DE4444252A1 - Removal of disturbing gases containing carbon dioxide during sorption process - Google Patents

Removal of disturbing gases containing carbon dioxide during sorption process

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Abstract

In the sorption process, disturbing gases or vapours which hinder the process (that is, they contain carbon dioxide) are removed from the working chamber (2) by a binder material (8) and thereby no other disturbing materials are released. The binder has a rigid form and is permanent. It contains calcium hydroxide and cement, which can be converted to calcium carbonate by the disturbing gases. It is kept relatively cold, in a region where these gases would collect, such as in the condensation chamber.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Entfernen bzw. Binden störender Gase oder Dämpfe aus Sorptionssystemen gemäß dem Oberbe­ griff der Ansprüche 1 und 9.The invention relates to a method and a device for removing or Binding interfering gases or vapors from sorption systems according to the Oberbe handle of claims 1 and 9.

Durch den Oberbegriff Sorption wird ein Energieumwandlungsprozeß beschrie­ ben, bei dem ein Sorptionsmittel ein Arbeitsmittel unter Energiefreisetzung aufsaugt (Sorption) und unter Energiezufuhr wieder abgibt (Desorption). Bei nach dem Sorp­ tionsprinzip arbeitenden Verfahren und Vorrichtungen wird ein leichterflüchtiges Arbeitsmittel von einem schwererflüchtigen Sorptionsmittel dampfförmig unter Freisetzung der sogenannten Sorptionswärme sorbiert. Bei der Verdampfung des Arbeitsmittels wird dem noch flüssigen dampfenden Arbeitsmittel Energie entzo­ gen, was dazu führt, daß dieses abkühlt. Zur Reaktivierung einer solchen Vorrich­ tung wird unter Zufuhr von Wärme das Arbeitsmittel aus dem Sorptionsmittel dampfförmig ausgetrieben (desorbiert) und unter Wärmeabgabe kondensiert. Die Vorgänge der Sorption eines Arbeitsmittels mit anschließender Desorption des Sorptionsmittels wird als Sorptionszyklus bezeichnet.The generic term sorption describes an energy conversion process ben, in which a sorbent absorbs a working fluid with energy release (Sorption) and releases it again with energy (desorption). At after the Sorp The principle and method working devices becomes a more volatile Working fluid from a less volatile sorbent in vapor form Release of the so-called sorption heat sorbed. When evaporating the Working fluid is extracted from the still liquid, steaming working fluid gene, which causes it to cool down. To reactivate such Vorrich tion with the addition of heat, the working fluid from the sorbent expelled in vapor form (desorbed) and condensed with heat emission. 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. Ein hermetisch geschlossenes System soll auch während der dem Sorptions­ prozeß folgenden Desorptionsphase hermetisch dicht bleiben. Zwischen Sorptions­ mittelbehälter und Arbeitsmittelbehälter kann sich eine Absperreinrichtung befin­ den, welche im geschlossenen Zustand den Sorptionsvorgang verhindert. Wird die Absperreinrichtung geöffnet, kann der Sorptionsvorgang und die damit verbundene Kälte- bzw. Wärmeerzeugung 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. A hermetically sealed system is also said to be used during the sorption process following desorption phase remain hermetically sealed. Between sorption There may be a shut-off device for the medium container and the working medium container the one that prevents the sorption process in the closed state. Will the Shut-off device opened, the sorption process and the associated Cold or heat generation begin.

In einem Sorptionssystem befindliche Materialien und Stoffe können ausgasen oder z. B. durch chemische Umwandlung Gase freisetzen. Diese störenden Inertga­ se oder -dämpfe verhindern einen schnellen Sorptionsvorgang, da sie den Zutritt des dampfförmigen Arbeitsmittels zum Sorptionsmittel erschweren, was zu einer extre­ men Verlangsamung der Kälte- bzw. Wärmeerzeugung führt. Ein erheblicher Lei­ stungsabfall dieser Sorptionssysteme ist die Folge. Als störende Inertgase oder -dämpfe, bezeichnet man in diesem Fall ganz allgemein Stoffe, die den Zutritt des Arbeitsmitteldampfes zum Sorptionsmittel beeinflussen und somit den Sorptions­ vorgang behindern. Diese Stoffe können im Sorptionsmittel vorsorbiert sein, durch chemische Reaktionen freigesetzt werden, aus den vorhandenen Materialien entga­ sen oder über Undichtigkeiten des Systems eintreten.Materials and substances in a sorption system can outgas or z. B. release gases by chemical conversion. This annoying inertga Vapors or vapors prevent a rapid sorption process because they prevent the  vaporous working medium to sorbent complicate, which leads to an extre slows down the generation of cooling or heating. A considerable lei The result is a drop in the performance of these sorption systems. As disturbing inert gases or -Vapors, in this case, generally refers to substances that prevent access to the Influencing agent vapor to the sorbent and thus the sorption hinder operation. These substances can be pre-sorbed in the sorbent chemical reactions are released from the existing materials or leak through the system.

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

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Teile der Patentansprü­ che 1 und 9.This problem is solved by the characterizing parts of the patent claims che 1 and 9.

Um für den Sorptionsvorgang das System von störendem Inertgas oder -dampf frei zu halten, so daß in der Dampfphase nur Arbeitsmitteldampf vorhanden ist, wird dem Sorptionssystem ein Bindemittel hinzugefügt. Das Bindemittel hat dabei die Aufgabe, die im Sorptionssystem vorhandenen oder freiwerdenden Inertgase oder -dämpfe zu binden und damit dem Arbeitsmitteldampfraum zu entziehen. Es muß dabei in der Lage sein, soviel Inertgas oder -dampf zu binden, wie im Sorptionssystem durch Entgasung oder chemischer Reaktion der darin enthaltenen Stoffe und Materialien frei wird. In einem hermetisch geschlossenen Sorptionssy­ stem kann deshalb nur eine begrenzte Menge an Inertgas oder -dampf anfallen und dies meist zu Beginn der Sorptionszyklen. Das Bindemittel braucht innerhalb dieses Zeitraums nur diese bestimmte Menge an Inertgas zu binden.In order for the sorption process the system of disturbing inert gas or vapor keep clear so that only working fluid vapor is present in the vapor phase, a binder is added to the sorption system. The binder has it the task of the inert gases present or released in the sorption system to bind or vapors and thus withdraw them from the working fluid steam room. It must be able to bind as much inert gas or vapor as in Sorption system by degassing or chemical reaction of the contained therein Fabrics and materials becomes free. In a hermetically sealed sorption system stem can therefore only a limited amount of inert gas or vapor and this usually at the beginning of the sorption cycles. The binder needs within this Only bind this specific amount of inert gas for a period of time.

Als Bindemittel eignen sich prinzipiell alle Stoffe, die in der Lage sind, die in einem Sorptionssystem anfallenden Inertgase oder -dämpfe zu binden. Das Binde­ mittel sollte dabei aber in der Lage sein, das gebundene Inertgas auch bei systembedingten Temperaturschwankungen nicht wieder freizusetzen. Da die mei­ sten Bindemittel hierzu bei hohen Temperaturen neigen, sollte das Bindemittel an einer Stelle angebracht sein, wo möglichst niedrige Temperaturen und nur leichte Temperaturschwankungen vorherrschen. In einem Sorptionssystem treten im Worpti­ onsmittelbehälter bei der Sorption sowie der Desorption die höchsten Temperaturen auf. Erfindungsgemäß wird das Bindemittel in einem Bereich angebracht, wo die vergleichsweise tieferen Systemtemperaturen vorliegen, z. B. im Kondensator, Ver­ dampfer oder Sammelbehälter.In principle, all substances are suitable as binders that are able to to bind inert gases or vapors generated in a sorption system. The bandage However, medium should be able to add the bound inert gas not to release system-related temperature fluctuations again. Since the mei Most binders tend to do this at high temperatures, the binder should be placed in a place where temperatures are as low as possible and only light Temperature fluctuations prevail. In a sorption system occur in worpti  on the medium during sorption and desorption the highest temperatures on. According to the invention, the binder is applied in an area where the comparatively lower system temperatures are present, e.g. B. in the capacitor, Ver steamer or collecting container.

Erfindungsgemäß wird das Bindemittel dort angeordnet, wo sich die Inertgase oder -dämpfe bevorzugt ansammeln. Erfahrungsgemäß handelt es sich dabei um Stellen im Kondensator oder nachgeschalteten Komponenten. Inertgase oder -dämpfe, welche bei der Desorption im Arbeitsmitteldampfraum sind, werden durch die Arbeitsmitteldampfströmung aus dem Sorptionsmittelbehälter in den Kondensa­ tor mitgerissen. Der nachströmende Arbeitsmitteldampf verhindert ein Rückströmen der auf diese Weise komprimierten Gase in strömungsabgewandten Regionen. Die Grenze zwischen Inertgasen und Arbeitsmitteldämpfen ist erfahrungsgemäß sehr klein. So ist aus Versuchen bekannt, daß die Grenze zwischen 100% Inertgas und 100% Arbeitsdampf in der Regel nicht breiter als 1 cm ist. Bindemittel, das an die­ sen Stellen in das Sorptionssystem eingebracht ist, kann somit das Inertgas unter re­ lativ hohem Druck und meist ohne Hinderung durch Arbeitsmitteldämpfe binden.According to the invention, the binder is arranged where the inert gases are prefer to collect or vapor. Experience has shown that these are Places in the condenser or downstream components. Inert gases or -Vapors that are in the desorption in the working fluid vapor space are caused by the working fluid vapor flow from the sorbent container into the condensate gate entrained. The incoming working fluid vapor prevents backflow of the gases compressed in this way in regions away from the flow. The Experience has shown that the boundary between inert gases and working fluid vapors is very high small. Experiments have shown that the limit between 100% inert gas and 100% working steam is usually not wider than 1 cm. Binding agent to the sen places in the sorption system, the inert gas can under re bind relatively high pressure and mostly without hindrance by working medium vapors.

In Sorptionssystemen hat sich der Einsatz von Zeolithen als Sorptionsmittel und von Wasser als Arbeitsmittel als besonders vorteilhaft erwiesen. Zeolithe haben ei­ ne sehr hohe Fähigkeit, Wasser aufzunehmen. Dabei werden große Mengen an Sorptionswärme frei. Zusätzlich hat Wasser eine hohe Verdampfungs- sowie Er­ starrungsenthalpie, so daß sich dieses Stoffpaar besonders für Heiz- und Kühlver­ fahren nach dem Sorptionsprinzip eignet. Bei Verwendung dieses Stoffpaares tritt in Sorptionssystemen als Inertgas CO₂ auf. Wird dieses Inertgas nicht aus dem Sorptionssystem entfernt, so wird der Sorptionsvorgang spürbar behindert.In sorption systems, the use of zeolites as sorbents and of water as a working tool has proven to be particularly advantageous. Zeolites have one ne very high ability to absorb water. Large amounts of Sorption heat free. In addition, water has a high evaporation and Er enthalpy of rigidity, so that this pair of substances is particularly suitable for heating and cooling drive according to the sorption principle. When using this pair of substances occurs in sorption systems as inert gas CO₂. If this inert gas is not removed from the Sorption system removed, the sorption process is noticeably hindered.

Für das Stoffpaar Wasser/Zeolith mit dem Inertgas CO₂ eignen sich erfindungs­ gemäß Stoffe, die eine chemische oder physikalische Bindung mit CO₂ eingehen und die beim Binden und Festhalten von CO₂ keine weiteren störenden Gase oder Dämpfe freisetzen. Vorteilhaft sind demnach Bindemittel, welche sich bei Anwe­ senheit von CO₂ in Carbonate umwandeln. Das Bindemittel kann in flüssiger oder fester Form vorliegen und muß die Entfernung des CO₂ aus dem Arbeitsmittel­ dampfraum nachhaltig unterstützen. For the pair of water / zeolite with the inert gas CO₂ are fiction according to substances that form a chemical or physical bond with CO₂ and the no more disturbing gases when binding and holding CO₂ or Release vapors. Accordingly, binders which are advantageous in the case of Anwe Convert the CO₂ to carbonate. The binder can be in liquid or be in solid form and must remove the CO₂ from the working fluid sustainably support the steam room.  

Für das Binden von CO₂ eignen sich erfindungsgemäß Bindemittel, die Ca(OH)₂ enthalten. Als Bindemittel wird deshalb frischer Zementmörtel eingesetzt, der beim Verfestigen und Aushärten Ca(OH)₂ bildet. Das so entstandene Ca(OH)₂ geht dann unter Aufnahme von CO₂ in CaCO₃ über. Durch diese Reaktion wird das Inertgas CO₂ dem Sorptionssystem ohne Eingriff von außen entzogen. Dieser Vor­ gang des "Bindens" von CO₂ wird beendet, wenn der Zementmörtel ausgehärtet ist. Die Menge an frischem Zementmörtel, die im Sorptionssystem enthalten ist, ist so bemessen, daß sämtliches im System vorhandenes und freigesetztes CO₂ gebunden werden kann. Der ausgehärtete Zementmörtel verbleibt im Sorptionssystem.According to the invention, binders are suitable for binding CO₂ which Ca (OH) ₂ included. Fresh cement mortar is therefore used as a binder, which forms Ca (OH) ₂ during solidification and hardening. The resulting Ca (OH) ₂ then goes over with the inclusion of CO₂ in CaCO₃. With this reaction, Inert gas CO₂ withdrawn from the sorption system from outside without intervention. This before The course of "binding" CO₂ is ended when the cement mortar has hardened. The amount of fresh cement mortar contained in the sorption system is so dimension that all CO₂ present and released in the system bound can be. The hardened cement mortar remains in the sorption system.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung skizziert und im folgenden kurz beschrieben.An embodiment of the invention is outlined in the drawing and in briefly described below.

Dargestellt ist ein hermetisch geschlossenes Sorptionsaggregat. Ein Sorptionsmittelbehälter 1 und ein Arbeitsmittelsammelbehälter 2 sind durch einen Strömungskanal 3 miteinander verbunden. Der Arbeitsmittelsammelbehälter 2 hat in diesem Beispiel zugleich die Funktion eines Verdampfers und eines Verflüssi­ gers. Im Strömungskanal 3 ist ein Ventil 4 angeordnet, das Sorptionsmittelbehälter 1 und Arbeitsmittelsammelbehälter 2 voneinander trennt. Das Ventil 4 ist über eine Betätigung 5 von außen verstellbar. Im Sorptionsmittelbehälter 1 befindet sich Zeo­ lith 6 und im Arbeitsmittelsammelbehälter 2 das Arbeitsmittel Wasser 7. An der Be­ tätigung 5 ist als Bindemittel frischer Zementmörtel 8 in einem Drahtnetz 9 haltbar aufgetragen. Im Sorptionsmittelbehälter 1 herrscht ein Absolutdruck von weniger als 6 mbar.A hermetically sealed sorption unit is shown. A sorbent container 1 and a working medium collecting container 2 are connected to one another by a flow channel 3 . In this example, the working fluid collecting container 2 also has the function of an evaporator and a condenser. A valve 4 is arranged in the flow channel 3 , which separates the sorbent container 1 and the working medium collecting container 2 from one another. The valve 4 is adjustable from the outside via an actuation 5 . In the sorbent container 1 there is Zeo lith 6 and in the working medium collecting container 2 the working medium water 7 . At the actuation 5 , fresh cement mortar 8 is applied in a wire mesh 9 as a binder. The sorbent container 1 has an absolute pressure of less than 6 mbar.

Bei geöffnetem Ventil 4, adsorbiert der Zeolith 6 den von der Wasseroberfläche abdampfenden Wasserdampf. Nur wenn im Sorptionssystem kein Inertgas oder -dampf vorhanden ist, kann der Wasserdampf ungehindert in den Sorptionsmittelbe­ hälter 1 strömen und vom Zeolith 6 adsorbiert werden. Die Adsorptionstemperatu­ ren erreichen dabei im Zeolith 6 nach einigen Minuten bis zu 150°C. Für das Ver­ dampfen von Wasser im Arbeitsmittelsammelbehälter wird Wärme auf Kosten sei­ ner inneren Energie bereitgestellt, so daß das restliche noch nicht verdampfte Was­ ser 7 zu Eis gefriert. Ist der Zeolith 6 mit Wasser vollständig beladen, ist der Vor­ gang der Adsorption beendet. When the valve 4 is open, the zeolite 6 adsorbs the water vapor evaporating from the water surface. Only when there is no inert gas or vapor in the sorption system can the water vapor flow unhindered into the sorbent container 1 and be adsorbed by the zeolite 6 . The adsorption temperatures reach up to 150 ° C in the zeolite 6 after a few minutes. For the evaporation of water in the working fluid container, heat is provided at the expense of its internal energy, so that the remaining water which has not yet evaporated freezes to ice 7 . If the zeolite 6 is fully loaded with water, the adsorption process is complete.

Nun muß der Sorptionsmittelbehälter 1 auf einem hohen Temperaturniveau von 180-350°C desorbiert werden. Das Ventil 4 ist bei diesem Vorgang geöffnet und der ausgetriebene Wasserdampf strömt zurück in den Arbeitsmittelsammelbehälter 2, wo er kondensiert. Das Ventil 4 wird nun geschlossen, der aufgeheizte Zeolith 6 kühlt aus und anschließend steht das hermetisch geschlossene Sorptionsaggregat für einen erneuten Sorptionszyklus wieder zur Verfügung.Now the sorbent container 1 must be desorbed at a high temperature level of 180-350 ° C. The valve 4 is opened during this process and the expelled water vapor flows back into the working fluid collecting container 2 , where it condenses. The valve 4 is now closed, the heated zeolite 6 cools down and then the hermetically sealed sorption unit is available again for a new sorption cycle.

Das im Vakuumsystem freigesetzte CO₂ wird vom aushärtenden frischen Ze­ mentmörtel 8 im Arbeitsmittelsammelbehälter 2 gebunden. Das im Sorptionsmittel­ behälter 1 vorhandene und freigesetzte CO₂ wird beim Desorptionsvorgang durch den desorbierten und zurückströmenden Arbeitsmitteldampf in den Arbeitsmittel­ sammelbehälter 2 gedrückt, sammelt sich dort an und wird so dem frischen Zement­ mörtel 8 zugeführt und von ihm gebunden. Da der Zementmörtel 8 bis er vollstän­ dig ausgehärtet ist, sämtliches im Sorptionssystem enthaltenes oder freigewordenes CO₂ bindet, kann dieses nicht mehr störend auf den Sorptionsprozeß einwirken.The CO₂ released in the vacuum system is bound by the hardening fresh cement mortar 8 in the working fluid collecting container 2 . The existing in the sorbent container 1 and released CO₂ is pressed during the desorption process by the desorbed and flowing back working fluid in the working fluid reservoir 2 , accumulates there and is fed to the fresh cement mortar 8 and bound by it. Since the cement mortar 8 until it is completely hardened dig binds all contained or released CO₂ in the sorption system, this can no longer interfere with the sorption process.

Claims (10)

1. Sorptionsverfahren, bei dem ein Sorptionsmittel (6) ein Arbeitsmittel (7) unter Wärmefreisetzung sorbiert und unter Wärmeaufnahme desorbiert, dadurch ge­ kennzeichnet, daß störende gas- oder dampfförmige Stoffe, die den Sorptionsprozeß behindern von einem Bindemittel (8) aus dem Arbeitsmitteldampfraum (2) entfernt wer­ den und dabei keine anderen störenden Stoffe freigesetzt werden.1. Sorption process, in which a sorbent ( 6 ) sorbs a working medium ( 7 ) with heat release and desorbed with heat absorption, characterized in that disruptive gaseous or vaporous substances that hinder the sorption process by a binder ( 8 ) from the working medium vapor space ( 2 ) who is removed and no other interfering substances are released. 2. Sorptionsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel (8) in fester Form vorliegt und fest bleibt.2. Sorption process according to claim 1, characterized in that the binder ( 8 ) is in solid form and remains solid. 3. Sorptionsverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die gas- oder dampfförmigen Stoffe CO₂ enthalten.3. Sorption process according to one of the preceding claims, characterized ge indicates that contain the gaseous or vaporous substances CO₂. 4. Sorptionsverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich Teile des Bindemittels (8) in ein Carbonat umwandeln.4. Sorption process according to one of the preceding claims, characterized in that parts of the binder ( 8 ) convert into a carbonate. 5. Sorptionsverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Bindemittel (8) Ca(OH)₂ enthält.5. Sorption process according to one of the preceding claims, characterized in that the binder ( 8 ) contains Ca (OH) ₂. 6. Sorptionsverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Bindemittel (8) Zement enthält.6. Sorption process according to one of the preceding claims, characterized in that the binder ( 8 ) contains cement. 7. Sorptionsverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Bindemittel (8) an einer relativ kalten Stelle angebracht ist.7. Sorption process according to one of the preceding claims, characterized in that the binder ( 8 ) is attached to a relatively cold place. 8. Sorptionsverfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Bindemittel (8) in einem Bereich angebracht wird, wo sich die störenden gas- oder dampfförmigen Stoffe ansammeln.8. Sorption process according to one of the preceding claims, characterized in that the binder ( 8 ) is applied in an area where the disruptive gaseous or vaporous substances accumulate. 9. Sorptionsvorrichtung aus einem Sorptionsmittelbehälter (1), gefüllt mit einem Sorptionsmittel (6), das ein Arbeitsmittel (7) unter Wärmefreisetzung sorbiert und unter Wärmeaufnahme desorbiert, und einem Arbeitsmitteldampfraum (2), dadurch gekennzeichnet, daß ein Bindemittel (8), das im Arbeitsmitteldampfraum (2) angeordnet ist, stören­ de Inertgase oder -dämpfe aufnimmt und bindet.9. Sorption device from a sorbent container ( 1 ), filled with a sorbent ( 6 ) which sorbs a working medium ( 7 ) with heat release and desorbed under heat absorption, and a working medium vapor space ( 2 ), characterized in that a binder ( 8 ), the is arranged in the working fluid steam chamber ( 2 ), absorbs and binds inert gases or vapors. 10. Sorptionsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel (8) im Kondensationsraum des Arbeitsmittels angeordnet ist.10. Sorption device according to claim 9, characterized in that the binder ( 8 ) is arranged in the condensation space of the working medium.
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