ADOSO – Entwicklung einer Gasadsorptionswärmepumpe mit einem aufkristallisierten Zeolithwärmeübertrager und einem neuartigem Verdampfer-Kondensatorapparat

Laufzeit: Mai 2013 - April 2017
Auftraggeber / Zuwendungsgeber:
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
Kooperationspartner: Stiebel Eltron, SorTech AG, Fraunhofer IFAM
Projektfokus:
Versinterter Aluminium­faserwerkstoff, beschichtet mit Adsorptionsmaterial (SAPO-34).
© Fraunhofer IFAM

Versinterter Aluminium­faserwerkstoff, beschichtet mit Adsorptionsmaterial (SAPO-34).

Varianten eines Faser-Adsorptionswärmeübertragers während der Charakterisiung der Adsorptionsdynamik am Fraunhofer ISE.
© Fraunhofer ISE

Varianten eines Faser-Adsorptionswärmeübertragers während der Charakterisiung der Adsorptionsdynamik am Fraunhofer ISE.

Ziel ist die Entwicklung eines Heizgeräts auf Zeolith-Basis mit Wasser als Arbeitsmittel, welches auf Grund neuartiger Adsorptionswärmeübertrager und der optimierten Funktionsweise von Verdampfer und Kondensator bei vergleichbaren Leistungen und einer Jahresarbeitszahl von über 1,3 deutlich kompakter und kostengünstiger ist, als die am Markt befindlichen Geräte. Für die Entwicklung des Adsorptionswärmeübertragers sind poröse, aber dennoch gut wärmeleitende Materialien von zentraler Bedeutung. Eine große Oberfläche gepaart mit dünnen Sorbens-Schichten (< 100 µm) beschleunigt die Dynamik des Ad-/ und Desorptionsprozess und bietet damit ein großes Potenzial für eine hohe Leistungsdichte des Sorptionsmoduls der Gas-Wärmepumpe.

Versinterte Aluminiumfasern mit einer großen spezifischen Oberfläche (> 20 m2/m3) bilden den Ausgangspunkt für die Entwicklung von Wärmeübertragern mit hoher Leistungsdichte. Am Fraunhofer IFAM wurde dafür u. a. ein Sinterverfahren entwickelt, das die direkte Versinterung von Metallfasern mit einem metallischen Träger ermöglicht. Die Beschichtung der Metallstrukturen erfolgt durch ein konsumptives Aufwachsen von Zeolith auf der Metalloberfläche (SorTech AG). Am Fraunhofer ISE werden Simulationen mit unterschiedlicher Detaillierungstiefe eingesetzt, um verschiedene Entwicklungsvarianten bereits vor ihrer Umsetzung vergleichen zu können. Die gekoppelte Berechnung des Wärme- und Stofftransports fließt in die Auslegung der Adsorptionswärmeübertrager ein. Jahressimulationen auf Systemebene liefern Jahresarbeitszahlen, die für die Eignung des neu entwickelten Geräts für unterschiedliche Märkte und Regionen verwendet werden können. Die Verdampfer/Kondensator-Einheit des Sorptionsmoduls wird ebenfalls auf die Dynamik des Prozesses hin optimiert. Auch für diese Komponente werden poröse Strukturen auf ihre Eignung untersucht. Erste Messungen zeigen, dass durch das Ersetzen der bislang eingesetzten Lamellen- mit den neu entwickelten Faser-Wärmeübertragern die Leistungsdichte des Adsorptionsmoduls verdoppelt werden kann ohne die Effizienz zu verringern. Daneben werden Arbeiten zum Annex 43 »Fuel driven heat pumps« des Heat Pump Programs der International Energy Agancy (IEA) durchgeführt, der vom Fraunhofer ISE geleitet wird.

Weitere Informationen zum Projekt ADOSO finden Sie hier:
»Mit Metallfasern die Leistungsdichte verdoppeln« (News des BINE Informationsdienst) [bine.info]