DE19539104A1

DE19539104A1 - Sorption heat exchanger arrangement for refrigerator

Info

Publication number: DE19539104A1
Application number: DE19539104A
Authority: DE
Inventors: Fritz Widemann; Helmut Mayer
Original assignee: Webasto Thermosysteme GmbH
Current assignee: Webasto Thermosysteme GmbH
Priority date: 1995-10-20
Filing date: 1995-10-20
Publication date: 1997-04-24

Abstract

A sorption heat exchanger arrangement has at least one exchanger formed by a packet of lamellas lying one on top of the other to make intermediate chambers for the sorption material. The straight or U-shaped tubes at each end are open and through them flows a gaseous exchange medium such as air. It is delivered by a fan through the tubes. At least part of the tubes has electrical heaters, in the form of mobile (that is, can be withdrawn) heating rods. As sorption material, zeolite granules are used. The intermediate chambers are almost completely filled up. The chambers are joined together by ceramic glue.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sorptionswärmeübertrageranordnung mit wenigstens einem von einem Paket übereinanderliegender, Zwischenräume bildender Lamellen und diese im wesentlichen senkrecht durchdringenden Rohren gebildeten Sorptionswärmeübertrager gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a sorption heat exchanger arrangement with at least one of a package of superimposed lamellas and these in the essentially vertical penetrating tubes formed sorption heat exchanger according to the preamble of claim 1.

Das in den Zwischenräumen zwischen den Lamellen angeordnete Sorptionsmaterial, wie beispielsweise Zeolith, gibt bei der Adsorption Wärme ab. Bei herkömmlichen Adsorptionswärmeübertragern wird durch die die Lamellen durchdringenden Rohre ein flüssiger Wärmeträger geschickt, um die vom Sorptionsmaterial abgegebene Wärme aufzunehmen und einem Verwendungszweck zuzuführen. Um beispielsweise Luft zu erwärmen, war dabei bisher ein zusätzlicher Wärmeübertrager erforderlich, der dem flüssigen Wärmeträger die Energie entnimmt und an die vorbeistreichende Luft überträgt. Da zum Austreiben des Arbeitsmittels in der Desorptionsphase zusätzlich Wärmeenergie zugeführt werden muß, waren bei bisher bekannten Sorptionswärmeübertragern zusätzliche Heizeinrichtungen erforderlich.The sorbent material arranged in the spaces between the lamellae, such as for example zeolite, gives off heat during adsorption. With conventional Adsorption heat exchangers are inserted through the tubes penetrating the fins liquid heat transfer medium sent to the heat given off by the sorption material record and put to a use. For example, to get air heat, an additional heat exchanger was previously required, the liquid heat transfer medium takes the energy and transfers it to the passing air. Since additional heat energy is used to drive out the working fluid in the desorption phase must be supplied were additional in previously known sorption heat exchangers Heaters required.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sorptionswärmeübertrager zu schaffen, der in seinem Aufbau wesentlich vereinfacht ist und dadurch eine Sorptionsanlage kleiner und leichter werden läßt. The invention has for its object to provide a sorption heat exchanger which is significantly simplified in its construction and therefore a sorption plant smaller and make it easier.

Diese Aufgabe wird mit dem in Patentanspruch I angegebenen Mitteln gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.This object is achieved with the means specified in claim I. Beneficial Refinements can be found in the subclaims.

Dadurch, daß die Rohre an beiden Enden offen sind und von einem gasförmigen Wärmeträger durchströmt werden, findet eine unmittelbarere Wärmeübertragung zwischen den Wandungen der mit dem Sorptionsmaterial in wärmeleitender Verbindung stehenden Rohren und dem Wärmeträger statt. Aufwendige Verbindungen der geraden oder U- förmigen Rohre, wie bei flüssigen Wärmeträgern üblich, können ebenso entfallen wie ein zusätzlicher Wärmeübertrager zur Entnahme der Wärme aus dem flüssigen Wärmeträger. Ferner wird das Beheizen während der Desorptionsphase in besonders einfacher Weise dadurch möglich, daß die Rohre unmittelbar von einem Heißgas durchströmt werden. Beim erfindungsgemäßen Sorptionswärmeübertrager sind zum Wärmetransport während der Adsorption und der Desorption nur die Rohre erforderlich, die sowieso zur Bildung eines Lamellenpaketes notwendig sind.The fact that the tubes are open at both ends and from a gaseous Heat transfer medium flows through, there is a more immediate heat transfer between the walls of the thermally conductive connection with the sorption material Pipes and the heat transfer medium instead. Elaborate connections of the straight or U shaped tubes, as is common with liquid heat transfer media, can be omitted as well additional heat exchanger for extracting the heat from the liquid heat transfer medium. Furthermore, the heating during the desorption phase is particularly simple possible because a hot gas flows directly through the tubes. At the Sorption heat exchanger according to the invention are for heat transfer during the Adsorption and desorption only required the tubes, which anyway to form a Lamella pack are necessary.

Als gasförmiger Wärmeträger wird vorzugsweise Luft verwendet. Vorteilhaft ist es, wenn der gasförmige Wärmeträger mittels eines Gebläses durch die Rohre befördert wird. Durch die erhöhte Durchströmungsgeschwindigkeit wird der übertragbare Wärmestrom erhöht
Für ein direktes Beheizen der Rohre in der Desorptionsphase ist es vorteilhaft, wenn zumindestens ein Teil der Rohre mit elektrischen Heizeinrichtungen versehen ist. Diese können entweder als unmittelbar in die Wände der Rohre eingebettete Heizstäbe bzw. Heizspiralen ausgelegt sein oder aber als herausnehmbare elektrische Heizstäbe, die lediglich während der Desorptionsphase in die Rohre eingeführt und anschließend wieder entfernt werden. Weiter ist es möglich, bei isolierter Durchführung der Rohre durch den Vakuumbehälter die Rohre direkt als Heizleiter zu verwenden.Air is preferably used as the gaseous heat transfer medium. It is advantageous if the gaseous heat transfer medium is conveyed through the pipes by means of a fan. The transferable heat flow is increased by the increased flow rate
For direct heating of the pipes in the desorption phase, it is advantageous if at least some of the pipes are provided with electrical heating devices. These can either be designed as heating rods or heating spirals embedded directly in the walls of the tubes or as removable electrical heating rods which are only inserted into the tubes during the desorption phase and then removed again. It is also possible to use the pipes directly as heating conductors when the pipes are insulated through the vacuum container.

Ein besonders umweltfreundlich zu betreibender Sorptionswärmeübertrager wird dadurch erreicht, daß als Sorptionsmittel Zeolithgranulat verwendet wird, das die Zwischenräume nahezu vollständig ausfüllt und welches untereinander sowie zu den Wandungen der Lamellen und der Rohre durch einen Binder ( z. B. Keramikkleber) verbunden ist. Ein solcher Sorptionswärmeübertrager weist eine hohe Wärmespeicherkapazität mit gleichzeitig guter Wärmeleitung auf und ist mit einfachem Wasser als Arbeitsmittel betreibbar.This makes it a particularly environmentally friendly sorption heat exchanger achieved that as a sorbent zeolite granules is used, the gaps almost completely filled and which one with the other and to the walls of the Lamellas and the pipes are connected by a binder (e.g. ceramic adhesive). On Such sorption heat exchanger has a high heat storage capacity at the same time good heat conduction and is using simple water as a working medium operable.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt:An embodiment of the invention is described below with reference to the drawing. It shows:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Sorptionswärmeübertrageranordnung, Fig. 1 shows a cross section through a Sorptionswärmeübertrageranordnung,

Fig. 2 einen Sorptionswärmeübertrager in vergrößerter Darstellung mit verschiedenen Varianten von Heizeinrichtungen, Fig. 2 is a Sorptionswärmeübertrager in an enlarged representation of different variants of heating means,

Fig. 3 einen vergrößerten Teilschnitt gemäß der Linie III-III in Fig. 2 zur Verdeutlichung der Befüllung der Zwischenräume und Fig. 3 is an enlarged partial section along the line III-III in Fig. 2 to illustrate the filling of the spaces and

Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Sorptionswärmeübertrager gemäß der Linie IV-IV in Fig. 1 mit einem darunter schematisch angedeuteten Gebläse. Fig. 4 shows a longitudinal section through a sorption heat exchanger along the line IV-IV in Fig. 1 with a blower schematically indicated below.

Eine Sorptionswärmeübertrageranordnung 1 weist gemäß Fig. 1 insgesamt acht ziehharmonikaartig zueinander angeordneter Sorptionswärmeübertrager 3 auf, die von einem Gehäuse 2 umgeben sind. Jeder Sorptionswärmeübertrager 3 besteht aus einem Paket horizontal übereinander angeordneter Lamellen 4, welche Zwischenräume 6 bilden. Das Paket von Lamellen 4 ist von im wesentlichen senkrecht dazu angeordneten Rohren 5 durchdrungen. Die Zwischenräume 6 zwischen den Lamellen 4 sind mit Zeolithgranulat als Sorptionsmaterial 7 nahezu vollständig gefüllt, wobei die einzelnen Zeolithpartikel mittels eines Binders (z. B. Keramikkleber) untereinander und mit den Wandungen der Lamellen 4 sowie der Rohre 5 verbunden sind. Dadurch wird eine sehr hohe Packungsdichte mit einer gleichzeitig sehr guten Wärmeleitung verbunden.A Sorptionswärmeübertrageranordnung 1 has, according to Fig. 1 a total of eight concertina fashion to each other arranged Sorptionswärmeübertrager 3, which are surrounded by a housing 2. Each sorption heat exchanger 3 consists of a package of fins 4 arranged horizontally one above the other, which form gaps 6 . The packet of fins 4 is penetrated by tubes 5 arranged essentially perpendicular thereto. The spaces 6 between the fins 4 are almost completely filled with zeolite granules as the sorption material 7 , the individual zeolite particles being connected to one another and to the walls of the fins 4 and the tubes 5 by means of a binder (for example ceramic adhesive). This combines a very high packing density with very good heat conduction.

Die relativ schmal ausgelegten Sorptionswärmeübertrager bilden aufgrund ihrer ziehharmonikaartigen Anordnung zueinander Dampfgassen 8, durch welche das Arbeitsmittel während einer Adsorptionsphase in das Sorptionsmittel einströmen und durch welche es während einer Desorptionsphase aus dem Sorptionsmittel 7 hinausströmen kann.Due to their accordion-like arrangement, the relatively narrow sorption heat exchangers form steam lanes 8 through which the working fluid flows into the sorbent during an adsorption phase and through which it can flow out of the sorbent 7 during a desorption phase.

Die während der Adsorptionsphase bei der Anlagerung des dampfförmigen Arbeitsmittels vom Sorptionsmaterial abgegebene Wärmeenergie wird über die Lamellen 4 an die Rohre 5 übertragen und von einem durch die Rohre 5 strömenden gasförmigen Wärmeträger aufgenommen. Die Durchströmung der Rohre 5 wird mittels eines in Fig. 4 angedeuteten Gebläses 12 erzwungen, so daß der gasförmige Wärmeträger entsprechend den Pfeilen C die Rohre 5 mit einer berechneten Geschwindigkeit durchströmt, so daß an den Wandungen der Rohre eine turbulente Strömung mit entsprechend gutem Wärmeübergang erfolgt. Aufgrund der Durchströmung des gasförmigen Wärmeträgers in einer Richtung ist jeder Sorptionsblock 3 sehr einfach aufgebaut. Der gasförmige Wärmeträger, vorzugsweise Luft, kann unmittelbar für Heizungszwecke verwendet werden.The heat energy given off by the sorption material during the adsorption phase during the deposition of the vaporous working medium is transferred to the tubes 5 via the fins 4 and is taken up by a gaseous heat transfer medium flowing through the tubes 5 . The flow through the tubes 5 is forced by means of a fan 12 indicated in FIG. 4, so that the gaseous heat transfer medium flows through the tubes 5 according to the arrows C at a calculated speed, so that a turbulent flow with a correspondingly good heat transfer takes place on the walls of the tubes . Because of the flow through the gaseous heat transfer medium in one direction, each sorption block 3 is constructed very simply. The gaseous heat transfer medium, preferably air, can be used directly for heating purposes.

Die für eine Desorption des Wärmeübertragers erforderliche Wärmeenergie kann ebenfalls unmittelbar durch die Rohre 5 in Form eines vom Gebläse 12 hindurch geförderten Heißgasstromes erzeugt werden. Unterstützend oder alternativ dazu ist auch eine elektrische Beheizung der Rohre 5 möglich. Hierzu ist zumindestens ein Teil der Rohre 5 mit elektrischen Heizeinrichtungen versehen. In Fig. 2 sind drei verschiedene Alternativen für derartige elektrische Heizeinrichtungen dargestellt. Demgemäß kann eine Heizeinrichtung als eine unmittelbar innen in die Wand eines Rohres 5 integrierte Heizspirale 9 ausgelegt sein. Die elektrische Heizeinrichtung kann ferner von streifenförmig innen in die Wandung eines Rohres 5 integrierten Heizstäben 10 gebildet sein. Bei isolierten Durchführungen der Rohre 5 durch das Gehäuse 2 können die Rohre 5 auch direkt als Heizleiter verwendet werden.The thermal energy required for desorption of the heat exchanger can likewise be generated directly through the tubes 5 in the form of a hot gas stream conveyed by the blower 12 . Supporting or alternatively, electrical heating of the tubes 5 is also possible. For this purpose, at least some of the tubes 5 are provided with electrical heating devices. In FIG. 2, three different alternatives for such electrical heaters are illustrated. Accordingly, a heating device can be designed as a heating spiral 9 integrated directly into the wall of a tube 5 . The electrical heating device can also be formed by strip-shaped heating elements 10 integrated into the wall of a tube 5 on the inside. When the pipes 5 are insulated through the housing 2 , the pipes 5 can also be used directly as a heating conductor.

Alternativ zu den fest in die Rohre 5 integrierten Heizeinrichtungen 9 bzw. 10 ist auch eine von mobilen elektrischen Heizstäben 11 gebildete Heizeinrichtung denkbar, bei der die Heizstäbe 11 nur während der Desorptionsphase in die Rohre 5 eingeführt werden und nach Beendigung derselben wieder aus diesen entfernt werden. As an alternative to the heating devices 9 or 10 integrated into the tubes 5 , a heating device formed by mobile electric heating elements 11 is also conceivable, in which the heating elements 11 are inserted into the tubes 5 only during the desorption phase and are removed from them again after the latter has ended .

Eine erfindungsgemäße Sorptionswärmeübertrageranordnung ist einfach im Aufbau und bietet bei kompakten Abmessungen eine hohe Wärmespeicherkapazität. Durch die geringe Breite und die große Oberfläche der einzelnen Sorptionsblöcke in Verbindung mit den dazwischenliegenden schmalen Dampfgassen 8 ist dennoch ein hervorragendes dynamisches Verhalten erreichbar.A sorption heat exchanger arrangement according to the invention is simple in construction and offers a high heat storage capacity with compact dimensions. Due to the small width and the large surface area of the individual sorption blocks in connection with the narrow steam lanes 8 in between, excellent dynamic behavior can nevertheless be achieved.

BezugszeichenlisteReference list

1 Sorptionswärmeübertrageranordnung
2 Gehäuse
3 Sorptionswärmeübertrager
4 Lamellen
5 Rohre
6 Zwischenräume
7 Sorptionsgranulat
8 Dampfgasse
9 spiralförmige Heizeinrichtung
10 stabförmige Heizeinrichtung
11 mobile Heizstäbe
12 Gebläse 1 sorption heat exchanger arrangement
2 housings
3 sorption heat exchangers
4 slats
5 tubes
6 spaces
7 sorbent granules
8 Dampfgasse
9 spiral heating device
10 rod-shaped heating device
11 mobile heating elements
12 blowers

Claims

1. sorption heat exchanger arrangement with at least one of a stack of interstices ( 6 ) forming lamellae ( 4 ) and these essentially perpendicularly penetrating tubes ( 5 ) formed sorption heat exchanger ( 3 ), with sorption material ( 7 ) arranged in the interstices ( 6 ) and with a heat carrier flowing through the tubes ( 5 ), characterized in that the straight or U-shaped tubes ( 5 ) are open at both ends and flowed through by a gaseous heat carrier.

2. Sorption heat exchanger according to claim 1, characterized in that as gaseous heat transfer air is used.

3. Sorption heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the gaseous heat transfer medium is conveyed through the tubes ( 5 ) by means of a blower ( 12 ).

4. Sorption heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that at least some of the tubes ( 5 ) are provided with electrical heating devices ( 9 , 10 , 11 ).

5. Sorption heat exchanger according to claim 4, characterized in that the electrical heating devices are at least partially removable as mobile electrical heating elements ( 11 ).

6. Sorption heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the pipes are insulated by a housing through a electrical current flowing through it can be heated directly.

7. Sorption heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that zeolite granulate is used as the sorbent ( 7 ), which almost completely fills the spaces ( 6 ) and with each other and to the walls of the fins ( 4 ) and the tubes ( 5 ) by one Binder (e.g. ceramic adhesive) is connected.