Mehrstu ige _. Einrichtung mit Arbeitsfluid- und Absorptionsmittel-Kreisläufen, und Verfahren zum Betrieb einer, solchen Einrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft mehrstufige Einrichtun¬ gen zum Nutzbarmachen von Wärmeenergie und/oder Arbeit, die mit Sorptionsprozessen arbeiten und Arbeitsfluidkreis- läufen sowie Absorptionsmittelkreisläufe enthalten. Ferner betrifft die Erfindung Verfahren zum Betrieb solcher Einrichtungen.

In einem Absorptionsmittelkreislauf wird ein Arbeitsfluid in einem Absorptionsmittel absorbiert oder gelöst, in ein anderes Druckniveau übergeführt und dort wieder desorbiert oder verdampft. ( Die Begriffe Abscrpticnsmit- tel-Lösung≤mittel, Absorbieren-Lösen-Resorbieren bzw. Verdamp en-Desorbieren sollen hier technisch äquivalent,

In einem Arbeitsfluidkreislauf zirkuliert Arbeitsfluid teils im gasförmigen, teils im flüssigen und/oder absorbierten Zustand. Im absorbierten Zustand wird das Arbeitsfluid in einem Teil eines Absorptionsmittel- kreislau es transportiert. Ein Arbeitsfluidkreislauf enthält also dann den arbeitsfluidreiches Absorptionsmit¬ tel führenden Teil mindestens eines Absorptions ittel- kreislau es.

Typische, bekannte Einrichtungen dieser Gattung:

a) Die Absorberwärmepumpe und die Absorberkältemaschine.

Beide _„ arbeiten- auf dem gleichen Prinzip: Mittels Antriebswärmeenergie hoher Temperatur wird zugeführte Wärmeenergie niedriger Temperatur auf ein mittleres Temperaturniveau gehoben. (Die Begriffe "hoch", "mittel" und "niedrig" sind hier und im folgenden, soweit sich aus dem zugehörigen Text nichts anderes ergibt, als relativ zu verstehen) .

b) Der Wärme ransformator.

Ein Wärmetransformator ist eine Einrichtung, die aus zugeführter Wärmeenergie mittlerer Temperaturen Ausgangs-Wärmeenergie hoher Temperatur erzeugt, wobei außerdem Abwärme niedriger Temperatur entsteht.

c) Die Kompressorwärmepumpe und die Kompressionskälte- maschine.

Beide arbeiten auf dem gleichen Prinzip: Mittels mechanischer Antriebsenergie wird zugeführte Wärmeenergie niedriger Temperatur auf ein höheres Temperaturniveau gehoben.

d) Kompressorwärmepumpe bzw. Kältemaschine mit Absorp¬ tionsmittelkreislauf.

Diese Einrichtung unterscheidet sich von der Einrichtung gem. c) dadurch, daß der Kondensator durch einen Resorber und der Verdampfer durch einen Desorber ersetzt ist.

e) Das konventionelle Wärmekraftwerk nach Clausius-

Rankine.

f) Das Wärmekra twerk mit Absorptionsmittelkreislauf.

Diese Einrichtung unterscheidet sich vom konven¬ tionellen Wärmekraftwerk mit Boiler, Expansionsmaschine (Turbine), Kondensator und Speisewasserpumpe dadurch, daß die die Speisewasserpumpe enthaltende Verbindung zwischen Kondensator und Boilder durch einen Absorptions- mittelkreislauf ersetzt ist. Bei einer solchen Einrichtung wird aus zugeführter Wärmeenergie hoher Temperatur mechanische Energie und Abwärme niedriger Temperatur erzeugt.

Die Einrichtungen gemäß a) und b) können mit dem Sammelbe¬ griff "Absorbermaschinen" bezeichnet werden, da sie nur Absorberkreisläufe (Definition siehe unten) enthalten. Dieser Begriff soll auch die sog. Resorptionsmaschinen umfassen.

Die Einrichtungen gemäß c) bis f) bestehen aus Arbeits- fluidkreislaufen, die eine von gasförmigem Arbeitsfluid durchströmte "Druckmaschine enthalten.

Der Begriff "Druckmaschine" soll sowohl Kompressoren (also Vorrichtungen, in denen der Druck des Arbeits¬ fluids durch Arbeit erhöht wird) als auch Expansionsma¬ schinen, wie Gas- oder Dampfturbinen (also Vorrichtungen, in denen der Druck des Arbeitsfluids zum Erzeugen von Arbeit verringert wird) umfassen. Eine Strahlpumpe kann als Kombination einer' Expansionsmaschine und eines Kompressors angesehen werden.

Ein „Absorberkreislauf ist ein Arbeits luidkreislau , der mindestens einen Absorptionsmittelkreislau , jedoch keine Druckmaschine enthält. Die wesentlichsten Komponenten eines Absorberkreislaufes sind Austreiber, Kondensator, Verdampfer und Absorber, deren Funktionen als bekannt vorausgesetzt werden können. Diese Komponenten sollen hier als "Austauscheinheiten" bezeichnet werden.

Eine Austauscheinheit ist also eine Komponente eines Arbeits luidkreislaufes, in der zumindest bei bestimmten Betriebsarten der Einrichtung der Wärmeinhalt des in der betreffenden Einheit enthaltenen Arbeitsfluids und gegebenenfalls des Absorptionsmittels geändert wird. Dabei ändert sich im allgemeinen der Phasenzustand des Arbeitsfluids durch Desorbieren

1 (im Austreiber), durch Kondensieren (im Kondensator), durch Verdampfen (im Verdampfer) und durch Absorbieren (im Absorber). Die Funktionen mancher Austauscheinheiten der vorliegenden Einrichtungen kann bei verschiedenen 5 Betriebsarten der betreffenden Einrichtung verschieden sein.

Die Begriffe "Austreiber" und- "Absorber" sollen auch für Austauscheinheiten verwendet werden, die die Funktionen 0 "Desorber" und "Resorber" in einer Resorptionsmaschine ausüben.

Die oben erwähnten Austauscheinheiten und Druckmaschinen sollen im folgenden als "Hauptkc ponenten" bezeichnet werden, während Pumpen, Wärmeaustauscher, Umwegleitungen ^• (Bypässe), Lösungskühler, Rektifikatoren, Drosseln, Ventile, Sammelgefäße usw. als "Nebenkomponenten" bezeichnet werden sollen. Durch diese Definition soll jedoch weder eine technische noch eine wirtschaftliche

Bewertung der betreffenden Komponenten ausgesprochen 0 werden.

Stand der Technik

Einstufige , also einen einzigen Arbeitsf luidkreislauf

25 enthaltende Kompressor- und Absorber-Kältemaschinen und Wär¬ mepumpen (siehe z.B.ASHRAE Handbook of Fundamentals, S. 19-24) sind weit verbreitet und haben einen hohen Entwick¬ lungsstand erreicht.

0Mehrstufige Absorptions-Kältemaschinen sind z.B. aus Nieber- gal _l , W.; Sorptions-Kältemaschinen HANDBUCH DER KÄLTETECH¬ NIK , Band 7 Hrsg. R. Plank, Berlin-New York - Heidelberg, Springer-Verlag 1959, insbesondere S. 71 bis 91, bekannt.

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Weitere mehrstufige Absorptions-Kältemaschinen sind be¬ kannt aus:

DE-A-278 076 (Altenkirch u.a.);

Altenkirch, E., Zeitschrift für die gesamte Kälteindustrie 21_ (1914) S. 6-14 und 21-24;

Richter, K.H. , Journal of Refrigeration ^~ (1962), S. 105-111;

Nesselmann, K. , Zeitschrift für die gesamte Kälteindustrie 41_ (1934) S. 73-79;

Chinappa J.C.V. et al, Solar Energy 1_8, (1 76) S. 337-342;

DE-A-29 44 960 ( Sanyo ) ;

DE-A-30 14 320 ( Rojey) ;

DE-B-1 01 141 ( Space Conditioning ) ;

DE-B- 21 36 408 ; ( Carrier Co . )

US-C-38 48 430 (Trane ) ,

Aus den oben genannten Veröffentlichungen von Altenkirch ist es auch bekannt, mit der Methode der sogenannten "übergreifenden Temperatur" zu arbeiten. Bei dieser Methode wird die Entgasung des Absorptionsmittels im Austreiber so weit getrieben, daß die höchsten Absorbertemperaturen wesentlich über die tiefsten Temperaturen des Austreibers hinausgehen, und es wird ein Wärmeaustausch zwischen den kältesten Teilen des Austreibers und den wärmsten Teilen des Absorbers durchgeführt.

Mehrstufige Wärmetransformatorschaltungen sind bekannt aus DE-C-50 81 21 (Altenkirch).

Kältemaschinen und Wärmepumpen, die eine Kombination aus Absorber- und Kompressorkreisen enthalten, sind bekannt aus:

Niebergall, W. , HANDBUCH DER KÄLTETECHNIK (l.C.) S. 93-97;

Niebergall, W. , Gesundheits-Ingenieur 76, (1955) S. 129-135;

DE-A-22 16 204 (Arkla) ; DE-C- 8 42 797 (Pöhlmann); DE-C- 9 53 378 (Altenkirch u.a.); EP-A-00 03 293 (Jansen u.a.); JA-C-54-101534 (Hozumi); US-C-40 31 712 (Costello);

Kombinationen von Absorberkreisläufen mit Expansionsma¬ schinen sind bekannt aus:

DE-A-28 01 835 (Singelmann); DE-C-2 78 076 (Altenkirch u.a.); FR-A-24 55 253 (Armines u.a.); US-C-40 09 575 (Hartmann);

Die bekannten mehrstufigen Absorbermaschinen gelten als kompliziert, aufwendig und von den Prozeßabläufen her als schwer überschaubar, so daß die Verwendung solcher mehrstufiger Maschinen für andere Anwendungen, insbesondere für den Wärmepumpenbetrieb zur Hausheizung bisher nur zögernd in Betracht gezogen wird. Es ist bisher insbesondere nicht möglich, festzustellen, ob und welche weitere Schaltungen existieren, mit denen das gleiche Ergebnis, gegebenenfalls mit geringerem Aufwand erreicht werden kann oder eine bestimmte Aufgabe auf vorteilhaftere Weise lösbar ist.

Ähnliches gilt für mit Sorptionsprozessen arbeitende Ein¬ richtungen, die Druckmaschinen enthalten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, neue und vorteilhafte, mehrstufige Einrichtungen zur Nutzbarmachung von Wärmeenergie anzugeben, die mit Sorptionsprozessen arbeiten und mindestens einen Arbeits- luidkreislauf enthalten. Diese neuen Einrichtungen sind in den Patentansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung macht von der neuen Erkenntnis Gebrauch, daß durch Anwendung gewisser Regeln die zur Lösung einer bestimmten Aufgabe geeigneten Konstruktionen (Grundschaltungen) ermittelt werden können.

Die erfindungsgemäßen neuen Einrichtungen ermöglichen es, bestimmte Aufgaben mit optimalem Wirkungsgrad und/oder minimalem apparativem Aufwand zu lösen. Außerdem können mit den erfindungsgemäßen Einrichtungen Wirkungen erzielt werden, die sich mit dem Stand der Technik bisher nicht realisieren ließen.

1 Es werden z.B. Wärmepumpen geschaffen, bei denen sich entsprechend variabler Außentemperatur nicht nur die Vorlauf temperatur und die Leistung anpassen lassen, sondern auch die Leistungsziffer sich innerhalb eines _c großen Variationsbereichs auf den für die gegebenen Temperaturen besten Wert einstellt. Ein besonderer Vorteil von Wärmepumpen oder Kältemaschinen mit Kompressor und Absorberkreisläufen liegt darin, aßder Kompressor bei wesentlich höheren oder niedrigeren Drücken und/oder

I _Q Druckverhältnissen arbeiten kann als bei konventionellen Maschinen, die das gleiche Arbeitsfluid im gleichen Temperaturbereich benutzen. Es werden ferner Wärme- Kraft-Prozesse angegeben, bei denen die Expansionsma¬ schine bei wesentlich höheren oder niedrigeren Drücken

• _j e und/oder Druckverhältnissen arbeitet als bei konventionel¬ len Clausius-Rankine-Prozessen. So lassen sich z.B. mit dem Arbeitsfluid Wasser Wärmeumwandlungsprozesse unterhalb 100°C durchführen, obwohl die Kompressions- oder Expansionsmaschine bei Drücken arbeitet, die 0 Temperaturen weit oberhalb 100°C entsprechen. Umgekehrt kann der Einsatzbereich von Kältemitteln, die bei bisheriger Prozeßführung durch thermische Zersetzung gefährdet sind, zu höheren Temperaturen ausgedehnt werden. 5

Die Einrichtungen gemäß der Erfindung arbeiten vorzugswei¬ se kontinuierlich, d.h. daß das Arbeitsfluid ir. stationä¬ ren Betrieb kontinuierlich zirkuliert und nicht wie bei einer diskontinuierlich arbeitenden Ein- 0 richtung zeitweilig gespeichert wird.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer kontinuierlich arbeitenden Einrichtung, die r.indestens einen Absorberkreislauf und mindestens einen mit diesem 5 gekoppelten Druckmaschinenkreislauf enthält, und in der ein Arbeitsfluid in mindestens einem geschlossenen Arbeitsfluidkreislauf zirkuliert, ist dadurch gekennzeich¬ net, daß gasförmiges Arbeitsfluid, das aus der Druck-

maschine austritt, kondensiert (absorbiert ) wird und daß die dabei entstehende Wärme zum Erzeugen von in die

Druckmaschine eintretendem gasförmigen Arbeitsfluid verwendet wird.

Ferner ist ein Verfahren zum Betrieb einer auf dem

Prinzip einer Kompressionswärmepumpe arbeitenden Einrich¬ tung, in der ein Arbeitsfluid komprimiert und dabei überhitzt wird, erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Uberhitzungswärme einem Absorptionsmittelkreislauf zugeführt wird, ohne daß das komprimierte Arbeitsfluid dabei vollständig absorbiert wird.

Umgekehrt _^ wird bei einem Verfahren zum Betrieb einer Expansionsmaschine, bei welchem ein gasförmiges Arbeits¬ fluid erzeugt, überhitzt und in einer Expansionsmaschine arbeitsleistend entspannt wird, erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Überhitzung in einer Austauscheiήheit . eines Absorptions ittelkreislaufes durch-Absorption einer kleinen Teilmenge des Arbeitsfluids* und/oder durch die spezifische Wärme von Absorptionsmittel erfolgt.

Ein Verfahren zum Betrieb einer Einrichtung, die mehrere Austauscheinheiten enthält, welche durch Arbeitsfluid- sowie Absorptions ittelleitungen verbunden sind und mit diesen in mindestens zwei Arbeitsfluidkreisläufen liegen, in denen der Arbeitsfluiddurchsatz getrennt veränderbar ist, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeich- net, daß mindestens einer der Betriebsparämeter Druck,

Temperatur und Arbeitsfluiddurchsatz einer beiden

Kreisläufen angehörenden Austauscheinheit als Regelgröße verwendet wird. Vorzugsweise ist der Arbeitsfluidumsatz in dieser Austauscheinheit wesentlich kleiner, z.B. weniger als 25% oder weniger als 10% des mittleren

Arbeitsfluidumsatzes in den anderen Austauscheinheiten der Einrichtung.

" _j Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung und die generellen Regeln für den Entwurf von Einrichtun¬ gen gemäß der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeich¬ nung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines elementaren Absorberkreises;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines elementaren

Druckmaschinenkreises;

Fig. 3 eine stark schematisierte, schaltbildartige Darstellung der Klassen von zweistufigen Absorber¬ schaltungen, die man erhält, wenn man zwei elementare Absorberkreise der in Fig. 1 dargestell¬ ten Art so vereinigt, daß die beiden Absorberkreise eine Austauscheinheit gemeinsam haben;

Fig. 4 eine Fig. 3 entsprechende Darstellung von Klassen von zweistufigen Schaltungen, die man erhält, wenn man einen elementaren Absorberkreis gemäß Fig. 1 und einen elementaren Druckmaschinenkreis gemäß Fig. 2 so vereinigt, daß die beiden Kreise eine Austauscheinheit gemeinsam haben;

Fig. 5a und 5b schematische Darstellungen von zweistufigen

Absorberschaltungen, die man erhält, wenn man zwei elementare Absorberkreise gemäß Fig. 1 so zusammenschaltet, daß die beiden Kreise zwei Austauscheinheiten gemeinsam haben;

Fig. 5c eine schematische Darstellung einer zweistufigen Schaltung, die man erhält, wenn man einen elemen¬ taren Absorberkreis gemäß Fig. 1 und einen elementaren Druckmaschinenkreis gemäß Fig. 2 so zusammenschaltet, daß ^' die beiden Kreise

zwei Austauscheinheiten gemeinsam haben;

Fig. 5d eine Darstellung von Betriebsbereichen von Einrichtungen mit Schaltungen gemäß Fig. 5a und 5b;

Fig. 6 eine etwas genauere Darstellung einer Einrichtung mit der Schaltung gemäß Fig. 5a.; hier und in anderen entsprechenden Zeichnungen sind Rohrleitun- <J ^en cl ^er Einfachheit halber nur durch einfache

Striche dargestellt;

Fig. 7 eine noch eingehendere Darstellung einer bevorzug¬ ten Einrichtung mit einer Schaltung gemäß Fig. 5a;

Fig. 8 eine graphische Darstellung der Leistungsziffer in Abhängigkeit vom Verhältnis zweier Arbeitsfluid- ströme für Einrichtungen mit einer Schaltung gemäß Fig. 5a;

Fig. 9 eine etwas genauere Darstellung einer Einrichtung mit einer Schaltung gemäß Fig. 5b;

Fig. 10a eine etwas genauere Darstellung einer Einrichtung mit der Schaltung gemäß Fig. 5c;

Fig. 10b eine graphische Darstellung von Betriebsarten, für die die Einrichtung gemäß Fig. 10a konstruiert werden kann;

Fig. 11 eine genauere Schemadarstellung einer bevorzug¬ ten Ausführungsform einer Einrichtung mit der Schaltung gemäß Fig. 10a;

Fig. 12a Tabellen zur Erläuterung der Möglichkeiten des inneren Wärmetausches bei Schaltungen gemäß Fig. 3;

Fig. 12b eine tabellarische Aufstellung der Möglichkeiten des inneren Wärmetausches bei Schaltungen . gemäß gemäß Fig. 4;

Fig. 13 schematische Darstellungen von Absorberma- schinen gem. Fig.3 mit einer durch einen ausgefüll¬ ten Kreis dargestellten zusätzlichen Austauschein¬ heit zum Ausgleich der Värmebilanz bei zweifachem vollständigem inneren Wärmeaustausch;

Fig. 14a bis f vorteilhafte Absorber-Druckmaschinen¬ schaltungen;

Fig. 14a* bis f* jeweils zugehörige Diagramme zur Erläuterung der Betriebsarten, für die die

Maschinen gemäß Fig. 14a bis f konstruiert werden können;

Fig. 15a, a ¹ bis k, k' vorteilhafte Absorber-Druckma- schinensc altungen; hierbei gilt der ungestrichene

Buchstabe für die Schaltung mit der Druckmaschine

K und der gestrichene Buchstabe für die Schaltung mit der Druckmaschine K'; neben den Schaltungen sind jeweils die zugehörigen Betriebsartdiagramme dargestellt;

Fig. 16a, a' und b, b' weitere vorteilhafte Absorber- Druckmaschinenschaltungen;

Fig. 17a bis f Beispiele von zweistufigen Absorber- schalturigen mit einem einzigen Arbeitsfluidkreislauf;

Fig. 18a bis 18k Beispiele vorteilhafter Absorberschal¬ tung mit innerem Wärmeaustausch;

Fig. 19a bis c Schaltungen entsprechend Fig. 18a, 18b bzw. 18c mit einer zusätzlichen Austauschein¬ heit;

Fig. 20a bis f spezielle zweistufige Absorber-Druckmaschi¬ nenschaltungen mit einem einzigen Arbeitsmittelkreis¬ kreislauf;

Fig. 21a bis c bevorzugte Ausführungsformen der Schaltun- gen gemäß Fig. 20 mit zusätzlichem inneren Wärmeaustausch;

Fig. 22 die Schaltung gemäß Fig. 21a mit einer zusätz¬ lichen Austauscheinheit;

Fig. 23a eine zweistufige Absorbermaschinenschaltung, bei der durch Umschalten von Ventilen verschiedene Schaltungsvarianten ralisiert werden können;

Fig. 23b eine Absorbermaschinenschaltung mit innerem Wärmetausch, mit der durch Umschalten von Ventilen die Schaltungen gemäß Fig. 23 c oder 23d realisiert werden können;

Fig. 24a bis 24d den Figuren 23a bis 23d entsprechende

Darstellungen für eine Absorber-Druckmaschinen- schaltung;

Fig. 25, 26 und 27 eine Darstellung von Klassen dreistu- figer Absorbermaschinen mit acht Austauscheinheiten;

Fig. 28 Darstellungen von Klassen dreistufiger Absorber- druck aschinenschaltungen-mit sechs Austauscheinhei¬ ten; Fig. 29, 30 und 31 Darstellungen weiterer Absorber- druck aschinenschaltungen;

Fig. 32 eine Darstellung einer bekannten zweistufigen Druckmaschinenschaltung;

Fig. 33 schematische Darstellungen von dreistufigen

Absorber-Druckmaschinenschaltungen mit zwei Druckmaschinen und vier Austauscheinheiten;

Fig. 34 schematische Darstellungen weiterer dreistufiger Absorberdruckmaschinenschaltungen;

Fig. 34a eine etwas genauere Darstellung einer Ausfüh- rungsfor einer Absorber-Druckmaschinenschaltung gemäß Fig. 34;

Fig.35 schematische Darstellungen zweier bekannter

Einrichtungen;

Fig. 36 die Möglichkeiten , drei im gleichen Druckniveau arbeitende Austauscheinheiten durch Arbeitsfluid- leitungen zu verbinden;

Fig. 37 die bei einer zweistufigen Absorberschaltung gemäß Fig. 5a möglichen Kombinationen von Arbeits- luidleitungsverbindungen;

Fig. 37a eine bekannte Einrichtung mit einer Schaltung gemäß Fig. 37/34;

Fig. 38 eine - Darstellung der Arbeitsfluidleitungen a bis f, mit denen vier im gleichen Druckbereich arbeitende Austauscheinheiten h bis 1 verbunden werden können;

Fig. 39 die Möglichkeiten, drei in verschiedenen Druckbe¬ reichen arbeitende Austauscheinheiten durch

Arbeitsfluidleitungen miteinander zu verbinden;

Fig. 40 die Möglichkeiten, drei in verschiedenen Druckbe¬ reichen arbeitende Austauscheinheiten durch Absorptionsmittelkreisläufe miteinander zu verbinden;

Fig. 41a bis h verschiedene Möglichkeiten, Absorptionsmit¬ telkreisläufe, die unterschiedlichen Konzentra¬ tionen eines Arbeitsmittelsystems zugeordnet

sind, abzuwandeln:

Fig. 42a bis h Schaltungen von speziellen, vorteilhaften Ausführungsformen mehrstufiger Einrichtungen;

Fig. 43a bis d Schaltbilder weiterer bevorzugter mehrstu¬ figer Einrichtungen;

fig. 44a bis h Schaltbilder von Einrichtungen, die nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind;

Fig. 45a eine vereinfachte Darstellung einer Absorber- Kompressor-Maschine gem. einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 45b, c und d schematische Darstellungen auf die bei der Erläuterung der Fig. 45a Bezug genommen wird;

Fig. 46a eine vereinfachte Darstellung einer Absorber-

Kompressor-Maschine gem. einer weiteren bevorzugten Aus ührungsform der Erfindung;

Fig. 46b, und c schematische Darstellungen auf die bei der Erläuterung der Fig. 46a Bezug genommen wird.

Bei der schematischen Darstellung der Prozesse bzw. Schaltungen wird eine Form gewählt, aus der .nicht nur die Anzahl und die Verbindungen der Hauptkomponenten entnommen werden können, sondern bei der die relative Lage der Komponenten in einem In p/ - 1/T-Diagramm der relative Betriebsdruck und die relative Betriebstempe¬ ratur der Komponenten der Einrichtung (mit Ausnahme von Arbeitsmaschinen) ersichtlich ist. Die Symbolik dieser Darstellung, die eine Mischung aus Anlageschema und Prozeßschema im ■ In p/ - 1/T-Diagramm darstellt, erlaubt eine einfache und rasche Anwendung der in den folgenden Regeln enthaltenen Konstruktionsvorschriften, insbesondere des Superpositionsprinzips (wird noch" erläutert)..

Zur Vereinfachung soll im folgenden für eine Wärmeleistung (Maßeinheit Watt oder kcal/h kurz der Begriff "Wärme" verwendet werden.

Im Interesse einer einfachen Klassifizierung der Typen der vorliegenden Einrichtungen und ihrer Betriebszustände soll ferner als Vereinfachung vereinbart werden, daß die Menge des Arbeitsfluids, das eine Phasenänderung erleidet, und die Wärmeleistung der betreffenden Austausch- einheit einander proportional sind, so daß dieselbe Größe, wie z.B. m oder n, ^" sowohl für die pro Zeiteinheit umgesetzte Wärmemenge 0 als auch für die pro Zeiteinheit umgesetzte Menge am Arbeitsfluid verwendet werden kann. Bei der Beschreibung und Darstellung der Einrichtun- gen sind außerdem die Druckabfälle, die in den vom Arbeitsfluid durchströmten Leitungen, Austauscheinhei- ten und dergl. auftreten, nicht erwähnt bzw. gezeigt. Es sei jedoch betont, daß die Gültigkeit der wichtigsten Schlüsse, die im folgenden gezogen werden, von diesen Näherungsannahmen unabhängig sind.

Under einem "vollständigen Kreislauf" soll definitonsge- mäß eine solche Verbindung von Austauscheinheiten,

oder von Austauscheinheiten und mindestens einer Druck¬ maschine verstanden werden, die ohne weitere Kauptko po- nenten schon einen stationären Betrieb als Einrichtung zur Nutzbarmachung von Wärmeenergie erlaubt und bei der die umgesetzten Wärmen und gegebenenfalls Arbeiten durch die Angabe von Betrag und Richtung eines einzigen Arbeits-fluidstromes bestimmt sind.. Im einfachsten Falle besteht ein vollständiger Kreislauf entweder aus einem einstufigen Absorber aschinenkreislauf gemäß Fig. 1 oder einem einstufigen Druckmaschinenkreislauf gemäß Fig. 2. Die Kreisläufe gemäß Fig. 1 und 2 sollen als "elementare Kreise" bezeichnet werden. In den Fig. 1 und 2 sind auch die Dampfdruckkurven des Arbeits¬ mittelsystems dargestellt, obei ξ die Konzentration des Arbeitsfluids im flüssigen ^' Absorptionsmittel bedeutet.

Der elementare Absorberkreis gemäß Fig. 1 enthält vier

Austauscheinheiten A, B, C und D. Die Austauscheinheiten

A und B arbeiten in einem relativ hohen Druckbereich P-, ι die Austauscheinheiten * C und D in einem relativ niedrigen Druckbereich p . Die Austauscheinheiten D , B, C, und ~ Ä arbeiten in den Temperaturbereichen T _n , T , T bzw. T_, deren mittlere Temperaturen in der angegebenen Reihenfolge zunehmen. Die Austauscheinheiten A und B sind durch eine Arbeitsfluidleitung 12, die Austauscheinheiten C und D durch eine Arbeitsfluidleitung 20 verbunden. Die Austauscheinheiten ^' A und C sind durch einen Absorptionsmittelkreislauf 22 verbunden, die Austauscheinheiten B und D durch einen Absorptionsmit- telkreislauf 24 (Näheres siehe Beschreibunc der Fig.3) Bei allen Schaltungen, die Absorberkreise gemäß Fig. 1 enthalten, können die im 3n-p/-1/T-Diagramm ar. weitesten links oben gelegenen Paare miteinander gekoppelter Austauscheinheiten, also bei Fig. 1 die Austa scheinhei- ten B und D anstatt durch einen Absorptionsmittelkreislauf auch durch eine einfache Arbeitsfluidleitung verbunden sein, die je nach dem Umlaufsinn des Arbeitsfluids eine Drossel 24d oder eine Pumpe 24b für das zwischen

diesen beiden Austaαsheinheiten transportierte flüssige Arbeitsfluid enthält. Jedes Paar von Austauscheinheiten, z.B. A, C und B-

D, welche durch einen Absorptionsmittelkreislauf oder durch eine Arbeitsfluidleitung, die eine Druckänderungsvor¬ richtung (Dr Ssel, Pumpe) enthält, kann bezüglich der anderen Paare von Austauscheinheiten der Schaltung längs der Temperaturachse nach Wunsch verschoben werden. Man kann also z.B. das Austauscheinheitenpaar B-D in Fig. 1 so weit nach rechts verschieben, daß die Temperaturbereiche T.. und T ₂ zusammenfallen, und sogar darüber hinaus , so daß die Austauscheinheit bei höhe¬ rer Temperatur arbeitet als die Austauscheinheit C. Die Austauscheinheiten A üs D sind jeweils mit einer schematisch angedeuteten Vorrichtung zur Zuführung oder Entnahme von Wärme Q., Q„ , Q _c bzw. Q _D dargestellt.

Bei einem Paar von Austauscheinheiten, die durch einen Absorptionskreislauf (oder eine entsprechende Arbeits- fluidleitung, die eine Druckänderungsvorrichtung enthält), gekoppelt sind (z.B. A und C oder B und D in Fig. 1), besteht zwischen den mittleren Temperatu¬ ren T ₁ und T der Temperaturbereiche und den mittleren Drücken p und p _? der Druckbereiche, in denen diese Austauscheinheiten arbeiten, die folgende Beziehung

RT, - T-, =

ΔH In

wobei ΔH = R ^" P d 1/T

die mittlere Steigung der Dampfdruckkurve des Arbeitsfluids bei der jeweiligen Konzentration des Absorptionsmittels und R die.universelle Gaskonstante bedeuten.

1 Der in Fig. 2 analog zu Fig. 1 dargestellte elementare Druckmaschinenkreislauf enthält zwei Austauscheinheiten A, B, die durch einen Absorptions ittelkreislauf 22 gekoppelt sind, und eine mit den Austauscheinheiten c A und B in einen Arbeitsfluidkreislauf geschaltete Druckmaschine K, der Arbeit W entnommen oder zugeführt wird, je nachdem ob es sich um eine Expansionsmaschine oder einen Kompressor handelt.

Die in Fig. 1 und 2 dargestellten elementaren Kreisläufe repräsentieren je nach dem Umlaufsinn des Arbeitsfluids und der Lage des am weitesten links gelegenen Paares von Austauscheinheiten die oben unter a) bis f) erwähnten Einrichtungen.

Im folgenden werden nun die Regeln für den Entwurf von Einrichtungen der vorliegenden Art angegeben. Diese Regeln ermöglichen es, festzustellen, welche Schaltungen für die Lösung bestimmter Aufgaben zur Verfügung stehen. Außerdem ist es durch Anwendung dieser Regeln in vielen Fällen möglich, die ermittelten prinzipiellen Schältungen zu vereinfachen und zu opti¬ mieren.

Regel 1 :

Jede Zusammenschaltung von Austauscheinheiten oder von Austauscheinheiten und Druckmaschinen muß sich auf vollständige Kreisläufe zurückführen lassen. Eine

Austauscheinheit oder Druckmaschine kann beliebig vielen vollständigen Kreisläufen angehören (Superpositionsprinzip)

Regel 2:

In jeder Schaltung gibt es eine bestimmte maximale

Anzahl von vollständigen Kreisläufen, in denen der Arbeitsfluidstrom nach Betrag und Richtung beliebig, also unabhängig von den anderen vollständigen Kreisläufen* gewählt werden kann. Die maximale Zahl der vollständigen Kreisläufe, in denen der Arbeitsfluidstrom nach Betrag und Richtung gewählt werden kann ("unabhängige Kreisläufe") ist nach der folgenden Formel berechenbar:

plus Anzahl der Verbindungen zwischen Austauscheinheiten auf verschiedenen Druckniveaus abzüglich Anzahl der miteinander verbundenen Druckniveaus (Knotenpunktsglei¬ chung) .

Regel 3:

a) Durch spezielle Wahl der Verhältnisse der Beträge von Arbeitsfluidströ en und deren Richtungen kann ein partieller oder sogar vollständiger innerer Wärmeaustausch zwischen zwei oder mehr Austauscheinheiten ermöglicht werden (die verschiedenen vollständigen Kreisläufen angehören müssen, aus denen die Schaltung gem. Regel 1 zusammengesetzt werden kann).

' b) Eine Austauscheinheit oder Druckmaschine k.nn dann aus einer konzipierten Schaltung entfernt werden, wenn die Arbeitsfluidströme ^' der vollständigen Kreis¬ läufe, denen diese Komponente angehört, so gewählt werden, daß sich die jeweiligen Funktionen dieser Komponente in den jeweiligen Kreisläufen quantitativ auf¬ heben und somit der betreffenden ^• Komponente keine Wärme bzw. Arbeit zu- oder abgeführt werden muß.

Zu den obigen Regeln ^" sind noch einige Bemerkungen angebracht:

Vollständige Kreisläufe dürfen so gelegt werden, daß die Verbindung zwischen zwei Austauscheinheiten durch eine oder mehrere andere Austauscheinheiten hindurchgeht, ohne daß diese letzterwähnten Austauscheinheiten mit¬ gezählt werden. Technisch kann es nämlich zur Erzielung besonderer Effekte, wie z.B. Erwärmung, Abkühlung oder Rektifikation eines Fluidstromes wünschenswert sein, diesen durch eine Austauscheinheit, die zu einem anderen vollständigen Kreis gehört, hindurchzuführen. Will man andererseits den dabei entstehenden Druckabfall vermeiden, so kann der Arbeitsfluidstrom an der Austausch¬ einheit oder den Austauscheinheiten, die sich zwischen den funktionsmäßig verbundenen Austauscheinheiten befinden, durch einen Bypass (Umwegleitung) vorbeigeführt werden.

Bei der Bestimmung der Zahl der unabhängig wählbaren Arbeitsfluidströ e' nach der Knotenpunktsgleichung in Regel 2 zählt eine Arbeitsfluidleitung rr.it Drossel, Pumpe, Kompressions- oder Expansionsmaschine,- aber auch ein kompletter Lösungsmittelkreislau , jeweils als eine Verbindung.

Nach Regel 1 läßt sich eine Schaltung durch Hinzufügen eines elementaren Kreislaufes, der bis zu drei Austausch- einheiten mit einem vollständigen Kreislauf der Schaltung gemeinsam haben kann, in ihrer Funktion erweitern. Umgekehrt iäßt sich jede Schaltung aus elementaren Kreisen aufbauen. Die Anwendung der Regel 3b) ermöglicht dann die. Reduzierung der Anzahl der Austauscheinheiten und Druckmaschinen auf die für den jeweiligen Zweck maximal erforderliche Zahl. Wird dieses Verfahren zum Aufbau einer Schaltung angewandt, so kann in den Regeln 1 bis 3 der Begriff "unabhängiger Kreislauf" durch den spezielleren, aber einfacheren Begriff "elemen- tarer Kreislauf" ersetzt werden. Die maximale Anzahl der unabhängig wählbaren Arbeitsfluidströme (Regel 2) findet man dann dadurch, daß man die Zahl der elementa¬ ren Kreisläufe bestimmt, aus denen die Schaltung durch sukzessives Hinzufügen von elementaren Kreisläufen aufgebaut werden kann. Diese Abzählverfahren ist dann eindeutig, wenn für jeden neu hinzugefügten Kreislauf mindestens eine Austauscheinheit oder Druckmaschine mit einer entsprechenden Komponente der schon existieren¬ den Schaltung zusammenfällt und mindestens eine Komponente eine neue Funktion übernimmt.

Die Regel 3a) erfordert für einen vollständigen inneren' Wärmeaustausch, daß die Nettowärme null ist, d.h. daß den betreffenden, im inneren Wärmeaustausch stehenden Austauscheinheiten Wärme Q weder zu- noch abgeführt werden muß.Aufgrund dieser Bedingung werden die Größen der Arbeitsfluidströ e bestimmt fq^ (n,m) = Q ₂ (n,m)") . Die Regel 3b) erfordert nur, daß aus der zu eliminie¬ renden Austauscheinheit ebensoviel gasförmiges Arbeitsfluid _^ austritt wie eintritt.

Man kann aufgrund der obigen Regeln Schaltungen angeben, mit denen eine gestellte Aufgabe gelöst werden . kann. Der technische Aufwand, d.h. die Anzahl der erforderlichen Komponenten zur Realisierung eines Betriebszustandes kann dabei von Schaltung zu Schaltung verschieden groß sein.

Die Regeln 1 bis 3 gewährleisten jedoch noch nicht automatisch die Gewinnung aller prinzipiellen möglichen Schaltungen und es ist daher im allgemeinen nicht sicher, ob man diejenige Schaltung gefunden hat, die die gestellte Aufgabe mit dem kleinsten technischen Aufwand zu lösen gestattet.

Im folgenden wird als Regel 4 eine Lehre angegeben, die die Darstellung und damit die Überprüfung aller prinzipiell möglichen Schaltungen garantiert. Die Regel 4 basiert auf der wichtigen, neuen Erkenntnis, daß jede Austauscheinheit eines ersten vollständigen Kreislaufs mit jeder Austauscheinheit eines zweiten vollständigen Kreislaufes funktionsmäßig vereinigt werden kann.

Bei den folgenden Erläuterungen werden die Schaltungen als aus elementaren Absorber- oder Arbeitsmaschinenkrei¬ sen zusammengesetzt gedacht.

Für die Formulierung der Regel 4 seien noch die folgenden Begriffe definiert.

Die Stufigkeit ( d.h. Angabe der Stufen) einer Schaltung ist die Anzahl der unabhängigen elementaren Kreise, aus denen die betreffende Schaltung aufgebaut wurde.

Eine Klassifizierung der Schaltungen der vorliegenden

Art ist aufgrund der obigen Erkenntnis möglich, daß bei der Zusammenschaltung zweier elementarer Kreise zur Bildung einer mehrstufigen Einrichtung, jede

-Austauscheinheit des ersten Kreises mit jeder Austauscheinheit des zweiten Kreises nicht nur wärmemäßig, sondern auch fluidmäßig verbunden werden kann, so daß die beiden Austauscheinhei- ten zu einer einzigen zusammengefaßt werden können.

Die beiden zusammengeschalteten Kreise müssen dann selbstve ständlich das gleiche Arbeitsfluid enthalten. Die Absorptionsmittel müssen nur in den Absorptionsmittelkreislä fen, die mit der vereinigten Austauscheinheit kommunizie- ren gleich sein. M n kann zwei Kreise auch rur wärmemäßig kop peln, in diesem Fall entfällt die Regel 3b. Bei der Zusammenschaltung zweier elementarer Absorber¬ kreise (die jeweils vier Austauscheinheiten enthalten) zur Bildung einer zweistufigen Einrichtung gibt es also 4 • 4 = 16 Kombinationen = 16 Klassen von Schaltungen mit maximal sieben Austauscheinheiten, also maximal sieben Temperaturniveaus und maximal drei Druckniveaus.

Einige dieser Klassen sind einander äquivalent, d.h. die Kombinationen A,xB,=A,xB., wobei A und B die beiden Kreise und i bzw. j die Nummer der gemeinsamen Austauscheinheit be¬ deuten, so daß sich nur 10 wesentlich verschiedene Klassen ergeben.

Es ergibt sich also die folgende Definition einer Klasse von Schaltungen: Die Schaltungen einer Klasse lassen sich durch Änderung der Temperatur- und Druckbereiche der Aus¬ tauscheinheiten der gekoppelten Kreise ineinander überfüh¬ ren.

Die Betriebsparameter Temperatur, Druck und Konzentration des Arbeitsmittelsystems in den jeweiligen Austauscheinhei¬ ten sind zwar entsprechend den Absorptionsmittel- und Arbeitsfluidkreislaufen, denen die betreffenden Austausch¬ einheiten angehören,voneinander abhängig, können jedoch

1 sonst innerhalb gewisser, durch die Wahl des Arbeits luid- systems bestimmter Grenzen beliebige Werte annehmen.. Die Elemente einer Klasse sind durch diese Werte charakteri¬ siert.

5

Regel 4:

Man erhält alle Klassen von zweistufigen Einrichtungen oder Maschinen, ^" indem zwei elementare Kreislau e sozusammen- 10.geschaltet werden, daß sie eine oder zwei Austauschein¬ heiten gemeinsam haben. Man erhält alle Klassen von (n+1 )- stufigen Maschinen ( n ≥. 2), indem jede n- stufige Maschine mit einem weiteren elementaren Absorber¬ oder Arbeitsmaschinenkreislauf so zusammengeschaltet

15 wird, daß sie eine oder zwei oder im Falle der Erweiterung durch einen Absorberkreislauf auch drei Austauscheinheiten gemeinsam haben. Man erhält dabei manche Schaltungen mehrfach sowie auch Schaltung mit weniger als (n+1 ) Stufen, 0

Die Betriebsbereiche und Betriebszustände der Maschinen jeder Klasse lassen sich dadurch ermitteln, daß die Betriebsparameter Druck, Temperatur, Arbeitsmitteldurch¬ satz und Absorptionsmitteldurchsatz der Austauscheinheiten 5 variiert werden. Es wird dabei vorausgesetzt, daß die elementaren Kreisläufe, aus denen sich die jeweilige mehrstufige Einheit zusammensetzen läßt, an jeder gemeinsamen Austauscheinheit nicht nur wärmemäßig, sondern auch hinsichtlich des Arbeitsmittelstromes 0 miteinander gekoppelt sind. Absorptionsmittelkreisläufe, die keine Austauscheinheit gemeinsam haben, können verschiedene Absorptionsmittel enthalten.

5

Im folgenden werden die in Fig. 1 und 2 dargestellten ele¬ mentaren Kreise und aus solchen Kreisen bestehende Schal¬ tungen stark schematisiert dargestellt und zwar werden Autauscheinheiten durch kleine Kreise, Druckmaschinen durch größere Kreise und Arbeitsfluidleitungen sowie Ab¬ sorptionsmittelkreisläufe durch einfache Striche darge¬ stellt. Alle ^' Nebenkomponenten sind weggelassen.

Fig. .3 zeigt die sechzehn Klassen, die sich dadurch er- geben, daß zwei elementare Absorberkreisläufe gem. Fig. 1 durch eine einzige gemeinsame Austauscheinheit gekoppelt werden. Ferner sind in Fig. 3 Beispiele von Elementen dieser Klassen, die sich durch die oben erwähnte Variation der Betriebsparameter ergeben, dargestellt. Der Kreis A ist in allen Darstellungen gleich dargestellt (siehe Fig. 3 recht oben) und die Austauscheinheiten der beiden Kreise sind in der beim Kreis A dargestellten Weise numeriert. A• x B - bedeutet, daß die Austauscheinheit i des Kreises A mit der Austauscheinheit j des Kreises B zusammenfällt.

In Fig. 4 sind (analog zu Fig. 3) Schaltungen aus einem Absorberkreis und einem Druckmaschinenkreis,die eine Austauscheinheit gemeinsam haben, dargestellt.

Kombiniert man einen elementaren Absorberkreis A mit einem elementaren Arbeitsmaschinenkreis derart, daß die beiden Kreise eine Austauscheinheit gemeinsam haben, so ergeben sich 4 - 2 = 8 Klassen von verschiedenen Schaltungen mit jeweils maximal fünf Austauscheinheiten, also maximal fünf Temperaturniveaus und drei Druckniveaus. Die Bezeichnung der Austauscheinheiten der beiden gekoppelten Kreise ist in Fig. 4 rechts oben dargestellt.

Es ist auch möglich, einen elementaren Absorberkreis A mit einem zweiten elementaren Absorberkreis B oder einem elementaren Druckmaschinenkreis K so zusammenzu¬ schalten, daß die beiden Kreise zwei Austauscheinheiten gemeinsam haben. Es ergeben sich dabei die in Fig. 5a , 5b und 5c dargestellten Klassen von Schaltungen.

Für jede Schaltung aus zwei gekoppelten elementaren Kreis¬ läufen gibt es vier verschiedene Typen von Einrichtungen, die verschiedenen Kombinationen des Umlaufsinnes des Arbeitsfluids in den beiden Kreisläufen entsprechen. Innerhalb ^" bestimmter Typen . gibt es ferner mehrere Betriebszustände, d.h. Betriebsarten der betreffenden Einrichtungen.

Die bekannten mehrstufigen Einrichtungen sind nur für bestimmte Typen und bestimmte Betriebsarten in diesen Typen ausgelegt und lassen nicht erkennen, welche anderen Typen und Betriebsarten es für die der bekannten Einrichtung entsprechende Grundschaltung (Fig. 3 bis 5c) gibt.

Im Gegensatz dazu ist ein wesentliches Merkmal von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, daß die betreffende Einrichtung in mehreren Betriebszuständen arbeiten kann und daß ein -kontinuierlicher oder diskonti¬ nuierlicher Übergang zwischen diesen Betriebsarten möglich ist, um das Arbeiten der Einrichtung in vorteil¬ hafter Weise an wechselnde Umgebungsbedingungen und Anforderungen anpassen zu können.

Welche Einrichtungen Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind, wird zunächst für die in Fig. 5a - c dargestellten Klassen von Schaltungen erläutert.

Fig. 6 zeigt etwas genauer eine Einrichtung mit der Grundschaltung gem. Fig. 5a.

-28 a -

1Die in Fig. 6 dargestellte /fcsorbermaschine enthält sechs Austauscheinheiten A, B, C, D, E und F. Wie ersichtlich, arbeiten die Austauscheinheiten A, B, C mit einem Druck p ₁ (praktisch in einem gewissen Druckbereich um p- ) , während die Austauscheinheiten D, E und mit einem Druck p ( in der Praxis in einem diesen Druck umgebenden Druckbereich) , der kleiner als p.. ist, arbeiten.

Die Austauscheinheiten arbeiten ferner in verschiedenen Temperaturbereichen T _Q bis T„, wie aus Fig. 6 ersicht¬ lich ist. Die mittleren Temperaturen der Temperaturbereiche T _n bis T- nehmen in der angegebenen Reihenfolge zu.

Die Absorbermaschine gemäß Fig. 6 arbeitet mit einem Arbeitsmittelsystem, welches mindestens ein Arbeitsfluid und mindestens ein Absorptionsmittel enthält. Ein typische Arbeitsmittelsystem ist Ammoniak als Arbeits¬ fluid und Wasser als Absorptionsmittel.

Die Austauscheinheiten A und B sind durch eine Arbeits¬ fluidleitung 12 verbunden, die Austauscheinheiten B und C durch eine Arbeitsfluidleitung 14, die Austauschein- heiten C und F durch eine Arbeitsfluidleitung 16, die Austauscheinheiten F und E durch eine Arbeitsfluid¬ leitung 18 und die Austauscheinheiten E und D durch eine Arbeitsfluidleitung 20. Ferner sind die Austauschein¬ heiten A und D durch einen Absorptionsmittelkreislauf 22 gekoppelt und die Austauscheinheiten B und E sind durch einen Absorptionsmittelkreislauf 24 gekoppelt.

Die Austauscheinheiten B und D und/oder C und E sind vorzugsweise thermisch miteinander gekoppelt, was durch Wärmetauscher-Kreisläufe 32 bzw. 34 symbolisch dargestellt ist. Dies wird als "innerer Wärmetausch" (also Wärmeaus¬ tausch innerhalb der Einrichtung) bezeichnet.Die thermisch

-29-

miteinander gekoppelten Austauscheinheiten enthalten im allgemeinen zusätzlich eine Vorrichtung zur Entnahme oder Zufuhr von Wärme.

Die Arbeitsfluidleitung 16 enthält eine Druckänderungsvor- richtung, z.B. eine Drossel 26 oder eine Pumpe 27, je nachdem, für welchen Verwendungszweck die Absorberma— schine bestimmt ist. Hierauf wird noch näher eingegangen.

Damit sind die Komponenten der vorliegenden Absorberma¬ schine beschrieben. Die Absorbermaschine kann ferner noch Nebenkomponenten, wie Wärmetauscher 22e, 24e und 28 sowie weitere, nicht dargestellte Wärmetauscher für den. internen Wärmeaustausch enthalten, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Arbeitsfluid¬ leitungen 12, 14, 18 und 20 können jeweils ein Regelventil 29, 30, 31 bzw. 33 enthalten.

Mit der beschriebenen Anordnung aus den sechs Austauschein¬ heiten A bis F und den zugehörigen anderen Komponenten lassen sich vier verschiedene Typen von Absorbermaschinen realisieren, je nachdem, in welcher Richtung das Arbeits¬ fluid in den verschiedenen Kreisen der Maschine strömt. Zur Erläuterung dieser Feststellung soll die Anordnung gemäß Fig.6 als zweistufige Absorbermaschine angesehen werden, deren Hochtemperaturstufe I die Austauscheinhei¬ ten A, B, D und E sowie die Absorptionsmittelkreisläufe 22 und 24 enthält, während die Niedertemperaturstufe II die Austauscheinheiten B, C, E und F sowie den Absorptionsmittelkreislauf 24 enthält wie in Fig.5a schematisch dargestellt ist. Jede Stufe kann nun entweder als Wärmepumpe (oder was im Prinzip das gleiche ist, als Kältemaschine) , oder als Wärmetransformator ausgelegt werden. Wenn die betreffende Stufe als Wärmepumpe ausgelegt ist, zirkuliert das Arbeitsfluid bei der Darstellung gemäß Fig. 5a und 6 in Gegenuhrzeigerrichtung. Wenn die betreffende Stufe als Wärmetransformator ausgelegt ist, zirkuliert das Arbeitsfluid in Uhrzeigerrichtung. Hierdurch ergeben sich die vier möglichen Typen. _^ üRE

-30-

1 Betrachtet man die beiden unabhängigen Arbeitsfluidkreis- läufe ABED . sowie BCFE und bezeichnet die dort zirkulierenden Arbeitsfluidströme mit n bzw. m, ergibt sich für die vier Typen:

_c Typ 1 : Wärmepumpe/Wärmepumpe m > 0 n > 0

Typ 2: Wärmetrafo/Wärmepumpe m < 0 n > 0

Typ 3: Wärmetrafo/Wärmetrafo m< 0 ^* n< 0

Typ 4: Wärmepumpe/Wärmetrafo m > 0 n < 0

Die Schaltungen gem. Fig. 5a und 5b arbeiten im allgemein¬ sten Falle mit sechs Temperaturbereichen Tu bis T _r . Durch Variation der- Betriebsparameter läßt sich die Anzahl der Temperaturbereiche auf fünf, oder sogar vier reduzie¬ ren. Fig. 6 und 9 zeigen Schaltungen der in Fig. 5a bzw. 5b dargestellten Klasse mit vier Temperaturbereichen. Für die bei ^" de jeweiligen Austauscheinheiten bzw. m jeweiligen Temperaturbereich umgesetzten Wärmeleistun¬ gen ergeben sich folgende Werte für die Schaltung gem.Fig.6.

Eine detaillierte Analyse der möglichen Betriebszustände der Einrichtung nach Fig. 6 ergibt, daß man acht Bereiche unterscheiden kann, wobei die Grenzen zwischen den jeweiligen Bereichen besonders ausgezeichnet sind.Diese Bereiche sind in Fig. 5d dargestellt.

-31 -

1 In Fig. 5d, in dem die Arbeits luidströme m und n aufgetragen sind, entsprechen die vier Quadranten den oben besprochenen vier Typen. Der erste und dritte

Quadrant sind nochmals in drei Segmente unterteilt,

5 deren Grenzen durch die Bedingungen

Q _Q = 0, Q = 0, Q ₂ =0 bzw. Q„ = 0 definiert sind. Tabelle 1 (Zeilenbezeichnung linke Spalte) .enthält die acht Vorzeichenkombinationen der Nettowärmeumsätze Q„ bi Q _n in den Temperaturbereichen T„ bis T_ beim Betrieb

10 der Einrichtung gem. Fig. 6 in den jeweiligen Betriebsbe¬ reiten 1 bis 8. Welches Vorzeichen die Wärmeumsätze der einzelnen Komponenten haben, kann den obigen Gleichun¬ gen entnommen werden. Die Wärmeaustauscher, die inneren Wärmetausch zwischen den Austauscheinheiten B und

^-5 D bzw. C und E symbolisieren, sind nicht bei allen Betriebszuständen nötig. Es kann auch günstig sein, die Komponenten B und D bzw. C und E temperaturmäßig stärker gegeneinander zu verschieben.

0 Im folgenden werden die speziellen Eigenschaften der jeweiligen Betriebsbereiche bzw. -zustände diskutiert:

Betriebsbereich 1

Zufuhr von Antriebswärme bei A (z.B. fossile Heizung 5 bei 1 0 - 180°C für NH ₃ /H ₂ 0) und B (z.B. Solarwärme oder Abwärme bei 80 - 110°C), Kälteleistung bei F, Abwärme bzw. Nutzwärme bei C und E. Die bei D freiwerdende Wärme kann als zusätzliche Austreiberwärme in B verwendet 0 werden. Wenn B bei höherer Temperatur liegt als D, wird die Absorptionswärme in D als Nutzwärme abgegeben. Im ersten Falle beträgt der Wirkungsgrad für Kälteerzeugung

^Q 0 m ^η κ = ^Q 2 ^{+ Q} 3 m-n

| Q ₁ I 2m-n ung ^η w o + Q m-n

2 3

-32-

' Betriebsbereich 2

Antriebswärme bei A , Kälteleistung bei F , ^' Nutzwärme bei C und/oder E und/oder D und/oder B . Der Wirkungsgrad ^' für

Kälteerzeugung beträgt

Q ⁿ _κ = — _Q — = — . der für Wärmeerzeugung

| Q _{1 +} Q ₂ I _±J , w Q ₃ - n ' An den Grenzen des Betriebsbereichs 2 und in der Mitte er¬ geben sich folgende spezielle Betriebszustände:

a) Betriebszustand Q ₂ = 0, d.h. Q _ß = - Q _D ; n«

Die in Ddurch Absorption gewonnene Wärme kann vollständig 0 zum Austreiben in B verwendet werden. Die Hälfte des in C kondensierten bzw. in F verdampften Arbeitsfluids ' wird in A, die andere in B durch inneren Wärmetausch mit D erzeugt. Die Nutzwärme wird auf dem Niveau T aus C und E gewonnen. Als Wärmepumpe ergibt sich eine Leistungsziffer _η = 3, als Kältemaschine ^π „ = 2, d.h. die Kälteleistung ist im Vergleich zur einfachen Maschine verdoppelt.

b) Betriebszustand Q_ = 0 und Q_ ■= O; n = m

B E

In B und E findet kein Wärmeumsatz statt. Würde man _Q diese beiden Austauscheinheiten E und B eliminieren, so erhielte man einen elementaren Kreislauf, bei dem der Temperaturabstand der Austauschpäare das doppelte des Temperaturabstands der Komponenten eines Paares beträgt. Die Leistungsziffer für Wärmeerzeugung beträgt 2, die . für Kälteerzeugung beträgt 1. Die Austauscheinheit B kann, wie bei allen Betriebszuständen, weiterhin als Rektifikator dienen. Das in D absorbierte Arbeitsfluid kann in E vorgewärmt werden. c) Betriebszustand Q = 0, d.h. Q„= -0 _E ; ^~~ -ü^ 2m

-33-

1 Die in C gewonnene Kondensationswärme bzw. Absorptionswärme kann vollständig zum Austreiben in E verwendet werden. Die Nutzwärme (bzw. Abwärme der Kältemaschine) wird jetzt aus B und D auf dem höheren Temperaturniveau

5 T entnommen, fiie Wirkungsgrade betragen

_η = 3/2 bzw. η _κ ■= 1/2. Im Vergleich zu einer einfa¬ chen Maschine wird die Kälteleistung Q _p auf einem relativ zur Abwärme ungefähr doppelt so tiefen Temperatur- 0 niveau geliefert.

In Tabelle 2 sind die drei Betriebszustände zusammengefaßt. Nehmen wir zunächst an, die Verdampferleistung m sei- bei allen drei Betriebszuständen gleich groß, während die Austreiberleistung n jeweils angepaßt

15 wird. Steigende Nutzwärmetemperatur ist dann mit steigen¬ der Nutzwärmeleistung und naturgemäß fallendem Wirkungs¬ grad verbunden. Umgekehrt kann bei vorgegebener Austrei- berleistung n der Wirkungsgrad (und die Nutzwärmeleistung) sich einem höheren Wert anpassen, indem die Verdampfer-

20 leistung m, z.B. bei steigender Außentemperatur, sich vergrößert. Diese Zusammenhänge zeigen, daß es mit der Schaltung gemäß Fig.5a und 6 möglich ist, sich stark ändernden Anforderungen an Nutzwärmetemperatur und Nutzwärmeleistung bei variierender Außentemperatur

25 mit dem jeweils für diese Bedingungen optimalen Wirkungs¬ grad anzupassen.

Eine mögliche technische Realisierung, die einen kontinu¬ ierlichen Übergang zwischen allen drei Betriebszuständen a bis c erlaubt, ist in Fig. 7 dargestellt, in der für ent- 30 sprechende Komponenten die gleichen Bezugszeichen verwenden¬ det werden wie in Fig.6. Der innere Wärmetausch bei gleich¬ zeitigem Arbeitsfluidaustausch wird hier in Doppelrohren (an einandergeschweißt oder konzentrisch), die zur ärmeenrnah- me in einem von einem Wärmeträger, wie H O durchströmten 353. Rohr stecken,vollzogen. Je nach Wärmeentnahme aus ^, den beiden Dreifachwärmeaustauschern BD bzw. CE

-34- sich ein kontinuierlicher Übergang zwischen allen drei Be¬ triebszuständen, wobei der Wirkungsgrad für Nutzwärmeerzeu¬ gung (Heizung) zwischen 3 und 1,5 variiert.

Außer den in Fig.6 dargestellten Komponenten enthält die Absorbermaschine gemäß Fig. 7 außerdem noch Vorrichtungen M zum Mischen von Gas- und Flüssigkeitsatrömen; Vorrichtungen T, die als Flüssigkeitsvorratsge äß und zum Trennen von Gas- und Flüssigkeitsströmen dienen; und überbrückungs- leitungen BP.' Es ist außerdem mit dicken Strichen ein Heizwasserkreislauf einer Warmwasserheizungsanlage dargestellt, welcher eine Umwälzpumpe UP, Dreiwegeventile DV und Heizkörper H enthält.

Im Vergleich zu einer einstufigen Absorberwärmepumpe mit η = 2 ist nicht nur die hohe Leistungsziffer η = 3, die bei steigender Außentemperatur erzielbar ist, von Vorteil, sondern auch die Ausdehnung des Wärmepumpbetriebs zu tieferen Außentemperaturen mit einer Leistungsziffer, die immer noch erheblich über der für Direktheizung liegt.Als Kältemaschine betrieben • kann die Einrichtung gem. Fig. 6 oder 7 sich stark vari¬ ierenden Abwärmetemperaturen anpassen und dabei jeweils mit der bei der betreffenden Temperatur optimalen Lei- stungsziffer (COP) arbeiten.

-35-

Betriebsbereich 3

Antriebswärme bei A, Kälteleistung bei F und E, Abwärme bzw. Nutzwärme _, bei B und D. Die in C anfallende Wärme kann entweder zusätzlich zum Austreiben in E verwendet werden oder durch Verschieben von C zu höheren Temperatu¬ ren durch Erhöhung des Drucks p., als- Abwärme (Nutzwärme) abgeführt werden. Die Wirkungsgrade betragen im ersten Falle:

Fig. 8 ist der Wirkungsgrad einer Wärmepumpe für die

Bereiche 1 , 2, und 3 nach Fig.6 als Funktion von n/m aufgetragen.

Betriebsbereich 4

Dieser Betriebszustand beschreibt einen Wärmepumpentrans¬ formator nach Typ 2. Dieser Typ, bei dem der iedertempe¬ raturkreis BCFE als Wärmetransformator und der Hochtempe¬ raturkreis ABED als Wärmepumpe arbeitet, kann sowohl a) als reine einstufige Wärmepumpe ( = 0), b) als reiner einstufiger Wärmetransformator (n = 0) arbei¬ ten als auch c) beide Funktionen gemeinsam ausführen (m φ 0, n Φ 0). Die bei E zugeführte Wärme dient sowohl

-36-

• als Antriebswärme für den Wärmetransformator als auch als Wärmequelle für die Wärmepumpe, der Antriebswärme bei A zugeführt wird.

Eine solche Einrichtung eignet sich besonders gut für die Nutzung von Abwärme, da bei niedriger Außentemperatur und geringer Nachfrage nach Nutzwärme (z.B _. . nachts) das Gerät als Wärmetransformator laufen kann. Zur Leistungssteige¬ rung bzw. zur Anhebung der Nutzwärmetemperatur kann der Wärmepumpenteil praktisch stufenlos dazugeschaltet werden.

Betriebsbereiche 5, 6 und 7

Beide elementaren Kreise arbeiten als Wärmetransformato¬ ren. Besonders interessant ist wieder der Betriebsbereich 6 für den die Leistungsziffer kontinuierlich zwischen 1/3 (n=m/2), 1/2](n=m) bis 2/3|(n=2m) verändert werden kann, wobei sich natürlich unterschiedliche mittlere Temperaturhübe ergeben.

Betriebsbereich 8

Der Niedertemperaturteil arbeitet hier als Wärmepumpe (Kältemaschine) und der Hochtemperaturteil als Wärme¬ transformator. Mit dieser Maschine kann durch Zufuhr von Antriebswärme bei B und D Kälteleistung bei F und gleichzeitig . Nutzwärme (Prozeßwärme) auf dem höheren Temperaturniveau T_ bei A erzeugt werden. Die bei C und E entstehende Wärme ist Abwärme oder ebenfalls Nutzwärme, wenn T noch hoch genug ist. Die Wärmepumpe und der Wärmetransformator können unabhängig voneinander laufen, so daß das Verhältnis von Nutzkälte bei F und Nutzwärme bei A je nach Nachfrage eingestellt werden kann. Bei einer für diesen Betriebsbereich ausgeleg¬ ten Einrichtung sind die Vorrichtungen 32 und 34 zum inneren Wärmetausch nicht nötig.

-37- ] Typische Betriebsdaten

Prinzipiell sind für die oben und im folgenden beschriebe¬ nen Einrichtungen alle Arbeitsmittelsysteme anwendbar, bei denen das sogenannte Lösungsfeld (Abhängigkeit von In p von - 1 /T mit der Arbeitsfluidkcnzentration als Parameter) breit genug ist. Wie weit man alle Betriebsbereiche ausnutzen kann, hängt vom Arbeitsmittel¬ system und den gestellten Leistungs- und Temperaturbedin- gungen ab.

Ein geeignetes Arbeitsmittelsystem (Arbeitsfluid/Absorp- tionsmittel) ist NH,/H ₂ 0.

Andere geeignete Arbeitsmittelsysteme sind:

NH ₃ / H ₂ 0; H ₂

NH /H ₂ 0 / Butan

H ₂ 0 / wässrige Salz- insbesondere LiBr-Lösung

CHgOH/ alkoholische Salzlösung H ₂ 0,CH OH/ Salzlösung

.Organisches Arbeitsfluid, wie z.B. R22 und/oder R21 orga¬ nisches Absorptionsmittel, wie z.B. Tetraethylenglycoldime- thylether oder n, n-Dimethylformamid.

Besonders vorteilhaft in den beiden höheren Temperaturen arbeitenden Kreisläufen ist jedoch die Verwendung von NH„ als Arbeitsfluid in Verbindung mit einer wässe- rigen Lösung eines Stoffes, z.B. eines Salzes, als Absorptionsmittel, welcher den Dampfdruck von K _^ O mög¬ lichst stark erniedrigt. Solche Arbeitsmittelsysteme sind aus DE-A-28 55 434 im Prinzip bekannt. Dort findet sich jedoch kein Hinweis darauf, diese Arbeitsmittel- Systeme im Hochtemperaturteil von mehrstufigen Absorberma¬ schinen zu verwenden und den Niederter.peraturteil mit dem "einfachen" System NH_/H_0 zu betreiben. Das Arbeitsfluid und seine Konzentration müssen ferner

-38- so gewählt werden, daß im Betriebsbereich (einschließlich den tiefsten Temperaturen bei Stillstand) keine Ausschei¬ dungen eintreten können. Vorteilhaft ist das Arbeitsmit¬ telsystem NH,/H ₂ 0 + LiBr, ferner die Systeme NHJH 0 + LiBr *+ CaBr ₂ (Molverhältnis LiBr: CaBr ₂ etwa 2:3); NH^/HgO + LiBr + ZnBr ₂ (Molverhältnis LiBr:ZnBr ₂ ca. 1:1) und

NH„/H ₂ 0 + LiBr + ZnBr ₂ + CaBr ₂ CMolverhältnis ca. 3 : 3 : 1).

Diese Arbeitsmittelsysteme wie insbesondere Ammoniak/ wässerige Lithiumbromidlösung (auf das im folgenden als typischer Vertreter dieser Klasse von Systemen ausschließlich Bezug genommen wird) insbesondere mit 40 bis 60 Gewichtsprozent Lithiumbromid bezogen auf das Gewicht der Lösung, sind nicht nur für Absorberma¬ schinen der hier beschriebenen Art von Vorteil, sondern können, was besonders betont werden soll, auch für andere bekannte zwei- und mehrstufige Absorbermaschinen verwendet werden, z.B. für Absorbermaschinen, die von Niebergall _. (I.e. Abbildung 32 auf S. 82) und in DE- A-30 14 320 u.a.m. beschrieben sind. Durch die Verwendung einer solchen Salzlösung wird das Lösungsfeld verbreitert und man kommt bei einer vorgegebenen Temperatur in einen ammoniakreicheren Bereich des Lösungsfeldes, was das Arbeiten der Absorbermaschine sehr günstig beeinflußt. Insbesondere wird bei vorgegebener Austreib- bzw. Ausgasungstemperatur der Rektifikationsaufwand verkleinert. Durch die Verbreiterung des „ Lösungsfeldes und das Steilerwerden der Dampfdruckkurven sind ferner Betriebszustände möglich, die mit dem reinen NH„/H _? 0- System nicht realisiert werden können, insbesondere lassen sich tiefere Kühltemperaturen, z.B. bis unter -70°C erreichen. Im folgenden werden tabellarisch einige typische Betriebsdaten für eine Absorbermaschine des Typs 1 angegeben, wie sie z.B. oben unter Bezugnahme auf Fig. 6 und 7 erläutert wurden.

-39- 1 ) Hoher Wirkungsgrad a ⁾ Hauptsächliche Verwendung für Heizzwecke insbesondere Niedertemperaturheizung und 3rauchwasserbereitung

Arbeitsmittelsystem NH /H 0

Alle Temperaturen sind in °C angegeben.

Bei Verwendung des Systems NH^/H-O + LiBr irr. Kreislauf 22 ergeben sich ähnliche Werte.

b) Kälteerzeugung, Klimaanlagen verwendbar auch bei hohen Umgebungstemperaturen Arbeitsmittelsystem NH_/H_0 (in 22 vorteilhafterveise

-40-

p" = 12 bar T T _c - 30 T _ß = 80-90 160-180 P ₀ ** ^• bar T _p = ^• 10

^" E = 30-40

^" D = 110-135

Bezüglich der als letztes aufgeführten Ausführungsform sei darauf hingewiesen, daß mit der vorliegenden Absorber- maschine mi η= 3 Teπperaturen bis zu -10°C bei Abwärme terrperatur n bis 30°C, also praktisch mit Luftkühlung, erreicht werden können.

Mittlerer Wirkungsgrad

Arbeitsmittelsyste Ammoniak /Wasser oder Ammoniak/ ässrige Lithiumbromidlösung

Niedriger Wirkungsgrad

In diesem Betriebsbereich lassen sich besonders hohe Temperaturdifferenzen überbrücken .

a) Anwendung hauptsächlich für Heizungsanlagen

-41-

b ⁾ Hauptanwendungsgebiet: Kältemaschinen mit Luft- oder

Wasserkühlung bei hohen Tempera¬ turen ^* ₂ des Kühlwassers oder der Kühlluft

Man kann hier also mit Antriebswärme von nur ca. 115°C

Kälte bis zu -50 ^C C mit Luftkühlung erzeugen. Besonders vor¬ teilhaft ist auch hier die Verwendung des Arbeitsmittel¬ systems Ammoniak/Lithiumbro idlösung, im Kreislauf 22.

Geht man mit der Austreibertemperatur T _A auf etwa 150 bis 170°C, so kann man selbst mit Luftkühlung Temperaturen bis -75°C erzeugen. Dies ist nur mit dem System im Hochtemperaturkreislauf möglich.

Es war oben bereits erwähnt worden, daß bei dβπArbeits-. mittelsystem Ammoniak/Wasser ein erheblicher Aufwand zur Rektifikation der im Austreiber A entstehenden Dampfphase getrieben werden muß, um das ausgetriebene NH möglichst weitgehend von H ₂ 0-Dampf zu befreien. Es war auch bereits erwähnt worden, daß sich das Rektifi¬ kationsproblem dadurch erheblich verringert, daß man das neue Arbeitsmittelsystem aus Ammoniak und einer wässerigen Lösung, insbesondere wässerigen Lithiu bromidlö-

-42-

sung verwendet.

Bei der vorliegenden Absorbermaschine ist außerdem das Rektifikationsproblem dadurch wesentlich - weniger gravierend als bei den bekannten Absorbermaschinen, da der aus A austretende Dampf beim Durchgang durch B gekühlt und rektifiziert wird, da bei der niedrigen Temperatur T _ß der aus A kommende H ₂ 0-Dampf in dem über den Kreislauf 24 von E zugeführten Absorptionsmittel (Lösung) absorbiert und gleichzeitig NH» ausgetrieben wird. Hierdurch tritt jedoch eine Ansammlung von H _? 0 im Kreislauf zwischen B und E ein. Diese wird durch die in Fig. 6 dargestellte Abzweigleitung 24f verhindert, die ein Regelyentil 24g enthält und durch die ein Teil des arbeitsfluidreichen Absorptionsmittels aus der Leitung 24a abgezapft, in den Austreiber A zurückgeführt und dort in bekannter Weise zur Vorrektifikation verwendet wird.

In Fig.6 ist noch eine Weiterbildung der beschriebenen Absorbermaschine dargestellt. Um eine zusätzliche Steigerung der Nutzwärmeleistung zu erreichen, wird NH„ -arme Lösung aus der Leitung 22c über eine Abzweigleitung 22h, die ein Regelventil 22i enthält, direkt in die Austauschein¬ heit B geleitet, wo sie Ammoniakdampf absorbiert und eine entsprechende zusätzliche Absorptionswärme entstehen läßt.

Die in den Arbeitsfluidleitungen angeordneten Ventile 29, 30, 31 und 33 gestatten es, die Austauscheinheiten A bis F voneinander zu trennen, was beim Anfahren der Maschine von Vorteil ist. Außerdem können sie im Betrieb als Regelorgane verwendet werden.

Das in der Arbeitsfluidleitung 14 vorgesehene Ventil 30 kann insbesondere zu folgendem Zweck verwendet werden: Im Betriebszustand η= 3/2 kann unter Umständen zwischen dem Kondensator C und dem Austreiber E eine so große Temperaturdif erenz auftreten, daß die

-43- Kondensatorleistung Q _c im Vergleich zur Verdampferleistung

F zu groß wird bzw. daß beim Austreiben in E ein so hoher Druck entsteht, daß die Verdampferleistung von F zu stark verringert wird. Um den Arbeitsf uidgas- ström im Niedertemperaturteil auf maximale Verdampferlei¬ stung einstellen zu können, ist daher zwischen B und C das Ventil 30 angeordnet, das die Kondensatorleitung über den Druck und damit die Kondensatortemperatur zu steuern gestattet.

Eine weitere möqliche Abwandlung der in Fig. 6 dargestellten

Absorbermaschine besteht darin, die Arbeitsfluidleitungen und 20 durch eine die Austauscheinheit E umgehende durch

Ventile einschaltbare Überbrückungsleitung zu überbrücken, so daß der Arbeitsmittelstrom n nicht durch E zu strömen braucht.

Auch für das Anfahren, Regeln der Maschine und ggf. für die

Verringerung von Druckabfällen sind Überbrückungsleitungen für die verschiedenen Austauscheinheiten vorteilhaft.

Ein weiteres interessantes Element der in Fig. 5a darge- stellten Klasse von Schaltungen erhält man, wenn man das Druckverhältnis P-,/P ₀ so groß wählt, daß C und D im gleichen Temperaturbereich arbeiten, wie bei C dargestellt ist, so daß bei den Typen 2 und 4 (gegenläufiger Umlau sinn des Arbeitsfluids I und II) ein innerer Wärmetausch zwi- sehen C und D möglich ist.

Eine zweistufige Wärmepumpe mit der Schaltung gem. Fig. 5a, die nur im Betriebszustand Q- _| =0 oder im Betriebs¬ zustand Q_=0 zu .arbeiten vermag, -ist nicht Gegenstand der Erfindung. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind jedoch Einrichtungen mit der Schaltung gem. Fig. 5a, die für die Betriebsbereiche 2, 3, 4, und 8 konstruiert sind.

-44- Beispiel einer Einrichtung mit vier Temperaturberei¬ chen und drei Druckbereichen

In Fig. 9 ist vereinfacht eine Schaltung gem. Fig. 5b etwas genauer dargestellt, die wie die Schaltung gem. Fig. 5a aus zwei miteinander gekoppelten elementaren Absorberkreisen aufgebaut ist, aber mit drei wesentlichen Druckniveaus arbeitet und vier Tβmperaturniveaus hat.

Auch bei dieser Schaltung gibt es vier Typen von Absorber¬ maschinen mit den gleichen acht Betriebsbereichen wie es oben unter Bezugnahme auf die Figuren 5a, 5d und 6 erläutert wurde.

Für die Schaltung nach Fig. 6 ist ein breiteres Lösungsfeld erforderlich als für die Schaltung nach Fig. 9. Die Schaltung gemäß Fig. 6 ist also mehr aufdie Eigenschaften des Arbeitsmittelsystems NH„/H 0 zugeschnitten, während die Schaltung gem. Fig. 9 mehr für das Arbeitsmittelsystem H ₂ 0/LiBr-H ₂ 0 geeignet ist.

Eine Einrichtung mit der Schaltung gemäß Fig.9 die ausschließlich für den Betriebszustand Q ₂ =0 konstruiert ist, soll nicht unter den Gegenstand der vorliegenden Erfindung fallen, da eine solche Einrichtung aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt ist. Ferner werden Kältemaschinen mit der Schaltung gem. Fig.9 nicht beansprucht, die für einen Betrieb im Bereich1 der Fig. 5d sowie einen Betrieb in dem unterhalb _U nd auf der gestrichelten Linie liegenden Teil des

Bereichs 2 (also für n < m;konstruiert ist.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind jedoch

Einrichtungen mit der Schaltung gem. Fig. 9, die für einen

Betrieb in den Bereichen 4 oder 8 konstruiert sind.

-45- Die Betriebsparameter der Schaltung gem. Fig. 5b oder 9 können ferner so gewählt werden, daß die Austauscheinhei¬ ten B und E im gleichen Temperaturbereich arbeiten (wie in Fig. 5b gestrichelt dargestellt ist) und ein innerer Wärmetausch nun zwischen diesen beiden Austausch¬ einheiten durchgeführt werden kann.

Einrichtung mit Absorber- und Druckmaschinen-Kreislauf

Fig. 10a zeigt etwas ausführlicher und Fig. 11 eine ^• schematische Darstellung einer speziellen Ausführungsform der Schaltung gem. Fig. 5c, die einen Absorberkreislauf

ABDC und einen Druckmaschinenlcreislauf KAC bzw.KED enthält.Die Schaltung, gem. Fig. 5c arbeitet mit zwei wesentlichen Druckbereichen und vier Temperaturbereichen- Anhand der Fig. 10a und 11 werden im folgenden der Einfachheit halber Ausführungsformen dieser Schaltung besprochen, die mit nur drei wesentlichen Temperaturbereichen arbeiten. Die im Druckmaschinenkreislauf KAC bzw. im Absorberkreislauf ABDC zirkulierenden Arbeitsfluidströ- me sollen mit n bzw. bezeichnet werden. Je nach dem Umlaufsinn der Arbeitsfluidströme gibt es vier Typen von Einrichtungen. Die möglichen Betriebsbereiche sind in Fig. iob analog zu Fig. 5d dargestellt.

Im folgenden sollen die einzelnen Betriebsbereiche und die Betriebszustände der Schaltung gemäß Fig. 10a unter Bezugnahme auf Fig. 10b erläutert werden. Die Vorzeichen der Wärmeumsätze Q _n bis Q in den Tempera¬ turbereichen T _Q bis T _p und das Vorzeichen der Arbeit W der Druckmaschine ⁽ + -Arbeitszufuhr; - Arbeitsentnahme) sind in Tabelle 1 für die acht Betriebszustände der Fig. 10b aufgeführt, wobei nun die Zeilenbezeichnung in der rechten Spalte gilt.

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1 Es existieren folgende acht Spezialfälle als Grenzen zwischen den Betriebsbereichen 1 bis 8:

n = 0: 5 reiner Absorberbetrieb als Wärmepumpe (m>0) oder Wärme¬ transformator (m<0) ; die Druckmaschine st außer Be¬ trieb; m = 0:

{O _n = 0; Q„ = 0) die Einrichtung arbeitet als Kompres- 0 "B

10 sorwärmepumpe (n>0) oder als Expansionsmaschine (n<0) mit den Komponenten A, C, K zwischen den Temperaturen T. und -;

15 — m = n:

(Q ₂ =Q =0;Q =0) die Einrichtung arbeitet als Kompressor- .. ärmepumpe (n>0) oder als Expansionsmaschine (n<0) mit den Komponenten B, D, K zwischen den Temperaturen T_

20 ^{Und T} 1 '

ns^2m:

{Q-.=0;Q = -Q-) mittels innerer Wärmeübertragung zwischen B und C arbeitet die Einrichtung als Kompressorwärmepumpe «c (n>0) oder als Expansionsmaschine (n<0) zwischen dem relativ großen Temperaturabstand T _? und T_ bei relativ kleinem Druckverhältnis p ₁ /p .

Die acht Betriebsbereiche haben folgende Eigenschaf- 30 ^ten:

Betriebsbereich 1 :

Die Antriebswärme für die Absorberwärmepumpe wird bei A zugeführt, Nutzwärme wird im Temperaturbereich . ent¬ nommen und Nutzkälte im Temperaturbereich T _n erzeugt. Für n <<m überwiegt die Leistung der Absorberwärmepumpe, für n →- m überwiegt die Leistung der Kompressorwärmepumpe.

-47- ' Betriebsbereich 2:

Der Kompressor arbeitet sowohl mit den Austauscheinheiten BD als auch AC. Wärmeentnahme bei T.. aus Autauscheinheit B und bei - aus Austauscheinheit A. Kälteerzeugung bei T _Q in Austauscheinheit D. Die zum Austreiben in der Aus¬ tauscheinheit C benötigte Wärme kann durch innereWärmeüber¬ tragung (Wärmetausch) aus B entnommen werden. Die mittlere Temperatur der Nutzwärme steigt von T.. (für n = ) auf T_ (für n. ^* ^2m) , wobei die LeistunσsZiffer sich natürlich gegenläufig verhalten muß. Wegen dieser Anpassungsfähigkeit der Nutzwärmetemperatur (bzw. Abwärmetemperatur) an variable Betriebsbedingungen eignet sich diese Schaltung besonders - gut als Wärmepumpe für Hausheizung sowie als Klimaanlage bei variabler Abwärmetemperatur.

Fig. 11 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer sol- chen Wärmepumpe. Die Austauscheinheiten B und C sind zu einem Dreifach-Wärmeaustauscher zusammengefaßt, der gleichzeitig im Wasserkreislauf einer Warmwasserhei- zungsanlage liegt, deren Leitungen durch dicke Striche dargestellt sind. Außer den Austauscheinheiten A, B, C und D und der aus einem Kompressor bestehenden Druckma-

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schine K enthält die Einrichtung gemäß Fig. 11 Mischgefäße M zum Mischen von gasförmigem Arbeitsfluid und flüssigem Absorptionsmittel; Trenngefäße T zum. Trennen von gasför¬ migem Arbeitsfluid von flüssigem Absorptionsmittel; •Wärmetauscher WT entsprechend z.B. dem Wärmetauscher 22e in Fig. 6; eine Überbrückungsleitung B?, die ein Absperrventil enthält, Heizkörper H und eine Heizwasserum- -wälzpumpe UP.

Wenn der .Kompressor " hauptsächlich mit den Austauschein- heiten B und D arbeitet ( Grenzgebiet zum Betriebszustand

1 ) kann in der Austauscheinheit A die Uberhitzungswärme des verdichteten Arbeitsfluids zum Austreiben nutzbar gemacht werden, wodurch der Wirkungsgrad gesteigert wird. Das in D verdampfte Arbeitsfluid kann an C vorbeige- leitet werden, um Überhitzung zu vermeiden. Umgekehrt kann . der in C ausgetriebene Arbeitsfluidstrom in D vorgekühlt werden, so daß er mit verringerter Temperatur in den Kompressor K eintritt. (Analoge Überlegungen gelten auch für alle anderen Schaltungen, bei denen der Kompressor überhitztes Arbeitsfluid ansaugen kann).

Betriebsbereich 3:

Die in B erzeugte Wärme reicht nicht aus, um den Wärmebe- darf für das Austreiben in C zu decken. Es wird daher Nutzkälte sowohl bei T ₀ in D als auch bei T in C erzeugt. Von der Austauscheinheit A wird Wärme bei T _? abgegeben.

Betriebsbereich 4:

Die Einrichtung arbeitet als eine Kombination von Wärme- ^■ transformator und Kompressorwärmepumpe. Bei T_ wird Abwärme an die Umgebung abgegeben; den Austauscheinheiten B

-49- und C wird Wärme T für den Betrieb des Wärmetransforma¬ tors und der Austauscheinheit C außerdem als Wärmequelle für den Kompressorwärmepumpenteil zugeführt; Nutzwärme wird bei T aus der Austauscheinheit A entnommen.

Betriebsbereich 5:

Die Einrichtung arbeitet als Wärmetransformator und liefert zusätzlich Nutzarbeit durch die aus einer Expansionsmaschine bestehenden Druckmaschinen K. Abwärme wird bei T_ abgegeben; Wärme bei T de.n Austauscheinheiten B und C zugeführt; Nutzwärme kann bei T _? aus der Austausch¬ einheit A entnommen werden. Die Austauscheinheit A wird vorzugsweise als Überhitzer verwendet, um den in der Austauscheinheit B erzeugten Dampf vor Eintritt in die Expansionsmaschine K zu überhitzen.

Betriebsbereich 6:

Die Einrichtung liefert Nutzarbeit aus Wärmen , die bei T ₁ (in B) und T _≥ (in A) zugeführt werden. Die bei C abgegebene Wärme wird bei B zusätzlich eingespeist, so daß Abwärme nur bei T ₀ entsteht.

Betriebsbereich 7:

Die Einrichtung liefert Nutzarbeit aus Wärme bei T ₂ ; Wärmeübertragung von C nach B; Abwärme tritt bei T _Q auf; außerdem Wärmeabgabe bei T in C als Nutzwärme oder Abwärme.

Betriebsbereich 8:

Die Einrichtung arbeitet als Absorberwärmepumpe/-kaltema- sc ^' hine ABCD, wobei eine Teilmenge des in A erzeugten Arbeitsfluidstroms in K unter Arbeitsleistung entspannt und in den Absorber C geleitet wird. Wärmezufuhr bei T ₂ ; Wärmeabgabe bei T.. (in B und C) : Nutzkälte bei T» . Diese Einrichtung liefert also entsprechend dem l und oder NutzwÄf θ ^" RE

-50- sowie mechanische Arbeit

Nicht beansprucht, da bekannt, werden Einrichtungen mit der Schaltung gem. Fig. 5c, die für einen Betrieb im Bereich 8 der Fig. 10b, oder für einen Betrieb im Bereich 1 einschließlich der Grenzen dieses Bereiches, oder für einen Betrieb auf der Grenze zwischen den Bereichen 6 und 7 konstruiert sind.

Besonders vorteilhaft sind Ausführungsformen der Erfindung mit der Schaltung gem. Fig. 5c, die für einen Betrieb im Bereich ^" 2, 3, 5, 6 oder 7 konstruiert sind.

Zweistufige Absorbermaschinen gem. Fig. 3

Analog zur Erläuterung der Fig. 5a, 5b und 5d gibt es für die in Fig. 3 dargestellten 16 Klassen von zweistufigen Absorbermaschinen, von denen nur zehn wesentlich verschieden voneinander sind, jeweils vier Typen von Absorbermaschinen entsprechend den vier Vorzeichenkombinationen (++), (+-), (-+), (—) der Arbeitsfluidströme in den beiden miteinander verbundenen unabhängigen Kreisläufen.

(f) bedeutet, daß das Arbeitsfluid in Gegenuhrzeigerrich¬ tung zirkuliert (Wärmepumpenbetrieb des betr. Absorber¬ kreises) ;

(-) bedeutet, daß deas Arbeitsfluid in Uhrzeigerrichtung zirkuliert (Wärmetransformatorbetrieb).

Die Einrichtungen mit Schaltungen gem. Fig. 3 arbeiten mit drei Druckbereichen und im allgemeinsten Falle mit sieben Temperaturbereichen, die durch geeignete Wahl der Betriebsparameter bei einigen Schaltungen auf vier ggf. sogar auf drei Temperaturbereiche reduzieren lassen. Besonders vorteilhaft sind im allgemeinen Einrichtungen,- die für Betriebszustände konstruiert

-51 - sind, bei denen ein teilweiser oder vollständiger innerer Wärmetausch zwischen Austauscheinheiten, die verschiedenen elementaren Kreisen angehören, stattfindet. Die Anzahl der Temperaturbereiche, bei denen der Einrich- tung von außen Wärme zu- oder abgeführt wird, läßt sich dannbeimehreren Klassen bis auf drei reduzieren. Die Anzahl der Druckbereiche ist immer drei.

Bei Einrichtungen gem. Fig. 3, die mit vier Temperaturbe- reichen arbeiten, gibt es im allgemeinen die in Tabelle 1 aufgeführten acht Betriebsbereiche. Bei fünf Temperatur¬ bereichen gibt es im allgemeinen Falle 22 Betriebsberei¬ che, für die die Vorzeichen der Nettowär eumsätze Q _Q bis Q. in den fünf Temperaturbereichen in Tabelle 3 aufgeführt sind. (In den Tabellen gilt jeweils die Zeilenbezeichnung in der linken Spalte).

In Fig. 12a sind für die Schaltungen gem. Fig. 3 tabel¬ larisch die Austauscheinheiten aufgeführt, zwischen denen ein innerer Wärmetausch durchgeführt werden kann. Dabei bedeutet B-A-, daß ein Wärmetausch zwischen der Austauscheinheit i des Kreises B und der Austauschein¬ heit j des Kreises A erfolgen kann. Die in Klammern stehenden Vorzeichen geben den relativen Umlaufsinn des Arbeitsfluids in den betreffenden Kreisen an, d.h. wenn in einer Klammer sowohl das Minuszeichen als auch das Pluszeichen vorkommt, muß der Umlaufsinn in den beiden Kreisen entgegengesetzt, sonst gleichsinnig sein.

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Nicht Gegenstand der Erfindung sind Einrichtungen mit einer Schaltung, wie sie in Fig. 3 im linken Bild der Klasse A ₂ xB„ (und im rechten Bild der Klasse A_xB _? ) dargestellt ist.oder mit einer Schaltung der Klasse ₃ xB ₃ (linkes Bild), bei welchen Schaltungen jeweils das Arbeitsfluid beiden Absorberkreisen im Gegenuhrzei¬ gersinn zirkuliert und bei denen ferner kein innerer Wärmetausch durchgeführt wird.

Bei Wärmetausch in einem Temperaturbereich kann der Wärmetausch durch geeignete Wahl der Arbeitsfluidströme m und n vollständig gemacht ^' werden. Bei einem Wärmetausch in zwei Temperaturbereichen ist ein vollständiger Wärmetausch in beiden Temperaturbereichen im allgemeinen nicht möglich, man kann jedoch immer einen vollständigen Wärmetausch in beiden .Temperaturbereichen erreichen, wenn man die betreffende Schaltung durch eine zusätzliche Austauscheinheit so ergänzt, daß ein dritter unabhängiger Absorberkreislauf entsteht. Hierfür gibt es für die Schaltungen gem. Fig. 3 jeweils zwei Möglichkeiten, die in Fig. 13 dargestellt sind. Die zusätzliche Austauschein¬ heit ist durch einen ausgefüllten Kreis dargestellt. Da bei den Schaltungen gem. Fig. 3 in yielen Fällen die Bedingungen für einen vollständigen inneren Wärme- tausch in beiden Temperaturbereichen nahezu erfüllt werden können, braucht der Arbeitsfluid- und Wärme¬ umsatz in der zusätzlichen Austauscheinheit nur relativ klein zu sein. Die zusätzliche Austauscheinheit kann daher in solchen F.ällen klein im Vergleich zu den anderen sieben Austauscheinheiten dimensioniert werden.

Außerdem können der Wärmeumsatz und/oder der Arbeits- fluidumsatz und/oder die Temperatur und/oder der Druck der zusätzlichen Austauscheinheit zu Steuer- und

Regelzwecken verwendet werden.

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Zweistufige Absorber-Druckmaschinen-Schaltungen gemäß Fig. 4

Bei den Einrichtungen mit einer Schaltung gem. Fig. 4 gibt es für jede Klasse vier Typen von Einrichtungen entsprechend den Vorzeichen der Arbeitsfluidströme in den beiden Arbeitsfluidkreislaufen. Auch hier ist wieder ein innerer Wärmetausch zwischen Austauscheinheiten des Absorberkreislaufes A und des Druckmaschinenkreis- laufes K möglich, wie es in den Tabellen in Fig. 12b analog zu Fig..12a angegeben ist.

Nicht Gegenstand der Erfindung sind ^' .Einrichtungen mit einer Schaltung der Klasse A,,xK.. in Fig. 4, bei denen das Arbeitsfluid im Absorberkreis in Gegenuhrzeiger¬ richtung zirkuliert, die Druckmaschine ein Kompressor ist und kein innerer Wärmetausch vorgenommen wird. Ferner sind nicht Gegenstand der Erfindung Einrichtungen mit der im ersten Bild der Klasse A_xK_. in Fig. 4 darge- stellten Schaltung, bei der ^' - a) die Druckmaschine ein Kompressor ist, b) das Arbeitsfluid in Uhrzeigerrichtung zirkuliert, der Kompressorausgang an die Austauscheinheit angeschlos¬ sen ist, die im niedrigsten Temperaturbereich des höchsten Druckbereiches arbeitet und ein innerer Wärme¬ tausch zwischen K und A. stattfindet. Besonders bevorzugt werden in Fig. 4 die rechts dargestellten Schaltungen der Klassen A.xK. , A„x ₁ , A„xK ₂ und Ä.xK_. Als vorteilhaft werden ferner die in Fig. 4 links dargestellten Schal¬ tungen der Klassen A_ _{] 1} , A ₁ xK ₂ , A _g xK , A x Jü und A x _≥ angesehen.Auch für den vollständigen Wärmetausch in zwei Temperaturbereichen gilt das, was zu Fig. 12a gesagt worden ist. Die zusätzliche Austauscheinheit, die zur Erfüllung der Bedingungen für einen vollständigen Wärmetausch in zwei Temperaturbe¬ reichen nötig ist, wird bei den Schaltungen gem. Fig. 4 an einer solchen Stelle angeordnet, daß die Austausch-

. -54-

1 einheiten die in Fig. 5b dargestellte Absorberschaltung bilden. Auch hier kann die zusätzliche Austauscheinheit reltiv klein sein und ihre Betriebsparameter können zu Steu¬ er- und Regelzwecken dienen.

5

In Fig. 14a bis 14f sind Absorber-Druckmaschinenschaltungen mit zwei bis vier Druckbereichen und drei Temperaturberei¬ chen dargestellt. Die Fig. 14a' bis 14f zeigen die jeweils zugehörigen Betreibszustandsdiagramme für _Q die acht Betriebsbereiche gem. Tabelle 1.

In Vorgriff auf noch folgende Erläuterungen ist in

Fig. I4f eine dreistufige -Einrichtung dargestellt, für die die anschließenden Ausführungen jedoch ebenfalls gelten. 5

Die Schaltung- gemäß Fig. 14a war oben bereits unter Bezugnahme auf Fig.5c, 10a und 10b erläutert wrden,sie ist hier nur aus systematischen Gründen nochmals darge¬ stellt, da die anschließend dargestellten Schaltungen 0 gem. Fig. 14b bis f der gleichen Betriebszustände fähig sind.

Auch bei den Schaltungen gemäß Fig. 14b bis I4f existieren analog zur Schaltung gemäß Fig. 14a (Fig.1Oa ) acht * Betriebsbereiche, wobei jedoch die Druckmaschinen bei höheren oder niedrigeren Drücken und mit anderen Druckverhältnissen (Einlaßdruck zu Auslaßdruck) arbeiten, was je nach Anwendung vorteilhaft sein kann. Es werden im folgenden nur einige einfache Betriebszustände Cerläutert, die sich durch das Verschwinden eines Wärmeum¬ satzes in bestimmten Temperaturbereichen auszeichnen und in den Diagrammen gemäß den Figuren 14a' bis 14f als Grenzen zwischen zwei benachbarten Sektoren darge¬ stellt sind. Technisch werden diese Betriebszustände 5durch Wärmeübertragung zwischen den in diesem Temperatur¬ bereich arbeitenden Austauscheinheiten oder durch Stillegen von Teilkreisen realisiert. Die folgenden Abschnitte a) betreffen jeweils die Erzeugung von

Nutzwärme die Abschnitte b) die Verwendun der betref eι ^B^ ^£

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1 den Einrichtungen zur Kälteerzeugung und die Abschnitte c) betreffen Typen von Einrichtungen, die mechanische Nutzarbeit W abgeben und Betriebsarten in der unteren Halbebene der Diagramme entsprechen.

5 Q _x . = 0 ( Grenze zwischen den Betriebsbereichen 2 und

3 bzw. 6 und 7) :

a) Wärme wird von T _Q (z.B. Umgebungstemperatur) nach T ₂ gehoben. Bei den Schaltungen gem. Fig.14a, _. - b, d, 10 e und f arbeitet der Kompressor in niederen oder höheren Druckbereichen und mit anderen Druckverhältnissen als wenn das reine Arbeitsfluid verwendet würde. Durch inneren Wärmeaustausch bei T_.wird ein großer Temperaturhub erzielt.

15 b) Nutzkälte wird bei relativ tiefer Temperatur T _Q erzeugt, wenn T ₂ die Umgebungstemperatur darstellt. Auch hier ergibt sich ein vorteilhafter großer Temperatur¬ hub. Für die Drücke der Kompressoren gilt analoges 20 wie unter a) .

c) Aus Wärme, die man im Temperaturbereich T _? zuführt, wird mechanische Arbeit gewonnen. Abwär-me wird im Temperaturbereich T_ abgegeben. Das Druckverhältnis ^ bei der Entspannung des gasförmigen Arbeitsfluids in der Expansionsmaschine ist dagegen bei ^' den Einrichtun¬ gen gem. Fig. 14a, b und d viel kleiner als p _? /p , wie es dem Temperaturintervall T _? -T bei Verwendung des reinen Ar¬ beitsfluids entspricht., in der Einrichtung gem. Fig. 14f

30 ^υ hingegen größer. -Die Absolutwerte der Eingangsdrücke sind bei den Schaltungen gem. Fig. 14a, d und e kleiner als

P ₂ , die Absolutwerte der Enddrücke sind bei der Schaltung gem.. Fig. .14b größer und bei den Schaltungen gem. Fig. 14d, e und f kleiner als p . 35 °

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^• Q ₂ = 0 (Grenze zwischen den Betriebsbereichen 1 und 2 bzw, 5 und 6) :

a) Wärme wird von T _n nach T gehoben. Bei den Schaltun- gen gem. Fig. 14b und d arbeitet der Kompressor zwar mit dem gleichen Druckverhältnis wie bei einer einfachen Kompressorwär epumpe BDK gem. Fig. 14a der Druck ist jedoch absolut höher (Schaltung gem. Fig. 14b bzw. niedriger (Schaltung gem. Fig. I4d). Bei den Schaltungen gem. Fig. 14c, e und f ist das Druckverhältnis größer als bei einer einfachen Wärmepumpe.

b) Kälteerzeugung bei T _n , Abwärme bei T , doppelte

Leistungsziffer im Vergleich zu dem Betriebszuszand

Qx, = 0. Für die Kompressordrücke gilt Analoges wie unter a)

c) Wärme der Temperatur T wird in Arbeit umgewandelt, Abwärme bei T_. In den Einrichtungen gemäß Fig. 14b bis ^' f kann die Expansionsmaschine jedoch in einem anderen Druckintervall bzw. Temperaturintervall als bei einem gewöhnlichen Kraftwerk, das mit demselben, reinen Arbeitsfluid arbeitet, betrieben werden.

-57- Q _n = 0 (Grenze zwischen den Betriebsbereichen 3 und und 4 bzw. 7 und 8):

a) Wärme wird von T..nach T ₂ gehoben, der Kompressor wird jedoch bei den Einrichtungen gemäß den Fig.14a, . c bis f in einem anderen Druckintervall betrieben als der Kompressor einer konventionellen Einrichtung, die mit dem gleichen,reinen Arbeitsfluid arbeitet.

b) Kälteerzeugung bei T , Abwärme bei T ₂ ; auch hier arbeitet der Kompressor in einem anderen Druck- bzw. Temperaturintervall.

c) Wärme mit der Temperatur T _p wird in Arbeit umgewan- delt. Abwärme tritt bei T.. auf. Bei den Einrichtungen gern ^* . Fig. 14a, c bis f wird die Expansionsmaschine in einem anderen Druckintervall betrieben als die Expansionsmaschine einer konventionellen Einrichtung, die mit dem reinen Arbeitsfluid (also ohne Absorptionsmit- telkreislaufe) arbeitet.

Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Einrichtungen besteht, wie bereits erwähnt, darin, daß die Betriebszu¬ stände der vorliegenden Einrichtungen durch Änderungen der Arbeitsfluiddurchsätze m und n wechselnden äußeren Bedingungen angepaßt werden können.

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' Als Beispiel sei nochmals der Betriebsbereich 2, der mit allen Schaltungen der Fig. 14a bis f realisierbar ist, betrachtet. Nutzwärme kann sowohl bei T ₂ als auch bei T.. entnommen werden, wobei sich der Wirkungsgrad beim 5 Übergang von T auf T kontinuierlich erhöht. Entnimmt man die Wärme ausschließlich im Temperaturbereich T ₂ , so ist bei gleicher Kompressorleistung n die bei T_ pro Zeitein¬ heit aufgenommene Wärme nur noch halb so groß (m = n/2 für die Fig. 14a und b) wie bei Wärmeentnahme nur im Tempera-

^" O turbereich T ₁ (m = n für die Fig. 14a und b). Um die Nutzwärmeleistung mit steigender Nutzwärmetemperatur (Übergang von T ₁ auf T _p ) konstant zu halten oder auch zu steigern, muß der Arbeitsfluiddurchsatz n und damit die pro Zeiteinheit zugeführt Arbeit erhöht werden.

^ Durch Steuerung der Vorlauftemperatur im Heizwasserkreis kann das Verhältnis der Wärmemengen, die man bei T.. bzw. T„ entnimmt, bestimmt werden.

Auch bei Kältemaschinen und Klimaanlagen ist diese 0 Anpassungsmöglichkeit für die Temperatur der Abwärme von Vorteil. Mit sinkender Abwärmetemperatur erzielt die Einrichtung automatisch eine bessere Leistungs¬ ziffer zur Kälteerzeugung.

^• " Die beschriebenen Einrichtungen ermöglichen auch, mit nur einem Kompressor, gleichzeitig Kälte in verschie¬ denen Temperaturbereichen zu erzeugen, so z.B. im Betriebsbereich 3. Diese Eigenschaft ist vorteilhaft für den Betrieb von. Kühlschränken, Gefriertruhen und 0 insbesondere wiederum für Klimaanlagen.

Daß die Kompressoren bzw. Expansionsmaschinen bei

5

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1 den vorliegenden Einrichtungen in Druckintervällen arbeiten, die sehr verschieden sind von den Druckinterval¬ len, die sich bei der Durchführung des gleichen Prozes¬ ses mit dem gleichen Arbeitsfluid ohne Absorberkreisläu-

5 fe ergeben würden, soll nun durch einige praktische Beispiele zusätzlich verdeutlicht werden.

Beispiel I:

0 Eine Einrichtung gemäß Fig. 14b stellt im Betriebszustand entsprechend Q = 0, W> 0 eine Kompressorwärmepumpe dar, bei der Wärme von T _Q nach T gehoben wird, während der Kompressor statt zwischen p und p hier zwischen p. und p _p arbeitet. Die im Kondensator E entstehende

15 Kondensationswärme wird analog dem Prinzip der Brüdenver¬ dichtung zum Austreiben in A verwendet. Mit H _p /0 als Ar¬ beitsfluid und einer 60 %igen wäßrigen Lithiumbromid- lösung als Absorptionsmittel ergeben sich beispielsweise folgende Betriebsdaten: Po = 0 , 2 bar , 0 = 1

^P 1 bar

p ₂ = 6 , 5 bar

^τ o = 60' ^' C

25 ^τ ι = 1 00 ^{« »} c

_= 1 0' ^~ C

^T 2

Bei einer konventionellen KompressorWärmepumpe, die mit H _p 0 als Arbeitsfluid und mit dem Temperaturhub 3060°C bis auf .100°C arbeitet, müßte der Kompressor von 0,2 bar auf 1 bar mit großem Volumendurchsatz komprimieren, während der Kompressor der vorliegenden Kompressorwärmepumpe mit relativ kleinem Volumendurchsatz von 1 bar auf 6,5 bar komprimiert.

35

-60- Beispiel 2 :

Umgekehrt (W 0) kann man mit dieser Einrichtung aus der Temperaturdifferenz von 100°C bis 60°C mit einer relativ kleinen Turbine durch Entspannung von Wasserdampf zwischen 6,5 bar und 1 bar Arbeit gewinnen. Die bei A entstehende Absorptionswärme wird- zur Dampferzeugung in E verwendet.

T_ kannbei beiden Beispielen auch niedriger als 60°C gewählt werden. Bei beiden Beispielen sind der Wärme- und Arbeitsfluidumsatz in der Austauscheinheit B klein, da für Q _p = 0 der Arbeitsfluidstrom m ungefähr gleich n ist. Man kann daher im Prinzip die Austauschein- heit B weglassen. In diesem Falle ist allerdings Q _p nur unter ganz speziellen Bedingungen zwischen spezifischen Wärmen, Lösungswärmen und Lösungsmittelumlauf, Kompressor¬ wirkungsgrad usw. exakt gleich null. Die Grenze zwischen den Betriebsbereichen 1 und 2 in Fig.14b' kann rechts oder links von der gestrichelten Linie , (m = n) oder auch stückweise darauf liegen. Will man bei T _p keine Wärme zuführen oder entnehmen, so dient die Austauschein¬ heit B, die je nach Lage der beiden Linien Q _p = 0 und Q _R = 0 zueinander einen kleinen Kondensator (m> n für Q = 0) oder Verdampfer (m<:n für Q _p = 0) darstellt, zum Ausgleich der Wärmebilanz zwischen E und A.Der -Arbeitsfluidstrom m-n durch die Austauscheinheit B kann zur Regelung der Betriebs- parameter der Kombination KEA dienen. Die Austauscheinhei¬ ten A, E und B können entlang den Dampfdruckkurven beliebig zu höheren oder niedrigeren Drücken verschoben werden (siehe Fig.15a und c), so daß bei vorgegebenem Temperaturhub T -T ₀ der Wärmepumpe die Drücke p _p und p des Kompressors K in einen technisch günstigen Bereich gelegt werden können. Zum Zwecke der Wirkungsgraderhöhung empfiehlt es sich, den von E nach D fließenden flüssigen Arbeitsfluidstrom zunächst auf das Druckniveau p zu ent¬ spannen und den hierbei entstehenden gasförmigen Anteil gleich wieder dem Kompressor K zuzuführen.

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An der Grenze zwischen den Betriebsbereichen 5 und

6 gilt Analoges für die Wärmebilanz und für die Komponen¬ te B. Da bei diesem Betriebszustand flüssiges Arbeitsfluid von D nach E gepumpt wird und dabei erwärmt -werden muß, kann B als Kondensator zur Teilerwärmung dieses Flüssigkeitsstroms, entsprechend der Wirkungsgraderhöhung durch "Speisewasservorwärmung", dienen..

Die Einrichtung gemäß Fig.l4d ( und insbesondere Fig.15b.) ist z.B. dann von Vorteil, wenn die thermische Stabilität des Arbeitsfluids durch eine Überhitzung beim Ko pressionsvorgang gefährdet ist oder wenn p 1 für den Kompressor unbequem hoch liegt.Für

0_D. = - Q„E, d.h. 00- = 0, wird beim Wärmetransformator-Wär- mepumpenbetrieb ( zweiter Quadrant in Fig. 14d') Wärme von T ₁ nach T _p gepumpt, obwohl der Kompressor nur zwischen po* und po _Λ arbeitet. Bei dem Betriebszustand

Q _π = 0 sind für Schaltung gem. Fig. 14 d der Wärme- und Arbeitsfluidumsatz in der Austauscheinheit C klein. Die Grenze des Betriebsbereichs 3 und 4 bzw.

7 und 8 liegt in der Nähe der gestrichelten Linie Q = 0. C kann daher im Prinzip weggelassen werden, wobei dann allerdings die - Wärmebilanz zwischen D und E im allgemeinen nicht mehr exakt ausgeglichen ist. Man wird jedoch die Austauscheinheit C schon deshalb beibehalten, um dort die Uberhitzungswärme des vom Kompressor kommenden gasförmigen Arbeitsfluids z.B. zum Austreiben zu nutzen, wodurch der Wirkungsgrad erhöht wird. Weiterhin kann in C die Wärmebilanz des zwischen A und E zirkulierenden arbeitsfluidreichen und arbeitsfluidarmen Absorptionsmittel zum Teil ausgeglichen werden. Auch bei der Schaltung gem. Fig. 14d können die Austauscheinheiten D, E und C beliebig entlang den Dampfdruckkurven in einen günstigen Druck¬ bzw. Temperaturbereich verschoben werden (siehe

Fig. 15b und d). T _Q kann auch unter der Umgebungstempera¬ tur liegen.

-62- Die in in Fig. l4e dargestellte Einrichtung stellt für Q _p = 0 (m = n) und W s> 0 eine Kompressorwärmepumpe mit einem hohen Wirkungsgrad dar. Bei dieser Betriebs¬ art kann auf die Austauscheinheit A verzichtet .werden (siehe Fig. 21a), es sei denn, man will in ^* _A die Uberhit¬ zungswärme zum Austreiben nutzen. Wenn die Druckmaschi¬ ne eine Expansionsmaschine ist (W .• . 0), kann A als Überhitzer dienen. Die Austauscheinheit, die mit dem Auslaß , also der Druckseite des Kompressors verbunden ist, kann außer zur Abführung der Uberhitzungswärme auch als Ölabscheider dienen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn als Absorptionsmittel ein für die Schmierung des Kompressors geeignetes Öl verwendet wird.

Bei der Einrichtung gemäß Fig. 14c kann auf die Austausch¬ eeiinnhheeiitt DD iverzichtet werden, wenn Q ₀ = 0 ist, d.h. für m = -n,

Bei den Schaltungen gem. Fig. 14a bis f waren die Abstände T - T und T_. - T _Q auf der reziproken Tempera¬ turskala etwa gleich groß gewählt. Die Fig. 16a und b zeigen als Beispiel, wie durch Einschalten zweier weiterer Austauscheinheiten und eines Absorptionsmittel- kreislaufs die Temperaturabstände bei der Schaltung gem. Fig. 14a gezielt ^' verändert werden können, ohne daß sich die Zahl der wesentlichen Temperaturniveaus über drei erhöht.Analoge Erweiterungen sind bei allen Absorberkreisläufen der Schaltungen gem. Fig. 14a bis f möglich. Diese neuen Schaltungen, bei denen der Absorberteil "zweistufig ist, sind daher zu genau den gleichen Betriebszuständen befähigt, wie sie in den Fig. 14a' bis f dargestellt sind, wobei sich allerdings jeweils andere Leistungsziffern ergeben, was schon we- gen der geänderten Temperaturabstände plausibel ist. In den Schaltungen gem. Fig. 16a und b kann jede Druckstu¬ fe übereine Druckmaschine verbunden sein.

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In allen Schaltungen der Fig. 14a bis f existieren zwei unabhängige Kreisläufe, so daß, außer in speziellen Betriebszuständen, sowohl Arbeit als auch Wärme zum Betrieb der Anlage zugeführt werden können. Die Anlagen können z.B. zunächst durch Zufuhr von Wärme rein als Absorberwärmepumpen bzw. -Wärmetransformatoren arbeiten. Zur Leistungssteigerung kann dann immer der Kompressor dazugeschaltet werden und sogar bei Versiegen der Wärmezufuhr die Anlage allein antreiben. Besonders vorteilhaft sind diese Schaltungen auch dann, wenn die Kompressorleistung W durch einen Verbren¬ nungsmotor bereitgestellt wird. Die Abwärme des Motors kann dann als Antriebswärme des Absorberwärmepumpenteils (m> 0) oder des Wärmetransformatorteils (m < 0) verwendet werden. Dies gilt auch z.B. für Schaltung gem. Fig. T4b (bzw. i5a) mit H ₂ 0 als Arbeitsfluid und LiBr-Lösung als Absorptionsmittel.

In Fig. 15a, a' bis k, k' sind Beispiele für Schaltungen gem. Fig. 4 dargestellt, bei denen die Betriebsparameter so gewählt sind, daß sich vier Temperaturbereiche ergeben, die Figurenbezeichnung mit Strich bezieht sich auf die al- ternative Schaltung der mit k ¹ bezeichneten Druckmaschine. Die zugehörigen Betriebszustand-Diagramme sind der Ein¬ fachheit halber mit den gleichen ungestrichenen bzw. ge¬ strichenen Buchstaben bezeichnet.

Die Vorzeichen der Wärmeumsätze Q _n bis Q_ und der

Arbeit W sind in Tabelle 3 (Zeilenbezeichnung rechte Spal¬ te) angegeben.

Für die Schaltungen gemäß Fig. 15a und 1 g gelten für den Betrieb als Wärmepumpe zwischen T _Q und T bzw. T ₂ und T ₃ die gleichen Ausführungen wie für die Figuren 14b, c bzw. 14d, e. In den Figuren 15a und 15b ist wiederum angedeutet, daß bei vollständigem Wärmetausch

-64- 1 in den Temperaturbereichen T, bzw. T _Q der Arbeitsfluid- umsatz in der Austauscheinheit B bzw. C klein oder sogar null ist. Die Schaltungen gemäß Fig. 15c, c' und d, d' können als Varianten der Schaltungen gemäß den c Figuren 14b bis e aber auch als Varianten der Schaltungen gemäß den Figuren 15a, a ¹ und b, b' verstanden werden, die man z.B. dadurch erhält, daß man bei der Schaltung gemäß Fig. 15a oder 1 a' die beliebig verschiebbare Kombination EBA mit K bzw. K' so durch das Austauschein- heitenpaar CD "hindurchschiebt", daß nur noch die Austauscheinheit E druckmäßig darüber liegt. Im Falle der Schaltung gemäß Fig. 1 _C , _C " ^' arbeitet die Wärmepumpe mit innerem Wärmetausch bei T _p zwischen T.. und T», wobei D eine kleine Austauscheinheit zur exakten Erfüllung der Bedingung Q ₂ =0 darstellt. Für die Schaltungen gemäß Fig. 15d und d' gilt Analoges. Die Schaltungen gemäß Fig. 1 e und e' entstehen aus den Schaltungen gemäß Fig. 15a bzw. 15a', indem man unter Erhaltung der topologischen Zusammenhänge, d.h. aller Verbindungen, die Austauscheinheit E über B bis nach T. verschiebt.

Diese Schaltung kann, ähnlich wie die gemäß Fig. 1 b und b ¹ oder gemäß Fig. 14e, Wärme von T _p nach T_ pumpen, wobei im Temperaturbereich T ₁ zwischen E und C ein inne¬ rer Wärmetausch stattfindet. In diesem Falle dient jedoch die kleine Austauscheinheit D als Kondensator oder Verdampfer zur Erfüllung der Bedingung Q _F = -Q _r - Analog wird bei den Schaltungen gemäß Fig. 1 f und f die Wärmebilanz im Temperaturbereich T _p nicht wie bei der Schaltung gemäß Fig. 14b durch eine temperaturmäßig tiefer liegende Austauscheinheit, sondern durch eine temperaturmäßig höher liegende Austauscheinheit ausgegli¬ chen. Es ist also ersichtlich, daß es bei der "Brüden¬ kompression" zwei Möglichkeiten gibt, die Wärmebilanz zwischen Kondensator und Austreiber auszugleichen.

Die Schaltungen gemäß den Figuren 15g und g* sowie h und h* entstehen aus den Schaltungen gemäß Fig. 15e und e' bzw. f und f durch Verbreiterung des Absorber-

-65-

teiles längs der Temperaturachse. Die Schaltungen gemäß Fig. 1 i und i' entstehen aus den Schaltungen gemäß Fig. 14d bzw. e, wenn man die Austauscheinheit E ohne Änderung der Verbindungen zu immer höheren Drücken schiebt. Analoges gilt für die Schaltungen gemäß Fig. 15k und k ¹ bezüglich der Schaltungen gemäß Fig. 14b und c. Die zwanzig Schaltungen, die in den Figuren 1 a, a' bis k, k ¹ .dargestellt sind, haben alle einen Betriebszustand, bei dem sich die Anzahl der aktiven Austauscheinheiten auf vier reduziert. Die den beiden Kreisläufen gemeinsame Austauscheinheit ist hierbei inaktiv.

In den sechzehn Klassen gem. Fig. 3 gibt es jeweils eine Unterklasse mit sechs Austauscheinheiten und damit maximal sechs Temperatur- und drei Druckniveaus. Diese Unterklassen zeichnen sich dadurch aus, daß bei Anwendung der Regel 3b) eine Schaltung entsteht, bei der die Austauscheinheit, die ursprünglich bei- den Kreisen angehört e, nicht mehr vorhanden ist. Die sich durch das Weglassen der gemeinsamen Austauscheinheit ergebenden Schaltungen sind in Fig.. 17a bis f dargestellt. Wenn man von einer Schaltung gemäß Fig. 3 ausgeht, in der ein innerer Wärmetausch durchgeführt wird, gelangt man zu neuen Schaltungen. Ohne inneren Wärmetausch sind jedoch die Schaltungen gemäß Fig. 17a bis 17d und I7f bekannt und werden daher nicht beansprucht.

Ferner werden nicht beansprucht Einrichtungen mit einer Schaltung gem. Fig. 17c oder 17d mit Austauschein¬ heiten, bei denen die Methode der übergreifenden Tempera¬ turen angewendet ist. Dasselbe gilt für die Schaltung gem. Fig. 5a.

Bei den Schaltungen gemäß Fig. 17 gibt es nur noch einen einzigen unabhängigen Arbeitsfluidstrom und daher also jeweils nur noch zwei Typen.

-66-

- Beispiele besonders zweckmäßiger neuer Schaltungen gemäß Fig. 17 mit innerem Wärmetausch sind in Fig. 18 dargestellt. Die senkrechten Wellenlinien symbolisieren einen inneren Wärmetausch zwischen den sie verbindenden Austauscheinheiten; die Richtung des Wärmeflusses hängt dabei vom Typ, d.h. von der Zirkulationsrichtung des Arbeitsfluids ab.

Die folgenden Erläuterungen beziehen sich auf Einrich- tungen gemäß Fig. 18, die für einen Betrieb als Wärmepumpe konstruiert sind. Für die entgegengesetzte Richtung des Arbeitsfluidstromes gilt Analoges.

In der Schaltung gem.18a wird bei A Antriebswärme zugeführt, bei C Kühlleistung erbracht, bei D Abwärme abgegeben und bei F Nutzwärme hoher Temperatur abgegeben. Für das Arbeitsmittelsystem NH ₃ /H ₂ 0 sind die Temperaturen beispielsweise etwa

^" A = 150 - 180°C = 100°C

^" D = 30°C 5°C

in analoger Weise können die Schaltungen gem. Fig, 18.c, i und k betrieben werden.

-67-

Bei der Schaltung gem. Fig. I8.c wird Betriebswärme bei A zugeführt, Wärme bei C aufgenommen und Nutzwärme bei D und F abgegeben. Im Vergleich zu einer einstufigen Wärmepumpe mit den gleichen Betriebstemperaturen ist der Druck im Austreiber A erheblich niedriger und kann parktisch bis auf den Druck im Verdampfer C reduziert werden.

Die Schaltung gem. Fig. I8f stellt eine der Schaltung gem. Fig. 18c analoge Wärmepumpe dar, jedoch liegt hier der Druck im Austreiber A unter dem im Verdampfer C. Die gestrichelte Darstellung zeigt, daß durch "Verschieben" der Austauscheinheit A, B, E, F in die gestrichelte Lage im In p/ (-1/T) - Diagramm der Druck im Austreiber A* praktisch gleich dem Druck im Verdampfer C gemacht werden kann. B' und C bleiben verschiedene Komponenten.

Die Schaltung gem. Fig. 18g kann z.B. verwendet- werden, um mit dem Arbeitsmittelsystem H ₂ o/LiBr-Lösung Kälte¬ leistung bei E bei einer Temperatur unter dem Gefrier¬ punkt von Wasser zu erzeugen.

Die Schaltung gem. Fig. 18-b hat bei Verwendung des Arbeitsmittelsystems H ₂ o/LiBr-Lösung den Vorteil, daß der Druck im Austreiber A höher liegt, als bei einer einstufigen Wärmepumpe und gleichen Temperaturbe¬ reichen.

Wenn bei den Schaltungen gem. Fig.18 ein vollständiger innerer Wärmeaustausch erwünscht, aber aufgrund der vorgegebenen Betriebsparameter schwierig zu erreichen ist, wird eine zusätzliche Austauscheinheit zum Ausgleich der Wärmebilanz vorgesehen. Diese zusätzliche Austausch- einheit braucht nur klein im Vergleich zu den in Fig. 18 dargestellten Austauscheinheiten zu sein und wird

-68- _ __. - - - an einer solchen Stelle angeordnet, so daß sich wieder zwei unabhängige Kreisläufe ergeben. Hier gibt es jeweils drei Möglichkeiten, die beispielhaft in Fig. 19a, b und c für die Schaltungen gem. fig. 18a, . b und c gestrichelt dargestellt sind.

Die Betriebsparameter dieser zusätzlichen, kleinen Austauscheinheit könne, wie . oben unter Bezugnahme auf Fig. 13 erwähnt worden war, zu Regel- und Steuerzwek- ken verwendet werden.

Auch -bei den Absorber-Druckmaschinen-Schaltungen gemäß Fig. 4 können durch Anwendung der Regel 3b Schaltungen erhalten werden, die die gemeinsame Austauscheinheit nicht mehr enthalten. Diese Schaltungen sind in Fig. 20a bis f dargestellt. Analog zu den Schaltungen gem. Fig. 17 gibt es bei den Schaltungen gemäß Fig. 20 nur einen Arbeitsfluidkreislauf und daher für jede Schaltung der in Fig. 20 dargestellten Klassen von Schaltungen nur zwei Typen.

Es sind bereits Einrichtungen mit Schaltungen gemäß Fig. 20b, d, e und f, welche für ganz bestimmte Betriebs¬ arten konstruiert sind, bekannt, die daher nicht unter den Gegenstand der vorliegenden Erfindung fallen. Insbesondere sind Einrichtungen mit den Schaltungen gemäß Fig. 20b und d bis f bekannt, bei denen die Druckmaschine ein Kompressor ist und der Absorberteil ohne inneren Wärmetausch arbeitet. Ferner ist auch eine Einrichtung mit der Schaltung gemäß Fig. 20b bekannt, bei der die Druckmaschine eine Expansionsmaschine ist.

In Fig. 21a), b) und c) sind drei besonders vorteilhafte Schaltungen mit innerem Wärmetausch dargestellt, die den Schaltungen gemäß Fig. 20e), a) bzw. d) entsprechen.

-69- Besondere Vorteile ergeben sich, wenn die Schaltungen gemäß Fig. 21 für kontinuierlich arbeitende Wärmepumpen oder Kältemaschinen mit Kompressor verwendet werden. Wenn die Druckmaschine eine Expansionsmaschine ist, gilt jedoch das entsprechende.

Bei einer Wärmepumpe mit der Schaltung gemäß Fig. 21a wird Wärme von D nach C gepumpt, wobei jedoch der Kompressor K in einem Druckbereich arbeitet, der wesentlich höher ist als es dem Dampfdruck des Arbeits¬ fluids im Temperaturbereich T _n entspricht. Der Temperatur¬ bereich T _p kann unabhänbgig von den Temperaturbereichen T ₀ und T ₁ so gewählt werden, daß sich günstige Drücke für den Kompressor K ergeben. Dies ist bei Verwendung von H _p 0 als Arbeitsfluid günstig.

Bei einer Wärmepumpe mit der Schaltung gem. Fig. 21c wird Wärme von B nach A gepumpt, während der Kompres¬ sor K in einem wesentlich niedrigeren Druckbereich arbeitet, als es dem Dampfdruck des Arbeitsfluids im Temperaturbereich der Austauscheinheit B entspricht. Dies hat den Vorteil, daß der Kompressor K mit niedrigeren Drücken arbeiten kann und daß das Arbeitsfluid bei der Kompression keinen so hohen Temperaturen ausgesetzt wird.

Bei einer Wärmepumpe mit der Schaltung gemäß Fig. 21b wird Wärme von D nach A gepumpt.

wenn bei den Schaltungen gemäß Fig. 21a bis c ein vollständiger Wärmetausch zwischen den gekoppelten Austauscheinheiten erreicht werden soll, d.h. daß keiner der miteinander im Wärmeaustausch stehenden Austauscheinheiten von außen Wärme zugeführt oder entnommen wird, können die Schaltungen gemäß Fig. 21 durch eine zusätzliche, kleine Austauscheinheit so ergänzt werden, daß sich ein zweiter vollständiger Arbeitsfluidkreislauf ergibt.Hierbei gibt es jeweils

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zwei Möglichkeiten, die für die Schaltung gem. Fig. 21a in Fig. 22 gestrichelt dargestellt sind. Die Austauscheinheit F kann außerdem die Funktion des Überhitzers für den in die Expansionsmaschine K eintretenden Gasstrom übernehmen oder umgekehrt den aus dem Kompressor K austretendenin B konden¬ sierenden Gasstrom vorkühlen. Die Austauscheinheit E kann außerdem den von dem Kompressor K angesaugten, in A erzeug¬ ten Gasstrom kühlen _. oder den aus der Expansionsmaschine K austretenden Gasstrom erwärmen. Für die Schaltungen gem.Fig. 21b und 21c gilt das entsprechende.

Die Schaltungen gemäß Fig. 17 haben jeweils unterschied¬ liche Eigenschaften, die einen optimalen Betrieb bei verschiedenen Anforderungen gewährleisten. Bei den früher diskutierten Schaltungen mit zwei unabhängig voneinander veränderlichen Arbeitsfluidströmen konnte die Arbeitsweise der Schaltung an wechselnde Bedingungen durch Änderung des Verhältnisses der Arbeitsfluidströme angepaßt werden. Es wurde nun erkannt, daß man bei den Schaltungen gemäß Fig. 17 eine ähnliche Anpassung an unterschiedliche Bedingungen dadurch erreichen kann, daß man zusätzlich einfache Verbindungsleitungen mit Absperrventilen für gasförmiges Arbeitsfluid vorsieht, mit denen man zwischen den verschiedenen Schaltungskonfi¬ gurationen gemäß Fig. 17 umschalten kann.

Fig. 23a zeigt, welche Verbindungsleitungen und Gasventile erforderlich- sind, um nach Wunsch jede der Schaltungen gemäß Fig. 17 und die Schaltung gemäß Fig. 5a realisieren zu können, ohne daß dabei an den Absorptionsmittelkreis- laufen etwas geändert zu werden braucht. Man kann sogar zwischen bestimmten Klassen von Schaltungen mit innerem Wärmetausch umschalten, wie anhand von Fig. 23b dargestellt ist. Mit der in Fig. 23b dargestell¬ ten Schaltung kann durch Schließen des Ventils V und Öffnen der Ventile V und V die Schaltung gemäß Fig. 23c realisiert werden und durch Öffnen des Ventils V ₁ sowie Schließen der Ventile V und V die Schaltung gem. Fig. 23d.

-71 -

Entsprechendes gilt für die Absorber-Kompressorschaltun¬ gen gem. Fig. 20: Fig. 24a zeigt eine Absorber-Kompressor- Schaltung, bei der durch Öffnen bzw. Schließen der darge¬ stellten Gasleitungs-Ventile jede der Schaltungen gem. Fig. 20 sowie die Schaltungen gem. Fig. 5c realisiert werden kann. Fig. 24b zeigt analog zu Fig. 23b eine Schaltung mit innerem Wärmetausch, mit der durch ffnen bzw. Schließen der dargestellten Ventile entweder die Schaltung gem. Fig. 24c oder die Schaltung gem. Fig. 24d realisiert werden kann.

Bei den Schaltungen gem. Fig. 23 und 24 ist also eine diskontinuierliche Umschaltung zwischen Schaltungen mit unterschiedlichen Wirkungsgraden möglich.

Es wurde ferner festgestellt, daß ein Umschalten zwischen verschiedenen Schaltungsklassen, wie es anhand der Figuren 23 und 24 erläutert worden ist, auch mit den Schaltungen gem. Fig. 3 durchgeführt werden kann. Es lassen sich nämlich die Schaltungen der Klassen A xB. , A..XB , A.xB durch Gasleitungsventile umschalten, ferner lassen sich ineinander umschalten die Schaltungen der Klassen A _p xB _p , A _p xB_, und A^xB und schließlich lassen sich ineinander umschalten die Schaltungen der Klassen A ₁ xB ₂ , A ₁ xB ₃ , A ₂ xB ₄ und A xB _4>

Analog zu den obigen Erläuterungen lassen sich bei den Schaltungen gem. Fig. 4 die Schaltungen der Klassen A x K- , A xK _p , A.xK und A xK _p durch Umschalten von Gas- ventilen ineinander überführen, entsprechendes gilt für die Schaltungen der Klassen A xK , A _p xK ₂ , A_xK und A_xK _p .

Erweitert man eine zweistufige Absorbermaschinenschal¬ tung gem. Fig. 3 um einen weiteren elementaren Absorberkreislauf, so entstehen dreistufige Absorberma¬ schinen mit maximal 10 Austauscheinheiten, also maximal zehn Temperaturniveaus und maximal vier Druckniveaus. Es gibt Unterklassen mit acht Austauscheinheiten,

-72-

^• da der hinzugefügte Absorberkreislauf drei Austauscheirteiten mit der erweiterten zweistufigen Schaltung gemeinsam haben kann. Auch die Temperaturbereiche lassen, sich bis auf drei reduzieren.

Erweitert man eine zweistufige Absorbermaschinenschaltung durch einen elementaren Druckmaschinenkreis, so entstehen Klassen von weiteren dreistufigen . Absorber-Druckma¬ schinen-Schaltungen. Erweitert . man eine zweistufige Schaltung aus einem Absorberkreis und einem Druckma- IQschinenkreis durch einen elementaren Absorberkreis, so entstehen weitere Klassen von dreistufigen Maschinen, die nur zum Teil in den im vorhergehenden Satz erwähnten Klassen enthalten sind.

Wenn man an die zweistufigen Schaltungen gem. Fig. 3 einen weiteren elementaren Absorberkreis so anfügt, daß der angefügte neue Absorberkreis drei Austauscheinhei¬ ten mit der ursprünglichen, zweistufigen Schaltung gem. Fig. 3 gemeinsam hat, so ergeben sich die in Fig. 13 dargestellten Schaltungen, wobei nun alle Austauscheinheiten als normal bemessene Austauscheinhei¬ ten anzusehen sind. Alle diese Schaltungen haben drei unabhängige Arbeitsfluidströme. Durch die Wahl der Verhältnisse dieser Arbeitsfluidströme zueinander läßt sich gem. Regel 3 eine Vielzahl von Betriebsar¬ ten realisieren.

\

Ergänzt man die zweistufigen Absorberschaltungen gem.

Fig. 17 durch einen weiteren elementaren Absorberkreislauf derart, daß der weitere Absorberkreislauf zwei Austausch- einheiten mit der ursprünglichen zweistufigen Schaltung gem. Fig. 17 gemeinsam hat, so ergeben sich die in Fig. 25 dargestellten dreistufigen Schaltungen mit acht Austauscheinheiten und zwei unabhängigen Arbeitsfluid¬ strömen. Das oben beschriebene Verfahren zur Gewinnung der dreistufigen Schaltungen liefert manche Klasse von dreistufigen Schaltungen mehrmals.

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* Erweitert man die zeistufige Absorberschaltung gemäß Fig. 5a durch einen weiteren elementaren Absorberkreis derart, daß., der zusätzliche Absorberkreis und die ursprüngliche Schaltung zwei Austauscheinheiten gemeinsam haben, so ergeben sich die in Fig. 26 dargestellten dreistufigen Schaltungen. Diese Schaltungen enthalten acht Austauscheinheiten und haben drei unabhängige Arbeitsfluidkreislaufe.

Fig. 27 zeigt analog zu Fig. 26 die dreistufigen Schal¬ tungen, die man erhält, wenn man die zweistufige Absorber- schaltung gemäß Fig. 5b in der angegebenen Weise ergänzt.

Ergänzt man die zweistufigen Absorber-Kompressor-Schaltun- gen gemäß Fig. 4 durch einen zusätzlichen elementaren Absorberkeis derart, daß der zusätzliche Absorberkreis drei Austauscheinheiten mit der ursprünglichen Schaltung gemeinsam hat, so erhält man die in Fig.29 dargestellten drei Klassen von dreistufigen Absorber-Druckmaschinen- Schaltungen.

Ergänzt man die in Fig. 20 dargestellten zweistufigen Absorber-Druckmaschinenschal.tungen durch einen weiteren elementaren Absorberkreis derart, daß der weitere Absorberkreis und die ursprüngliche Schaltung zwei Austauscheinheiten gemeinsam haben, so ergeben sich die in Fig. 28 gezeigten dreistufigen Schaltungen mit sechs Austauscheinheiten und zwei unabhängigen Arbeitsfluidkreislaufen.

Erweitert man die zweistufigen Absorberschaltungen gem. Fig. 17 um einen elementaren Druckmaschinenkreis derart, daß dieser zusätzliche elementare Druckmaschinen¬ kreis und die ursprüngliche Schaltung zwei Austauschein¬ heiten gemeinsam haben, so ergeben sich die in - Fig. 30 dargestellten Schaltungen, die jeweils entweder die Druckmaschine K, oder die Druckmaschine K' oder die Druckmaschine K" enthalten können. Ein Teil dieser

-74- Schaltungen 'stimmt mit Schaltungen gem. Fig. 28 überein.

Ergänzt man die zweistufige Absorberschaltung gem. Fig. 5a um einen elementaren Druckmaschinenkreis derart, _/ . daß der elementare Druckmaschinenkreis und die ursprüng¬ liche Schaltung zwei Austauscheinheiten gemeinsam haben, so erhält man die in Fig. 31 dargestellte Klasse von dreistufigen Schaltungen mit sechs Austauscheinheiten und drei unabhänigen Arbeitsfluidkreislaufen. -. _Λ Erweitert man die zweistufige Absorberschaltung gem. Fig. 5b um einen elementaren Druckmaschinenkreislauf derart, daß dieser mit der ursprünglichen Schaltung zwei Austauscheinheiten gemeinsam hat, so ergeben sich die in Fig. 29 dargestellten Klassen von Schaltungen.

^ Man kann die Absorberschaltungen gem. Fig.5a und 5b durch einen elementaren Druckmaschinenkreislauf auch so erweitern, daß letzterer nur eine Austauscheinheit mit der Schaltung gem. Fig. 5a oder 5b gemeinsam hat.

Auch die in Fig. 3 dargestellten zweistufigen Absorber¬ schaltungen können durch einen elementaren Druckmaschinen- kreislauf ergänzt werden, wobei dieser Druckmaschinen¬ kreislauf eine oder zwei Austauscheinheiten mit ursprüng¬ lichen Schaltung gemeinsam haben kann.

25

Auch eine aus zwei elementaren Druckmaschinenkreisläufen bestehende zweistufige Druckmaschinenschaltung, wie sie beispielsweise in Fig. 32 dargestellt ist, kann durch Hinzufügen eines elementaren Absorberkreislaufes

„_ zu einer dreistufigen Einrichtung weitergebildet werden. Man erhält dann Schaltungen, wie sie in Fig.34 mit den beiden ausgezogen gezeichneten Druckmaschinen K. und K _p dargestellt sind. Eine dieser beiden Druckma¬ schinen K ₁ oder K _p kann durch eine Druckmaschine K„ er- _c setzt werden.

Läßt man bei den Schaltungen gem. Fig. 34 gem. Regel 3b) eine Austauscheinheit weg, die dem Absorberkreislauf und einem Druckmaschinenkreislauf gemeinsam ist, so

-75- er _h ä _l t man Sc _h altungen wie sie in Fig. 3 dargestellt sind. Diese Schaltunqen -enthalten vier Austauscheinheiten und zwei Druckmaschinen, sie haben zwei unabhängige Arbeitsfluid¬ kreislaufe. Von den Schaltungen gem. Fig. 34 wird die rechts in der Mitte dargestellte Schaltung mit den Druckmaschinen K_. und K _p bevorzugt. Bei einer Wärmepumpe mit dieser Schaltung sind die Druckmaschinen- Kompressoren; die Arbeitsfluidleitungen und der Absorptionsmittelkreislauf sind vorzugsweise so geschaltet, wie es in Fig.34a dargestellt ist. Ohne die durch einen Absorptionsmittel¬ kreislauf verbundenen Austauscheinheiten A, C stellt die Einrichtung gem. Fig.34a ^" eine bekannte zweistufige Wärmepumpe dar, die Wärme von T _Q nach T _p pumpt. Das durch den Kompressor K komprimierte Arbeitsfluid gibt seine Uberhitzungswärme in der Austauscheinheit D ab, die als "Separator" ausgelegt ist. Die Kompressorwärmepumpe gem. Fig. 34a mit den durch den Absorptionsmittelkreis¬ lauf verbundenen Austauscheinheiten A, C hat einen höheren Wirkungsgrad als die einfache zweistufige Kompressorwärmepumpe, da in der Austauscheinheit A die Uberhitzungswärme des aus dem Kompressor K _p kommenden Arbeitsfluids zum Austreiben genutzt wird und in der Aus¬ tauscheinheit G die Uberhitzungswärme des aus dem Kompres- sor Kx. kommenden Arbeitsfluids abgeführt wird.

Die Schaltung gem. Fig.34a. ^" . kann zusätzlich noch wie gestrichelt dargestellt ist, durch eine Austauscheinheit F ergänzt werden, die durch einen Absorptionsmittelkreis¬ lauf πiit c und durch eine Arbeitsfluidleitung mit E gekoppelt ist.

Bei den Schaltungen mit zwei Druckmaschinen, kann die eine Druckmaschine arbeitsleistend und die andere arbeitzehrend sein. In diesem Falle kann man dann die beiden Druckmaschinen durch einen Strahlverdichter realisieren. Von diesen speziellen Einrichtungen werden diejenigen nicht beansprucht, deren Schalrungen in

-76- Fig.35 dargestellt sind, in denen SS den Strahlsauger darstellt.

Auch bei den oben erwähnten mehrstufigen Schaltungen ist bei geeigneter Wahl der Betriebsparameter ein innerer Wärmetausch möglich, wie oben anhand der zweistu¬ figen Schaltungen erläutert worden ist.

Bei den oben diskutierten Schaltungen, die drei im gleichen Druckbereich arbeitende Austauscheinheiten enthalten, gibt es die in. Fig. 36 dargestellten vier Möglichkeiten, diese Austauscheinheiten miteinander zu verbinden. Für die Klasse der Schaltungen gem. Fig. 5a . gibt es dann die in Fig. 37 dargestellten Schaltungsvarianten. Nicht beansprucht wird eine Einrich¬ tung mit ' der in Fig. 37a dargestellten speziellen Schaltung. Bevorzugt wird für die Schaltung gem. Fig. 5a beim Wärmepumpenbetrieb die Schaltungsvariante Fig. 35/12.

Bei vier Austauscheinheiten, die im gleichen Druckbereich arbeiten, gibt es die in Fig. 38 dargestellten Verbindung¬ leitungen a bis f. Es können beliebige Kombinationen von drei bis sechs dieser Verbindungsleitungen verwendet werden solange gewährleistet ist, daß jede Austauschein¬ heit mit jeder anderen direkt oder indirekt verbunden ist.

Wenn eine Schaltung drei Austauscheinheiten enthält, welche in verschiedenen Druckbereichen arbeiten und über Leitungen für flüssiges Arbeitsfluid miteinander verbunden sein müssen, gibt es die in Fig. 39 dargestell¬ ten Möglichkeiten.

wenn die Schaltung drei Austauscheinheiten enthält, die in verschiedenen Druckniveaus arbeiten und durch ' Absorptionsmittelkreisläufe miteinander verbunden

-77- sind, gibt es zumindest die in Fig. 40 dargestellte Möglichkeit. Wenn eine Schaltung mehrere nebeneinanderlie¬ gende Paare von Austauscheinheiten, die durch einen Absorptionsmittelkreislauf verbunden sind, enthält, z.B. Autauscheinheiten-Paare A-C, B-D und E-F, und wenn die Lösungsbreite des in den Absorptionsmittelkreis— laufen zirkulierenden Arbeitsmittelsystems so groß ist, daß die Konzentration des arbeitsfluid¬ reichen Absorptions ittels im einen Kreislauf in- destens gleich der Konzentration des arbeitsfluidarmen Absorptionsmittels im anderen Kreislauf ist, können die Absorptionsmittelkreisläufe miteinander vereinigt werden. In Fig. 41 sind links die beiden getrennten Absorptionsmittelkreisläufe dargestellt, wobei jeweils die linke Leitung arbeitsfluidreiches Absorptions ittel und die rechte Leitung arbeitsfluidarmes Absorptions¬ mittel führt. Rechts daneben sind dann Absorptionsmit- telkreisläufe dargestellt, die sich durch Vereinigung der beiden links dargestellten Absorptionsmittelkreis- laufe ergeben. Es gibt jeweils drei Varianten, die nur in den ersten beiden Zeilen dargestellt sind, für die anderen Zeilen gilt entsprechendes. Bei der entgegengesetzten Zirkulationsrichtung tritt an die Stelle einer Pumpe eine Drossel und umgekehrt.

Vereinigt man zwei Absorptionsmittelkreisläufe in der oben geschilderten Art, so enthalten die dabei entstehenden vereinigten Absorptionsmittelkreisläufe häufig zwei auf gleichem Druckniveau arbeitende Austausch- einheiten, die durch eine Absorptionsmittel führende Leitung verbunden sind, z.B. die Austauscheinheiten A und B sowie C und D in der zweiten Schaltung der Fig. 41a. Diese Austauscheinheiten können getrennte Austauscheinheiten bleiben, man kann sie jedoch im Interesse einer kompakten Bauweise der Einrichtung zu einer einzigen Austauscheinheit zusaιr_ιenfassen, in der dann ein entsprechendes Temperatur- und Konzentra¬ tionsgefälle längs des Strömungsweges des Absorpticnsmit-

-78-

1 tels auftreten. Nicht als Erfindung beansprucht werden die Schaltungen der Klasse A _p xB _p der Fig. 3 mit dem Absorp- tions mittelkreislauf, der als zweites Schaltbild in Fig. 41b bzw. 41c dargestellt ist, wenn die Austauschein- 5 heiten A und B zu einer gemeinsamen Austauscheinheit zusammengefaßt sind und das Arbeitsfluid in beiden Absorberkreisen in Gegenuhrzeigerrichtung zirkuliert.

In den Figuren 42a bis 42h sind Schaltungen von vorteil- 10 haften Einrichtungen für das Arbeitsmittelsystem NH„/H _p 0 dargestellt, wobei die Schaltungen gem. Fig. 42a bis 42d bevorzugt werden. In allen Einrichtungen --- soll das Arbeitsfluid in Gegenuhrzeigerrichtung zirku¬ lieren. Z ischen den durch eine Schlangenlinie verbundenen 15 Austauscheinheiten findet ein innerer Wärmeaustausch in Pfeilrichtung statt.

20 Die Einrichtung mit der Schaltung gem. Fig. 42a hat für Kälteerzeugung einen Wirkungsgrad, der dreimal so groß ist wie der einer einfachen Kältemaschine gem. Fig. 1. Die Einrichtung gem. Fig. 42a hat außerdem den Vorteil, daß der Austauschereinheit B zusätzlich

25 Wärme zugeführt werden kann; hierdurch wird die Kälte¬ leistung der im niedrigsten Temperaturbereich arbeitenden Austauscheinheiten erhöht.

Die Schaltung gem. Fig. 42c hat für Kälteerzeugung 30 den vierfachen Wirkungsgrad einer einfachen Kältemaschine gem. Fig. 1. Auch hier kann der Austauscheinheit B zusätzlich Wärme, wie Abwärme oder Solarwärme, zugeführt werden, um die Kälteleistung der im niedrigsten Tempera¬ turbereich arbeitenden Austauscheinheiten zu erhöhen. 35 Die Einrichtung gem. Fig. 42c kann bei Verwendung des Arbeitsmittelsystems Ammoniak-Wasser mit den folgenden Betriebsparametern arbeiten:

-79-

p _Q = 2 bar T _n = 30- 40°C T _Q = 8°C.

Es handelt sich hier um ungefähre Werte

Die Schaltung gem. Fig. 42e . hat bei Kälteerzeugung den dreifachen Wirkungsgrad einer einfachen Kältemaschine gem. Fig. 1.

Die Schaltung gem. 42f und g haben den fünffachen Wirkungsgrad einer einfachen Kältemaschine gem. Fig. 1, der .Temperaturhub zwischen Austauscheinheiten im untersten und zweituntersten Temperaturbereich ist jedoch verhältnismäßig gering.

Die Schaltung gem. Fig. 42h hat gegenüber den Schaltungen gem. Fig. 42a und c den Vorteil, daß zur Kälteerzeugung außer der Antriebswärme relativ hoher Temperatur auch noch zusätzlilch Wärme relativ niedriger Temperatur, z.B. Solarwärme mit einer Temperatur zwischen 60 und 100 °C verwendet werden kann, die der durch einen Pfeil bezeichneten Austauscheinheit im mittleren Druckbereich zugeführt wird.

In Fig. 43a bis c sind drei vorteilhafte mehrstufige Absorberschaltungen für das Arbeitsmittelsystem Lithium- bromid/Wasser dargestellt.

Bei der Schaltung gem. Fig. 43a kann -sich das niedrigste Temperaturniveau unter 0°C erstrecken, da die im nie¬ drigsten Temperaturniveau arbeitende Austauscheinheit Lithiumbromid enthält, das den Gefrierpunkt des Wassers erniedrigt. Die Austauscheinheit H arbeitet also als Desorber. Durch den inneren Wärmeaustausch zwischen G und F tritt trotz des schmalen Lösunσsfeldes des

-80-

1 Arbeitsmittelsystems Lithiumbromid/Wasser die Abwärme bei dem verhältnismäßig hohen Temperaturniveau - auf , in dem ^• die Austauscheinheit E arbeiten . Die Temperaturniveaus können bei einer Einrichtung gem.

5 Fig . 43a folgende ungefähre Werte haben :

-5 bis 0°C ; 30°C ; 60°C ; 1 00°C ; 140 bis 1 50°C .

Der Wirkungsgrad der Schaltung gem. Fig. 43a läßt sich durch einen zusätzlichen Absorberkreislauf mit

10

Wärmetausch erhöhen, wie es in den Figuren 43b und 43c dargestellt ist.

Fig. 43d zeigt eine Schaltung, bei der ähnlich wie bei der Schaltung gem. Fig. 42h einer durch einen

15 Pfeil bezeichneten Austauscheinheit zusätzliche Wärme (Solarwärme, Abwärme) niedriger Temperatur (z.B. zwischen 60 und 100°C) zugeführt werden kann, um die Kälteleistung zu erhöhen.

20 Wenn man bei der Schaltung gem. Fig. 43a die Austauschein¬ heiten A und B wegläßt, erhält man ebenfalls eine funktionsfähige Schaltung, die jedoch einen etwas niedrigeren Wirkungsgrad hat. Läßt man bei der Schaltung gem. Fig. 43c die auf dem niedrigsten Druckniveau ^*■* " ^■ ' arbeitenden Austauscheinheiten weg, so erhält man ebenfalls eine funktionsfähige Schaltung, mit der jedoch keine so tiefen Temperaturen erreicht werden können, wie mit der vollständigen Schaltung gem. Fig. 43c.

30

In Fig. 44 sind Schaltungen dargestellt, die als mehrstu¬ fige Absorberschaltungen oder Absorber-Expansionsma¬ schinenschaltungen angesehen werden können und nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind.

35

Die Schaltungen gem. Fig. 44a,b und c stellen praktisch eine einstufige bzw. zwei zweistufige Absorberschaltungen

-81 -

1 dar, bei denen der Verdampfer V sowie der Absorber A in mehrere, parallel geschaltete und in nahe beieinan¬ derliegenden Druckbereichen arbeitende Verdampfer- Absorber-Paare V-A, V'-A*, V"-A" usw. aufgeteilt ist,

5 um Kälteleistung in verschiedenen Temperaturbereichen zu erzeugen.

Die Schaltungen gem. Fig. 44d und 44e enthalten einen ein- ^' zigen Arbeitsfluidkreislauf und stellen Absorber-Kältema- 10 schinen dar, bei denen durch zusätzliche Desorber-Absor- ber-Paare D-A, D'-A' usw. ein hoher Wirkungsgrad erreicht bzw. eine hohe Temperaturdifferenz überbrückt werden soll. Die Schaltung gem. Fig. 44f entspricht im wesentlichen der

Schaltung gem. Fig. 44e. 15

Fig. 44g stellt eine bekannte dreistufige Absorber- Kältemaschine mit innerem Wärmetausch in zwei Stufen dar.

20 Es gibt ferner Wärmekraftwerke, für die sich bei genauer Analyse die in Fig. 44h dargestellte Schaltung zeichnen läßt. Diese Schaltung ist daher ebenfalls nicht Gegenstand der Erfindung.

25 Die oben dargelegten Erkenntnisse ermöglichen es offen¬ sichtlich auch, bekannte Wärmepumpen, Kältemaschinen und dergleichen so weiterzuentwickeln, daß eine bessere Anpassungsfähigkeit und/oder höhere Wirkungsgrade erzielt werden. Dies sei im folgenden anhand der Figuren

30 45 und 46 erläutert:

Fig. 45a zeigt, wie eine aus DE-B-21 36 408 (U.S.Ser. No. 62 466 und 62 467 vom 10.08.1970) bekannte Einrichtung

■-, _< ■; zu einer erfindungsgemäßen Einrichtung umgebaut werden kann ^, Das Schaltbild der bekannten Einrichtung ist in Fig. 45b dargestellt. Die Austauscheinheiten sind dabei jeweils mit den gleichen Großbuchstaben bezeichnet.

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Eine erste vorteilhaft Weiterbildung der bekannten Einrichtung gem. Fig. 45b besteht nun darin, zwischen die Austauscheinheiten D und A einen Kompressor I zu schalten, wie es in Fig. 45a und Fig. 45c dargestellt ist.

Besonders vorteilhaft ist jedoch die in Fig. 45d und auch in Fig. 45a dargestellte alternative Variante mit dem Kompressor K ₂ und einer zusätzlichen Austauschein- heitG, die als ein alsKondensator arbeitendes Wärmetauscher¬ element in der Austauscheinheit A ausgebildet und in der aus Fig. 4 ^' 5a ersichtlichen Weise geschaltet ist. Das Kondensat aus dem Kondensator G wird über eine Drossel Dr in die zur Austauscheinheit B führende Dampfleitung eingespeist, so daß es ebenfalls Wärme an die Austauscheinheit C abgeben kann.

Fig. 46a zeigt, wie eine aus DE-A-29 44 960 bekannte Kältemaschine gemäß den Lehren der Erfindung modifi- ziert werden kann. Das Prinzipschaltbild der bekannten Kältemaschine ist in Fig. 46b dargestellt. Gemäß der Erfindung kann diese bekannte Kältemaschine durch einen zusätzlichen Kompressor K und eine zusätzliche Austauscheinheit G in vorteilhafter Weise ergänzt werden, wie es in Fig. 46c als Schaltbild und in Fig. 46a genauer dargestellt ^" ist. Der Kompressor K ist zwischen die Austauscheinheiten B und G geschaltet, wobei die Austauscheinheit G als Kondensator arbeitet, im Wärmetausch mit der Austauscheinheit A steht und _zu diesem Zwecke in dieser angeordnet ist.Die ursprüngliche Verbindung zwischen B und einer Drossel DR1 wird unterbro¬ chen , wie durch ein Kreuz dargestellt ist. Zwischen eine Drossel DR2 und B kann ein zusätzlicher Verdampfer V ge¬ schaltet werden.

In den Kältemaschinen gem. Fig . 45a und 46a wird als Ar- beitsmittelsystem vorzugsweise Lithiumbromidlösung/Wasser verwendet .

Ein erster Vorteil der in der beschriebenen Weise

-83- ^{"' "} erfindungsgemäß ausgebildeten Kältemaschinen gemäß

Fig. 45a und 46a besteht darin, daß die Kälteleistung durch gleichzeitige Zufuhr von Heizenergie zur Austausch¬ einheit A und mechanischer Energie zum Kompressor K erhöht werden kann. Es ist jedoch auch möglich, die erfindungsgemäßen Kältemaschinen entweder mit Heizenergie oder mit der Antriebsenergie des Kompressors oder mit verschiedenen Verhältnissen dieser beiden Energiearten zu betreiben.

Besonders vorteilhafte Verhältnisse ergeben sich, wenn derKompressor durch einen Verbrennungsmotor angetrie¬ ben wird, da in diesem Falle die Auspuffwärme als Heizwärme in die Austauscheinheit A eingespeist werden kann, die Kühlwasserwärme als zusätzliche Wärme in die Austauscheinheit C, z.B. über einen Wärmetauscher WT in Fig. 46a. Bei der Einrichtung gem. Fig. 45a würde man, ähnlich wie in der Austauscheinheit A, eine Heizvorrichtung in der Austauscheinheit C vorsehen.

Wenn man die Kältemaschinen gem. Fig. 45a und 45b so konstruieren will, daß die Antriebsenergie ganz oder zumindest überwiegend über den Kompressor zugeführt wird, so können die Austauscheinheiten B, C und D im Vergleich zu den anderen Austauscheinheiten relativ - klein bemessen werden.

Ein Vergleich der Figuren 45a und 45b bis 45d sowie der Figuren 46a und 46b sowie 46d zeigt auch, wie die oben schematisch dargestellten Schaltungen in der Praxis realisiert werden können.

Mit den in Fig. 45a dargestellten Apparaturen läßt sich z.B. auch eine Einrichtung mit der Schaltung ge . Fig. 45d rea¬ lisieren mit der gleichzeitig Arbeit und Kälte erzeugt werden können. In diesem Falle ist die Druckmaschine K ₂ eine Ex¬ pansionsmaschine und der innere Wärmetausch geht von A nach G. Der Absorberkreis ACDB arbeitet als Wärmetransformator, dem die Antriebwärme bei der Austauscheinheit C zugeführt wird. Bei D entsteht Abwärme. Die

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^• Wenn man die Kältemaschinen gem. Fig. 45 und 46 mit dem Arbeitsmittelsystem Lithiumbromidlösung/Wasser für eine Kälteerzeugung bei Temperaturen unter 0°C verwenden will oder . als Wärmepumpen, die auch noch bei einer Verdampfertemperatur unter 0°C betriebsf hig sind, kann -man die Schaltungen gem. Fig. 45d und 46c analog zu Fig. 43 um zwei weitere Austauscheinheiten entsprechend den Austauscheinheiten G und K in Fig. 43 mit dem dort dargestellten inneren Wärmetausch nach F ergänzen. In der Austauscheinheit H wird eine gewisse Lithiumbromidkonzentration aufrechterhalten, um den Gefrierpunkt des Wassers genügend herabzusetzen. Diese Konzentration kann in der Praxis sehr klein sein (einige Prozent).

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TABELLE 2

TABELLE 3