Absorptionskältemaschine

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Absorptionskältemaschine enthaltend

(a) einen Verdampfer in Form eines an einen Klimakaltwasserkreislauf angeschlossenen Wärmetauschers zum Verdampfen eines Kältemittels bei niedrigem Druck,

(b) einen Absorber .zur Absorption des in ' dem Verdampfer erzeugten Kältemitteldampfs durch ein Kältemittel-armes Lösungsmittel bei niedrigem Druck, welcher im gleichen Gehäuse wie der Verdampfer angeordnet ist,

(c) eine Lösungsmittelpurnpe zur Förderung des Kältemittel-reichen Lösungsmittels auf einen höheren Druck,

(d) Mittel zum Zufuhren von Heißwasser aus einer Heißwasserquelle,

(e) einen von dem Heisswasser durchflosseiien Austreiber, zum Verdampfen des Kältemittels aus dem Lösungsmittel, und (f) einen Kondensator zum Verflüssigen des Kältemitteldampfs bei dem höheren Druck in Form eines von Kühlflüssigkeit durchflossenen Wärmetauschers, der im gleichen Gehäuse wie der Austreiber angeordnet ist.

Mit Absorptionskältemaschinen wird allgemein Kälte zum Betrieb von z.B. Gebäudeklimaanlagen erzeugt. Absorptionskältemaschinen nutzen Wärme je nach Anwendung auf unterschiedlichem Temperaturniveau, als Antriebsenergie zur thermischen Verdichtung eines Kältemittels, z.B. Sonnenwärme oder Abwärme. Dabei ist bis auf die geringfügige Energie für Pumpen und Regelung keine elektrische Energie erforderlich. Dadurch kann eine hohe Effizienz bei der Bereitstellung von Kälte erreicht werden.

Eine Absorptionskältemaschine umfasst im wesentlichen vier Komponenten: Verdampfer, Absorber, Austreiber (auch als Generator bezeichnet) und Kondensator. In dem Verdampfer wird das Kältemittel, z.B. Wasser, auf niedrigem Druckniveau verdampft. Dabei entzieht das Kältemittel einem Klimakaltwasser-Kreislauf Energie, d. h. es wird die Kälteleistung erbracht. Dies erfolgt zum Beispiel in der Form, daß Wasser eines Gebäude-Klimakaltwasser-Kreislaufs durch den als Wärmetauscher ausgebildeten Verdampfer fließt und dort abgekühlt wird. In einem Absorber wird der Kältemitteldampf von einem Absorptionsmittel, zum Beispiel konzentrierte LiBr-Lösung absorbiert. Dadurch liegt das Kältemittel nun in der Lösung in flüssiger Form vor. Das durch den Absorptionsvorgang in der Li-Br-Lösung gelöste Kältemittel wird auf ein höheres Druckniveau in einen Austreiber gepumpt. Der Absorber umfasst einen Wärmetauscher, der von Kühlflüssigkeit auf einem mittleren Temperaturniveau durchflössen ist. Der Austreiber umfasst einen Wärmetauscher, der von heißem Wasser durchflössen ist. Das heiße Wasser wird zum Beispiel mittels Solarenergie erzeugt. In dem Austreiber wird das Kältemittel aus der Kältemittel-reichen Lösung verdampft und nimmt dabei Energie auf. Die Kältemittel-arme Lösung, also zum Beispiel die konzentrierte LiBr-Lösung steht dann wieder für den Absorptionsprozess zur Verfügung. Das verdampfte Kältemittel wird in einem Kondensator verflüssigt und anschließend wieder mittels = einer Drosselvorrichtung auf ein niedrigeres Drackniveau gebracht. Es steht dann im Verdampfer wieder zur Verfügung. Der Kondensator umfasst ebenfalls einen Wärmetauscher, der von Kühlflüssigkeit auf einem mittleren Temperaturniveau, z.B. Umgebungstemperatur durchflössen ist.

Stand der Technik

Üblicherweise werden Absorptionskältemaschinen in einem Leistungsbereich oberhalb von 200 kW betrieben. Diese Anlagen sind groß, für kleine Anwendungen teuer und arbeiten mit vergleichsweise hohen Antriebstemperaturen. Es besteht aber auch ein. Bedarf an kleinen, kostengünstigen Anlagen.

Aus der Veröffentlichung „Weiterentwicklung und Feldtest einer kompakten 10 kW H2O-LiBr Absorptionskälteanlage" von P. Kohlenbach, S. Medel y Molero, C. Schweigler, M. Harm, J. Albers, A. Kühn und S. Petersen, veröffentlicht auf dem 3. Symposium Solares Kühlen, FH Stuttgart, 26./27.04.2004, und der Veröffentlichung „Absorptionskaltwasserersatz zur solaren Kühlung mit 10 kW Kälteleistung" von C. Schweigler, A. Costa, M. Högenauer-Lego, M.Harm und F. Ziegler, veröffentlich auf der jährlichen Tagung des Deutschen Kälte- und Klimatechnischen Vereins e.V. (DKV), Ulm, Nov. 2001, ist eine solarbetriebene Absorptionskälteanlage im unteren Leistungsbereich bekannt. Die Anlage kann antriebsseitig auf niedrigem Temperaturniveau durch herkömmliche Flachkollektoren mit Heisswasser versorgt werden. Die Anordnung weist in jeweils einem gemeinsamen Behälter angeordnete Apparatepaare Verdampfer/Absorber und Austreiber/Kondensator auf. Der Behälter mit dem Verdampfer und dem Absorber ist unterhalb des Behälters mit dem Ausrreiber und dem Kondensator angeordnet. Dadurch wird eine kompakte Anordnung erreicht, die transportabel ist und z. B. auch durch Türen passt. Die Herstellung und Endmontage einer solchen Anordnung ist fabrikseitig vollständig möglich. Die Anordnung erlaubt Heisswasser-Temperaturen bis zu einer Minimaltemperatur im Bereich von 56°C.

Offenbarung der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Absorptionskältemaschine im unteren Leistungsbereich der eingangs genannten Art zu schaffen, die kompakt ist und ein verbessertes Verhältnis von Kälteleistung "und hierfür benötigter Antriebswärmeleistung (Coefficient of Performance COP) auch im Teillastbetrieb aufweist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Austreiber derart ausgebildet ist, daß Kältemittel-Arbeitsmittellösung in einem ersten Bereich am Gehäuseboden sammelt und Mittel zur thermischen Isolierung dieses Bereichs von einem Bereich, in welchem sich das in dem Kondensator verflüssigte Kältemittel sammelt. Die Erfindung basiert auf der übenaschenden Erkenntnis, daß auch im Bereich sehr kleiner Kälteleistungen Kälteanlagen mit sehr niedriger Anteiebstemperatur ein hohes Wärmeverhältnis erreichen können. Dabei gilt dies nicht nur im Vollastbetrieb, sondern insbesondere auch im Teillastbetrieb. Die Unterbindung von Wärmeleckströmen vom Austreiber zum Kondensator und/oder vom Absorber zum Verdampfer ermöglicht das Erreichen kleiner Leistungen.

Die thermische Isolierung kann dadurch erfolgen, daß die seitliche Gehäusewandung in den Übergangsbereichen zwischen Kondensator und Austreiber eine verringerte Wärmeleitfähigkeit, zum Beispiel eine verringerte Dicke aufweist. Dadurch wird der Wärmeübergang zwischen den auch als „Sümpfe" bezeichneten Bereichen am Gehäuseboden und dem Gehäuseinnenraum oberhalb dieser Bereiche entlang der Gehäusewandung wesentlich verringert.

Weiterhin kann die Trennung des verflüssigten Kältemittels im Kondensator von dem nicht verdampften Kältemittel im Austreiber durch eine thermisch isolierte Trennwandung erfolgt. Diese thermisch isolierte Trennwandung kann doppelwandig mit einem dazwischenliegenden, thermisch isolierenden Medium, insbesondere Luft oder Vakuum, ausgebildet sein. Dadurch wird der Wärmeübergang zwischen den Sümpfen weiter verringert.

Die Trennwandung kann auf den Gehäuseboden aufgeschweisst sein und der Gehäuseboden entlang der Wandung mit Bohrungen zur weiteren Verringerung des Wärmeübergangs versehen sein. Alternativ kann die Trennwandung auch durch geeignete Formung des Gehäusebodens in diesen integriert sein. In einer besonders bevorzugten Amrαhrungsforrn der Erfindung ist auch der Verdampfer als Rieselfilm-Wärmetauscher ausgebildet, bei welchem sich nicht verdampftes Kältemittel in einem ersten Bereich am Gehäuseboden sammelt und Mittel zur thermischen Isolierung dieses Bereichs von einem Bereich, in welchem sich das in dem Absorber befindliche Lösungsmittel sammelt. Die thermische Isolierung kann mit den gleichen Maßnahmen erfolgen, wie die thermische Isolierung der Sümpfe von Austreiber und Kondensator.

Vorzugsweise umfassen ein oder mehrere der Rieselfilrn- Wärmetauscher ein Rohfbündel, welches über Aufgab eröhrchen mit Flüssigkeit aus einer Verteilerwanne berieselt wird, wobei sich die Aufgaberöhrchen von der Unterseite der Verteilerwanne nach unten in Richtung des Rohrbündels erstrecken. Durch die gleichmäßige, wohldosierte Berieselung der Rohrbündel lässt sich ein besonders hoher Wärmeübergang im Wärmetauscher erreichen. Dies ermöglichen die Aufgaberöhrchen. Ein Zusammenlaufen der Tropfen wird durch sie vermieden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Vakuum-System über Absauglanzen im Absorber mit dem Gehäuseinnenraum des Verdampfer/Absorber- Gehäuses verbunden, die ein auf der Unterseite mit Bohrungen versehenes Rohr umfassen, welches sich im wesentlichen horizontal erstreckt. Die Absauglanzen können zusätzlich mit Tropfenablenkern versehen sein, welche auf die Absauglanzen rieselnde Flüssigkeit von den Bohrungen weg nach unten ablenken. Die Tropfenablenker können von einer Abdeckung gebildet sein, welche sich von der Oberseite der Absauglanze im wesentlichen gerade nach unten erstrecken. Durch die nach unten ausgerichteten Bohrungen und die Tropfenablenker wird vermieden, daß Flüssigkeit von den Absauglanzen angesaugt wird, die von oben auf diese herabrieselt.

Vorzugsweise sind im Übergangsbereich zwischen Verdampfer und Absorber und/oder im Übergangsbereich zwischen Austreiber und Kondensator übereinander angeordnete, horizontal verlaufende Lamellen vorgesehen, die in Richtung des dampferzeugenden Bereichs nach unten geneigt sind. Diese Lamellen fungieren als Tropfenabscheider zum Zurückhalten von Flüssigkeitströpfchen in der Dampfströmung. Dann fließt vorzeitig kondensierender Dampf und sonstige Flüssigkeitströpfchen zurück in den Äustreϊber bzw. Verdampfer und kann dort in einem erneuten „Versuch" verdampft werden.

Beim Abschalten der Vorrichtung muß die Kristallisation im LÖsungsmittelkreislauf vermieden werden. Bei den bekannten, großen Anlagen wird hierzu zunächst gekühlt, bevor die Anlage vollständig abgeschaltet wird. Dabei wird zunächst die Heißwasser- Zufuhr abgeschaltet und die Kühlung und die Lösungsmittelpumpe für eine gewisse Zeit darüberhinaus weiterbetrieben. Diese Nachlaufzeit liegt im Bereich von etwa einer halben Stunde und ist fest vorgegeben. Gleichzeitig wird das Lösungsmittel mit flüssigem Kältemittel aus dem Verdampfer verdünnt.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Absorptionskältemaschine nach der Erfindung sind Mittel zum Bestimmen der Konzentration des kältemittel-armen Lösungsmittels vorgesehen und Mittel zum Bestimmen der zur Vermeidung von Kristallisation minimal erforderlichen Verdünnung der Arbeits-/Kältemittellösung vor dem Abschalten der Maschine aus dieser Konzentration. Die Bestimmung der minimale erforderlichen Verdünnung vermeidet unnötig starkes Verdünnen der Arbeits-/K.ältemittellösung vor dem Abschalten der Maschine und minimiert so den Antriebswärmebedarf beim Wiederinbetriebsetzen der Anlage.

Die Mittel zum Bestimmen der Konzentration des kältemittel-armen Lösungsmittels können umfassen:

(a) Mittel zum Bestimmen der Temperatur des aus dem Austreiber austretenden Lösungsmittels,

(b) Mittel zum Bestimmen des im Austreiber und Kondensator herrschenden Betriebsdruckes,

(c) Mittel zum Bestimmen der Temperatur des aus dem Kondensator austretenden Kältemittelkondensats, (d) Mittel zum Bestimmen der Temperaturen des in den Kondensator ein- und austretenden Kühlwassers,

(e) Reclmermittel zur Bestimmung der Konzentration aus den nach (a) bis (d) ermittelten Werten.

Durch den Einsatz von Temperaturfühlern kann auf diese Weise die Regelung der Abfahrroutine besonders einfach gestaltet werden. Es sind aber selbstverständlich auch andere Mittel geeignet, mit denen sich die Konzentration bestimmen lässt.

Zur Verdünnung des Lösungsmittels kann über ein Ventil eine Verbindung zwischen einem Bereich, in welchem sich das in dem. Verdampfer befindliche Kältemittel sammelt, und dem Absorber herstellbar sein. Weiterhin können Mittel zum getakteten Öffnen des Ventils mit festem Taktintervall vorgesehen sein, und Mittel zum Berechnen der minimalen Anzahl der Öffhungsvorgänge entsprechend der berechneten minimalen Verdünnungszeit. Durch die Berechnung der optimalen Taktzahl bei festem Taktintervall und festem Volumenstrom wird sowohl die Verdünnungszeit als auch der Verdünnungsgrad eingestellt und optimiert. Es erfolgt keine übermäßige Verdünnung, die das Wiederanfahren verlängert.

Vorzugsweise ist das Kältemittel nur oberhalb einer Konzentration von 55% des Lösungsmittels zur Verdünnung zufuhrbar. Ein besonders bevorzugter Wert ist 57 %. Unterhalb dieser Konzentration ist eine Verdünnung nicht mehr erforderlich. Im Gegenteil. Eine stärkere Verdünnung verlängert die erforderliche Zeit für das Wiederanfahren, weil dann unter Energieaufwand wieder aufkonzentriert werden muß. Oberhalb dieser Konzentration besteht die Gefahr der Kristallisation. Hier sorgt die beschriebene Verdünnungsroutine für eine an die zuletzt herrschende Konzentration angepasste Verdünnung der Lösung, um unabhängig vom Betriebszustand vor dem Abfahren der Anlage einen bestimmten für den Stillstand der Anlage festgelegten Zustand einzustellen.

Zur weiteren Ausnutzung der Sonnenenergie kann ein weiterer Wärmetauscher vorgesehen sein, in welchem Wärme aus der durch den Absorber und/oder Kondensator fließenden Kuhlflüssigkeit an. das Wasser eines Schwimmbads abgegeben wird. Die Kühlflüssigkeit hat eine Temperatur im mittleren Bereich von etwa 30° und liegt dabei im allgemeinen oberhalb der Temperaturen, die ein unbeheiztes Schwimmbad aufweist. Durch den weiteren Wärmetauscher kann die Wärme aus der Kühlflüssigkeit genutzt werden und ein Kühlturm ist überflüssig. Alternativ kann die Kühlflüssigkeit auch in anderen Gewässern, wie Seen, Flüssen oder dem Ozean gekühlt werden. Damit wird der apparative Aufwand sowie der Energieaufwand für die Rückkühlung verringert und damit der Wirkungsgrad erhöht.

Eine besondere Verwendung der Absorptionskältemaschine ergibt sich mit einer Kühlanordnung zur Kühlung von Umgebungsluft und Mitteln zum Auffangen von kondensierter Luftfeuchtigkeit. Die Kühlanordnung kann von einem frei stehenden Wärmetauscher, z.B. einem Rohrbündel oder dergleichen, gebildet sein. Durch den Temperaturgradienten kondensiert in der Luft befindliche Feuchtigkeit und wird mittels eines Auffangmittels gesammelt. Auf diese Weise kann in wasserarmen Regionen mit Solarenergie Wasser gewonnen werden.

Die Absorptionskältemaschine kann mit allen gängigen Lösungsmitteln und Kältemitteln, wie LiBr/Wasser oder Wasser/NH3 betrieben werden.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Ausführungsbeispiel ist nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig.l zeigt einen Querschnitt durch eine Absorptionskältemaschine

Fig.2 ist eine Außenansicht der Absorptionskältemaschine aus Fig.l mit geöffnetem Wasserkasten Fig.3 ist eine Schemadarstellung der in der Absorptionskälternaschine aus Fig.l erforderlichen Kreisläufe

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist eine allgemein mit 10 bezeichnete, einstufige Absorptionskältemaschine dargestellt Die AbsorptionskältemascMne 10 πmfasst zwei Gehäuse 12 und 14. Das Gehäuse 12 ist oberhalb des Gehäuses 14 angeordnet. In dein Gehäuse 12 ist ein allgemein mit 16 bezeichneter Austreiber und daneben ein Kondensator 18 angeordnet. In dem Gehäuse 14 ist ein Absorber 20 und ein Verdampfer 22 angeordnet.

In dem Austreiber 16 ist ein Wärmetauscher 24 vorgesehen. Der Wärmetauscher 24 umfasst ein Robϊbündel aus 100 horizontal verlaufenden Kupferrohren 26. Kupferrohre sind kostengünstig und haben einen hohe WameleitfäHgkeitskoeffizienten. Sie gewährleisten eine gute Wärmeübertragung. Die Kupferrohre 26 sind in 20 übereinander liegenden Reihen mit je fünf Rohren nebeneinander in einer Ebene angeordnet. Die Abstände zum jeweils in der gleichen Ebene liegenden benachbarten Rohr entsprechen den Abständen der Reihen. Der Rohrdurchmesser ist 12 mm. Die Rohre sind in Bohrungen in zwei Rohrplatten 28 (Fig.2) gehalten. Die Rohrplatten 28 sind parallel zur Darstellungsebene in Fig.l angeordnet. Mit ihnen wird das Gehäuse 12 abgeschlossen. Die Rohre 26 ragen etwas über die Rohrplatten 28 hinaus und münden auf der Außenseite des Gehäuses 12 auf jeder Seite in einem Wasserkasten 30 bzw. 32. Der Wasserkasten 30 bzw. 32 ist über Zuleitungen 34 und 36 (Fig.2) mit einem solarthermischen Flachkollektor (nicht dargestellt) verbunden. Statt eines solarthermischen Flachkollektors kann auch eine andere Energiequelle genutzt werden. In dem Kollektor wird Wasser durch Sonnenwärme auf eine Wetter- und Tageszeit¬ abhängige Temperatur erhitzt und über ein Regelsystem durch die Rohre 26 des Austreib er s 16 gepumpt

In dem Gehäuse 12 ist weiterhin der Kondensator 18 angeordnet. Die Gehäusehöhe des Gehäuses 12 ist entlang des Kondensators 18 gegenüber der Höhe entlang des Austreibers 16 verringert. In dem Kondensator 18 ist ebenfalls ein Wärmetauscher 38 vorgesehen. Der Wärmetauscher 38 besteht ähnlich wie der Wärmetauscher 24 aus Kupferrohren. Für den Wärmetauscher 24 sind die Kupferrotere in 10 Reihen zu je 5 horizontal verlaufenden Rohren 40 angeordnet. Die Rohre sind jedoch jeweils gegeneinander versetzt angeordnet. Auch, hier münden die Rohre 40 hinter der Rohrplatte 28 in einen Wasserkasten 42 mit Zulauf 44 (Fig.2). Durch die Rohre 40 wird Kühlwasser geleitet. Über das Kühlwasser wird die im Kondensator entstehende Wärme über einen Kühlturm oder einen Wärmetauscher (nicht dargestellt) an einem Schwimmbad, einem See, Fluss oder dergleichen in die Umgebung abgeführt.

Die unteren Gehäusebereiche 46 und 48 des Gehäuses 12 sind durch eine Trennwandung 50 und einem Trenriblech 52 voneinander getrennt. Die Trennwandung 50 besteht aus einem an. die Grundplatte 54 aufgeschweißten U-Profil 56, mit einem Hohlraum 58. Das U-Profil 56 bewirkt eine thermische Isolierung der Bereiche 46 und 48 voneinander. Die Grundplatte 54 ist entlang des U-Profils mit Bohrungen versehen. Dadurch wird der Wärmeübergang 2wischen den Bereichen 46 und 48 ebenfalls verringert. Die Rohrplatten 28 weisen im Übergangsbereich 60 zwischen Austreiber 16 und Kondensator 18 eine geringere Dicke auf. Die entstehenden Kanten sind mit 62 und 64 in Fig. 1 bezeichnet.

Beide unteren Gehäusebereiche sind mit einem Schmutzfänger 66 in Form eines Siebs versehen, das sich parallel zur Grundplatte 54 und etwas darüber erstreckt. Über ein U- Rohr 68 und ein Absperrventil 70 (Fig.3) ist der Kondensator 18 mit dem Verdampfer 22 verbunden. Das U-Rohr 68 wirkt aufgrund des Druckunterschieds als Drossel. Dadurch wird ein. Druckunterschied zwischen dem Kondensator 18 und dem Verdampfer 22 realisiert.

Zwischen dem Austreiber 16 und, dem Kondensator 18 befindet sich eine „Dampfjalousie" aus drei lamellenartigen Tröpfchenfängern 72. Die Tröpfchenfänger 72 bestehen aus horizontal verlaufenden, planen Blechen, die in Richtung des Austreib ers nach unten geneigt sind.

Der Austreiber 16 ist mit einer Aufgabewanne 74 versehen. Die Aufgabewanne 74 befindet sich genau oberhalb der Rohre 26. Die Aufgabewanne 74 weist Aufgaberröhrchen 76 auf. Die Aufgaberöhrchen 76 erstrecken sich auf der Unterseite der Aufgabewanne 74 nach unten. Sie sind genau über der Rohrmitte des jeweils darunter liegenden Rohrs angeordnet. Kältemittel-reiche LiBr-Lösung, die sich in der Aufgabewanne befindet, tropft dann durch die Aufgaberöhrchen 76 sehr gleichmäßig auf die Rohre 26. Durch die gute Verteilung wird ein besonders guter Wärmeübergang zwischen den Heisswasser-durchströmten Rohren 26 und der Lösung erreicht.

Die arme, d.h. konzentrierte LiBr-Lösung, die am unteren Ende des Austreibers 18 ankommt, wird zunächst zu einem Lösungswärmetauscher 77 geleitet. Dies ist in Fig. 3 dargestellt. Der Lösungsmittelwärmetauscher 77 ist von dem wärmeren, Kältemittel- armen Lösungsmittel einerseits und im Gegenstromverfahren von dem etwas kälteren, Kältemittel-reichen Lösungsmittel andererseits durchflössen. Dies ist durch Pfeile 79 entsprechend dem armen Lösungsmittel und 81 entsprechend dem reichen Lösungsmittel dargestellt. In dem Lösungswärmetauscher 77 wird das Kältemittel-reiche Lösungsmittel vorgewärmt und benötigt im Austreiber weniger Energie. Umgekehrt ist das aus dem Austreiber in den Absorber gelangende Kältemittel-arme Lösungsmittel bereits etwas abgekühlt.

Von dem Lösungsmittelwärmetauscher 77 wird das Kältemittel-arme Lösungsmittel in die Aufgabewanne 82 des Absorbers 20 geleitet. Das U-Rohr 78 sowie das Absperrventil 80 erlauben für den PaIl einer im Lösungswärmetauscher 77 auftretenden Kristallisation der Lösung einen Überlauf der Lösung direkt aus dem Austreiber in den Absorber. Durch eine Kristallisation wird der Durchfluss der Lösung im Weg 79 blockiert. Der Lösungsmittelwärmetäuscher 77 drosselt den Druck auf Absorbemiveau. Der Absorber 20 ist im wesentlichen identisch aufgebaut, wie der Austreiber 16. Die arme Lösung rieselt über einen Wärmetauscher 84 und wird dabei durch das Kühlwasser gekühlt, um die Absorptionswärme abzuführen. Dabei absorbiert sie den im Verdampfer erzeugten Kältemitteldampf. Dann wird die reiche Lösung mittels einer Lösungsmittelpumpe 86 (Fig.3) wieder in die Aufgabewanne 74 des Austreibers 16 gepumpt.

Der Absorber 20 und der Verdampfer 22 werden bei etwa 10 mbar internem Betriebsdruck, der durch den Dampfdruck des Kältemittels bestimmt wird, betrieben. Zur Entfernung störender Restgase sind zwei „Absauglanzen" 88 und 90 vorgesehen, an welche ein Vakuumsystem angeschlossen ist. Die Absauglanzen 88 und 90 bestehen aus einem Rohr mit Bohrungen auf der Unterseite 92. Über dem Rohr liegt ein Tropfenablenker in Form eines Blechs, welche sich von der Oberseite des Rohres aus gerade nach, unten erstreckt. Dadurch gelangen keine von oben kommenden Tropfen in die Rohröffhungen. Eine derartige Anordnung 89 im Kondensator 18 - ebenfalls in Verbindung mit einem Vakuumsystem - wird zur Entfernung von Restgasen aus dem Kondensator 18 und Verdampfer 22 verwendet werden.

Auch, der Absorber 20 und der Verdampfet* 22 sind im unteren Bereich mit einem Schmutzfänger 94 und einer thermisch isolierenden Trennwandung 96 mit Trennblech 98 ausgestattet. Auch liier ist sind die Rohrplatten im Übergangsbereich zwischen Absorber und Verdampfer verjüngt. Die Rohre der Wärmetauscher 102 und 104 im Absorber und Verdampfer münden, wie bei dem Austreiber 16 in Wasserkästen und brauchen daher hier nicht weiter beschrieben werden. Der Wärmetauscher 102 des Absorbers weist 18 Reihen mit jeweils fünf Rohren auf. Der Wärmetauscher 104 des Verdampfers weist 16 Reihen mit jeweils vier Rohren auf. Er ist mit dem Klimakreislauf zum Beispiel einer Gebäudeklimaanlage verbunden. Auch hier ist eine Aufgabewanne 106 mit Aufgaberöhrchen 108 vorgesehen.

Das über das Rohr 68 in den Verdampfer gelangende Kältemittel wird mittels der Pumpe 112 in die Aufgabewanne 106 gepumpt und fließt über den Wärmetauscher 104. Dabei verdampft es aufgrund externer Wännemfuhi* aus dem Nutzkältekreislauf bei niedrigem Druckniveau. Der Kältemitteldampf wird im Absorber von einer konzentrierten, Kältemittel-armen LiBr-Lösung absorbiert. Im Übergangsbereich zwischen Verdampfer und Absorber sind vier lamellenfδrmige Tröpfchenfänger 110 vorgesehen. Dies weisen eine Dachform auf. Die Tröpfchen fließen dabei zurück in ihren Ursprungsbereich. Zur Sicherstellung einer guten Benetzung, wird das flüssige, nicht verdampfte Kältemittel mittels einer Pumpe 112 von unterhalb des Wärmetauschers 104 wieder in die Aufgab ewanne 106 gepumpt.

Die beschriebene Anordnung nutzt die Schwerkraft zum Überführen von Kältemittel aus dem Kondensator 18 in den Verdampfer 22, sowie vom Austreiber 16 zum Absorber 20. Sie benötigt daher nur zwei Kreislaufpumpen 86 und 112 und ist besonders kompakt. Die Drosselung des Drucks von Kondensator- auf Verdampferniveau erfolgt über ein U-Rolir 68 und die Höhendifferenz der Wassersäulen, die Drosselung des Drucks von Austreiber- auf Absorbemiveau erfolgt über den Lösungswärmetauscher 77 in Verbindung mit einem U-Rohr 180. Durch eine geeignete Regelung der Volumenströme gelingt es, den COP auch im TeiUastbereich auf einem hohen Wert zu halten. Dadurch arbeitet die Anordnung besonders wirtschaftlich..

Mit der beschriebenen, kompakten Anordnung kann eine eigene Abfahrroutine verwendet werden. Dazu werden die internen Betriebstemperaturen am Kondensator- und Austreiberaustritt ermittelt. Aus den Messwerten wird vor dem Einleiten der Abfahrroutine die Konzentration der Arbeits-/Kältemittellösung, d.h. der aktuelle Arbeitspunkt der Anlage, berechnet. Diese Daten geben nur dann eine zuverlässige Aussage über die aktuell herrschende Lösungskonzenttation, wenn im Austreiber Kältemitteldampf durch Zufuhr von Antriebswärme aus der Lösung ausgetrieben wird und der Kältemitteldampf unter Wärmeabgabe an das Kühlwasser im Kondensator kondensiert wird. Dies wird durch einen entsprechenden Temperaturanstieg des Kühlwassers beim Durchgang durch den Kondensator belegt. Die Erfassung dieser Temperaturen mittels Temperaturfuliler 116 und 120 ist ebenfalls Bestandteil der Abfahrroutine.

In einem alternativen Ausfiϊhrungsbeispiel wird die Konzentration des kältemittel-arrnen Lösungsmittels auch anders bestimmt werden. Hierfür wird die Temperatur des aus dem Austreiber austretenden Lösungsmittels mittels Temperaturfühler 174 bestimmt. Weiterhin wird der Druck im Austreiber 22 und Kondensator 18 mittels eines Druckmessers 176 bestimmt. Schließlich wird die Temperatur des aus dem Kondensator austretenden Kältemittelkondensats mittels Temperaturfühler 172 ermittelt. Aus diesen Werten wird dann die Konzentration berechnet Die Temperaturwerte schwanken aufgrund z.B. veränderlicher Sonneneinstrahlung mit der Tages- und Jahreszeit Bei geringen Heißwasser-Temperaturen arbeitet die Anlage daher bei einem anderen Arbeitspunkt, als bei hohen Temperataren. Entsprechend besteht dann eine geringere Kristallisationsgefahr.

Die Temperaturdifferenz zwischen Kühlwassereintritt und -austritt am Kondensator wird it Temperatm-fühlern 116 und 120 ermittelt. Unterschreitet diese Differenz einen vorgegebenen, kleinen Wert, z.B. 0,4K, so wird angenommen, daß keine Heizleistung mehr erbracht wird. Für diesen Fall wird die maximale Lösungsmittel-Konzentration von ca. 62% für die Kältemittel-arme Lösung angenommen. In diesem Fall öffnet ein Magnetventil 122, über welches eine Verbindung zwischen dem Kältemittelkreislauf 124 und dem Lösungsmittelkreislauf 126 hergestellt wird. Kältemittel wird dann zur Verdünnung der LiBr-Lösung beigemischt. Dadurch sinkt die Lösungsmittel- Konzentration.

Das Magnetventil 122 öffnet getaktet mit einem konstanten Taktintervall. Der Verdünnungsgrad und die Verdünnungsdauer hängen damit von der Anzahl der Öffhungsvorgänge ab. Durch geeignete Besrirnmung der erforderlichen Anzahl der Öffnungsvorgänge kann so die Verdünnungszeit der Anlage wesentlich, reduziert werden. Auf diese Weise wird die für den Stillstand der Anlage angestrebte Konzentration der Lösung eingestellt ohne die Lösung unnötig stark zu verdünnen. Im vorliegenden Fall wird nur bei Konzentrationen oberhalb von 57% verdünnt. Dadurch wird ein schnelles Wiederanfahren ermöglicht. Es muß beim Wiederanfahren nicht lange aufkonzentriert werden, bevor Kälte erzeugt wird. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Anordnung insgesamt erhöht. Die Anlage kann flexibel in vergleichsweise geringer Zeit an- und abgeschaltet werden. Im Gegensatz zu großen Maschinen mit langen Nachlaufzeiten kann die Maschine daher sehr gut auf die aktuellen Umgebungsverhältnisse eingestellt werden.

Zum Entfernen von Restgasen und Erzeugen der Druckniveaus von ca. 10 mbar im Verdampfer und Absorber sowie ca. 50 mbar im Austreiber und Kondensator wird ein allgemein mit 130 bezeichnetes Vakuum-System verwendet (Fig.3). Die Absaugung erfolgt über die Absauglanzen 88, 89 und 90 und Zuleitungen 134, 136 und 138 an den jeweiligen Komponenten. In den Zuleitungen sind Kugelhähne 140 und 142 vorgesehen. Auf diese Weise sind beide Gehäuse 12 und 14 mit der Vakuum-Pumpe 144 verbunden. In einer ersten Alternative, die in Fig.3 dargestellt ist, wird die die Vakuum-Pumpe 144 von einer Strahlpumpe gebildet. Vor der Strahlpumpe 144 ist ein mit 132 bezeichnetes Durchflußmessgerät angeordnet. Das von der Pumpe 86 gepumpte reiche Lösungsmittel wird als Treiberstrahl aus dem Lösungsmittelkreislauf 146 in Richtung auf die Pumpe 144 abgezweigt. Das ist mit 148 bezeichnet. Die Strahlpumpe 144 erzeugt am Anschluß 150 den gewünschten. Unterdruck. Die Zuleitungen 134 und 138 sind über die gemeinsame Zuleitung 136 mit dem Anschluß 150 verbunden, in einem Separator 152 in Form eines Blasenabscheiders wird das aus der Pumpe kommende Lösrmgsmittel/Gasgemisch getrennt. Das Lösungsmittel fließt über eine Leitung 154 zurück in den Kreislauf 146. Das Gas wird in einem Tank 156 gesammelt. Der Tank 156 ist räumlich hoher als der Absorber 20 angeordnet und mit diesem über eine Röhre verbunden. Der Separator 152 ist am tiefsten Punkt dieser Röhre angeordnet. Die Gase aus dem Separator 152 steigen im Steigrohr auf zum Tank und verdrängen dabei die im Steigrohr stehende Flüssigkeit. Entsprechend der Höhendifferenz zwischen Separator 152 und minimalem Flüssigkeitspegel im Absorber 20 kann ein relativer Überdruck im Tank 156 erzeugt werden.

Der Tank 156 oberhalb des Absorbers 20 wird in regelmäßigen Abständen von etwa einigen Wochen durch Fluten vom Gas befreit. Die Flüssigkeitshöhe im Tank wird dazu mit Flüssigkeitsfühler 168 gemessen. Zu diesem Zweck wird die ohnehin vorhandene Lösungsmittelpumpe 86 verwendet. Dann wird durch die Lösungspumpe 86 ein Druck oberhalb des Umgebungsdruckes im Tank aufgebaut. Die Leitung zwischen der Lösungspumpe und dem Lδsungswärmetauscher wird mittels des Ventils 160 geschlossen, ebenso die Ventile 140 und 142 in den Absaugleitungen 138 und 134. Auch die Leitung zwischen Separator 152 und Absorber 20 wird mittels Ventil 162 geschlossen. Die Pumpe fördert daraufhin Lösung in den Restgastank. Ein Ventil 164 am Restgastank wird geöffnet und die Restgase gegen die Umgebung ausgedrückt. Flüssigkeitsfühler 166 zeigt an, wenn der Tank mit Lösung gefüllt ist und die Ausdrückprozedur beendet ist. Bei diesem Vakuum-System ist keine eigener Motor erforderlich, vielmehr wird über die Strahlpumpe die Leistung der Pumpe 86 mitgenutzt. Alternativ kann auch eine externe Vakuumpumpe angeschlossen werden.

Da die Strahlpumpe 144 in ihrem Saugdruck begrenzt ist, kann der Treiberstrahl während des Betriebs der Anlage gekühlt werden. Dazu wird ein Doppelmantelrohr eingesetzt, in dessen inneren Bereich der Treibstrahl und in dessen äußeren Bereich Kühlwasser aus einem Teilkreis 170 des Kühlwasserkreislaufs parallel zum Absorber geleitet wird. - Die Lösung wird auf diese Weise unter das Niveau im Absorber 20 unterkühlt und der Dampfdruck reduziert.

Bei Stillstand der Anordnung bildet sich ein thermisches Gleichgewicht zwischen Anlage und Umgebung aus. Zum Zeitpunkt des thermischen Gleichgewichts wird das Lösungsmittel im Absorber stark unterkühlt und der Dampfdruck sinkt gegenüber dem Betriebszustand ab. Da in der Regel noch Kältemittel im Verdampfersumpf steht, das einen wesentlich höheren Dampfdruck hat, als das Lösungsmittel, baut sich ein Gleichgewichtsdruck auf. Es erfolgt eine Dampfbewegtmg vom Verdampfersumpf zum Absorbersumpf. Wird nun das Lösungsmittel durch die Strahlpumpe 144 geleitet, ist als maximaler Unterdruck der Dampfdruck des Lösungsmittels zu erreichen. Dadurch resultiert ein kontinuierlicher Voluinenstrom durch die Absauglanzen 88, 89 und 90. Dabei werden die Restgase mitgerissen.

In alternativen Ausführungsbeispielen wiϊd ein Hilfsabsofber oder ein Sprühabsofber statt der Strahlpumpe verwendet.

Die arme Lösung wird wie bei der Verwendung der Strahlpumpe kontinuierlich aus dem Kreislauf 146 entnommen. Im Hilfsabsorber wird diese Lösung über Kühlschlangen, in denen Kühlwasser vor/oder parallel zum eigentlichen Hauptkühlwasserstrom fließt, geleitet. Die Lösung wird dabei stärker unterkühlt als im Absorber 20. Über eine Rohrleitung ist der Dampfraum des Absorbers 20 mit dem Dampfraum des Hilfsabsorbers verbunden. Die starke Unterkühlung im Hilfsabsorber führt zu einem kontinuierlichen Dampfmassenstrom durch diese Leitung. Dabei werden auch nicht kondensierbare Gase mitgenommen. Der Wasserdampf wird im Hilfsabsorber absorbiert. In einer Fallleitung wird das Lösungsmittel dem Separator zugeführt. Über eine leichte Krürnniung am Einlauf zu dieser Fallleitung werden nicht kondensierbare Gase mitgerissen.

Statt des Hilfsabsorbers wir in einem dritten Ausfuhrungsbeispiel ein Sprühabsorber verwendet. Im Stillstand der Anlage wird wie oben anhand des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben um einen relativen Unterdruck zu erzeugen. Mittels einer Versprühdüse wird ein Lösungsnebel erzeugt. Der Nebel wird bei Anlagenstülstand stark unterkühlt und wirkt daher hygroskopisch. Er erzeugt einen Dampfstrorn vom Absorber 20 und Kondensator 18 durch die Absauglanzen 88, 89 und 90 zum Sprühabsorber. Auch hier wird das Lösungsmittel wie beim Hilfsabsorber durch ein im Einlauf gekrümmtes Fairrohr zum Separator geleitet.