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Kompaktes Kühlen mit Abwärme – wie geht das?

© Foto Fraunhofer IFAM Dresden Wärmeübertrager mit aufgelöteten Aluminium-Faserstrukturen

© Foto Fraunhofer IFAM Dresden
Wärmeübertrager mit aufgelöteten Aluminium-Faserstrukturen

In vielen industriellen Betrieben fällt Abwärme in großen Mengen bei relativ geringen Temperaturen an. Gleichzeitig gibt es einen Kühlbedarf, der gedeckt werden muss. Wäre es nicht günstig, die Abwärme für das Kühlen nutzen zu können? Auch solar erzeugte niedergrädige Wärme steht gerade im Sommer im Überfluss zur Verfügung, wenn wenig geheizt werden muss, aber Kühlung umso willkommener wäre. Für solche Anwendungsfälle hat die SorTech AG in Kooperation mit dem Fraunhofer IFAM und dem Fraunhofer ISE eine Kühlmaschine entwickelt, die nur mit dem ungiftigen und umweltfreundlichen Medium Wasser arbeitet und deutlich kompakter als bisher verfügbare Lösungen ist.

Im Rahmen des BMWi-geförderten Projektes «Entwicklung einer Gasadsorptionswärmepumpe mit einem aufkristallisierten Zeolithwärmeübertrager und einem neuartigen Verdampfer-Kondensatorapparat (ADOSO)» entwickelte das Fraunhofer IFAM in Dresden zusammen mit der Stiebel Eltron GmbH und der SorTech AG sowie dem Fraunhofer ISE in Freiburg eine hocheffiziente Adsorptions- Wärmepumpe für die Bereitstellung von Warmwasser und Heizenergie in Wohngebäuden. Diese Technologie lässt sich mit einer etwas anderen Verschaltung ebenfalls für das Kühlen mit Abwärme nutzen.

Möglich wird dies durch den Einsatz zellularer Metalle, in diesem Falle versinterter Aluminium-Faserstrukturen. Auf diese Weise entstehen rein metallische offenporöse Strukturen mit sehr hohen spezifischen Oberflächen, auf die der Zeolith aufkristallisiert wird. Durch den hohen Porenanteil von 75 % wird ein guter Zutritt des Wasserdampfes an die Zeolith-Oberflächen auch im Inneren der Strukturen ermöglicht. Der Zeolith spielt eine Schlüsselrolle im Kühlprozess, denn hier wandern die zappelnden Wasserdampfmoleküle in maßgeschneiderte Nanoporen, in denen sie wie in einem Käfig eingesperrt werden. Dort können sie sich nicht mehr bewegen und geben ihre Bewegungsenergie in Form von Wärme an den Zeolith ab, von wo sie über die Aluminium-Faserstruktur weiter an einen Kühlwasserkreislauf geleitet wird. Bei der Desorption des Wasserdampfes wird dieser Prozess umgekehrt und dem Zeolith Wärme zugeführt, so dass die Wasserdampfmoleküle wieder aus dem Zeolith freigesetzt werden.

Im Projekt ADOSO konnten maßgebliche Verbesserungen bei Werkstoffen, Fertigungsprozessen und der Systemarchitektur erzielt werden. Die große Oberfläche des Metallfaserwerkstoffs gepaart mit der dünnen Zeolith-Schicht beschleunigt die Dynamik der Ad- bzw. Desorption des Wasserdampfes erheblich gegenüber dem Stand der Technik und ermöglichte bei dem bislang getesteten, nicht weiter optimierten ersten Prototypen bereits eine Verdoppelung der Leistungsdichte auf 300 W/l.

Die SorTech AG plant nun, im nächsten Jahr eine erste Serie von kompakten Zeolith-Kühlgeräten mit den neuen Aluminium-Faserstrukturen auf den Markt zu bringen. Derselbe technologische Ansatz wird derzeit auch im durch die Fraunhofer-Zukunftsstiftung finanzierten Projekt HARVEST weiterentwickelt, um zukünftig auch Wärmepumpen mit dieser Technologie bauen zu können.

Weitere Informationen: www.ifam.fraunhofer.de/

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