Adsorber-Compounds für mobile und stationäre Adsorptionswärmepumpen mit hoher Leistungsdichte
Oliver Kraft
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Oliver Kraft, Adsorber-Compounds für mobile und stationäre Adsorptionswärmepumpen mit hoher Leistungsdichte (2021), Logos Verlag, Berlin, ISBN: 9783832585327
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Beschreibung / Abstract
Die breite Verwendung von Adsorptionswärmepumpen im Kleinleistungsbereich setzt grundlegend eine deutliche Steigerung der volumetrischen Leistungsdichte voras, um die Kosten und den benötigten Bauraum der Anlagen soweit zu senken, dass ohne staatliche Förderung die Konkurrenzfähigkeit gegenüber herkömmlicher Technik gegeben ist. Dies geschieht durch die Auswahl und gezielte Manipulation des adsorbierenden Feststoffs hinsichtlich höherer Aufnahmekapazität des Kältemittels, sowie der Verringerung der Zykluszeit durch die Steigerung des Stoff- und Wärmetransports im adsorbierenden Material mittels kümstlich eingebrachter thermoaktiver Strukturen.
Hierzu wird ein mehrstufiges und anisotropes Stoff- und Wärmetransportmodell entwickelt, welches erstmals die erhöhte Diffusion durch künstlich eingebrachte Schlauchporen, die Steigerung des Wärmetransports durch hoch wärmeleitfähige Additive und die nicht-isotherme Adsorption berücksichtigt. Die 18 unbekannten Parameter für die im Modell beschriebenen Stoff- und Wärmetransportmechanismen werden mithilfe mehrer Messtechniken an selbst hergestellten Proben unahängig voneinander detektiert. Die Identifikation der Stoff- und Wärmetransportparameter anhand weniger Proben ermöglicht die Vorhersage der Gesamtkinetik für eine große Variation der Schlauchporendichte und -geometrie, der Korngröße und vor allem für beliebige Adsorbergeometrien in Adsorptionswärmepumen.
Hierzu wird ein mehrstufiges und anisotropes Stoff- und Wärmetransportmodell entwickelt, welches erstmals die erhöhte Diffusion durch künstlich eingebrachte Schlauchporen, die Steigerung des Wärmetransports durch hoch wärmeleitfähige Additive und die nicht-isotherme Adsorption berücksichtigt. Die 18 unbekannten Parameter für die im Modell beschriebenen Stoff- und Wärmetransportmechanismen werden mithilfe mehrer Messtechniken an selbst hergestellten Proben unahängig voneinander detektiert. Die Identifikation der Stoff- und Wärmetransportparameter anhand weniger Proben ermöglicht die Vorhersage der Gesamtkinetik für eine große Variation der Schlauchporendichte und -geometrie, der Korngröße und vor allem für beliebige Adsorbergeometrien in Adsorptionswärmepumen.
Inhaltsverzeichnis
- BEGINN
- 1 Einleitung und Zielsetzung
- 2 Grundlagen und wissenschaftlicher Kenntnisstand
- 2.1 Thermisch angetriebene Wärmepumpen und Kälteanlagen
- 2.2 Adsorptionswärmepumpe
- 2.3 Thermodynamik der Adsorption
- 2.4 Kinetik der Adsorption
- 2.5 Stoffpaarbewertung hinsichtlich ihrer Eignung in Wärmetransformationsanwendungen
- 3 Modulare Adsorptionswärmepumpe mit hoher Leistungsdichte
- 3.1 Flachrohrwärmeübertrager mit Adsorber
- 4 Modellentwicklung
- 4.1 Stofftransport in Schlauch-, Makro- und Mikroporen
- 4.2 Wärmetransport in Adsorber-Compounds
- 5 Versuchsaufbau und Messtechnik
- 5.1 THB-Verfahren zur Bestimmung der beladungsabhängigen Wärmeleitfähigkeit
- 5.2 Permeationsmessungen
- 5.3 Gleichgewichts- und Kinetikeigenschaften
- 6 Experimentelle Untersuchungen
- 6.1 Steigerung der Beladungseigenschaften von Aktivkohle/Methanol
- 6.2 Probenherstellung
- 6.3 Wärme- und Stofftransport in porösen Aktivkohleformkörpern
- 7 Optimierung von Wärmepumpenmodulen
- 7.1 Simulation der Ad- und Desorptionszyklen
- 7.2 Optimierung der Aktivkohleformkörper
- 7.3 Limitierende Transportgrößen im Prozesszyklus einer Adsorptionswärmepumpe
- 8 Zusammenfassung und Ausblick