DE3408192A1 - Verfahren zum hochtransformieren der temperatur von waerme sowie waermetransformator - Google Patents

Description

Verfahren zum Hochtransformieren der Temperatur von Wärme sowie Wärmetransformator

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Hochtransformieren der Temperatur von Wärme, bei welchem ein Arbeitsfluid durch Wärme einer vorgegebenen, mittleren Temperatur T, aus einem festen Adsorptionsmittel bei einem relativ niedrigen Arbeitsfluiddruck ausgetrieben wird, der beim Austreiben entstehende Arbeitsfluiddampf bei einer relativ niedrigen Temperatur T unter Abgabe von Wärme in eine andere Phase überführt wird und das in dieser Phase vorliegende Arbeitsfluid unter Zufuhr von Wärme bei einer mittleren Temperatur T ' in die Gasphase bei relativ höherem Arbeitsfluiddruck überführt wird und bei diesem Druckniveau unter Abgabe von Wärme einer relativ hohen Temperatur T_? im festen Adsorptionsmittel adsorbiert wird und danach der Kreisprozeß durch Austreiben des Adsorptionsmittels geschlossen wird.

Unter einem Wärmetransformator wird eine Anlage verstanden, die Wärme mittlerer Temperatur T,, beispielsweise Abwärme, zu einem Teil in Wärme höherer Temperatur T„ verwandelt, wobei die restliche Wärme bei niedriger Temperatur T abgeführt wird. Zum Betrieb wird elektrische Leistung nur in geringem Umfang für die Steuerung und die Umwälzung der Wärmeträger benötigt.

Aus der DE-PS 57 96 57 ist ein Wärmetransformator bekannt,der aus einer Absorptionswärmepumpe besteht, bei der mit umgekehrten Stoff- und Wärmeströmen gearbeitet wird. In einer derartigen Anlage wird das Arbeitsfluid, beispielsweise Wasser, aus einer Absorberflüssigkeit (beispielsweise aus einer wässrigen Lithiumbromidlösung) durch Zufuhr von Wärme bei einer mittleren Temperatur T, ausgetrieben. Das erhaltene gasförmige Arbeitsfluid wird in einem Konden-

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sator bei niedriger Temperatur T und niedrigem Druck kondensiert, wobei die entstehende Wärme an die Umgebung abgegeben wird. Das kondensierte Arbeitsfluid wird schließlich mittels einer Pumpe in einen Verdampfer gebracht, in dem es unter Zufuhr von Wärme bei der Temperatur und unter höherem Druck verdampft wird. Das gasförmige Arbeitsfluid wird dabei in der Absorberflüssigkeit absorbiert und setzt dabei die Absorptionswärme bei der Temperatur Tp auf höherem Niveau frei. Damit schließt sich der Kreis und der Prozeß kann von neuem beginnen.

Weitere Wärnietransformatoren sind aus den DE-OSen 10 20 997, 25 54 937, 26 49 441, 26 35 557 und 27 27 990, sowie aus den Proceedings des 16. Internationalen Kältekongresses in Paris 1983 (vgl. S. 55 ff.) bekannt. Dabei wird der Wärmetransformator gemäß der zuletzt genannten Veröffentlichung mit wässriger Lithiumbromidlösung betrieben. Die Verwendung des Stoffpaars Wasser-Lithiumbromid ist dabei auf Temperaturen bis maximal 160 C beschränkt, da Lithiumbromid oberhalb dieser Temperatur korrosiv wirkt und sich zersetzt. Zudem ist der Preis von Lithiumbromid relativ hoch.

Nach dem gleichen Prinzip arbeitet der Ammoniak-Wasser-Wärmetransformator, wie er beispielsweise in dem Artikel "Wärmetransformator zur Prozeßwärmegewinnung aus Abwärme", Brauwelt (1983), S.1508 f, beschrieben ist. Die Verwendung von Ammoniak-Wasser ist auf Temperaturen von maximal 180 C beschränkt, da sich Ammoniak oberhalb dieser Temperatur zersetzt. Nutztemperaturen von 130 C erzeugen dabei bereits Drücke von 109 bar im Verdampfer. Zudem schränkt die Giftigkeit des Ammoniaks die Verwendbarkeit - zusammen mit den sehr hohen Drücken sehr stark ein bzw. verteuert die Anlage.

In einer weiteren Anlage wird konzentrierte Schwefelsäure als Absorberflüssigkeit eingesetzt. Diese Anlage ist in den Proceedings der Int. Energy Conv. Eng. Conference, Atlanta 1981, S. 926 ff, beschrieben. Schwefelsäure läßt sich jedoch trotz der erreichbaren hohen Temperaturen nur in wenigen Industriebereichen einsetzen. Wegen der Korrosivität und der Gefährlichkeit heißer konzentrierter Schwefelsäure ist daher an eine allgemeine Verwendung nicht zu denken.

Eine neuere Entwicklung stellt die Verwendung von Zeolith, einem Feststoff, anstelle einer Absorberflüssigkeit dar.

Ein derartiger Wärmetransformator unter Einsatz eines Zeolithen, der das als Arbeitsfluid verwendete Wasser sorbiert, ist in der DE-OS 30 22 284 beschrieben.

Bei Verwendung eines derartigen festen Adsorptionsmittels kann das Adsorptionsmittel selbst natürlich nicht im Kreislauf gepumpt werden. Es erfolgt daher ein diskontinuierlicher oder quasi kontinuierlicher Betrieb mit einem oder mehreren , das Adsorptionsmittel enthaltenden Behältern, den sogenannten Austreiher-Adsorbern. Das Adsorptionsmittel wird einschließlich der umgebenden Behälter und der eingebetteten Wärmetauscher einem Temperatur- und Druckzyklus unterzogen, wobei erfahrungsgemäß je Zyklus gewisse Mindestzeiten , beispielsweise eine Stunde, zum Betrieb nötig sind. Die Adsorbermenge muß so groß sein, daß die Nutzwärmeleistung mindestens über die Dauer eines Zyklus aufrechterhalten werden kann. Dies führt zu relativ großen Mengen Adsorptionsmittel.

Weiterhin ist der in der Anlage erzeugte Maximaldruck bei Verwendung von Zeolith und Wasser als Stoffpaar durch den Druck des ArbeitsfluidsWasser bei der Temperatur T₁ vorgegeben. Daher ergeben sich bei Wasser als Arbeitsfluid für T,=100 ⁰C Abwärmetemperatur ein Druck von 1 bar, bei T, = 150 ⁰C 4,76 bar und für T₁ = 200 ⁰C ein Druck von 15,55 bar.

Bei den großen, für das Adsorptionsmittel erforderlichen Behältern ist eine Verwendung von Druckbehältern unwirtschaftlich. Insofern ist die Anwendung derartiger Wärmetransformatoren aus wirtschaftlichen Gründen auf Abwärmetemperaturen unter 100 ⁰C beschränkt.

Da Zeolithe bei Temperaturen oberhalb 100⁰C und bei eiriem Wasserdampfdruck oberhalb 2 bar rasch degradieren, ist dem Einsatz von Zeolithen zusätzlich eine material bedingte Grenze von etwa 2 bar Wasserdampfdruck gesetzt.

Darüber hinaus bedeutet die Verwendung eines festen Adsorptionsmittels gemäß DE-OS 30 22 284 auch eine Wirkungsgradeinbuße gegenüber kontinuierlichen Sorptionsverfahren, da die fühlbare Wärme des gesättigten Feststoffadsorbers durch Abgabe von Sorptionswärme bei der Nutzwärmetemperatur Tp nicht optimal genützt werden kann. Die bei hoher Temperatur nach Sättigung des Adsorptionsmittels vorliegende Wärme ist energetisch besonders wertvoll und macht einen beträchtlichen Anteil der Nutzwärme pro Zyklus aus.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der Eingangs erwähnten Art sowie einen Wärmetransformator hierzu zu schaffen, mit dem Abwärmetemperaturen bis 160⁰C und Nutzwärmetemperaturen bis 200⁰C und darüber ohne Einsatz gefährlicher Arbeitsstoffe errreicht werden und ein möglichst

optimaler Wirkungsgrad, bezogen auf die eingesetzte Abwärme erzie.lt wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß man das aus dem festen Adsorptionsmittel ausgetriebene Arbeitsfluid bei einem relativ niedrigen Arbeitsfluiddruck in einer Absorberflüssigkeit absorbiert und /oder bei dem relativ höheren Arbeitsfluiddruck das Arbeitsfluid unter Wärmezufuhr aus einer Absorberflüssigkeit desorbiert und in den gasförmigen Zustand überführt.

Erfindungsgemäß wird also das aus dem festen Adsorptionsmittel, beispielsweise Zeolith.,beim Regenerationsvorgang ausgetriebene Arbeitsfluid in einem flüssigen Absorptionsmittel (Resorber) resorbiert, wobei dies bei dem relativ niedrigen Arbeitsfluiddruck abläuft. Bei dem Prozeß des Austreibens des Arbeitsfluids aus dem Adsorptionsmittel kommt dabei Abwärme der mittleren Temperatur T₁ zum Einsatz. Beim Resorbieren wird dann Abwärme bei der relativ niedrigen Temperatur T frei gesetzt.und als wertlose Abwärme an die Umgebung abgeführt.

Zur Nutzwärmeproduktion wird das im Absorptionsmittel absorbierte Arbeitsfluid bei einem relativ hohen Arbeitsfluiddruck mit Hilfe von Abwärme der Temperatur T,¹ ausgetrieben und dabei wiederum in den gasförmigen Zustand überführt. Dieser Arbeitsfluiddampf wird dann von dem nunmehr zur Aufnahme von Arbeitsfluid bereiten festen Adsorptionsmittel im Austreiber-Adsorber adsorbiert, wobei eine Adsorptionswärme relativ hoher Temperatur T„ freigesetzt wird, die an den Verbraucher, beispielsweise an einen Industriebetrieb u. dgl. abgegeben wird.

Erfindungsgemäß kann dabei auch einer der beiden Vorgänge, das Resorbieren oder das Desorbieren, durch Kondensation bzw. Verdampfung ersetzt werden.

Mit dem Einsatz einer Absorberflüssigkeit gewinnt man weiterhin zwei zusätzliche Freiheitsgrade in Form der Arbeitsfluidkonzentration in der Absorberflüssigkeit und der Konzentrationsänderung, die die Absorberflüssigkeit durchläuft. Hierdurch kann der Prozeß an die Betriebsbedingungen angepaßt werden, beispielsweise kann dadurch die Ausgasungsbreite eines vorgegebenen Adsorptionsmittels und zugleich die Ausnutzung einer vorgegebenen Temperaturspreizung im Resorber-Desorber optimiert werden.

Durch Veränderung der Konzentrationsdifferenz zwischen armer und reicher Absorberflüssigkeit können unterschiedlich große Temperaturspreizungen des Wärmeträgers am Resorber-Desorber erzielt werden, ohne daß das Problem von so-

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genannten "pinch points"auftri.tt. Infolgedessen kann die Temperaturdifferenz zwischen Wärmeträger und Absorberfllissigkeit über die gesamte Wärmetauscherfläche im Resorber-Desorber annähernd konstant gehalten werden.

Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum inneren Wärmetausch erreicht man trotz Verwendung eines festen Adsorptionsmittels eine weitgehende Nutzung der fühlbaren Wärme, die nach Sättigung des Adsorptionsmittels bei der relativ hohen Temperatur T^ vorliegt. Diese Wärme dient bei einer bevorzugten Ausführungsform dazu, einen zweiten Behälter mit (regeneriertem) Adsorptionsmittel der Abwärmetemperatur T, auf die Nutzwärmetemperatur T₂ oder zumindest his fast auf diese Temperatur aufzuheizen.

Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie vorteilhafte Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Figuren zeigen im einzelnen:

Fig. 1 Resorptionswärmetrans formator mit einem Austreiher-Adsorber

Fig. 2 Druck-Temperaturdiagrimm für einen Resorptionswärmetrcnsformator

Fig. 3 Kontinuierlicher Wärmetransformator mit zwei Austreibür-Adsorbern, die wechselweise betrieben werden

Fig. 4 Kontinuierlicher Wärnietransformator mit zusätzlichem Lösungswärmetauscher, Vorratstank für arbeitsfluidreirhe und arbeitsfluidarme Absorberflüssigkeit und Rektifikator

Fig. 5 Wärmetransformator mit offenem Resorber und Desorber und unabhängigen Stoffströmen in Resorber und Desorber

Fig. 6 Wärmetransformator mit offenem Resorher, Kühlturm und Desorber mit externem Wärmetauscher

Fig. 7 Druck-Temperaturdiagramm für inneren Wärmetausch bei einem Wärmetransformator mit zwei oder mehr Austreiber-Adsorbern. Darstellung des Arbeitsfluiddrucks in den Austreiber-Adsorbern am Beispiel HgO + Zeolith als Arbeitsfluid und Adsorptionsmittel

In Fig. 1 ist ein Wärmetransformator (10) gezeigt, der diskontinuierlich arbeitet, d.h. in der ersten Phase geladen und in der zweiten Phase entladen wird.

Der Wärmetransformator (10) erhält die zum Betrieb nötige Wärme aus einer Abwar quelle (172), beispielsweise von einer Gasturbine, einem Motor, einem industriellen Prozeß oder einem Sonnenofen.

Die von der Wärmequelle (172) zur Verfügung gestellte Wärme bei einer mittlerer Temperatur T, wird einem Austreiber-Adsorber (14) über einen Wärmeträgerkreislauf zugeführt. Dabei ist die von der Wärmequelle (172) zugeführte Wärme in einem Wärmeträgerfluid enthalten.

Der Wärmeträgerkreislauf weist im wesentlichen eine Leitung (16) zum Zuführen des Wär.meträgers von der Wärmequelle (172) zum Austreiber-Adsorber (14), ein im Austreiber-Adsorber (14) vorhandenes Wärmetauschelement (18), das mit der Leitung (16) verbunden ist, eine vom Wärmetauschelement (18) abgehende Leitung (20), die mit einem Vorratsgefäß (22) verbunden ist und eine vom Vorratsgefäß (22) abgehende Leitung (24) auf, die zur Wärmequelle (172) zurückgeführt ist.

Um das Fluid im Wärmeträgerkreislauf zirkulieren zu lassen , ist vorteilhafterweise eine Pumpe (26) in einer der Leitungen (16), (20) oder (24), vorteilhafterweise der Leitung (24),vorgesehen.

Weiterhin weist der Wärmeträgerkreislauf vorteilhafterweise ein Absperrorgan (28) in der Leitung (16) sowie ein Absperrorgan (30) stromab des Wärmetauschelements (18) in der Leitung (20) auf.

Das Vorratsgefäß (22) ist für den Fall vorgesehen, daß ein in der Leitung (16) zugeführtes dampfförmiges Fluid in dem Wärmetauschelement (18) oder (44) kondensiert und anschließend in flüssiger Form im Vorratsgefäß zwischengespeichert wird. Die Pumpe (26) führt das im Vorratsgefäß (22) enthaltene Fluid (70) zur Wärmequelle (172) zurück, in der es auf die mittlere Temperatur T. wieder aufgeheizt wird. Bei Verwendung einer Wärmeträgerflüssigkeit ohne Phasenwechsel in den Wärmetauschern (13) oder (44) dient das Vorratsgefäß (22) zum Ausgleich von Temperatur bzw. Lastschwankungen der Wärmequelle (172).

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Hinzuzufügen ist, daß als Wärmetauschelemente die üblichen Rohrschlangen , Plattenverdampfer usw. und auch Kombinationen mit Heatpipes in Frage kommen.

Der Austreiber-Adsorber (14) weist ferner ein festes Adsorptionsmittel (74), vorteilhafterweise ein Zeolith und ein Arbeits.fluid (72), vorteilhafterweise Wasser, auf.

Auf dieses feste Adsorptionsmittel wird über das Wärmetauschelement (IS) die im Wärmeträger enthaltene Wärmeenergie der mittleren Temperatur T, übertragen.

Wie bereits vorstehend erwähnt, weist der Austreiber- Adsorber (14) ein Wärmetauschelement (18) auf, durch das ein Wärmeträger zur Abgabe der Nutzwärme geführt wird. Weiterhin ist dieses Wärmetauschelement über die Leitungen (80)und (82) mit einem Verbraucher (174) verbunden, der die im Austreiber- Adsorber (14) hochtransformierte Wärme bei einer höheren Temperatur T₂ als Nutzwärme abnimmt.

Der Austreiber-Adsorber (14) ist an eine Arbeitsfluid-Ausgangsleitung (34) angeschlossen, die mit dem Eingang eines Resorber-Desorbers (36) verbunden ist und ein Absperrorgan (38) aufweist.

Der Resorber-Desorber ist weiterhin über eine das Arbeitsfluid rückführende Leitung (40) mit dem Austreiber-Adsorber (14) verbunden, wobei in die Leitung (40) wiederum ein Absperrorgan (42) eingeschaltet ist.

Das im Resorber-Desorber (36) enthaltene Wärmetauschelement (44) ist über die Leitungen (76) und (78), in die die Absperrorgane (60), die Pumpe(58), bzw. das Absperrorgan (62) eingeschaltet sind, mit der Wärmesenke (170) verbunden. Außerdem ist das Wärmetauschelement (44) über die Leitung (50) und ein Absperrorgan (52) mit der Leitung (20) stromab des Absperrorgans (30) und über die Leitung (46) und das Absperrorgan (48) mit der Leitung (16) stromauf des Absperrorgans (28) verbunden.

Zur Aufteilung des Wärmetauschers (18) in mehrere Bereiche sind die Verbindungsleitungen (90) und (92) an das Wärmetauschelement (18) derart angeschlossen, daß drei Teilschlangen (84), (86) und (88) entstehen. Mittels der Ventile (95) und (96) sind die Leitungen (90) und (92) absperrbar an eine Leitung (94) angeschlossen. Leitung (94) ist einerseits mit der Leitung (20) zwischen dem Ventil (30) und dem Ventil (21) am Zulauf des Wärmetauschers (18) und andererseits mit der Leitung (16) zwischen dem Ventil (28) und dem Ventil (17) am Ausgang des Wärmetauschers (18) verbunden.

Zwischen den Leitungsverbindungen (20)/(94) und (90)/(94) ist ein Ventil (97) eingebaut. Zwischen den Leitungsverbindungen (94)/(90) und (94)/(92) ist ein Ventil (98) und zwischen den Leitungsverbindungen (94)/(92) und (94)/(16) ein Ventil (99) eingebaut.

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Dementsprechend ist also der Resorber- Desorber (36) ebenso wie. der Aus.trei.ber-Adsorber (14) mit dem von der Wärmequelle (172) abgehenden Wärmeträgerkreislauf verbunden. Wie nachstehend gezeigt wird, erfolgt der Betrieb des Austreiber-Adsorbers (14) und des Resorber-Desorbers (36) wechselweise, d.h. sie werden wechselweise unter entsprechender Umschaltung der Ventile an den Wärmeträgerkreislauf mittlerer Temperatur angeschlossen.

Der Resorber-Desorber (36) weist eine Absorberflüssigkeit (68) auf, die das Arbeitfluid zumindest in Anteilen enthält. Diese Absorberflüssigkeit ist derart beschaffen, daß sie bei einer relativ niedrigen Temperatur und relativ niedrigem Druck das Arbeitsfluid aufnehmen kann und andererseits das Arbeitsfluid bei einer mittleren Temperatur, die im wesentlichen von dem Wärmeträger der Wärmequelle (172) bestimmt wird, und bei einem höheren Druck das Arbeitsfluid dampfförmig abgibt.

Vorteilhafterweise weist die Absorberflüssigkeit insbesondere Wasser als Fluidkomponente auf. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist dabei die Absorberflüssigkeit im Resorber-Desorber (36) mit Ausnahme des enthaltenen Arbeitsfluids nicht flüchtig.

Als wasserenthaltende Absorberflüssigkeit wird vorteilhafterweise eine wässrige Salzlösung eingesetzt, die bevorzugt Alkali- und Erdalkalimetallsalze enthält. Zu besonders bevorzugten Salzen gehören die Alkali- und Erdalkalimetall halogenide. Beispiele hierfür sind die Halogenide von Lithium, wie Lithiumchlorid, Lithiumbromid und Lithiumjodid. Besonders vorteilhaft für die Abwärmenutzung bis zu Temperaturen von 160 C sind wässrige Lithiumbromidlösungen.

Als Salze kommen weiterhin für die Absorberflüssigkeit wässrige Natriumchlorid-, Calciumchlorid- und Zinkbromidlösungen in Frage. Darüberhinaus sind Mischungen sämtlicher vorgenannter Salze verwendbar.

Obwohl der Einsatz dieser Salze in Verbindung mit Wasser als Absorberflüssigkeit bevorzugt ist, können auch andere, nichtwässrige Absorberflüssigkeiten eingesetzt werden, sofern eine ausreichende Dampfdruckerniedrigung des Arbeitsfluids durch das Adsorptionsmittel gegeben ist und darüber hinaus keine Zersetzung des Adsorptionsmittels oder des Arbeitsfluids bewirkt wird.

Als festes Adsorptionsmittel sind solche Zeolithe einsetzbar, die bei sehr hohen Temperaturen stabil, billig herstellbar sind und bei gegebenen Temperaturen und Arbeitsfluiddrücken große Mengen an Arbeitsfluid pro Zyklus adsorbieren bzw. desorbieren. Besonders geeignet für die Verwendung in Wärmetransformatoren sind die Zeolithe vom A-, X- und Y-Typ und wegen ihrer Beständigkeit bei sehr hohen Temperaturen die Si Ii kali te- und ZSM-Typen. Von diesen Typen sind speziell die Mg-A-Typen , d.h. Magnesiunrausgetauschte Α-Typen bevorzugt.

Als festes Adsorptionsmittel ist weiterhin jedes Adsorptionsmittel mit Oberflächenadsorptionseigenschaften in Abhängigkeit vom eingesetzten Arbeitsfluidtyp einsetzbar. So können feste Adsorptionsmittel auf Kohlenstoffbasis, beispielsweise Aktivkohle, Tierkohle, Kohlenstoffschwamm u. dgl. vorteilhafterweise für organische Arbeitsfluide, beispielsweise Methanol, eingesetzt werden.

Das Wärmetauschelement (44) im Resorber-Desorber (36) ist weiterhin über die Leitungen (76) und (78) mit einer Kühleinrichtung, beispielsweise einem Kühlturm oder einem Fluß verbunden, die als Wärmesenke dient, d.h. über die Wärme abgegeben wird.

Der in Fig. 1 gezeigte Wärmetransformator (10) wird auf folgende Weise betrieben, wobei die Ventil Stellungen, Pumpenbetriebszustände, Temperaturen und Drücke für den Betrieb in der Tabelle 1 angegeben sind:

Als Austreib-Prozeß des Austreiber-Adsorbers (14) wird der Vorgang bezeichnet, bei dem das Arbeitsfluid vom Austreiber-Adsorber (14) ausgetrieben und im Resorber-Desorber (36) absorbiert wird, während als Adsorptions-Prozeß diejenige Phase bezeichnet wird, in der das Arbeitsfluid vom Adsorptionsmittel aufgenommer und im Resorber-Desorber (36) desorbiert wird.

Um das feste Adsorptionsmittel im Austreiber-Adsorber (14) vom Arbeitsfluid zu befreien, d.h. auszutreiben, wird dem Austreiber-Adsorber (14) ein Wärmeträger der Temperatur T, aus der Wärmequelle (172) zugeführt, wobei die Absperrorgane (28) und (30) geöffnet sind, die Absperrorgane (64) und (66) geschlossen sind und die Pumpe (26) in Betrieb ist. Das Austreiben erfolgt

dabei bei einer mittleren Temperatur T₁ und einem Druck ρ .

Die Adsorptionskapazität des Austreiber-Adsorbers wird durch Resorption des ausgetriebenen Arbeitsfluids in einem Resorber-Desorber (36) erreicht, d.h. in dieser Phase arbeitet der Resorber-Desorber (36) als Resorber.

Das Austreiben wird dabei solange fortgeführt, bis die völlige Adsorptionskapazität des Austreiber-Adsorbers (14) bei gegebenen Temperaturen und dem gegebenen Druck erreicht ist, d.h. weiteres Arbeitsfluid im Austreiber-Adsorber (14) nicht mehr ausgetrieben und im Resorber-Desorber (36) nicht mehr resorbiert werden kann.

Das Arbeitsfluid selbst wird vom Resorber (36) unter Abgabe der Wärme Q bei einer relativ niedrigen Temperatur T_Q absorbiert und diese Wärmemenge, die der Verdiinnungswärme und/oder der der Kondensationswärme entspricht, wird bei diesem Prozeß über das Wärmetauschelement (44) z.B. an die Umgebung abgeführt.

Bei diesem Resorptionsprozeß wird die vorzugsweise eingesetzte Salzlösung durch das Arbeitsfluid, vorzugsweise Wasser, verdünnt, mit der Folge, daß der Siedepunkt der Lösung infolge Verdünnung sinkt. Demzufolge variiert also auch die Desorptionstemperatur T₁ in Abhängigkeit von der Salzkonzentration der Absorberflüssigkeit, was näherungsweise dadurch ausgeglichen werden kann, daß man eine im Vergleich zur absorbierenden Menge Arbeitsfluid große Menge Absorberflüssigkeit im Resorber-Desorber (36) vorlegt. Dies ist insofern von Interesse, als beim Adsorbieren im Austreiber-Adsorber (14) durch die Desorptionstemperatur T₁ und den Arbeitsfluiddruck die Adsorptionstemperatur T₂ im Austreiber-Adsorber (14) mitbestimmt wird. Dementsprechend kann also die Adsorptionstemperatur T₂ dadurch gewählt werden, daß man die Salzkonzentration der Absorberflüssigkeit des Resorber-Desorbers (36) auf einen bestimmten Wert einstellt , was zu einer bevorzugten Ausführungsform gehört. Diese Einstellung kann entweder durch die entsprechende Auslegung des Wärmetransformators (10) erfolgen oder durch entsprechende Konzentrierung mit dem Salz selbst oder mit einer höher konzentrierten Lösung oder aber durch Verdünnung mit dem Arbeitsfluid oder einer salzärmeren Lösung.

Da in der Resorptionsphase der Resorber-Desorber (36) durch Verbinden des Wärmetauschelements (44) mit der Wärmesenke (170) bei der niedrigen Temperatur T gehalten wird, stellt sich zwangsläufig der relativ niedrige Druck ρ im gesamten Innenraum ein.

Um die Absorherflüssigkeit im Resorber-Desorber (36) yon dem Arbei.tsf 1 ui.d zu befreien, d.h. den Desorptionsprozeß einzuleiten, werden zunächst die Ventile (60) und (62) gesperrt. Anschließend werden die Absperrorgane (28), (30) und (38) gesperrt, während die Absperrorgane (42), (48) und (52) geöffnet werden. Hierdurch erfolgt eine Anhebung der Temperaturen der im Resorber-Desorber vorgelegten AbsorberflUssigkeit bis zur Temperatur T, der Wärmequelle (172). Zugleich wird der Druck im Resorber-Desorber (36) und dem damit verbundenen Austreiber-Adsorber (14) auf den Druck P₁ angehoben.

Das bei der Verdampfung im Resorber-Desorber (36) freigesetzte gasförmige Arbeitsfluid gelangt über die Leitung (40) wieder in den Austreiber-Adsorber (14) zurück und wird dort von dem festen Adsorptionsmittel adsorbiert. Bei

diesem Adsorptionsprozeß wird die Adsorptionswärme Q bei einem gegenüber der Temperatur T, erhöhten Temperaturniveau T„ freigesetzt, wobei allerdings- wie vorstehend erwähnt - diesesTemperaturniveau T₀ von dem Temperaturniveau T₁ in bestimmten Grenzen abhängt. Diese Adsorptionswärme Q kann der Verbraucher (174) durch das Wärmetauschelement (32) solange abnehmen, bis die Adsorptionskapazität des Austreiber-Adsorbers (14) erschöpft ist.

In Tab. 1 ist ein Beispiel für die zu erreichenden Temperaturen und Drücke genannt. So lassen sich bei Einsatz einer entsprechenden Salzlösung, beispielsweise einer wässrigen Lithiumbromidlösung, Verdampfungstemperaturen von 160 C bei 1 bar erreichen, mit der Folge, daß am Wärmetauscher (32) eine Wärmemenge bei Temperaturen von 200 ⁰C und darüber abgenommen werden kann.

Von besonderer Bedeutung ist dabei, daß der Wärmetransformator (10) praktisch überdruckfrei arbeiten kann, d.h. im Betrieb die obere Grenze von 1 bar nicht überschritten wird. Demzufolge kann eine kostspielige Überdruckauslegung der Austreiber-Adsorber-Einheiten entfallen, was von großer Bedeutung für die Wirtschaftlichkeit dieser Vorrichtung ist. Zudem wird mit Wasser ein Arbeitsmittel eingesetzt, das ungefährlich und billig ist, d.h. es können kostspielige Sicherheitseinrichtungen und Aufbereitungsanlagen entfallen.

Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform arbeitet - wie vorstehend erläutert diskontinuierlich. Bei dieser Arbeitsweise folgt auf den Absorptionsprozeß im Resorber-Desorber (Austreibprozeß im Austreiber-Adsorber (14)) der Desorptionsprozeß im Resorber-Desorber (36) ( Adsorptionsprozeß im Austreiber-Adsorber (14) d.h. am festen Adsorptionsmittel).

Die in Fig. 1 beschriebene Vorrichtung kann insbesondere zur Durchfuhrung der Verfahren bzw. als Vorrichtung für die nachfolgenden Ausführungsformen

dienen.

Zu bevorzugten AusfUhrungsformen gehören:

- ein Wärmetransformator mit festem Adsorptionsmittel und einem flüssigen Absorptionsmittel in seiner allgemeinsten Form.

- Zeolith als festes Adsorptionsmittel.

Zeolithe sind Alumosilikate mit kristalliner Struktur und mikroskopisch kleinen Poren, in denen aufgrund der hohen inneren Oberfläche große Mengen Gase oder Flüssigkeiten adsorbiert werden können. Zeolithe sind besonders vorteilhaft für die Verwendung in Wärmetransformatoren, da sie bei hohen Temperaturen stabil, billig herstellbar, völlig ungefährlich und umweltfreundlich sind. Besonders geegnet für die Verwendung in Wärmetransformatoren sind die Zeolithe vom Typ A, die mit Magnesiumioien ausgetauscht sind, die Typen X und Y und wegen sehr hoher Temperaturbeständigkeit die Typen"Silicalite"bzw."ZSM".

- Aktivkohle als Adsorptionsmittel, was

besonders bei Verwendung organischer Arbeitsfluide, wie z.B. Methanol vorteilnaft ist.

- Wasser als Arbeitsfluid, was eine

besonders bevorzugte Ausführungsform darstellt. In Kombination mit Zeolith als Adsorptionsmittel erhält man hohe Energiedichten beim Betrieb als diskontinuierliche Anlage. Besondere Vorzüge hat diese Kombination in Bezug auf Umweltverträglichkeit und Preis. Die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Wasser sind zudem genau bekannt.

- wässrige Salzlösungen als flüssige

Absorptionsmittel im Resorberteil der Wärmetransformatoren. Wässrige Salzlösungen wurden und werden vielfach für verschiedene Kältemaschinen als Absorberflüssigkeit verwendet und bieten sich daher aufgrund von vorliegenden Stabilitätsdaten und physikalischen und chemischen Eigenschaften besonders als Absorptionsmittel an.

- LiBr-, LiCl-, CaCl₂-, NaCl- oder

ZnBr-Lösungen oder deren Gemische als besonders einsetzbare Absorberflüssigkeiten, die zur Veränderung der physikalischen Eigenschaften,

wie Dampfdruck und Viskosität,

aber auch der chemischen Eigenschaften, wie der Korrosivität, auch als Mischung verwendet werden können.

- das Resorptionsprinzip, vorzugsweise zur Anwendung bei festen Adsorptionsmitteln mit geringer Stabilität bei hohen Arbeitsfluiddrücken. Die Verwendung des Resorptionsprinzips, speziell Verwendung einer Absorberflüssigkeit im Desorber, kann die Verwendung von preisgünstigen Adsorptionsmittel η ermöglichen, die in einem System niit Kondensation und Verdampfung aufgrund der höheren Dampfdrücke zu schnell degradieren.

- Wärmetransformatoren, die im Unterdruckbereich arbeiten. Diese Ausführung ist vor allem deshalb von Vorteil, weil die Austreiber-Adsorber in diesem Fall als dünnwandige Behälter ausgeführt werden können. Der adsorbierende Feststoff trägt dabei die dünne Behälterwand, die durch den Aimosphärendruck angepreßt wird (Prinzip Erdnußpackung). Diese Ausführung ist speziel für den Wärmetransformator wichtig, da hier besonderer Wert auf eine Minimierunc der sensiblen Wärme der Behälterteile gelegt werden muß. Weiter sind auch die geringeren Kosten dünner Behälterwände von Bedeutung.

- die Ausnutzung der zusätzlichen Freiheitsgrade eines Wärmetransformators mit Resorptionsteil zur Maximierung der Kapazität der Anlage. Adsorptionsmittel stehen nicht in beliebiger Anzahl zur Verfugung. Vielmehr sind einige wenige Adsorptionsmittel bei höheren Temperaturen besonders geeignet, während viele andere aufgrund von Degradationserscheinungen ausscheiden. In vielen Fällen zeigen Adsorptionsmittel, z.B. Zeolith Mg-A, ausgeprägte Bereiche wo bei einer geringen Druck oder Temperaturänderung besonders viel Arbeitsfluid adsorbiert wird. Bei Systemen mit Kondensation bzw. Verdampfung des Arbeitsfluids stehen damit die bevorzugten Temperaturen für einen Wärmetransformator schon fest. Bei Verwendung von Resorption bzw. Desorption bleiben dagegen die Konzentration der Absorberflüssigkeit und die Art der Absorberflüssigkeit als offene Parameter. Es ist daher in fast allen Fällen möglich,durch die Verwendung einer bestimmten Absorberflüssigkeit die Kapazität eines Sorptionswärmetransformators zu erhöhen.

- ein Verfahren, das eine besonders gute Ausnutzung

des festen Adsorptionsmitteis ermöglicht. Bei Strömung eines Gases in einem System von Kanälen oder in einer Schüttung ergeben sich automatisch Druckabfälle in Richtung der Strömung. Feststoffadsorber adsorbieren bei hohen Drücken mehr Arbeitsfluid als bei niedrigen Drücken. Für einen Wärmetransformator

ist besonders die Erzeugung hoher Temperaturen wichtig. Es ist daher vorteilhaft, den Wärmeträger in einem im Adsorptionsmittel enthaltenen Wärmetauscher in entgegengesetzter Richtung zum Arbeitsfluiddampf strömen zu lassen. Dadurch stehen nämlich die Abschnitte mit der höchsten Temperatur immer mit dem höchsten Arbeitsfluiddruck in Verbindung. Da sich aber das Adsorptionsmittel an den dem Arbeitsfluideintritt nahestehenden Teilen des Adsorptionsmittels durch Kontakt mit dem strömenden Arbeitsfluiddampf nach Sättigung allmählich abkühlt, wird vorteihafterweise der Wärmetauscher abschnittsweise betrieben. Schon gesättigte Bereiche des Adsorptionsmittel werden in einem bevorzugten Verfahren nicht in den Wärmetausch einbezogen, d.h. der Wärmetauscher wird nur in den Bereichen betrieben, wo die Sorptionskapazität noch nicht völlig erschöpft ist. Dies kann z.B. durch Unterteilung des Wärmetauschers mittels Dreiwegeventilen oder mehreren Einzel ventil en geschehen.

Durch Betätigung der Ventile (95) - (99), (17), (21), (30), (28) kann jeder der Teilbereiche (84), (86), (88) des Austreiber-Adsorbers (14) einzeln betrieben werden. Dies kann sowohl beim Adsorbieren als auch beim Austreiben dazu dienen, einen bereichsweisen Betrieb zu erzielen.

- hermetisch abgeschlossene Anlagen ohne Trägergas. Wegen

der Verlangsamung der Adsorptions- und Desorptionsgeschwindigkeit bei Anwesenheit von Fremdgasen in dem festen Adsorber ist es für hohe Leistungen pro Masseneinheit Adsorptionsmittel vorteilhaft, die Anlage unter Ausschluß von Fremdgasen zu betreiben. Da bei Großanlagen gewisse Undichtigkeiten unvermeidbar sind und zumindest Teile der Anlage im allgemeinen im Unterdruckbereich betrieben werden, ist in der bevorzugten Ausführung derartiger Anlagen eine Vorrichtung zum Entfernen von Fremdgasen, vorzugsweise angeschlossen am Resorber, eingebaut.

- ein Verfahren zum abschnittweisen Wärmetausch und abschnittweisen Adsorbieren bzw. Desorbieren. Abschnittweises Adsorbieren und Austreiben vermindert die Wärmeverluste und führt zu einer besseren Ausnutzung der Sorptionskapazität des festen Adsorbers, da nur ein Teil des Adsorbers die maximale Temperatur T_? produzieren muß, während der Rest des Adsorbers bei einer niedrigeren Temperatur Wärme produziert und dabei bis zu einer höheren Arbeitsfluidkonzentration beladen wird. Dieses Verfahren ist speziell in Kombination

mit dem vorstehend erwähnten Verfahren vorteilhaft einsetzbar. Zur bestmöglichen Ausnutzung der Sorptionskapazität eines festen Adsorptionsmittels durchströmt der Wärmeträger im Nutzwärmekreis zunächst nur einen Abschnitt des Austreiber-Adsorbers. Sobald die Nutzwärmetemperatur T aufgrund der Sättigung des Adsorptionsmittels nicht mehr erreicht werden kann, wird der Kreislauf umgeschaltet. Das Wärmeträgerfluid durchströmt dann einen noch unqesättigten Teil des

(14) "

Adsorbers bzw. den darin eingebetteten Wärmetauscherabschnitt. Sobald auch dieser Abschnitt des Adsorptionsmittels gesättigt ist,wird auf einen weiteren Abschnitt umgeschaltet, usw.Eine für die Durchführung dieses Verfahrens geeignte besonders einfache Vorrichtung ist in Fig. 1 eingezeichnet. Mittels der Ventile (95),(96),(97),(98) und (99) und der Leitungen (90),(92) und (94) wird das Wärmetauschelement (32) in die Abschnitte (84), (86) und (88) unterteilt. Nach dem oben beschriebenen Verfahren wird dann nacheinander der Abschnitt (84),(86) und (88) des Wärmetauschelements (32) durch entsprechende Umschaltung der Ventile (95) - (93) zum l'ärmetausch in der Adsorptionsphase verwendet. Ein äquivalentes Verfahren kann auch bei der Desorption angewandt werden.

- ein Verfahren, das einen zonenweisen Betrieb des Wärmetransformators ormöglicht. Zum Beispiel kann durch Aufteilung des Gasraums der

14)

Austreiber-Adsorber mittels Ventilen oder Absperrvorrichtungen in mehrere Abteilungen ein abschnittweises Adsorbieren bzw. Desorbieren von Arbeitsfluid erreicht werden. Dies d-ient in einer bevorzugten Ausführung der Anlage dazu,eine hohe Nutztemperatur über eine gesamte Adsorptionsphase aufrechtzuerhalten. Bei gleichmäßiger Adsorption im gesamten Austreiber-Adsorber wurde die Temperatur Tp mit fortschreitender Sättigung des Adsorptionsmittels fallen. Bei abschnittweisem Betrieb durch Aufteilen des Gasraums in Bereiche mit verschiedenem Arbeitsfluiddruck können nach Sättigung eines Bereichs weitere· noch adsorptionsfähige Bereiche zugeschaltet werden. Dadurch durchfließt das Wärmeträgermedium vor Verlassen des Austreiber-Adsorbers in der bevorzugten

(14) Ausführung jeweils einen Bereich des Austreiber-Adsorbers mit hoher Temperatur.

- eine einfache Vorrichtung zur Durchführung der vorstehend beschriebenen Verfahren. Die Bezeichnung Austreiher-AdsorbeV¹⁴dWet dabei an, daß dieser Bestandteil der Vorrichtung abwechselnd als Austreiber oder Adsorber - je nach der jeweiligen Betriebsphase-benü'tzt wird. Die Vorrichtung

(18)
zum Austauschen von Wärme kann aus einem konventionellen Wärmetauscher, z.B. Flachheizkörpern, Rohrschlangen mit Lamellen, verschweißten Profil blechen mit Kanälen für ein gasförmiges oder flüssiges Wärmeträgermedium oder aus einem Röhrensystem mit Verdampfung/Kondensation als Wärmeübertragungsprinzip bestehen. Auch handelsübliche Heatpipes sind vorteilhaft einsetzbar. Die Bezeichnung

(36)
Resorber-Desorber deutet an, daß diese Komponente sowohl als Resorber, wie auch

als Desorber verwendet werden kann.

- externe Wärmetauscher. Dadurch können konventionelle Wärmetauscher verwendet werden oder Wärme in entfernt liegenden Wärmequellen oder Wärmesenken umgesetzt werden,ohne daß ein zusätzlicher Wärmeträgerkreislauf verwendet wird.

. - die Verwendung von sogenannten Austauschkolonnen, wie sie z.B. in der chemischen Industrie für die Trennung von Stoffgemischen verwendet werden, als Resorber und / oder DesorbePues Wärmetransformators. Diese Ausführung ist vor allem dann vorteilhaft, wenn das gasförmige Arbeitsfluid nach Ver-

(36)
lassen des Desorbers noch einen gewissen Anteil an Absorberflüssigkeit hat und deshalb rektifiziert werden muß. Diese Rektifikation läßt sich in einer Austauschkolonne, bestehend aus Rektifikationsteil und Desorptionsteil,auf besonders einfache Weise durchführen.

Fig. 2 zeigt die prinzipielle Arbeitsweise eines Sorptionswärmetransformators anhand eines Temperatur- und Druckdiagramms.

Durch Zufuhr von Wärme Q, wird ein Adsorptionsmittel bei der Temperatur T₁ ausgetrieben. Das entweichende Arbeitsfluid gelangt gasförmig in einen Resorber, wo es unter Abgabe der Wärme Q bei dem Druck ρ in die flüssige Phase übergeht.

Gleichzeitig oder zeitlich verschoben wird bei einer Temperatur T,¹ durch Zufuhr der Wärme Q,' Arbeitsfluid aus der flüssigen in die gasförmige Phase überführt. Das gasförmige Arbeitsfluid wird bei höherem Druck p, unter Abgabe der Wärme Q₂ bei der Temperatur T₂ adsorbiert. Nach Ausnutzung der Sorptionskapazität werden die Austreiber-Adsorber vertauscht und der Prozeß beginnt von neuem. Das in flüssiger Phase befindliche Arbeitsfluid wird dabei vom Behälter mit höherem Druck P₁ in den Behälter mit niedrigerem Druck ρ übergeleitet.

Bei Verwendung von nur einem Austreiber-Adsorber und einem Behälter zur Phasenumwandlung arbeiten diese jeweils auf einem gemeinsamen Druckniveau, welches sich periodisch zwischen ρ und p, verändert. Druck und Temperatur der Komponenten in dem jeweiligen Betriebszustand ergeben sich aus der Position der Komponenten im Diagramm.

Während der Wärmetransformator nach. Fig. 1 diskontinuierlich arbeitet, ermöglichen die im folgenden beschriebenen Ausführungen einen kontinuierlichen Betrieb, d.h. eine kontinuierliche oder zumindest quasikontinuierliche Produktion von Nutzwärme.

In Fig. 3 ist ein Wärmetransformator (100) beschrieben, der kontinuierlich mit zwei Austreiber-Adsorbern arbeitet, die wechselweise betrieben werden.

Zum Betrieb des Wärmetransformators (100) wird die Abwärme einer Abwärmequelle (172) bei der mittleren Temperatur T, in einen der Austreiber-Adsorber (104) oder (102) und in den Desorber (116) eingespeist.

Die Austreiber-Adsorber (102) und (104) sind mit dem Resorber (114) über die Leitungen (126) und (128) mit den Ventilen (136) und (138) und die gemeinsame Leitung (124) verbunden.

Die Austreiber-Adsorber (102) und (104) enthalten je einen Wärmetauscher (106) bzw. (103) und ein festes Adsorptionsmittel (110) bzw. (112).

3408Ί92

Die Zuleitung (154) des Wärmetauschers (106) weist eine Pumpe (152) zum Zirkulieren von Wärmeträgermedium auf. Die Ventilanordnung (192) ist schematisch dagestellt und verbindet in Stellung 1 die Leitungen (162) und (164) zum Wärmetauschelement (108). Gleichzeitig werden die von der Abwärmequelle herführenden Leitungen (166) und (168) mit den Leitungen (154) bzw. (160) zum Wärmetauscherelement (106) verbunden. In Stellung 5 verbindet die Ventilanordnung (192) die Leitungen (162) und (164), die mit dem Verbraucher (174) verbunden sind, mit den Leitungen (160) bzw.(154) zum Wärmetauschelement (106).Gleichzeitig werden die Leitungen (166) und (168) mit den Leitungen (156) bzw. (158) zum Wärmetauschelement (108) verbunden. In Pos. 2+6 verbindet die Ventilanordnung (192) die

Leitung (156) mit Leitung (154) und Leitung (158) mit der Leitung (160). Die Funktion der Ventilanordnung ist in Tabelle 2 im einzelnen beschrieben.

Weiter sind die Austreiber-Adsorber (102) und (104) über die Leitungen (130) bzw. und die gemeinsame Leitung (134) mit dem Desorber (116) verbunden. In den Leitungen (130) und (132) sind die Ventile (140) und (142) eingebaut.

Der Desorber (116) besitzt ein Wärmetauschelenent(llS), das über eine Leitung (168) mit der Ventilanordnung (192) in Verbindung steht. Die zweite Seite des Wärmetauscherelements (118) ist über die Rücklaufleitung (117) mit der Abwärmequelle (172) verbunden.

Der Resorber (114) besitzt ein Wärmetauscherelement (115), das über ■ Leitung (186) und/eine in dieser leitung (186) vorgesehene Pumpe (184) sowie über eine Leitung (113) mit einer Wärmesenke (170), z.B. einem Kühlturm verbunden ist.

Zwischen dem Resorberund dem Desorher besteht ein Kreislauf für Absorberflüssigkeit (177). Der Kreislauf besteht aus einer vom Resorber.(114) abgehenden Leitung.(120) zu einem vorteilhafterweise vorhandenen Lösungswärmetauscher(176)

eite Leitung ^ \ / '

fl21) von diesem zum Desorber (116), der Leitung (122) für arbeitsfluidarme Absorberflüssigkeit vom Desorber zu dem Lösungswärmetauscher (176) und der Leitung (123) mit der Entspannungseinrichtung (180) von diesem zum Resorber (114).

Vorteilhafterweise ist eine Vorrichtung (182) zum Absaugen von Fremdgasen über die Leitung (183) mit dem Resorber (114) verbunden.

Im Betrieb wird der Resorber (114) mittels der Wärmesenke (170) auf die Tempe-

ratur T gekühlt, der Desorber wird mittels der Abwärmequelle (172) auf der Temperatur T, gehalten. Im Desorber (116) wird Absorberflüssigekit aufgeheizt und bei hohem Druck und mittlerer Temperatur Arbeitsfluid desorbiert. Das gasförmige Arbeitsfluid wird dann in einem der Austreiber-Adsorber (102) oder (104) adsorbiert. Die Vorlaufleitung (162) vom Verbraucher (174) zur Ventilanordnung (192) weist eine Pumpe (196) auf. Damit wird die Adsorptionswärme bei hoher Temperatur T~ an den Verbraucher (174) über die Leitungen (162) und (164) abgeführt.

Ein kontinuierlicher Betrieb wird durch einen Gegentaktbetrieb der zwei Austreiber-Adsorber (102) und (104) erreicht. Jeweils einer der Austreiber-Adsorber wird ausgetrieben und der andere adsorbiert währenddessen Arbeitsfluid und erbringt Nutzleistung. Nach Ausnutzunq der Kapazität wird die Funktion von (102) und (104) gewechselt, d.h. der Austreiber wird zum Adsorber und umgekehrt. Die Wärmeträgerströme werden dabei mittels der Ventilanordnung (192) laut Tabelle 2 umgeschaltet. Gleichzeitig werden auch die Arbeitsfluidströme zum Resorber und Desorber mittels der Ventile (136), (138),(140) und (142) umgeschaltet.

Der Adsorber liegt am Ende der Adsorptionsphase (Schritt 1) auf hoher Temperatur T . Um die Verluste an fühlbarer Wärme von hoher Temperatur klein zu halten, wird vorteilhafterweise vor dem Umschalten der Austreiber-Adsorber (102), (104) ein Wärmetausch zwischen den Austreiber-Adsorbern (102),(104) durchgeführt Dieser sogennannte innere Wärmetausch (Schritt 2) hat das Ziel, die fühlbare Wärme des Austreiber-Adsorbers des Austreiber-Adsorbers (102),(104) mit der Temperatur T₂ möglichst vollständig auf den bei mittelerer Temperatur T₁ vorliegenden zweiten Austreiber-Adsorber (104),(102) zu übertragen. Bei dem bevorzugten Verfahren zum inneren Wärmetausch erfolgt dabei zunächst ein Wärmetausch über einen Wärmeträger zwischen den beiden Austreiber-Adsorbern (102),(104).

Anschließend wird ein Druckausgleich. (Schritt 3) zwischen den beiden Austreiber-Adsorbern (102),(104) hergestellt. Dabei wird, ohne externe Wärme umzusetzen, der vormals adsorbierende, gesättigte Austreiber-Adsorber(102),(104) vor-ausgetrieben und kühlt sich dadurch ab, während sich der zweite Austreiber-Adsorber (104),(102) durch Adsorption des entstehenden gasförmigen Arbeitsfluids aufheizt. Nach Abschluß des Druckausgleichs kann der Adsorptions- bzw. Austreibvorgang der Austreiber-Adsorber (102),(104) von neuem beginnen, diesmal jedoch mit vertauschter Funktion der beiden Austreiber-Adsorber(102),(104) (Schritte 5" bis 8). Die Schritte 4 und 8 dienen lediglich zum Aufheizen bzw. Abkühlen der Austreiber-Adsorber (104), (102) auf die Temperaturen Ί bzw. T

(am) e

Um) (am) faoo)

Resorber und Desorber werden bei diesem Wärmetransformator von einer Absorberflüssigkeit in einem Kreislauf durchflossen. Vorteilhafterweise wird durch einen Lösungswärmetauscher (176) die Wärme der aus dem Desorber rückfließenden Absorberflüssigkeit im Gegenstrom auf die arbeitsfluidreiche Absorberflüssiqkeit,

(MO)

die zum Desorber fließt, übertragen.

Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausführung des Abwärmekreises (gestrichelte Linien), Der von der Wärmequelle kommende Wärmeträgerstrom gibt zuerst Wärme im Austrei-

(■io2/OH) fai) ,

ber-Adsorber und anschließend Wärme im Desorber ab. Die Eintrittstemperatur Ti im Desorber liegt daher bei dieser Ausführung etwas niedriger als die Tem-

(m)
peratur T₁ der Wärmequelle. Wegen der meist geringeren Hochtemperaturstabilität von Absorberflüssigkeiten im Vergleich zu festen Adsorptionsmitteln ist dieser Fall vorzugsweise für hohe Abwärmetemperaturen einzusetzen. Außerdem erzielt man mit dieser Schaltung eine starke Abkühlung des Wärmeträgers von der Wärmequelle, so daß dieser Fall auch eine bessere Ausnutzung der im Wärmeträger enthaltenen Exergie ermöglicht.

In Spezi al fäll en, z.B. wo unbeschränkt. Abwärme zur Verfugung steht, jedoch ein Wärmetransformator bestimmter Größe eine möglichst hohe Leistung erbringen soll, ist jedoch auch der Parallelbetrieb des Abwärmekreises sinnvoll (siehe gepunktete Linien in Fig. 3).

Die im folgenden erläuterten Ausführuncsformen betreffen Verfahren, die insbeondere mittels der in Fig. 3 beschriebenen Vorrichtung durchgeführt werden können.

Zu den bevorzugten Ausführungsformen gehören:

- ein Wärmetransformator (100) mit mehreren .

Austreiber-Adsorbern. Wenn eine kontinuierliche Wärmeleistung bei einer gegebenen Nutztemperatur T₂ erwünscht ist, benötigt man mindestens zwei, für eine streng kontinuierliche Leistungspause während des inneren Wärmetauschs bei nur zwei Austreiber-Adsorbern (102), (104) - vier Austreiber-Adsorber. Vorteilhafterweise wird dabei eine der Ventilanordnung (192) analoge Vorrichtung zum Umschalten der vier Austreiber-Adsorber im Gegentakt verwendet.

- den inneren Wärmetausch zwischen zwei Austreiber-Adsorbern (102),(104) durch eine Wärmeträgerschleife (154),(106),(160),(158),(108),(156), wobei das Wärmeträgermedium die Austreiber-Adsorber (102), (104) so durchströmen soll, daß die entstehenden Temperaturdifferenzen klein sind, d.h. eine Art Gegenstromwärmetausch erzielt wird, Dies wird dadurch erzielt, daß jeweils das heiße Ende des Wärmetauschelements (106),(108) mit dem heißen Ende des insgesamt kühleren verbunden wird und ein Wärmeträgerfluid den insgesamt heißeren Austreiber-Adsorber (102),(104) in Richtung vom kühleren Ende zum heißeren Ende durchströmt.

- eine Methode zum Austausch von Wärme durch Druckausgleich zwischen zwei Austreiber-Adsorber-Einheiten (102),(104), die mit der Leitung (148) miteinander verbunden sind. Dabei ist in die Leitung (148) ein Ventil (150 eingeschaltet. Durch den dabei ablaufenden Stoffaustausch erfolgt Desorption in dem gesättigten Adsorptionsmittel mit höherem

Arbeitsfluiddruck bei gleichzeitiger Abkühlung desselben und Adsorption bei gleichzeitiger Erwärmung in dem zweiten Austreiber-Adsorber mit arbeitsfluidarmem Adsorptionsmittel der Temperatur T,. Während dieses Vorgangs findet kein Austausch von Arbeitsfluid mit der Absorberflüssigkeit statt, d.h. es muß im Desorber auch keine Wärme zugeführt werden.

- Kombinationen der beiden, vorstehend beschriebenen Verfahren. Durch die Abfolge von zuerst Wärmetausch durch ein Wärme träge medium und anschließenden Druckausgleich wird der weitestgehende innere Wärmetausch erzielt. Diese Verfahren sind in Fig.7 näher erläutert.

- der Fall,daß beim Druckausgleich zwischen dem Austrei-(102) (4Oi)

ber-Adsorber I und dem Austreiber-Adsorber II die Temperatur in dem aufzuheizenden Austreiber-Adsorber , z.B. in I, durch Adsorption von Arbeitsfluid bis auf die Nutzwärmetemperatur Tp steigt. In diesem Fall kann dem Austreiber-Adsorber II Nutzwärme bei der Temperatur T₂ entzogen werden, ohne daß währenddessen Abwärme zum Desorbieren von Arbeitsfluid im Desorber benötigt wird. Der nötige Arbeitsfluiddampf stammt aus dem Austreiber-Adsorber I, wo er unter gleichzeitiger Abkühlung des Adsorptionsmittels desorbiert wird. Wird dabei in dem Austreiber-Adsorber Γ die Temperatur T, unterschritten, so kann dieser mit Abwärme bei T, beheizt werden, was den inneren Wärmetausch durch Druckausgleich weiter verbessert. Sobald der Druck sich in den Austreiber-Adsorbern auf den gleichen Wert eingestellt hat,kommt der Vorgang zum Erliegen. Der

Zyklus wird nun durch die normale Adsorption in dem Austreiber-Adsorber II und das normale Austreiben in dem Austreiber-Adsorber I fortgesetzt. Dazu wird die Druckausgleichsleitung (150) abgesperrt. Das obengenannte Verfahren bewirkt eine bessere Ausnutzung der Abwärme und einen besseren Wirkungsgrad. Die bei diesem Vorgang im Austreiber-Adsorber II adsorbierte Menge Arbeitsfluid wäre ohne dieses Verfahren im Resorber von der AbsorberfTüssigkeit absorbiert worden und hätte damit seine Wärme bei niedriger Temperatur abgegeben ohne Nutzwärme zu produzieren.

- eine Ausfünrunq oer vorstehenden Vorrichtung, mit mehreren Austreiber-Adsorbern. Dabei können die Austreiber-Adsorber abwechselnd als Austreiber und Adsorber verwendet werden. Durch die Druckausgleichsleitung (148) wird ein Austausch von Arbeitsfluid zum Zweck eines inneren Wärmetauschs

(1O2 -lon)

möglich. Im Betrieb wird jeweils mindestens ein Austreiber-Adsorber'ausgetrie-

fciO%402)

fciO%402)

ben,während jeweils mindestens ein anderer Austreiber-Adsorber adsorbiert. Nach Erreichen der minimalen bzw. maximalen Arbeitsfluidkonzentration in diesen Austreiber-Adsorbern wird durch öffnen des Ventils (150) ein Druckausgleich zwischen den beiden Austreiber-Adsorbern (102) und (104) hergestellt. Dadurch wird der arbeitsfluidreiche Austreiber-Adsorber durch Austreiben von Arbeitsfluid abgekühlt (siehe Linie E - K in Fig.7) und der arbeitsfluidarme Austreiber-Adsorber adsorbiert den entstehenden Arbeitsfluiddampf und heizt sich dadurch, auf Csi'ehe Linie. A-Mn Fig 7). Mittels der einfachen Druckausgleichsleltung (150) kann daher ein weitgehender innerer Wärmetausch erreicht werden.

eine Vorrichtung zum Wärmetausch zwischen den Austreiber-Adsorbern (102) und (104). Diese dient dazu ,fühlbare Wärme, die nach dem Adsorbieren von Arbeitsfluid in dem Adsorber,z.B. in (102) enthalten ist, auf den andereren Austreiber-Adsorber (104) zu übertragen. Bevorzugt wird dabei der Wärmetauscher (106) für die Einkoppelung von Wärme in das Adsorptionsmittel (110) verwendet und mit dem Wärmetauscher (108) des zweiten Austreiber-Adsorbers mittels der Ventilanordnung (192) zu einem Kreislauf verschaltet. Um einen möglichst vollständigen Wärmetausch zu ermöglichen,wird dabei das Wärmeträgermedium in der gleichen Richtung durch den ursprünglich heißen Austreiber-Adsorber geleitet wie bei der Nutzwärmeentnahme

während der Adsorption, Nach dem Adsorbieren in dem Aus.treiber-Adsorber (104) wird ohiges Verfahren erneut durchgeführt. Die Funktion der zwei Austreiber-Adsorber und der Wärmetauscher (108) und (HO)ist nun allerdings vertauscht d.h. (102) wird durch (104) und (108) durch (106) ersetzt. Der Vorgang des inneren Wärmetauschs durch die Wärmeträgerschleife und die Ventil stellung der Ventilanordnung (192) ist auch aus Tabelle 2 zu entnehmen (Schritt 2).

{ΛΛΗ) {

- . eine Vorrichtung mit getrenntem Resorber und Desorber. Dadurch, wird eine kontinuierliche Betriebsweise möglich,wenn gleichzeitig mindestens zwei Austreiber-Adsorber verwendet werden. Jeweils ein Austreiber-Adsorber (102), (104) ist mit dem Resorber(114) bzw.dem Desorber (116) verbunden und wird ausgetrieben bzw. adsorbiert Arbeitsfluid. Nach völligem Austreiben bzw. Adsorbieren bei gegebenen Temperaturen und Drücken wird der vormalige Austreiber über die Ventile (142) bzw.(140) mit dem Desorber (116) verbunden und wird damit jetzt als Adsorber betrieben. Gleizeitia wird der vormalige Adsorber nun über die Ventile (138) bzw. ( 136) mit dem Resorber verbunden, und damit jetzt als Austreiber betrieben. Gleichzeitig erfolgt auch ein Umschalten der Wärmeträgerkreisläufe durch die Wärmetauscher (108) und (110), vorteilhafterweise mit einer Ventilanordnung (192).

- ein Lösungswärmetauscher (176)

zum Austausch der Wärme der arbeitsfluidarmen AbsorberfTüssigkeit aus dem Resorber (116) mit der arbeitsfluidreichen Absorberflüssigkeit aus dem Resorber (114). Um den Kreislauf von Absorberflüssigkeit aufrechtzuerhalten, wird die Pumpe (178) benötigt. In Spezialfällen kann durch die Ausnutzung der Schwerkraft und eines Höhenunterschiedes zwischen Resorber und Desorber auf diese Pumpe verzichtet werden.

- nachstehend beschriebener Wärmetransformator, der besonders bevorzugt ist. Durch Integration jedes Austreiber-Adsorbers mit einem Resorber werden Druckverluste zwischen Austreiber-Adsorber und Resorber minimiert. Eine maximale Querschnittsfläche für die Zuleitung von gasförmigem Arbeitsfluid aus dem Austreiber-Adsorber zum Resorber ist wegen des relativ niedrigen Arbeitsfluiddrucks beim Resorptionsvorgang und dem damit verbundenen hohen Druckabfall durch Strömung besonders wichtig.

- eine Vorrichtung zum Umschalten der Funktion der Austreiber-Adsorber. Durch die Ventilanordnung (192) werden die Wärmetauschelemente (406/fC zweier oder mehrerer Austreiber-Adsorber wechselweise im Gegentakt mit der Abwärmequelle (172) bzw.dem Nutzwärmeverbraucher (174) verbunden. Die Ventil-

anordnung ist in ihrer Funktion in Tabelle 2 beschrieben. Sie kann z.B.. durch mehrere Einzel ventile oder Mehrwegeyenti.le realisiert werden. Während des in-

(m) (Ί Ob/08)

neren Wärmetauschs verbindet die Ventilanordnung zeitweise die Wärmetauscher der zwei Austreiber-Adsorber.(102),(104).

- eine Vorrichtung (180) zur Druckerniedrigung in-'der Leitung für arbeitsfluidarme Absorberflüssigkeit zwischen dem Desorber (116) und dem Resorber ( 114). Diese Vorrichtung wird vorzugsweise zwischen dem Resorber und einem Vorratstank (240) gemäß Fig. 4 _:in_vdie Leitung (123) eingebaut.

Ausgehend von der in Fig. 3 beschriebenen Vorrichtung ergibt sich die Vorrichtung in Fig. 4 durch folgende, in Kombination oder auch einzeln vorteilhaft einsetzbare Verbesserungen , wobei für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet werden
Zur Verbesserung des Lösungswärmetauschs im Resorber-Desorber-Kreis wird in der Leitung (124) zwischen den Austreiber-Adsorbern und dem Resorber(114) ein Wärmetauscher (214) mit einem Wärmetauschelement (216) eingebaut. Das Wärmetauschelement (216) wird über die Leitungen (218) und (238) mit den Leitungen (120) bzw. (121) verbunden.

Um die Absorberflüssigkeitsströme in den Wärmetauschern (214) und (176) im Verhältnis der zur Verfügung stehenden Wärmemengen einzustellen,sitzt ein Regelventil an der Verbindungsstelle der Leitungen (218) und (120).

Ein Vorratstank (202) für arbeitsfluidreiche Absorberflüssigkeit wird vorteilhafterweise mittels der Leitungen (223) und (221) mit den Ventilen(224) und (220) an die Leitung (121) vom Lösungswärmetauscher (176) zum Desorber (116) angeschlossen.Zwischen den Anschlüssen der Leitungen (223) und (221) ist ein Ventil (222) in die Leitung (121) eingebaut.

Ein weiterer Vorratstank wird vorteilhafterweise vor und hinter einem Ventil (208) in der Leitung (123) vom Lösungswärmetauscher (176) zum Resorber (114) mittels der Leitungen (223) und (221) mit den Ventilen (204) und (206) angeschlossen.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die Vorratstanks (202) und (240) je ein Wärmetauschelement (203) bzw. (241). Zweck dieser Wärmetauschelemente, die unabhängig betrieben werden können, ist es den Vorratstank (202) auf eine möglichst hohe Temperatur (mittels Abwärme) vorzuheizen und den Vorratstank (240) auf eine möglichst tiefe Temperatur zu kühlen. Das Wärmetauschelement (203) kann z. B. an den Wärmeträgerkreis mit der Wärmequelle (172) angeschlossen sein. Das Wärmetaus.chelement (241) kann z. B. in einen Kreis-

lauf mit der Wärmesenke (170) etngekoppelt sein.

Zur weiteren Verbesserung der Anlage kann in die Leitung (134) vom Desorher (116) zu den Austreiber-Adsorbern (106) und (108) ein Rektifikator (226) mit einem Wärmetauschelement (228) und einer Rücklaufleitung (227) zu der Leitung (122) eingebaut werden.

Eine weitere bevorzugte Ausführung der Vorrichtung ergibt sich durch den Einbau eines Regelventils (242) in die Leitung (168) von der Ventilanordnung (192) zu dem Wärmetauschelement (118) im Desorber. Das Regelventil (242) weist vorteil hafterweise eine Leitung (232) zur Rückleitung (117) vom Wärmetauschelement (118) zur Wärmequelle (172) auf. '

Die Regelung der Anlage kann weiterhin durch folgende Maßnahmen verbessert werden:

Zwischen den Leitungen (162) und (16*0 wird eine Leitung (246) und an der Verbindungsstelle mit der Leitung (162) wird ein Regelventil (244) eingebaut.

Die Vor- und Rücklaufleitungen (186) und (113) zwischen der Wärmesenke (170) und dem Resorber (114) werden durch eine Lei tun? (236) verbunden und an der Verbindungsstelle von (236) und (186) wird ein Regelventil (212) eingebaut.

Ein Wärmetauscherelement (248) ist in die Leitung (122) eingebaut und befindet sich im Desorber (116).

(ZOO)

Die in Fig. 4 beschriebene Bauweise erlaubt eine bessere Ausnutzung der Energie der Abwärmequelle, sowie eine Regelung der einzelnen Komponenten. Zu bevorzugten AusfUhrungsformen der in Fig. 4 gezeigten Vorrichtung gehören:

- eine Anlage mit Vorratstanks in den Absorberflüssigkeitsleitungen. Dies ermöglicht eine Verwendung des Wärmetransformators als Speicher. Bei Speicherbetrieb wird mittels Abwärme der Temperatur

(202; T, im Desorber Absorberflüssigkeit aus dem Vorratstank für arbeitsfluidreiche Absorberflüssigkeit an Arbeitsfluid verarmt. Das Arbeitsfluid wird in den Austreiber-Adsorbern adsorbiert. Die Austreiber-Adsorber heizen sich dadurch adiabat auf und erreichen Temperaturen oberhalb der Nutztemperatur T^. Wenn die ganze bevorratete Absorberflüssigkeit aus dem TanK (202) verbraucht ist oder das Adsorptionsmittel in den Austreiber-Adsorbern gesättigt ist, kommt der Prozeß zum Stillstand. Bei Bedarf an Nutzwärme kann dann zu einem späteren Zeitpunkt Wärme aus den Austreiber-Adsorbern entnommen werden. Falls noch

- 21

reiche AbsorberflUsslgkeit i.ra Tank (202) yorhanden Ut, kann dabei noch, zusätzlich Arbeitsfluid ads.orb.iert werden. Dfes.es. Verfahren eignet s.ich. yor allem zur überbrückung von Leistunosschwankungen.

- ein Verfahren zur Regelung der Anlagenleistung ohne aufwendige Regelventile im Gasstrom der Anlage. Die Regelung der desorbierten Menge an Arheitsfluid geschieht dabei durch Veränderung der Temperatur der Absorberflüssigkeit im Desorber.

-' die Anwendung e.ines weiteren Warmetausxhers (.214) zum Austausch von Wärme zwischen dem gasförmigen Arbeitsfluid aus. dem Austreiber (102) oder (104) und der arbeitsfluidreichen Lösung aus dem Resorbsr (114) beschrieben. Dieser Lösungswärmetauscher trägt weiter zur Wirkungsgradverbesserung bei. Die im Lösungswärmetauscher (176) von der arbeitsfluidarmen auf die arbeitsfluidreiche Absorberflüssigkeit übertragene Wärme reicht nämlich nicht aus um die reiche Absorberflüssigkeit auf die Temperatur des Desorbers vorzuwärmen. Es ist daher wünschenswert, die sensible Wärme des Gasstroms zwischen Austreiber-Adsorbern'und dem Resorber auszunutzen,um der reichen Absorberflüssigkeit zusätzliche Wärme zuzuführen ohne dafür Abwärme aufwenden zu müssen. Die dem Resorber zuzuführende Abwärme vermindert sich durch dieses Verfahren um den entsprechenden Betrag und der Wirkungsgrad'der Anlage steigt entsprechend.

- Wärmetransformator^mit Regelventi1 (M^zum Steuern

der Leistungsabgabe der Austreiber-Adsorber. Eine Regelung ist deshalb nötig, da in der Anfangsphase der Adsorption in den Austreiber-Adsorbern sehr hohe Temperaturen entstehen können. Das Regelventil (244) reguliert die Temperatur des Wärmeträgerstroms zum Verbraucher auf ein konstantes Niveau. Bei hohen Temperaturen im Austreiber-Adsorber wird ein Teil des Wärmeträgerstroms durch die Bypassleitung (246) geleitet.

- . Prinzip für die Regelung des Resorbers (114).

Dies ist z.B. dann vorteilhaft, wenn die Temperatur der Wärmesenke stark schwankt. Mittels des RegelventiIs (212) kann dann trotzdem ein aleichmäßiqer Betrieb des Resorbers erreicht werden.

- dasselbe Prinzip,auf den Desorher angewandt. Die Temperatur im Nutzwärmekreis hängt von der Menge des pro Zeiteinheit adsorbierten Arheitsfluids ab. Es ist daher besonders wichtig,die nötige Menge gasförmiges Arbeitsfluid zu produzieren. Aufgabe des Regelventils (242) ist es daher, die Desorbertemperatur so zu regeln, daß eine bestimmte Nutzwärmetemperatur T_? erreicht wird.

- 25

- eine Vorrichtung zum Entleeren des oder der Resorber (114) von Absorberflüssigkeit. Bei entleertem Resorber (114) kann der Desorber (116) betrieben werden ohne die Ventile (138) und (136) einzubauen. Diese Ausführung ist vor allem in Kombination mit einem integrierten Resorber (114) und externen Wärmetauschern vorteilhaft. Die Entleerung des Resorbers von Absorberflüssigkeit ist notwendig, da während der Adsorption von Arbeitsfluid aus dem Desorber (116) Arbeitsfluid direkt in den Resorber (114) strömen und dort resorbiert würde. Diese Vorrichtung ermöglicht somit die Einsparung der Ventile(138) und (136).

Zusätzlich kann auch eine Leistungsregelung durch wechselnden Füllstand des Resorbers erzielt werden. Die Resorberleistung kann durch völliges Entleeren des Resorbers auf Null reduziert werden. Die Einrichtung zum Entleeren des Resor-

(W)
bers besteht im einfachsten Fall aus einer Abfluß!ei'tung in einen Vorratstank (202). Wenn die Entleerung durch die Schwerkraft nicht ausreicht, kann die Pumpe (178) zum Transport der Absorberflüssigkeit in den Vorratstank (202) benützt werden. In manchen Fällen kann es sinnvoll sein,auch den Desorber nach derselben Methode zu regeln oder zu entleeren um Ventile in der Gasleitung einzusparen.

- Vorratstanks (202), (240) > für arbeitsfluidarme und

arbeitsfluidreiche Absorberflüssigkeit. Derartige Vorratsbehälter (240), (202) ermöglichen den Ausgleich von Leistungsschwankung und bei ausreichender Größe auch eine Verwendung der Anlage als Wärmespeicher und Wärmetransformator.

Wärmetauscher (203), (241) in den Vorratsbehältern (202) und (240) bzw. im Schichtspeicher um die arbeitsfluidreiche Absorberflüssigkeit auf mittlere Temperatur T, zu heizen und die arbeitsfluidarme Absorberflüssigkeit auf die untere Temperatur T zu kühlen. Dies kann z.B. dazu benützt werden, überschüssige Wärme bzw. Kühlkapazität zu nutzen.

{102,1HO)

- eine besondere Ausführung der Vorratsbehälter für Absorberflüssigkeit. Die beiden Vorratsbehälter werden dabei zu einem Schichtspeicher zusammengefaßt. Dadurch lassen sich Platz und Kosten sparen. Die Unterteilung des Speichers erfolgt dabei durch die verschiedenen Dichten der armen und reichen Absorberflüssigkeit.

- das aus der Wärmepumpentechnik und Kältetechnik bekannte Prinzip der Lösungsrückführung mittels der Wärmetauschelemente (210) und (248) Dieses Verfahren ist auch in einem Wärmetransformator der hier beschriebenen Art sinnvoll, da es zu geringeren Temperaturdifferenzen beim Wärme-

. . (ΛΑί)

übergang im Resorber und Des^orber führt und somit Irr&yersjbLi.li.täten, d.h. Wirkungsgradverluste vermeidet.

-. die Verwendung eines Rektifikator* (225) zwischen Desorber (116) und Austreiher-Adsorber (102), (104). Der Rektifikator Kann mit einem unabhängigen Wärmeträgerstrom gekühlt werden. Die Rückstände aus dem Rektifikator werden vorteilhafterweise in die Leitung (122) für arbeitsfluidarme Absorberflüssigkeit eingeleitet. Eine Rektifikation wird im allgemeinen nur dann nötig, wenn eine flüchtige Absorberflüssigkeit verwendet wird, die

(Mb)

bei den im Desorber verwendeten Temperaturen einen nicht zu vernachlässigenden Dampfdruck erzeugt. Das Wärmetauschelement (226) wird in einer bevorzugten Ausführung mittels eines Wärmeträgers einer Temperatur unterhalb der Abwärmetemperatur T₁ gekühlt, z.B. mittels des Rücklaufs vom Desorber¹ zur Wärmequelle (172). Der Verlauf dieser Leitungsführung ist in Fig 4 gestrichelt eingezeichnet. Leitung (117) würde also in diesem Fall über das Wärmetauscherelement (228) zur Abwärmequelle (172) führen.

(¹Z 6>H)

Fig. 5 zeigt einen Wärmetransformator (30O)₅ bei dem Resorber und Desorber (266) von unabhängigen Stoffströmen durchflossen werden.

Eine Vorlau fleitung (258) mit einem Regelventil (259) liefert eine arbeitsfluidreiche Absorberflüssigkeit an den Desorber (266). In der Rücltleitung (252) führt eine Pumpe-(254) arbeitsfTüidarme Absorberflüssigkeit aus dem Desorber ab. Falls der Desorber bei überdruck betrieben wird, werden (260) und (259) vertauscht.

Eine Vor!aufleitung (252) mit eine.m Regelventil .(255) liefert arbeitsfluidarme Absorberflüssigkeit an den Resorber (264). Die Rücklaufleitung (256) vom Resorber (264) führt arbeitsfluidreiche Absorberflüssigkeit ab.und enthält eine Pumpe.

Die weitere Ausführung, speziell die der Austreiber-Adsorber,entspricht Fig.3+4. Die in Fig. 5 beschriebene Ausführung des Wärmetransformators ermöglicht eine

(300)

Verwendung als Wärmetransformator bei gleichzeitiger Verarbeitung von Stoffströmen in der chemischen Industrie. Dabei ist ein Betrieb auch mit nur einem Absorberflüssigkeitsstrom vorteilhaft. Anstelle des zweiten Absorberflüssigkeitsstroms tritt dann ein Stoffstrom des reinen, flüssigen Arbeitsfluids.

Zum Beispiel kann in einem erfindungsgemäßen Verfahren Meerwasser, d.h. hauptsächlich Nacl-Lösung, im Desorber verwendet werden. Die Lösung wird dann beim Durchgang durch den Desorber teilweise eingedampft und damit wasserärmer (arbeitsfluidärmer). Der ausgedampfte Wasseranteil wird am Ende eines Sorptionszyklus im Resorber (264) resorbiert und abgeführt. Dies kann z.B. zur Salzge-

winnung aus. der eingedampften Lösung gnutzt werden. Alternativ kann der Resor-

her als Kondensator zur Gewinnung yon Süßwasser yerwendet werden. In dieser AusfUhrungsform gewinnt die Anlage mit Hilfe von Abwärme mittlerer Temperatur Süßwasser aus Meerwasser und produziert gleichzeitig Nutzwärme bei höherer Temperatur.

In der chemischen Industrie und der Nahrungsmittelindustrie lassen sich derartige Anlagen allgemein zum Verdicken, Eindampfen und Destillieren bzw. Trennen von Stoffströmen verwenden. Wichtigste^-Einschränkung ist dabei, daß das verwendete Adsorptionsmittel mit dem Arbeitsfluid verträglich, d.h. über viele Zyklen stabil ist. Außerdem muß der entstehende Arbeitsfluiddampf im Desorber möglichst frei von Resten der Absorberflüssigkeit sein. Nötigenfalls muß dies· durch den Einbau eines Rektifikators sichergestellt werden. Wegen der in einem industriellen Stoffstrom möglicherweise gelösten Gase kann bei einer oben beschriebenen Bauart des Wärmetransformators eine Vorrichtung zum Absaugen von Restgasen während des Adsorbierens im festen Adsorptionsmittel nötig sein. Vorteilhafterweis.e wird diese Vorrichtung an die Austreiber-Adsorber'an einer vom Arbeitsfluideintritt entfernt liegenden Stelle angeschlossen. Die sich sammelnden Fremdgase können dann ohne VerTuste an Arbeitsfluid abgesaugt werden.

Die in Fig. 5 beschriebene Vorrichtung dient zur Durchführung der Verfahren nach den Ansprüchen 11 und 12.

b?O) (3JO)

Fig. 6 zeigt den Resorber und Desorber eines besonders einfach k'ärmetransfor-

(120)

mators. Dabei wird der Resorber nach einem erfindungsqemäßenVerfahren durch

einen offenen Kühlturm oekühlt. Der Desorber wird mit Absorberflüssiqkeit mit

072)

072)

der Temperatur der Abwärmequelle beschickt und ohne eingebaute Wärmetauscher betrieben. Dazu werden bei dem schon in Fig. 3 beschriebenen Wärmetransformator Resorber und Desorber durch folgende Anordnung ersetzt:

Der Resorber (280) weist eine Leitung (286) zu einem Kühlturm (292) und eine Rückleitung (284) vom Kühlturm zum Resorber auf. Die Leitung (282) verbindet Leitung (284) über das Regelventil (308) in einer bevorzugten Ausführung mit der Leitung (286). Ein Gebläse (294) dient vorteilhafterweise zum Bewegen der nötigen Mengen an arbeitsfluidarmem Gas durch den Kühlturm. In die Leitung (2S4) ist eine Pumpe (290) eingebaut.

Der Desorber (310) ist über eine Leitung (298) mit einer Quelle für arbeitsfluidreiche Absorberflüssigkeit verbunden. Die Leitung (296) führt die abgekühlte arbeitsfluidarme AbsorberfVüssigkeit vom Desorber zurück, z. B. zu einem

chemischen Prozeß. Ein Wärmetaus.cher (301) in der Leitung (.298) mit einem Ventil (295) dient zum Erwärmen der Absorberflüssigkeit und eine Pumpe (3Q2) in Leitung (296) zur Umwälzung, wenn diese Funktionen nicht durch Bestandteile außerhalb des Wärmetransformators,, z. B. in einer chemischen Anlage überno-men werden. Der Wärmetauscher (301) kann über ein Wärmetauschelement (312) beheizt werden, das über die Leitungen (314) und (316) mit den Leitungen (168) bzw. (166) zwischen der Ventilanordnung (192) und der Wärmequelle (172) verbunden ist. Ein Regelventil (306) sitzt in einer bevorzugten Ausführungsform an der Verbindungsstelle zwischen den Leitungen (314) und (166). Dieses Regelventil (306) dient der Regelung der Desorberleistung. Die Desorberleistung wird vorteilhafterweise durch die Temperatur der Absorberflüssigkeit so eingestellt, daß die in dem/den Austreiber-Adsorbern (102), (104) entnommene Nutzwärme bei der geforderten Temperatur T₂ liegt.

Zu bevorzugten Ausführungsformen gehören:

(2SO)

- die Verwendung von Resorbern mit direktem Stoffaustausch mit einem trockenen Gasstrom. Zum Beispiel kann bei Verwendung von Lithiumbromidlösung als Absorberflüssigkeit, Wasser als Arbeitsfluid und einem

relativ trockenen Luftstrom die aus dem Resorber austretende arbeitsfluidreiche Lithiumbromidlösung in direktem Kontakt mit dem Luftstrom wieder aufkonzentiert werden. Die entstehende wasserärmere Lösung kann dann erneut durch den Resorber gepumpt werden. Dieses Verfahren hat gegenüber dem indirekten Wärmetausch über Wärmeträger den Vorteil einer geringeren Temperaturdifferenz zwischen Ab-

(3^0) sorberflüssigkeit und dem Luftstrom. Der Desorber kann in diesem Fall völlig unabhängig vom Resorber betrieben werden. Zum Beispiel ist eine Desorberstufe möglich,in der wässrige NaCl-Lösung durch Wärmezufuhr eingedampft wird und dadurch den nötigen Arbeitsfluiddampf für die Adsorption im festen Adsorptions mittel liefert. Da bei Verwendung eines offenen Resorbers das Eindringen von Fremdgasen in die Anlage nicht völlig verhindert werden kann, beinhaltet eine besonders bevorzugte Ausführung eine Einrichtung zum Entfernen der Fremdgase, vorzugsweise angeschlossen am Resorber.

Fig. 7 stellt den Verlauf von Temperatur und Arbeitsfluiddruck in den Austrei-

(102 10)

ber-Adsorbern während des bevorzugten Verlaufs des inneren Wärmetauschs, der

vorstehend erläutert wurde.

Tabelle 2 zeigt die zugehörigen Ventilstellungen und Betriebszustände, speziell

34Ü8192

der Ventilanordnung (192).

Während der voll adsorbierte Austreiber-Adsorber I (z.B. Behälter (102)) sich bei Punkt E bei hoher Temperatur L, und der Arbeitsfluidkonzentration x_£ befindet, liegt der zweite Austreiber-Adsorber II (z.B. (104)) bei Punkt A auf mittlerer Temperatur T, in ausgetriebenem Zustand bei der Konzentration χ vor.

(joc/os) Mittels eines Wärmeträgerstroms, der durch die Wärmetauscher" beider Austreiber-Adsorber im Kreis gepumpt wird,erreicht man einen Temperaturausgleich zwischen den beiden Behältern. Während sich der Zustand von Behälter I dabei von Punkt Enach Punkt F ändert, ändert sich der Zustand in Behälter II von A nach B. Eine Adsorption oder Desorption findet dabei nicht statt, d.h. die Ventile (136), (138), (140) und (142) sind geschlossen und die Konzentration des Arbeitsfluids bleiht konstant. Die Kurven E-F und A-B liegen daher auf Orten jeweils konstanter FLO-Konzentration Xr = Xp und x. = x_R, sogenannten Isosteren. Nach Erreichen der Temperatur T in beiden. Behältern ist der konventionelle Wärmetausch beendet.

Durch öffnen des Ventils (148) wird nun ein Druckausgleich zwischen Behälter I und II bewirkt. Der Druckausgleich führt zu einem Austreiben von Arbeitsfluid in Behälter I und einem Adsorbieren desselben in Behälter II. Dies führt zu einer Veränderung von Temperatur und Konaeritration in beiden Behältern, was in Fig. 7 durch die Strecken F -G und B -C beschrieben wird. Nach Erreichen des Drucks Pq=Pq in beiden Behältern ist der innere Wärmetausch abgeschlossen.

Durch das beschriebene Verfahren erreicht Behälter II eine Temperatur T_c, die über der Endtemperatur T« von Behälter I liegt. In Spezi al fäll en kann die Temperatur Tp sogar gleich der Nutzwärmetemperatur T₂ werden. Die Arbeitsfluidkonzentration ändert sich durch den Druckausgleich in dem Behälter I von Xp nach Xg und in Behälter II von x_ß nach Xp. Der genaue Verlauf der Kurven F-G und B-C ergibt sich aus der Gleichheit von produzierter Adsorptions- bzw Desorptionswärme und umgesetzter fühlbarer Wärme beim inneren Wärmetausch und je nach Adsorptionsmittel, Anteil der Wärmetauscher an der fühlbaren Wärme des gesamten Austreiber-Adsorbers, nach Arbeitsfluid und je nach Anfangszuständen der Austreiber-Adsorber quantitativ unterschiedlich. Qualitativ kann lediglich Punkt G mit Punkt H zusammenfallen bzw.sich sogar überschneiden (und entsprechend Punkt C mit Punkt D). In diesem Fall kann noch während des inneren Wärmetauschs Abwärme zum Austreiben entlang der Linie H-A zugeführt werden bzw. Nutzwärme entlang der Linie D - E entzogen werden.

Nach. Abschluß des. inneren Wä'rraetauschs. werden die Aus.treib.er-A.ds.orber wieder getrennt betrieben. Dazu werden Desorber und Res„orber jeweils, mit einem der beiden Austreiber-Adsorber verbunden.

Falls durch dieses Verfahren die Nutztemperatur T in Behälter II noch nicht erreicht wurde, wird im nächsten Verfahrensschritt zunächst ohne Nutzwärmeleistung in Behälter II adsorbiert. Dabei ändert sich der Zustand von Behälter II von C nach D. Nach Erreichen von Punkt D steht Nutzwärmeleistung bei der Temperatur zur Verfugung. Die Adsorption wird fortgesetzt bis die Adsorptionskapazität in Behälter ΙΓ erschöpft ist, d.h. der Zustand sich von D nach E verändert hat. Gleichzeitig wird der Behälter II durch Zufuhr von Abwärme ausgetrieben, wodurch sich der Zustand in Behälter I von G über H nach A ändert. Die Veränderung von H nach A läuft dabei unter Resorption von Arbeitsfluid im Resorber ab.

Das. beschriebene Verfahren stellt einen besonders bevorzugten Spezialfäll dar. Kennzeichnend für dieses Verfahren ist die Kombination von Wärmetausch und Druckausgleich und die zeitliche Abfolge, nämlich zuerst Wärmetausch und anschließend Druckausgleich.

Ohne das beschriebene Verfahren zum inneren Wärmetausch erhält man im einfachsten Fall eine Prozeßführung entsprechend der gestrichelten Linien in Fig. 7. Da die Aufheizung des Adsorptionsmittels nach Austreiben bei der Temperatur T, entlang der Linie A - I verläuft, ergibt sich eine wesentlich geringere Nutzwärmekapazität der Anlage. Anstatt pro Zyklus die Strecke D - E zu durchlaufen, ergibt sich jetzt eine Adsorption bei Nutzwärmeproduktion von I nach E.

Eine Anwendung von innerem Wärmetausch ohne Druckausgleich ergibt ebenfalls schlechtere Ergebnisseals das bevorzugte Verfahren, da in diesem Fall die Desorptionswärme für die zwischen B und C adsorbierte Arbeitsfluidmenge im Desorber zugeführt werden muß. Im bevorzugten Verfahren erhält man diese ArbeitSr fluidmenge aus dem gesättigten Adsorptionsmittel ohne Zufuhr von Wärme von außen, d. h. der Wirkungsgrad der Anlage ist größer.

Der Zyklus des Adsorptionsmittels nach Fig. 7 ist auch in Tabelle 2 erläutert.

Im übrigen wird auf meine am gleichen Tag hinterlegte Patentanmeldung mit dem Titel "Verfahren zum Erhöhen der Temperatur von Wärme sowie Wärmepumpe" verwiesen,auf die aus Offenbarungsgründen ausdrücklich Bezug genommen wird.

34Ü8192

Beispiele:

Um einen qualitativen Vergleich anzustellen, ist das Wärmeverhältnis und die Leistung relativ zur Anlagengröße (Kapazität) für mehrere Varianten gegenübergestellt.

_ Nutzwärme bei hoher Temperatur T₂ Wärmezufuhr bei mittlerer Temperatur T₁

Ka itat· _ Masse Arbeitsfluid umgesetzt pro Zyklus ^__

^μ " Masse Adsorptionsmittel trocken, gesamt, in einem Behälter

Stoffpaar: Adsorptionsmittel = Zeolith Y Arbeitsfluid = H₀O

1. Beispiel: Wärmetransformator mit Feststoff als Adsorptionsmittel in zwei Austreiber-Adsorbern, die im Gegentakt betrieben werden (z.B. Anlage nach Fig. 3) und Kondensation + Verdampfung des Arbeitsfluids

Druckniveaus: ρ = 0,01 bar p, = 1 bar Temperaturen: T_Q = 10° C T₁ = 100° C T₂ = 140° C

a) Vergleichsbeispiel (Transformator gemäß DE-OS 30 22 284) Anlage ohne jeglicher Wärmetausch zwischen den Austreiber-Adsorbern

Wärmeverhältnis _7n = 0,52; Kapazität = 0,095 ^gl ^{+ g}l

Druck-Temperatur-Verlauf in Fig. 7:A-I-E-K

b) wie a), jedoch mit innerem Wärmetausch durch Wärmeträgerschleife zwischen den Austreiber-Adsorbern

Wärmeverhältnis 2^- = 0,56; Kapazität = 0,11 ^gl ^{+ g}l

Druck-Temperatur-Verlauf in Fig. 7: A-B-D-E-F-H-A

c) wie a)_s jedoch mit innerem Wärmetausch durch Druckausgleich zwischen den Austrei ber-Adsorbern

Wärmeverhältnis ■q- =0,6; Kapazität = 0,095 Druck-Temperatur-Verlauf in Fig. 7: A-L- I-E-M-K-A

d) wie a), jedoch mit innerem Wärmetausch durch aufeinanderfolgenden Wärmetausch durch Wärmeträger (zuerst) und anschließendem Druckausgleich

Wärmeverhältnis , ^— =0,6; Kapazität = 0,11 Druck-Temperatur-Verlauf in Fig. 7: A-B-C-D-E-G-H-A

2. Beispiel: Wärmetransformator mit Feststoff als Adsorptionsmittel in zwei Austreiber-Adsorbern, die im Gegentakt betrieben werden und Resorption + Desorption des Arbeitsfluids (z.B. nach Fig. 3)

Druckniveaus: ρ = 0,01 bar p, = 1

bar

Temperaturen: T_Q = 30° C T₁ = 150° C T₂ = 220° C

Wärmeverhältnis bei innerem Wärmetausch durch Wärmeträger und Druckausgleich (analog zu Beispiel Id) = 0,42; Kapazität = 0,04

Bei nicht optimiertem inneren Wärmetausch ergibt sich auch in Beispiel 2 eine Verringerung des Wärmeverhältnisses und der Kapazität analog zu Beispiel 1.

Zusammenfassend:

1) Durch inneren Wärmetausch nach dem bevorzugten Verfahren ergeben sich eine Verbesserung des Wärmeverhältnisses um (typisch)

0,6 - 0,56 -j ₀, 075Έ - ' '"

eine Verbesserung der Kapazität um —— = 16 %.

2) Durch Verwendung von Resorption + Desorption ergibt sich bei gleichem Maximaldruck eine Anhebung des oberen Temperaturniveaus auf über 200° C gegenüber 130° C vorher.

Vorgang im	28	30	64	66	Ventil Stellungen	52	60	62	38	42	Pumpen	58	I	Temperatur	14	36	Druck
Austreiber-	0	0	_	_		_	0	0	_	_		0	in	T1	T„	in
Adsorber (14)	—	—	0	0	48	0	—	—	0	0	26 56	T2	Tl	14 36
Austreiben				_					0 -		po po
Adsorbieren				0			0 0	P1 P1

= in Betrieb, bzw. offen

- = außer Betrieb, bzw. geschlossen

Tabelle 1 Ventilstellungen, Pumpenbetriebszustände, Temperaturen und Drücke im
Wärmetransformator nach Fig. 1

CO -F- ■ CD· OO >·

Vorgang

Leitungsverbindungen

X

156

154

160

Ventilstellungen

136

138

140

142

Pumpen

196

194

184

Temperaturen

T

104

T

114

C

116

Drücke

104

114

116

Konz

.

Verlauf

104

-

X

-

0

-

-

0

0

0

0

T2

T2

Tl

To

Ti

pd i η

Po

pl

in Fig. 7

D .1

J-*158

-

-

X

-

150

152

102

T2

Tl

Tc

102

pl

102

104

102

r

1. Aastretben in (102)

162 164

-

-

X

-

-

Tl

Tc

PH

XH i

XD

H

Adsorption

166

τ

T

TI

η

μι

XA

*

λ

Γ

in (104)

168

_

_

durch Vertauschen der Funktion von (102) und (104)

T2

mit

To

Tl

po

pF

po

μι

E

I

ICO

X

_

0

T

TF

PF

AA

η

J- F

c. innerer nanne- tausch durch

156

-

-

-

-

-

-

-

Tl

TF

Tc

Ti

po I

Pg

po

pi

XB

IXE

i B

F i G

Wärmeträger

154 160

-

TB

TG

I

P

XB

J- XF

B I

G

3. Innerer Wärme tausch durch

X

0

0

0

0

0

η

TB

T.

T

τ:

pB

I

p„

P1

i XC

XF

i C

1

Druckausgleich

-

-

X

TC

G

1

I Pc

i

O

1

xr

XG

C

H

4. Vor-Austreiben

162

X

X

-

-

—

T-

TI

PH

C

Xr-

I

H I

in (104)

164

-

-

-

-

C

Tl

PH 1

po

Pl

Ψ

G I

A

Vor-Adsorption

166

-

-

X

X

-

0

0

-

0

0

0

Ti

i

po

po

pi

AD

AH

U

A

in (102)

168

X

X

-

-

-

PD

XD

XH

D 1

,3,4

5. Austreiben in (104)

162 164

ergeben :

-

-

-

-

Pd

XA

t

Adsorption

166

;ich

i

AE

Vorgang 2

in (102)

168

μ1

zugehörigen Nebenaggregaten in

6. ... 7... 8

χ = Lei"ungsverbindung

nicht in Betrieb, nicht verbunden, geschlossen

in Betrieb, offen

Tabelle 2 Ventilstellungen, Pumpenbetriebszustände, Temperaturen und Drücke im Wärmetransformator nach Fig. 3 u. 4 mit zwei Austreiber-Adsorbern bei innerem Wärmetausch durch Wärmeträger und Druckausgleich

Claims (47)

1. Erding 3408192

   Patentansprüche

   (\J Verfahren zum Hochtransformieren der Temperatur von Wärme, bei welchem ein Arbeitsfluid durch Wärme einer gegebenen, mittleren Temperatur T, bei relativ niedrigem Druck ρ aus einem festen Adsorptionsmittel ausgetrieben wird, das beim Austreiben entstehende gasförmige Arbeitsfluid bei einer relativ niedrigen Temperatur T unter Abgabe von Wärme in eine flüssige Phase überführt wird und in einer flüssigen Phase vorliegendes Arbeitsfluid bei einer mittleren Temperatur T.¹ und bei relativ höherern Druck p, unter Wärmeaufnahme in die Gasphase überführt wird, das gasförmige Arbeitsfluid unter Abgabe von Nutzwärme relativ hoher Temperatur T₂ in einem festen Adsorptionsmittel adsorbiert wird und der Prozeß durch zyklisches Austreiben und Adsorbieren von Arbeitsfluid im Adsorptionsmittel oder Teilen hiervon aufrechterhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Arbeitsfluid bei relativ niedrigem Druck ρ und relativ niedriger Temperatur T unter Wärmeabgabe in einer Absorberflüssigkeit absorbiert wird und damit in die flüssige Phase übergeht und / oder bei relativ höherer Temperatur T, und höherem Druck p, durch Wärmezufuhr Arbeitsfluid aus einer Absorberflüssigkeit ausgetrieben wird und damit wieder in den gasförmigen Zustand überführt wi rd.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Zeolith als festes Adsorptionsmittel verwendet wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Aktivkohle als Adsorptionsmittel verwendet wird.
4. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Wasser als Arbeitsfluid verwendet wird.
5. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Methanol als Arbeitsfluid verwendet wird.
6. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine wässrige Salzlösung als flüssiges Absorptionsmittel in mindestens einem der Behälter zur Phasenumwandluna des Arbeitsfluids verwendet wird.

   3408 Ί 92
7. 7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß wässrige LiBr-, LiCl-, CaCIp-, NaCl- oder ZnBr-Lösungen oder Mischungen dieser Lösungen als flüssiges Absorptionsmittel verwendet werden.
8. 8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck bei der Adsorption im festen Adsorptionsmittel bei gegebener Abwärmetemperatur T₁ und gegebener Nutzwärmetemperatur T₂ soweit reduziert wird, daß das Adsorptionsmittel mindestens eine vorgegebene Anzahl von Adsorptionszyklen übersteht.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Maximaldruck der gasförmigen Phase des Arbeitsfluids 1 bar absolut beträgt und das feste Adsorptionsmittel selbsttragend von einer dünnen Behälterwandung umgeben ist.
10. 10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Druckniveaus p, und ρ der Anlage beim Adsorbieren im festen Adsorptionsmittel durch die Arbeitsfluidkonzentration wenigstens einer Absorberflüssigkeit so gewählt werden, daß die in einem· gegebenen Adsorptionsmittel bei den gegebenen Temperaturen T , T., T« pro Zyklus adsorbierte Menge Arbeitsfluid maximal ist.
11. 11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwei unabhängige Absorberflüssigkeitsströme verwendet werden, von denen der erste unter Wärmezufuhr bei mittlerer Temperatur T-. und. relativ hohem Druck P₁ an Arbeitsfluid verarmt wird, während der zweite unter Wärmeabgabe bei der Temperatur T_Q und relativ niedrigem Druck ρ Arbeitsfluid absorbiert und dadurch mit Arbeitsfluid angereichert wird.
12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Absorberflüssigkeitsströme in einem verfahrenstechnischen oder chemischen Prozeß verwendet wird, bei dem Wärmen umgesetzt und / oder Lösungen des Arbeitsfluids angereichert oder verdünnt werden.
13. 13. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das feste Adsorptionsmittel in mehreren Austreiber-Adsorber-Behältern enthalten ist, die zyklisch die Funktion von Austreiber bzw. Adsorber übernehmen.
14. 14. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß

    die Austreiber-AdsorberrBehälter zeitweise durch eine abschaltbare Wärmetauschvorrichtung untereinander Wärme austauschen.
15. 15. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zeitweise wenigstens zwei Austreiber-Adsorber-Behälter durch Druckausgleich Arbeitsfluid austauschen, wobei in mindestens einem der Behälter Arbeitsfluid ausgetrieben und in mindestens einem der Behälter Arbeitsfluid in einem festen Adsorptionsmittel adsorbiert wird.
16. 16. Verfahren,insbesondere nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei, bei unterschiedlichen Temperaturen und Drücken vorliegende Austreiber-Adsorber-Behälter zuerst mittels Wärmetauschvorrichtungen Wärme austauschen, die vom Austreiber-Adsorber mit arbeitsfluidreichem Adsorptionsmittel zum Austreiber-Adsorber mit arbeitsfluidärmeren Adsorptionsmittel transportiert wird, und anschließend zwischen diesen Austreiber-Adsorbern durch Druckausgleich Arbeitsfluid ausgetauscht wird, das aus dem arbeitsfluidreicheren Adsorptionsmittel unter Wärmeaufnahme austrieben wird und in; arbeitsfluidärr.ieren Adsorptionsmittel unter Wärmeentwicklung adsorbiert wird.
17. 17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß während des gegenseitigen Druckausgleichs ein Austausch von Arbeitsfluid nur zwischen den Austreiber-Adsorbern stattfindet.
18. 18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem der Austreiber-Adsorber-Behälter während des Druckausgleichs unter Adsorption von Arbeitsfluid Wärme bei mindestens Nutzwärmetemperatur T„ frei wird, wobei der dazu nötige Arbeitsfluiddampf aus einem der anderen Austreiber-Adsorber-Behälter aurrh Austreiben bezoGen wird,ohne daß von außen Wärmezufuhr erfolgt.
19. 19. Verfahren nach den Ansrüchen 1 bis 18,dadurch gekennzeichnet, daß der bei der Adsorption im festen Adsorptionsmittel einströmende Arbeitsfluiddampf in entgegengesetzter Richtung zu einem Wärmeträgerfluid in einem im Adsporptionsmittel eingebetteten Wärmetauscher strömt.
20. 20. Verfahren nach dan Ansprüchen 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlageunter Ausschluß von Luft und allen anderen Gasen mit Ausnahme des Arbeitsfluids arbeitet und eindringende Fremdgase bei der Absorption in der Absorberflüssigkeit im Resorber abgetrennt und aus dem Stoffkreislauf entfernt werden.
21. 21. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeabfuhr bzw.-zufuhr außerhalb des Resorbers bzw Desorbers durch mit den Absorberflüssigkeitsleitungen in Verbindung stehende Wärmetauscher erfolgt.
22. 22. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet₅ daß die mit Arbeitsfluid angereicherte Absorberflüssigkeit in einem Kühlturm - vorzugsweise im Gegenstrom mit einem arbeitsfluidarmen Gasstrom in Berührung gebracht wird, Arbeitsfluid an diesen Gasstrom abgibt und schließlich in den Resorber zurückströmt.
23. 23. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Austreiber-Adsorber-Behalter gleichzeitig als Austreiber- Adsorber dienen und die zum Absorbieren bzw. Desorbieren nötigen Mengen Absorberflüssigkeit in je einem Vorratstank für arbeitsfluidarme bzw arbeitsfluidreiche Absorberflüssigkeit bereitgestellt wird.
24. 24. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß durch Anpassung der Temperatur des Desorbers eine Regelung der Nutzwärmeleistung bei der höheren Temperatur T., erfolgt.
25. 25. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsfluid in den Austreiber-Adsorbern durch abschnittweisen Wärmetausch nur in Teilbereichen ausgetreiben wird oder nur in Teilbereichen adsorbiert wi rd.
26. 26. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Austreiber- Adsorber in Abschnitte unterteilt sind, die verschiedenem Arbeitsfluiddruck ausgesetzt werden und dadurch verschieden stark adsorbieren bzw. desorbieren.
27. 27. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der/ die Resorber zeitweise von Absorberflüssigkeit entleert werden.

    3Λ08192
28. 28. Vorrichtung zur Durchführung eines der Verfahren nach den Ansprüchen 1 his 27, mit wenigstens einem Aus.treiber-Adsorber(14) ,(102) ,(104), der ein festes Adsorptionsmittel (74), (110),(112) aufweist, mit wenigstens einem Behälter (36),(114),(116),(264), ,(266) ,(280),(310) zur Phasenumwandlung eines Arbeitsfluids (72), der mit dem Austreiber-Adsorber (14), (102),(104) verbunden ist, mit einer Wärmesenke (170) mit einer relativ niedrigen Temperatur T , die an den Behälter zur Phasenumwandlung (36) ,(114) ,(264) ,(280) angeschlossen ist, und mit einem Wärmeverbraucher (174) bei relativ hoher Temperatur T₂, der an den Austreiber-Adsorber (14) ,(102),(104) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter zur Phasenumwandlung (36),(114), (116),(264),(266),(280),(310) eine Absorberflüssigkeit (68) ,(177) ,(265), (267) zur Absorption des Arbeitsfluids aufweist.
29. 29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Austreiber-Adsorber (102), (104) durch eine absperrbare Druckausgleichsleitung (148),(150) untereinander verbunden sind.
30. 30. Vorrichtung nach den Ansprüchen 28 und 29, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Austreiber-Adsorber (102),(104) durch eine Wärmetauscheinrichtung, die Wärmetauschelemente (106),(108), eine Pumpe (152) und Leitungen (154),(156) ,(158) ,(160) aufweist, zeitweise Wärme austauschen.
31. 31. Vorrichtung nach den Ansprüchen 28 bis 30, gekennzeichnet durch wenigstens zwei Resorber-Desorber, wobei der eine - im folgenden Resorber (114), (264),(280) genannt - zum Absorbieren von gasförmigem Arbeitsfluid bei niedrigem Arbeitsfluiddruck p_Q und relativ niedriger Temperatur T unter Abgabe von Wärme und der andere - im folgenden Desorber (116) ,(266),(310) genannt - zum Austreibendes Arbeitsfluids bei mittlerer Temperatur T, und relativ hohem Arbeitsfluiddruck p, dient.
32. 32. Vorrichtung nach den Ansprüchen 28 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Resorber (114) und der Desorber (116) durch einen Kreislauf für Absorberflüssigkeit (177),(265), bestehend aus einer Leitung (120) für arbeitsfluidreiche Absorberflüssigkeit vom Resorber (114) zum Lösungswärmetauscher (176), einer Leitung (121) vom Lösungswärmetauscher (176) zum Desorber (116), einer Leitung (122) vom Desorber zum Lösungswärmetauscher (176) und einer Leitung (123) vom Lösunnswärnietauscher (175) zurc Resorber (114).
33. 33. Vorrichtung nach den Ansprüchen 28 bis 32, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Wärmetauscher (214) in der Leitung (124) zwischen dem Resorber (114) und den Austreiber-Adsorbern (102),(104), der ein Wä'rmetauschelement (216) enthält, das über die Leitung (218) mit der Leitung (120) und über die Leitung (238) mit der Leitung (121) verbunden ist.
34. 34. Vorrichtung nach den Ansprüchen 28 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (162) von dem Nutzwärmeverbraucher (174) zu den Austreiber-Adsorbern (102),(104) ein Regelventil (244) zum Anpassen der Nutzwärmeleistung enthält, das über die Leitung (246) mit der Rückleitung (164)

    (4 OZ ΛΟΗ)

    von den Austreiber-Adsorbern 'zu dem Nutzwärmeverbraucher (174) verbunden ist.
35. 35. Vorrichtung nach den Ansprüchen 28 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (186) von der Wärmesenke (170) zum Wärmetauschelement (115) im Resorber (114) ein Regelventil (212) enthält, und über die Leitung (236) mit der Rückleitung (113) vom Wärmetauschelement (115) zur Wärmesenke (170) verbunden ist.
36. 36. Vorrichtung nach den Ansprüchen 28 bis 40, dadurch gekennzeichnet, daß ein Regelorgan (242) in die Leitung (168) zum Wärmetauscherelement Γ118) im Desorber (116) eingebaut ist, das über die Leitung (117) mit der Wärmequelle (172) verbunden ist.
37. 37. Vorrichtung nach den Ansprüchen 28 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pumpe (178) in die Leitung (120) zwischen dem Resorber (114) und dem Lösungswärmetauscher (176) eingebaut ist.
38. 38. Vorrichtung nach den Ansprüchen 26 bis 37, gekennzeichnet durch Vorratsbehälter (202) bzw. (240) zum Speichern und Puffern der an Arbeitsfluid reichen bzw. armen Absorberflüssigkeit in mindestens einer der Leitungen (123) zwischen dem Lösungswärmetauscher (176) und dem Resorber (114) bzw. (121) zwischen dem Lösungswärmetauscher (176) und dem Desorber (116).
39. 39. Vorrichtung nach den Ansprüchen 28 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorratsbehälter (202) und (240) je eine Wärmetauschvorrichtung (203) bzw. (241) zur Abgabe bzw. Aufnahme von Wärme enthalten.
40. 40. Vorrichtung nach den Ansprüchen 26 bis 39, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Vorratsbehälter (240) und (202) zu einem Schichtspeicher zusammengefaßt sind, wobei die Trennung der armen und reichen Absorberflüssigkeit durch die unterschiedliche Dichte aufrechterhalten wird.
41. 41. Vorrichtung nach den Ansprüchen 28 bis 40, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Austreiber-Adsorber (102), (104) einen integrierten Resorber (114) besitzt.
42. 42. Vorrichtung nach den Ansprüchen 28 bis 41, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ventilanordnung (192) im Wärmeträgerkreislauf mit der Wärmequelle (172) und dem Nutzwärmeverbraucher (174) eingebaut ist, die die beiden Wärmeträgerkreisläufe zyklisch mit je einem Austreiber-Adsorber (102) bzw (104) verbindet.
43. 43. Vorrichtung nach den Ansprüchen 28 bis. 42, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Absorberflüsaigkei.tsleitungen (121),(258),(123),(252), (298) zum Desorber (116) bzw. Resorber (114) einen externen Wärmetauscher (301) enthält, über den mit der Wärmequelle (172) bzw. mit der Wärmesenke (170) Wärme getauscht wird.
44. 44. Vorrichtung nach den Ansprüchen 28 bis 42, dadurch gekennzeichnet, daß der Resorber (114) und/oder der Desorber (116) einen Wärmetauscher(210) bzw. (248) für die abfließende Absorberflüssigkeit in den Leitungen (120) bzw. (122) enthalten.
45. 45. Vorrichtung nach den Ansprüchen 28 bis 44, dadurch gekennzeichnet, daß der Resorber und / oder der Desorber als sogenannte Austauschkolonnen ausgeführt sind.
46. 46. Vorrichtung nach den Ansprüchen 28 bis 45, gekennzeichnet durch einen

    (2 go)
    Resorber mit offenem Absorberflüssigkeitskreislauf, bestehend aus einem

    CZ&O) (2.92)

    Kühlturm (292), einer Leitung (284) vom Resorber zum Kühlturm, einer

    Pumpe (290) in dieser Leitung und einer Rückleitung (286) yom Kühlturm zum Resorber (280).
47. 47. Vorrichtung nach den Ansprüchen 28 bis 46, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rektifikator (226) in die Leitung vom Desorber (116) zum Austreiber-Adsorber (102), (104) eingebaut ist.

    48". Vorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 28 bis 47, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Austreiber-Adsorber (102),(104) mit einem zweiten Austreiber-Adsorber (102),(104) über eine Wa'rmetauschvorrichtung (154),(156),(160),(106),(108), die durch eine Ventilanordnung (192) betätigbar ist, und über eine Druckausgleichsleitung (148) verbunden ist, die durch ein Ventil (150) betätigbar ist.