Absorption von Wasserdampf aus der Luft in hygroskopischen
Absorption von Wasserdampf aus der Luft in hygroskopischen Flüssigkeitsfilmen J. Matthes, D. Fleig, K. Vajen, U. Jordan Universität Kassel, Institut für Thermische Energietechnik, FG Solar- und Anlagentechnik Ziele § § § Forschungsprojekt „Offene Absorptions-Speichersysteme zur Beheizung von Wohngebäuden und für Lufttrocknungsanwendungen“, gefördert vom BMBF Untersuchung des Wärme- und Stoffgangs bei der Verwendung verschiedener Sorptionsmittel Charakterisierung der Benetzungseigenschaften verschiedener Sorptionsmittel Modellentwicklung eines Finites Differenzen Modell (FDM) Methodik Abb. 1: Messstand mit Thermografiekamera (links), welche die Phasengrenztemperatur des hygroskopischen Flüssigkeitsfilm im Einzelplattenabsorber (rechts) aufnimmt. Die Zuluft wird durch eine Luftkonditionierungsanlage bereit gestellt. Abb. 2: Die Absorbereinzelplatte ist mit einem Textil beklebt, welches von oben mit Sorbens benetzt wird. Die zu trocknende Luft strömt zwischen der Einzelplatte und einer Polyethylen (PE) Folie (Spaltbreite 5 mm) im Kreuzstrom zum Sorbens. Hierbei dient die infrarotdurchlässige PE-Folie als Sichtfenster für thermografische Untersuchungen. Ergebnisse Entfeuchtungsrate: Ionische Fl. (�� Phasengrenztemperaturen Li. Cl. H 2 O: a b c d Vergleich Experimente / Modell: =0, 95) Li. Cl-H 2 O (�� =0, 41) Na. OH-H 2 O (�� =0, 45) C 2 H 3 KO 2 -H 2 O (�� =0, 66) VL, Ein ≈ 25 m³/h TL, Ein ≈ 23°C x. L, Ein ≈ 12 g/kg TS, Ein ≈ 23, 5°C Abb. 3: Entfeuchtungsrate der verschiedenen Sorptionsmittel für variierende Massenstromverhältnisse (MV) von Luft zu Sorbens. Massenverhältnis �� in kg. Reinstoff/kg. Gemisch: variabel. Eintrittsparameter: Luftvolumenstrom VL, Ein: ~25 m³/h, Lufttemperatur TL, Ein : ~23°C, Luftfeuchte x. L, Ein : ~12 g. H 2 O/kgt. L, Sorbenstemperatur TS, Ein: ~23, 5°C. Bei Na. OH-H 2 O, C 2 H 3 KO 2 -H 2 O und der Ionischen Flüssigkeit wurden Sorbensvolumenströme von 1, 6 l/h eingestellt, was bei Li. Cl-H 2 O einem MV von 15 entspricht. Freigesetzte spezifische Wärme: Ionische Fl. (�� =0, 95) Li. Cl-H 2 O (�� =0, 41) Abb. 5: Gemessene Phasengrenztemperaturen des Li. Cl-H 2 O Filmes im Absorber bei einem MV von 15 für verschiedene Feuchten der Zuluft; a) 6 g. H 2 O/kgt. L, b) 9 g. H 2 O/kgt. L, c) 14 g. H 2 O/kgt. L und d) 16 g. H 2 O/kgt. L. Die gemessene Filmtemperatur steigt bei höheren Eintrittsfeuchten der Luft; a) Tmax = 25, 9°C, b) Tmax = 28, 8°C, c) Tmax = 33, 8°C und d) Tmax = 36°C, da die Absorption durch höhere Luftfeuchten begünstigt wird und somit die freiwerdende Wärme steigt. Phasengrenztemp. der anderen Sorptionsmittel: a b c d VL, Ein ≈ 25 m³/h TL, Ein ≈ 23°C MV ≈ 15 TS, Ein ≈ 23, 5°C Abb. 7: Gemessene und modellierte Entfeuchtungsmassenströme mit Li. Cl-H 2 O als Sorbens für verschiedene Eintrittsfeuchten der Luft. Der berechnete Entfeuchtungsmassenstrom unter Berücksichtigung der Wärmeverluste steigt, da durch die geringeren Temperaturen die Entfeuchtung im Modell effektiver wird. Vergleich Experimente / Modell: Na. OH-H 2 O (�� =0, 45) C 2 H 3 KO 2 -H 2 O (�� =0, 66) Wasserspeicher mit �� T 60 K VL, Ein ≈ 25 m³/h TL, Ein ≈ 23°C x. L, Ein ≈ 12 g/kg TS, Ein ≈ 23, 5°C Abb. 4: Freigesetzte spezifische Wärme der einzelnen Sorptionsmittel für verschiedene MV wobei der Sorbensmassenstrom variiert und die restlichen Eingangsgrößen konstant gehalten wurden (siehe Beschreibung Abb. 3). Die freigesetzte spez. Wärme beim Li. Cl-H 2 O nimmt mit dem MV zu, da das eingesetzte Sorbensvolumen sinkt. Abb. 6: Gemessene Phasengrenztemperatur von; a) Li. Cl-H 2 O, b) Na. OH-H 2 O, c) C 2 H 3 KO 2 -H 2 O und d) Ionische Flüssigkeit. Bei allen Sorptionsmitteln wurde ein Volumenstrom von 1, 6 l/h eingestellt und die anderen Eingangswerte konstant gehalten, wie in Abb. 3 beschrieben. Die höchste gemessene Temperatur ergab sich bei der Ionischen Flüssigkeit mit Tmax = 44, 8°C, die geringste bei C 2 H 3 KO 2 -H 2 O mit Tmax = 29, 2°C. Das Li. Cl-H 2 O und die Na. OH-H 2 O lagen mit maximalen Temperaturen von Tmax = 32, 8°C und Tmax = 34°C ebenfalls niedriger als die Ionische Flüssigkeit. Schlussfolgerungen n • Die Thermografiekamera eignet sich zur Ermittlung der • • Phasengrenztemperatur an einem herabströmenden Sorbensfilm (mit einer Genauigkeit von durschn. +0, 7 K) Entfeuchtungsrate der Ionischen Flüssigkeit mit ca. 60% doppelt so hoch wie des häufig eingesetzten Li. Cl-H 2 O Freigesetzte spezifische Wärme der Ionischen Flüssigkeit mit 130 k. Wh/m³ ebenfalls zweimal höher als die des Li. Cl-H 2 O www. solar. uni-kassel. de • • VL, Ein ≈ 25 m³/h TL, Ein ≈ 23°C MV ≈ 15 TS, Ein ≈ 23, 5°C Abb. 8: Gemessene und modellierte Austrittstemperaturen der Luft für verschiedene Eintrittsfeuchten. Im Gegensatz zum Entfeuchtungsmassenstrom (siehe Abb. 7, oben) sinkt die Differenz zwischen Messung und Modell unter Berücksichtigung der Wärmeverluste. Benetzungsverhalten der Ionischen Flüssigkeit muss verbessert werden Modellierte und gemessene Werte zeigen ähnliche Tendenzen, die Absorption wird jedoch u. a. aufgrund der idealisierten Annahmen vom Modell überschätzt
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