022000363.5A
Authority: DE
Inventors: gleich Anmelder Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-01-31
Filing date: 2022-01-31
Publication date: 2023-08-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Mehrkammer-Sorptionsmodul zur Erreichung einer größeren Temperaturspreizung und ein Betriebsverfahren zu dessen vorteilhafter Nutzung in einer sorptiven Wärmetransformationseinrichtung. Der Vorschlag kombiniert die Vorteile einer hohen Leistungsdichte, geringer Materialkosten und einer einfachen Herstellbarkeit mit hohem Automatisierungspotenzial bei größeren Stückzahlen. Das Sorptionsmodul ist nach Anspruch 1 dadurch charakterisiert, dass dieses aus mindestens zwei axial mechanisch und fluidisch verbundenen Teilmodulen mit jeweils gasdicht voneinander getrennten Arbeitsmittelräumen aufgebaut ist. Das vorgeschlagene Betriebsverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenwechselzonen und die Sorptionszonen der Teilmodule im Gegenstromverfahren durchströmt werden.The invention relates to a multi-chamber sorption module for achieving a greater temperature spread and an operating method for its advantageous use in a sorptive heat transformation device. The proposal combines the advantages of high power density, low material costs and ease of manufacture with high automation potential for larger quantities. According to claim 1, the sorption module is characterized in that it is made up of at least two axially mechanically and fluidically connected sub-modules, each with working medium chambers that are separate from one another in a gas-tight manner. The proposed operating method is characterized in that the phase change zones and the sorption zones of the sub-modules are flown through in a countercurrent process.

Description

Technische Beschreibungtechnical description

Hintergrund und technisches Gebiet:Background and technical field:

Die allgemeine Ressourcen- und Weltklimaproblematik erfordert u. a. einen effizienteren Umgang mit chemischen, insbesondere fossilen Energieträgern. Da ein Großteil dieser festen, flüssigen und gasförmigen Energieträger heute noch für die thermische Gebäudekonditionierung, also für Heiz- und Klimatisierungszwecke verbraucht wird, besteht dort der größte Handlungsbedarf.The general resource and world climate problem requires u. more efficient use of chemical, especially fossil fuels. Since the majority of these solid, liquid and gaseous energy carriers are still used today for thermal building conditioning, i.e. for heating and air conditioning purposes, there is the greatest need for action there.

Die Effizienz von Heizsystemen wurde bereits durch den Übergang von Heizwertkesseln zu Brennwertkesseln verbessert. Eine weitere Effizienzsteigerung versprechen Wärmetransformationseinrichtungen, insbesondere Wärmepumpen, die alternativ oder zusätzlich einen Exergieanteil des eingesetzten Energieträgers nutzen. Damit lassen sich sonst nicht direkt nutzbare niederwertige, aber erneuerbare Wärmequellen, wie insbesondere Umwelt- oder Solarwärme für Heizzwecke aufwerten und dadurch nutzbar machen.The efficiency of heating systems has already been improved by the transition from condensing boilers to condensing boilers. A further increase in efficiency is promised by heat transformation devices, in particular heat pumps, which alternatively or additionally use an exergy component of the energy carrier used. This means that low-quality, renewable heat sources that cannot otherwise be used directly, such as environmental or solar heat in particular, can be upgraded for heating purposes and thus made usable.

Neben der indirekten Exergienutzung über den von Kraftwerken erzeugten Strom, der zum Antrieb von Elektrowärmepumpen benötigt wird, wird auch die direkte, dezentrale Exergienutzung durch thermisch angetriebene Wärmepumpen immer interessanter. Zudem tragen diese Systeme dazu bei, die elektrischen Stromnetze an sonnen- und windarmen Wintertagen zu entlasten. Durch den notwendigen Brenner enthalten diese thermisch angetriebenen Systeme bereits ein erprobtes Backup-System für sehr kalte Außentemperaturen, so dass diese Systeme auch an extrem kalten Wintertagen nie schlechter sein können als ein Brennwertsystem. Daher sind die thermisch angetriebenen Wärmepumpen besonders in Bestandsgebäuden gegenüber elektrisch angetriebenen Wärmepumpen klar im Vorteil und könnten dadurch einen großen Beitrag zur sogenannten „Wärmewende“ liefern.In addition to the indirect use of exergy via the electricity generated by power plants, which is required to drive electric heat pumps, the direct, decentralized use of exergy through thermally driven heat pumps is also becoming increasingly interesting. In addition, these systems help to relieve the electrical power grids on winter days with little sun and wind. Due to the necessary burner, these thermally driven systems already contain a proven backup system for very cold outside temperatures, so that these systems can never be worse than a condensing system even on extremely cold winter days. Thermally driven heat pumps therefore have a clear advantage over electrically driven heat pumps, especially in existing buildings, and could therefore make a major contribution to the so-called "heat transition".

Da thermisch angetriebene Wärmepumpen den Exergieinhalt eines Wärmestroms von einer auf höherem Temperaturniveau liegenden Wärmequelle zu einer auf niedrigerem Temperaturniveau liegenden Wärmesenke nutzen, können sie bei Bedarf auch für Kühlungszwecke und zur Aufwertung von nutzloser Mitteltemperaturwärme verwendet werden, indem Wärme ohne den hohen Strombedarf für den Betrieb eines Kompressors einem dritten Wärmereservoir entzogen und auf einem höheren Temperaturniveau wieder abgegeben wird. Man spricht hier allgemein von Wärmetransformation. Bei Sorptionswärmepumpen unterscheidet man zwischen Absorptionswärmepumpen, die mit einem flüssigen Lösungsmittel arbeiten und Adsorptionswärmepumpen, die mit einem festen Adsorbens arbeiten. Das Arbeitsprinzip von Absorptionswärmepumpen ist z. B. beschrieben unter:

https://heizung.de/waermepumpe/wissen/die-absorptionswaermepumpe-heizt-mit-gas/Stand der Technik

Since thermally driven heat pumps use the exergy content of a heat flow from a higher temperature heat source to a lower temperature heat sink, they can also be used for cooling purposes when needed and to valorize useless medium temperature heat by extracting heat without the high power requirements to operate a Compressor is withdrawn from a third heat reservoir and released again at a higher temperature level. This is generally referred to as heat transformation. With sorption heat pumps, a distinction is made between absorption heat pumps, which work with a liquid solvent, and adsorption heat pumps, which work with a solid adsorbent. The working principle of absorption heat pumps is z. B. described under:

Neuerdings kommen jedoch die diskontinuierlich arbeitenden Adsorptionswärmepumpen stärker in den Fokus, da sie ganz ohne bewegte Verschleißteile, wie zum Beispiel eine Lösungspumpe auskommen. Sie sind an vielerlei Stellen beschrieben, beispielsweise unter:

US 4 408 468
WO002018174235A1 ,
CH000000690197A ,

Recently, however, the focus has been on discontinuously working adsorption heat pumps, as they do not require any moving parts that are subject to wear, such as a solution pump. They are described in many places, for example at:

U.S. 4,408,468
WO002018174235A1 ,
CH000000690197A ,

Derartige klassische Adsorptionswärmepumpen basieren meist auf einer Mehrzahl sogenannter Sorptionsreaktoren, die zeitlich versetzt zwischen einem hohen und einem niedrigeren Temperaturniveau als sogenannter thermischer Verdichter thermisch zykliert werden. Sie besitzen analog zur Kompressionswärmepumpe weiterhin einen gemeinsamen Kondensator und einen gemeinsamen Verdampfer und ein dazwischen liegendes Drosselorgan.Such classic adsorption heat pumps are usually based on a number of so-called sorption reactors, which are thermally cycled at different times between a high and a lower temperature level as a so-called thermal compressor. Similar to the compression heat pump, they also have a common condenser and a common evaporator and a throttling element in between.

Diese klassischen Varianten besitzen aufgrund ihrer im Allgemeinen im Unterdruckbereich arbeitenden Betriebsweise den Nachteil, dass sie eine Mehrzahl großvolumiger und/oder druckverlustbehafteter Verbindungsleitungen benötigen, die aufgrund erforderlicher Verbindungselemente nur schwer gasdicht ausgeführt werden können. Durch die größere Zahl von Einzelkomponenten und benötigter Rückschlagklappen sind diese Systeme nicht absolut verschleißfrei und auch relativ komplex aufgebaut.Due to their mode of operation, which generally works in the vacuum range, these classic variants have the disadvantage that they require a number of large-volume and/or pressure-loss-prone connecting lines, which can only be made gas-tight with difficulty due to the necessary connecting elements. Due to the larger number of individual components and required non-return valves, these systems are not absolutely wear-free and are also relatively complex.

Zur Vermeidung dieser Nachteile wurde vorgeschlagen, diese Reaktoren zur Funktionsintegration mit jeweils eigenen Phasenwechsel-Strukturen auszustatten, die abwechselnd als Kondensator und Verdampfer fungieren, wie dies beispielsweise in WO 2010/112433 A2 oder in EP000002484993A2 beschrieben ist. Die Vielzahl und Form der das Arbeitsmittel einschließenden Hohlelemente weisen allerdings einige Nachteile auf, die vor allem die energetische Effizienz beeinträchtigen.In order to avoid these disadvantages, it was proposed to equip these reactors with their own phase change structures for functional integration, which act alternately as condenser and evaporator, as is the case, for example, in WO 2010/112433 A2 or in EP000002484993A2 is described. However, the large number and shape of the hollow elements enclosing the working medium have a number of disadvantages, which primarily impair the energy efficiency.

Eine Weiterentwicklung ist beispielsweise in DE102014225410A1 dargestellt, wobei die Phasenwechselstruktur mit den Behälterwänden eine Funktionseinheit bildet.A further development is, for example, in DE102014225410A1 shown, wherein the phase change structure forms a functional unit with the container walls.

Die darauf aufbauenden Ausführungsformen lösen zwar einige Probleme, besitzen jedoch noch verschiedene Nachteile.Although the embodiments based thereon solve some problems, they still have various disadvantages.

Nachteile des Standes der Technik:Disadvantages of the prior art:

Einer der größten Nachteile liegt darin, dass die Kondensation und die Verdampfung des Arbeitsmittels bei örtlich einheitlicher Temperatur stattfindet und nicht den Temperaturgängen des jeweils aufzuheizenden bzw. abzukühlenden Wärmeträgermediums angepasst ist. Dies führt zu folgenden Zielkonflikten: Entweder muss die treibende Temperaturdifferenz zwischen Phasenwechseltemperatur und Fluidtemperatur am Eintritt sehr groß sein, was zu hohen exergetischen Verlusten führt, oder die treibende Temperaturdifferenz wird am Fluideintritt sehr klein, was zu geringen Leistungsdichten führt. Diese schädlichen Effekte könnten nur durch einen großen durchgesetzten Fluidmassenstrom mit entsprechend hohen Pumpleitungen verringert werden, was ebenfalls zu vermeiden ist.One of the biggest disadvantages is that the condensation and evaporation of the working medium takes place at a locally uniform temperature and is not adapted to the temperature changes of the heat transfer medium to be heated or cooled. This leads to the following conflicting goals: either the driving temperature difference between the phase change temperature and the fluid temperature at the inlet must be very large, which leads to high exergetic losses, or the driving temperature difference at the fluid inlet is very small, which leads to low power densities. These harmful effects could only be reduced by a large fluid mass flow with correspondingly high pump lines, which is also to be avoided.

Problem- und Aufgabenstellung:Problem and task:

Die Aufgabenstellung liegt darin, ein neues Modulkonzept zu entwerfen, mit dem eine der Aufheizung bzw. Abkühlung des Wärmeträgerfluids angepasste, örtlich gestufte Phasenwechseltemperatur in der Weise realisierbar ist, dass die treibenden Temperaturdifferenzen über den gesamten Durchströmungsweg hinweg näherungsweise konstant bleiben und gleichzeitig nur vernachlässigbar kleine zusätzliche Strömungsdruckverluste längs der Durchströmungspfade durch beide thermoaktiven Zonen des Sorptionsmoduls verursacht.The task is to design a new module concept with which a locally graded phase change temperature adapted to the heating or cooling of the heat transfer fluid can be implemented in such a way that the driving temperature differences remain approximately constant over the entire flow path and at the same time only negligibly small additional ones Flow pressure losses along the flow paths caused by both thermoactive zones of the sorption module.

Lösung:Solution:

Vorschlagsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass das Sorptionsmodul dem Anspruch 1 entsprechend in Richtung der Fluiddurchströmung in mehrere axiale Segmente unterteilt wird, denen jeweils eine eigene, von den Nachbarkammern getrennte Arbeitsmittelkammer zugeordnet ist. Ideal lässt sich dies mit den in DE 10 2018 010 009 A1 vorgeschlagenen axialen Modulsegmentierungsmaßnahmen kombinieren.According to the proposal, this is achieved in that the sorption module is divided according to claim 1 in the direction of fluid flow into a plurality of axial segments, each of which is assigned its own working medium chamber, which is separate from the neighboring chambers. This can be ideally done with the in DE 10 2018 010 009 A1 combine proposed axial module segmentation measures.

Figurenlistecharacter list

1 : Comparison of the temperature curves of a 3-chamber module with a 1-chamber module for the condensation example
2 : First embodiment of a 2-chamber sorption module
3 : Exemplary embodiment of the mechanical and fluid connection interface of two sub-modules
4 : Alternative embodiments of the inner shell segments 3i
5 : Embodiment of a 3-chamber sorption module
6 : Multi-chamber sorption module with countercurrent flow in the sorption zones and phase change zones.
7 : Idealized cycle processes of the various sub-modules of a 3-chamber sorption module

In 1 ist der Unterschied zwischen einem 1-Kammer-Modul-Konzept und einem 3-Kammer-Modulkonzept im Falle der Kondensation visualisiert. Dabei ist auf der y-Achse die Temperatur und längs der x-Achse der Strömungspfad des durchströmenden Wärmeträger-Fluids vom FluidEintritt zum Fluid-Austritt dargestellt.In 1 the difference between a 1-chamber module concept and a 3-chamber module concept in the case of condensation is visualized. The temperature is shown on the y-axis and the flow path of the heat transfer fluid flowing through from the fluid inlet to the fluid outlet is shown along the x-axis.

Beim 1-Kammer-Modul liegt eine über den gesamten Strömungspfad konstante Kondensationstemperatur T_sat vor. Das Wärmeträger-Fluid tritt links mit der etwas kühleren Temperatur T_ein in die Phasenwechselzone des 1-Kammer-Moduls zur Aufnahme von Kondensationswärme ein. Seine Temperatur T_Fluid nähert sich über den Strömungspfad hinweg immer mehr der Kondensationstemperatur an und tritt mit der Austrittstemperatur T_aus aus der Phasenwechselzone aus. Dabei entsteht ein relativ großer Wärmeübertragungsbereich mit geringer spezifischer Leistung aufgrund der sehr klein werdenden treibenden Temperaturdifferenz. Da die übertragene Leistung proportional zum Produkt aus der Temperaturspreizung T_aus - T_ein und dem Massenstrom des Wärmeträgerfluids ist, erfordert eine große Übertragungsleistung also entweder eine große Temperaturspreizung mit den oben genannten Nachteilen oder einen großen Massenstrom mit einer damit verbundenen großen Pumpleistung. Beides ist also nachteilig.In the 1-chamber module, the condensation temperature T _sat is constant over the entire flow path. The heat transfer fluid _enters the phase change zone of the 1-chamber module on the left with the slightly cooler temperature T in to absorb condensation heat. Its temperature T _fluid gradually approaches the condensation temperature along the flow path and exits the phase change zone at the outlet temperature T _out . This results in a relatively large heat transfer area with low specific power due to the very small driving temperature difference. Since the power transmitted is proportional to the product of the temperature spread T _out - T _in and the mass flow of the heat transfer fluid, a large transmission power requires either a large temperature spread with the disadvantages mentioned above or a large mass flow with the associated large pumping capacity. So both are disadvantageous.

Beim 3-Kammer-Modul stellen sich die Kondensationstemperaturen bei gleicher Adsorptionsleistung automatisch auf stufenartig ansteigende Temperaturniveaus T_sat(M1), T_sat(M2) und T_sat(M3) so ein, dass sich bei jedem Teilmodul sowohl etwa die gleiche treibende Temperaturdifferenz als auch die gleiche Fluidaufwärmung ergibt. Die Darstellung zeigt, dass damit eine wesentlich größere Temperaturspreizung T_aus - T_ein erreicht werden kann und an den einzelnen Teilmodulen die treibenden Temperaturdifferenzen wesentlich gleichmäßiger verteilt sind. Bei gleichem Massenstrom des Wärmeträgerfluids kann also eine wesentlich größere Leistung übertragen werden.In the 3-chamber module, the condensation temperatures are automatically adjusted to gradually increasing temperature levels T _sat (M1), T _sat (M2) and T _sat (M3) with the same adsorption performance, so that each sub-module has approximately the same driving temperature difference as well as the same fluid heating. The illustration shows that a significantly larger temperature spread T _out - T _in can be achieved and that the driving temperature differences are distributed significantly more evenly on the individual sub-modules. With the same mass flow of the heat transfer fluid, a significantly greater power can be transmitted.

Das vorliegend vorgeschlagene Mehrkammer-Sorptionsmodul ist durch folgende neue Merkmale gekennzeichnet, die in erfinderischer Differenzierung und Kombination mit bekannten Merkmalen zu mehreren weiteren Vorteilen führen.The presently proposed multi-chamber sorption module is characterized by the following new features, which differ in inventive ways Decoration and combination with known features lead to several further advantages.

Bei der nachfolgenden Beschreibung werden zum besseren Verständnis weitgehend die identischen Bezugszeichen und Bezeichnungen wie in der DE 10 2018 010 009 A1 verwendet, auf der das neu vorgeschlagene Konzept aufbaut:

Mehrkammer-Sorptionsmoduls ist entsprechend 2 in zwei axial miteinander verbundene und seriell mit einem Wärmeträger-Fluid durchströmbare Teilmodule M1 und M2 aufgebaut, wobei jedes Teilmodul einen eigenen Arbeitsmittelraum besitzt, der jeweils in Teilräume 12i sowie 13i aufgeteilt ist, in denen die Sorptions- und Phasenwechselprozesse stattfinden. Diese Teilräume werden zusammen mit den beinhalteten thermoaktiven Strukturen auch mit Sorptionszone und Phasenwechselzone bezeichnet. Der Parameter i ist dabei ein Laufparameter, der die Nummer des Teilmoduls bezeichnet.

In the following description, for a better understanding, the reference numbers and designations are largely identical to those in FIG DE 10 2018 010 009 A1 used, on which the newly proposed concept is based:

Multi-chamber sorption module is appropriate 2 in two axially interconnected sub-modules M1 and M2 through which a heat transfer fluid can flow in series, each sub-module having its own working medium space, which is divided into sub-spaces 12i and 13i, in which the sorption and phase change processes take place. These subspaces are also referred to as sorption zones and phase change zones together with the thermoactive structures they contain. The parameter i is a run parameter that designates the number of the submodule.

Jedes Teilmodul M1 und M2 ist entsprechend der 10 der DE 10 2018 010 009 A1 ebenfalls aus zwei Baugruppen 1i und 10i aufgebaut.Each sub-module M1 and M2 is according to the 10 the DE 10 2018 010 009 A1 also made up of two assemblies 1i and 10i.

Neues differenzierendes Merkmal dabei ist, dass auch die Baugruppe der sogenannten Eine erfindungsgemäße erste Ausführung eines hiermit neu vorgeschlagenen Sorptionszonen 10 in vorliegend zwei axial getrennte Teilbaugruppen 10i aufgeteilt ist.A new differentiating feature here is that the assembly of the so-called A first embodiment according to the invention of a sorption zone 10 newly proposed here is also divided into two axially separate subassemblies 10i in the present case.

Die innere Baugruppe 10 ist in bevorzugter Weise als adsorptiver Wärme- und Stoffübertrager ausgeführt, wie er in EP 3 708 926 A1 beschrieben, hier jedoch nicht näher dargestellt ist. Die zwischen den dargestellten innenberippten Flachrohren 15 angeordneten Adsorberstrukturen werden in diesem Fall durch Pakete alternierend mit Wärmeleitblechen verklebter Adsorptionsformköper gebildet, die mit den innenberippten Flachrohren wärmeleitend verbunden sind.The inner assembly 10 is preferably designed as an adsorptive heat and mass transfer device, as is shown in EP 3 708 926 A1 described, but not shown in detail here. In this case, the adsorber structures arranged between the illustrated internally finned flat tubes 15 are formed by packets of adsorption molded bodies which are bonded alternately to heat conducting sheets and which are thermally conductively connected to the internally finned flat tubes.

Weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, dass die beiden das Arbeitsmittel enthaltenden Kammern mit dem Laufparameter i = 1, 2,... von einem äußeren ringförmigen, durchgängig durchströmbaren Fluid-Durchströmungsraum 30 umschlossen sind.A further feature of the present invention is that the two chambers containing the working medium with the running parameter i=1, 2, .

Die Arbeitsmittel-Teilräume 12i werden jeweils durch eigene Rohre 15 zur Beströmung mit einem zweiten Wärmeträgerfluid durchsetzt. Sie münden in der Querschnitts-Mittelebene in einen gemeinsamen axial von zwei Rohrböden 16 begrenzten Fluid-Durchströmungsraum 20 und ermöglichen dadurch die sequenzielle Durchströmung der Sorptionszonen 12i.The working medium partial spaces 12i are each penetrated by their own pipes 15 for the flow of a second heat transfer fluid. In the middle plane of the cross section, they open into a common fluid flow space 20 which is delimited axially by two tube sheets 16 and thereby enable sequential flow through the sorption zones 12i.

Dieser Verbindungsraum des Durchströmungsraumes 20 wird radial durch eine ringförmige Elastomerdichtung 50 begrenzt, um die beiden Fluid-Durchströmungsräume 20 und 30 fluidisch und thermisch voneinander zu isolieren.This connecting space of the flow space 20 is radially delimited by an annular elastomeric seal 50 in order to isolate the two fluid flow spaces 20 and 30 fluidically and thermally from one another.

Die axialen durch die Druckdifferenzen aufgebauten Kräfte zwischen den Teilmodulen M1 und M2 werden innenseitig durch mindestens zwei an den Rohrböden angebrachte Verbindungselemente-Paare 70 aufgenommen, die beim axialen Zusammenschieben und Zusammenpressen der ringförmigen Elastomerdichtung 50 diese unter der erforderlichen abdichtenden Pressspannung halten.The axial forces built up by the pressure differences between the sub-modules M1 and M2 are absorbed on the inside by at least two pairs of connecting elements 70 attached to the tube sheets, which keep the ring-shaped elastomer seal 50 under the required sealing compression stress when it is axially pushed together and compressed.

Eine bevorzugte Ausführung der mechanischen Verbindungskonstruktion ist in den Teilabbildungen 3a, 3b und 3c dargestellt. In der Art einer wiederlösbaren Bajonett-Verbindung ist dabei jedes Verbindungselemente-Paar 70 aus den Teilen 70a und 70b aufgebaut, die durch eine relative Verdrehung der Teilmodule zum Eingriff kommen und bei Bedarf auch wieder gelöst werden können.A preferred embodiment of the mechanical connection construction is in the partial figures 3a , 3b and 3c shown. In the manner of a releasable bayonet connection, each pair of connecting elements 70 is made up of the parts 70a and 70b, which engage through a relative rotation of the sub-modules and can also be released again if necessary.

In 3b ist ein Schnitt durch die beiden zu verbindenden Rohrböden 16 dargestellt. Dabei ist das Teilelement 70a als U-förmig gebogenes Teil dargestellt, das durch zwei Schlitze des Rohrbodens gesteckt und mit diesem form- und stoffschlüssig verbunden ist.In 3b a section through the two tube sheets 16 to be connected is shown. In this case, the sub-element 70a is shown as a U-shaped bent part, which is inserted through two slots in the tube sheet and connected to it in a form-fitting and material-locking manner.

Die in 3c dargestellte Seitenansicht des Teilelementes 70a zeigt eine vorgeschlagene Kontur der beiden Führungsnuten des U-förmig gebogenen Teils zur Aufnahme eines Bolzens 71, der entsprechend 3c Teil des Teilelementes 70b ist. Dieses ist seinerseits mechanisch form- und stoffschlüssig mit dem zu verbindenden anderen Rohrboden 16 verbunden. Eine Relativverdrehung der beiden Teilmodule M1 und M2 gelingt dann, wenn auch die in 2 gezeigte Verbindungsstelle 61 der Außenschale 6 eine Relativverdrehung erlaubt. Das gelingt vorschlagsgemäß problemlos im noch nicht stoffschlüssig verbundenen Zustand der Verbindungsstelle 61 oder danach durch eine in Umfangsrichtung homogene und gleichzeitige Wiederaufschmelzung eines Weichlotes als Verbindungs- und Dichtmittel der Teilsegmente 6i der Außenschale 6, z. B. durch induktive Erwärmung. Außenseitig werden die deutlich geringeren axialen Druckkräfte von der Außenschale 6, der äußeren Gehäusebaugruppen 1i sowie deren Fügeverbindungen aufgenommen.In the 3c illustrated side view of the partial element 70a shows a proposed contour of the two guide grooves of the U-shaped bent part for receiving a bolt 71, the corresponding 3c Is part of the sub-element 70b. This in turn is mechanically connected to the other tube sheet 16 to be connected in a form-fitting and cohesive manner. A relative rotation of the two sub-modules M1 and M2 succeeds when the in 2 shown connection point 61 of the outer shell 6 allows a relative rotation. According to the proposal, this is possible without any problems when the connection point 61 is not yet firmly connected or thereafter by means of a circumferentially homogeneous and simultaneous remelting of a soft solder as a connecting and sealing means of the sub-segments 6i of the outer shell 6, e.g. B. by inductive heating. On the outside, the significantly lower axial compressive forces are absorbed by the outer shell 6, the outer housing assemblies 1i and their joints.

Eine weitere Ausführungsform einer axialen Verbindung benachbarter Rohrböden ist eine hier nicht näher ausgeführte Rastverbindung, die jedoch den Nachteil besitzt, dass sie wegen Unzugänglichkeit nicht mehr zerstörungsfrei lösbar ist, was aber auch nicht unbedingt erforderlich sein muss.A further embodiment of an axial connection of adjacent tube sheets is a latching connection, which is not explained in detail here, but which has the disadvantage that it can no longer be released non-destructively due to inaccessibility, although this is not absolutely necessary.

Da mit diesem neuen Kraft-Aufnahmekonzept die als Strahlungsschild verwendeten Raumbegrenzungsrohre 11i von jeglichen axialen Kräften befreit sind, kann es vorschlagsgemäß nur noch eine einseitige stoffschlüssige Anbindung aufweisen.Since the space delimitation tubes 11i used as a radiation shield are freed from any axial forces with this new force absorption concept, according to the proposal it can only have a one-sided integral connection.

Dadurch entsteht ein umlaufender Spalt, durch den Arbeitsmitteldampf hindurchtreten und zwischen den beiden Teilräumen 12i und 13i mit den beiden beinhalteten thermoaktiven Strukturen praktisch ohne Strömungsdruckverlust pendeln kann.This creates a circumferential gap through which the working medium vapor can pass and can commute between the two partial spaces 12i and 13i with the two thermoactive structures contained therein with practically no flow pressure loss.

Alternativ können die Raumbegrenzungsrohre 11i bei zweiseitiger Anbindung auch eine Dehnungssicke 111 aufweisen, um Dehnungsdifferenzen zwischen den Rohren 15 und den Raumbegrenzungsrohren 11i aufzunehmen um kritische thermomechanische Spannungen zu vermeiden.Alternatively, the space delimitation tubes 11i can also have an expansion bead 111 when connected on two sides, in order to absorb expansion differences between the tubes 15 and the space delimitation tubes 11i in order to avoid critical thermomechanical stresses.

An dem zum Durchströmungsspalt axial entgegengesetzten Ende des die Phasenwechselstruktur enthaltenen Teilraumes ist jeweils ein Rohrstutzen 80 mit einem nicht näher ausgeführten Füllanschluss und einem Abblasventil angeordnet, mit dem nach einem bekannten Verfahren des S. d. T. angesammelte nicht kondensierbare Fremdgase bei Bedarf abgeblasen werden können. Mindestens einer dieser Rohrstutzen muss dabei zwei Gehäusewandungen durchdringen, was mittels eines gestuften Rohrstutzens, wie dargestellt, technisch umsetzbar ist.At the end of the partial space containing the phase change structure that is axially opposite to the through-flow gap, a pipe socket 80 is arranged with a filling connection (not detailed) and a blow-off valve, with which, according to a known method of S. d. T. accumulated non-condensable foreign gases can be blown off if necessary. At least one of these pipe sockets must penetrate two housing walls, which can be technically implemented using a stepped pipe socket, as shown.

Die beiden Teilsegmente 3i der funktionalisierten Innenschale 3 weisen an den mittleren Enden einen Übergang zu einem kleineren Durchmesser auf, der die funktionalisierte Innenschale mit dem Strahlungsschild und dem Kragen des Rohrbodens so eng zusammenbringt, dass diese stoffschlüssig z. B. durch Löten miteinander verbindbar sind. Dieser rampenförmige Übergang dient gleichzeitig dazu, die Rundheit der Innenschalsegmente 3i zu stabilisieren, um die Gefahr des Einbeulens durch die nach innen gerichteten Differenzdruckkräfte auch bei anzustrebender geringer Wanddicke auf ein erforderliches Maß zu reduzieren.The two sub-segments 3i of the functionalized inner shell 3 have a transition to a smaller diameter at the middle ends, which brings the functionalized inner shell together with the radiation shield and the collar of the tube sheet so closely that they can be cohesively connected, e.g. B. are connected to each other by soldering. At the same time, this ramp-shaped transition serves to stabilize the roundness of the inner formwork segments 3i in order to reduce the risk of buckling due to the inwardly directed differential pressure forces to a required level, even if the wall thickness is to be small.

In 4 sind alternative Ausführungsmöglichkeiten zur Realisierung eines derartigen Durchmessersprungs der Innenschalsegmente 3i dargestellt.In 4 alternative design options for realizing such a jump in diameter of the inner formwork segments 3i are shown.

Die 4a zeigt die Basisvariante mit endumgeformten einstückigen Innenschalsegmenten 3i. Dabei wird das Rohr an dem zur Mittelebene gerichteten Ende durch eine rampenförmige Verkleinerung 31 des Durchmessers auf den Durchmesser des Strahlungsschildes verjüngt, um dieses stoffschlüssig verbinden zu können.The 4a shows the basic variant with end-formed one-piece inner formwork segments 3i. In this case, the tube is tapered at the end directed towards the central plane by a ramp-shaped reduction 31 in the diameter to the diameter of the radiation shield in order to be able to connect this materially.

Für den Fall, dass der erforderliche Übergang des Durchmessers auf den deutlich kleineren Durchmesser fertigungstechnisch schwierig ist, kann der Übergang auch wie in 4b und 4c dargestellt, durch ein stoffschlüssig zu verbindendes Übergangsteil 32 realisiert werden. Dies hat den Vorteil, dass dieses Übergangsteil sehr dünnwandig ausgeführt werden kann, um einen schädlichen Wärmestrom zwischen den Innenschalsegmenten 3i und den nicht eingezeichneten Rohrböden 16 zu minimieren.In the event that the necessary transition of the diameter to the significantly smaller diameter is difficult in terms of production technology, the transition can also be carried out as in 4b and 4c shown, can be realized by a transition part 32 to be connected in a materially bonded manner. This has the advantage that this transition part can be made very thin-walled in order to minimize a harmful flow of heat between the inner shell segments 3i and the tube sheets 16 (not shown).

Die 4c hat den besonderen Vorteil, dass die Verbindungsflächen kegelförmig ausgeführt sind und dadurch nur geringe Anforderungen an die Maßtoleranzen zur stoffschlüssigen Verbindung erfordern. Denn hierdurch kann der Fügespalt durch eine axiale Bewegung des Übergangsteils problemlos auf 0 gebracht werden.The 4c has the particular advantage that the connecting surfaces are conical and therefore require only low requirements on the dimensional tolerances for the material-to-material connection. As a result, the joint gap can be brought to 0 without any problems by means of an axial movement of the transition part.

Bei allen dargestellten Varianten sind auch die Segmente der Außenschale 6i zur getrennten Ausformung einer Ringkammer zur Fluidverteilung jeweils zweiteilig ausgeführt, wobei die Fügestellen unterschiedlich ausgestaltet sind. Besonders bevorzugt sind auch hier kegelförmige oder planparallel umgeformte Fügeflächen, da damit die Fügespalte durch axiale Vorspannung auf nahe 0 gebracht werden können.In all variants shown, the segments of the outer shell 6i are also designed in two parts for the separate formation of an annular chamber for fluid distribution, with the joints being configured differently. Here, too, conical or plane-parallel formed joining surfaces are particularly preferred, since the joining gaps can be brought to almost 0 by axial prestressing.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Mehrkammer-Sorptionsmoduls ist in 5 dargestellt. Diese beispielhafte Ausführungsform umfasst drei Teilmodule, die in Bezug auf eine strichpunktiert dargestellte Mittelachse im Wesentlichen aus konzentrischen Einzelbauteilen aufgebaut sind. Dabei ist zu beachten, dass unterhalb der Mittelachse eine andere beispielhafte Ausformung der Einzelteile dargestellt ist, als oberhalb der Achse.Another preferred embodiment of a multi-chamber sorption module is in 5 shown. This exemplary embodiment comprises three sub-modules, which are constructed essentially from concentric individual components with respect to a central axis shown in dot-dash lines. It should be noted that below the central axis a different exemplary shape of the individual parts is shown than above the axis.

Damit soll gezeigt werden, dass jedes der Teilmodule mit dem Laufparameter i für die Nummer des Teilmoduls bei geeigneter Lage und Ausführung der Schnittstellen aus formgleichen Einzelteilen aufgebaut sein kann.This is intended to show that each of the sub-modules with the running parameter i for the number of the sub-module can be made up of identically shaped individual parts if the interfaces are in a suitable position and design.

Deren Funktion und Ausführung wird nachfolgend von außen nach innen gehend erläutert:

Die Außenschale 6 besteht aus drei identischen einfachen Rohrsegmenten 6i, an die an beiden Enden ein rechtwinklig aufgetulpter Fügekragen angeformt ist. Diese Fügekragen dienen neben der Erzeugung von Fügeflächen auch der Stabilisierung der Rundheit der einzelnen Rohrsegmente, gegen den sich die nach innen angrenzenden Segmente 3i der Innenschale 3 vorzugsweise indirekt abstützen und damit auch deren Rundheit auch bei anzustrebender geringerer Wandstärke bei einem nach innen gerichteten Differenzdruck stabilisieren. Die endseitigen Rohrsegmente 6i der Außenschale 6 grenzen an je ein stoffschlüssig verbundenes Ringkammer-Segment 6A und 6E mit einer Ringsicke zur Verteilung eines über nicht dargestellte Stutzen ein- bzw. abströmenden Wärmeträgerfluids auf den gesamten Umfang des zusammen mit der Innenschale 3 gebildeten Ringraumes.

Their function and design is explained below from the outside in:

The outer shell 6 consists of three identical, simple tube segments 6i, to which a joining collar that is folded up at right angles is formed on both ends. In addition to creating joining surfaces, these joining collars also serve to stabilize the roundness of the individual pipe segments, against which the inwardly adjoining segments 3i of the inner shell 3 are preferably indirectly supported and thus also stabilize their roundness, even if the wall thickness is smaller, with an inward differential pressure. The End-side tube segments 6i of the outer shell 6 each border on a materially connected annular chamber segment 6A and 6E with an annular bead for distribution of a heat transfer fluid flowing in and out via sockets (not shown) over the entire circumference of the annular space formed together with the inner shell 3.

Die Innenschale 3 wird ebenfalls durch Ringsegmente 3i gebildet, die zur thermischen Funktionalisierung innenseitig mit einer Phasenwechselstruktur 4 und außenseitig mit einer Wellrippe 5 ausgestattet und thermisch gut leitend verbunden sind. Ein zwischen der Wellrippe und der Außenschale 6 gebildeter Restspalt kann durch eine thermisch isolierende Silikonschaummatte 6.1 ausgefüllt sein, über die sich die Innenschale auch bei anzustrebender geringer Wandstärke zur Verringerung von Beultendenzen durch einen nach innen gerichteten Differenzdruck zusätzlich abstützen kann. Die Ringsegmente 3i sind jeweils endseitig mit stoffschlüssig angebundenen Übergangsteilen 32 versehen, um die Durchmesserdifferenz zwischen der Innenschale und der innen angrenzenden, als Strahlungsschilde dienenden Raumbegrenzungsrohre 11i zu überbrücken und auch die dazwischen liegenden Arbeitsmittel-Teilräume 13i axial zu verschließen. Auch die Segmente 3i der Innenschale sind als Gleichteile mit endseitigen vorzugsweise konischen Umformungen versehen, um spaltfreie Verbindungsflächen zu den Übergangsstücken und den Anfangs- bzw. Endstücken 3A bzw. 3E zu schaffen.The inner shell 3 is also formed by ring segments 3i, which are equipped on the inside with a phase change structure 4 and on the outside with a corrugated rib 5 for thermal functionalization and are connected with good thermal conductivity. A residual gap formed between the corrugated rib and the outer shell 6 can be filled with a thermally insulating silicone foam mat 6.1, which can be used to additionally support the inner shell, even if the wall thickness is low, to reduce buckling tendencies due to an inward differential pressure. The ring segments 3i are each provided with materially bonded transition parts 32 at the ends in order to bridge the diameter difference between the inner shell and the internally adjoining space delimitation tubes 11i serving as radiation shields and also to axially close the working medium subspaces 13i in between. The segments 3i of the inner shell are also provided as identical parts with end-side preferably conical deformations in order to create gap-free connection surfaces to the transition pieces and the start and end pieces 3A and 3E.

Die Arbeitsmittel-Teilräume 13i aller Teilmodule M1, M2 und M3 weisen analog zur Ausführung nach 2 Rohrstutzen 80 auf, die mit hier nicht dargestellten Befüllanschlüssen und Abblasventilen ausgestattet sind, um unerwünschte nicht kondensierbare Gase bei Bedarf nach dem S. d. T. abblasen zu können.The working medium sub-spaces 13i of all sub-modules M1, M2 and M3 show analogous to the execution 2 Pipe sockets 80, which are equipped with filling connections and blow-off valves, not shown here, in order to remove unwanted non-condensable gases if necessary after the S. d. T. to be able to call off.

Die oberhalb und unterhalb der Mittelachse dargestellten unterschiedlichen Ausführungsformungen der Übergangsteile 32 sind aber alle an den innen liegenden Enden jeweils mit den als Strahlungsschilden fungierenden Raumbegrenzungsrohren 11i stoffschlüssig verbunden. Zur Erzeugung einer umlaufenden Verbindungsöffnung 14i können diese Raumbegrenzungsrohre wie dargestellt zweiteilig ausgeformt sein oder sie besitzen eine oder mehrere Verbindungsöffnung/en 14i für einen Arbeitsmittelaustausch zwischen den jeweiligen Arbeitsmittel-Teilräumen 12i und 13i. Die Raumbegrenzungsrohre 11i sind endseitig stoffschlüssig mit dem Kragen jeweils eines Rohrbodens 16 verbunden, wodurch die beiden Arbeitsmittel-Teilräume 12i und 13i von den beiden Fluid-Durchströmungsräumen 20 und 30 stoffschlüssig und damit gasdicht getrennt sind. Die randständigen Raumbegrenzungsrohre 11i sind ihrerseits mit je einem Übergangselement 11A und 11E verbunden, die die Arbeitsmittelkammern 13i der endseitigen Teilmodule noch mit der Außenschale 3 verbinden und stoffschlüssig abdichten. Die ringförmigen Elastomerdichtungen 50 trennen und isoliereri die beiden Fluid-Durchströmungsräume 20 und 30 fluidisch und thermisch voneinander. Alle Verbindungsflächen sind so ausgeführt, dass sie innerhalb von wenigen Sekunden induktiv mittels Weichlot stoffschlüssig und gasdicht verbindbar sind.However, the different embodiments of the transition parts 32 shown above and below the central axis are all materially connected at the inner ends to the space delimitation tubes 11i functioning as radiation shields. To create a peripheral connection opening 14i, these space delimiting tubes can be formed in two parts, as shown, or they have one or more connection openings 14i for an exchange of working medium between the respective working medium subspaces 12i and 13i. The space delimiting tubes 11i are bonded at the ends to the collar of a tube sheet 16, whereby the two working medium subchambers 12i and 13i are bonded and separated from the two fluid flow spaces 20 and 30 in a bonded and gas-tight manner. The space delimiting tubes 11i at the edge are in turn connected to a respective transition element 11A and 11E, which also connects the working medium chambers 13i of the end-side partial modules to the outer shell 3 and seals them with a material bond. The annular elastomeric seals 50 separate and isolate the two fluid flow spaces 20 and 30 fluidically and thermally from one another. All connecting surfaces are designed in such a way that they can be inductively connected in a material-to-material and gas-tight manner within a few seconds using soft solder.

Zur Ausgestaltung der Baugruppe der Sorptionszone wird auf die Schrift EP 3 708 926 A1 verwiesen. In Erweiterung davon ist im Bereich der Verteilkastendeckel noch ein Zuganker 90 vorgesehen, der Zugkräfte zwischen Rohrboden und Verteilkastendeckel aufnimmt, die durch einen dort herrschenden Überdruck des Wärmeträgerfluids entstehen. Wie bei dem Verbindungssystem 70 ist auch dieses vorzugsweise mittels Form- und Stoffschluss mit dem Rohrboden und dem Verteilkastendeckel verbunden. In bevorzugter Weise kann dieses Element auch mit dem Fluid-Zufuhr- bzw. Abfuhr-Stutzen eine bauliche Einheit bilden, die gleichzeitig mit Ausformungen versehen sind, die eine homogene druckverlustarme Verteilung des ein- und ausströmenden Wärmeträgerfluids auf die einzelnen Flachrohre begünstigt.For the configuration of the assembly of the sorption zone, reference is made to the document EP 3 708 926 A1 referred. As an extension of this, a tie rod 90 is also provided in the area of the distribution box cover, which absorbs tensile forces between the tube base and the distribution box cover, which arise due to the excess pressure of the heat transfer fluid prevailing there. As in the case of the connection system 70, this too is preferably connected to the tube sheet and the distribution box cover by means of a positive and material connection. In a preferred manner, this element can also form a structural unit with the fluid supply and discharge connection piece, which are also provided with formations that promote homogeneous low-pressure-loss distribution of the heat transfer fluid flowing in and out over the individual flat tubes.

Besonders vorteilhaft lässt sich das vorliegend beschriebene Mehrkammer-Sorptionsmodul im Gegenstromverfahren betreiben, bei dem also die Reihenfolge der Beströmung der Sorptionszonen und der Phasenwechselzonen der einzelnen Teilmodule entgegengesetzt zueinander ist.The multi-chamber sorption module described here can be operated particularly advantageously in the countercurrent process, in which the sequence of flow through the sorption zones and the phase change zones of the individual sub-modules is opposite to one another.

Wie der 6 zu entnehmen ist, erfolgt die Beströmung 51 der Phasenwechselzone beispielsweise von links nach rechts und die Beströmung 91 der zur Sorptionszone gehörigen Flachrohre von rechts nach links, also im Gegenstrom.Again 6 As can be seen, the flow 51 of the phase change zone takes place, for example, from left to right and the flow 91 of the flat tubes belonging to the sorption zone from right to left, ie in countercurrent.

Der erzielte Vorteil ist in 7 erläutert, die die von den drei Teilmodulen M1, M2 und M3 durchlaufenen Kreisprozesse in einem für das Stoffpaar Aktivkohle-Methanol gültigen Druck-/Temperatur-Zustandsdiagramm, dem sogenannten Isosterendiagramm zeigt. Charakteristisch darin sind die jeweils geraden Linien gleicher Methanolbeladung einer beispielhaften Aktivkohle mit Methanol als Arbeitsmittel, den sogenannten Isosteren. Die Linie maximaler Beladung ist gleichzeitig die Dampfdruckkurve von Methanol. Dort sind beispielhaft die drei Kondensationszustände KZ und drei Verdampfungszustände VZ der drei Teilmodule M1, M2 und M3 eines Mehrkammer-Sorptionsmoduls bei einer willkürlich ausgewählten Betriebsbedingung als schraffiert ausgefüllte Kreise aufgetragen.The benefit gained is in 7 explained, which shows the cycle processes run through by the three sub-modules M1, M2 and M3 in a pressure/temperature phase diagram valid for the substance pair activated carbon-methanol, the so-called isosteren diagram. Characteristic of this are the straight lines of the same methanol loading of an exemplary activated carbon with methanol as the working medium, the so-called isosteres. The line of maximum loading is also the vapor pressure curve of methanol. There, by way of example, the three condensation states KZ and three evaporation states VZ of the three sub-modules M1, M2 and M3 of a multi-chamber sorption module are plotted as hatched circles under an arbitrarily selected operating condition.

Zu beachten ist, dass das Wärmeträgerfluid zur Übertragung der Phasenwechselwärmen zuerst das Teilmodul M1 und zum Schluss das Teilmodul M3 durchströmt. Das Wärmeträgerfluid zur Übertragung der Sorptionswärmen durchströmt hingegen zunächst das Teilmodul M3 und zuletzt das Teilmodul M1.It should be noted that the heat transfer fluid for transferring the phase change heat first flows through sub-module M1 and finally sub-module M3. The heat transfer fluid for transferring the sorption heat, on the other hand, first flows through the sub-module M3 and finally the sub-module M1.

Betrachtet man zunächst die drei Kondensationszustände der Teilmodule M1, M2 und M3, erkennt man, dass das Wärmeträgerfluid mit der Temperatur von 43°C in die Phasenwechselzone des ersten Teilmoduls M1 eintritt und sich dabei durch das zweite Teilmodul durch die immer etwas höher liegenden Kondensationstemperaturen zunächst auf etwa 46 °C und im Teilmodul M3 schließlich auf ca. 50 °C aufheizt.If you first look at the three condensation states of the sub-modules M1, M2 and M3, you can see that the heat transfer fluid with a temperature of 43°C enters the phase change zone of the first sub-module M1 and initially flows through the second sub-module due to the condensation temperatures, which are always slightly higher to about 46 °C and finally to about 50 °C in sub-module M3.

Um diese hohe Fluid-Austrittrittstemperatur für einen angeschlossenen Heizkreislauf MT zu erreichen, hätte ein Einkammer-Modul die Kondensationstemperatur von ca. 52 °C anbieten müssen, was nur mit einer Eintrittstemperatur des Hochtemperatur-Kreislaufes HT von 125 °C zu erreichen wäre. Zusätzlich wäre die Adsorptionsphase bereits bei der hohen Heiznetztemperatur von 52 °C bereits beendet. Zusammen mit einer Verdampfungstemperatur von ca. 9 °C wäre die Beladungsbreite mit ca. 0,14 cm³/g sehr klein.In order to achieve this high fluid outlet temperature for a connected heating circuit MT, a single-chamber module would have had to offer the condensation temperature of approx. 52 °C, which could only be achieved with an inlet temperature of the high-temperature circuit HT of 125 °C. In addition, the adsorption phase would already have ended at the high heating network temperature of 52 °C. Together with an evaporation temperature of approx. 9 °C, the loading range would be very small at approx. 0.14 cm ³ /g.

Bei einem Dreikammer-Modul hätte das erste Teilmodul M1 wegen des deutlich kleineren Temperaturhubs hingegen eine etwa doppelt so große Beladungsbreite von 0,28 cm³/g.In the case of a three-chamber module, on the other hand, the first partial module M1 would have a loading width of 0.28 cm ³ /g, which is approximately twice as large, due to the significantly smaller temperature rise.

Das bedeutet in Summe, dass der über einen Zyklus erreichte Methanolumsatz eines Dreikammer-Moduls deutlich größer ist und auch der thermische COP durch den kleineren mittleren Temperaturhub auch deutlich attraktiver ist.All in all, this means that the methanol conversion achieved over a cycle of a three-chamber module is significantly higher and the thermal COP is also significantly more attractive due to the smaller mean temperature rise.

BezugszeichenlisteReference List

Tsattsat: Sättigungstemperatur des Arbeitsmittels für Kondensation oder VerdampfungSaturation temperature of the working medium for condensation or evaporation
TFluidfluid: Temperator des Wärmeträger-FluidsTemperator of the heat transfer fluid
Miwed: Teilmodul mit dem Laufparameter i = 1, 2, 3,...Partial module with the run parameter i = 1, 2, 3,...
TTTT: Tieftemperatur-Fluidkreislaufcryogenic fluid circuit
MTMT: Mitteltemperatur-Fluidkreislaufmedium temperature fluid circuit
HTHT: Hochtemperatur-Fluidkreislaufhigh temperature fluid circuit
KZconcentration camp: Kondensationszuständecondensation states
VZvz: Verdampfungszuständevaporization states
11: Baugruppe der PhasenwechselzonePhase change zone assembly
33: Funktionalisierte InnenschaleFunctionalized inner shell
3i3i: Segmente der Innenschale mit dem Laufparameter i = 1, 2, 3,...Segments of the inner shell with the running parameter i = 1, 2, 3,...
3131: Rampenförmige Verkleinerung des Durchmessers der Innenschalsegmente 3iRamp-shaped reduction in the diameter of the inner formwork segments 3i
3232: Übergangsteiltransition part
44: Phasenwechselstruktur/KapillarstrukturPhase change structure/capillary structure
55: Fluid-Wellrippe der PhasenwechselzonePhase change zone fluid corrugated fin
66: Außenschaleouter shell
6i6i: Rohrsegment der Außenschale mit dem Laufparameter i = 1, 2, 3,...Pipe segment of the outer shell with the running parameter i = 1, 2, 3,...
6A6A: Eintrittsseitiges Ringverteiler-Segment der AußenschaleRing distributor segment on the inlet side of the outer shell
6E6E: Austrittsseitiges Ringverteiler-Segment der AußenschaleOutlet-side ring distributor segment of the outer shell
6161: Verbindungsstelle der AußenschalensegmenteConnection point of the outer shell segments
6.16.1: Silikonschaummattesilicone foam mat
1010: Baugruppe der SorptionszoneAssembly of the sorption zone
10i10i: Teilmodul-Baugruppen der SorptionszoneSorption zone sub-module assemblies
11i11i: Raumbegrenzungsrohre / StrahlungsschildeRoom containment tubes / radiation shields
111111: Dehnungssicke des Raumbegrenzungsrohres 11iExpansion bead of the room delimitation tube 11i
12i12i: Arbeitsmittel-Teilräume der SorptionszonenWorking medium subspaces of the sorption zones
13i13i: Arbeitsmittel-Teilräume der PhasenwechselzonenWorking medium subspaces of the phase change zones
14i14i: Verbindungsöffnungen zwischen den Arbeitsmittel-Teilräumen 12i und 13iConnection openings between the working medium compartments 12i and 13i
1515: Innenberippte Rohre, bevorzugt FlachrohreInternally grooved tubes, preferably flat tubes
1616: Rohrbödentube sheets
2020: Fluid-Durchströmungsraum der SorptionszonenFluid flow space of the sorption zones
3030: Fluid-Durchströmungsräume der PhasenwechselzonenFluid flow spaces of the phase change zones
5050: Ringförmige ElastomerdichtungAnnular elastomer seal
5151: Beströmungsrichtung der SorptionszoneFlow direction of the sorption zone
7070: Verbindungssystem / Verbindungselemente-PaarConnection system / connection elements pair
70a70a: Erstes Teil des VerbindungssystemsFirst part of the connection system
70b70b: Zweites Teil des VerbindungssystemsSecond part of the connection system
7171: Bolzen des zweiten Teils des VerbindungssystemsBolts of the second part of the connection system
8080: Rohrstutzen zur Aufnahme eines Füllanschlusses und eines AbblasventilsPipe socket for accommodating a filling connection and a blow-off valve
9090: Zuganker zur Aufnahme von Druckkräften und Optimierung der StrömungsverteilungTie rods to absorb pressure forces and optimize flow distribution
9191: Beströmungsrichtung der PhasenwechselzoneFlow direction of the phase change zone

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

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WO 002018174235 A1 [0005]
CH 000000690197 A [0005]
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DE 102018010009 A1 [0013, 0018, 0019]
EP 3708926 A1 [0021, 0046]

Claims

Sorption module for a heat transformation device with a thermally functionalized multi-shell cylindrical housing wall, characterized in that it is made up of at least two axially mechanically and fluidically connected sub-modules, each with working medium spaces that are separate from one another in a gas-tight manner.

sorption module claim 1 characterized in that the partial modules can be flown by two common heat transfer fluids that can be heated at different temperatures for thermal cycling.

sorption module claim 1 and 2 characterized in that each sub-module is made up of two assemblies 1 and 10.

sorption module claim 1 until 3 characterized in that the assembly 1 of each sub-module comprises a working medium sub-chamber 13i with a thermally connected phase change structure 4 and the assembly 10 of each sub-module comprises a sub-chamber 12i with an adsorptive heat and mass exchanger, where i is a running parameter for designating the sub-module M1, M2 or M3 etc. is.

sorption module claim 1 until 4 characterized in that the assemblies 1 of the sub-modules in the joined state form a continuous annular space through which a heat transfer fluid can flow with low pressure loss.

sorption module claim 1 until 5 characterized in that the assembly 10 comprises a bundle of tubes 15 which are in thermal contact with an adsorber structure and which end in tube sheets which delimit the working medium space of each sub-module Mi in the axial direction.

sorption module claim 1 until 6 characterized in that the partial space of the fluid flow space 20 formed in the region of the contact plane between the adjacent tube sheets of two sub-modules is delimited in the radial direction by a molded seal 50, sealed and thermally insulated from the adjacent fluid flow space 30.

sorption module claim 1 until 7 characterized in that the sub-modules have a mechanical connection system 70 integrated into the tube bases in the area of the contact plane, which enables reversible connection and disconnection of the assemblies 10 of the sub-modules Mi.

sorption module claim 1 until 8th characterized in that the connection system is designed on the model of a bayonet connection.

sorption module claim 1 until 9 characterized in that the connection structure is made up of at least two pairs 70 of connection elements.

sorption module claim 1 until 10 characterized in that the included complementary connecting elements 70a and 70b are positively and materially connected to the tube sheet.

sorption module claim 1 until 11 characterized in that the axial transmission of force between the two complementary connecting elements 70a and 70b is effected by a bolt each, which engages in a guide groove of the respective complementary connecting element and, when the sub-modules are rotated relative to each other, pulls the adjacent tube sheets axially towards one another and thus pulls the ring seal under the required sealing press tension sets.

Sorption module according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least one joining surface for the integral connection of coaxial components is designed either conically or perpendicularly to the module axis.

Sorption module according to at least one of the preceding claims, characterized in that joints with high force loads also have a positive connection for absorbing force in addition to the material connection.

Method of operation of a multi-chamber sorption module according to at least one of the preceding claims, characterized in that the directions of flow of the heat transfer fluids for the transfer of heat to the two thermoactive structures are directed in opposite directions to one another.