DE3007928C2

DE3007928C2 - Verfahren zur thermischen Regeneration beladener Sorptionsmaterialien

Info

Publication number: DE3007928C2
Application number: DE3007928A
Authority: DE
Inventors: Karl Dipl.-Phys. 4600 Dortmund Winter
Original assignee: Rekuperator KG Dr-Ing Schack & Co 4000 Duesseldorf De; Rekuperator Kg Dr Ing Schack & Co 4000 Duesseldorf
Current assignee: Rekuperator KG Dr-Ing Schack & Co 4000 Duesseld
Priority date: 1980-03-01
Filing date: 1980-03-01
Publication date: 1986-12-11
Also published as: DE3007928A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Regeneration beladener Sorptionsmaterialien mit einem im Kreislauf geführten gasförmigen Regenerationsmittel, das in der als Kondensator ausgebildeten-Primärseite eines ersten Wärmetauschers gekühlt, in einem zweiten Wärmetauscher erhitzt und erhitzt einem mit dem beladenen Sorptionsmaterial gefüllten Behälter wieder zugeführt wird, wobei das Regenerationsmittel im zweiten Wärmetauscher, dessen Sekundärseite als Kondensator einer Wärmepumpe mit eigenem Kältemittelkreislauf geschaltet ist, aufgeheizt, anschließend durch das Sorptionsmaterial geführt, zusammen mit dem ausgetriebenen Desorbat in dem ersten Wärme-— bei der Kaskadenschaltung — auch mehrere Kompressoren eingesetzt werden können, vorgeschlagen. Davon ausgehend, liegt dieser Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Aufwand an mechanisch betriebenen Bauelementen zu verringern und damit insbesondere Verschleißstellen zu eliminieren und das Verfahren dadurch wirtschaftlicher zu gestalten.

Nach der Erfindung wird zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagen, daß als Wärmepumpe eine Absorptionswärmepumpe eingesetzt wird, deren Austreiber mit einer Verbrennungseinrichtung geheizt wird, deren Rauchgas wenigstens teilweise als Regenerationsmedium verwendet wird. Durch diese Ausbildung gelingt es, die Kompressor-Wärmepumpe voll durch eine Absorptionswärmepumpe ersetzen und die mit der Kompressor-Wärmepumpe verbundenen Verschleißstellen auszuschalten.

Weiterbildungen sind dadurch gegeben, daß wenigstens ein Teil des Rauchgases der Verbrennungseinrichtung als Schutzgas zum Verdrängen von Luft in das System Wärmetauscher des Kondensators — Sorptionsmaterialbehälter — Wärmetauscher des Verdampfers einschließlich der Rohrleitungen eingespeist wird. Insbesondere bei der Desorption von Aktivkohle aber auch bei der Desorption sauerstoffempfindlicher Sorbate wird zur Vermeidung unerwünschter Oxydationsprozesse dieses Rauchgas zum Verdrängen der Luft aus dem Sysiem benutzt; es kann darüber hinaus auch als gasförmiges Regenerationsmedium eingesetzt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Kreislauf der Absorptionsflüssigkeit in der Wärmepumpe durch eine Dampfblasenpumpe in Gang gehalten. Dabei arbeitet die Dampfblasenpumpe mit einer partiellen Desorption des in der Absorptionsflüssigkeit gelösten Kältemittels. Es versteht sich von selbst, daß auch eine vollständige Desorption im Blasenbildungsgefäß vorgenommen werden kann, wobei das Blasenbildungsgefäß der mit der Verbrennungseinrichtung geheizte Austreiber wird.

Zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit kann dabei ein Teil der fühlbaren Wärme der heißen Absorptionsflüssigkeit, die im Rücklauf aus dem Austreiber dem Wärmetauscher zufließt, durch entsprechende Leitungskontakte auf die Absorptionsflüssigkeit übertragen werden. Ein guter Wärmeübergang wird erreicht, wenn der Wärmetauscher das Blasenbildungsgefäß der Dampfblasenpumpe umgibt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß der vom Austreiber zum Adsorber zurückfließende heißen Absorptionsflüssigkeit soviel fühlbare Wärme entzogen wird, daß diese Absorptionsflüssigkeit direkt dem Absorber zugeleitet werden kann. Die Wärme wird dabei auf die kalte Absorptionsflüssigkeit, die von einer Pumpe in den Austreiber gefördert wird, übertragen. Dadurch wird die dem Austreiber zuzuführende Energie verringert.

Eine Weiterbildung ist schließlich dadurch gegeben, daß die Absorptionswärmepumpe in Kaskadenschaltung mit zwei oder mehr Stufen geschaltet ist. Durch diese Art der Schaltung wird erreicht, daß größere Tem-

lauswiici, UC33CI1 ocnuuuai aciic αϊ» ν ei uaiiiyici in ucii du Kältemittelkreislauf der Wärmepumpe geschaltet ist, gekühlt und zum zweiten Wärmetauscher zurückgeführt wird, nach Patent 29 36 873.

Zur Senkung des Energieverbrauchs bei der Regenerierung von gebrauchten, beladenen Sorptionsmaterialien und zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens wird nach dem Hauptpatent 29 36 873 eine mit einem Kompressor angetriebene Wärmepumpe, wobei

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Das Verfahrensschema nach F i g. 1 zeigt schematisch die Kreisläufe des Regenerationsmediums, des Kältemittels und der Absorptionsflüssigkeit.

Die Fig.2 und 3 zeigen beispielhafte Ausbildungen der Blasenpumpe.

Die Bezugszeichen der F i g. 1 bis 3 entsprechen denen der Hauptanmeldung. In der F i g. 1 ist 1 der Sorptionsmaterialbehälter mit dem vor der Regenerierung

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beladenen Sorptionsmaterial 2, durch das das gasförmi- Absorptionsflüssigkeit, in der Kältemittel gelöst ist, ge Regenerationsmedium strömt Gefördert wird dieser durch die heiße, aus dem Austreiber 19 über die Leitung Strom des gasförmigen Regenerationsmediums durch 17.1 zurücklaufende Absorptionsflüssigkeit, die durch das Gebläse 15 über die Leitungen 3,6,7 und 13, wobei die Rohrschlange des Wärmetauschers 17.4 geführt der Wärmetauscher 4 des Kondensators zum Aufheizen 5 wird, aufgeheizt, eine partielle Desorption setzt ein und des gasförmigen Regenerationsmedi^ms und des Ver- der freigesetzte Kältemitteidampf hebt die nicht völlig dampfers 5 zum Abkühlen des gasförmigen Regenera- entgaste Absorptionsflüssigkeit durch die Steigleitung tionsmediums und zur Kondensation des Desorbats- 17.2 in den mit der Verbrennungseinheit beheizten Ausdurchströmt werden. Die fühlbare Wärme des Desorp- treiber 19, von dem aus die heiße — nunmehr von Kältetionsmediuüis und die Kondensationswärme des über io mittel befreite — Absorptionsflüssigkeit zur Rohrdie Leitung 14 abzuführenden kondensierten Desorbats schlange des Wärmetauschers 17.4 zurückfließt und von werden über den Wärmetauscher des Verdampfers 5 da aus weiter und ggf. über den Wärmetauscher 17.5 auf das Kältemittel übertragen, das diese Wärme als zum Absorber 21 fließt

Verdampfungswärme aufnimmt und das nunmehr gas- In F i g. 3 ist eine weitere vorteilhafte Ausbildung der

formig mit seiner latenten Wärme dem Absorber 21 15 Blasenpumpe 26 mit direkter Heizung durch die Verzugeführt wird und diese latente Wärme in dem Absor- brennungseinheit 20 dargestellt: Das Blasenbildungsgeber 21 zuführt Das nunmehr gasförmige Kältemittel faß 25' wird mit Hilfe der Verbrennungseinrichtung 20' wird im Absorber 21 mit einer Absorptionsflüssigkeit, in geheizt; das Rauchgas der Verbrennungseinrichtung der sich das Kältemittel gut löst, in Veibindung ge- strömt über die Leitung 23'zum Ventil 24 (Fig. 1). Der bracht Das durch dieses Lösen sich ausbildende Druck- 20 Kältemitteidampf wird im Trenngefäß 27' von der Abgefälle ist der Antrieb für den Kältemittelfluß. Sorptionsflüssigkeit separiert, in das die Absorptions-

Die mit Kältemittel angereicherte Absorptionsflüs- flüssigkeit über die Steigleitung 17.2'unter dem Einfluß sigkeit strömt, gefördert von der Pumpeneinrichtung 18 der im Blasenbildungsgefäß 25' gebildeten Kältemittelüber die Leitung 17.2 zum Austreiber 19, in dem es dampfblasen gehoben wird. Eine Haube verhindert didurch die Wärme der Verbrennungseinheit 20 stark auf- 25 rekten Tropfenaustrag in die zum Kondensator 4 geheizt wird und so das gelöste Kältemittel abgibt Die- (F i g. 1) führende Leitung 10'. Die Rückflußleitung 17. Γ ses freigesetzte Kältemittel strömt nun seinerseits wie- führt zum Wärmetauscher 173' in dem die dem als Ausder gasförmig über die Leitung 10 zum Kondensator 4, treiber ausgebildeten Blasenbildungsgefäß zuströmenin dem es bei seiner Kondensation Wärme abgibt, die de, kältemittelhaltige Absorptionsflüssigkeit vorgeüber den Wärmetauscher des Kondensators 4 auf das 30 wärmt wird.

gasförmige Regenerationsmittel übertragen wird. Das

kondensierte Kältemittel seinerseits wird über die Lei- Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

tung 11 der Drosselstelle 9 zugeleitet; hinter der Dros- "

seistelle 9 im Verdampfer verdampft das bis dahin flüssige Kältemittel und entzieht seiner Umgebung Wärme, 35
die ihm über den Wärmetauscher des Verdampfers 5
aus dem gasförmigen Desorptionsmedium bzw. von der
Kondensation des Desorbats her nachgeliefert wird;
gasförmig strömt es über die Leitung 12 zum Absorber
21. 40

Das Abgas der Verbrennungseinheit 20 wird dabei
zumindest teilweise über die Leitung 23 mit dem Ventil
24 in das System »Wärmetauscher des Kondensators 4
— Sorptionsmaterialbehälter 1 — Wärmetauscher des
Verdampfers 5 — Rohrleitungen 3, 6, 7 und 13 und 45
Gebläse 15« eingespeist; dabei kann dieses Rauchgas
zum Verdrängen der Luft aus diesem System dienen, es
kann auch als gasförmiges Regenerationsmedium eingesetzt werden.

Den Kreislauf der Absorptionsflüssigkeit hält die 50
Pumpeneinrichtung 18 in Gang. Diese Pumpeneinrichtung kann eine beliebige Pumpe sein. Um den Kreislauf
der Absorptionsflüssigkeit zu ermöglichen, ist die kalte
Seite des Kältemittelkreislaufs mit einem in der Absorptionsflüssigkeit nicht merklich löslichem Inertgas aufge- 55
füllt, wobei die Leitung 22 für einen Druckausgleich
sorgt. Um die Energie-Ausnutzung zu verbessern, ist ein
Wärmetauscher 17.4 vorgesehen, in dem fühlbare Wärme von der heißen Absorptionsflüssigkeit im Rücklauf
vom Austreiber 19 auf die kalte Absorptionsflüssigkeit 60
im Vorlauf übertragen wird. Bei entsprechender Auslegung kann die im Wärmetauscher 17.3 gekühlte Absorptionsflüssigkeit direkt dem Absorber 21 zuströmen
und in ihm mit dem Kältemittel in Kontakt gebracht
werden. 65

Die F i g. 2 zeigt eine besondere Ausführungsform der
Pumpeneinrichtung 18, nämlich als Blasenpumpe 26:
Hier wird in einem Blasenbildungsgefäß 25 vorhandene

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur thermischen Regeneration beladener Sorptionsmaterialien mit einem im Kreislauf geführten gasförmigen Regenerationsmittel, das in der als Kondensator ausgebildeten Primärseite eines ersten Wärmetauschers gekühlt, in einem zweiten Wärmetauscher erhitzt und erhitzt einem mit dem beladenen Sorptionsmaterial gefüllten Behälter wieder zugeführt wird, wobei das Regenerationsmittel im zweiten Wärmetauscher, dessen Sekundärseite als Kondensator einer Wärmepumpe mit eigenem Kältemittelkreislauf geschaltet ist, aufgeheizt, anschließend durch das Sorptionsmaterial geführt, zusammen mit dem ausgetriebenen Oesorbat in dem ersten Wärmetauscher, dessen Sekundärseite als Verdampfer in den Kältemittelkreislauf der Wärmepumpe geschaltet ist, gekühlt und zum zweiten Wärmetauscher zurückgeführt wird, nach Patent2936873, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmepumpe eine Absorptionswärmepumpe eingesetzt wird, deren Austreiber (19) mit einer Verbrennungseinrichtung (20) geheizt wird, deren Rauchgas wenigstens teilweise als Regenerationsmedium verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des Rauchgases der Verbrennungseinrichtung (20) als Schutzgas zum Verdrängen der Luft in das System Wärmetauscher des Kondensators (4) — Sorptionsmaterialbehäher (1) — Wärmetauscher des Verdampfers (5) einschließlich der Rohrleitungen (3, 6, 7, 13) eingespeist wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreislauf der Absorptionsflüssigkeit der Absorptionswärmepumpe von einer Dampfblasenpumpe (26) in Gang gehalten wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionswärmepumpe in Kaskadenschaltung mit zwei oder mehr Stufen geschaltet ist.