DE9404126U1

DE9404126U1 - Vorrichtung zur Kälteerzeugung und Wärmespeicherung über Feststoffadsorption mittels Wasserdampf und heißen Gasen

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Publication number: DE9404126U1
Application number: DE9404126U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-03-11
Filing date: 1994-03-11
Publication date: 1994-06-30
Anticipated expiration: 2004-03-12

Description

17.05.94

Anmelder: FÄRBER, Wilfried

Talstr. k 1710h OBERKIRCH, DE

Titel: Vorrichtung zur Kälteerzeugung und Wärmespeicherung über Feststoffadsorption mittels Wasserdampf und heißen Gasen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kälteerzeugung und Wärmespeicherung über Feststoffadsorption mittels Wasserdampf und heißen Gasen.

Aus Dissertationen sind Verfahren zur Kälteerzeugung über Feststoffadsorption mit Wasserdampf und heißen Gasen bekanntgeworden, die sich auf die wissenschaftliche Grundlage der Durchführung eines derartigen Verfahrens beziehen. Demgemäß soll in einem zyklischen Ablauf mittels Wärme das in einem Feststoffadsorptionskörper adsorbierte Wasser ausgetrieben und gesammelt werden, worauf in einer zweiten Phase durch Abkühlung des Adsorptionskörpers das Wasser wieder verdampft und vom Körper aufgenommen wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, mittels derer das Verfahren wirtschaftlich durchgeführt werden kann.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird eine Vorrichtung zur Kälteerzeugung und Wärmespeicherung über Feststoffadsorption mittels Wasserdampf und heißen Gasen vorgeschlagen, die gekennzeichnet ist durch einen oberen, unter Vakuum stehenden Behälter, in dem sich ein Wärmetauscher mit Feststoffüllung, insbesondere granuliertem oder kugelförmigem Zeolith, und eine Dampfkammer befinden, welcher Behälter über eine unter Vakuum stehende Verbindungskammer, in der sich ein Dampfkondensator und eine die Kammer in zwei Räume unterteilende Vakuumklappe befinden, mit einem unteren, unter Vakuum stehenden Behälter vakuumdicht verbunden ist, welcher Behälter das flüssige Kältespeichermedium, insbesondere Wasser, enthält und mit den Behälter durchquerenden Röhren für den Durchfluß eines Kälteentnahmemittels versehen ist.

Mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung wird der wesentliche Vorteil erreicht, daß der Wärmetauscher im oberen Behälter zunächst von einem heißen Gasmedium durchströmt werden kann, wobei das in der Fest stoffüllung, beispielsweise dem Zeolith, befindliche Wasser als Dampf austritt und in den umgebenden Dampfraum geleitet wird, von wo der Dampf in die Verbindungskammer strömt, in der ein Kondensator angeordnet ist, der den Dampf wieder in flüssiges Wasser verwandelt, das dann im unteren Behälter gesammelt und für die nachfolgende Kälteerzeugung zur Verfügung steht. Diese Kälteerzeugung tritt dann ein, wenn der Wärmetauscher wieder abgekühlt wird, so daß das sich im unteren Behälter befindliche Wasser verdampft und damit Wärme entzieht und sich abkühlt, während der so gebildete Wasserdampf wieder im oberen Behälter in der Feststoffüllung adsorbiert wird.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform besteht der im oberen, zylindrischen Behälter vorhandene Wärmetauscher aus einem Heizgasrohrsystem, das aus wellenförmig ge-

formten Blechplatten gebildet ist, die gegenseitig aufeinandergelegt miteinander verschweißt sind, wobei in den Zwischenräumen dieses Röhrensystems sich die Feststoffüllung, beispielsweise das Zeolith in Kugelform, befindet.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Zwischenräume zwischen zwei aus wellenförmig geformten Platten bestehenden Röhren des Röhrensystems mit zwei im Abstand voneinander angeordneten Streckgittern besteht, die so einen Zwischenraum bilden, in dem der aus dem Zeolith ausgetriebene Wasserdampf heraus- und in den Dampfraum eintreten kann. Umgekehrt kann auch in diese Zwischenräume der Dampf aus dem verdampfenden Wasser im unteren Behälter wieder zwischen die Feststofffüllung, beispielsweise Zeolith, gelangen.

Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann der Kondensator in der Verbindungskammer ebenfalls aus einem Röhrensystem bestehen, das aus wellenförmig geformten Blechplatten, die gegeneinander gesetzt miteinander verbunden sind, bestehen, wobei der Kondensator mit einem Kondensatanschluß für die Kühlflüssigkeit versehen ist.

Der untere Behälter kann ebenfalls zylindrisch ausgebildet und mit längsverlaufenden Röhren zum Durchfluß eines Kältemittels versehen sein.

Eine weitere Ausbildungsmöglichkeit des Wärmetauschers im oberen Behälter kann darin bestehen, daß mehrere V-förmige Tauscherflächen aus Edelstahlblech sternförmig mit der Spitze um ein Verdrängungsrohr innerhalb des zylindrischen, oberen Behälters derart angeordnet sind, daß zwischen den Tauscherflächen radial angeordnete Heizmedienkanäle entstehen, die vom Heizmedieneintritt zum -austritt in axialer Richtung verlaufen und wobei

zwischen den V-förmigen Tauscherflächen sternförmig verlaufende Lochtrennbleche zur Bildung von Feststoffkanälen im Abstand angeordnet sind, wobei die Zwischenräume zwischen den V-förmigen Lochblechen als Dampfkanäle ausgebildet sind, die radial nach außen in eine umlaufende Kammer als Dampfkanal münden, der von einer Isolierung umgeben ist, die durch ein äußeres, hohlzylinderförmiges Mantelblech begrenzt wird.

Anhand der Zeichnungen soll am Beispiel bevorzugter Ausführungsformen die Vorrichtung gemäß der Erfindung näher erläutert werden.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine prinzipielle Seitenansicht der Vorrichtung gemäß der Erfindung.

Fig. 2 zeigt einen prinzipiellen Schnitt durch die Vorrichtung gemäß Fig. 1.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch eine besondere Ausführungsform des Wärmetauschers im oberen Behälter .

Fig. 4 zeigt im Längsschnitt eine andere Ausführungsform des Wärmetauschers im oberen Behälter.

Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch den Wärmetauscher gemäß Fig. k.

Fig. 6 zeigt eine vergrößerte Detailansicht eines Ausschnittes entsprechend Fig. 5.

Wie sich aus den Figuren 1 bis 3 ergibt, besteht eine

Ausführungsmöglichkeit der Vorrichtung gemäß der Erfindung aus einem oberen, zylindrischen Behälter 1, der unter Vakuum steht. In diesem Behälter ist in Längsrichtung ein Heizgasröhrensystem angeordnet, das aus mehreren Röhren 2 besteht, die aus wellenförmig geformten Blechplatten 3, 4 gebildet werden, die umgekehrt versetzt aufeinandergelegt und an den Verbindungspunkten 5 miteinander verschweißt werden. Mit 20 ist der Eintritt und mit 21 der Austritt für das Heiz-/Kühlmedium bezeichnet .

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, sind die Zwischenräume zwischen den Röhren 2 des Röhrensystems mit kugel- oder granulatförmigem Feststoff, beispielsweise Zeolith 6, angefüllt, der sich gut zur Aufnahme des Wasserdampfes während der Kälteerzeugung eignet. Um dem Wasserdampf vor allem vom Inneren eine bessere Austrittsmöglichkeit in den umgebenden Dampfraum 7 zu ermöglichen, sind der Wellenform der Blechplatten angepaßte Streckgitter 8 eingebaut, die Dampfkanäle 9 bilden, innerhalb derer der Wasserdampf aus- und eintreten kann. Ferner ist das gesamte Röhrensystem mit einem Streckgitter 8 umgeben, um den Zusammenhalt des Feststoffmaterials zu gewährleisten .

Der obere Behälter 1 ist mit einer ebenfalls unter Vakuum stehenden Verbindungskammer 10 vakuumdicht verbunden. In dieser Verbindungskammer ist ein Dampfkondensator 11 angeordnet, der mit zwei Kondensatanschlüssen 12 für das Kühlmedium versehen ist. Innerhalb der Verbindungskammer 10 befindet sich noch eine Vakuumklappe 13, die während der einzelnen Betriebsphasen geöffnet oder verschlossen werden kann.

Die Verbindungskammer 10 ist vakuumdicht mit einem unteren Behälter 14 verbunden, der ebenfalls unter Vakuum

steht und in dem sich das Kondensatwasser 15 befindet. Der untere Behälter wird von mehreren Rohren 16 für das Transportmedium zum Abtransport der Kälte durchquert.

In den Figuren 4, 5 und 6 ist ein anderer Wärmetauscher für den oberen Behälter 1 vorgesehen. Dort sind im Inneren des Behälters 1 mehrere V-förmige Tauscherflächen 17 aus Edelstahlblech sternförmig mit der Spitze um ein Verdrängungsrohr 18 angeordnet, das innerhalb des zylindrischen Behälters 1 angeordnet ist. Zwischen den Tauscherflächen 17 sind radial angeordnete Heizmedienkanäle 19 vorgesehen, die vom Heizmedieneintritt 20 zum Heizmedienaustritt 21 in axialer Richtung verlaufen. Zwischen den V-förmigen Tauscherflächen 17 sind sternförmig verlaufende Lochtrennbleche 22 zur Bildung von Kanälen 23 für den Feststoff, beispielsweise das Zeolith, im Abstand angeordnet. Die Zwischenräume zwischen den V-förmigen Lochblechen 22 sind als Dampfkanäle 24 ausgebildet, die radial nach außen in eine umlaufende Kammer 25 als Dampfkanal münden. Dieser Dampfkanal ist von einer Isolierung 26 umgeben, die wiederum durch das hohlzylinderförmige Mantelblech des Behälters 1 begrenzt wird .

Die Kälteerzeugung erfolgt bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung dadurch, daß in der Phase, in der durch die Röhren 2 des Röhrensystems über den Kühlmitteleintritt 20 ein Kühlmittel geleitet wird, sich der Feststoff abkühlt und dadurch der im Behälter 14 bei Normaltemperatur entstehende Wasserdampf vom Feststoffadsorptionskörper aufgenommen wird. Dadurch kühlt sich die Sohle, d. h. das Wasser 15, im Behälter 14 ab. Durch die Rohre 16 wird ein Transportmedium zum Herausführen der Kälte hindurchgeleitet und der weiteren Anwendung zugeführt.

Wenn beim entgegengesetzten Zyklus durch Zuführung von

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heißen Abgasen in die Röhren 2 das Zeolith wieder erhitzt wird, wird der Wasserdampf ausgetrieben und im Kondensator 11 in Wasser umgewandelt, das dann nach geöffneter Klappe 13 in den Behälter IA fließt. Da nun zwischen dem umgekehrten Zyklus, bei dem durch die Röhren 2 ein Kühlmittel hindurchgeleitet wird, eine gewisse Zeit verstreichen kann, kann dieses Wärmetauschersystem auch zum Speichern der in ihm enthaltenen Wärme verwendet werden.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann wie folgt in Betrieb genommen werden.

a) Zunächst wird die Feststoffüllung mit den Streckgittern zwischen das Röhrensystem gebracht und dieses zusammengeschweißt;

b) dann erfolgt das vakuumdichte Zusammenschweißen der Teile (1, 11 und 14);

c) danach wird im Inneren der Teile (1, 11 und 14) ein Vakuum von ca. 0,05 bar hergestellt;

d) anschließend erfolgt eine Wasserbefüllung des unter Vakuum stehenden Innenraums mit siedendem Wasser, wodurch der Feststoff im oberen Behälter vollständig mit Wasserdampf angereichert wird.

Ist dieser Vorgang abgeschlossen, so kann das Röhrensystem der Röhren im oberen Behälter 1 mit heißem Gas beaufschlagt werden. Dadurch wird der im Feststoff, d.. h. im Zeolith, enthaltene Wasserdampf ausgetrieben, und der Wasserdampf wird im Kondensator 11 zu Wasser kondensiert, wobei der Kondensatoranschluß 12 mit einem entsprechenden Medium, beispielsweise Luft oder Wasser, be-

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aufschlagt wird. Nach dem Öffnen der Klappe 13 läuft das Kondensat in den unteren Behälter 14, worauf die Klappe 13 wieder geschlossen wird. Schließlich wird die Feststoffüllung, d. h. das Zeolith, im oberen Behälter 1 auf Umgebunstemperatur abgekühlt, indem ein Gas, beispielsweise Luft, mit Umgebungstemperatur durch die Röhren 2 geleitet wird. Anschließend wird die Klappe 13 geöffnet, wobei jetzt das Wasser 15 im unteren Behälter 14 verdampft und die Sohle abgekühlt wird, indem das Zeolith den Wasserdampf im oberen Behälter 1 aufnimmt. In einem weiteren Schritt wird nun wieder, wie zuvor erwähnt, im oberen Behälter heißes Gas durch die Röhren 2 geschickt, wodurch sich der Vorgang im diskontinuierlichen Prozeßablauf wiederholt.

Claims

FÄRBER, Wilfried SCHUTZANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zur Kälteerzeugung und Wärmespeicherung über Feststoffadsorption mittels Wasserdampf und heißen Gasen, gekennzeichnet durch einen oberen, unter Vakuum stehenden Behälter (1), in dem sich ein Wärmetauscher mit Feststoffüllung (6), insbesondere granuliertem oder kugelförmigem Zeolith, und eine Dampfkammer (7) befinden, welcher Behälter (1) über eine unter Vakuum stehende Verbindungskammer (10), in der sich ein Dampfkondensator (11) und eine die Kammer in zwei Räume unterteilende Vakuumklappe (13) befinden, mit einem unteren, unter Vakuum stehenden Behälter (14) vakuumdicht verbunden ist, welcher Behälter (14) das flüssige Kältespeichermedium, insbesondere Wasser (15), enthält und mit den Behälter (14) durchquerenden Röhren (16) für den Durchfluß eines Kälteentnahmemittels versehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß im oberen, zylindrischen Behälter (1) ein mit aus wellenförmig geformten Blechplatten (3, 4) gebildetes Heizgasröhrensystem angeordnet ist, wobei die Zwischenräume zwischen den Röhren (2) des Heizgasröhrensystems mit Zeolithkugeln (6) angefüllt sind .

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß innerhalb der Zwischenräume zwischen den

wellenförmig geformten Platten im Abstand voneinander Abdampfräume bildende Streckgitter (8) angeordnet sind, wobei die Streckgitter auch das gesamte Röhrensystem zum Zurückhalten der Zeolithkugeln umgeben .

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch ge kennzeichnet, daß der Kondensator (11) in der Verbindungskammer (10) ebenfalls aus einem aus wellenförmig geformten Blechplatten gebildeten Röhrensystem besteht und der Kondensator mit einem Kondensatoranschluß (12) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren zylindrischen Behälter längsverlaufende Rohre (16) zum Durchfluß des Mittels für die Kälteentnahme angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß bei dem Wärmetauscher im oberen Behälter (1) mehrere V-förmige Tauscherflächen (17) aus Edelstahlblech sternförmig mit der Spitze um ein Verdrängungsrohr (18) innerhalb des zylindrischen, oberen Behälters (1) derart angeordnet sind, daß zwischen den Tauscherflächen (17) radial angeordnete Heizmedienkanäle (19) entstehen, die vom Heizmedieneintritt (20) zum -austritt (21) in axialer Richtung verlaufen und wobei zwischen den V-förmigen Tauscherflächen (17) sternförmig verlaufende Lochtrennbleche (22) zur Bildung von Feststoffkanälen (23) im Abstand angeordnet sind, wobei die Zwischenräume zwischen den V-förmigen Lochblechen als Dampfkanäle (24) ausgebildet sind, die radial nach außen in eine umlaufende Kammer (25) als Dampfkanal münden, der von einer Isolierung (26)

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umgeben ist, die durch ein äußeres, hohlzylinderförmiges Mantelblech begrenzt wird.