Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Ziel des Projekts war die Entwicklung von gek\u00fchlten bzw. beheizten Membranabsorbern bzw. -desorbern f\u00fcr Absorptionsk\u00e4lteanlagen und -w\u00e4rmepumpen, wie sie u. a. in der K\u00e4lte-, Klima- und Heizungstechnik eingesetzt werden. Durch die Arbeiten werden f\u00fcr die umweltfreundlichen Absorptionsanlagen neue Anwendungsfelder erschlossen, insbesondere in dezentralen Anlagen und im mobilen Bereich. Dort hat die Membranabsorptionstechnik besondere Vorteile gegen\u00fcber der konventionellen Kompressionstechnik. In Verbindung mit der Nutzung von Abw\u00e4rme oder solarer Beheizung arbeiten die Ab-sorptionsanlagen praktisch ohne Einsatz von Prim\u00e4renergie, so dass durch ihre weitere Verbreitung Emissionen reduziert und der Prim\u00e4renergiebedarf verringert werden. Die hier vorgestellte Idee der Nutzung von Membranabsorbern und -desorbern in energietechnischen Anlagen soll im Projekt so weit entwickelt werden, dass diese Membranapparate in verschiedenen Sektoren schnell zur Marktreife gef\u00fchrt werden k\u00f6nnen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenEs m\u00fcssen zuverl\u00e4ssige Daten zu den mit den neuen Membranapparaten erreichbaren Leistungen ermittelt werden. Die Basis bilden nur experimentelle Untersuchungen. Hierf\u00fcr diente eine Laboranlage, mit der Untersuchungen an dem in den Vorarbeiten konzipierten Prototyp des Membranmoduls durchgef\u00fchrt wurden, wo die wesentlichen Betriebsparameter (Durchfl\u00fcsse, Dr\u00fccke, Temperaturen etc.) im interessierenden Bereich variiert werden. Als Arbeitsstoffpaar wurde zun\u00e4chst Ammoniak-Wasser verwendet. Das Membranmodul wird als gek\u00fchlter Absorber betrieben. Diese Versuche dienen der Gewinnung von Basisdaten. Auf dieser Grundlage wurde ein Modell der Membranabsorption entwickelt und validiert. Das validierte Prozessmodell wird vom ITT in Zusammenarbeit mit dem IVE Weimer in ein Simulationswerkzeug umgesetzt, das konzeptionelle Studien des neuen Verfahrens erlaubt. Das Modell ist der Schl\u00fcssel zur \u00dcbertragung der ermittelten experimentellen Ergebnisse auf verschiedene Anwendungsf\u00e4lle, welche Gegenstand der zweiten Projektphase sind. Der Membranapparat soll in zus\u00e4tzlichen Experimenten auch als beheizter Desorber betrieben werden. Zudem sind alternative Membranmaterialien zu untersuchen sowie Bauvarianten des Moduls. Die dabei ermittelten Ergebnisse flie\u00dfen wieder in die Modellentwicklung ein. Das Modell soll es erm\u00f6glichen, im Rahmen des konzeptionellen Verfahrensentwurfs zu einer fundierten Einsch\u00e4tzung des Potenzials der neuen Technologie f\u00fcr ein gegebenes Einsatzfeld zu kommen.
\nEs soll in einer geeigneten Simulationsumgebung (Matlab) implementiert werden. Als Beispiel f\u00fcr die Anwendung des Simulationswerkzeugs sollen Studien zu anderen Arbeitsstoffpaaren durchgef\u00fchrt werden, vorrangig zu Systemen vom Typ Kohlendioxid \/ (Wasser + Amine).<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Ein prinzipieller Machbarkeitsnachweis der Membranabsorption wurde erbracht. Die Versuchsparameter in der Versuchsanlage lassen sich so einstellen, dass sinnvolle Betriebszust\u00e4nde erreicht werden.
\nDie Ziele des ersten Projektabschnitts wurden erreicht. Am Institut f\u00fcr Technische Thermodynamik und Thermische Verfahrenstechnik (ITT) der Universit\u00e4t Stuttgart wurde mit Hilfe von Mattes engineering eine Versuchsanlage aufgebaut, die es erlaubt, zuverl\u00e4ssige Daten zur Absorption von Ammoniak in Wasser durch polymere Hohlfasermembranen zu bestimmen. Es wurde eine einzelne Hohlfasermembran (PP, Hersteller Membrana GmbH, Wuppertal) bei verschiedenen Amoniak-Konzentrationen (0-25%) und verschiedenen Dr\u00fccken (1 – 3,5 bar) vermessen. Dabei zeigte sich, dass die erwarteten hohen Absorptionskapazit\u00e4ten realisierbar sind.
\nAuf Grund der hohen spezifischen Oberfl\u00e4che von Membranmodulen (Membrankontaktoren) l\u00e4sst sich bereits zum jetzigen Zeitpunkt absch\u00e4tzen, dass eine Miniaturisierung von Absorptionsk\u00e4lteanlagen mittels Membranen m\u00f6glich ist. Anwendungsszenarien zeigen m\u00f6gliche Einsatzgebiete der Membranabsorptionstechnik auf.
\nAuf der Basis der Versuchsergebnisse wurde ein Modell der Membranabsorption von Ammoniak in Wasser entwickelt. Das Simulationsmodell gibt die Versuchsergebnisse trotz vereinfachender Annahmen bereits zufriedenstellend wieder.
\nAus Versuchs- und Simulationsergebnissen l\u00e4sst sich ein realistisches Szenario f\u00fcr einen Betriebspunkt eines Membranabsorbers absch\u00e4tzen. Der Absorber f\u00fcr eine mobile Klimaanlage mit 7 kW K\u00e4lteleistung bei 0 \u00b0C wird eine maximale Baugr\u00f6\u00dfe von f\u00fcnf Litern haben.
\nIm zweiten Projektabschnitt sollen zun\u00e4chst die Versuche an einem Schlauchmodul unter Verwendung der Analyse \u00fcber den Biegeschwinger abgeschlossen werden. Durch Einsatz des Biegeschwingers zur Online-Konzentrationsmessung sollen Schwierigkeiten bei der Analytik h\u00f6herer Amoniak-Konzentrationen \u00fcberwunden werden.
\nAnschlie\u00dfend sollen im Laborma\u00dfstab Experimente an den bereits konzipierten, modular aufgebauten Membranabsorbern durchgef\u00fchrt werden.
\nDanach soll der Einsatz des Membranabsorbers in einer Absorptionsk\u00e4lteanlage im Bypass zu einem konventionellen Absorber erfolgen.
\nDas Simulationsmodell wird im zweiten Projektabschnitt weiter ausgebaut und insbesondere an die Geometrie des modularen Absorbers angepasst. Auf der Basis von Wirtschaftlichkeitsstudien soll gezeigt werden, in welchen Marktsegmenten die Technologie erfolgreich eingef\u00fchrt werden kann.
\nDie bereits bestehenden Kontakte zu Firmen sollen weiter ausgebaut werden, um eine Umsetzung der neuen Technologie in den Markt zu erreichen.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Die bislang erzielten Projektergebnisse werden auf einem Poster beim 10. Aachener Membrankolloqu-ium im M\u00e4rz 2005 vorgestellt. Im Laufe des Jahres 2005 sind weitere Ver\u00f6ffentlichungen in einschl\u00e4gigen Fachzeitschriften geplant. Es wurden Kontakte zu potenziellen Interessenten gekn\u00fcpft, um einen Partner f\u00fcr die pilothafte Praxiser-probung im mobilen Bereich zu gewinnen. Unter der Bezeichnung Thermodynamische Maschine und Verfahren zur Aufnahme von W\u00e4rme wurde beim Deutschen Patentamt in M\u00fcnchen eine Patentschrift (DE 103 24 300.3) eingereicht, in der die neue Technologie beschrieben ist.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die bisherigen Ergebnisse zeigen das gro\u00dfe Potenzial der Membranabsorptionstechnik. Der Einsatz von Membranen in der Absorptionsk\u00e4ltetechnologie erm\u00f6glicht es, die Baugr\u00f6\u00dfe von Absorbern und Desorbern erheblich zu reduzieren, die Investitionskosten zu senken und die Robustheit gegen\u00fcber Ersch\u00fctterungen zu erh\u00f6hen. Dadurch er\u00f6ffnet sich f\u00fcr die Absorptionsk\u00e4ltetechnik der Weg in neue M\u00e4rkte, z. B. f\u00fcr mobile Anwendungen. \u00d6konomisch und \u00f6kologisch ist dies interessant, da Absorptionsk\u00e4lteanlagen beinahe ohne mechanische Antriebsenergie auskommen. Besonders attraktiv ist die Technologie dort, wo Abw\u00e4rme zur Beheizung zur Verf\u00fcgung steht.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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