Membranabsorber für die Absorptionskältetechnik

Die Absorptionskälte ist insbesondere dann, wenn Abwärme zum Antrieb des Prozesses kostengünstig zur Verfügung steht, eine attraktive Alternative zur Kompressionskälte. Heute ist der Einsatz von Absorptionskälteanlagen meist auf größere industrielle Anlagen beschränkt. In kleineren Anlagen für den Hausgebrauch und im mobilen Bereich konnte sich die Absorptionskälte bislang nicht durchsetzen. Gründe dafür sind die Baugröße der Absorber, die damit verbundenen Kosten und der Platzbedarf sowie die Lageempfindlichkeit der Absorber. Die Membrantechnologie kann einen wichtigen Beitrag leisten, um der Absorptionskältetechnik neue Anwendungsfelder im mobilen Bereich und in Haushalten zu eröffnen. Dies liegt hauptsächlich an den hohen volumenbezogenen Oberflächen der Membrankontaktoren im Vergleich zu konventionellen Absorbern, an der Robustheit und am verbesserten Wärme- und Stoffübergang durch hohe Strömungsgeschwindigkeiten. In der vorliegenden Arbeit wurden Membranmodule konzipiert und in einer Laboranlage mit der Stoffpaarung Ammoniak/Wasser getestet. Ein Modell der Membranabsorption wurde entwickelt, anhand der Messergebnisse parametriert und in ein Simulationswerkzeug implementiert. Abschließend wurde ein Membranabsorber in eine Absorptionskälteanlage eingebaut und erfolgreich betrieben. Dabei wurden die Laborergebnisse bestätigt; durch den Einsatz von Membranen kann die Absorbergröße im Vergleich zum Plattenabsorber um 50 bis 90 % reduziert werden. Rohrbündelabsorber sind nochmals um einen Faktor 10 größer. Die Untersuchungen zeigen, dass für den effizienten Einsatz der Membranabsorber die Packungsdichte der Membranen, die Strömungsführung, der Druckverlust und die Porengeometrie optimiert werden müssen. Dabei gilt es, Flüssigkeitsdurchbrüche sicher zu vermeiden bzw. Vorkehrungen zu treffen, dass die Flüssigkeit wieder aus dem Gasraum entfernt werden kann. Wichtig ist ebenfalls eine zuverlässige Funktion der Klebe- und Dichtstellen. Weiteres Potenzial zukünftiger Entwicklungen steckt in der Integration der Kühlung in die Membranmodule, der Optimierung des Desorbers durch Einsatz von Membranapparaten und einer Substitution der Stoffpaarung Ammoniak/Wasser, zum Beispiel durch Kohlendioxid als Kältemittel und einem ionischen Fluid als Lösungsmittel.