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Die Erfindung betrifft die Behandlung eines Adsorbers mit einem beladenen Adsorptionsmittels, wobei die Beladung des Adsorptionsmittels aus einem Arbeitsfluid besteht, welches zuvor leckagebedingt aus einer Kältemaschine ausgetreten und vom Adsorptionsmittel des Adsorbers adsorbiert worden ist. Als Methode wird die thermische Desorption gewählt. Entsprechend üblicher Terminologie ist dabei das Adsorbens der Festkörper, an dessen Oberfläche die Adsorption stattfindet, das Adsorptiv der zu adsorbierende Stoff vor seiner Adsorption, hier also das ausgetretene Kältemittel, das Adsorbat das Adsorptiv nach vollzogener Adsorption und das Desorbat das durch Desorption wieder freigesetzte Adsorbat.
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Das Adsorptionsmittel kann dabei als Schüttung eingesetzt werden, wobei die Schüttung aus Formkörpern oder gebrochenen Stücken besteht, oder es kann aus porösen Schaumstoffen oder Wabenkörpern bestehen, die mit Aktivkohle belegt sind. Die Aktivkohle kann beispielsweise entsprechend der
EP 3 160 639 B1 aus Vinylidenchloridcopolymer hergestellt werden.
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Der Adsorber kann dabei dem Stand der Technik entsprechend sowohl innerhalb eines Gehäuses einer Kältemaschine oder Wärmepumpe oder außerhalb angeordnet sein. Die zum Einsatz kommenden thermodynamischen Kreisprozesse sind seit langem bekannt, ebenso die Sicherheitsprobleme, die bei der Verwendung geeigneter Arbeitsfluide entstehen können. Abgesehen von Wasser sind die bekanntesten damaligen Arbeitsfluide brennbar und giftig. Sie führten im vergangenen Jahrhundert zur Entwicklung der Sicherheitskältemittel, die aus fluorierten Kohlenwasserstoffen FKW bestanden. Es zeigte sich jedoch, dass diese Sicherheitskältemittel zur Klimaerwärmung führen und dass ihre sicherheitstechnische Unbedenklichkeit zu konstruktiven Unachtsamkeiten führte. Bis zu 70 % des Umsatzes an FKW entfiel auf den Nachfüllbedarf undichter Anlagen und deren Leckageverluste, der hingenommen wurde, solange dies im Einzelfall als wirtschaftlich vertretbar empfunden wurde und Bedarf an Ersatzbeschaffung förderte.
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Der Einsatz dieser Kältemittel wurde aus diesem Grund Restriktionen unterworfen, in der Europäischen Union beispielsweise durch die F-Gas-Verordnung (EU) 517/2014. Derartige Emissionen dürfen nicht mehr in die Umwelt gelangen, sie müssen sicher aufgefangen werden und entweder entsorgt oder recycliert werden, jeweils ohne Verluste.
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Aber auch die klimafreundlicheren Kältemittel sind problematisch. Die Klimafreundlichkeit leitet sich zum einen aus den besonders hohen Wirkungsgraden, zum anderen aus dem geringen GWP (Global Warming Potential) her, beispielsweise hat R290 nur einen GWP-Wert von 3, es sind aber COP-Werte (Coefficient of Performance) von 3,5 bis 4 erreichbar, ähnliche Werte sind mit R600a und R1270 erreichbar. Nachteilig ist aber die hohe Entzündlichkeit. Auch Kompromisse werden versucht, etwa mit R32, R443a oder R441a, bei denen ein GWP von einigen Hundert und eine etwas verminderte Brennbarkeit angegeben wird, vor allem aber ein direkter Ersatz vorhandener Anlagen erreicht werden soll.
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Zur sicheren Abscheidung bei einer leckagebedingten Freisetzung werden inzwischen oftmals Adsorber verwendet. Beispiele hierfür sind in der
EP 3 486 582 A1 , der
EP 3 772 369 A1 , der
EP 3 693 683 A1 , der
EP3771905A1 , sowie vielen weiteren Druckschriften beschrieben. Für die Zwecke der Abscheidung spielt es meist keine Rolle, ob der Adsorber in das ansonsten dichte Gehäuse einer Kältemaschine integriert ist oder ob er separat außerhalb steht. Ebenfalls variabel ist die Option, die Durchströmung des Adsorbers erst nach einer erkannten Leckage zu starten oder für eine permanente Durchströmung zu sorgen.
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Auch ist es möglich einen Adsorber lediglich bedarfsweise mit dem Gehäuse einer Kältemaschine oder Wärmepumpe zu verbinden. Wesentlich in diesem Zusammenhang ist, dass der Adsorber an seinem Einlass zum Innenraum des Gehäuses offen ist oder auf ein Signal hin geöffnet werden kann, ferner, dass er zum Außenbereich des Gehäuses hin offen oder auf ein Signal hin zu öffnen ist. Tritt im Innenraum des Gehäuses eine Leckage auf, bewirkt der sich einstellende Überdruck, dass mit Arbeitsfluid kontaminierte Luft in den Adsorber eintritt, die Kontamination in der Adsorbensschüttung adsorbiert wird und gereinigte Luft in die Umgebung geleitet wird. Diese Umgebung ist in der Regel der Innenraum eines Gebäudes.
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Solche Leckagefälle sind zwar ausgesprochen selten, könnten aber verheerende Folgen haben, wenn das Arbeitsfluid entzündlich ist und wenn nicht ausreichend Vorsorge getroffen wird. Aus diesem Grund werden solche Adsorber üblicherweise so ausgelegt, dass sie das gesamte Inventar an Arbeitsfluid aufnehmen könnten. Aber auch wenn das Arbeitsfluid nicht entzündlich ist, dafür aber bei seiner Freisetzung klimaschädliche oder ozonabbauende Wirkung hat, ist das Auffangen der Kontamination erforderlich. Auch dies kann mit geeigneten Adsorptionsmitteln sicher durchgeführt werden.
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Eine Aktivkohleschüttung als Adsorbens wird beispielsweise eingesetzt als Sicherheit vor einer Kontamination von R290 in Gehäusen, in denen ein als Kältemittel wirkendes Arbeitsfluid in einem thermodynamischen Kreisprozess, wie zum Beispiel dem Clausius-Rankine-Kreisprozess, geführt wird. Vorwiegend sind dies Wärmepumpen, Klimaanlagen und Kühlgeräte, wie sie in Wohngebäuden und anderen Einrichtungen, wie Fahrzeugen, Kühlhäusern, medizinischen Apparaten und Industrieanlagen gebräuchlich sind. Die auftretenden Probleme bei der Sicherheitsauslegung solcher Anlagen werden in der
WO 2015/032905 A1 anschaulich beschrieben. So liegt die untere Zündgrenze von Propan, welches den Hauptbestandteil des Arbeitsfluids R290 bildet, als Arbeitsfluid etwa bei 1,7 Volumenprozent in Luft, was 38 g/m
3 in Luft entspricht.
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Die
DE 102011 116 863 A1 beschreibt ein Verfahren zur Sicherung einer Vorrichtung für einen thermodynamischen Kreisprozess, welche mit einem Prozessfluid betrieben wird, das mindesten eine umweltgefährliche, giftige und/oder entzündliche Substanz enthält oder daraus besteht. Im Falle einer Leckage in der Vorrichtung für einen thermodynamischen Kreisprozess wird ein Adsorptionsmittel mit dem Prozessfluid, insbesondere Ammoniak, Propan oder Propen, in Kontakt gebracht und die Substanz durch das Adsorptionsmittel selektiv gebunden. Das Adsorptionsmittel wird nach Gebrauch regeneriert. Als Adsorptionsmittel werden unter anderen Aktivkohle und Zeolith vorgeschlagen, das Adsorptionsmittel kann in Form einer Schüttung, eines Formkörpers, eines Anstrichs, eines Sprühfilms oder einer Beschichtung ausgestaltet sein. Die Trägerstruktur des Formkörpers kann aus Mikrostruktur, Lamellenstruktur, Rohrbündel, Rohrregister und Blech bestehen und muss mechanisch stabil sowie stark oberflächenvergrößernd sein. Eine Umwälzung der potenziell kontaminierten Luft erfolgt üblicherweise kontinuierlich, kann aber auch durch einen Sensor initiiert werden, der die Lüftung nach Erreichen eines Schwellenwerts oder bei einem erkannten Havariefall einschaltet. Die Adsorption kann innerhalb oder außerhalb eines geschlossenen Raumes durchgeführt werden.
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Die
DE 195 25 064 C1 beschreibt eine Kältemaschine mit einem gasdicht ausgebildeten Gehäuse, welches alle kältemittelführenden Komponenten der Maschine aufnimmt, ein das Innere des gasdichten Gehäuses mit einem Auslass verbindender Raum vorgesehen ist, und der Raum mit einem das Kältemittel sorbierenden Stoff gefüllt ist. Die Menge des sorbierenden Stoffes wird dabei so dimensioniert, dass die gesamte Menge an eventuell austretendem Kältemittel aufgenommen und von der Umwelt ferngehalten werden kann. Der mit dem sorbierenden Stoff gefüllte Raum ist zur Umgebung hin offen. Bei Kältemitteln, die schwerer als Luft sind, ist der Raum nach unten hin offen, bei solchen, die leichter sind, ist er nach oben hin offen, so dass ein Fördergebläse nicht erforderlich ist. Das Sorptionsmittel wird in das Gehäuse eingebracht und umschließt die Kältemaschine bzw. die kältemittelführenden Einrichtungen vollständig. Auf seinem Weg nach außen sind Schikanen vorgesehen, die Kurzschlussströmungen verhindern und entweichendes Gas durch das Sorptionsmittel zwingen. Auch eine doppelwandige Ausführungsform, bei der das Sorptionsmittel im Doppelmantel angeordnet ist, ist möglich. Am Ausgang des mit dem sorbierenden Stoffes gefüllten Raumes zur Umgebung hin kann eine Messeinrichtung für Kältemittel vorgesehen werden.
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Sofern der Kälteprozess in einem ihn umgebenden, hermetisch abgeschlossenen, ansonsten aber luftgefüllten Raum mit dem Arbeitsfluid R290 durchgeführt wird, stellt sich das Problem der Erkennung einer kritischen, explosiven Situation nach einer Störung, bei der das Arbeitsfluid in diesen hermetisch abgeschlossenen Raum austritt. Elektrische Sensoren zur Erkennung kritischer Konzentrationen sind nur schwierig explosionsgeschützt auszuführen, weswegen gerade die R290-Erkennung durch die Sensoren selbst das Explosionsrisiko erheblich verschärft, ausgenommen hiervon sind Infrarotsensoren. R290 ist auch giftig, bei Inhalation oberhalb einer Konzentration von ca. 2 g/m3 stellen sich narkotische Effekte, Kopfschmerzen und Übelkeit ein. Dies betrifft Personen, die ein erkanntes Problem vor Ort lösen sollen, noch bevor Explosionsgefahr entsteht. Es betrifft aber auch das Personal, welches die Leckage reparieren und mit dem Adsorbat umgehen sollen.
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Apparativ üblich sind durchströmte Kartuschen sowie Festbetten mit Rückhaltevorrichtungen, die Aktivkohle in diversen Formen enthalten. Die Auslegung solcher Apparate erfolgt, indem man die Beladungskapazität der Aktivkohle für jeden der abzuscheidenden Stoffe bestimmt, wobei die Beladungskapazität in der Regel stark temperaturabhängig ist, und die Durchströmungsmenge bestimmt. Hierbei ergibt sich im Idealfall ein Adsorptionsgleichgewicht und eine Durchbruchsfront zwischen beladenem und noch unbeladenem Adsorbens. Das gilt vor allem für Abscheidungsvorgänge aus der Gasphase, wie bei leckagebedingt ausgetretenem Kältemittel. Meistens ist nach einem solchen Vorgang aber nicht genau bekannt, wie hoch die Beladung tatsächlich ist. Für den schlimmsten Fall kann man annehmen, dass sich das gesamte Kältemittel aus der ursprünglichen Füllung des Kältekreises auf dem Adsorbat befindet.
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Adsorptionsvorgänge mit anschließender Desorption sind im Stand der Technik seit langem bekannt. Die
DE 20 2008 004 686 U1 , die
DE 10 2008 017 487 B4 und die
EP 521 239 B1 beschreiben eine Vorrichtung zur Regeneration eines mit einem brennbaren Lösungsmittel beladenen Adsorbens, die eine Vakuumpumpe und eine Heizeinrichtung aufweist. Hierbei wird zuerst das Adsorbens auf eine Temperatur knapp unterhalb oder oberhalb des Flammpunktes des zu desorbierenden, brennbaren Lösungsmittels aufgeheizt, das können bis 300 Grad Celsius sein, und dann mit Vakuum unterhalb von bis zu 1 mbar beaufschlagt. Das Lösungsmittel wird nachfolgend auskondensiert und in den Prozess zurückgeführt, etwa einer Teile-Reinigungsanlage. Das Verfahren arbeitet dabei quasi-kontinuierlich. und es ist nicht vorgesehen, den Adsorber zu entfernen oder zu transportieren.
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Die
DE-OS 1 719 584 beschreibt ein Verfahren zum Wiedergewinnen von verdampften, flüchtigen Lösungsmitteln, welche zu Reinigungsprozessen in einem Behälter zum Trockenreinigen von Textilien oder Entfetten von Metallen dienen. Hierbei werden intermittierend Adsorber mit Aktivkohle verwendet, die mit Heißdampf regeneriert und mit Luft anschließend abgekühlt werden. Das Lösungsmittel-Heißdampfgemisch wird dabei auskondensiert und einer Flüssigphasentrennung unterzogen, das Lösungsmittel wird wiederverwendet.
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Die
EP 383 010 A2 beschreibt eine warmregenerierende Adsorptionsanlage für feuchte, gasförmige Medien mittels zwei Adsorbern, die umschaltbar im Wechsel betrieben werden. Unter Beibehaltung der Strömungsrichtung wird hierbei entweder zu erwärmende Umgebungsluft zur Regeneration oder kühlende Umgebungsluft nach der Regeneration durch den jeweiligen Adsorber gefördert. Beim Aufheizen wird dabei Überdruck erzeugt und beim Kühlen Unterdruck.
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In keinem der bekannten Verfahren ist vorgesehen, den Adsorber nach der Beladung zu entfernen oder ihn zu transportieren. Für die nachfolgend anstehenden Maßnahmen der Behandlung von Adsorber und Adsorbat im Servicefall ist man mit der Maximalannahme, das gesamte Kältemittel, welches sich nicht mehr im Kältekreis befindet, würde sich auf dem Adsorbat wiederfinden, auf der sicheren Seite. Da der Kältekreis in einem solchen Fall auch entleert werden muss, kann durch Ermittlung der Entleerungsmenge und Vergleich mit der ursprünglichen Füllmenge die Menge der Beladung auf dem Adsorber gut abgeschätzt werden.
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Allerdings ergibt sich daraus ein Folgeproblem: Das mit gefährlichem Kältemittel beladene Adsorbat mit dem Adsorber darf im Gegensatz zu unbeladenem Adsorbens nicht transportiert werden, weil es als Gefahrgut gilt. Beispielsweise schreiben die ADR-Vorschriften (ADR: Accord europeen relatif au Transport international des marchandises Dangereuses par Route) vor, dass zunächst die Gefährlichkeit des adsorbierten Kältemittels zu klassifizieren ist. Beim Kältemittel R290 gilt dann beispielsweise, dass der Transport in einem Druckbehälter zu erfolgen hat, der dauerhaft 5 bar Überdruck auszuhalten hat. Außerdem dürfen höchstens 0,42 kg Kältemittel je Liter Sorptionsmittel und nicht mehr als 5 kg absolut je Transporteinheit transportiert werden. Bei anderen Kältemitteln gilt entsprechendes.
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Die Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, welches einen mit Adsorbat gefüllten Adsorber, bei dem das Adsorbat ein adsorbiertes brennbares Kältemittel und gegebenenfalls weitere Kontaminanten enthält, transportfähig zu machen und eine dafür geeignete Vorrichtung bereitzustellen. Der Adsorber befindet sich dabei im Gehäuse einer Wärmepumpe oder ist mit dem Gehäuse zumindest an seinem Gaseinlass strömungsmäßig direkt verbunden. Der Auslass des Adsorbers kann dabei je nach Technologie entweder in das Gehäuse der Wärmepumpe zurückgeführt oder in den Aufstellungsraum oder über eine Leitung ins Freie geführt werden.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Herstellung der Transportfähigkeit eines Adsorbers für gasförmige Stoffe, der ein Kontaminat enthält, der Adsorber aufweisend
- - einen Gaseinlass und einen Gasauslass, ein durchströmbares Adsorbens, sowohl am Gaseinlass als auch am Gasauslass gasdurchlässige Rückhalteeinrichtungen für Adsorbensmaterial,
- - angeordnet in oder am Gehäuse einer Wärmepumpe, welche aufweist,
- - mindestens einen Verdichter für Arbeitsfluid, mindestens eine Entspannungseinrichtung für Arbeitsfluid, mindestens zwei Wärmeübertrager für Arbeitsfluid mit jeweils mindestens zwei Anschlüssen für Wärmeüberträgerfluide,
- - wobei die Wärmepumpe mit einem brennbaren Arbeitsfluid betrieben wird,
- - mit dem Gaseinlass des Adsorbers eine Zuführvorrichtung für ein erhitztes Gas vorgesehen ist,
- - mit dem Gasauslass des Adsorbers eine Vorrichtung zur Abführung der desorbierten Abluft vorgesehen ist.
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Die Zuführvorrichtung ist vor allem für den Fall besonders nützlich, dass das kontaminierte Gas innerhalb des Gehäuses der Wärmepumpe durch eine unverschließbare Öffnung in den Adsorber eintritt. Dann kann man das erhitzte Gas durch die Zuführvorrichtung in den Adsorber leiten, indem man erhitztes Gas in das ganze Gehäuse einleitet und man muss sicherstellen, dass es aus dem Adsorbereinlass nicht zurück in das Gehäuse austritt, sich mit der Luft darin vermischen und mit desorbierten Teilen des Arbeitsfluids im Adsorberaustrittsbereich ein entzündliches Gemisch bilden könnte.
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Für die Vorrichtung zur Abführung der desorbierten Abluft gilt dasselbe, könnte sie sich mit Umgebungsluft vermischen, wäre die Bildung eines entzündlichen Gemischs möglich. Im Idealfall sind die Vorrichtungen zum Zu- und Abführen Adapter, die bei der anschließenden oder vorherigen Demontage des Adsorbers bis zum Transport selbst mit dem Adsorber verbunden bleiben können und die Öffnungen des Adsorbers ansonsten dicht verschlie-ßen und Nebenströmungen nicht zulassen.
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In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass mit der Zufuhreinrichtung für erhitztes Gas eine mobile Aufheizvorrichtung für ein Gas sowie für eine Dampfzugabe verbunden wird. Ferner kann die mobile Aufheizvorrichtung mit einem Fördergebläse ausgestattet sein, aber auch Druckluft oder Stickstoff in Kartuschen kann dem Bereitstellen von Druckerhöhung dienen. Da diese Ausstattungen nur im Servicefall benötigt werden, ist eine reguläre und kostenintensive Ausstattung des Adsorbers nicht erforderlich, das Serviceteam kann diese Ausrüstungsgegenstände mitbringen und im Bedarfsfall anschließen.
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In weiteren Ausgestaltungen des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Zufuhreinrichtung für erhitztes Gas einen Adapter aufweist, der mit dem Gaseinlass des Adsorbers formschlüssig, abdichtend und fest verbunden werden kann und der gemeinsam mit dem Adsorber ohne weitere Demontage aus dem Wärmepumpengehäuse entnommen werden kann. Im Idealfall wird die Zufuhreinrichtung als Außenrohr über den Adsorber so platziert, dass sich ein doppelwandiges Rohr ergibt. Die Aufheizvorgänge und die nachfolgende Abkühlung erfahren hierdurch einen Wärmetauschereffekt.
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In weiteren Ausgestaltungen ist vorgesehen, dass
- - die Vorrichtung zur Abführung der desorbierten Abluft eine Messeinrichtung für das gasförmige brennbare Arbeitsfluid, für den Sauerstoffgehalt und die Temperatur aufweist,
- - die Vorrichtung zur Abführung der desorbierten Abluft einen Abzweig für Sekundärluft besitzt, mit welchem Abluft zur Zuführeinrichtung geleitet wird,
- - eine Leitung für die Abluft zur Verbrennung in die Heizeinrichtung und eine weitere Leitung für das Rauchgas zur Zuführeinrichtung vorgesehen werden.
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Darüber hinaus sind in der Abführvorrichtung Leitungen ins Freie sowie Auffangmöglichkeiten für Arbeitsfluid entsprechend dem bekannten Stand der Technik vorgesehen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein Verfahren gelöst. Hierbei unterscheidet sich das Verfahren vom bekannten Stand der Technik vor allem durch das Ziel der Demontierbarkeit und der Transportfähigkeit des Adsorbers. Die Erfindung löst dies mit einem Verfahren zur Herstellung der Transportfähigkeit eines Adsorbers für gasförmige Stoffe, der ein kontaminiertes Adsorbat enthält, der Adsorber
- - aufweisend einen Gaseinlass und einen Gasauslass, ein durchströmbares Adsorbens, sowohl am Gaseinlass als auch am Gasauslass gasdurchlässige Rückhalteeinrichtungen für Adsorbensmaterial,
- - angeordnet in oder am Gehäuse einer Wärmepumpe, welche aufweist,
- - mindestens einen Verdichter für Arbeitsfluid, mindestens eine Entspannungseinrichtung für Arbeitsfluid, mindestens zwei Wärmeübertrager für Arbeitsfluid mit jeweils mindestens zwei Anschlüssen für Wärmeüberträgerfluide,
- - wobei die Wärmepumpe mit einem brennbaren Arbeitsfluid betrieben wird,
- - mit dem Gaseinlass des Adsorbers eine Zuführvorrichtung für ein erhitztes Gas vorgesehen ist,
- - mit dem Gasauslass des Adsorbers eine Vorrichtung zur Abführung der desorbierten Abluft vorgesehen ist,
- - in den Adsorber erhitztes Gas in seinen Gaseinlass eingeleitet wird und ein Gasgemisch aus seinem Gasauslass gezogen wird, welches desorbiertes Arbeitsfluid enthält,
- - aus dem abgezogenen Gasgemisch ein Teilstrom entnommen und verbrannt wird,
- - und das verbrannte Gasgemisch dem erhitzten Gasgemisch beigemischt wird.
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Wesentlich dabei ist, dass zu keinem Zeitpunkt ein zündfähiges Gemisch außerhalb der dafür vorgesehenen Verbrennungseinrichtung entsteht. In einer Ausgestaltung ist daher vorgesehen, dass am Gasauslass des Adsorbers der Gehalt des desorbierten Arbeitsfluids, der Sauerstoffgehalt und die Temperatur gemessen werden und die Verbrennung des Teilstroms des abgezogenen Gasgemischs mit Luft stöchiometrisch ohne Sauerstoffüberschuss erfolgt. Durch die stöchiometrische Verbrennung wird kein Sauerstoff in das Gasgemisch eingetragen, welches zur Aufheizung des Adsorbers genutzt wird.
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Weil zu Beginn des Desorptionsvorgangs noch Luft im Adsorber vorhanden ist, muss die Aufheizung des Adsorbers zunächst langsam erfolgen, bis die vorhandene Luft durch das Inertgas ersetzt ist. Es ist daher vorgesehen, dass zu Beginn der Gaszufuhr zum Gaseinlass des Adsorbers erwärmtes Inertgas zugeführt wird, wobei die Erwärmung nach der erforderlichen Desorptionswärme bemessen wird. Sofern günstig vorhanden, kann auch Dampf hierfür benutzt werden. Sofern als Inertgas Stickstoff verwendet wird, der aus einer Druckkartusche mitgeführt wird, findet bei der Druckentspannung aufgrund des Joule-Thomson-Effekts eine deutliche Abkühlung statt, die ebenfalls durch entsprechende Erwärmung zu kompensieren ist.
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Sobald kein Sauerstoff mehr im Adsorber ist, was beispielsweise am Adsorberauslass mittels einer Lambda-Sonde gemessen werden kann, kann der Aufheizvorgang des Adsorbers erfolgen, wobei das Adsorptiv desorbiert. Das Ende der Desorption kann dadurch erkannt werden, dass kein Adsorptiv mehr am Adsorberauslass zu finden ist.
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Sobald dies der Fall ist, kann Luft durch den Adsorber geleitet werden, worauf er sich abkühlt. Entzündungsgefahr besteht dann nicht mehr. Es ist daher vorgesehen, dass nach Beendigung der Erwärmung des dem Adsorber zugeführten Inertgases Umgebungsluft in den Adsorbereinlass gefördert wird, bis die Temperatur am Adsorberauslass eine Temperatur erreicht hat, die einen sicheren Transport in einer Transportverpackung zulässt.
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Das Verfahren eignet sich für alle bekannten brennbaren Arbeitsfluide wie z.B. R290, R600a, R1270 und alle kohlenwasserstoffhaltigen Stoffe und Gemische sowie für die üblichen Adsorbenzien. Es eignet sich besonders für Aktivkohle als Adsorbens und R290 als Adsorptiv.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von vier Prinzipskizzen näher erläutert. Hierbei zeigen
- 1 eine Anordnung mit Wärmepumpengehäuse, Adsorber, Adaptern und Anschlüssen,
- 2 darüber hinaus eine Variante mit Wärmerückgewinnung,
- 3 eine weitere Variante mit Wärmerückgewinnung.
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1 zeigt ein Wärmepumpengehäuse 1 mit einem Adsorber 2, der über einen Einlass 3 für Gas aus einer Kontaminationsquelle verfügt. Während der Beladung durch Kontamination ist dieser Einlass 3 offen. Dann strömt das kontaminierte Gas im Adsorber 2 durch den Korb 4 in die Schüttung 5, die das Adsorbens bzw. im beladenen Zustand das Adsorbat bildet. In dieser Schüttung 5 können mehrere verschiedenen Schüttungen unterschiedlicher Adsorbenzien einschließlich Schutzschichten angeordnet sein. Zum Auslass 7 hin wird die Schüttung 5 durch ein Haltegitter 6 begrenzt. Im Regelfall verlässt das von Kontaminationen befreite Gas den Adsorber 2 über den Auslass 7, der stets offen ist. Derartige Adsorbertechnologie ist üblicher Stand der Technik.
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Zum thermischen Desorbieren dient der Adapter 8, der auf seiner Unterseite den Adapterdeckel 9 hat, der beim Einführen des Adapter 8 durch die Öffnung 10 des Wärmepumpengehäuses 1 nach Öffnen des Gehäusedeckels 11 automatisch geschlossen wird. Je nach Bauart des Gehäuses und Anordnung des Adsorbers kann der Gehäusedeckel auch beispielsweise an der Gehäuserückseite oder an einer der Gehäuseseiten sein, was aber am Prinzip nichts ändert.
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Danach wird der Einsatz 12 in den Auslass 7 des Adsorbers 2 eingesetzt, dieser Einsatz 12 dichtet den Adsorber 2 gegen das Wärmepumpengehäuse 1 und den Adapter 8 ab. Der Einsatz 12 ist mit der Abgasleitung 13 verbunden, in der eine Messsonde 14 die Temperatur, den Sauerstoffpartialdruck und den Partialdruck von Propan misst, oder den jeweiligen entzündlichen kohlenwasserstoffhaltigen Gehalt, wenn ein anderes Kältemittel bzw. Arbeitsfluid verwendet wird. Bei ordnungsgemäßer Anwendung kann kein entzündliches Gemisch in der Abgasleitung 13 vorliegen.
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Zu Beginn der thermischen Desorption wird zunächst ein Inertgas zugeführt, vorzugsweise Stickstoff aus einer Kartusche 15, hierzu wird das Absperrventil 16 geöffnet. Aufgrund der Abkühlung durch Druckentspannung muss das Inertgas etwas aufgeheizt werden, dies geschieht, nachdem das Inertgas durch das leerlaufende Fördergebläse 17 in der Heizvorrichtung 18 entsprechend aufgewärmt wird. Das leicht erwärmte Inertgas wird in der Gaszugabe 20 in den Adapter 8 eingeleitet, wo es im Gegenstrom mantelseitig am Adsorber 2 nach unten strömt, danach durch den Einlass 3 in den Adsorber 2 einströmt und in der Schüttung 5 den Desorptionsvorgang einleitet. Dabei wirkt zunächst nur die Partialdruckerniedrigung des Adsorptivs desorbierend.
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Aus der Schüttung 5 tritt das Gasgemisch, welches Inertgas, Restluft aus dem Lückenvolumen der Schüttung 5 und desorbiertes Arbeitsfluid enthält, in den Einsatz 12 und von dort in die Abgasleitung 13, die ins Freie führt. Dort werden die Komponenten gemessen, im Regelfall ergibt sich ein leicht überfettetes Gemisch, dessen Sauerstoffgehalt für eine Entzündung zu niedrig ist. Ausgenommen sind nur solche Fälle, in denen kaum Adsorptiv auf dem Adsorbat ist, was man nicht immer vorab sicher wissen kann, in solchen Fällen bewirkt aber der hohe Inertanteil, dass das Gemisch trotzdem nicht entzündlich ist.
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Von der Abgasleitung 13 wird im Abzweig 21 ein Teilstrom abgezogen und mit Luft 23 in der Brennkammer 24 verbrannt. Die Messsonde 14 ermittelt dabei den stöchiometrischen Luftbedarf und regelt das Ventil 22 entsprechend. Das entstandene Heißgas 25 wird dem Inertgas beigemischt und führt zur Erwärmung. Durch die Erwärmung verstärkt sich die Desorption und es entsteht ein selbstregelnder Kreislauf, der durch Variation der Stickstoffzugabe, durch Dampfzugabe und durch die Leistung des Fördergebläses moderiert werden kann, bis ein Zustand erreicht ist, in dem keine weitere Desorption stattfindet und in der Messsonde 14 auch kein Arbeitsfluid mehr gemessen werden kann.
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Die Stickstoffzugabe kann dann durch Schließen des Absperrventils 16 beendet werden, während die Luft 23 weiter durch die Brennkammer 24, in der keine Verbrennung mehr stattfindet, mittels des Fördergebläses 17 auf demselben Weg durch den Adsorber 2 gefördert wird und zur Abkühlung führt. Hierzu wird die Luft 25 aus der Brennkammer 24 in die Zuleitung vor das Fördergebläse 17 geführt. Die Luftbilanz wird durch Schließen des Ventils 22 ausgeglichen, indem die Luft 23 letztlich über die Abgasleitung 13 ins Freie geführt wird.
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Sobald der Adsorber 2 abgekühlt ist, was anhand der Temperatur der Messsonde 14 leicht feststellbar ist, kann der Adapter 8 entnommen und geöffnet werden und der Adsorber 2 kann in eine Transportverpackung gelegt werden. Er ist dann transportfertig und kein Gefahrgut mehr.
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2 zeigt eine Variante mit Wärmerückgewinnung. Die Abgasleitung 13 wird dabei ohne Abzweig eines Teilstroms direkt über das Ventil 22 mit Luft 23 in der Brennkammer 24 verbrannt. Das heiße Abgas 25 wird in den Wärmetauscher 25 geleitet und nach Abkühlung als Abgas 27 ins Freie geleitet. Hierdurch wird die Luftbilanz ausgeglichen. Zusätzlich zur Luft 23 für die Verbrennung in der Brennkammer 24 wird zur Einstellung der Luftmengen ein Frischluftstrom 28 aus der Umgebung gezogen und im Wärmetauscher 26 erwärmt, wodurch Wärme zurückgewonnen wird. Über das Vierwegeventil 30 wird diese erwärmte Luft 29 in die Zuleitung vor das Fördergebläse 17 geführt. Zusätzlich kann bei Bedarf auch direkt Frischluft 31 in das Vierwegeventil 30 eingeleitet werden. Durch das Mischungsverhältnis von Frischluft 28 zu Frischluft 31 kann die Temperatur vor dem Fördergebläse 17 optimal eingestellt werden.
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3 zeigt eine weitere Variante mit Wärmerückgewinnung. Hierbei wird die heiße Luft 25 aus der Brennkammer 24 über das Dreiwegeventil 32 anteilig als erwärmte Luft 29 über das Vierwegeventil 30 in die Zuleitung vor das Fördergebläse 17 geführt. Zusätzlich kann bei Bedarf auch hier direkt Frischluft 31 in das Vierwegeventil 30 eingeleitet werden. Die Luftbilanz kann wahlweise über die Abgasleitung 13 oder die Abgasleitung 27 geschlossen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wärmepumpengehäuse
- 2
- Adsorber
- 3
- Einlass
- 4
- Korb
- 5
- Schüttung
- 6
- Haltegitter
- 7
- Auslass
- 8
- Adapter
- 9
- Adapterdeckel
- 10
- Öffnung
- 11
- Gehäusedeckel
- 12
- Einsatz
- 13
- Abgasleitung
- 14
- Messsonde
- 15
- Kartusche
- 16
- Absperrventil
- 17
- Fördergebläse
- 18
- Heizvorrichtung
- 19
- Dampf
- 20
- Gaszugabe
- 21
- Abzweig
- 22
- Ventil
- 23
- Luft
- 24
- Brennkammer
- 25
- Heißgas/ Kaltluft
- 26
- Wärmetauscher
- 27
- Abgas
- 28
- Frischluft
- 29
- Warmgas
- 30
- Vierwegeventil
- 31
- Frischluft
- 32
- Dreiwegeventil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 3160639 B1 [0002]
- EP 3486582 A1 [0006]
- EP 3772369 A1 [0006]
- EP 3693683 A1 [0006]
- EP 3771905 A1 [0006]
- WO 2015/032905 A1 [0009]
- DE 102011116863 A1 [0010]
- DE 19525064 C1 [0011]
- DE 202008004686 U1 [0014]
- DE 102008017487 B4 [0014]
- EP 521239 B1 [0014]
- DE 1719584 [0015]
- EP 383010 A2 [0016]
