DE19951372A1 - Sorption method; involves extracting inert or foreign gases that affect method in compensation volume to leave flow paths in sorption medium free - Google Patents

Sorption method; involves extracting inert or foreign gases that affect method in compensation volume to leave flow paths in sorption medium free

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Abstract

The method involves absorbing a sorption medium by releasing heat from a working medium and desorbing the sorption medium by taking in heat in the working medium. Inert or foreign gases that affect the sorption process are extracted in a compensation volume, to leave flow paths in the sorption medium free. Preferably, the compensation volume is arranged behind the sorption medium out of sight of the working medium vapour flow. An Independent claim is included for an arrangement for implementing the method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Kompensation den Sorptionsprozeß störender Inert- oder Fremdgase in Sorptionssystemen gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 6.The invention relates to a method and a device for compensation Sorption process of interfering inert or foreign gases in sorption systems according to the Preamble of claims 1 and 6.

Durch den Begriff Sorption wird ein Energieumwandlungsprozeß beschrieben, bei dem ein Sorptionsmittel ein Arbeitsmittel unter Energiefreisetzung aufsaugt (sorbiert) und unter Energiezufuhr wieder abgibt (desorbiert). Bei nach dem Sorpti­ onsprinzip arbeitenden Verfahren und Vorrichtungen wird ein leichterflüchtiges Ar­ beitsmittel von einem schwererflüchtigen Sorptionsmittel dampfförmig unter Frei­ setzung der sogenannten Sorptionswärme sorbiert. Bei der Verdampfung des Ar­ beitsmittels wird dem noch flüssigen Arbeitsmittel Energie entzogen, was dazu führt, daß dieses abkühlt. Zur Reaktivierung solcher Vorrichtungen wird unter Zu­ fuhr von Wärme das Arbeitsmittel aus dem Sorptionsmittel dampfförmig ausgetrie­ ben (desorbiert) und unter Wärmeabgabe in einem Verflüssiger kondensiert. Die Vorgänge der Sorption eines Arbeitsmittels mit anschließender Desorption des Sorptionsmittels wird als Sorptionszyklus bezeichnet.The term sorption describes an energy conversion process in which a sorbent soaks up a working fluid with the release of energy (sorbed) and released again (desorbed) with the supply of energy. At after the Sorpti On principle working methods and devices becomes a more volatile Ar agent from a less volatile sorbent in vapor form under free setting of the so-called sorption heat sorbed. When the Ar energy is removed from the still liquid working fluid, and what more causes this to cool down. To reactivate such devices, see Zu drove the working fluid out of the sorbent in vapor form from heat ben (desorbed) and condensed with heat in a condenser. The Processes of sorption of a working fluid with subsequent desorption of the Sorbent is called the sorption cycle.

In der DE-OS-34 25 419 sind Heiz- und Kühlverfahren, die nach diesem Sorpti­ onsprinzip arbeiten, beschrieben. Diese Verfahren laufen in geschlossenen Syste­ men ab, wobei der erforderliche Unterdruck, um das Arbeitsmittel bei entsprechend tiefen Temperaturen verdampfen zu lassen, bei der Herstellung des Systems erzeugt wird. Die geschlossenen Systeme bleiben auch während der dem Sorptionsprozeß folgenden Desorptionsphase hermetisch dicht. Zwischen Sorptionsmittelbehälter und Arbeitsmittelbehälter kann sich eine Absperreinrichtung befinden, die im abge­ sperrten Zustand den Sorptionsvorgang verhindert. Wird die Absperreinrichtung ge­ öffnet, kann der Sorptionsvorgang und die damit verbundene Kälte- bzw. Wärmeer­ zeugung beginnen. In DE-OS-34 25 419 are heating and cooling processes according to this Sorpti working principle described. These procedures run in closed systems men, whereby the required vacuum to the work equipment at accordingly to allow low temperatures to evaporate during the manufacture of the system becomes. The closed systems remain during the sorption process following desorption phase hermetically sealed. Between sorbent container and working fluid container can be a shut-off device in the abge locked state prevents the sorption process. Is the shut-off device ge opens, the sorption process and the associated cooling or heating begin generation.  

Bei den sogenannten halboffenen Systemen wird das Sorptionsmittel zum Desorbieren vom Arbeitsmittelbehälter getrennt, wobei das beim Kühlvorgang auf­ genommene Arbeitsmittel in die Umgebungsluft abdampft. Um mit dem desorbier­ ten Sorptionsmittel wieder zu reagieren, muß der Sorptionsmittelbehälter wieder mit dem Arbeitsmittelbehälter verbunden werden, in den zuvor das für den Kühl­ prozeß notwendige Arbeitsmittel nachgefüllt wurde. Mit einer Vakuumpumpe wird anschließend der nötige Unterdruck erzeugt, um das Verdampfen des Arbeitsmittels und somit den Kühlprozeß zu starten. Das Sorptionsmittel kommt beim Aufheizen (Desorption) und der anschließenden Abkühlphase mit der Umgebungsluft in Kon­ takt, was dazu führt, daß gasförmige Moleküle (z. B.: CO2, N2, O2) aus der Luft auf­ nehmen kann.In the so-called semi-open systems, the sorbent is separated from the working fluid container for desorbing, the working fluid taken up during the cooling process evaporating into the ambient air. In order to react again with the desorbing th sorbent, the sorbent container must be connected again to the working medium container, in which the working medium necessary for the cooling process was previously refilled. A vacuum pump is then used to generate the vacuum required to start the evaporation of the working fluid and thus the cooling process. The sorbent comes in contact with the ambient air during heating (desorption) and the subsequent cooling phase, which leads to gaseous molecules (e.g. CO 2 , N 2 , O 2 ) being able to take up from the air.

Als störende Inert- oder Fremdgase bezeichnet man Stoffe, die den Zutritt des Arbeitsmitteldampfes zum Sorptionsmittel beeinflussen und den Sorptionsvorgang behindern oder gänzlich verhindern. Diese Stoffe können im Sorptionsmittel vor­ sorbiert sein, durch chemische Reaktionen freigesetzt werden, aus den vorhandenen Materialien ausgasen oder über Undichtigkeiten in die Vorrichtungen eintreten.Interfering inert or foreign gases are substances that prevent access to the Working agent vapor to sorbent influence and the sorption process hinder or prevent entirely. These substances can be found in the sorbent be sorbed, released by chemical reactions, from the existing ones Degas materials or enter the devices via leaks.

Die Inert- oder Fremdgase behindern den Sorptionsvorgang dadurch, daß sie den Zutritt des dampfförmigen Arbeitsmittels zum Sorptionsmittel erschweren oder ganz abblocken. Ein erheblicher Leistungsabfall der Sorptionssysteme ist die Folge. Dies erfordert in halboffenen Systemen bis zur endgültigen Sättigung des Sorpti­ onsmittels während des gesamten Kühlzeitraumes mehrmals die freigesetzten Inert- und Fremdgase, beispielsweise mittels einer Vakuumpumpe, zu entfernen.The inert or foreign gases hinder the sorption process in that they make it difficult for the vaporous agent to enter the sorbent or block completely. The result is a considerable drop in the performance of the sorption systems. In semi-open systems this requires the Sorpti to be fully saturated the released inert gases several times during the entire cooling period and remove foreign gases, for example by means of a vacuum pump.

In Sorptionssystemen hat sich die Kombination von Zeolithen als Sorptionsmit­ tel mit Wasser als Arbeitsmittel als besonders vorteilhaft erwiesen. Zeolithe haben eine sehr starke Affinität zu Wasser. Bei Verwendung dieses Stoffpaares treten sowohl in geschlossenen als auch in halboffenen Sorptionssystemen verschiedene Inert- und Fremdgase auf. Werden diese nicht aus dem Sorptionssystem entfernt, wird der Sorptionsvorgang spürbar behindert und bei halboffenen Systemen sogar innerhalb relativ kurzer Sorptionszeit gestoppt. In sorption systems, the combination of zeolites has been used as a sorption agent tel with water as a working tool has proven to be particularly advantageous. Have zeolites a very strong affinity for water. Kick using this pair of fabrics Different in both closed and semi-open sorption systems Inert and foreign gases. If these are not removed from the sorption system, the sorption process is noticeably hindered and even with semi-open systems stopped within a relatively short sorption time.  

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Sorptionssystem anzugeben, in dem eine Beeinflussung des Sorptionsvorganges durch störende Inert- oder Fremdgase unterbunden wird.The object of the present invention is to specify a sorption system in which an influencing of the sorption process by disturbing inert or Foreign gases is prevented.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Teile der Patentansprü­ che 1 und 6.This problem is solved by the characterizing parts of the patent claims che 1 and 6.

Erfindungsgemäß wird (in Strömungsrichtung des Arbeitsmitteldampfes) hinter dem Sorptionmittel zur Aufnahme der Fremd- und Inertgase ein Kompensationsvo­ lumen eingesetzt. Die Inert- und Fremdgase können somit bei der Sorptionsreaktion durch die Arbeitsmitteldampfströmung aus dem Sorptionsmittel in das Kompensati­ onsvolumen verdrängt werden ohne die weitere Aufnahme des Arbeitsmitteldamp­ fes zu stören. Die Grenze zwischen Inertgasen und Arbeitsmitteldampf ist bei die­ sen instationären Einströmungsvorgängen sehr schmal. Sie beträgt erfahrungsge­ mäß nur wenige Zentimeter.According to the invention is behind (in the direction of flow of the working fluid vapor) the sorbent to absorb the foreign and inert gases a compensation vo lumen inserted. The inert and foreign gases can thus in the sorption reaction due to the working fluid vapor flow from the sorbent into the compensation ons volume are displaced without the further absorption of the working fluid steam fes to disturb. The boundary between inert gases and working fluid vapor is the transient inflow processes very narrow. It is experiential just a few centimeters.

Erfindungsgemäß kann das Kompensationsvolumen auch im Sorptionsmittelbe­ hälter mit integriert sein. Besonders bei halboffenen Systemen führt dies zu kosten­ günstigen und raumsparenden Vorrichtungen, wenn die Sorptionsmittel-Schüttung innerhalb einer Patrone eingebettet ist und die Patrone zum Regenerieren des Sorp­ tionsmittels aus dem Sorptionsmittelbehälter entnommen werden kann. Der Sorpti­ onsmittelbehälter ist dann so konstruiert, daß er zum einen Raum für die Patrone und zum anderen Raum für das dahinterliegende Kompensationsvolumen aufweist.According to the invention, the compensation volume can also be in the sorbent container with integrated. This leads to costs, particularly in the case of semi-open systems inexpensive and space-saving devices when the sorbent bed is embedded within a cartridge and the cartridge to regenerate the Sorp can be removed from the sorbent container. The Sorpti The medium container is then designed so that it has space for the cartridge and on the other hand has space for the compensation volume behind it.

In der Zeichnung sind zwei erfindungsgemäße Sorptionsvorrichtungen dargestellt. Es zeigen:In the drawing are two sorption devices according to the invention shown. Show it:

Fig. 1 eine Sorptionsvorrichtung eines geschlossenen Systems und Fig. 1 shows a sorption device of a closed system and

Fig. 2 eine Sorptionsvorrichtung eines halboffenes Systems. Fig. 2 shows a sorption device of a semi-open system.

Beide Sorptionsvorrichtungen enthalten einen Verdampfer 1, der eine dampfen­ de Wasserfüllung 2 enthält. Der Wasserdampf strömt, angezeigt durch die Strö­ mungs-Pfeile 3, in eine Zeolith-Schüttung 4, der ein Kompensationsvolumen 5 nachgeordnet ist.Both sorption devices contain an evaporator 1 , which contains a steaming water filling 2 . The water vapor flows, indicated by the flow arrows 3 , into a zeolite bed 4 , which is followed by a compensation volume 5 .

In Fig. 1 ist das Kompensationsvolumen 5 über eine Verbindungsleitung 6 an der der Wasserdampfströmung abgewandten Seite des Sorptionsmittelbehälters 7 angeschlossen.In FIG. 1, the compensation volume 5 is connected via a connecting line 6 to the side of the sorbent container 7 facing away from the water vapor flow.

Der Sorptionsmittelbehälter 7 aus Fig. 2 umschließt das Kompensationsvolu­ men 5 und hat, auf der der Strömung zugekehrten Seite, Platz für eine Zeolith-Pa­ trone 8. Die Zeolith-Patrone 8 hat zwei gegenüberliegende Öffnungen 9, 10. Durch Öffnung 10 strömt Wasserdampf aus dem Verdampfer 1 in die Zeolith-Schüttung 4 ein, während Inert- und Fremdgase aus der Öffnung 9 in das Kompensationsvolu­ men 5 verdrängt werden. Die verdrängten Gase können somit die Sorptionsreaktion innerhalb der Zeolith-Schüttung 4 nicht behindern. Im Bereich des Kompensations­ volumens 5 ist ein Absaugventil 12 und eine Vakuumpumpe 13 angeschlossen. Über diese Elemente wird die Sorptionsvorrichtung evakuiert, nachdem die Zeolith-Patrone 8 durch eine vakuumdichte Deckelöffnung 11 in den Sorptionsmit­ telbehälter 7 eingebracht wurde. Bei der Evakuierung wird Luft aus dem gesamten Vakuumsystem über die Vakuumpumpe 13 abgesaugt, bis der Druck hinter der Zeolith-Patrone 8 kleiner 5 Hekto-Pascal (mbar) ist. Dann wird das Absaugventil 12 geschlossen und die Vakuumpumpe 13 abgestellt. Beim Evakuieren ist zwingend erforderlich, alle nicht sorbierbaren Gase über die Zeolith-Patrone 8 abzusaugen. Um dies zu gewährleisten, muß verhindert werden, daß Wasserdampf auf direktem Wege, d. h. ohne in Kontakt mit der Zeolith-Schüttung 4 zu kommen, in das Kom­ pensationsvolumen strömen kann. Die Außenwände der Zeolith-Patrone 8 berühren deshalb strömungsdicht die Innenwand des Sorptionsmittelbehälters 7.The sorbent container 7 from FIG. 2 encloses the Kompensationsvolu men 5 and, on the side facing the flow, space for a zeolite cartridge 8th The zeolite cartridge 8 has two opposite openings 9 , 10 . Through opening 10 , water vapor flows from the evaporator 1 into the zeolite bed 4 , while inert and extraneous gases are displaced from the opening 9 into the compensation volume 5 . The displaced gases can therefore not hinder the sorption reaction within the zeolite bed 4 . In the area of the compensation volume 5 , a suction valve 12 and a vacuum pump 13 are connected. About these elements, the sorption device is evacuated after the zeolite cartridge 8 has been introduced through a vacuum-tight lid opening 11 in the Sorptionsmit tel container 7 . During evacuation, air is sucked out of the entire vacuum system via the vacuum pump 13 until the pressure behind the zeolite cartridge 8 is less than 5 hecto-Pascals (mbar). Then the suction valve 12 is closed and the vacuum pump 13 is switched off. When evacuating, it is imperative to extract all non-sorbable gases via the zeolite cartridge 8 . In order to ensure this, it must be prevented that water vapor can flow directly into the compensation volume without coming into contact with the zeolite bed 4 . The outer walls of the zeolite cartridge 8 therefore touch the inner wall of the sorbent container 7 in a flow-tight manner.

Claims (10)

1. Sorptionsverfahren, bei dem ein Sorptionsmittel ein Arbeitsmittel unter Wär­ mefreisetzung sorbiert und unter Wärmeaufnahme desorbiert, dadurch ge­ kennzeichnet, daß den Sorptionsprozeß störende Inert- oder Fremdgase vom einströmenden Ar­ beitsmitteldampf in ein Kompensationsvolumen gedrängt werden und dadurch die Strömungswege im Sorptionsmittel frei lassen.1. Sorption process in which a sorbent sorbs a working medium with heat release and desorbed under heat absorption, characterized in that the sorption process disruptive inert or foreign gases from the incoming Ar beitsmitteldampf be pushed into a compensation volume and thereby leave the flow paths in the sorbent free. 2. Sorptionsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompensationsvolumen aus Sicht des einströmenden Arbeitsmitteldamp­ fes hinter dem Sorptionsmittel angeordnet ist2. Sorption process according to claim 1, characterized in that the compensation volume from the perspective of the incoming working fluid vapor fes is arranged behind the sorbent 3. Sorptionsverfahren bei halboffenen Systemen nach einem der vorangegange­ nen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Evakuieren des Gesamtsystems alle Luft- und Gasbestandteile durch die Sorptionsmittel-Schüttung hindurch abgesaugt werden.3. Sorption process for semi-open systems according to one of the preceding NEN claims, characterized in that when evacuating the entire system all air and gas components through the Sorbent fill be sucked through. 4. Sorptionsverfahren bei halboffenen Systemen nach einem der vorangegange­ nen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Evakuierung erst unterhalb eines Enddruckes von weniger als 5 Hekto- Pascal beendet wird.4. Sorption process for semi-open systems according to one of the preceding NEN claims, characterized in that evacuation only below a final pressure of less than 5 hectares Pascal exits. 5. Sorptionsverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei geschlossenen Systemen die Wände des Kompensationsvolumens während der Desorptionsreaktion wärmer sind als die Kondensationsfläche für den Ar­ beitsmitteldampf, um ein Verflüssigen des desorbierten Arbeitsmitteldampfes im Kompensationsvolumen zu verhindern. 5. Sorption process according to one of the preceding claims, characterized in that in closed systems, the walls of the compensation volume during the desorption reaction are warmer than the condensation surface for the Ar working fluid vapor to liquefy the desorbed working fluid vapor to prevent in the compensation volume.   6. Sorptionsanordnung aus einem Sorptionsmittelbehälter, gefüllt mit einem Sorptionsmittel, das ein Arbeitsmittel unter Wärmefreisetzung sorbiert und unter Wärmeaufnahme desorbiert, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kompensationsvolumen vorhanden ist, in das den Sorptionsprozeß stören­ de Innert- oder Fremdgase vom einströmenden Arbeitsmitteldampf gedrängt werden können.6. Sorbent arrangement from a sorbent container, filled with a Sorbent that sorbs a working fluid with heat release and desorbed while absorbing heat, characterized in that there is a compensation volume in which interfere with the sorption process de Inert or extraneous gases are pushed away by the incoming working fluid vapor can be. 7. Sorptionsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompensationsvolumen mindestens 1/3 des Sorptionsmittel-Volumens be­ trägt.7. sorption arrangement according to claim 6, characterized in that the compensation volume should be at least 1/3 of the sorbent volume wearing. 8. Sorptionsanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei halboffenen Systemen der Anschluß der Vakuumpumpe im Bereich des Kompensationsvolumens besteht.8. Sorption arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that in semi-open systems the connection of the vacuum pump in the area of Compensation volume exists. 9. Sorptionsanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompensationsvolumen und das Sorptionsmittel innerhalb eines Sorpti­ onsmittelbehälter angeordnet sind.9. Sorption arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the compensation volume and the sorbent within a Sorpti on medium containers are arranged. 10. Sorptionsanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sorptionsmittel Zeolith und das Arbeitsmittel Wasser enthält.10. Sorption arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the sorbent contains zeolite and the working agent contains water.
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EP1387133A2 (en) * 2002-07-30 2004-02-04 Oxford Instruments Superconductivity Limited Refrigeration method and system
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