Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Adsorptionsmodul, bestehend aus mindestens einer Sorptionseinheit und mindestens einer Verdampfer- /Kondensatoreinheit mit jeweiligen Anschlüssen zur Zu- und Abführung eines fluiden Wärmeträgermediums, wobei die genannten Einheiten in getrennten oder einem gemein-samen, vakuumdichten Gehäuse befindlich sind, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 102007012 113 AI ist eine kompakte

Sorptionskälteeinrichtung vorbekannt, umfassend mindestens eine

Adsorber-Desorber-Einheit mit Wärmetauscher und Sorptionsmaterial sowie mindestens einen Kondensator-Wärmetauscher und einen Verdampfer- Wärmetauscher. Die vorgenannten Baueinheiten befinden sich in einem gemeinsamen, vakuumdichten metallischen Außengehäuse. Weiterhin sind Anschluss- und Verbindungselemente sowie Rohrdurchführungen zum hydraulischen Verschalten und zum Betrieb der Einrichtung vorhanden.

Die vorbekannte Lösung zielt auf eine Sandwichstruktur, wobei die mindestens eine Adsorber-Desorber-Einheit sich in einem Innen- oder Teilinnengehäuse befindet.

Aus dem Vorgenannten ist es Aufgabe der Erfindung, ein

weiterentwickeltes Adsorptionsmodul für multifunktionale Anwendung im Bereich der Kältetechnik anzugeben, das über eine optimale

Wärmeanbindung verfügt und entsprechend dem jeweiligen

Anwendungsfall zu einem Aggregat fügbar ist, wodurch sich eine

Steigerung der Energieeffizienz entsprechend ausgerüsteter Sorptionsanlagen zur Wärme- oder Kälteerzeugung bzw. zur Speicherung ergibt. Die diesbezügliche Fertigungstechnik soll optimiert werden, so dass die Herstellungskosten entsprechender Adsorptionsmodule im Vergleich zum Stand der Technik gesenkt werden können.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch ein Adsorptionsmodul gemäß der Merkmalskombination nach Anspruch 1, wobei die

Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und

Weiterbildungen darstellen.

Es wird demnach von einem Adsorptionsmodul, bestehend aus mindestens einer Sorptionseinheit und mindestens einer Verdampfer- /Kondensatoreinheit mit jeweiligen Anschlüssen zur Zu- und Abführung eines fluiden Wärmeträgermediums ausgegangen, wobei die genannten Einheiten in getrennten oder einem gemeinsamen, vakuumdichten Gehäuse befindlich sind.

Das erfindungsgemäße Adsorptionsmodul wird nach der Bauweise eines Plattenwärmeübertragers ausgeführt, d.h. das Gehäuse ist plattenförmig ausgebildet. Eine Vielzahl von plattenförmigen Gehäusen können zu einer Stapelanordnung gefügt werden, welche einen gemeinsamen Dampfkanal aufweist.

Die Gehäuse können als monolithisch gegossene Module mit geordneten Strömungsdurchlässen, aber auch als monolithisch gegossene, poröse Gebilde ausgeführt werden.

Denkbar sind darüber hinaus Module aus einem aluminiumschwammartigen Material oder Module, die in einem Sinterprozess entstanden sind.

Es besteht also die Sorptionseinheit aus einer monolithisch gegossenen oder gesinterten, dreidimensionalen metallischen, insbesondere

Aluminiumstruktur mit einer Vielzahl von in Strömungsdurchlassrichtung des Wärmeträgermediums orientierten Durchbrüchen. Die Sorptionseinheit ist mit Zeolith oder anderen Adsorbenzien beschichtet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform findet eine Zeolithbeschichtung statt, die durch in-situ Aufkristallisation erfolgt. Hierbei werden dem metallischen Substrat gezielt Atome entnommen und in die Zeolithschicht eingebaut.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Adsorptionsmodul eine Baugruppe, welche jeweils mindestens eine Sorptionseinheit oder mindestens eine Verdampfer-/Kondensatoreinheit enthält, wobei diese jeweils einen integralen Dampfkanal besitzen, der bei Bildung einer

Stapelanordnung zu einem durchgehenden Kanal gefügt werden kann.

Zur Leistungsskalierung kann eine Variation der Anzahl der

plattenförmigen Gehäuse innerhalb der Stapelanordnung vorgenommen werden.

Die metallische Struktur der Sorptionseinheit wird quasi unmittelbar als Bestandteil des eigentlichen Gehäuses in einem einzigen

Herstellungsprozess, beispielsweise einem Gieß- oder Sinterprozess ausgebildet, so dass ein langfristig stabiler Wärmeübergang durch die Vermeidung von zusätzlichen Verbindungsschritten, wie z.B. Kleben, Schweißen, Löten, Schrauben oder dergleichen gegeben ist. Die Strukturen der Durchbrüche können frei gewählt werden, und zwar bedingt durch die bevorzugte Gieß- oder Sintertechnologie.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht das

plattenförmige Gehäuse aus Blechen. Die Bleche weisen bevorzugt geprägte, nockenartige Vorsprünge auf. Mindestens ein Paar von Blechen mit einander gegenüberliegenden Vorsprüngen wird dann so zu einem Gehäuse verbunden, dass ein Raum für das Wärmeträgermedium entsteht. Diesbezüglich bilden die Vorsprünge Abstandshalter zwischen den Blechen. Da die Vorsprünge nicht linienartig, sondern nur punktuell, z.B. in Form von Kegelstümpfen oder Pyramidenstümpfen realisiert werden, kann das Wärmeträgermedium ungehindert im entsprechenden Raum strömen und in Kontakt mit den Blechen gelangen. Die Anzahl und Art der Prägungen, d.h. der Vorsprünge, dient dabei nicht nur der Sicherung der Lage der Bleche zueinander, sondern auch der Erhöhung und Verbesserung des

Wärmeübergangs zwischen den Blechen und dem Wärmeträgermedium bzw. umgekehrt.

Bei einer weiteren Ausführungsform bestehen die plattenförmigen Gehäuse aus paarweise zueinander gefügten, offenen Profilplatten. Die Profilplatten weisen einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt auf. Die U-Schenkel der jeweiligen Profilplatten weisen zueinander und bilden am Schenkelende einen Fügeabschnitt. Die Verbindung der Profilplatten kann z.B.

stoffschlüssig, d.h. mittels Kleben, Löten oder Schweißen, aber auch kraftschlüssig unter Nutzung einer eingesetzten Dichtung und

klammerartigen Befestigungsteilen erfolgen.

Durch die zueinander weisenden U-förmigen Profilplatten entsteht auch hier ein Raum für das Wärmeträgermedium.

Die mit dem Wärmeträgermedium in Kontakt kommenden Bereiche der Profilplatten können eine die Wärmeübertragungseigenschaften

verbessernde oberflächenvergrößernde Strukturierung besitzen.

Die nicht mit dem Wärmeträgermedium in Kontakt kommenden Bereiche können mit einer porösen Beschichtung versehen sein.

Bei einer ergänzenden Ausführungsform sind die plattenförmigen Gehäuse aus einem Strangpressprofil bestehend. Das Strangpressprofil weist eine Vielzahl von Kanälen zur Bildung eines Raums für das Wärmeträgermedium auf. Mindestens eine der Gehäuseaußenseiten der jeweiligen plattenförmigen Gehäuse kann zum verbesserten Wärmeaustausch mit der Umgebung eine Verrippung oder ähnliche oberflächenvergrößernde Struktur besitzen.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.

Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Moduls in

Seitenansicht sowie Draufsicht und

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform in Seitenansicht und Draufsicht, wobei der Dampfkanal des Einzelmoduls offen ist und bei einer Stapelanordnung mehrerer Module zu einem geschlossenen Dampfkanal fügbar ist.

Der der Erfindung und damit den Ausführungsbeispielen zugrunde liegende Gedanke besteht darin, das plattenförmige Gehäuse selbst zu einer aktiven Komponente des Adsorptionsmoduls zu machen, insofern, dass mindestens Teile des Gehäuses Bestandteil der Sorptionseinheit sind. Lediglich

Anschlüsse für das Wärmeträgermedium sind noch am Modul anzubinden und es ist bei einer Stapelanordnung wie z.B. in der Seitenansicht nach Fig. 1 gezeigt, für Dichtmittel zu sorgen, so dass sich der Dampfkanal DK ausbildet.

Das einzelne Adsorptionsmodul AM besteht aus einem plattenförmigen Gehäuse, wobei die metallische Struktur der Sorptionseinheit mit dem Gehäuse einstückig ausgebildet ist, z.B. in Form eines Guss- oder

Sinterteils.

Diesbezüglich kann das Gehäuse des Adsorptionsmoduls AM aus einem Aluminiummaterial bestehen, das ausgehend von der Außenseite in eine solche Struktur übergeht, die eine Vielzahl von in Strömungsdurchlassrichtung des Wärmeträgermediums orientierte

Durchbrüche umfasst. Mit VD/KD ist in den Figuren der Verdampfer bzw. Kondensator gekennzeichnet. Die Wasserverteilung für den Adsorber bzw. für den Verdampfer und Kondensator ist in der Draufsicht nach Fig. 1 mit gebogenen Linien symbolisiert. Bei den Darstellungen gemäß

Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, dass auf der

dreidimensionalen Struktur 3D eine Zeolithschicht als Adsorbenz

aufgebracht wurde, die bevorzugt in-situ aufkristallisiert wird.

Bei der Ausführungsform eines Adsorptionsmoduls nach Fig. 2 ist jedes Einzelmodul bezogen auf den Dampfkanal DK offen. Beim Ausbilden einer Stapelanordnung (siehe Seitenansicht nach Fig. 2) liegen die Dampfkanäle DK übereinander zur Bildung eines dann durchgehenden Dampfkanals, wobei zwischen den einzelnen Dampfkanälen des jeweiligen Moduls eine Dichtung D angeordnet ist.

Die Einzelmodule können als monolithisch gegossene, geordnete

Aluminiummodule, aber auch als monolithisch gegossene, poröse

Aluminiummodule realisiert werden. Denkbar sind weiterhin gegossene Aluminiumschwammmodule oder aus Kugeln, Pulver oder Fasern gesinterte Aluminiummodule.

Mittels der erfindungsgemäßen Technik können unter Rückgriff auf die Adsorptionsmodule Kältemaschinen oder Wärmepumpen, aber auch Kälteoder Wärmespeicher realisiert werden, wobei für Wärmespeicher die Ausführungsform nach Fig. 2 prädestiniert ist.

Bei weiteren, nicht figürlich dargestellten Ausführungsbeispielen besteht die Möglichkeit, die plattenförmigen Gehäuse aus einzelnen Blechen zu realisieren, wobei die Bleche eine noppenartige, geprägte Struktur in Form von einzelnen oder gruppenartig angeordneten Vorsprüngen besitzen. Jeweils mindestens ein Paar von Blechen mit einander gegenüberliegenden Vorsprüngen werden dann zu einem Gehäuse, z.B. durch Verpressen oder stoffschlüssig verbunden derart, dass ein Raum für das Wärmeträgermedium entsteht und diesbezüglich die Vorsprünge

Abstandshalter zwischen den Blechen bilden. Damit kommt den

Vorsprüngen zum einen eine stabilisierende Funktion der jeweiligen plattenförmigen Gehäuse zu. Zum anderen erfüllen die Noppen die

Funktion der Vergrößerung des für den Wärmeübergang maßgeblichen Bereichs. Die Bleche können, wenn erforderlich, unmittelbar mit einem Zeolithmaterial beschichtet werden.

Weiterhin kann das Gehäuse aus paarweise zueinander gefügten, offenen, relativ starren Profilplatten bestehen.

Die Profilplatten besitzen einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt mit kurzen U-Schenkeln und relativ breit ausgebildetem

Verbindungsschenkel. Die U-Schenkel eines Profilplattenpaars weisen zueinander und stellen einen Fügeabschnitt dar, derart, dass ein Raum für das Wärmeträgermedium entsteht.

Die mit dem Wärmeträgermedium in Kontakt kommenden Bereiche der Profilplatten können eine oberflächenvergrößernde Strukturierung, z.B. erzeugt durch Fräsen oder Ätzen besitzen.

Bei einer ebenfalls ausgestaltenden Möglichkeit können die

plattenförmigen Gehäuse aus Strangpressprofilen relativ kostengünstig erzeugt werden. Das das jeweilige Gehäuse bildende Strangpressprofil weist dabei eine Vielzahl von Kanälen zur Bildung eines Raums für das Wärmeträgermedium auf.

Mindestens eine Gehäuseaußenseite kann eine Verrippung zur

Verbesserung des Wärmebergangs zur Umgebung besitzen.

Die Einzelgehäuse gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen können dann zu einem Gesamtmodul gefügt und mit einer vakuumdichten Hülle umgeben werden. Entsprechende Anschlüsse für das Wärmeträgermedium können in bekannter Weise ausgeführt werden. Die aus mehreren plattenförmigen Gehäusen gebildeten Module können einzeln oder im Verbund vakuumseitig mit einer Beschichtung in Form eines offenporigen schwammartigen Aluminiumkörpers versehen sein. Die Beschichtung kann auch als monolithischer Block ausgeführt werden und dann stoffschlüssig oder formschlüssig mit dem oder den plattenförmigen Gehäusen verbunden werden. Eine bevorzugte Variante besteht darin, den porösen vakuumseitigen Teil mit Zeolith zu beschichten und anschließend eine stoffschlüssige Verbindung, z. B. durch Löten mit dem Hydraulikteil, d. h. dem Modulteil, welches das Wärmeträgermedium aufnimmt, herzustellen.