Adsorptionskältemaschine
Eine Adsorptionskältemaschine ist eine Sorptions-Kältemaschine, die mit einem festen Sorptionsmittel arbeitet. Solche Sorptionsmittel sind z. B. bekannt als Aktivkohle, Zeolith, Silikagel u. ä., also Stoffe, die sehr feinporös sind und demzufolge eine sehr große innere Oberfläche besitzen, an der sich ein gasförmiges Fluid in nur wenigen Moleküllagen anlagert. Diese Anlagerung an einen Feststoff wird in der Verfahrenstechnik als Adsorption bezeichnet. Physikalisch-energetisch gesehen entspricht sie einer Kondensation, weshalb bei diesem Vorgang Kondensationswärme frei wird. Den umgekehrten Vorgang bezeichnet man dementsprechend als Desorption, für den Verdampfungswärme aufgebracht werden muss.
Die Ad-/Desorption erfolgt bei einer höheren Temperatur als die Verdampfung/Kondensation an einer glatten Oberfläche bei gleichem Umgebungsdruck. Es liegen also unterschiedliche Siedepunkte vor und damit ist die Grundvoraussetzung für eine Kältemaschine gegeben.
Die Adsorptionskältemaschine besteht aus einem Ad-/Desorber und einem Verdampfer/Kondensator, die in einem gemeinsamen Behälter untergebracht oder mit einem Rohr miteinander verbunden sind.
Der wesentliche Unterschied zu einer Kältemaschine besteht darin, dass sowohl Ad- und Desorber als auch Verdampfer/Kondensator jeweils aus demselben Apparat bestehen, ihre jeweilige Funktion jedoch zeitversetzt erfüllen. Deshalb ist die Adsorptionskältemaschine eine diskontinuierlich arbeitende Kältemaschine.
Zum Transport des Kältemittels ist lediglich eine entsprechende Temperierung des Sorptionsmittels erforderlich. Führt man diesem Wärme geeigneter Temperatur zu, so findet eine Desorption statt, d. h. das Kältemittel wird aus den Poren ausgetrieben und kondensiert im Verdampfer/Kondensator, der als Kondensator fungiert, indem die Kondensationswärme bei hoher Temperatur abgeführt wird. Wird danach die Temperatur im Sorptionsmittel und damit der Druck abgesenkt, so fungiert es als Adsorber, indem es das Kältemittel als Dampf "ansaugt". Dieser entsteht im Verdampfer/Kondensator, indem diesem bei niedriger Temperatur Wärme zugeführt wird. Die Sorptionswärme muss dann bei niedriger Temperatur abgeführt werden.
Der Vorteil dieses Prozesses liegt darin, dass sein Ablauf allein durch die Temperierung des Sorptionsmittels erfolgt. Deshalb kann der Behälter hermetisch und druckdicht abgeschlossen sein. Bei Verwendung von z. B. Wasser als Kältemittel arbeitet die Adsorptionskältemaschine immer im Unterdruckbereich. Der apparative Aufbau ist relativ einfach, weil für Ad-/Desorber und Verdampfer/Kondensator nur jeweils ein Apparat erforderlich ist.
Der Nachteil liegt vor allem darin, dass wegen der Umschaltung der Apparate "Totwärme" hin und her verschoben wird. Deshalb muss die apparative Konstruktion sorgfältig mit minimalen Wärmekapazitäten ausgeführt werden. Es ist auch vorgeschlagen worden, die Adsorptionskältemaschine mehrstufig auszuführen, was den Prozesswirkungsgrad deutlich verbessert, den apparativen Aufwand allerdings auch erhöht.