Patentanmeldung:

Adsorptions-Wärmepumpe, Adsorptions-Kältemaschine und Adsorberelemente hierfür

Anmelderin: Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Adsorberelement für einen Wärmetauscher, das als zentralen Bestandteil einen wärmeleitenden Festkörper enthält, auf dessen Oberfläche ein Sorptionsmaterial für ein dampfförmiges Adsorptiv angeordnet ist und auf dessen Außenfläche ein fluiddichter Folienverbund angeordnet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Adsorptionswärmepumpe oder Adsorptions-Kältemaschine, die mindestens ein derartiges Adsorberelement enthält.

Stand der Technik

Bei vielen technischen Adsorptionsprozessen spielt die Leistung, mit der die entstehende Adsorptionswärme über einen Wärmetauscher abgeführt werden kann, eine wichtige Rolle. Analog gilt dies für die Wärmeübertragungsleistung beim Beheizen des Adsorbens über einen Wärmetauscher zur Desorption/Regenerierung des Adsorbens (im Folgenden üblicherweise Sorptionsmaterial genannt). Von zentraler Bedeutung sind diese Leistungskenngrößen für Adsorptionswärmepumpen und -Kältemaschinen sowie verwandte Anwendungen der Adsorption in der Energie- und Klimatisierungstechnik.

Für Adsorptionswärmepumpen und -Kältemaschinen arbeiten derzeit verschiedene Firmen intensiv an Konzepten zur Erhöhung der auf das Bauvolumen bezogenen Leistungsdichte, z.B. die Firmen Vaillant, L)OP, Mitsubishi und SorTech.

Physikalisch handelt es sich hierbei um das Problem der Optimierung des Wärme- und Stofftransports in der Wärmepumpe. In einem mikroporösen Feststoff (Adsorbens/

Sorptionsmaterial, z.B. ein Zeolith oder ein Kieselgel) wird der Dampf des Arbeitsmittels (Adsorptiv, z.B. Wasser, Methanol oder Ammoniak) angelagert (adsorbiert), wobei Wärme freigesetzt wird.

Für ein verbessertes Adsorberelement ist also eine gute thermische Anbindung des mikroporösen Adsorbens/Sorptionsmaterials (z.B. eines Zeoliths) an eine Wärmeaustauscherfläche bzw. an ein auf der anderen Seite dieser Grenzfläche strömendes Wärmeträgerfluid erforderlich.

Die DE 10 2005 037 708 A1 und die DE 10 2005 037 763 A1 beschreiben einen kompakten Aufbau, mit dem eine verbesserte Wärmeübertragung von der Wärmetauscherplatte auf das Wärmeträgerfluid erreicht wird. Dies wird entweder mittels eines zylinderförmigen Wärmetauschers oder mittels eines Plattenwärmetauschers erreicht, bei dem das Wärmeträgerfluid durch Kanäle in der Wärmetauscherplatte fließt.

In der DE 101 19 258 A1 wird ein Adsorberaufbau beschrieben, bei dem das Adsorbens in Form von Granalien einlagig auf die Rippen eines Rippenrohres aufgelegt wird. Ein besserer Wärmekontakt des Sorptionsmaterials zum Wärmetauscher lässt sich mit einem Aufbau nach der US 6,102,107 erzielen. Hierbei ist der Adsorber als Lamellenwärmetauscher aufgebaut, also als Bündel paralleler Platten, die durch ein Rohrbündel senkrecht durchstoßen werden. Das Wärmeträgerfluid strömt in den Rohren und das Sorptionsmaterial ist als Schicht beidseitig auf den Platten aufgebracht. Das Sorptionsmaterial ist hierbei in eine Polymerfolie eingebunden. Bei einem derartigen Aufbau des Adsorbers lässt sich eine so gute thermische Anbindung des Sorptionsmaterials an die Wärmetauscheroberfläche erzielen, dass der Wärmeübergang auf das Wärmeträgerfluid im Wärmetauscher zum limitierenden Faktor für die erreichbare Leistungsdichte der Wärmepumpe wird.

Durch einen derartigen Adsorberaufbau werden jedoch noch nicht die Leistungsdichten erreicht, die für bestimmte Anwendungen gefordert werden (z.B. für die PKW-Klimatisierung). Um die Leistungsdichte von Adsorptionswärmepumpen weiter zu steigern und zugleich eine hohe Effizienz (COP, Arbeitszahl) zu ermöglichen, sind daher neuartige Konzepte für den Aufbau des Adsorbers erforderlich.

Zur Vollständigkeit sei angefügt, dass unter dem (thermischen) COP (Coefficient of Performance) für eine Kältemaschine das Verhältnis aus gewonnener Nutzkälte und hierfür benötigter Antriebswärme verstanden wird; für eine Wärmepumpe ist der COP als Verhältnis der Nutzwärme (auf dem mittleren Temperaturniveau) zur Antriebswärme (auf hohem Temperaturniveau) definiert. Für praktische Anwendung ist zusätzlich eine

Betrachtung des gesamten Energieaufwandes einschließlich der elektrischen Verbrauche von Pumpen etc. erforderlich.

Ein zu den oben genannten Problemen hinzutretendes Problem ist die Begrenzung der Adsorptionsgeschwindigkeit durch den Transport des gasförmigen und/oder dampfför- migen Adsorptivs zu den Mikro- oder Mesoporen des festen Sorptionsmaterials, wo die Adsorptionswärme freigesetzt wird. Dieses Problem tritt insbesondere bei Adsorptiven mit niedrigem Dampfdruck auf, wie z.B. Wasser oder Methanol. Insbesondere bei dicken Schichten des Sorptionsmaterials entsteht - je nach Aufbau der Schicht - eine hohe Diffusionsbarriere für das adsorbierende Gas. Nach der WO 02/45847 besteht ein Lösungsansatz darin, eine ausreichende Dampfdurchlässigkeit der Sorptionsmaterial-Schicht durch die Einbindung der Sorptionsmater- ial-Mikropartikel in eine gut wärmeleitende und dampfdurchlässige Polymermatrix zu erreichen. Die DE 101 59 652 C2 beschreibt die Einbringung von Sorptionsmaterial in eine schaumstoffartige Matrix aus Metall. Ein weiterer Lösungsansatz wird - zumindest für zeolithische Sorptionsmaterialien - in L. G. Gordeeva et al. „Preparation of Zeolite Layers with enhanced Mass Transfer Properties for Adsorption Air Conditioning" in Proc. of the Int. Sorption Heat Pump Conf. ISHPC, Shanghai, China, Sept. 24-27, 2002, beschrieben. Hier wird bei der Synthese der Sorptionsmaterial-Schicht einen geeigneter Porenbildner zugesetzt, der später ausgebrannt oder ausgewaschen wird, um zusätzliche Kanäle für den Dampftransport zu schaffen.

Beschreibung

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und ein Adsorberelement anzugeben, bei dem die bei der Adsorption frei werdende Wärme effizient abgeführt werden kann und die bei der Desorp- tion erforderliche Wärme problemlos zugeführt werden kann. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Wärmepumpe oder Kältemaschine, die mehrere erfindungsgemäße Adsorberelemente in einer Anordnung enthält, die ebenfalls eine effiziente Abführung oder Zuführung von Wärme und zudem eine effiziente Wärmerückgewinnung zwischen mehreren gleich oder ähnlich aufgebauten Adsorbern ermöglicht. Ferner besteht eine Aufgabe darin, ein Adsorberelement und eine Wärmepumpe oder Kältemaschine anzugeben, in der ein möglichst hoher COP eingestellt werden kann und insbesondere die thermische Masse (Wärmekapazität) der Trägerstruk-

tur für das Sorptionsmaterial und der übrigen Bestandteile des Wärmeüberträgers möglichst gering ist, so dass ein möglichst großes Verhältnis des sorptiven Wärmeumsatzes zum sensiblen Wärmeumsatz über den Adsorptionszyklus erreicht werden kann.

Diese Aufgaben werden durch ein Adsorberelement gemäß Anspruch 1 und eine Adsorptions-Wärmepumpe oder Adsorptions-Kältemaschine nach Anspruch 33 gelöst. Unteransprüche lehren vorteilhafte Weiterbildungen.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass eine Reduzierung der Wärmedurchgangswiderstände im Adsorber und zugleich eine Reduzierung der thermischen Masse des Wärmeübertragers möglich ist, wenn das Adsorberelement auf einem wärmeleitenden Festkör- per basiert, auf dessen Grenzfläche zum Wärmeträgerf luid ein f luiddichter Folienverbund angeordnet ist. Der wärmeleitende Festkörper kann dann eine beliebige Struktur haben bzw. das Sorptionsmaterial in beliebiger Art und Weise darauf angeordnet sein, da der Folienverbund die Aufgabe übernimmt, als Grenzschicht zwischen Wärmeträgerfluid und mit Sorptionsmaterial beschichtetem Festkörper zu fungieren. Das erfindungsgemäße Adsorberelement umfasst somit einen wärmeleitenden Festkörper, auf dessen Oberfläche ein Sorptionsmaterial für ein dampfförmiges Adsorptiv angeordnet ist, und auf dessen Außenfläche in den Bereichen, in denen ein Kontakt mit einem Wärmeträgerfluid vorgesehen ist oder erfolgt, ein fluiddichter Folienverbund angeordnet ist, der mit dem wärmeleitenden Festkörper formschlüssig, kraftschlüssig oder stoffschlüssig verbunden ist. Unter der Außenfläche des wärmeleitenden Festkörpers wird erfindungsgemäß der Bereich der Festkörperoberfläche verstanden, in dem (über den fluiddichten Folienverbund) ein Kontakt des Festkörpers mit einem Wärmeträgerfluid vorgesehen ist oder erfolgt. Das Adsorberelement ist weiterhin derart ausgebildet, dass der Wärmeaustausch zwischen wärmeleitendem Festkörper und Wärmeträgerfluid über diesen Folienverbund erfolgen kann und bevorzugt ausschließlich oder zumindest im Wesentlichen darüber erfolgt. Der fluiddichte Folienverbund weist mindestens eine Metallschicht oder eine Schicht aus einem Material, das zumindest in senkrechter Orientierung zur Schicht wärmeleitend ist, und mindestens eine weitere Schicht, die eine Trägerschicht oder eine Siegelschicht ist, auf.

Die im Folienverbund enthaltene Metallschicht oder die Schicht aus dem in senkrechter Orientierung zur Schicht wärmeleitenden Material (z.B. ein wärmeleitendes Polymer, das z.B. Metallpartikel oder Kohlenstoff, z.B. in Form von Nanotubes, enthalten kann)

gewährleistet insbesondere, dass Vakuumdichtigkeit gegeben ist und dass sichergestellt ist, dass die Bereiche, in denen sich das Warmetragerfluid und das Adsorptiv befinden fluiddicht voneinander getrennt sind Die Metallschicht ist bevorzugt eine Schicht, die aus Alumini ^! m und/oder Kupfer besteht oder Aluminium und/oder Kupfer enthalt Bevorzugt ist die Metallschicht so dick, dass eine Wärmeleitfähigkeit des Folienverbunds senkrecht zur Folieriebene gegeben ist (bevorzugt eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 0,2 W m ¹ K ¹ , besonders bevorzugt mindestens 2 W m ¹ K ¹ , die Wärmeleitfähigkeit wird erfindungsgemaß stets über die Temperaturleitfahigkeit mit der "Laser-Flash-Methode" bestimmt), hierfür sollte die Dicke der Schicht zumindest im μm-Bereich hegen und insbe- sondere großer als 1 μm sein Wenn der Folienverbund nicht vollf lachig durch das Warmetragerfluid benetzt wird, sollte die Schicht so dick sein, dass sie auch nennenswert zum Warmetransport entlang der Folie beitragen kann, die Wärmeleitfähigkeit entlang der Schicht sollte dann bevorzugt mindestens 20 W m ¹ K ¹ betragen Damit auch Barriereeigenschaften des Folienverbunds gewährleistet werden können (und der Fohenver- bund mittels eines Vakuumverpackungsverfahrens auf den wärmeleitenden Festkörper aufgebracht werden kann), muss diese Metallschicht porenfrei sein und eine Dicke von mindestens 12 μm, bevorzugt mindestens 15 μm aufweisen

Die Siegelschicht dient dazu, ein Verbinden (insbesondere Verschweißen oder Verkleben) der Enden des Folienverbunds zu ermöglichen, so dass Vakuumdichtigkeit bzw Dichtig- keit in Bezug auf das Warmetragerfluid gegeben ist Es ist allerdings auch möglich, auf die Siegelschicht zu verzichten und das Verbinden der Folienenden z B mittels eines Sinterverfahrens zu erreichen Das Verschweißen der Folienenden kann mittels herkömmlicher Fohenschweißverfahren erfolgen, z B thermisch (hierfür sind insbesondere Siegel- schichten aus Polyethylen oder Polypropylen geeignet) oder mittels Ultraschall (auch bei Folienverbunden ohne Siegelschicht) oder Mikrowellen (auch bei Folienverbunden ohne Siegelschicht) üblicherweise wird die Siegelschicht auf einer oder auf beiden Seiten des Folienverbunds als äußerste Schicht angeordnet sein Dies hat den Vorteil, dass ein problemloses Verbinden der Folienenden möglich ist In diesem Fall sollte die Tragerschicht dann nicht aus einem Material bestehen, das durch Kontakt mit dem Adsorptiv (insbe- sondere falls Methanol als Adsorptiv eingesetzt wird) quellen kann, oder das zulasst, dass durch eindiffundierendes Adsorptiv Kaschierkleber zwischen den Schichten des Folienverbunds gelost oder angelost wird Erfindungsgemaß sollte die Siegelnahtfestigkeit der Siegelnahte mindestens 25 N / 15 mm, bevorzugt 50 N / 15 mm (gemessen nach Merkblatt 33 des Fraunhofer ILV " Bestimmung der Festigkeit von Heißsiegelnahten - Quasistatische

Methode") betragen, damit Langzeitstabilität auch beim Einsatz der Adsorberelemente in Umgebungen mit starker mechanischer Beanspruchung (z.B. im Motorraum eines Kfz) gewährleistet ist. Die Dicke der Siegelschicht sollte zur Erzeugung derartiger Siegelnähte mindestens 30 μm und bevorzugt mindestens 50 μm betragen. Gegenüber Metallble- chen als Grenzschicht zwischen Wärmeträgerfluid und Festkörper mit Sorptionsmaterial weist ein Folienverbund mit einer Siegelschicht den Vorteil auf, dass die vakuumdichte Trennung von Wärmeträgerfluid und Sorptionsmaterial mit erheblich geringerem Herstellungsaufwand erreicht werden kann. Zudem werden Korrosionsprobleme vermieden, die im Fall der Verbindung von Blechen durch Lötprozesse auftreten könnten. Mittels einer Trägerschicht kann der Folienverbund zusätzlich stabilisiert werden. Damit kann insbesondere die Reißfestigkeit des Folienverbunds gewährleistet werden und dessen mechanische Stabilität erhöht werden (d.h. insbesondere einen Schutz gegen Beschädigungen und Verletzungen ermöglichen). Die Trägerschicht besteht bevorzugt aus Polyamid, Polyethylenterephthalat oder einem fluorhaltigen Polymer oder enthält eines dieser Materialien. Besonders bevorzugt wird das Material der Trägerschicht derart ausgewählt, dass die Trägerschicht zur Vakuumdichtigkeit des Folienverbunds beiträgt. Weiterhin bevorzugt enthält die Trägerschicht Additive, die die Wärmeleitfähigkeit der Trägerschicht erhöhen (z.B. Kohlenstoff). Häufig wird die Trägerschicht auf der von der Außenseite des wärmeleitenden Festkörpers abgewandten Seite des Folienverbunds angeordnet sein; insbesondere als äußerste Schicht oder als unter einer äußersten Siegelschicht angeordnete Schicht. In diesem Fall sollte die Trägerschicht nicht aus einem Material bestehen, das durch Kontakt mit dem Wärmeträgerfluid quellen kann, oder das zulässt, dass durch das Wärmeträgerfluid der Kaschierkleber zwischen den Schichten des Folienverbunds gelöst oder angelöst wird. Der Folienverbund sollte eine Trägerschicht aufweisen, wenn durch den wärmeleitenden Festkörper eine Verletzungsgefahr

(insbesondere aufgrund Durchstoßung) besteht. Diese Vertetzungsgefahr hängt von der mechanischen Beanspruchung der Adsorberelemente ab und kann insbesondere bei offenporösen wärmeleitenden Festkörpern auftreten. Die Dicke der Trägerschicht sollte dann mindestens 10 μm betragen. Besonders bevorzugt weist der Folienverbund mindestens eine Metallschicht, mindestens eine Siegelschicht und mindestens eine Trägerschicht auf. Häufig ist auf einer Seite der Metallschicht dann eine Siegelschicht und auf der anderen Seite eine Trägerschicht angeordnet. Die Schichten sind üblicherweise miteinander mittels eines geeigneten Kaschierklebstoffs oder Bindemittels verbunden. Um Langzeitstabilität zu gewährleisten

sollte die Temperaturstabilität jeder einzelnen Schicht des Folienverbunds gegeben sein (insbesondere bei über 100 ⁰ C, bevorzugt auch über 120 ⁰ C). Um die Delaminationsbe- ständigkeit zu gewährleisten sollte die Verbundhaftung des Folienverbunds mindestens 3 N / 15 mm, bevorzugt 4 N / 15 mm betragen (die Verbundhaftung wird in Anlehnung an das ILV Merkblatt 5 "Prüfung wachskaschierter Verbundpackstoffe aus Papieren und / oder Folien - Messung der Spaltfestigkeit" geprüft). Die mechanische Stabilität des Folienverbunds sollte im Fall starker mechanischer Beanspruchung des Adsorberelements, insbesondere bei der Verwendung offenporiger wärmeleitender Festkörper, so ausgelegt sein, dass der Folienverbund durch den Festkörper nicht beschädigt werden kann. Daher sollte eine Durchstichfestigkeit von größer 6N, bevorzugt größer 12 N gegeben sein, wenn keine (insbesondere glättende) Nachbehandlung des (offenporösen Festkörpers erfolgen soll). Die Durchstichfestigkeit wird geprüft nach DIN EN 14477.

Der erfindungsgemäß eingesetzte Folienverbund gewährleistet, dass das Wärmeträger- fluid nicht in Kontakt mit dem Sorptionsmaterial treten kann. Durch Verwendung eines Folienverbunds ist andererseits gewährleistet, dass das die Grenzfläche zwischen Wärme- trägerfluid und wärmeleitendem Festkörper sehr dünn ist und daher ein effizienter Wärmeaustausch vom Festkörper auf das Wärmeträgerfluid erfolgen kann. Die erfindungsgemäßen Adsorberelemente haben außerdem den Vorteil dass die darin enthaltenen Folienverbunde eine geringe thermische Masse aufweisen, so dass bei gutem Wärmever- hältnis sorptiv/sensibel kurze thermische Weglängen vom Sorptionsmaterial zum Wärmeträgerfluid erreicht werden können. Die thermische Masse ist deutlich geringer als bei Blechen, wie sie z.B. aus Plattenwärmeübertragern bekannt sind, so dass die Ausdehnung des wärmeleitenden Festkörpers senkrecht zur Kontaktfläche mit dem Folienverbund deutlich reduziert werden kann. Trotzdem kann das Verhältnis von sorptivem Wärmeumsatz zu sensiblem Wärmeumsatz wie bei Verwendung eines Bleches als Grenzschicht erreicht werden. Durch die Verwendung eines Folienverbunds wird daher die Anwendung von Erkenntnissen aus der Mikrosystemtechnik und Mikrofluidik bezüglich der Intensivierung des Wärme- und Stofftransports in Adsorbern von Wärmepumpen ermöglicht. üblicherweise wird daher der fluiddichte Folienverbund flächig mit dem wärmeleitenden Festkörper verbunden sein, wobei eine stoff schlüssige Verbindung aber nicht notwendig ist. Der fluiddichte Folienverbund kann auch (muss aber nicht) in z.B. röhrenförmigen Kanälen angeordnet sein, die den wärmeleitenden Festkörpers durchziehen. Die Verwendung eines Folienverbundes ermöglicht die Minimierung der

Dicke der Grenzfläche zwischen Wärmeträgerfluid und wärmeleitendem Festkörper, da durch Verwendung einer Metallschicht (oder einer Schicht aus dem in senkrechter Orientierung zur Schicht wärmeleitenden Material) und einer Trägerschicht bzw. einer Siegelschicht die mechanische Stabilität erhöht und die Verarbeitbarkeit verbessert werden kann. Gleichzeitig besteht aber größtmögliche Flexibilität bezüglich der vom Wärmeträgerfluid umströmten oder durchströmten Oberflächenstrukturen und auch bezüglich der Anordnung der Strukturen, die das Wärmeträgerfluid durchströmen soll. Bevorzugt sollte der Folienverbund so flexibel sein, dass er sich beim Anlegen von Unterdruck an die Oberfläche des Festkörpers schmiegt, so dass auf der Oberfläche vorhandene Rillen oder gegebenenfalls auch Poren mit einem Durchmesser größer 0,5 mm bereits einen flächigen Kontakt zwischen der Rillenoberfläche bzw. Porenoberfläche des Festkörpers und dem fluiddichten Folienverbund aufweisen. Erfindungsgemäß wurde auch erkannt, dass die thermische Masse des Wärmeübertragers reduziert werden kann (zugunsten eines höheren COP), wenn von der Grenzfläche zwischen Wärmeträgerfluid und Festkörper/Sorptionsmaterial nicht eine mechanische Stabilität gegenüber dem Druck des Wärmeträgerf luids über die gesamte Fläche der Grenzfläche verlangt wird, sondern nur eine mechanische Stabilität in den Bereichen, in denen sich die Grenzfläche nicht direkt auf der Außenfläche des Festkörpers befindet (z.B. bei offenporösen Festkörpern eine mechanische Stabilibtät auf der Flächenskala der Poren der offenporösen Struktur). In diesem Fall übernimmt der wärmeleitende Festkörper die Funktion der mechanischen Stabilisierung bzgl. der Druckdifferenz zwischen Wärmeträgerfluid und Dampfdruck des dampfförmigen Adsorptivs. Die erfindungsgemäße Anordnung hat ferner den Vorteil, dass ein fluiddichter Folienverbund leicht mit dem wärmeleitenden Festkörper verbunden werden kann, und während des Betriebs des Wärmetauschers auch ohne zusätzliche Hilfsmittel auf der Oberfläche des Festkörpers verbleibt, sofern auf der Festkörperseite ein Unterdruck (bezogen auf die Fluidseite) vorhanden ist (wie beispielsweise bei Wärmetauschern, die mit dampfförmigem Wasser oder Methanol als Adsorptiv arbeiten) oder auf Fluidseite ein überdruck (bezogen auf die Adsorbensseite) vorliegt. Die Anordnung hat weiterhin den Vorteil, dass die Folie leicht entfernbar und austauschbar ist (z.B. bei Materialermüdung einer Komponente des Wärmetauschers oder beim Recycling des Wärmetauschers). Als Folienverbund werden daher bevorzugt Materialien eingesetzt, die vakuumdicht sind. Weiterhin sollte der Folienverbund in dem üblicherweise für die Anwendung vorgesehenen Temperatur-

bereich (insbesondere über 100 ⁰ C, besonders bevorzugt auch über 120 ⁰ C) dauerhaft stabil sein.

üblicherweise ist im erfindungsgemäßen Adsorberelement der fluiddichte Folienverbund so angeordnet, dass das Wärmeträgerfluid den wärmeleitenden Festkörper nur an dessen äußerer Oberfläche umströmt und nicht oder nur in geringem Ausmaß den Festkörper in Form von röhrenartigen oder kanalartigen Gebilden durchströmen kann. Im Einzelfall können letztere aber sinnvoll sein.

Das Verhältnis des sorptiven Wärmeumsatzes zum sensiblen Wärmeumsatz des erfindungsgemäßen Adsorberelements ist bevorzugt größer als 2,5, besonders bevorzugt größer als 5. Der Einfluss dieses Wärmeverhältnisses auf die Effizienz (COP) hängt entscheidend von dem Grad der erreichten Wärmerückgewinnung ab. Bei sehr guter interner Wärmerückgewinnung ist ein schlechteres Wärmeverhältnis sorptiv/sensibel akzeptabel als bei schlechter Wärmerückgewinnung (insbesondere in diesem Fall darf der Wert von 2,5 auch unterschritten werden). Um eine kompakte Bauweise und eine hohe Leistungsdichte der Wärmepumpe zu erreichen, sollte der mittlere Wärmedurchgangswiderstand vom Adsorbens bis zum Wärmeträgerfluid so klein sein, dass sich Zyklenzeiten von weniger als 10 Minuten erreichen lassen, bevorzugt weniger als 5 Minuten und besonders bevorzugt weniger als 3 Minuten.

Bevorzugt ist der wärmeleitende Festkörper zumindest teilweise ein offenporiger Fest- körper. Hierunter wird erfindungsgemäß jeglicher Werkstoff verstanden, der gewährleistet, dass das eingesetzte dampfförmige Adsorptiv (insbesondere Wasser und/oder Methanol oder gegebenenfalls auch Ammoniak) nicht nur die äußere Oberfläche des Festkörpers umströmen kann sondern auch eine vorhandene innere Oberfläche des Festkörpers durchströmen kann. Dieser offenporige Festkörper sollte bevorzugt eine effektive Wärmeleitfähigkeit größer 2 Wm ^"1 K ^"1 , besonders bevorzugt größer 6 W rrr ¹ K ^"1 aufweisen (insbesondere in der Richtung senkrecht zu seiner Kontaktfläche mit dem Folienverbund). Ganz besonders bevorzugt sollte der offenporige Festkörper eine Porosität > 70% und dabei gleichzeitig eine effektive Wärmeleitfähigkeit größer 8 W m ^"1 K ^"1 (insbesondere in der Richtung senkrecht zu seiner Kontaktfläche mit dem Folienverbund) besitzen.

Generell ist erfindungsgemäß unter einem offenporösen Festkörper jede offenporöse Struktur zu verstehen, die ein durch Diffusion für ein Gas zugängliches Porenvolumen

von mindestens 20% bezogen auf das Gesamtvolumen (bulk volume) des Festkörpers hat. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der offenporöse Festkörper ein Metallschaum (bzw. Metallschwamm) oder ein Faserwerkstoff.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass bei einem Adsorberelement auf Basis eines offen- porösen Festkörpers das Sorptionsmaterial in einer gut wärmeleitenden und mechanisch stabilen Matrix enthalten ist. Diese wird häufig durch den fluiddichten Folienverbund zusätzlich stabilisiert. Bei derartigen Adsorberelementen, die im Vergleich zum Volumen eine große Oberfläche (insbesondere bezogen auf die innere Oberfläche) aufweisen, kann (aufgrund der porösen Festkörperstruktur und der gegenüber einem Rohrbündel viel größeren Kontaktfläche zum Wärmeträgerfluid) ein höherer Gesamt-Wärmeübertragungswert auf das Wärmeträgerfluid (bzw. eine kürzere "thermische Weglänge") realisiert werden.

Erfindungsgemäß wurde weiterhin erkannt, dass durch Verwendung von offenporigen Festkörpern die Kombination von Leistungsdichte und Wirkungsgrad (COP) zusätzlich verbessert werden kann. Sollte gegenüber dem Stand der Technik einer dieser beiden Parameter verschlechtert sein, so wird dieser Effekt durch eine Erhöhung des anderen Parameters stets überkompensiert. Häufig sind allerdings beide Parameter gegenüber dem Stand der Technik erhöht. Der Anteil sensibler Wärme kann gegenüber den gängigerweise nach dem Stand der Technik vorgeschlagenen Lösungen verringert werden. Der offenporöse Festkörper hat beispielsweise gegenüber Lamellenwärmetauschern nach dem Stand der Technik eine mindestens zweifach höhere (üblicherweise sogar fünffach höhere) spezifische Oberfläche, wodurch dünnere Adsorbens-Schichten und kürzere thermische Weglängen möglich werden. Dadurch wird der Nachteil einer etwaigen höheren thermischen Masse überkompensiert. (Die thermischen Weglängen sind erfindungs- gemäß gegenüber denen bei einem Lamellenwärmetauscher vor allem auch deshalb kürzer, weil beim Lamellenwärmetauscher die Wärme an Rohre abgegeben werden muss, die man nicht beliebig dicht legen kann und die einzeln miteinander verschaltet werden müssen. Die erfindungsgemäß eingesetzten fluiddichten Folienverbunde, erlauben dagegen eine viel größere spezifische Kontaktfläche zum Wärmeträgerfluid.) Aufgrund einer hohen Wärmeleitfähigkeit des erfindungsgemäßen Adsorberelements ist ein schneller Wärmetransport möglich; außerdem ist eine sehr enge Ankopplung des Adsorbers an ein Wärmeträgerfluid in einem externen hydraulischen Kreis realisierbar, das mit möglichst geringem Fremdenergieaufwand zirkuliert werden soll.

Der verbesserte COP ist bei der vorliegenden Erfindung einerseits auf eine verbesserte Wärmerückgewinnung (insbesondere bei Verwendung der Adsorberelemente in einer Anordnung, die eine "thermal wave" ermöglicht"), andererseits auf ein verbessertes Verhältnis von Masse des Sorptionsmaterials zu Wärmetauschermasse zurückzuführen. Nach dem Stand der Technik (z.B. WO 02/45847) wurde versucht, dieses Massen Verhältnis durch möglichst dicke Schichten von Sorptionsmaterial einzustellen; hierdurch ergibt sich allerdings - je nach Aufbau der Schicht - eine hohe Diffusionsbarriere für das zu adsorbierende Gas sowie häufig auch ein Stabilitätsproblem der Schicht bzw. des Verbundes aus Sorptionsmaterial und Wärmeaustauscher (einerseits wegen des überdrucks, der sich infolge von Diffusionsbarrieren bei der Desorption in der untersten Lage der Schicht aufbaut, andererseits wegen der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Sorptionsmaterial und Wärmetauscher und der schnellen thermischen Zyklierung dieses Verbundes). Erfindungsgemäß wurde dagegen erkannt, dass durch ein Aufbringen von Sorptionsmaterial auf die innere Oberfläche eines offenporigen wärmeleitenden Festkörpers ein die Masse des Sorptionsmaterials erhöht werden kann und gleichzeitig eine geringe Schichtdicke eingestellt werden kann. Eine verbesserte Wärmerückgewinnung kann mit den erfindungsgemäßen Adsorberelemen- ten insbesondere dann erreicht werden, wenn die Länge der Strömungskanäle des Wär- meträgerfluids (in Strömungsrichtung) sehr groß ist gegenüber der Dicke des Adsorber- elementes (senkrecht zur Ebene der Strömung bzw. des Folienverbundes). Dann spielt die Wärmeleitung im Festkörper in der Strömungsrichtung des Fluids keine große Rolle und die Voraussetzungen zur Realisierung einer "thermal wave" (die eine gute Wärmerückgewinnung erlaubt) sind gegeben. Wenn die Länge der Strömungswege weiter erhöht werden soll, um die Effizienz der "thermal wave" zu verbessern, so ist dies mit den erfindungsgemäßen Adsorberelementen einfach möglich, indem mehrere davon seriell durchströmt werden.

In einer Variante werden je zwei Hälften des offenporösen Festkörpers so ausgeführt, dass sie die Funktion des Abstandhalters, der ein ungehindertes Einströmen des dampfförmigen Adsorptivs gewährleistet, bzw. die Bereitstellung einer gut durchströmbaren Transportstruktur mit übernehmen können. Dazu können z.B. in die vom Folienverbund abgewandten Seite der jeweiligen Hälfte des offenporösen Festkörpers Kanäle oder eine Wellenstruktur in der Art eingeprägt sein, dass Strömungskanäle frei bleiben, wenn sich benachbarte Elemente des offenporösen Festkörpers aufeinander abstützen. Dabei ist

stets eine ausreichende mechanische Stabilität des offenporösen Festkörpers (d.h. genügend große Abstützflächen) bzgl. des überdrucks des Wärmeträgerfluids zu gewährleisten. In einer alternativen Realisierung der Erfindungsidee kann statt jeweils zweier Hälften, die sich aufeinander abstützen, nur ein Festkörper verwendet werden, der eine Sandwich-Struktur aufweist. Bei diesem befindet sich dann in der Mitte eine "Transportschicht", die einen geringeren Durchströmungswiderstand aufweist als die beiden außen liegenden "Stabilisierungsschichten" . Im Allgemeinen werden bei dieser Ausführung die "Stabilisierungsschichten" eine höhere spezifische Oberfläche, eine höhere Wärmeleitfähigkeit und eine geringere Porosität aufweisen als die "Transport- schicht" Die Herstellung einer solchen Sandwich-Struktur lässt sich besonders vorteilhaft unter Verwendung metallischer Kurzfasern unterschiedlicher Länge und Dicke, insbesondere schmelzextrahierter metallischer Kurzfasern, bewerkstelligen. Auf den der Transportschicht abgewandten Seiten der "Stabilisierungsschichten" des Sandwich- Elements ist dann jeweils der fluiddichte Folienverbund angeordnet.

Das Adsorbens (bzw. Sorptionsmaterial; z.B. ein Zeolith, Silico-Aluminophosphat (SAPO) oder ein Kieselgel) kann auf verschiedene Arten auf die Oberfläche des offenporösen oder nicht offenporösen wärmeleitenden Festkörpers aufgebracht bzw. in die poröse Festkörperstruktur eingebracht werden. Eine bevorzugte Variante ist die Aufkristallisation von Zeolithen mit einem konsumtiven Verfahren. Bei Verwendung eines aluminiumhalti- gen offenporösen Festkörpers (beispielsweise eines Aluminiumschwamms) kann dieser als Aluminiumquelle der Zeolithsynthese dienen (vgl. F. Scheffler et al. in: Preparation and properties of an electrically heatable aluminium foam/zeolite composite, Microporous and Mesoporous Materials 67, 2004, S. 53-59). Weiterhin kann eine Aufkristallisation nach der "thermal gradient" -Methode erfolgen (vgl. A. Erdem-Senatalar et al. in: Prepa- ration of zeolite coatings by direct heating of the Substrates, Microporous and Mesoporous Materials 32, 1999, S. 331-343). Ferner kann eine Beschichtung mit Adsorbens durch Eintauchen in eine das Adsorbens enthaltende Suspension erfolgen. Ferner kann - im Fall von wärmeleitenden offenporösen Festkörpern - zusätzlich (oder gegebenenfalls auch ausschließlich) ein Befüllen der (verbleibenden) Hohlräume mit weiterem Sorptions- material erfolgen. Wird das Sorptionsmaterial auf der äußeren Oberfläche des wärmeleitenden Festkörpers angeordnet, so ist es auch denkbar, eine mit dem Sorptionsmaterial beschichtete Papierschicht, wie sie in der US 6,973, 963 B2 (insbesondere die Passage von Spalte 4, Zeile 51 bis Spalte 5, Zeile 21 , auf die hiermit vollumfänglich Bezug genom-

men wird und die zum Offenbarungsgehalt dieses Schutzrechts zählt) beschrieben ist, einzusetzen. Ziel ist es stets, einen möglichst großen Massenanteil des Adsorbens im Adsorberelement zu erreichen und zugleich sowohl eine sehr gute Wärmeleitung vom Adsorbens zur Außenfläche des Adsorberelements (d.h. zum fluiddichten Folienverbund) zu gewährleisten als auch eine schnelle Diffusion des dampfförmigen Adsorptivs in das gesamte Volumen des Adsorberelements möglich zu machen. Insbesondere wenn der Stofftransport (also die Diffusion des Adsorptivdampfes zum Adsorbens hin) zum limitierenden Faktor für die Adsorptionskinetik eines von außen gekühlten Adsorberelements wird, wie dies z.B. aufgrund des nachträglichen Eindringens von granulärem Adsorbens der Fall sein kann, ist es sinnvoll, das Adsorberelement gezielt mit Kanälen für den Dampftransport zu versehen.

Der erfindungsgemäße wärmeleitende Festkörper kann auch auf seiner äußeren Oberfläche (in den Bereichen, in denen - über den fluiddichten Folienverbund - kein Kontakt mit dem Wärmeträgerfluid vorgesehen ist) eine Schicht des Sorptionsmaterials aufwei- sen. Im Fall von nicht offenporösen Festkörpern ist dies die einzige Anordnungsmöglichkeit des Sorptionsmaterials; ist der wärmeleitende Festkörper offenporös so kann das Sorptionsmaterial auf dessen innerer und/oder äußerer Oberfläche angeordnet sein. Unter äußerer Oberfläche ist hierbei die Oberfläche des Festkörpers zu verstehen, die keine innere Oberfläche ist, also insbesondere nicht durch die Poren des Festkörpers gebildet wird.

Trägt der wärmeleitende Festkörper auf seiner äußeren Oberfläche eine Schicht des Sorptionsmaterials, so ist diese äußere Oberfläche (insbesondere im Bereich der Beschichtung) bevorzugt derart strukturiert, dass diese strukturierte äußere Oberfläche mindestens um den Faktor 1 ,4 größer ist als die die äußere Oberfläche bildende Ebene des korrespondie- renden ebenen Körpers. Wird beispielsweise eine ebene Fläche durch eine Fläche ersetzt, bei der in diese Fläche parallele Rillen geprägt sind, die einen Schnitt in Form eines Sägeprofils aufweisen, bei dem jeder "Sägezahn " die Form eines gleichschenkligen, rechtwinkligen Dreiecks hat, so beträgt dieser Faktor etwa 1,41. Die strukturierte äußere Oberfläche ähnelt daher insbesondere der Oberflächenstruktur einer Wellpappe; der Schnitt durch eine derart strukturierte Oberfläche ergibt insbesondere ein Sägeprofil, ein Rechteckprofil, ein Sinusprofil oder dergleichen. Auf der äußeren Oberfläche können auch oberflächenvergrößerte Strukturen, z.B. durch Faser- oder Pulverstrukturen, die mit der Oberfläche des Festkörpers versinterbar, verschweißbar oder verlötbar sind, aufge-

bracht werden. Die Geometrie der strukturierten Oberfläche ist generell nicht wesentlich; wesentlich ist vielmehr, dass die Oberflächenzunahme im Vergleich zur unstrukturierten Ebene maximiert wird.

Der fluiddichte Folienverbund kann mit dem wärmeleitenden Festkörper stoffschlüssig verbunden werden, indem beispielsweise eine stoffschlüssige Verbindung mittels eines Binders erfolgt (bevorzugt wird hier ein Binder gewählt, der eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, z.B. also ein Binder, der fein verteilte Metallpartikel, Kohlenstoff oder andere Partikel, die eine hinreichende Wärmeleitfähigkeit gewährleisten, enthält) oder indem der Folienverbund auf den wärmeleitenden Festkörper aufgesintert wird (als Beispiel ist hier das Aufsintern auf einen metallischen Festkörper zu nennen, bei dem ein Folienverbund verwendet wird, der eine dem Festkörper zugewandte Metallschicht aus Kupfer enthält).

Ein stoffschlüssig mit dem wärmeleitenden Festkörper verbundener Folienverbund hat den Vorteil, dass er bei jeglichen Druckverhältnissen eine an den wärmeleitenden Festkörper angeschmiegte Form beibehält.

Der Folienverbund kann auch mittels eines Vakuumverpackungsverfahrens auf den offenporigen Festkörper aufgebracht werden. Als Vakuumverpackungsverfahren zum Aufbringen des fluiddichten Folienverbunds auf den wärmeleitenden Festkörper sind prinzipiell alle auf dem Markt verfügbaren Verfahren (z.B. Lebensmittelverpackungs- verfahren) denkbar.

Alternativ kann der Folienverbund auf einen - insbesondere offenporigen - Festkörper aufgebracht werden kann, indem der Folienverbund (z.B. in einer Kavität) so angeordnet wird, dass er zumindest teilweise der äußeren Form des wärmeleitenden Festkörpers entspricht. Auf dem so angeordneten Folienverbund kann dann der wärmeleitende, insbesondere offenporöse Festkörper oder eine Vorstufe hiervon (z.B. lose oder schon teilweise versinterte Metallfasern, insbesondere auch Fasern, die Kupfer enthalten) angeordnet werden. Anschließend kann der Folienverbund und der wärmeleitende, insbesondere offenporöse Festkörper bzw. die Vorstufe hiervon stoffschlüssig miteinander verbunden werden (z.B. mittels eines Sinterverfahrens), so dass spätestens durch dieses Verbinden der wärmeleitende, insbesondere offenporöse Festkörper entsteht.

Nachfolgend oder alternativ kann der Folienverbund bzw. die Enden des Folienverbunds (sobald auch das Sorptionsmaterial enthalten ist) versiegelt werden, so dass ein formstabiles Adsorberelement entsteht.

Der Folienverbund kann einerseits direkt auf den wärmeleitenden Festkörper aufgebracht werden, insbesondere wenn das Konstruktionsprinzip daran orientiert ist, dass der fluid- dichte Folienverbund primär als Begrenzung für die Struktureinheit Adsorptiv/Adsorp- tionsmittel/wärmeleitender Festkörper verstanden wird. In diesem Fall können dann mehrere Adsorberelemente so angeordnet werden, dass sie in beliebiger Anordnung von Wärmeträgerfluid umströmbar sind.

Alternativ kann der Folienverbund eine geometrische Form nach Art einer Manschette oder eines Schlauches besitzen, insbesondere wenn das Konstruktionsprinzip daran orientiert ist, dass der fluiddichte Folienverbund primär als Begrenzung für die Struktur- einheit Wärmeträgerfluid verstanden wird. In diesem Fall wird die geometrische Form des Folienverbunds so festgelegt, dass ein oder mehrere Teilbereiche des so vorliegenden Folienverbundes mit der äußeren Oberfläche des wärmeleitenden Festkörpers formschlüssig, stoffschlüssig oder kraftschlüssig verbunden werden können. Unter einem Folienverbund der eine geometrische Form nach Art eines Schlauchs oder einer Manschette besitzt, wird hierbei insbesondere verstanden, dass entweder zwei gegenüberliegenden (Schnitt)kanten einer (z.B. rechteckigen) Lage eines Folienverbunds so miteinander verbunden (z.B. versiegelt) werden, dass ein schlauchartiges bzw. manschet- tenförmiges Gebilde entsteht oder das zwei aufeinander angeordnete Lagen des Folienverbunds entsprechend miteinander auf zwei sich gegenüberliegenden Seiten jeweils an den aufeinanderliegenden (Schnittkanten verbunden (z.B. versiegelt) werden.

Ein derartiges Konstruktionsprinzip hat den Vorteil, dass das eingesetzte Volumen an Wärmeträgerfluid minimiert werden kann (im Gegensatz dazu kann bei der vorhergehenden Variante die Fläche des fluiddichten Folienverbunds maximiert werden). Z.B. kann auf der Außenfläche eines ersten wärmeleitenden Festkörpers eine Kanalstruktur einge- prägt sein, die zu einer Durchströmung der gesamten Fläche des schlauch- bzw. man- • schettenförmigen Folienverbunds bei geringem Druckverlust führt. üblicherweise wird ein derart ausgebildeter Folienverbund zwischen die Außenfläche des ersten wärmeleitenden Festkörpers und die Außenfläche eines zweiten wärmeleitenden Festkörpers oder eine andere Begrenzungsfläche (z.B. eine Fläche, die als äußere Wandung einer Wärme- pumpe dient) eingelegt oder eingeklemmt, so dass sich spätestens beim Anlegen eines überdruckes auf der Seite des Wärmeträgerfluids der fluiddichte Folienverbund der Oberflächenstruktur des offenporösen Festkörpers anpasst und dadurch z.B. eine Kanalstruktur für das Wärmeträgerfluid entsteht. Der fluiddichte Folienverbund kann hierbei pass-

genau vorgeprägt sein, um sich den Strukturen in der Außenfläche des wärmeleitenden Festkörpers optimal anzupassen und wird üblicherweise mit dem Festkörper nicht stoffschlüssig verbunden. Das Aufblähen (und gegebenenfalls Platzen) eines derart angeordneten Folienverbunds wird bei der Durchströmung mit unter Druck stehendem Wärme- trägerfluid durch äußere stabilisierende Elemente, insbesondere durch die auf beiden Seiten des fluiddichten Folienverbunds angeordneten wärmeleitenden Festkörper bzw. Begrenzungsflächen verhindert. In Bereichen, in denen nicht der Festkörper von außen stabilisiert, kann z.B. auch durch Siegelnähte der Tüte die Kraftverteilung verbessert werden. Ist das Konstruktionsprinzip daran orientiert, dass der fluiddichte Folienverbund primär als Begrenzung für die Struktureinheit Wärmeträgerfluid verstanden wird, so müssen keine nachträglichen Zugänge für den Transport des Adsorptivs zum wärmeleitenden, insbesondere offenporösen Festkörper geschaffen werden. Eine derartige Anordnung hat weiterhin den Vorteil, beim Aufbau des Adsorberelements sehr große Strömungsquer- schnitte für den Dampftransport des Adsorptivs bereitgestellt werden können. So können z.B. auf der dem fluiddichten Folienverbund abgewandten Seite eines wärmeleitenden Festkörpers Abstandshalter angebracht bzw. in den Festkörper integriert werden z.B. in Form eines Gitters oder eines gewellten Bleches; gegebenenfalls kann dann die Oberfläche dieses Abstandshalters - wie vorstehend beschrieben - derart strukturiert werden, dass sie mindestens um den Faktor 1 ,4 größer ist als die die äußere Oberfläche bildende Ebene des korrespondierenden ebenen Körpers. Hierdurch kann ein breiter Dampftransportkanal zur Oberfläche des offenporösen oder nicht offenporösen wärmeleitenden Festkörpers geschaffen werden. Außerdem können so benachbarte (z.B. auch spiegelbildlich angeordnete) Adsorberelemente gegen den überdruck des Wärmeträgerfluids auf Abstand gehalten werden.

Generell hat die vorstehende Alternative den Vorteil, dass keine großen Barrieren für den Transport des dampfförmigen Adsorptivs vorhanden sind, wie dies bei den weiter oben beschriebenen Varianten mit Adsorptivkanälen der Fall ist (die Barrieren ergeben sich bei diesen aus den langen Transportwegen innerhalb der gegebenenfalls offenporösen Struktur und/oder durch die Engpässe an den Durchführungen durch die Umhüllung durch den vakuumdichten Folienverbund). Um einen sehr schnellen Wärmetransport in die Adsorberelemente (und aus diesen heraus) zu ermöglichen, sollten möglichst dünne Platten des wärmeleitenden, insbesondere offenporösen Festkörpers eingesetzt werden. Bei den Varianten mit Adsorptivkanälen bedeutet jedoch der Einsatz von dünnen Platten,

dass zugleich nur ein kleiner Strömungsquerschnitt für das dampfförmige Adsorptiv realisiert werden kann, so dass eine gute Wärmeleitung durch hohe Druckverluste erkauft wird und bei geringen Plattendicken der Dampftransport zum limitierenden Faktor für die Adsorptionskinetik und somit für die Leistungsdichte eines so aufgebauten Adsorbers wird. Auch ist bei diesen Varianten bei der Verwendung einer größeren Anzahl dünnerer Platten statt weniger dickerer Platten ein größerer Aufwand für die fluiddichte (Vakuum)- verpackung der Adsorberelemente (z.B. kleinere T-förmige Siegelungsstellen des fluid- dichten Folienverbunds) und ein größerer konstruktiver Aufwand (Durchführungen der Adsorptivkanäle; benötigte Dichtungselemente) erforderlich.

Besitzt der Folienverbund eine geometrische Form nach Art einer Manschette oder eines Schlauches, so können auch die verbliebenen noch nicht miteinander verbundenen sich gegenüberliegenden (Schnitt)kanten (die den Anfang bzw. das Ende dieses röhrenförmigen Gebildes darstellen) miteinander verbunden (z.B. versiegelt) werden, so dass ein Gebilde nach Art eines Beutels für Flüssigkeiten (etwa nach Art eines Blutbeutels oder Infusionsbeutels) entsteht, in dem mindestens je einen Anschluss, durch den das Wärme- trägerfluid in den Beutel einströmen und einen Anschluss, durch den das Wärmeträger- fluid aus dem Beutel herausströmen kann, erhalten bleiben oder nachträglich angebracht werden. Die Anschlüsse für das Wärmeträgerfluid können wie bei Blutbeuteln angeordnet sein, sie können sich aber auch, an diagonal gegenüberliegenden Ecken befinden (Tichelmann-Verschaltung).

Die Verwendung eines beuteiförmigen Folienverbunds mit Anschlüssen hat den Vorteil, dass bei paralleler Verschattung von Adsorberelementen der Druckverlust des Wärmeträ- gerfluids, der beim Durchströmen des Folienverbunds auftritt besonders gering ist. Dann können die einzelnen Kanäle für das Wärmeträgerfluid mit geringerem hydraulischem Durchmesser ausgelegt werden, so dass sich der Wärmeübergang auf der Fluidseite verbessert.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Oberfläche des fluiddichten Folienverbunds und/oder die darunter liegende Außenfläche des wärmeleitenden Festkörpers so strukturiert, dass sich im daran vorbeiströmenden Wärmeträgerfluid eine turbulente Strömung ausbilden kann. Ist nur die Außenfläche des wärmeleitenden Festkörpers entsprechend strukturiert, so müssen Folienverbund und Struktur der Außenfläche so gewählt werden, dass sich beim Verbinden von wärmeleitendem Festkörper und Folienverbund die Oberfläche des Folienverbunds der des Festkörpers anpasst. Die Begünsti-

gung von Turbulenz durch eine raue Oberfläche wird in der Strömungsmechanik z.B. durch die Sandkornrauhigkeit beschrieben. Ein derart strukturiertes Adsorberelement hat den Vorteil, dass ein besserer Wärmeaustausch mit dem Wärmeträgerfluid möglich ist. Erfindungsgemäß sind insbesondere Adsorberelemente geeignet, bei denen sich der fluiddichte Folienverbund der Oberflächenrauhigkeit des wärmeleitenden Festkörpers anpasst (bzw. die gleiche oder eine nur geringfügig unterschiedliche Oberflächenrauhigkeit besitzt) und somit eine Oberflächenstruktur aufweist, die eine turbulente Strömung im daran vorbeiströmenden Wärmeträgerfluid begünstigt. Da zugleich die Wärmeübertragung maximiert und der Druckverlust im Hydraulikkreis des Wärmeträgerfluids minimiert werden soll, besteht ein Optimierungsproblem. Die zur Lösung dieses Problems gemäß dem Stand der Technik zur Verfügung stehenden Berechnungsmethoden sind z.B. im VDI-Wärmeatlas (Springer-Verlag, Berlin, ISBN 3540255036, 10. Auflage, Januar 2006) zu finden.

Die Oberfläche des fluiddichten Folienverbunds und/oder die darunter liegende Außen- fläche des wärmeleitenden Festkörpers kann auch so ausgeführt sein, dass "dellenartige" und/oder rillenartige und/oder schlitzförmige Vertiefungen vorhanden sind. Rillenartige Vertiefungen können beispielsweise auch Kanten des Adsorberelements (insbesondere bei quaderförmigen Adsorberelementen) queren, d.h. über zwei oder mehr Flächen verlaufen, die sich in unterschiedlichen Raumrichtungen ausdehnen. Diese dellenförmi- gen oder rillenförmigen Vertiefungen können bereits auf der Oberfläche des wärmeleitenden Festkörpers vorhanden sein (bzw. kann der Festkörper gezielt so hergestellt werden, dass sich diese bilden), sie können aber auch ausschließlich oder zusätzlich auf der Oberfläche des fluiddichten Folienverbunds vorhanden sein. Ein Vorteil dellenförmiger Vertiefungen ist die Ausbildung turbulenter Strömungen und damit ein verbesserter Wärmeaustausch mit dem Wärmeträgerfluid. Ein Vorteil rillen- förmiger Vertiefungen ist, dass hiermit die Fluidmenge bezogen auf die aufzunehmende Wärme, minimiert werden kann. D.h. das Verhältnis zwischen der Oberfläche des wärmeleitenden Festkörpers und dem Volumen des Wärmeträgerfluids kann erhöht werden, und der COP steigt. Eine Minimierung der Fluidmenge kann dadurch erreicht werden, dass das Adsorberelement in einer Wärmepumpe bzw. Kältemaschine so angeordnet wird, dass das Wärmeträgerfluid an der Oberfläche des Adsorberelements so vorbeiströmt, dass es im Wesentlichen oder ausschließlich durch die rillenförmigen Vertiefungen strömt. Der hydraulische Durchmesser dieser Vertiefungen/Kanäle sollte

bevorzugt kleiner als 3mm sein

In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die rillenförmige Struktur auch auf bionischen Prinzipien basieren, wie sie z.B. in der EP 1525428 B1 beschrieben sind, die zu einer gleichmäßigen Durchströmung der gesamten Fläche des fluiddichten Folienverbunds bei geringem Druckverlust führt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Oberfläche des fluiddichten Folienverbunds und/oder die darunter liegende Außenfläche des wärmeleitenden Festkörpers so strukturiert, dass sie im Zusammenhang mit einer Zweiphasenströmung des Wärme- trägerfluids genutzt werden kann, wie sie aus der Technik der " Heat-Pipes" bekannt ist (vgl. hierzu z.B. G. P. Peterson, „An Introduction to Heat Pipes - Modeling, Testing and Applications", John Wiley & Sons, 1994). Insbesondere kann die genannte Oberfläche mit feinen Rillen strukturiert sein. Derartige Rillen können beispielsweise mittels eines Folienziehverfahrens aufgebracht werden. Es ist beispielsweise möglich, eine im Folienverbund vorhandene Trägerschicht (vor dem Aufbringen weiterer Schichten) zu struktu- rieren oder eine separate Strukturierungsschicht aufzubringen, die die Strukturierung bereits aufweist oder die bereits im Folienverbund enthaltene noch nicht strukturierte Strukturierungsschicht (zusammen mit dem Folienverbund) einem Oberflächenstrukturie- rungsverfahren zu unterwerfen (z.B. indem mittels einer Strukturwalze die Strukturierung aufgeprägt wird). Bevorzugt wird die Oberfläche des fluiddichten Folienverbunds derart ausgeführt, dass die Rillen im Wesentlichen parallel verlaufen und so angeordnet sind, dass sie bei Verwendung in einem Wärmetauscher oder einer Kältemaschine im Wesentlichen vertikal verlaufen können.

Der Kapillareffekt, der den Transport des Wärmeträgerfluids in der flüssigen Phase verursacht, kann durch eine Beschichtung der Oberfläche des fluiddichten Folienverbunds mit einem geeigneten Dochtmaterial unterstützt werden oder auch ausschließlich mittels eines Dochtmaterials realisiert sein. Dies kann jedes nach dem Stand der Technik für " Heat Pipes" verwendete Dochtmaterial sein, z.B. ein Polymer mit Poren im Mikrometer- Bereich (wie z.B. in US 4,765,396 beschrieben), das schon während des Herstellungsprozesses des Folienverbunds aufgebracht wird, oder z.B. eine dünne Zeolithschicht auf dem Folienverbund. Bevorzugt sollte das Dochtmaterial aus einem Material bestehen, das sich gut mit dem fluiddichten Folienverbund verbindet (z.B. aus einem Polymer bestehen, das ähnliche Eigenschaften aufweist, wie das der Oberfläche des Folienverbunds). Erforderlich ist in allen Fällen, dass die jeweilige Kapillarstruktur so ausgebildet ist, dass

(nach dem Prinzip der " Heat Pipes") ein Verdampfen des Wärmeträgerfluids durch vom Adsorberelement abgegebene Wärme möglich ist.

Bei einem Einsatz derartiger Adsorberelemente in einer " Heat Pipe" umströmt das Wär- meträgerfluid die Adsorberelemente dann nicht, sondern es wird in der flüssigen Phase durch die Kapillarwirkung der rillenförmigen Vertiefungen bzw. des Dochtmaterials am Adsorberelement "entlang gezogen" und wird durch Wärmezufuhr verdampft. Für den Dampftransport sind dann erfindungsgemäß geeignete Kanalstrukturen vorzusehen, wie sie aus dem Stand der Technik für Heat Pipes bekannt sind. Beispielsweise können hierfür Dampfkanäle, die durch zwei nebeneinander angeordnete Adsorberelemente gebildet werden vorgesehen sein.

Die vorstehend beschriebene Ausführung, dass das fluiddichte Element eine Oberflächenbeschaffenheit aufweist, mit der sich eine Eignung für eine Verwendung in einer " Heat- Pipe" realisieren lässt, stellt eine eigene Erfindung dar (unabhängig von einer Kombination des Merkmals der "Oberflächenbeschaffenheit des fluiddichten Elements" mit dem Merkmal, dass ein offenporiger Festkörper enthalten sein muss). Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche (ohne dass hierbei die jeweiligen Rückbezüge gelten).

In einer vorteilhaften Ausgestaltung hat das erfindungsgemäße Adsorberelement eine geometrische Form nach Art eines Quaders, einer Spirale oder eines Hohlzylinders. Adsorberelemente mit einer geometrischen Form nach Art eines Quaders haben bevorzugt in einer Richtung eine wesentlich geringere Ausdehnung als in den beiden anderen Raumrichtungen; dies gilt auch für von einem derartigen Quader abgeleitete Formen wie Spirale oder Hohlzylinder. Hierbei wird erfindungsgemäß unter einer geometrischen Form nach Art eines Quaders neben reinen Quadern auch jeder geometrische Körper verstanden, der sich durch Krafteinwirkung in einer Raumrichtung auf einen Quader ergibt, ohne dass wesentliche Veränderungen der Größe der Oberflächen des Quaders erfolgen (insbesondere sind stapelbare geometrische Körper zu nennen, ferner fallen hierunter auch rinnenförmig bzw. schalenförmig verformte Quader oder auch Quader mit konvexen und/oder konkaven Außenflächen oder Teilflächen). Die geometh- sehe Form dieser Adsorberelemente nach Art eines Quaders nähert sich also bevorzugt der Form einer dünnen Platte an (dies gilt - wie erwähnt - auch für den Hohlzylinder, der sich von einer Platte ableitet, deren Enden jeweils um 180° gegeneinander "verdreht" wurden und gilt ebenfalls für ein spiralförmiges Adsorberelement, das sich von einer

"aufgewickelten" Platte ableitet). Entscheidend für die Form des Adsorberelements ist, dass entstehende Wärme einen möglichst kurzen Weg zur Außenfläche des Adsorberelements hat, wo sie über den fluiddichten Folienverbund an das Wärmeträgerfluid abgegeben wird. Ist das Adsorberelement ein Hohlzylinder, so kann auch im Inneren des Hohlzy- linders die Zuleitung des Adsorptivs erfolgen.

Bevorzugt weist das Adsorberelement mit einer geometrischen Form nach Art eines Quaders eine Geometrie auf, bei der die drei sich jeweils gegenüberliegenden Flächenpaare des Quaders folgende Bedingungen erfüllen: Das erste sich gegenüberliegende Flächenpaar besitzt bevorzugt einen mittleren Abstand von 1 mm bis 30 mm, besonders bevor- zugt 0,4 bis 20 mm und ganz besonders bevorzugt 1 bis 8 mm. Das zweite und das dritte sich gegenüberliegende Flächenpaar des Quaders besitzen einen mittleren Abstand, der mindestens um den Faktor 4, bevorzugt mindestens um den Faktor 10 größer ist als der des ersten Flächenpaars. Bevorzugt ist die Oberfläche der beiden größten Seitenflächen der geometrischen Form nach Art eines Quaders jeweils mindestens um den Faktor 16 größer als das Quadrat des mittleren Abstands dieser Flächen, besonders bevorzugt mindestens um den Faktor 50 und ganz besonders bevorzugt mindestens um den Faktor 100.

Ein derart ausgebildetes Adsorberelement hat den Vorteil, dass der Weg, den die Wärme vom Sorptionsmaterial zur Außenseite des Adsorberelements (d.h. zur Außenseite des fluiddichten Folienverbunds) zurücklegen muss, minimiert werden kann.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung hat das erfindungsgemäße Adsorberelement mit einer geometrischen Form nach Art eines Quaders, einer Spirale oder eines Hohlzylinders rillen- und/oder dellen- und/oder schlitzförmigen Vertiefungen im wärmeleitenden Festkörper, an die sich der fluiddichte Folienverbund anschmiegt. Hierdurch kann die thermi- sehe Weglänge weiter reduziert werden. Eine Möglichkeit der besonders guten Ausnutzung des Gesamtvolumens bei sehr kurzer thermischer Weglänge ist es, diese rillen- und/ oder dellen- und/oder schlitzförmigen Vertiefungen so anzuordnen, dass die zwischen zwei Vertiefungen liegenden Erhebungen in die Vertiefungen eines benachbarten Adsorberelements mit gleichartiger Oberflächenstruktur greifen kann, so dass die zwei benach- barten Adsorberelemente nach Art zweier Kämme ineinander greifen und zwischen den Adsorberelementen ein gewundener, bevorzugt auch schmaler, Spalt für das Wärmeträgerfluid frei bleibt. Eine derartige Oberflächenstruktur, die beispielsweise wellenförmig

oder kammartig sein kann, kann auf einer oder mehreren Flächen vorliegen; bevorzugt auf einem oder beiden Flächen des Flächenpaars mit dem geringsten mittleren Abstand.

Der in den erfindungsgemäßen Adsorberelementen eingesetzte wärmeleitende, insbesondere offenporöse Festkörper besteht bevorzugt aus einem Metall und/oder einer Keramik bzw. enthält ein Metall und/oder eine Keramik. Erfindungsgemäß kann also unter dem wärmeleitenden Festkörper auch ein Festkörper auf Basis eines Metalls (bzw. einer Legierung), das für bestimmte Anwendungszwecke Zuschlagstoffe, wie z.B. keramische Partikel, enthält, verstanden werden; ebenso kann darunter ein keramischer wärmeleitender Festkörper verstanden werden, der für bestimmte Anwendungszwecke kerami- sehe oder nicht keramische Zuschlagstoffe enthält (z.B. metallische Partikel zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit). Generell sollte der Festkörper eine möglichst hohe Wärmeleitfähigkeit besitzen.

Handelt es sich beim wärmeleitenden Festkörper um einen nicht offenporösen Festkörper, so sollte dieser sollte bevorzugt eine Wärmeleitfähigkeit größer als 30 W m ^~1 K ^"1 , besonders bevorzugt größer als 150 W m ^"1 K ^"1 aufweisen.

Handelt es sich beim wärmeleitenden Festkörper um einen offenporösen Festkörper, so sollte dieser zugleich aber eine möglichst hohe Porosität aufweisen, Das Skelettmaterial des offenporösen Festkörpers sollte bevorzugt eine Wärmeleitfähigkeit größer als 30 W m ^~1 K ^'1 , besonders bevorzugt größer als 150 W m ^"1 K ^"1 aufweisen. Der offenporöse Festkörper als solcher sollte bevorzugt (insbesondere in der Richtung senkrecht zur Kontaktfläche mit dem Folienverbund) eine Wärmeleitfähigkeit größer als 6 W m ^"1 K ^"1 aufweisen. Bei einer anisotropen Struktur des offenporösen Festkörpers sollte die Wärmeleitfähigkeit bevorzugt entlang der kürzesten Wege zum Wärmeträgerfluid am höchsten sein. Wird ein wärmeleitender Festkörper aus Keramik bzw. auf Basis einer Keramik verwendet, so kann hierfür z.B. Aluminiumnitrid und/oder Siliziumcarbid verwendet werden.

Bevorzugt besteht der wärmeleitende Festkörper aus Metall oder enthält ein Metall. Besonders bevorzugt wird das Metall hierbei aus Aluminium, Kupfer, Silber und Legierungen dieser Elemente ausgewählt, da diese eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit besitzen.

In einer Variante werden als Metall enthaltende offenporöse Festkörper mit (bevorzugt kurzen) Kohlefasern verstärkte Metallmatrices, insbesondere Kupfermatrices, eingesetzt, die sich durch anpassbares Temperaturausdehnungsverhalten und hohe Wärmeleitfähig-

keit auszeichnen. Besonders bevorzugt weisen derartige Verbundwerkstoffe 30-65 VoI- % Kohlefasern auf, wobei in Abhängigkeit von der Konsolidierungsmethode verschiedene Orientierungsverteilungen der Fasern in der Metallmatrix eingestellt werden können.

Wird als wärmeleitender Festkörpers ein metallischer Körper, insbesondere ein poröser metallischen Körper verwendet, so kann dieser insbesondere durch pulvermetallurgische Verfahren, Sinterverfahren, Siebdruckverfahren und/oder Gussverfahren hergestellt werden.

Eine pulvermetallurgische Herstellung eines offenporigen metallischen Körpers kann z.B. erfolgen, indem poröse Strukturelemente aus einem organischen Werkstoff (die die Struktur der später ausgebildeten Poren haben) mit einem Metallpulver oder Metallpulvergemisch beaufschlagt werden und nachfolgend einer thermischen Behandlung unterworfen werden, wobei (üblicherweise in einer ersten Stufe) der organische Werkstoff ausgetrieben wird. üblicherweise erfolgt in einer zweiten Stufe dann die Herstellung des porösen metallischen Körpers durch Sinterung. Alternativ kann auch eine Abscheidung von Metallen auf der Oberfläche des organischen Werkstoffs erfolgen (beispielsweise eine Abscheidung aus der Gasphase, z.B. bei Nickel). Das poröse Strukturelement aus organischem Werkstoff kann beispielsweise auch ein Körper aus (gegebenenfalls unter Druck) miteinander versinterten kugelförmigen Gebilden (beispielsweise Polystyrolkugeln) sein. Die pulvermetallurgische Route kann auch für die Herstellung von offenporösen keramischen Materialien angewandt werden; hierbei müssen dann die organischen

Grundkörper mit keramischen Pulverpartikeln beschichtet werden und anschließend versintert werden, wobei die organische Komponente ausgetrieben wird. Eine offenporöse metallische Struktur mittels eines Siebdruckverfahrens kann erhalten werden, indem ein schichtweiser Aufbau der Struktur durch Siebdruck erfolgt. Die Strukturierung wird hierbei durch Maskenvariation vorgenommen. üblicherweise ist nach der schichtweisen Generierung der Struktur ein anschließender Entbinderungs- und/oder Sinterschritt notwendig. Mit diesem Verfahren kann eine offenporöse Struktur hergestellt werden, die von der Struktur eines organischen (strukturbildenden) Basismaterials unabhängig ist; sie kann auch zur Herstellung von keramischen offenporösen Festkörpern verwandt werden.

In einer bevorzugten Variante wird der wärmeleitende, insbesondere offenporöse Festkörper zumindest teilweise mittels eines Gussverfahrens hergestellt. Hierbei ist insbesondere ein Gussverfahren vorteilhaft, bei dem ein die Porenform abbildendes organisches

Material in eine Gussform eingebracht wird, die anschließend mit einer Metallschmelze bzw. einer metallhaltigen Schmelze infiltriert wird. Beispielsweise sei ein Aluminiumdruckgussverfahren genannt, bei dem eine Aluminiumschmelze sehr schnell in eine gekühlte Form gepresst wird, die ein Granulat aus einem Polymermaterial enthält, das die Schmelze verdrängt und so zur porösen Struktur des gegossenen Bauteils führt. Das organische Material (bzw. das Polymergranulat) wird nach der Erstarrung der Metallschmelze bzw. metallhaltigen Schmelze bei einer Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Metalls (bzw. der Liquidus-Temperatur) ausgeschmolzen. Bevorzugt wird das Gussverfahren so durchgeführt, dass eine Infiltration der Polymergranulate ohne ein Aus- schmelzen derselben erfolgt. Beispielhaft sei als mögliches Material für das Polymergranulat Polystyrol genannt. Als Metallschmelze wird bevorzugt eine Schmelze mit einem Schmelzpunkt, der niedriger oder gleich ist wie der von Aluminium, verwendet; besonders bevorzugt sind Schmelzen von Aluminium (z.B. technisch reinem, d.h. 99,7% Aluminium) oder Aluminium-Legierungen. Besonders bevorzugt ist das Gussverfahren ein Druckgussverfahren; denkbar ist beispielsweise aber auch ein Feingussverfahren. Die Verwendung eines Gussverfahrens mit Schmelzinfiltration hat den Vorteil, dass mittels des darin enthaltenen organischen Materials genau festgelegt werden kann, welche Oberflächenbeschaffenheit und welche Porenstruktur der offenporöse Festkörper besitzt. Femer können Gradienten in der Porenstruktur eingestellt werden, Kanäle, die den offenporösen Festkörper durchlaufen, ausgespart werden und massive Strukturelemente, die der mechanischen Stabilität des offenporösen Festkörpers bzw. des Adsorberele- ments dienen, vorgesehen werden. Eine bevorzugte Methode der Herstellung des offenporösen Festkörpers mittels eines Druckgussverfahrens besteht darin, den zu infiltrierenden Polymerkörper in eine der Hälften der Gusskavität in der metallischen Dauerform der Druckgussanlage einzulegen und anschließend mit modifizierten Parametern des Druckgussprozesses zu infiltrieren. Bevorzugt sind Ausbuchtungen und Befestigungselemente für etwaige Dampftransportkanäle sowie Ausbuchtungen für rillenförmige oder dellen- förmige Vertiefungen oder andere Strukturierungen der Festkörperoberfläche in der Gussform enthalten. Es ist dabei auch denkbar, den offenporösen Festkörper bzw. das Adsorberelement aus mehreren jeweils mittels eines Druckgussverfahrens hergestellten Teilen herzustellen. Bevorzugt wird das Druckgussverfahren aber so durchgeführt, dass der offenporöse Festkörper (gegebenenfalls mit darin enthaltenen Strukturelementen) einstückig hergestellt wird. Ein offenporöser metallhaltiger Festkörper kann auch durch ein Versintern metallischer

oder metallhaltiger Fasern erhalten werden. Als Metallfasern sind grundsätzlich Fasern aus allen Metallen geeignet. Es sollten daher Fasern mit möglichst hoher Wärmeleitfähigkeit ausgewählt werden. Beispielhaft seien Fasern aus einer AICuZn-Legierung genannt. Auch hierbei können Kanäle dadurch vorgesehen werden, dass entsprechend geformte organische Materialien, die später ausgeschmolzen werden können, während des strukturbildenden Sintervorgangs als Platzhalter enthalten sind. Eine Alternative Art, Kanäle einzubringen, ist es, Fasern auf einer Form zu verrieseln, deren Oberfläche bereits ein Negativ der gewünschten Strukturen enthält, und diese vorgeformte Fasermatte dann zu versintern. Auch hier können massive Strukturelemente durch Einbringen entspre- chender massiver Bauteile (insbesondere Metallteile) erhalten werden. Bei Verwendung kurzer Fasern im Längenbereich von 3 bis 25 Millimeter lässt sich eine Anisotropie der offenporösen Festkörperstruktur einstellen, die zu verringerten Strömungsverlusten führt und damit vorteilhaft für die Beladung des Elements sein kann (insbesondere werden die Strömungsverluste in Längsrichtung bei quaderförmigen Adsorberelementen verringert).

In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der im erfindungsgemäßen Adsorberelement enthaltene wärmeleitende offenporöse Festkörper eine möglichst hohe spezifische Oberfläche auf. Dies gewährleistet, dass der Wärmetransport vom Sorptionsmaterial über den offenporösen Festkörper zum fluiddichten Folienverbund und deren Wärmeträgerfluid besonders effizient erfolgen kann. Bevorzugt ist daher die spezifische Oberfläche des offenporösen Festkörpers größer als 2.500 mVm ³ , besonders bevorzugt größer als

10.000 mVm ³ und ganz besonders bevorzugt größer als 25.000 m ² /m ³ . Die spezifische Oberfläche wird hierbei mittels Röntgen-Computertomographie und nachfolgender Bildanalyse bestimmt. Besitzt der wärmeleitende Festkörper eine mit Sorptionsmaterial beschichtete äußere Oberfläche die derart strukturiert ist, dass diese strukturierte äußere Oberfläche mindestens um den Faktor 1,4 größer ist als die die äußere Oberfläche bildende Ebene des korrespondierenden ebenen Körpers, so weist auch der auf diese strukturierte Oberfläche entfallende Anteil der spezifischen Oberfläche einen gegenüber dem ebenen Körper um diesen Faktor erhöhten Wert auf. Erfindungsgemäß ist es also bevorzugt, dass - sofern der wärmeleitende Festkörper offenporös ist - dieser von einem oder mehreren Transportkanälen für das Adsorptiv durchzogen ist; diese sollten mindestens einen solchen Durchmesser haben, dass darin auch bei dem geringsten anwendungsrelevanten Dampfdruck noch eine gerichtete

Strömung vorherrscht, also keine Knudsen-Diffusion. In einer besonders bevorzugten Ausprägung, insbesondere, wenn das Konstruktionsprinzip der Adsorberelemente daran orientiert ist, dass der fluiddichte Folienverbund primär als Begrenzung für die Struktureinheit Adsorptiv/Sorptionsmaterial/wärmeleitender Festkörper verstanden wird, verzweigen sich die Transportkanäle in einer fraktalen Struktur, wie sie aus der Lösung von Strömungsproblemen in der Natur (z.B. in Blättern von Pflanzen, siehe z.B. Strasburger Lehrbuch der Botanik, ISBN 3827413885, Spektrum Akademischer Verlag, 2002.) bekannt ist. Die fraktale Kanalstruktur für den Transport kann z.B. bei einer Herstellung des offenporösen Festkörpers mittels eines Gussverfahrens in die Gussform eingeprägt sein.

Die erfindungsgemäße Adsorptionswärmepumpe bzw. Adsorptionskältemaschine enthält mindestens ein Adsorberelement, das einen wärmeleitenden Festkörper und ein auf der Oberfläche dieses Festkörpers angeordnetes Sorptionsmaterial für ein dampfförmiges Ad- sorptiv umfasst, wobei auf der Außenfläche des wärmeleitenden Festkörpers zumindest in den Bereichen, in denen ein Kontakt mit einem Wärmeträgerfluid vorgesehen ist, ein fluiddichter Folienverbund angeordnet ist. Dabei ist das mindestens eine Adsorberelement derart ausgebildet, dass der Wärmeaustausch zwischen dem wärmeleitenden Festkörper und dem Wärmeträgerfluid über den fluiddichten Folienverbund erfolgen kann. üblicherweise enthält die erfindungsgemäße Adsorptions-Wärmepumpe oder Adsorp- tions-Kältemaschine weiterhin einen Verdampfer, einen Kondensator (wobei auch ein Bauteil möglich ist, das sowohl als Verdampfer als auch als Kondensator fungiert). Ist das Konstruktionsprinzip der einzelnen Adsorberelemente bzw. der Wärmepumpe oder Kältemaschine daran orientiert ist, dass der fluiddichte Folienverbund primär als Begrenzung für die Struktureinheit Adsorptiv/Sorptionsmaterial/wärmeleitender Fest- körper verstanden wird, so weist die Wärmepumpe oder Kältemaschine üblicherweise auch einen vakuumdichten (zumindest aber fluiddichten) Adsorptivkanal auf, der über Anschlüsse mit dem Adsorberelement, dem Verdampfer und dem Kondensator verbunden sind. Die fluiddicht verpackten Adsorberelemente werden dann üblicherweise so in einem Behältnis angeordnet, dass sie möglichst vollflächig vom Wärmeträgerfluid umströmt werden und das Behältnis den Raum den das Wärmeträgerfluid einnimmt begrenzt.

Ist das Konstruktionsprinzip dagegen daran orientiert, dass der fluiddichte Folienverbund primär als Begrenzung für die Struktureinheit Wärmeträgerfluid verstanden wird, so ist

ein Adsorptivkanal nicht unbedingt erforderlich. Auf den Adsorptivkanal kann insbesondere dann verzichtet werden, wenn das mindestens eine Adsorberelement, der Kondensator und der Verdampfer in derselben Hülle (bzw. demselben Gehäuse) angeordnet sind, da der Dampf des Adsorptivs das Adsorberelement von allen Seiten her anströmen kann. Die Adsorberelemente werden dann üblicherweise so in einem

Behältnis angeordnet, dass das dampfförmige Adsorptiv möglichst einfach mit dem auf der Oberfläche des wärmeleitenden Festkörpers angeordneten Sorptionsmaterial in Kontakt treten kann und das Behältnis den Raum den das dampfförmige Adsorptiv einnimmt begrenzt. Die Adsorberelemente bzw. der auf deren Außenfläche aufgebrachte fluiddichte Folienverbund werden während des Betriebs der Wärmepumpe oder Kältemaschine mit dem Wärmeträgerfluid (z.B. Wasser, einem Wasser-Glykol-Gemisch oder im Falle einer Zweiphasenströmung z.B. auch Methanol) umspült und so während der Desorptionsphase geheizt und während der Adsorptionsphase gekühlt. Ein bevorzugter Einsatz der erfindungsgemäßen Adsorberelemente ist die Verwendung in einer Adsorptionskältemaschine oder Adsorptionswärmepumpe, in der im Wärmeträgerfluid ein wandernder Temperaturgradient ("thermal wave") erzeugt wird. Hierfür ist eine Anordnung mit mindestens zwei Adsorbereinheiten, die jeweils zumindest teilweise die erfindungsgemäßen Adsorberelemente enthalten, erforderlich. Mit diesen "thermal wave "-Verfahren kann ein Großteil der in der thermischen Masse der Adsorbereinheiten bzw. Adsorberelemente gespeicherten sensiblen Wärme zwischen beiden Adsorbereinheiten ausgetauscht werden. Am Ende dieses "thermal wave "-Prozesses haben nicht beide Adsorber dieselbe mittlere Temperatur, sondern der ursprünglich heiße Adsorber (der zuvor desorbiert wurde) hat eine deutlich niedrigere Temperatur als der ursprünglich kalte Adsorber (der zuvor adsorbiert hat). Das "thermal wave "-Verfahren ist z.B. in der US 4,610,148 und der US 4,694,659 offenbart. Zur Realisierung des "thermal wave"- Prozesses wurden in der Vergangenheit verschiedenste Vorschläge gemacht. Bisher wurde allerdings keine Anordnung der Adsorberelemente vorgeschlagen, die dieses "thermal wave"-Prinzip realisiert und die einen einfachen, störungsunanfälligen und kostengünstigen Adsorberbau ermöglicht. Mit einer Wärmepumpe oder Kältemaschine, in der die erfindungsgemäßen Adsorberelemente in Reihe geschaltet sind, ist dies nun erstmals möglich; es ist daher erstmals eine effiziente Wärmerückgewinnung nach dem "thermal wave "-Prinzip realisierbar.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung für die Variante, bei der der fluiddichte Folienverbund primär als Begrenzung für die Struktureinheit Adsorptiv/Sorptionsmaterial/wärme- leitender Festkörper verstanden wird, sind jeweils zwei benachbarte Adsorberelemente der erfindungsgemäßen Wärmepumpe oder Kältemaschine mittels mindestens eines Adsorptivkanals verbunden, wobei mindestens ein Adsorptivkanal, mit dem zwei benachbarte Adsorberelemente verbunden sind, auf einer Achse angeordnet ist, auf der sich weitere Adsorptivkanäle weiterer Adsorberelementpaare befinden. Bevorzugt befinden sich alle oder zumindest die meisten Adsorptivkanäle auf derartigen Achsen, die durch den gesamten Adsorberelementstapel verlaufen. Eine derartige Anordnung hat den Vorteil, dass für den vakuumdichten Anschluss der Adsorptivkanäle an die Adsorberelemente nur ein Zusammenpressen des Stapels aus Adsorberelementen und Adsorptivkanälen längs der Achse der Adsorptivkanäle notwendig ist. Zusätzlich können hierbei Dichtungselemente vorgesehen werden, die bei Ausübung von Druck längs der Adsorptivkanalachse abdichten. Weiterhin sind in derartigen Adsorberelement/Adsorptivkanal-Stapeln (mit oder ohne Dichtungselemente) die Adsorberelemente bevorzugt so ausgeführt, dass an den Stellen, an denen (durch das Zusammenpressen des Stapels) der Anpressdruck entsteht, mechanisch so stabil sind, dass sie diesem Anpressdruck Stand halten. Um den vakuumdichten Anschluss der Adsorptivkanäle an die Adsorberelemente im vorstehend beschriebenen Adsorptivkanal/Adsorberelement- Stapel zu erreichen bzw. den hierfür nötigen Anpressdruck zu erzeugen, kann in der erfindungsgemäßen Wärmepumpe oder Kältemaschine ein Halterungselement vorgesehen werden, das innerhalb der Adsorberelemente durch die auf einer Achse angeordneten Adsorptivkanäle verläuft. Alternativ kann das Halterungselement auch ganz außerhalb der Adsorberelemente verlaufen. An den Enden dieses Halterungselements müssen Mittel vorgesehen sein, mit denen der benötigte Anpressdruck erzeugt werden kann, so dass die vakuumdichte Verbindung von Adsorptivkanälen und Adsorberelementen realisiert werden kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung befinden sich zwischen zwei benachbarten Adsorberelementen zwei oder bevorzugt drei oder mehr Adsorptivkanäle, die nicht auf einer Gerade liegen. Wenn jedes Adsorberelement eines Adsorberelements/Adsorptiv- kanal-Stapels an mindestens drei Dampfkanäle (bzw., wenn beide Seiten eines Adsorber- elements gezählt werden, sechs Dampfkanäle) angeschlossen ist, die nicht auf einer quer zum Stapel verlaufenden Gerade liegen, so wird die Gefahr von Undichtigkeiten des

Adsorberelements/Adsorptivkanal-Stapels aufgrund des Verkantens einzelner Adsorber- elemente stark reduziert.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthalten die erfindungsgemäßen Wärmepumpen oder Kältemaschinen zumindest teilweise Adsorberelemente, die eine geometrische Form nach Art eines Quaders besitzen. Bevorzugt ist der mittlere Abstand zweier benachbarter derartiger Adsorberelemente geringer als der mittlere Abstand des sich gegenüberliegenden ersten Flächenpaars des geometrischen Körpers nach Art eines Quaders (der wiederum geringer ist als der Abstand des zweiten und dritten sich gegenüberliegenden Flächenpaars des geometrischen Körpers nach Art eines Quaders). Beson- ders bevorzugt ist der mittlere Abstand kleiner als 20 mm . Dieser Abstand kann z.B. mittels Abstandshaltern (beispielsweise auch in Form von Adsorptivkanälen und/oder Dichtungselementen) eingestellt werden; diese sind allerdings nicht unbedingt erforderlich, wenn der Folienverbund eine geometrische Form nach Art einer Manschette oder eines Schlauches besitzt. Je geringer der Abstand benachbarter Adsorberelemente ist, desto höher ist die Tendenz zur Ausbildung einer turbulenten Strömung im Wärmeträgerfluid und desto besser ist der Wärmeübergang vom Adsorberelement zum Wärmeträgerfluid. Allerdings wird dabei auch der Druckverlust im Hydraulikkreis des Wärmeträgerfluids höher. üblicherweise ist daher eine mittlere Spaltbreite von 0,5 mm bis 5 mm sinnvoll. Bei speziellen Ausgestal- tungen ist kann diese auch größer (bis zu 30 mm) sein. Wird ein Folienverbund mit einer geometrischen Form nach Art einer Manschette oder eines Schlauches eingesetzt, so wird durch eine äußere Einfassung des Adsorberelements bzw. einen Stapel derselben bestimmt, wie weit sich der Folienbeutel aufblähen kann. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung dieser Variante werden die Adsorberelemente durch einen äußeren stabi- len Rahmen derart zusammengepresst, dass die Folienbeutel bzw. der Folienschlauch zwischen je zwei Adsorberelementen eingeklemmt sind und sich nur im Bereich der Aussparungen im Festkörper der Adsorberelemente im Beutel/Schlauch Kanäle für das Wärmeträgerfluid ausbilden können. Zwar wird der Druckverlust hier im allgemeinen größer sein als im Fall einer vollflächigen Umströmung, aber die Strömungsverteilung lässt sich wesentlich genauer kontrollieren und die Gesamtmenge an Wärmeträgerfluid im Adsor- berkreis kann reduziert werden..

In den erfindungsgemäßen Wärmepumpen oder Kältemaschinen sind bevorzugt mehrere Adsorberelemente, besonders bevorzugt ausschließlich Adsorberelemente, enthalten, die

seriell und/oder parallel von Wärmeträgerfluid angeströmt werden oder angeströmt werden können. Besonders bevorzugt besitzen die Adsorberelemente dann eine Geometrie nach Art eines Quaders, ganz besonders bevorzugt sind sie plattenförmig.

Bei einer vorteilhaften Variante sind die Adsorberelemente in der erfindungsgemäßen Wärmepumpe oder Kältemaschine in Form eines Adsorberlementstapels nach Art eines Kamms angeordnet. Im " Rücken" des Kamms kann dabei der Absorptivkanal (durch den die Zuführung des dampfförmigen Adsorptivs zu den Adsorberelementen erfolgt) verlaufen. Dies ist insbesondere sinnvoll, wenn das Wärmeträgerfluid nicht einen Folienverbund eine geometrische Form nach Art einer Manschette oder eines Schlauches durchströmt. Ein serielles Anströmen der Adsorberelemente durch das Wärmeträgerfluid kann hier besonders einfach realisiert werden. Hierbei werden zwei Adsorberelementstapel nach Art eines Kamms so zueinander positioniert, dass die "Spitzen" der Kämme ineinander greifen und das Wärmeträgerfluid diese Anordnung daher mäanderförmig durchströmen kann. Zusätzlich können die Adsorberelementstapel - auch bei paralleler Umströmung - zumindest teilweise (bevorzugt ausschließlich) jeweils benachbarte Adsorberelemente mit rillen- und/oder dellen- und/oder schlitzförmigen Vertiefungen enthalten, die so angeordnet sind, dass die zwischen zwei Vertiefungen liegenden Erhebungen des einen Adsorberelements in die Vertiefungen des benachbarten Adsorberelements mit gleichartiger Oberflächenstruktur eingreifen können, so dass auch diese benachbarten Adsorberelemente nach Art zweier Kämme ineinander greifen.

Wird ein Folienverbund mit einer geometrischen Form nach Art einer Manschette oder eines Schlauches in einer Anordnung eingesetzt, bei der zwei Adsorberelementstapel nach Art eines Kamms so positioniert sind, dass das Wärmeträgerfluid die Anordnung mäanderförmig durchströmen kann, so kann dieser Schlauch zwischen den Adsorber- elementstapeln wie ein Leporello angeordnet sein. Dieselbe Anordnung ist auch möglich, wenn die Adsorberelemente nur nach Art eines Papierstapels übereinander angeordnet sind. In beiden Fällen können längs der Seiten des Adsorberelements, an denen das " Leporello" eine Biegung bzw. Umlenkstelle aufweist, entlang der Biegung bzw. Umlenkstelle verlaufende (z.B. röhrenförmige) Adsorptivkanäle angeordnet sein. Hierdurch ist es einerseits möglich, an den Biegungen bzw. Umlenkstellen den Wärmeträgerfluidschlauch gegen Verletzungen (etwa beim Einbau) zu schützen, andererseits ist, insbesondere bei offenporigen Festkörpern, eine noch bessere Verteilung des Adsorptivs möglich. Eine ähnlich vorteilhafte Anordnung kann bei Adsorberelementen mit spiralförmiger

Geometrie (d.h. dass sich das Adsorberelement von einer "aufgewickelten " Platte ableitet) realisiert werden, indem zwischen den Spiralästen ein Wärmeträgerfluidschlauch angeordnet wird, der dann ebenfalls spiralförmig ist.

Auch unabhängig von der Verwendung eines Folienverbunds mit einer geometrischen Form nach Art einer Manschette oder eines Schlauches werden durch die Spiralform spezielle Fluidführungen möglich, die zu einem geringen Gesamt-Druckverlust bei der Durchströmung des Adsorberelements mit dem Wärmeträgerfluid führen und die im Folgenden beschrieben werden sollen: Vorteilhafterweise befinden sich an den spiralförmig eingerollten Kanten des Adsorberelements Sammelkanäle des Wärmeträgerfluids, die einen wesentlich größeren Strömungsquerschnitt aufweisen als die im Wesentlichen senkrecht dazu verlaufenden, in die Oberfläche des Festkörpers eingeprägten Kanäle für das Wärmeträgerfluid. Um einen Wicklungsabstand zu erreichen, der geringer ist als der Durchmesser der Sammelkanäle, kann eine schräge Wicklung des Adsorberelementes und / oder eine geometrische Form des Adsorberelementes mit nicht parallel verlaufen- den Kanten gewählt werden. In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung hat ein derartiges Adsorberelement eine die Grundform eines Trapezes und wird von der breiteren Seite aus zur schmaleren Seite hin aufgerollt, so dass sich ein sich in der Mitte verdickender Zylinder ergibt. Um eine gleichmäßige Durchströmung der gesamten Fläche der Platte zu erreichen, ist der Strömungsquerschnitt der in die Oberfläche des Festkörpers eingeprägten Kanäle in der Nähe der schmaleren Kante kleiner zu wählen als in der Nähe der längeren Kante, so dass der Druckverlust dieser Kanäle bei gleichem Volumenstrom etwa gleich groß ist.

Bevorzugt sollte sowohl bei der seriellen als auch bei der parallelen Umströmung der Adsorberelemente die die Adsorberelementstapel umgebende Wanne eine möglichst geringe Wärmekapazität aufweisen, also für ein gegebenes Material ein möglichst geringes Gewicht besitzen. Generell werden die erfindungsgemäßen Wärmepumpen bzw. Kältemaschinen bevorzugt so konstruiert, dass der Massenanteil des Adsorbens gegenüber dem Anteil der inerten Masse, die unter Aufwendung sensibler Wärme thermisch zykliert werden muss, zu maximieren.

Die erfindungsgemäßen Wärmepumpen und Kältemaschinen können selbstverständlich neben der oben beschriebenen kammförmigen Anordnung von Adsorberelementstapeln auch zusätzlich anders angeordnete Gruppen von Adsorberelementen enthalten; sie kann außerdem auch mehrere zusammengeschaltete Adsorbereinheiten (d.h. Einheiten

aus jeweils zwei oder mehr Adsorberelementstapeln oder anders angeordneten Gruppen von Adsorberelementen) nach den vorstehend beschriebenen Prinzipien aufweisen. Prinzipiell sind alle nach dem Stand der Technik bekannten Varianten zur Verschaltung mehrerer Adsorbereleme-nteinheiten möglich (vgl. z.B. M. A. Lambert et al. "A Review of Solid-Vapor Adsorption Heat Pumps", 41 ^st AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 2003, Reno, Nevada, 2003-0514).

Die vorliegende Erfindung wird - ohne Einschränkung der Allgemeinheit - nachfolgend noch näher anhand von Zeichnungen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 : Ausschnitt aus einem profilierten Adsorberelement.

Fig. 2: Ausschnitt aus einem Adsorberelement, in dem der Folienverbund nach Art eines Schlauches oder einer Manschette bzw. eines Beutels vorliegt Fig. 3: Kombination eines Adsorberelements auf Basis eines wärmeleitenden offenporigen Festkörpers mit einem Adsorberelement auf Basis eines massiven wärmeleitenden Festkörpers

Fig. 4: Schnitt durch ein Adsorberelement, bei dem ein wärmeleitender offenporiger

Festkörpers mit einem massiven wärmeleitenden Festkörper kombiniert sind

Fig. 5: den Aufbau einer Adsorbereinheit zur Realisierung einer "thermal wave" in der

Aufsicht. Fig. 6: einen weiteren Aufbau zur Realisierung einer "thermal wave" .

Fig. 7a und 7b: das Aufbringen eines Folienverbundes auf einen z.B. offenporösen Festkörper und einen Adsorptivkanal und den Verlauf der Schweißnähte bei einem hieraus gebildeten Adsorberelementstapel, bei dem die einzelnen Adsorberelemente nach Art eines Kamms angeordnet sind. Fig. 8a und Fig. 8b zeigen ein bzw. zwei Adsorberelemente mit einer Oberflächenstruktur von ineinander greifenden rillenförmigen Vertiefungen.

In Fig. 1 ist ein Ausschnitt aus einem Adsorberelement zu sehen, bei dem ein offenporöser Festkörper (1) z.B. mittels eines Vakuumverpackungsprozesses mit einem Folienverbund (2) verpackt (z.B. eingeschweißt) wurde. Zum Anschluss von Adsorptivkanälen (24) ist in diesem Adsorberelement eine Profilierung (12) in Form einer kreisförmigen Kerbe bzw. Rille vorgesehen. In diese Rille kann ein Dichtungselement (1 1) in Form eines Rings eingelegt werden, damit mit dem Adsorptivkanal (24) bei Anlegen eines Anpressdrucks

ein vakuumdichter Abschluss erzeugt werden kann. Im Zentrum der Profilierung (12) wurde ein Loch (13) in den offenporösen Festkörper (1) gebohrt, um eine bessere Verteilung des dampfförmigen Adsorptivs im Adsorberelement bzw. im offenporösen Festkörper, der mit dem Sorptionsmaterial beschichtet ist, zu ermöglichen. Weiterhin kann durch das Loch (13) ein Befestigungselement geführt werden, mittels dem der Anpressdruck zum Erreichen eines vakuumdichten Abschlusses zwischen Adsorberele- menten und Adsorptivkanälen angelegt werden kann.

Fig. 2: zeigt Ausschnitt aus einem Adsorberelement, bei dem zwischen zwei Lagen eines offenporösen Festkörpers (1 ) ein Folienverbund (2) mit einer geometrischen Form nach Art eines Schlauches oder einer Manschette (der allerdings nur in Form von zwei Lagen des Folienverbunds zu erkennen ist) angeordnet wurde. Die verbliebenen noch nicht miteinander verbundenen (Schnittkanten des Folienverbunds (2) ragen hier aus dem Festkörper (1) heraus, und sind außer in dem Bereich der Anschlüsse (19) für das Wärmeträgerfluid ebenfalls miteinander versiegelt, so dass der Folienverbund die Form eines Beutels besitzt. über die Anschlüsse (19) kann das Wärmeträgerfluid in den Beutel einströmen bzw. aus ihm herausströmen.

Fig. 3 zeigt eine Kombination eines Adsorberelements auf Basis eines wärmeleitenden offenporösen Festkörpers mit einem Adsorberelement auf Basis eines massiven wärmeleitenden Festkörpers. In einen offenporösen wärmeleitenden Festkörper (1a) sind auf der dem fluiddichten Folienverbund (2a) zugewandten Seite rillenartige Vertiefungen vorgesehen. Der Folienverbund (2a) wurde auf den offenporösen wärmeleitenden Festkörper (1a) so aufgebracht, dass er sich an dessen Oberflächenstruktur anschmiegt oder wurde alternativ vorher so strukturiert, dass die Oberflächenstruktur der des offenporösen Festkörpers (1 a) entspricht. Weiterhin wurde ein massiver Festkörper (1 b) auf seiner vom fluiddichten Folienverbund (2b) abgewandten Seite so strukturiert, dass ein Sägezahnprofil entstand. Auf dieser Seite ist eine Beschichtung mit einem Sorptionsmaterial angeordnet. Ebenso ist auf der inneren und äußeren Oberfläche des offenporösen Festkörpers (1a) Sorptionsmaterial angeordnet. Alternativ kann auch als massiver Festkörper (1 b) ein Blech verwendet werden, das so "gefaltet" wird, dass ein Sägezahnprofil entsteht. Auf der dem fluiddichten Folienverbund (2b) zugewandten Seite des massiver Festkörpers (1 b) wird dann der Folienverbund (2b) aufgebracht. Zwischen den Lagen (2a) und (2b) des Folienverbunds (die auch an den beiden sich gegenüberliegenden längeren Seiten jeweils an den aufeinanderliegenden (Schnitt)kanten miteinander verbunden sein kön-

nen, so dass ein Folienverbunds mit einer geometrischen Form nach Art einer Manschette oder eines Schlauches vorliegt) bleibt ein Kanal (22) für das Wärmeträgerfluid bestehen, wobei letzteres im Wesentlichen durch die rillenartigen Vertiefungen fließt.

Fig.4 zeigt einen Schnitt durch ein Adsorberelement, bei dem ein wärmeleitender offen- poriger Festkörpers mit einem massiven wärmeleitenden Festkörper kombiniert sind. Der Schnitt ergibt hier eine Art Rechtecksprofil. Ein massiver wärmeleitender Festkörper (1 b) mit einer Dicke d (bevorzugte Stärke 15μm bis 250μm) ist mit einer dünnen Schicht von Fasern aus demselben Grundmaterial beschichtet, bevorzugt versintert oder verlötet (die Schichtdicke e der Fasern liegt bevorzugt im Bereich d<e<10*d), so dass auf dem Festkörper (1 b) ein offenporöser Festkörper (1 a) angeordnet ist. Die wellblechartige Struktur des Festkörpers (1 a/1 b) wurde erhalten, in dem ein ebenes Festkörperblech derart gefaltet wird, dass sich zum Folienverbund hin Stege der Breite a ergeben. Die Höhe b der gefalteten Struktur ist deutlich größer als a, bevorzugt im Bereich 3*a<b<30*a. Das optimale Seitenverhältnis hängt auch von der Stärke der Faserschicht im Verhältnis zur Blechstärke (e:d) ab. Auf den unbeschichteten Stegen ist ein

Folienverbund (2) (hier dreischichtig dargestellt; nicht maßstabsgetreu) angeordnet, der mit dem massiven Festkörper (1 b) in der Regel stoffschlüssig verbunden ist. Die Wärmeleitfähigkeit in Richtung f kann wesentlich höher sein als bei einem homogenem offenporösen Festkörper (z.B. der Faserstruktur oder 1 a in Fig.2) und hängt im Wesentlichen vom Verhältnis der Blechstärke d zum Faltungsabstand a ab. Das Verhältnis der Wärmeleitfähigkeit (in der Vorzugsrichtung) des so erhaltenen Festkörpers zu einem massiven Festkörper aus dem Bulk-Material des massiven Festkörpers (1 b) ist mindestens 2d/a. Die Faserschicht bzw. der offenporöse Festkörper (1a) verbessert die Wärmeleitung zusätzlich. Die Faserschicht (1 a) trägt entscheidend zur mechanischen Stabilisierung des Festkörpers (insbes. Biegesteifigkeit) bei, da dieser die Druckdifferenz zwischen dem innerhalb eines aus der Verbundfolie (2) gebildeten Beutels strömenden Wärmeträgerfluid und dem Adsorptiv-Dampfdruck auf der anderen Folienseite aufnehmen muss. Diese Druckdifferenz beträgt typischerweise zwischen 1 ,5 bar und 4 bar für Niederdruck- Adsorptive (Wasser, Methanol). Die Druckstabilität des so erhaltenen Festkörpers bei Belastung in Richtung f kann ebenfalls wesentlich höher sein als bei einem homogenen porösen Festkörper gleicher Porosität bzw. effektiver Dichte. Dies ermöglicht eine hohe Porosität und spezifische Oberfläche des Festkörpers, wodurch mehr Sorptionsmaterial eingebracht werden kann und sich das Wärmeverhältnis sorptiv/sensibel zugunsten eines

höheren COP erhöht. Die Hohlräume schaffen hindernisfreie Strömungskanäle (24a und 24b) für den Dampf des Adsorptivs und verhindern somit, dass die Adsorptionskinetik durch die Dampfdiffusion limitiert wird. Zudem ermöglichen Sie es, ohne Dampftrans- portlimitierung relativ breite Adsorberelemente herzustellen. Durch den großflächigen Kontakt des Folienverbunds mit den nicht mit Fasern beschichteten Stegen wird der Wärmeübergang vom Festkörper (1 b) zu Folie stark verbessert und ist insbesondere wesentlich besser als bei einem homogenen porösen Festkörper (1a in Fig.2).

Fig. 5 zeigt einen Aufbau einer Adsorbereinheit zur Realisierung einer "thermal wave" in der Aufsicht. Die Adsorberelemente (21) sind zu zwei Adsorberelementstapeln zusam- mengefasst, die zusammen mit der Begrenzung (31) jeweils einen Adsorberelementstapel nach Art eines Kamms bilden. Die jeweils benachbarten Adsorberelemente (21 ) aus den beiden Adsorberelementstapeln weisen einen geringen Abstand voneinander auf, so dass die auf einer Achse zwischen den Adsorberelementen angeordneten Adsorptivkanäle (24) nur sehr kurz sind (und im Wesentlichen durch das Dichtungselement (1 1) gebildet werden). Die zwei kammartigen Adsorberelementstapel sind in eine Wanne (25) eingefügt (deren Seitenwände die rückwärtige Begrenzung (31) des kammartigen Adsorber- elementstapels bilden), durch die das Wärmeträgerfluid strömt. Durch die alternierende Anordnung der Adsorberelementstapel, die dem Wärmeträgerfluid jeweils nur an einer Seite der Wanne Platz zum Vorbeiströmen lässt, muss das Fluid durch einen mäander- förmigen Kanal (22) zwischen allen Adsorberelementen nacheinander hindurch strömen. Dadurch kann sich ein Temperaturgradient entlang der Wärmeträgerfluidkanalachse einstellen und so eine "thermal wave" realisiert werden. Durch die gesamte Anordnung aus Adsorberelementen (21) und Adsorptivkanälen (24) verläuft ein Halterungselement (15) (z.B. eine Gewindestange); in jedem offenporösen Festkörper (1) ist ein Loch (13) vorgesehen, das sich im Zentrum der Profilierung (12) für ein Dichtungselement (1 1 ) befindet. Durch die Adsorptivkanäle (24) und die in den offenporösen Festkörpern (1) vorgesehenen Löcher (13) kann Adsorptiv in die offenporösen Festkörper (1) strömen.

In Fig. 6 sind die Adsorberelemente (21) ebenfalls zu einem Adsorberelementstapel nach Art eines Kamms angeordnet. Hier verläuft der Adsorptivkanal (24) im " Rücken" des Kamms. Die Kämme sind so ineinander geschoben, dass ein mäandernder Kanal für das Wärmeträgerfluid (22) resultiert. Hierfür werden die einzelnen Adsorberelemente parallel zueinander mit den Schmalseiten auf den Adsorptivkanal aufgebracht, der z.B. aus einer geeignet durchbohrten Aluminiumdoppelstegplatte bestehen kann. Die Abstände

zwischen den Platten werden so groß gewählt, dass ein zweiter, baugleicher " Kamm" spiegelbildlich in den ersten hinein geschoben kann. Die Kämme können entweder in einen fluiddichten Folienverbund (der hier nicht gezeigt ist) eingepackt sein (vgl. Fig. 6a und 6b) alternativ kann in den Kanal (22) ein schlauchförmiger Folienverbund (der hier nicht gezeigt ist) eingebracht werden, so dass letzterer leporelloförmig angeordnet ist. Zwischen den zwei derart ineinander geschobenen Kämmen verläuft dann der Kanal für das Wärmeträgerfluid (22). Werden die beiden Kämme so weit ineinander geschoben, dass sie sich gegenseitig berühren, so bleiben zwischen den Adsorberelementen nur parallele Schlitze bestehen. In diesem Fall ist dann ein paralleles Anströmen der Adsorber- elemente realisiert. Wird ein schlauchförmiger Folienverbund verwendet, so muss der Schlauch zwischen je zwei Adsorberelementen noch je einen Anschluss für Zufluss und Abfluss des Wärmeträgerfluids aufweisen.

In jedem Fall werden die beiden Kämme in einer geeigneten Wanne für das Wärmeträgerfluid angeordnet und in ihrer Position fixiert. Die Kanäle für das dampfförmige Adsorptiv werden in geeigneter Weise (entsprechend dem Stand der Technik bei

Adsorptionswärmepumpen) über geeignete Ventile mit Verdampfer bzw. Kondensator der Wärmepumpe verbunden. Dazu muss für jede einzelne Kammstruktur von Adsorberelementen nur an einer oder zwei Stellen (d.h. den " Enden" des Kamms) eine vakuumdichte Verbindung zwischen der fluiddichten Folie und einem weiteren massiven Bauteil (z.B. einem Aluminiumprofilteil) hergestellt werden. Ein derartiger serieller oder paralleler Aufbau ist sehr leicht und kostengünstig in Serienproduktion für Wärmepumpen und Kältemaschinen umsetzbar.

Fig. 7a zeigt das Aufbringen eines Folienverbunds auf wärmeleitende, insbesondere offenporöse Festkörper und einen Adsorptivkanal. Hierbei wird ein Adsorberelementsta- pel nach Art eines Kamms (wie er z.B. in Fig. 5 gezeigt wird) in eine Bahn des Folienverbunds (2) eingeschlagen, die so viel breiter ist als die Kammstruktur, dass auf beiden Seiten des Kamms genug Platz zum Verschweißen des überstehenden Folienverbunds bleibt. Fig. 7b zeigt den Verlauf der Schweißnähte (3) des Folienverbunds (2) in einem Adsorberelementstapel nach Art eines Kamms. Die Adsorberelemente (d.h. der wärmelei- tende Festkörper (1) und der Adsorptivkanal (24)) sind nach dem Verschweissen vollständig von dem fluiddichten Folienverbund (2) umschlossen. An den Stellen, an denen ein Adsorberelement auf den Sammelkanal trifft, stoßen dann zwei Schweißnähte T-förmig aneinander, d.h. es resultiert eine T-förmige vakuumdichte Verbindung.

Fig. 8a und Fig. 8b zeigen ein bzw. zwei Adsorberelemente (21), bei denen eine besonders gute Ausnutzung des Gesamtvolumens bei sehr kurzer thermischer Weglänge erreicht wird. Hierbei sind rillenförmigen Vertiefungen (31) in den Adsorberelementen (21 ) so angeordnet, dass die zwischen zwei Vertiefungen liegenden Erhebungen (32) in die Vertiefungen (31 ) eines benachbarten Adsorberelements (21 ) mit gleichartiger Oberflächenstruktur greifen kann, so dass die zwei benachbarten Adsorberelemente nach Art zweier Kämme ineinander greifen und zwischen den Adsorberelementen ein gewundener, bevorzugt auch schmaler Kanal für das Wärmeträgerfluid (22) frei bleibt. Wird ein schlauchförmiger Folienverbund verwendet, so muss der Schlauch zwischen je zwei Ad- sorberelementen noch je einen Anschluss für Zuf luss und Abf luss des Wärmeträgerfluids aufweisen,