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Patent Searching and Data


Title:
METHOD AND INSTALLATION FOR SOLAR THERMAL COOLING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/048658
Kind Code:
A1
Abstract:
Disclosed is a method and an installation for solar thermal cooling. The coolant of a jet compressor (23) is vaporized by means of a solar collector (20), and the vapor of the coolant is condensed following compression by the jet compressor (23). The jet compressor (23) operates as a vapor jet compressor, using water as a coolant that vaporizes directly in the solar collector (20) and is fed to the jet compressor (23) as motive vapor. Compared with previously known methods, the inventive method and installation provide for lower investment cost and use of little technical equipment, and they offer a very good dynamic operating performance with short reaction times.

Inventors:
NOERES PETER (DE)
HOELDER DANIEL (DE)
HENNECKE KLAUS (DE)
Application Number:
PCT/DE2002/004240
Publication Date:
June 12, 2003
Filing Date:
November 16, 2002
Export Citation:
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Assignee:
FRAUNHOFER GES FORSCHUNG (DE)
DEUTSCH ZENTR LUFT & RAUMFAHRT (DE)
NOERES PETER (DE)
HOELDER DANIEL (DE)
HENNECKE KLAUS (DE)
International Classes:
F25B1/08; F25B27/00; F25B9/00; (IPC1-7): F25B27/00; F25B1/08
Foreign References:
US4809523A1989-03-07
DE19831425A12000-01-27
US5228310A1993-07-20
FR2535034A11984-04-27
GB2158215A1985-11-06
US4213305A1980-07-22
US4744224A1988-05-17
US6260370B12001-07-17
Other References:
SUN D: "Solar powered combined ejector-vapour compression cycle for air conditioning and refrigeration", ENERGY CONVERSION AND MANAGEMENT, ELSEVIER SCIENCE PUBLISHERS, OXFORD, GB, vol. 38, no. 5, 1 March 1997 (1997-03-01), pages 479 - 491, XP004017046, ISSN: 0196-8904
DATABASE WPI Section PQ Week 198437, Derwent World Patents Index; Class Q75, AN 1984-230472, XP002237377
SOKOLOV M ET AL: "OPTIMAL COUPLING AND FEASIBILITY OF A SOLAR-POWERED YEAR-ROUND EJECTOR AIR CONDITIONER", SOLAR ENERGY, PERGAMON PRESS. OXFORD, GB, vol. 50, no. 6, 1 June 1993 (1993-06-01), pages 507 - 516, XP000378242, ISSN: 0038-092X
M.SOKOLOV ET AL.: "Optimal Coupling and Feasability of a Solar-Powered Year-Round Ejector Air Conditioner", SOLAR ENERGY, vol. 50, no. 6, pages 507-516
Attorney, Agent or Firm:
Gagel, Roland (Landsberger Strasse 480a München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zur solarthermischen Kälteerzeugung, bei dem ein Kältemittel eines Strahlverdichters (23) durch Anbindung eines Sonnenkollektors (20) ver dampft und der Kältemitteldampf nach Verdichtung durch den Strahlverdichter (23) unter Wärmeabgabe kondensiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlverdichter (23) als Dampfstrahl verdichter mit Wasser als Kältemittel betrieben wird, das im Sonnenkollektor (20) direkt verdampft und dem Strahlverdichter (23) als Treibdampf (7) zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Sonnenkollektor (20) ein Parabolrinnen kollektor eingesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des durch Kondensation des Kälte mittels erhaltenen Kaltwassers in einem Entspanner (30) zwischengespeichert wird, aus dem der Strahlverdichter (23) Saugdampf (12) ansaugt, der zusammen mit dem Treibdampf (7) verdichtet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Entspanner (30) als Eisspeicher genutzt wird, indem mit dem Strahlverdichter (23) ein Saugdampfdruck erzeugt wird, der zur Abkühlung des Kaltwassers im Entspanner (30) unter 0°C führt.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Entspanner (30) als Kaltwasserspeicher genutzt wird, indem mit dem Strahlverdichter (23) ein Saugdampfdruck erzeugt wird, der zur Abkühlung des Kaltwassers im Entspanner (30) oberhalb von 0°C führt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Saugdampf (7) über mehrere parallel und/oder seriell geschaltete Strahlverdichter (23) verdichtet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des Treibdampfes (7), der dem Strahlverdichter (23) zugeführt wird, in Abhängigkeit vom Druck des durch Kondensation des Treibdampfes (7) erhaltenen Kaltwassers geregelt wird.
8. Anlage zur solarthermischen Kälteerzeugung mit zumindest einem Strahlverdichter (23) zur Verdichtung von aus Treibdampf (7) und Saugdampf (12) zusammengesetztem Mischdampf (1), zumindest einem Kondensator (24,25) zur Kondensation des verdichteten Mischdampfes (1), zumindest einem Entspanner (30) zur Herabsetzung des Druckes des durch Kondensation des Mischdampfes (1) erhaltenen Kondensates (2,4), wobei der Saugdampf (12) für den Strahlverdichter (23) entsteht, und zumindest einem Sonnenkollektor (20), der die Energie für die Erzeugung des Treibdampfes (7) liefert, dadurch gekennzeichnet, dass der Sonnenkollektor (20) zur direkten Verdampfung von Wasser als Treibdampf (7) für den Strahlverdichter (23) ausgebildet ist.
9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sonnenkollektor (20) ein Parabolrinnen kollektor ist.
10. Anlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Entspanner (30) als Kaltwasseroder Eisspeicher ausgebildet ist.
Description:
Verfahren und Anlage zur solarthermischen Kälteerzeugung Technisches Anwendungsgebiet Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anlage zur solarthermischen Kälteerzeugung, bei denen Kältemittel eines Strahlverdichters durch Anbindung eines Sonnenkollektors verdampft und der Kältemitteldampf nach Verdichtung durch den Strahl- verdichter unter Wärmeabgabe kondensiert wird.

Kälteverfahren und-anlagen gemäß der vorliegenden Erfindung werden insbesondere in der Klimatechnik eingesetzt, beispielsweise zur Lagerkühlung für Lebensmittel und Medikamente oder als Klimaanlagen.

Auch weitere Anwendungen zur Kühlung im Temperatur- bereich von etwa-5 bis +20° C bei Leistungen von 10 bis 15000 kW mit Hilfe von Sonnenenergie lassen sich mit einem derartigen Verfahren bzw. einer derartigen Kälteanlage realisieren.

Stand der Technik Auf dem Gebiet der thermischen Kälteerzeugung mit Hilfe solarthermischer Systeme sind unterschiedliche Techniken bekannt. So werden bisher insbesondere Wasser-LiBr-Absorptionskältemaschinen, das so genannte DEC-Verfahren (desiccative and evaporative cooling), Wasser-Silica-Gel-Adsorptionskälteprozesse oder auch Wasser-Ammoniak-Absorptionskältemaschinen, letztere insbesondere für Temperaturen unter 0°C, eingesetzt.

Bei diesen Techniken sind allerdings die Investi- tionskosten sowie der Hilfsenergiebedarf für den Sole-

kreislauf und den Kühlwasserkreislauf relativ hoch, insbesondere im Vergleich zu photovoltaischen Systemen.

Aus M. Sokolov et al., Optimal Coupling and Feasibility of a Solar-Powered Year-Round Ejector Air Conditioner", Solar Energy, Vol. 50, No. 6, pp. 507-516 sind ein Verfahren sowie eine Anlage zur solar- thermischen Kälteerzeugung bekannt, bei denen ein Strahlverdichter in Verbindung mit einem Sonnen- kollektor eingesetzt wird. Bei diesem System werden Flachkollektoren verwendet, um Wasser des Kollektor- kreislaufes zu erhitzen. Mit dem erhitzten Wasser wird über einen Wärmetauscher das Kältemittel des Strahl- verdichters verdampft und der Kältemitteldampf nach Verdichtung durch den Strahlverdichter unter Wärme- abgabe kondensiert. Als Kältemittel wird ein Kälte- mittel vom Typ R 114 eingesetzt. Das vorgestellte System weist jedoch eine geringe thermische Effizienz auf, die lediglich durch die Wahl effizienterer Sonnenkollektoren erhöht werden kann. Dies ist jedoch nur in gewissen Grenzen möglich, da bei erhöhter Temperatur die chemische Stabilität des eingesetzten Kältemittels nachlässt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren sowie eine Anlage zur solarthermischen Kälteerzeugung anzugeben, die mit verringerten Investitionskosten und geringem anlagentechnischem Aufwand realisiert werden können.

Darstellung der Erfindung Die Aufgabe wird mit dem Verfahren und der Anlage gemäß den Patentansprüchen 1 bzw. 8 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sowie der Anlage können den Unteransprüchen sowie den Ausfüh- rungsbeispielen entnommen werden.

Bei dem vorliegenden Verfahren wird in bekannter Weise durch Anbindung eines Sonnenkollektors Kälte- mittel eines Strahlverdichters verdampft und der Kältemitteldampf nach Verdichtung durch den Strahl- verdichter kondensiert. Das auf diese Art und Weise abgekühlte Kondensat wird als Kühlmedium zur Kühlung der anwendungsspezifischen Objekte, direkt oder über Wärmetauscher, eingesetzt. Das vorliegende Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Strahlverdichter als Dampfstrahlverdichter mit Wasser als Kältemittel betrieben wird, das im Sonnenkollektor direkt verdampft und dem Strahlverdichter als Treibdampf zugeführt wird.

Der Sonnenkollektor muss hierbei selbstverständlich derart ausgeführt sein, dass er die direkte Verdampfung von Wasser in den Absorberrohren ermöglicht.

Vorzugsweise wird hierzu ein so genannter Parabol- rinnenkollektor eingesetzt. Es sind jedoch auch andere Konzentrator-Sonnenkollektoren denkbar, die die direkte Verdampfung von Wasser ermöglichen.

Bei dem hier vorgestellten Konzept einer solar- thermischen Kälteerzeugung wird somit ein geeignetes Kollektorsystem als Direktverdampfer zur Treibdampf- erzeugung für eine Dampfstrahlkältemaschine eingesetzt.

Die Treibdampferzeugung bzw. das Kollektorsystem wird ein direkter Bestandteil der Kältemaschine. Auf eine

hydraulische Entkopplung über Wärmetauscher und einen gesonderten Wärmeträgerkreislauf wie bei Sokolov et al. kann bei diesem Konzept verzichtet werden. Hierdurch wird die Gesamtanlage vereinfacht und auch der Hilfs- energiebedarf gesenkt. Der eingesetzte Dampfstrahl- kälteprozess ist sehr zuverlässig, erfordert einen geringen Wartungsaufwand und weist hohe Teillast- wirkungsgrade auf. Der Hilfsenergiebedarf auf der Antriebswärmeseite ist gering. Das Betriebsverhalten ist wesentlich unkomplizierter als bei anderen bekannten solarthermischen Kälteprozessen, da mit Wasser ein Reinstoff als Kältemittel verwendet wird.

Aus diesem Grunde kann die Kältemaschine an sich ohne aufwendige Werkstoffe und Anlagenteile realisiert werden. Die Investitionskosten sind daher im Vergleich zu einer Absorptionskältemaschine gering. Das Verfahren bietet weiterhin ein sehr gutes dynamisches Betriebs- verhalten mit kurzen Ansprechzeiten. Gleichzeitig bietet sich bei dem hier dargestellten Prozess die Möglichkeit, eine Kältespeicherung auf der Kaltwasser- bzw. Entspannerseite zu realisieren, um bei unzu- reichendem Solarangebot den Kältebedarf aus dem Speicher zu decken.

Die vorliegende Anlage zur solarthermischen Kälteerzeugung setzt sich im Wesentlichen aus zumindest einem Strahlverdichter, zumindest einem Kondensator, zumindest einem Entspanner und zumindest einem Sonnenkollektor zusammen, der die Energie für die Erzeugung des Treibdampfes liefert. Der Sonnenkollektor umfasst eine Dampftrommel und ist zur direkten Ver- dampfung von Wasser als Treibdampf für den Strahl- verdichter ausgebildet. Als Kondensatoren können, je

nach Einsatzort, flüssigkeits-oder luftgekühlte Kondensatoren eingesetzt werden. Letztere Möglichkeit ist vor allem in wasserarmen Regionen von Vorteil.

Auch wenn im Folgenden jeweils nur auf einen einzelnen Sonnenkollektor Bezug genommen wird, so ist dem Fachmann geläufig, dass zur Erzeugung einer bestimmten thermischen Antriebsleistung in der Regel mehrere dieser Sonnenkollektoren zusammen geschaltet werden.

Der bevorzugt als Sonnenkollektor eingesetzte Parabolrinnenkollektor kann als Zwangsumlaufverdampfer oder als Naturumlaufverdampfer konzipiert werden. Bei dem Prinzip der Naturumlaufverdampfung muss das durch- strömte Absorberrohr des Kollektors zur Nutzung der Gravitation geneigt oder senkrecht angeordnet werden.

Parabolrinnenkollektoren besitzen den Vorteil, auch bei hohen Temperaturen einen guten Wirkungsgrad aufzuweisen und kostengünstig herstellbar zu sein.

Aufgrund der einfallende Strahlung konzentrierenden Bauweise erzielen Parabolrinnenkollektoren bei vergleichbaren Investitionskosten wie Flachkollektoren höhere Wirkungsgrade und höhere Temperaturen. Die hohen Temperaturen bzw. entsprechend hohe Sattdampfdrücke kommen dem Leistungsverhalten eines Dampfstrahl- verdichters entgegen. Die Parabolrinnenkollektoren dienen hierbei direkt als Verdampferrohre, so dass auf einen Zwischenträgerkreislauf für das Kollektorsystem verzichtet werden kann. Der erzeugte Dampf wird vielmehr dem Strahlverdichter direkt über ein Regel- ventil zugeführt.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens bzw. der vorliegenden Anlage wird ein Teil des nach Kondensation erhaltenen Kaltwassers im Entspanner zwischengespeichert, so dass dieser gleichzeitig die Funktion eines Kältespeichers erfüllt. Hierbei wird ausgenutzt, dass bei einem Dampfstrahlverdichter Saugdrücke bis 1*102 Pa (1 mbar) realisiert werden können. Mit diesen am Entspanner anliegenden Saugdrücken ist es auch möglich, das Wasser bis unter 0°C abzukühlen, wobei Eis entsteht. Der Entspanner wird in diesem Fall als Eisspeicher konzipiert. Bei einer Abkühlung des Wassers auf Temperaturen oberhalb von 0°C dient der Entspanner als Kaltwasserpuffer. Zu diesem Zweck muss er lediglich ein entsprechend vergrößertes Vorlagevolumen für die Speicherung des abgekühlten Wassers oder Eiswassers aufweisen.

Selbstverständlich kann es in Abhängigkeit von der zu erreichenden Kälteleistung erforderlich sein, mehr als einen Dampfstrahlverdichter innerhalb der Anlage vorzusehen. Die Anzahl der durch parallel angeordnete Dampfstrahlverdichter gebildeten Stufen, d. h. Stufen, in denen der Kälteträger Wasser von der Rücklauf- temperatur auf die gewünschte Vorlauftemperatur abgekühlt wird, kann entsprechend der Anforderungen optimiert werden und beträgt in der Praxis zwischen 1 und 4 Stufen. Die Zahl der in Reihe hintereinander geschalteten Strahlverdichter je Stufe muss ebenfalls in Abhängigkeit von den Leistungsvorgaben festgelegt werden. Erfahrungsgemäß genügen für eine Vielzahl von angestrebten solarthermischen Kälteleistungen 1 bis 3 Strahlverdichter je Stufe. Die Anzahl der Strahl-

verdichter sollte insgesamt möglichst niedrig gewählt werden, um den regelungstechnischen Aufwand so gering wie möglich zu halten. Aus dem gleichen Grund sollte auch die Anzahl der Stufen möglichst gering gehalten werden.

Die Hintereinanderschaltung von zwei oder mehr Strahlverdichtern ist insbesondere zur Erzielung höherer Verdichtungsverhältnisse, d. h. bei einer großen Temperaturdifferenz zwischen Verdampfer und Konden- sator, erforderlich. Hierdurch kann auch bei un- günstigen Umgebungsbedingungen, d. h. bei maximalen Umgebungstemperaturen, noch eine Kälteerzeugung gewähr- leistet werden. Die Zuschaltung des in Serie zum ersten Strahlverdichter geschalteten zweiten Strahlverdichters kann in Abhängigkeit vom Kondensatordruck erfolgen.

Auch die Leistungsanpassung der vorliegenden Anlage an die geforderte Kälteleistung erfolgt primär durch Zu-und Abschaltung einzelner Strahlverdichter.

Hierdurch ist eine Leistungsanpassung der Anlage je nach Auslegung im Bereich + 1 K möglich. Als weitere Regelungsmöglichkeiten zur Leistungsanpassung können eine Bypass-Regelung, eine Saugdampfdrosselung oder eine Düsennadel-Regelung eingesetzt werden.

Da der spezifische Treibdampfbedarf einer Dampf- strahlkältemaschine, wie sie durch die vorliegende Anlage realisiert wird, sehr stark vom Kondensator- gegendruck abhängt, wird in einer vorteilhaften Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens zur Erzielung hoher Teillastwirkungsgrade die Treibdampf- menge, die dem Strahlverdichter zugeführt wird, in Abhängigkeit vom Kondensatordruck geregelt. Die

Regelung erfolgt vorzugsweise über ein Drosselventil zwischen der Dampftrommel und dem Strahlverdichter.

Für den Fall, dass der Kondensatordruck über einen zum anliegenden Treibdampfdruck korrespondierenden Wert ansteigt, bricht die Förderleistung eines Strahl- verdichters zusammen. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn kurzzeitig die Sonneneinstrahlung nicht zum Aufrechterhalten des Dampfdruckes ausreicht, beispielsweise bei Wolkendurchgang oder in einer Schlechtwetterperiode. In diesem Falle müssen einzelne Strahlverdichter abgeschaltet werden. Zusätzlich können Rückschlagklappen in der Saugleitung zwischen Strahl- verdichter und Entspanner vorgesehen werden, die sicher stellen, dass aus dem Kondensator keine Rückverdampfung in den Verdampfer erfolgen kann.

Sollte das solare Energieangebot größer als der Bedarf an Antriebsenergie sein und die betriebs- technischen Anlagengrenzen der Dampfstrahlkältemaschine oder der Solarkollektoren, insbesondere Anlagendruck und Anlagentemperatur, übersteigen, so kann der überschüssige Dampf über den Strahlverdichter abgeführt werden. Die überschüssige Wärme wird über den Konden- sator an die Umgebung abgegeben. Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang, den Überschussdampf in Form von Kälteenergie in einem Kaltwasserpuffer zu speichern oder für andere Zwecke zu nutzen. Alternativ können auch alle oder einige der Parabolrinnenkollektoren so um ihre Achse gedreht werden, dass der auf dem Ab- sorberrohr auftreffende Anteil konzentrierter Solar- strahlung reduziert wird.

Das vorliegende Verfahren und die zugehörige Anlage nutzen die direkte Anbindung eines geeigneten Sonnenkollektors an einen Dampfstrahlverdichter, um in den Absorberrohren des Sonnenkollektors direkt den Treibdampf für den Dampfstrahlverdichter zu erzeugen.

Der Einsatz von Wasser als Kältemittel in einer Dampfstrahlkältemaschine bietet erhebliche Vorteile. So stellen mit Wasser betriebene Dampfstrahlkältemaschinen sehr robuste und betriebssichere Aggregate dar. Damit ist eine einfachere Konstruktion verbunden und es können einfachere Werkstoffe genutzt werden. Die Realisierung des Verfahrens der Kälteerzeugung als offener Prozess ohne hydraulische Entkopplung des Kältemittelkreislaufes vom Kollektorkreislauf reduziert die Anlagenkosten im Vergleich zu einer Absorptions- kältemaschine, so das eine Produktion der Anlage in Kleinserie möglich ist. Die Betriebsparameter können auf der Kaltwasser-, Kühlwasser-sowie auf der Antriebswärmeseite in weiten Bereichen frei gewählt werden. Der Prozess ist außerdem verfahrens-und regelungstechnisch robust und einfach zu beherrschen.

Gegenüber anderen thermischen Kälteprozessen ergeben sich neue Möglichkeiten, die gerade in Verbin- dung mit der solaren Dampferzeugung einen Zusatznutzen erwarten lassen. Die hohen Außentemperaturen mit daraus folgenden hohen Kondensatortemperaturen können durch die unter diesen Bedingungen realisierbaren höheren Treibdampfdrücke wieder kompensiert werden. In gleicher Weise kann bei niedrigen Außentemperaturen der Treib- dampfdruck dem Kondensatdruck angepasst werden, wodurch der Gesamtwirkungsgrad der Anlage steigt.

Dampfstrahlkältemaschinen besitzen ein gutes dynamisches Betriebsverhalten. Dies kommt der solaren Anwendung entgegen, bei der aufgrund von Wolken- durchgängen mit häufigen und schnellen Lastwechseln gerechnet werden muss. Dampfstrahlkältemaschinen besitzen weiterhin ein weites Betriebsfeld, da hier nicht auf Effekte wie Kristallisation oder Zersetzung des Kältemittels geachtet werden muss. Die Rückkühlung kann daher freier ausgelegt werden.

Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Anlage bzw. des vorliegenden Verfahrens besteht in der Möglichkeit, den Entspanner ohne großen Aufwand als Kältespeicher zu nutzen, so dass die Kälte unabhängig von Schwankungen des Wetters bereitgestellt werden kann.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Das vorliegende Verfahren sowie die zugehörige Anlage werden nachfolgend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von zwei Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigen : Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Anlage mit luftgekühltem Kondensator ; und Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Anlage, bei der die Rückkühlung über einen Kühlwasser- kreislauf erfolgt.

Wege zur Ausführung der Erfindung Fig. 1 zeigt ein erstes Beispiel der vorliegenden Anlage, die in diesem Beispiel in Form einer ein- stufigen Dampfstrahlkältemaschine mit einem Strahl- verdichter 23 realisiert wird. Es handelt sich hierbei um eine luftgekühlte Anlage mit indirekter Anbindung an das Kaltwassersystem des Verbrauchers und integriertem Kältespeicher.

Die solarthermische Kälteerzeugung setzt sich aus einem Parabolrinnenkollektor 20 mit einer Dampftrommel 10, dem Strahlverdichter 23, einem Kondensator 24 und einem Entspanner 30 sowie der Anbindestelle zum Kalt- wassersystem des Verbrauchers zusammen.

In den Absorberrohren 21 des Parabolrinnen- kollektors 20 wird durch Sonneneinstrahlung direkt Wasserdampf aus dem mit der Verdampferpumpe 22 umgepumpten Wasser erzeugt. Dieser Wasserdampf gelangt in die Dampftrommel 10, die beispielsweise als Brüden- behälter ausgeführt sein kann. Der in den Kollektoren 20 erzeugte Dampf wird dem Strahlverdichter 23 als Treibdampf 7 über ein Regelventil 8 und einen Dampf- trockner 9 zugeführt. Nach dem Prinzip des Impuls- austausches wird im Strahlverdichter 23 Saugdampf 12 aus dem Entspanner 30 bei der gewünschten Temperatur angesaugt und der entstehende Mischdampf 1 durch den Strahlverdichter 23 auf das Kondensatordruckniveau verdichtet. Zwischen Entspanner 30 und Strahlverdichter 23 ist zusätzlich ein Rückströmverhinderer 14 eingebaut.

Der verdichtete Mischdampf 1 gelangt in den luftgekühlten Kondensator 24, kondensiert dort unter Wärmeabgabe und wird vom Kondensator 24 über eine Kondensatpumpe 29 als Kondensat 2 zum Entspanner 30 geleitet bzw. zum Verdampfer (Parabolrinnenkollektor 20) zurückgeleitet. Bei der Zuführung des Kondensates 2 zur Dampftrommel 10 des Parabolrinnenkollektors 20 ist auf eine stetige Regelung des Zulaufes 3 zu achten, da ansonsten der Treibdampfdruck bei taktender Förderung zusammenbrechen würde. Die Regelung der Kondensatzufuhr zur Dampftrommel 10 kann über eine Füllstandsmessung in der Dampftrommel 10 erfolgen.

Der Einsatz eines luftgekühlten Kondensators 24 ist vor allem in wasserarmen Regionen von Vorteil. Zur Luftkühlung können Ventilatoren eingesetzt werden, die in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur und der Ablauftemperatur des Kondensates 2 stetig oder in Stufen geregelt werden.

Auf der Kaltwasser-oder Kaltsoleseite wird in diesem Beispiel eine hydraulische Entkopplung vom Kaltwassernetz über einen als Plattenwärmetauscher ausgeführten Kühler 32 realisiert. Der Kaltwasserstrom 13 des Verbrauchers kann hierbei beispielsweise von einer Temperatur von 12° auf eine Temperatur von 6°C abgekühlt werden. Der Kreislauf des Kondensates durch den Kühler 32 wird über eine Entspannerpumpe 31 aufrechterhalten.

Für eine genaue Temperaturregelung im Kaltwasser- vorlauf 13 kann in diesem Beispiel dem Entspanner- kreislauf 5 über ein Mischventil 16 bereits erwärmtes

Kondensat beigemischt werden. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn der Entspanner 30 gleichzeitig auch als Kältespeicher genutzt werden soll, d. h. ent- sprechend groß ausgeführt wird.

Zur Erzielung hoher Teillastwirkungsgrade ist eine vom Kondensatordruck abhängende Treibdampfmengen- regelung vorgesehen, die über das Drosselventil 8 erfolgt.

Die im vorliegenden Beispiel realisierte Ausführungsform der vorliegenden Anlage bzw. des zugehörigen Verfahrens kann vollständig unabhängig von Kaltwasser-und Kühlwasserbedingungen am Einsatzort betrieben werden.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen Anlage, die ebenfalls als einstufige Dampfstrahlkältemaschine mit einem Strahlverdichter 23 realisiert wird. Die Rückkühlung erfolgt hierbei über einen externen Kühlwasserkreislauf 27. Die Anbindung an das Kaltwassernetz erfolgt direkt über den Entspanner 30.

Auch hier wird das Wasser in den Absorberrohren 21 des Parabolrinnenkollektors 20 direkt verdampft und dem Strahlverdichter 23 über die Dampftrommel 10, ein Regelventil 8 sowie den Dampftrockner 9 zugeführt. Der Strahlverdichter 23 saugt beim Betrieb Saugdampf 12 aus dem Entspanner 30 an und verdichtet den entstehenden Mischdampf 1 auf das Kondensatordruckniveau. Der Misch- kondensator 25, in dem der Mischdampf 1 unter Wärme- abgabe kondensiert, wird über einen externen Kühl- wasserkreislauf 27 betrieben, der die abgegebene Wärme

über einen Wärmetauscher 26 aufnimmt. Der hierfür erforderliche Kondensatkreislauf wird über eine Kondensatumwälzpumpe 28 aufrechterhalten. Die in dem Mischkondensator 25 erzeugte Abwärme wird mit dem Kühlwasser 27 abgeführt.

Das Kondensat 2 wird auch hier zum Entspanner 30 geleitet bzw. zum Parabolrinnenkollektor 20 zurück- geleitet. Im Gegensatz zu der Ausführungsform der Fig.

1 wird bei dieser Anlage jedoch eine direkte Anbindung der Dampfstrahlkältemaschine an das Kaltwassernetz des Verbrauchers realisiert. Die direkte Anbindung ist bei niedrigen Drücken im Kaltwassernetz möglich und bei Einsatz eines Flash-Verdampfers als Entspanner kostengünstig realisierbar und energetisch von Vorteil.

Das Kondensat wird dabei über den Kaltwasservorlauf 5 direkt zum Verbraucher geführt und über den Kaltwasser- rücklauf 13 wiederum dem Entspanner 30 zugeführt.

Die weitere Ausgestaltung, beispielsweise die Regelung der Treibdampfmenge über das Drosselventil 8 in Abhängigkeit vom Kondensatordruck oder die Gewähr- leistung einer ausreichenden Kondensatzufuhr über eine Füllstandshöhenmessung in der Dampftrommel 10, können in gleicher Weise wie in Fig. 1 beschrieben ausgeführt werden.

Die Kälteleistung der in den Fig. 1 und 2 vorge- stellten Anlagen kann beispielsweise 50 kW betragen.

Der COP beträgt bei einer Ablauftemperatur des Kondensates 2 von 40°C und 13 hPa (13 bar) Sattdampf- druck ca. 0,6. Die Rückkühlleistung für diese Bedin- gungen beträgt ca. 133 kW. Der thermische Antriebs-

energiebedarf beträgt ca. 83 kW. Die erforderliche Kollektorfläche unter diesen Auslegungsbedingungen sollte etwa 260 m2 bei einer solaren Gesamteinstrahlung in Höhe von 1000 W/m2 und einem Kollektorwirkungsgrad von 0,5 betragen.

Zur Inbetriebnahme des Gesamtsystems gemäß den Fig. 1 bzw. 2 ist die Anlage über eine Vakuumpumpe zu entlüften. Als geeignet haben sich hierbei Flüssig- keitsringvakuumpumpen erwiesen, wobei als Sperrmedium der Vakuumpumpe Kaltwasser aus dem Entspanner 30 verwendet werden kann.

BEZUGSZEICHENLISTE 1 Mischdampf 2 Kondensat bzw. Kaltwasser 3 Kondensatzulauf Verdampfer 4 Kondensatzulauf Entspanner 5 Kaltwasservorlauf 6 Umlaufverdampferkreislauf 7 Treibdampfstrom 8 Treibdampfregelarmatur 9 Dampftrockner 10 Dampftrommel bzw. Brüdenbehälter 11 Regelventil für Kondensatzulauf Verdampfer 12 Saugdampfstrom 13 Kaltwasserrücklauf 14 Rückströmverhinderer 15 Regelventil für Kaltwasserumlauf 16 Mischventil 17 Entlüftung, Evakuierung 18 Kondensatorsammelbehälter 19 Rückschlagklappe 20 Parabolrinnenkollektor 21 Absorberrohre/Kollektorrohre 22 Verdampferpumpe 23 Strahlverdichter 24 Luftgekühlter Kondensator 25 Mischkondensator 26 Wärmetauscher Kühlwasser 27 Kühlwasserkreislauf 28 Kondensatumwälzpumpe 29 Kondensatpumpe 30 Entspanner 31 Entspannerpumpe 32 Kühler