DE19539105A1

DE19539105A1 - Sorption heat exchanger arrangement

Info

Publication number: DE19539105A1
Application number: DE19539105A
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 intermediate chambers formed by lamellas which are partly filled by the solid sorption material. A packet of lamellas lying one on top of another with tubes, forms a sorption heat exchanger(3). There are several small ones of these which are spaced apart so that they form vapour passageways between them for the working medium, which are closed at the end in the direction of flow by a barrier. The exchangers are arranged like a harmonica so that two neighbouring exchangers have their ends abutting to form the required barrier to the vapour. Each pair of exchangers are joined by a baffle plate at this barrier.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sorptionswärmeübertrager mit durch Lamellen und Rohre gebildete Zwischenräume, die wenigstens teilweise mit einem ein Sorbat adsorbierenden festen Sorptionsmaterial gefüllt sind gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a sorption heat exchanger with fins and tubes formed gaps, which at least partially with a sorbate adsorbing solid sorption material are filled according to the preamble of claim 1.

Bekannte Sorptionswärmeübertrager werden von einem Paket von übereinanderliegenden Lamellen mit diese senkrecht zur Ebene der Lamellen durchdringenden Rohren gebildet, welche von einem Wärmeträger durchströmt sind. Ein aus dem Lamellenpaket und den Rohren gebildeter Sorptionswärmeübertrager weist wegen der benötigten Menge an Sorptionsmaterial eine beträchtliche Breite auf, so daß das Sorbat beim Adsorptions- bzw. Desorptionsvorgang das am weitesten innen liegende Sorptionsmaterial nur schwer erreichen bzw. wieder verlassen kann. Damit reicht die erzielbare Dynamik für die meisten Anwendungsfälle nicht aus.Known sorption heat exchangers are made from a package of superimposed ones Fins formed with these tubes penetrating perpendicularly to the plane of the fins, which are flowed through by a heat transfer medium. One from the plate pack and the Pipe formed sorption heat exchanger instructs because of the required amount Sorbent material to a considerable width, so that the sorbate during the adsorption or Desorption process the innermost sorption material is difficult can reach or leave again. So the achievable dynamic is enough for most Use cases do not rule out.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sorptionswärmeübertrager bereit zu stellen, der bei einem hohen Volumenanteil des Sorptionsmittels eine hohe Dynamik beim Adsorptions- bzw. Desorptionsvorgang aufweist.The invention has for its object to a sorption heat exchanger ready place, with a high volume fraction of the sorbent a high dynamic at Has adsorption or desorption process.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Mittel gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. This object is achieved according to the present invention by the in claim 1 specified means solved. Advantageous embodiments of the invention are the See subclaims.

Dadurch, daß die Sorptionswärmeübertrageranordnung mehrere schmale Sorptionswärmeübertrager aufweist, die derart zueinander angeordnet sind, daß sie dazwischenliegende Dampfgassen bilden, hat das Sorbat auf seinem Weg von und zu den innenliegenden Partikeln des Sorptionsmittels nur relativ kurze Wege zurückzulegen. Durch die Aufteilung entsteht im Verhältnis zum Volumen eine wesentlich größere Oberfläche und somit muß der Sorbatdampf einen geringeren Dampfwiderstand überwinden. Das Verschließen der zwischen den Adsorptionswärmeübertragern gebildeten Dampfgassen in Strömungsrichtung des Sorbats an einem Ende gewährleistet, daß die Sorptionswärmeübertrager sauber in einer Richtung durchströmt werden, wodurch beispielsweise mit Gasen gefüllte Toträume vermieden werden.Characterized in that the sorption heat exchanger arrangement several narrow Sorption heat exchanger which are arranged to each other so that they Sorbate has on its way from and to the internal particles of the sorbent only have to travel relatively short distances. By the division creates a much larger surface area and volume thus the sorbate vapor has to overcome a lower vapor resistance. The Closing the steam lanes formed between the adsorption heat exchangers in Flow direction of the sorbate at one end ensures that the Sorption heat exchangers are cleanly flowed through in one direction, whereby For example, dead spaces filled with gases can be avoided.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Sorptionswärmeübertrager ziehharmonikaartig angeordnet, so daß je zwei benachbarte Sorptionswärmeübertrager mit ihren Enden aneinanderstoßen und dadurch eine Sperre für eine dazwischenliegende V- förmige Dampfgasse bilden. Derartige V-förmige Dampfgassen haben sich als besonders vorteilhaft für eine gleichmäßige Verteilung des Sorbatdampfes im Sorptionsmaterial erwiesen.According to an advantageous embodiment, the sorption heat exchangers are arranged like an accordion, so that two adjacent sorption heat exchangers butt their ends and thereby a lock for an intermediate V- form a shaped steam lane. Such V-shaped steam lanes have proven to be special advantageous for a uniform distribution of the sorbate vapor in the sorption material proven.

Alternativ zu einem unmittelbaren Aneinanderstoßen zweier benachbarter Sorptionswärmeübertrager ist vorgesehen, daß diese am in Strömungsrichtung hinteren Ende mittels eines als Sperre wirkenden Prallblechs verbunden sind.As an alternative to a direct collision of two neighboring ones Sorption heat exchanger is provided that this at the rear in the direction of flow End are connected by means of a baffle acting as a lock.

Vorteilhaft ist es ferner, wenn je zwei benachbarte Sorptionswärmeübertrager einen Winkel A einschließen, der etwa zwischen 1° und 10° beträgt.It is also advantageous if two adjacent sorption heat exchangers form an angle Include A, which is approximately between 1 ° and 10 °.

Ein besonders umweltfreundlicher Sorptionswärmeübertrager wird erhalten, wenn als Sorptionsmaterial Zeolithgranulat und als Sorbat Wasser verwendet wird. Bei einem solchen Sorptionswärmeübertrager ist es vorteilhaft, wenn das Zeolithgranulat in Form einer die Zwischenräume weitgehend ausfüllenden Kugelschüttung angeordnet ist, wobei zur Verbindung der Zeolithgranulate untereinander und zu den Lamellen ein Keramikkleber vorgesehen ist. Ein solcher Sorptionswärmeübertrager verbindet eine hohe Packungsdichte des Zeolithmaterials mit verbesserten Wärmeleitungseigenschaften zu den Lamellen und den Rohren.A particularly environmentally friendly sorption heat exchanger is obtained if as Sorbent material is zeolite granules and water is used as sorbate. With such a Sorption heat exchanger, it is advantageous if the zeolite granules in the form of a Intermediate filling ball filling is arranged, with the A ceramic adhesive connects the zeolite granules to each other and to the lamellae is provided. Such a sorption heat exchanger combines a high packing density of the zeolite material with improved thermal conduction properties to the fins and Pipes.

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 perspektivischer Darstellung, Fig. 2 is an enlarged perspective view Sorptionswärmeübertrager,

Fig. 3 einen Teilschnitt durch ein Rohr und ein Lamellenpaket gemäß der Schnittlinie III- III in Fig. 2 und Fig. 3 is a partial section through a tube and a plate pack according to the section line III-III in Fig. 2 and

Fig. 4 eine Ausschnittsdarstellung einer Alternative zu Fig. 1 mit durch einem Prallblech verbundenen Adsorptionswärmeübertragern. FIG. 4 shows a detail of an alternative to FIG. 1 with adsorption heat exchangers connected by a baffle plate.

Eine Sorptionswärmeübertrageranordnung 1 ist von einem Gehäuse 2 umgeben, an dem nicht gezeigte Anschlüsse für die Zufuhr und Abfuhr eines Sorbats angeordnet sind. Die Sorptionswärmeübertrageranordnung 1 weist im Inneren mehrere Sorptionswärmeübertrager 3 auf, welche ziehharmonikaartig zueinander angeordnet sind, so daß je zwei benachbarte Sorptionswärmeübertrager 3 einen Winkel A einschließen, der vorzugsweise zwischen 1° und 10° beträgt.A sorption heat exchanger arrangement 1 is surrounded by a housing 2 , on which connections (not shown) for the supply and discharge of a sorbate are arranged. The sorption heat exchanger arrangement 1 has a plurality of sorption heat exchangers 3 inside, which are arranged in an accordion-like manner with respect to one another, so that two adjacent sorption heat exchangers 3 enclose an angle A, which is preferably between 1 ° and 10 °.

Jeder Sorptionswärmeübertrager 3 setzt sich, wie in Fig. 2 dargestellt, aus einem Paket von horizontal übereinanderliegenden Lamellen 4 und diese senkrecht durchdringenden Rohren 5 zusammen, von denen in Fig. 2 im Gegensatz zur Fig. 1 nur vier statt sechs gezeigt sind. Die zwischen den Lamellen 4 gebildeten Zwischenräume 6 sind mit Sorptionsgranulat 7 nahezu vollständig gefüllt, wobei die Partikel zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit untereinander und zu den Lamellen 4 sowie zur Wandung des Rohres 5 mittels eines Keramikklebers verklebt sind. Each sorption heat exchanger 3 , as shown in FIG. 2, is composed of a package of fins 4 lying horizontally one above the other and tubes 5 penetrating these vertically, of which only four instead of six are shown in FIG. 2, in contrast to FIG. 1. The spaces 6 formed between the fins 4 are almost completely filled with sorption granules 7 , the particles being bonded to one another and to the fins 4 and to the wall of the tube 5 by means of a ceramic adhesive in order to increase the thermal conductivity.

Wie aus Fig. 1 zu ersehen, bilden die ziehharmonikaartig abwechselnd schräg zueinander angeordneten Sorptionswärmeübertrager 3 V-förmige Dampfgassen 8, welche in der durch die schwarzen Pfeile angedeuteten Strömungsrichtung des Arbeitsmittels jeweils am Ende durch eine Sperre verschlossen sind. Während diese Sperre im Beispiel gemäß Fig. 1 durch die unmittelbar aneinanderstoßenden Enden der Sorptionswärmeübertrager 3 gebildet wird, ist im Beispiel gemäß Fig. 4 ein zusätzliches Prallblech 9 vorhanden, welches mit den stirnseitigen Enden zweier benachbarter Sorptionswärmeübertrager 3′, verbunden wird und dadurch zwischen diesen beiden Adsorptionswärmeübertragern 3′ eine etwas verbreiterte Dampfgasse 8′ bildet. Durch die in Strömungsrichtung am Ende einer Dampfgasse 8 bzw. 8′ liegenden Begrenzung (Sperre 9) wird das Arbeitsmittel zwangsweise durch die Sorptionswärmeübertrager 3 bzw. 3′ geleitet. Die Sorptionswärmeübertrager 3, 3′ haben eine relativ geringe Breite B₃, so daß sie trotz einer relativ hohen Packungsdichte des Zeolithgranulats 7 in den Zwischenräumen 6 dem Arbeitsmittel nur einen relativ geringen Dampfwiderstand entgegenstellen. Durch die relativ große Anzahl von schmalen Adsorptionswärmeübertragern 3, 3′ wird in Verbindung mit den aufgrund des geringen Winkels A relativ schmalen V-förmigen Dampfgassen 8, 8′ ein relativ hoher Anteil der in Fig. 1 vom Gehäuse 2 umschlossenen Querschnittsfläche von den Sorptionswärmeübertragern 3 eingenommen, ohne daß dadurch wie bei einem einzigen breiten Sorptionsblock der Dampfwiderstand vergrößert und dadurch die Dynamik verringert wird. Die erfindungsgemäße Auslegung einer Sorptionswärmeübertrageranordnung ermöglicht eine hohe Packungsdichte (Sorptionsmaterialvolumen zu Volumen des gesamten Wärmeübertragers) verbunden mit einer geringen Eindringtiefe (größte Entfernung eines Sorptionsgranulats von einer Dampfgasse) und einer hohen Dynamik. Über die absolute Größe der Breite B₃ der Sorptionswärmeübertrager 3 und die Breite B₈ der Dampfgassen 8 bzw. 8′ können keine absoluten Zahlen angegeben werden. Diese richtet sich je nach Anwendungszweck der Sorptionswärmeübertrageranordnung 1 und wird unter Berücksichtigung verschiedenster Parameter wie des Anwendungszweckes (hohe Dynamik oder Speichereffekt), Art des Sorptionsmaterials, Beladungsbreite (g Wasser zu g Sorptionsmaterial) sowie der zulässigen Dampfgeschwindigkeit festgelegt. As seen from Fig. 1, the concertina fashion alternately obliquely to each other disposed Sorptionswärmeübertrager form 3 V-shaped vapor lanes 8, each of which is closed in the direction indicated by the black arrows the direction of flow of the working fluid at the end by a lock. Is formed during this lock in the example of FIG. 1 by the immediately adjacent ends of the Sorptionswärmeübertrager 3, in the example of FIG. 4, an additional baffle plate 9 is provided which two with the front ends of adjacent Sorptionswärmeübertrager 3 ', is connected, and thereby between these two adsorption heat exchangers 3 'forms a somewhat widened steam lane 8 '. Due to the in the flow direction at the end of a steam lane 8 or 8 'lying boundary (lock 9 ), the working medium is forced through the sorption heat exchanger 3 or 3 '. The sorption heat exchanger 3 , 3 'have a relatively small width B₃, so that they oppose the working medium only a relatively low vapor resistance despite a relatively high packing density of the zeolite granules 7 in the spaces 6 . Due to the relatively large number of narrow adsorption heat exchangers 3 , 3 ', in conjunction with the relatively narrow V-shaped steam passages 8 , 8 ' due to the small angle A, a relatively high proportion of the cross-sectional area enclosed by the housing 2 in FIG. 1 is covered by the sorption heat exchangers 3 taken without increasing the vapor resistance as with a single broad sorption block and thereby reducing the dynamics. The design according to the invention of a sorption heat exchanger arrangement enables a high packing density (sorption material volume to volume of the entire heat exchanger) combined with a low penetration depth (greatest distance of a sorption granulate from a steam lane) and high dynamics. About the absolute size of the width B₃ of the sorption heat exchanger 3 and the width B₈ of the steam lanes 8 and 8 'no absolute numbers can be given. This depends on the application of the sorption heat exchanger arrangement 1 and is determined taking into account various parameters such as the application (high dynamics or storage effect), type of sorption material, loading width (g water to g sorption material) and the permissible vapor speed.

Obwohl eine ziehharmonikaartige, V-förmige Anordnung der Sorptionswärmeübertrager 3, 3′ vorteilhaft ist, ist auch eine parallele Anordnung der Sorptionswärmeübertrager 3 mit dazwischen liegenden parallelen Dampfgassen 8 und diese an den Enden verschließenden Prallblechen denkbar und vom Schutz mit umfaßt.Although an accordion-like, V-shaped arrangement of the sorption heat exchanger 3 , 3 'is advantageous, a parallel arrangement of the sorption heat exchanger 3 with intermediate parallel vapor passages 8 and these at the ends closing baffle plates is also conceivable and covered by the protection.

BezugszeichenlisteReference list

1 Sorptionswärmeübertrageranordnung 2 Gehäuse 3, 3, Sorptionswärmeübertrager 4 Lamellen 5 Rohre 6 Zwischenräume 7 Sorptionsgranulat 8, 8′ Dampfgasse 9 Prallblech
A Winkel zwischen 3, 3′
B₃ Breite von 3, 3′
B₈ Breite von 8, 8′ 1 sorption heat exchanger assembly 2 housing 3 , 3 , sorption heat exchanger 4 fins 5 tubes 6 spaces 7 sorption granules 8 , 8 ′ steam lane 9 baffle plate
A angle between 3 , 3 ′
B₃ width of 3 , 3 ′
B₈ width of 8 , 8 ′

Claims

1. Sorption heat exchanger arrangement ( 1 ) with interspaces ( 6 ) formed by fins ( 4 ), which are at least partially filled with a sorbent material ( 7 ) adsorbing a working medium, a package of superimposed fins ( 4 ) penetrating them, from a heat transfer medium pipes ( 5 ) through which flow forms a sorption heat exchanger ( 3 , 3 ′), characterized in that the sorption heat exchanger arrangement ( 1 ) has a plurality of narrow sorption heat exchangers ( 3 , 3 ′) which are spaced apart from one another in such a way that they provide steam passages ( 8 , 8 ') Form for the working fluid, which are closed in the flow direction of the working fluid at the end by a lock.

2. Sorption heat exchanger arrangement according to claim 1, characterized in that the sorption heat exchanger ( 3 ) are arranged in accordion-like manner, so that two adjacent sorption heat exchangers ( 3 ) abut one another with their ends and thereby form a lock for an intermediate V-shaped steam lane ( 8 ).

3. Sorption heat exchanger arrangement according to claim 1, characterized in that two adjacent sorption heat exchangers are connected at the rear end in the flow direction by means of a baffle plate ( 9 ) acting as a barrier.

4. Sorption heat exchanger arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that two adjacent sorption heat exchangers ( 3 , 3 ') enclose an angle A which is 1 ° to 10 °.

5. Sorption heat exchanger arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that zeolite granulate ( 7 ) is used as the sorption material and water is used as the working medium.

6. Sorption heat exchanger arrangement according to claim 5, characterized in that the sorption material ( 7 ) is arranged in the form of a spherical fill largely filling the spaces ( 6 ), a ceramic adhesive being provided for connecting the zeolite granules ( 7 ) to one another and to the fins ( 4 ) .