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EP0054298B1 - Verfahren und Vorrichtung zur optimierten Wärmeübertragung von Trägern reversibler, heterogener Verdampfungsvorgänge - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur optimierten Wärmeübertragung von Trägern reversibler, heterogener Verdampfungsvorgänge Download PDF

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EP0054298B1
EP0054298B1 EP81110444A EP81110444A EP0054298B1 EP 0054298 B1 EP0054298 B1 EP 0054298B1 EP 81110444 A EP81110444 A EP 81110444A EP 81110444 A EP81110444 A EP 81110444A EP 0054298 B1 EP0054298 B1 EP 0054298B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
carrier
heat
reversible
heat pipe
heterogeneous evaporation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
EP81110444A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0054298A2 (de
EP0054298A3 (en
Inventor
Gert Dr. Vaubel
Rolf Rathert
Alfred Dr. Ritter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Studiengesellschaft Kohle gGmbH
Original Assignee
Studiengesellschaft Kohle gGmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Studiengesellschaft Kohle gGmbH filed Critical Studiengesellschaft Kohle gGmbH
Priority to AT81110444T priority Critical patent/ATE10545T1/de
Publication of EP0054298A2 publication Critical patent/EP0054298A2/de
Publication of EP0054298A3 publication Critical patent/EP0054298A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0054298B1 publication Critical patent/EP0054298B1/de
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B17/00—Sorption machines, plants or systems, operating intermittently, e.g. absorption or adsorption type
    • F25B17/12—Sorption machines, plants or systems, operating intermittently, e.g. absorption or adsorption type using desorption of hydrogen from a hydride
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/06—Control arrangements therefor

Definitions

  • the present invention relates to a method for optimized heat transfer from carriers of reversible, heterogeneous evaporation processes for the purpose of generating heat or cold, in which use is made of the principle of the heat pipe.
  • Heat pipes also called heat pipes in Anglo-Saxon, are known from US Pat. No. 2,350,348 and the work of P.D. Dunn et al. THERE. Reay, Heat Pipes, Pergamon Press 1976 known. Because of their outstanding heat transfer performance, they are increasingly finding their way into technology. Heat pipes that work according to the thermosiphon principle are particularly easy to manufacture. However, the prerequisite for this is that the evaporation zone of the heat pipe is arranged below the condensation zone.
  • Reversible, heterogeneous evaporation is a generally known principle and can take place with or without chemical changes. Gas absorption on carriers such as activated carbon, for example, is purely physical in nature. Examples of reversible, heterogeneous evaporation processes with chemical conversion are the formation and decomposition of metal hydrides and the ammonia elimination and addition to calcium chloride ammonia. Regardless of whether these processes are chemical or physical in nature, the evaporation or expulsion process is always endothermic, while the opposite absorption process is exothermic.
  • EP-A-0 041 244 which falls under Article 54 (3) EPC, has proposed a method and a device for the energy-saving production of useful heat from the environment or from waste heat.
  • the heat reaction is used in the formation and decomposition of a metal hydride.
  • the switchable heat exchangers are replaced by heat pipes.
  • the upper or lower end of a heat pipe protrudes into the vessel with the metal hydride and conducts the heat or cold generated during the reaction via the heat pipe.
  • the heat transfer from the metal hydride as a carrier to the heat pipe takes place only in a relatively small area and is therefore only very slow and incomplete.
  • the device according to the invention for carrying out the method thus consists of a heat pipe, which is connected at the bottom to a heat source and at the top to a heat sink, contains a low-boiling liquid and a carrier of a reversible, heterogeneous evaporation process, as well as an inlet and outlet for the gas of the reversible, heterogeneous evaporation process.
  • the position of the carrier of the reversible, heterogeneous evaporation within the heat pipe can be changed from outside. This can be done, for example, in that the carrier of the reversible, heterogeneous evaporation process contains an iron core and can be moved from the outside by a magnet inside the heat pipe.
  • a preferred embodiment consists of two heat pipes arranged one above the other, which are separated from one another by the carrier of the reversible, heterogeneous evaporation process.
  • Another embodiment makes use of the principle of the absorption heat pump, so that the mechanically compressing pump can be dispensed with.
  • the speed of heat transfer increases if the carrier material is geometrically designed so that the largest possible contact area for the low-boiling liquid.
  • Structurally simple and mecha Devices in which the carrier of the reversible, heterogeneous evaporation process, the gas used in each case and the liquid and vapor of the low-boiling liquid used in each case are compatible with one another are niche. This is because there can be a direct contact between the carrier surface and the low-boiling liquid or its vapor, as a result of which the heat transfer is considerably intensified, in particular if the carrier is geometrically designed so that it has a large surface.
  • this solution contains both the vapor of the low-boiling liquid and the gas of the reversible, heterogeneous evaporation in the gas phase
  • the supply line to the interior of the heat pipe must be provided with a pressure-resistant, semipermeable membrane that easily separates the gas from the vapor separating boiling liquid and thus prevents the steam from escaping from the heat pipe.
  • Another possibility is to envelop the carrier of the reversible, heterogeneous evaporation process and thereby separate it from the low-boiling liquid and / or its vapor. As a result, the steam is not mixed with the gas, so that no separation by a semipermeable membrane is necessary.
  • all carriers of reversible, heterogeneous evaporation processes can be used to carry out the process according to the invention; the process is preferably suitable for the energy-saving production of useful heat from the environment or from waste heat with the aid of metal hydrides and hydrogen.
  • the carrier compact 4) is either moved into the region of the heat source or the heat sink by means of the magnet 7).
  • the low-boiling liquid surrounds it and can absorb heat relatively quickly.
  • the gas to be reacted for example hydrogen
  • the membrane 8 the surface for absorption of the hydrogen gas being considerably enlarged through the central bore 5).
  • FIG. 2 shows in the simplest way an embodiment in which two heat pipes are connected to the carrier 4) of the reversible, heterogeneous evaporation process in the interior of the heat pipe in such a way that the two carriers are connected to one another via a gas line 10) and a pump (not shown), so that both heat pipes can be rotated together by 180 ° so that the carrier 4) is located in one heat pipe and the carrier 4) is in the other heat pipe at the bottom.
  • FIG. 3 schematically shows two heat pipes arranged one above the other, which are separated from one another by the carrier 4) of the reversible, heterogeneous evaporation process.
  • the two supports are connected to one another via a gas line 10) and a pump (not shown).
  • the lower end of the two lower heat pipes is in a heat source 2) and the upper part of the two upper heat pipes in a heat sink 1).
  • FIG. 4 shows one of the two pairs of heat pipes arranged one above the other in more detail, 11) representing the coating which is impermeable to the easily evaporating solvent and its vapor.
  • FIG. 5 shows an embodiment in which the lower heat pipe is in turn separated from the carrier 4) by a covering 11) which is impermeable to the easily evaporating solvent 3) and its vapor.
  • the upper heat pipe contains not only a low-boiling liquid and its vapor, but also the gas which can evaporate reversibly heterogeneously from the carrier 4). The steam of lightly them The solvent and the gas, which can reversibly evaporate from the carrier, are separated from one another on the pressure-resistant, semipermeable membrane 8).
  • FIG. 6 shows an embodiment in which the lower heat pipe has baffles 12) on which the condensate reaches the inner wall of the reaction vessel 9) due to gravity and evaporates again in the area of the heat source 2).
  • the carrier 4) has on the one hand central bores 5) into which the low-boiling liquid of the upper heat pipe can collect. Furthermore, it has channels 13), in which the steam of the lower heat pipe condenses while releasing heat.
  • a cycle of absorption and desorption is described in more detail below using the example of a metal hydride support:
  • the hydrogen flows through the hydrogen connection lines 10) and the membranes 8) into the reaction vessel 9) due to external overpressure.
  • the heat released in the reaction of the hydrogen storage causes the temperature of the metal hydride 4) support to rise to a temperature which is above the temperature of the heat sink 1).
  • the liquid 3) in the bores 5) evaporates and condenses again in the area of the heat sink 1). Heat is thus transported from the metal hydride 4) to the heat sink 1).
  • the hydrogen flows out of the reaction vessel 9) due to the internal overpressure through the membranes 8).
  • the reaction taking place when the hydrogen is released from the hydride requires heat and brings about a cooling of the metal hydride 4) to a temperature below the heat source 2).
  • the vapor of the low-boiling liquid 3) present in the reaction vessel 9) below the metal hydride condenses with heat being given off on the surface of the condensation channels 13) of the metal hydride 4).
  • the condensate reaches the inner wall of the reaction vessel 9) via the guide surface 12) and evaporates again in the area of the heat source 2). Heat is therefore transported from the heat source 2) to the metal hydride 4).
  • FIG. 7 shows a further embodiment in which the carrier 4 is immersed in a liquid with good thermal conductivity, for example mercury, and in turn a good heat exchange takes place in and on the carrier.
  • the carrier is immersed in an upper and a lower heat pipe and the two heat pipes are predominantly separated from one another by the carrier.

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Description

  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur optimierten Wärmeübertragung von Trägern reversibler, heterogener Verdampfungsvorgänge zum Zwecke der Wärme- oder Kälteerzeugung, bei dem von dem Prinzip des Wärmerohres Gebrauch gemacht wird. Wärmerohre, im Angelsächsischen auch « heat pipes genannt, sind aus dem US-Patent 2 350 348 sowie der Arbeit von P.D. Dunn u. D.A. Reay, Heat Pipes, Pergamon Press 1976 bekannt. Sie finden wegen ihrer überragenden Wärmetransportleistung zunehmend Eingang in die Technik. Besonders einfach herzustellen sind Wärmerohre, welche nach dem Thermosyphonprinzip arbeiten. Voraussetzung hierfür ist jedoch, daß die Verdampfungszone des Wärmerohres unterhalb der Kondensationszone angeordnet ist.
  • Reversible, heterogene Verdampfung ist ein generell bekanntes Prinzip und kann mit oder ohne chemische Veränderung verlaufen. Rein physikalischer Natur ist beispielsweise die Gasabsorption an Trägern wie Aktivkohle. Beispiele für reversible, heterogene Verdampfungsvorgänge mit chemischer Umsetzung sind Bildung und Zersetzung von Metallhydriden sowie die Ammoniakabspaltung und -anlagerung an Calciumchloridammoniakat. Unabhängig davon, ob diese Vorgänge chemischer oder physikalischer Natur sind, ist der Verdampfungs- oder Austreibprozeß stets endotherm, während der gegenläufige Absorptionsprozeß exotherm verläuft.
  • Die Anwendung reversibler, heterogener Verdampfungsvorgänge an einem Träger haben in der Vergangenheit stets unter dem erheblichen Nachteil gelitten, daß die Wärmeübertragung vom Träger auf seine Umgebung sehr langsam und sehr wenig effizient verläuft, da die Trägermaterialien im allgemeinen schlechte Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Dies führt zu unerwünscht großen Zyklenzeiten beim Betrieb periodisch arbeitender Geräte wie Kältemaschinen oder Wärmepumpen sowie zu entsprechend groß und voluminös ausgelegten Geräten, da nur kann die geforderten Wärmetransportleistungen erbracht werden können.
  • In der EP-A-0 041 244, die unter Artikel 54(3) EPÜ fällt, ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur energiesparenden Gewinnung von Nutzwärme aus der Umgebung oder aus Abfallwärme vorgeschlagen worden. Hierbei wird beispielsweise die Wärmereaktion bei der Bildung und Zersetzung eines Metallhydrids ausgenutzt. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die umschaltbaren Wärmeaustauschers durch Wärmerohre ersetzt. Bei den dort beschriebenen Vorrichtungen ragt das obere oder untere Ende eines Wärmerohres in das Gefäß mit dem Metallhydrid ein und leitet die bei der Reaktion entstehende Wärme bzw. Kälte über das Wärmerohr ab. Die Wärmeübertragung vom Metallhydrid als Träger auf das Wärmerohr findet nur in einem relativ kleinen Bereich statt und ist demzufolge nur sehr langsam und unvollständig.
  • Es wurde jetzt gefunden, daß man das Verfahren zur Wärmeübertragung von Trägern reversibler, heterogener Verdampfungsvorgänge zum Zwecke der Wärme- oder Kälteerzeugung mit Hilfe des Prinzips des Wärmerohres dadurch optimieren kann, daß man den Träger des reversiblen, heterogenen Verdampfungsvorganges in das Innere eines Wärmerohres einbringt. Hierdurch werden in überraschend einfacher und effizienter Weise die Wirkungen reversibler, heterogener Verdampfungsvorgänge auf Trägern durch das Prinzip des Wärmerohres übertragen.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht somit aus einem Wärmerohr, welches unten mit einer Wärmequelle und oben mit einer Wärmesenke verbunden ist, eine leicht siedende Flüssigkeit und einen Träger eines reversiblen, heterogenen Verdampfungsvorganges enthält sowie eine Zu- bzw. Ableitung für das Gas des reversiblen, heterogenen Verdampfungsvorganges aufweist.
  • Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bieten sich mehrere prinzipielle Wege an. Beispielsweise kann man zwei Wärmerohre mit dem Träger des reversiblen, heterogenen Verdampfungsvorganges im Innern des Wärmerohres so miteinander verbinden, daß die beiden Träger über eine Gasleitung und Pumpe miteinander verbunden sind und beide Wärmerohre miteinander um 180° so gedreht werden können, daß sich jeweils in einem Wärmerohr der Träger oben und im anderen Wärmerohr der Träger unten befindet. Ein gewisser Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß im Grunde das gesamte Aggregat um 180° drehbar gebaut sein muß, was einen gewissen Aufwand an Technik und Energie zur Folge hat.
  • Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß die Position des Trägers der reversiblen, heterogenen Verdampfung innerhalb des Wärmerohres von außen gesteuert verändert werden kann. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß der Träger des reversiblen, heterogenen Verdampfungsvorganges einen Eisenkern enthält und von außen durch einen Magneten innerhalb des Wärmerohres verschoben werden kann.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform besteht aus zwei übereinander angeordneten Wärmerohren, die durch den Träger des reversiblen, heterogenen Verdampfungsvorganges voneinander getrennt sind.
  • Eine weitere Ausführungsform macht von dem Prinzip der Absorptionswärmepumpe Gebrauch, so daß auf die mechanisch verdichtende Pumpe verzichtet werden kann.
  • In allen Fällen erhöht sich selbstverständlich die Geschwindigkeit des Wärmeüberganges, wenn das Trägermaterial geometrisch so gestaltet ist, daß eine möglichst große Berührungsfläche für die leicht siedende Flüssigkeit besteht.
  • Konstruktiv besonders einfach und mechanisch unaufwendig sind solche Vorrichtungen, in denen der Träger des reversiblen, heterogenen Verdampfungsvorganges, das jeweils verwendete Gas sowie Flüssigkeit und Dampf der jeweils verwendeten leicht siedenden Flüssigkeit mit einander verträglich sind. Es kann dann nämlich eine unmittelbare Berührung der Trägeroberfläche mit der leicht siedenden Flüssigkeit bzw. seinem Dampf stattfinden, wodurch der Wärmeübergang erheblich intensiviert wird, insbesondere wenn der Träger geometrisch so gestaltet ist, daß er eine große Oberfläche aufweist.
  • Da bei dieser Lösung in der Gasphase sowohl der Dampf der leicht siedenden Flüssigkeit als auch das Gas der reversiblen, heterogenen Verdampfung vorhanden ist, muß die Zuleitung zum Inneren des Wärmerohres mit einer druckfesten, semipermeablen Membran versehen sein, die das Gas von dem Dampf der leicht siedenden Flüssigkeit abtrennt und somit einen Austritt des Dampfes aus dem Wärmerohr verhindert.
  • Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Träger des reversiblen, heterogenen Verdampfungsvorganges zu umhüllen und dadurch von der leicht siedenden Flüssigkeit und/oder ihrem Dampf abzutrennen. Hierdurch kommt es nicht zur Vermischung des Dampfes mit dem Gas, so daß auch keine Abtrennung durch eine semipermeable Membran notwendig ist.
  • Bei der Ausführungsform, bei der zwei Wärmerohre übereinander angeordnet sind, ist es prinzipiell möglich, das obere und das untere Wärmerohr mit verschiedenen, leicht siedenden Flüssigkeiten zu füllen und dadurch die Verhältnisse in den beiden Wärmerohren zu optimieren. Wenn beispielsweise die Wärmequelle Energie relativ niedriger Temperatur zuführt, im Träger der reversiblen, heterogenen Verdampfung jedoch relativ hohe Temperaturen entstehen, sollten Siedepunkte der beiden Flüssigkeiten in dem oberen und unteren Wärmerohr entsprechend angepaßt gewählt werden. Insbesondere bei Verwendung von Metallhydriden ist es auf diese Weise möglich, Energie niedriger Temperatur in Energie hoher Temperatur zu transformieren und als Nutzwärme zur Verfügung zu stellen.
  • Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können prinzipiell alle Träger reversibler, heterogener Verdampfungsvorgänge eingesetzt werden, vorzugsweise ist das Verfahren geeignet zur energiesparenden Gewinnung von Nutzwärme aus der Umgebung oder aus Abfallwärme mit Hilfe von Metallhydriden und Wasserstoff.
  • Einige zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtungen sind in den nachfolgenden Figuren näher erläutert.
  • Figur 1 zeigt ein Wärmerohr, in welchem die Position des Trägers des reversiblen, heterogenen Verdampfungsvorganges innerhalb des Wärmerohres von außen gesteuert verändert werden kann. In dieser Figur bedeuten :
    • 1) eine Wärmesenke
    • 2) eine Wärmequelle
    • 3) das Kondensat einer leicht siedenden Flüssigkeit
    • 4) einen gepreßten Träger, beispielsweise einen Preßling aus Metallhydrid
    • 5) eine Zentralbohrung in diesen Preßling
    • 6) einen eingepreßtern Eisenring
    • 7) einen Magneten zum Verschieben des Trägerkernes innerhalb des Wärmerohres
    • 8) eine semipermeale Membran
    • 9) die Wand des Wärmerohres, das zugleich Reaktionsgefäß ist und aus einem nicht-magnetischen Material besteht. Sofern es sich um ein Metallhydrid als Träger handelt, muß dieses Material obendrein wasserstoffbeständig sein.
  • Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mittels des Magneten 7) der Trägerpreßling 4) entweder in den Bereich der Wärmequelle oder der Wärmesenke verschoben. Beim Eintauchen des Trägers in die Wärmequelle wird er von der leicht siedenden Flüssigkeit rundherum umspült und kann relativ rasch Wärme aufnehmen. Befindet sich der Träger im Bereich der Wärmesenke, kann das zu reagierende Gas, beispielsweise Wasserstoff, bei einem Hydrid durch die Membran 8) in den Metallhydridkern eindrigen, wobei durch die Zentralbohrung 5) die Oberfläche zur Absorption des Wasserstoffgases erheblich vergrößert ist.
  • Figur 2 zeigt in einfachster Weise eine Ausführungsform, bei der zwei Wärmerohre mit dem Träger 4) des reversiblen, heterogenen Verdampfungsvorganges im Innern des Wärmerohres so miteinander verbunden sind, daß die beiden Träger über eine Gasleitung 10) und eine nicht mitgezeichnete Pumpe miteinander verbunden sind, so daß beide Wärmerohre miteinander um 180° so gedreht werden können, daß sich jeweils in einem Wärmerohr der Träger 4) oben und im anderen Wärmerohr der Träger 4) unten befindet.
  • Figur 3 zeigt in schematischer Weise je zwei Wärmerohre übereinander angeordnet, die durch den Träger 4) des reversiblen, heterogenen Verdampfungsvorganges voneinander getrennt sind. Die beiden Träger sind über eine Gasleitung 10) und eine nicht mitgezeichnete Pumpe miteinander verbunden. Außerdem befindet sich jeweils das untere Ende der beiden unteren Wärmerohre in einer Wärmequelle 2) und der obere Teil der beiden oberen Wärmerohre in einer Wärmesenke 1).
  • In der Figur 4 ist eines der beiden Paare übereinander angeordneter Wärmerohre ausführlicher dargestellt, wobei 11) die für das leicht verdampfende Lösungsmittel und seinen Dampf undurchlässige Umhüllung darstellt.
  • Figur 5 stellt eine Ausführungsform dar, bei der das untere Wärmerohr wiederum durch eine für das leicht verdampfende Lösungsmittel 3) und seinen Dampf undurchlässige Umhüllung 11) vom Träger 4) abgetrennt ist. Das obere Wärmerohr hingegen enthält außer einer leicht siedenden Flüssigkeit und ihrem Dampf auch das Gas, das von dem Träger 4) reversibel heterogen verdampfen kann. Der Dampf des leicht siedenden Lösungsmittels und das Gas, welches von dem Träger reversibel verdampfen kann, werden an der druckfesten, semipermeablen Membran 8) voneinander getrennt.
  • Figur 6 stellt eine Ausführungsform dar, bei der das untere Wärmerohr Leitbleche 12) aufweist, an denen das Kondensat infolge der Schwerkraft an die Innenwand des Reaktionsgefäßes 9) gelangt und im Bereich der Wärmequelle 2) erneut verdampft. Der Träger 4) weist einerseits zentrale Bohrungen 5) auf, in den sich die leicht siedende Flüssigkeit des oberen Wärmerohres ansammeln kann. Weiterhin weist es Kanäle 13) auf, in denen unter Wärmeabgabe die Kondensation des Dampfes des unteren Wärmerohres erfolgt. Am Beispiel eines Metallhydridträgers wird im folgenden ein Zyklus aus Absorption und Desorption ausführlicher beschrieben :
  • In der ersten Phase, der Wasserstoffeinlagerung, strömt der Wasserstoff aufgrund äußeren Überdrucks durch die Wasserstoffanschlußleitungen 10) und die Membranen 8) in das Reaktionsgefäß 9). Die bei der Reaktion der Wasserstoffeinlagerung frei werdende Wärme bewirkt eine Temperaturerhöhung des Trägers aus Metallhydrid 4) auf eine Temperatur, die oberhalb der Temperatur der Wärmesenke 1) liegt. Die Flüssigkeit 3) in den Bohrungen 5) verdampft und kondensiert wieder im Bereich der Wärmesenke 1). Es erfolgt also ein Wärmetransport von dem Metallhydrid 4) zur Wärmesenke 1). In der zweiten Phase der Wasserstoffaustreibung strömt der Wasserstoff aufgrund des inneren Überdrucks durch die Membranen 8) aus dem Reaktionsgefäß 9). Die bei der Freisetzung des Wasserstoffs aus dem Hydrid ablaufende Reaktion benötigt Wärme und bewirkt eine Abkühlung des Metallhydrids 4) auf eine untershalb der Wärmequelle 2) liegenden Temperatur. Der im Reaktionsgefäß 9) unterhalb des Metallhydrids vorhandene Dampf der leicht siedenden Flüssigkeit 3) kondensiert unter Wärmeabgabe an der Oberfläche der Kondensationskanäle 13) des Metallhydrids 4). Das Kondensat gelangt infolge der Schwerkraft über die Leitfläche 12) an die Innenwand des Reaktionsgefäßes 9) und verdampft wieder im Bereich der Wärmequelle 2). Es erfolgt also ein Wärmetransport von der Wärmequelle 2) zum Metallhydrid 4).
  • Figur 7 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der der Träger 4 in eine Flüssigkeit mit guter Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Quecksilber eintaucht und dadurch wiederum ein guter Wärmeaustausch im und am Träger stattfindet. Auch bei dieser Ausführungsform taucht der Träger in ein oberes und ein unteres Wärmerohr ein und sind die beiden Wärmerohre überwiegend durch den Träger voneinander getrennt.

Claims (14)

1. Verfahren zur optimierten Wärmeübertragung von Trägern reversibler, heterogener Verdampfungsvorgänge (4) zum Zwecke der Wärme-oder Kälteerzeugung mit Hilfe des Prinzips des Wärmerohres (9), dadurch gekennzeichnet, daß man den Träger des reversiblen, heterogenen Verdampfungsvorganges (4) in das Innere des Wärmerohres (9) einbringt.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zwei Wärmerohre übereinander anordnet und diese durch den Träger des reversiblen, heterogenen Verdampfungsvorgangs voneinander trennt.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Position des Trägers des reversiblen, heterogenen Verdampfungsvorgangs innerhalb des Wärmerohres von außen gesteuert verändert werden kann.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zwei Wärmerohre mit dem Träger des reversiblen, heterogenen Verdampfungsvorganges (4) im Innern des Wärmerohres so miteinander verbindet, daß die beiden Träger über eine Gasleitung (10) und Pumpe miteinander verbunden sind, und beide Wärmerohre um 180° so gedreht werden, daß sich jeweils in einem Wärmerohr der Träger oben und im anderen Wärmerohr der Träger unten befindet.
5. Verfahren gemäß Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger des reversiblen, heterogenen Verdampfungsvorganges, das jeweils verwendete Gas sowie Flüssigkeit und Dampf der jeweils verwendeten leicht siedenden Flüssigkeit miteinander verträglich sind.
6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das an dem Träger (4) reversibel verdampfende Gas von dem Dampf der leicht siedenden Flüssigkeit an einer druckfesten, semipermeablen Membran (8) voneinander getrennt werden.
7. Verfahren gemäß Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger des reversiblen, heterogenen Verdampfungsvorganges (4) von der leicht verdampfenden Flüssigkeit durch eine zumindest für das leicht verdampfende Lösungsmittel und seinen Dampf undurchlässige Umhüllung (11) abgetrennt ist.
8. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die obere und untere Kammer des zweigeteilten Wärmerohres mit zwei verschiedenen leicht verdampfenden Flüssigkeiten gefüllt ist.
9. Verfahren gemäß Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger des reversiblen, heterogenen Verdampfungsvorganges (4) geometrisch so gestaltet ist, daß eine möglichst große Berührungsfläche für die leicht siedende Flüssigkeit besteht.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, bestehend aus einem Wärmerohr (9), welches unten mit einer Wärmequelle (2) und oben mit einer Wärmesenke (1) verbunden ist, eine leicht siedende Flüssigkeit enthält und einen Träger eines reversiblen, heterogenen Verdampfungsvorganges (4) sowie eine Zu- bzw. Ableitung für das Gas des reversiblen heterogenen Verdampfungsvorganges enthält.
11. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger des reversiblen heterogenen Verdampfungsvorganges (4) einen Eisenkern (6) enthält und von außen durch einen Magneten (7) innerhalb des Wärmerohres verschoben werden kann.
12. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger des reversiblen heterogenen Verdampfungsvorganges (4) ein oberes und ein unteres Wärmerohr voneinander trennt.
13. Vorrichtung gemäß Ansprüchen 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas des reversiblen heterogenen Verdampfungsvorganges von dem Dampf der leicht siedenden Flüssigkeit durch eine druckfeste, semipermeable Membran (8) voneinander getrennt werden.
14. Vorrichtung gemäß Ansprüchen 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger des reversiblen heterogenen Verdampfungsvorganges (4) durch eine Umhüllung (11) von der leicht siedenden Flüssigkeit und/oder ihrem Dampf abgetrennt ist.
EP81110444A 1980-12-17 1981-12-15 Verfahren und Vorrichtung zur optimierten Wärmeübertragung von Trägern reversibler, heterogener Verdampfungsvorgänge Expired EP0054298B1 (de)

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DE19803047632 DE3047632A1 (de) 1980-12-17 1980-12-17 Verfahren und vorrichtung zur optimierten waermeuebertragung von traegern reversibler, heterogener verdampfungsvorgaenge

Publications (3)

Publication Number Publication Date
EP0054298A2 EP0054298A2 (de) 1982-06-23
EP0054298A3 EP0054298A3 (en) 1983-01-19
EP0054298B1 true EP0054298B1 (de) 1984-11-28

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EP81110444A Expired EP0054298B1 (de) 1980-12-17 1981-12-15 Verfahren und Vorrichtung zur optimierten Wärmeübertragung von Trägern reversibler, heterogener Verdampfungsvorgänge

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US (1) US4421156A (de)
EP (1) EP0054298B1 (de)
JP (1) JPS57127791A (de)
AT (1) ATE10545T1 (de)
CA (1) CA1159445A (de)
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DK (1) DK153106C (de)
IE (1) IE52645B1 (de)

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