ADSORPTION
›     Anlagerung von Wasserdampf an hochporöse Materialien

Das grundlegende Funktionsprinzip der Kälteerzeugung ist die Verdichtung des Kältemittels, das bei niedrigen Temperaturen und Drücken verdampft und dabei Wärme aufnimmt. Bei einem höheren Temperatur- und Druckniveau kondensiert es wieder und gibt die zuvor aufgenommene Wärme wieder ab. In flüssiger Form kann es dann wieder der Verdampfung zugeführt werden.

Neben Absorptionskältemaschinen mit den Arbeitsstoffpaaren Lithiumbromid / Wasser und Wasser / Ammoniak eignen sich auch hochporöse Feststoffe (Adsorbenzien), z. B. Silikagel oder Zeolith, zur thermischen Kälteerzeugung. Diese Materialien haben die Eigenschaft Wasserdampf oder andere Dämpfe anzusaugen und an der Oberfläche der Poren anzulagern und werden aus diesem Grund z.B. als Trocknungsmittel eingesetzt. Als Kältemittel wird üblicherweise Wasser verwendet.

In Adsorptionskältemaschinen erfolgt die Verdichtung des Kältemittels mittels Wärme durch zyklische Ad- und Desorption von Wasserdampf am Adsorbens. Damit dieser Prozess so effizient wie möglich erfolgen kann, sind Fremdgase möglichst vollständig fernzuhalten. Dies setzt eine hermetisch verschlossene evakuierte Einhausung voraus.

Der Prozess der Kälteerzeugung setzt sich aus den folgenden Teilschritten zusammen:

Schritt 1: Desorption – Trocknung des Adsorbens
Durch Wärmezufuhr wird das Adsorbens getrocknet. Dabei wird Wasserdampf freigesetzt (desorbiert) und strömt in den Kondensator, wo er verflüssigt wird. Dabei wird Wärme abgegeben, die über eine geeignete Rückkühleinrichtung an die Umgebung abgeführt werden muss. Wenn das Adsorbens ausreichend getrocknet ist, wird die Wärmezufuhr gestoppt und die obere Rückschlagklappe schließt sich.





Schritt 2: Adsorption – Anlagerung von Wasserdampf an das Adsorbens
Nach einer Abkühlungsphase erfolgen die Rückreaktion und die Verdampfung des flüssigen Kondensats. Die untere Rückschlagklappe zum Verdampfer öffnet sich, und das getrocknete Adsorbens saugt Wasserdampf an.
Im Verdampfer wird Kaltwasser erzeugt, welches für die Klimatisierung genutzt wird. Während des Adsorptionsprozesses wird Wärme freigesetzt, die ebenfalls abgeführt werden muss.

Schritt 3: Rückführung des Kondensats
In einem abschließenden Schritt wird das Kondensat wieder dem Verdampfer zugeführt und der Kreislauf somit geschlossen.
Um kontinuierlich Kälte zu erzeugen, werden zwei Adsorber antizyklisch betrieben, d.h. während der Desorption eines Adsorbers adsorbiert der andere und erzeugt Kälte.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Abbildung:
Funktionsprinzip einer Adsorptionskältemaschine