OpenSorp -Open absorption storage systems for heating of residential buildings and for air drying applications
Die Luftkonditionierungsanlage wurde 2013 errichtet und besteht unter anderem aus Heiz- und Kühleinheiten sowie einer Dampflanze.
Labor-Teststand zur Vermessung eines Absorbers: Hinten im Bild ist die Luftkonditionierungsanlage, in der Mitte der Absorber und vorne der Behälter für die LiCl-Lösung zu sehen.
Absorberkomponente: Das Sorbens strömt in vertikaler Richtung entlang aufgespannter Textilien; Luft wird im Kreuzstrom dazu (von vorne nach hinten) geleitet.
Absorberkomponente aus Platten sind mit Textilien bespannt.
Ein Rohrbündel-Wärme- und Stoffübertrager dient als Regenerator. Die Kupferrohre sind beschichtet und mit Textilien ummantelt.
Mobile Sorptionsanlage zur Trocknung eines Heuballens. Die Anlage ist in einem Seecontainer (hinten im Bild) installiert.
Mobile Sorptionsanlage
Nahaufnahme einer mobilen Sorptionsanlage:. Zu erkennen sind Absorber, Regenerator, Wärmerückgewinnung, Heizeinheit, Ventilator, 1 m³-LiCl-H2O-Speicher sowie ein Volumenstromsensor (vortex).
Das Lösungskalorimeter dient der Bestimmung der Verdünnungsenthalpie (im Titrationsbetrieb) sowie zur Bestimmung der gesamten freigesetzten Wärme, in Folge der Lösung des Wasserdampfes im Elektrolyten (im Perfusionsbetrieb).
Mit Hilfe dieses Messstandes kann der Dampfdruck in Abhängigkeit der Konzentration und der Temperatur aufgenommen werden. Die Temperatur wird durch ein Badthermostat präzise eingestellt.
Über eine Ionen-Tauschsäule ist es möglich, verschiedene Sorbentien herzustellen und diese anschließend zu untersuchen. Hierdurch kann eine Struktur-Eigenschaftsbeziehung aufgestellt werden.
Die Viskosität spielt ebenfalls eine wichtige Rolle bei der Benetzung der Textile im Absorber. Mit diesem Rotationsviskosimeter können die neuen Sorbentien unkompliziert vermessen werden.
Skizze eines Sorptionssystems zur Trocknung von landwirtschaftlichen oder industriellen Produkten: Die Umgebungsluft wird im Absorber getrocknet (rechts) und dem Trocknungsgut zugeführt. Die verdünnte Lösung wird mit der Umgebungsluft unter Zufuhr von Wärme regeneriert (links).
Skizze des Absorptionsprozesses: Wasserdampf der Luft wird von dünnen LiCl-Lösungsfilmen absorbiert, die an vertikalen Platten entlang strömen.
Scheme of an absorber made of twin-wall plates. Top: Distribution system of the liquid desiccant solution. Heat can be removed during the absorption process by water that flows through the twin-wall plates.
Mit einem Finite-Differenzen-Modell berechnete Ergebnisse der Phasengrenztemperatur zwischen Sorbensfilm und Luft
Ein- und Austrittstemperaturen und relative Luftfeuchten im zeitlichen Verlauf - Messwerte an einem kleinen Absorber-Modell (Austauschfläche: 4 m²).
Der Dampfdruck im Temperaturbereich zwischen 20 und 30°C wurde mit der abgebildeten Mess-Station aufgenommen.
Ergebnisse der Messungen der Verdünnungswärme aufgetragen gegen die Massenprozent an Elektrolyt in der Lösung
Short description
The research in the OpenSorp project is based on liquid desiccant technology in an open absorption cycle for air drying, air conditioning, and heating of buildings. The project can be divided into different sub-categories; those are: 1. evaluation of different system concepts, 2. design, construction, and experimental analysis of components and systems, 3. development of hygroscopic fluids (desiccants), 4. detailed modelling, and 5. detailed experimental investigation of heat and mass transfer. An open absorption system consists of the main components: absorber, regenerator, storage tanks, and heat exchangers. Humid air is dried in the absorber with help of a desiccant (for example, LiBr-H2O, LiCl-H2O, or CaCl2-H2O, a salt-water mixture) and is simultaneously heated by the heat release during the condensation of water vapor. Regarding the aimed application, the air can be used for drying and/or heating purposes. The diluted soultion is re-concentrated in the regenerator, where it is heated to increase its water vapor pressure. The heating water for the regeneration process can be supplied from solar flat-plate collectors or by a waste heat source. In that way, the energy can be stored for a long-term as a concentrated desiccant solution in a thermochemical energy storage form. In the case of heat demand, the stored energy can be extreacted in the absorber through water vapour absorption process.
Within this project, a new test environment was set up in the laboratory. Three handling units were installed to control the required conditions of all circulated fluids for the absorption and the regeneration experimental setup. The handling units emulated predefined boundary conditions (flow rates, temperatures, and mass fractions) in order to study the dynamic behavior of the sorption systems. In addition, the test facility is equipped with an infrared thermal imaging camera and test-rig for detailed information on the temperature distribution over the absorber and regenerator exchange surface. Furthermore, high precision calorimetry is utilized for the development of new sorbents.
A mobile demonstration plant was accomplished for drying applications and namely for drying hay bales. In the demonstration plant was installed in an agricultural Domain in Frankenhausen- North Hesse in Germany. The target of this demonstration plant was to dry baled hay from the neighborhood. The hay is baled with a moisture content of about 26 %. The moisture content needs to be reduced to about 10-12% before stored so that it can be processed and safely stored for increased periods of time.
A detailed numerical model (finite difference method) as well an effectiviness model was developed for the description of the heat- and mass transfer in the absorber and the regenerator. The project is financed by the German Federal Ministry for Education and Research (BMBF) in the framework of the subsidy initiative “Energy Storage”.
Duration
09.2012 - 09.2017
Support
Supported by Bundesministerium für Bildung und Forschung
Förderkennziffer: 03SF0444