Wegen der Verknappung fossiler Energieträger wird seit langem versucht, Kältemaschinen durch Niedertemperaturwärme, insbesondere durch Wärme von thermischen Sonnenkollektoren zu betreiben. Die meisten dieser Maschinen beruhen auf dem Absorptions- oder Adsorptionsprinzip, wo ein flüssiges Kältemittel durch Verdampfung Kälte erzeugt. Die anschließende Verflüssigung durch Kondensation findet bei einem höheren Druck als die Verdampfung statt. Zur Druckerhöhung wird das bei der Verdampfung entstandene Gas in einem ersten Schritt bei niedrigem Druck an ein absorbierendes oder adsorbierendes Hilfsmedium gebunden, wobei Wärme frei wird, die abgeführt wird. In einem zweiten Schritt wird das mit Kältemittel beladene Absorptions-oder Adsorptionsmittel vom Verdampferdruck abgetrennt und Wärme bei höherer Temperatur zugeführt wodurch Kältemitteldampf bei höherem Druck ausgetrieben wird, sodass er kondensieren kann.

Dadurch kann eine mechanische Verdichtung des Dampfes vermieden werden, was wünschenswert ist, da mechanische Leistung an hochwertige und damit teure Energieträger gebunden ist.

Verwendet man solche Kältemaschinen in Zusammenhang mit Solarenergie oder Niedertemperaturabwärme, so soll die erforderliche Heiztemperatur möglichst niedrig und der Wirkungsgrad, ausgedrückt durch die Wärmezahl, das ist der Quotient aus Kühlleistung geteilt durch die Heizleistung, möglichst hoch sein. Wiederverwendung von Abwärme bei thermischen Kältemaschinen ist problematisch, weil die Abwärme bei Temperaturen knapp über der Umgebungstemperatur anfällt, während die Heiztemperatur deutlich darüber liegt.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Kältemaschine anzugeben, die einerseits mit niedriger Heiztemperatur funktioniert und andererseits durch partielle Wiederverwendung der eigenen Abwärme einen maximalen Wirkungsgrad haben soll. Außerdem soll der Aufbau der Maschine einfach und platzsparend sein, um eine billige Massenfertigung zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass eine das flüssige Adsorptions-oder Absorptionsmittel enthaltende und vom Kältemittel durchströmte Druckerhöhungseinheit vorgesehen ist, welche Verdampfer mit Kondensator verbindet und durch einen Behälter beliebiger Form gebildet ist, welche Druckerhöhungseinheit an einen dritten Wärmetauscher thermisch gekoppelt ist, der von einem gasförmigen oder flüssigen Wärmeträgermedium durchströmt wird, das abwechselnd durch einen beheizten und einen gekühlten Bereich bewegt wird.

Durch die Hin-und Herbewegung des Mediums wird ein gleichmäßiger Temperatur und Lösungskonzentrationsgradient entlang der Druckerhöhungseinheit gewährleistet der entlang der Längsachse der Druckerhöhungseinheit synchron zum Temperierungsmedium hin und her geschoben wird. Gleichzeitig herrscht in jedem gegebenen Moment entlang der ganzen Druckerhöhungseinheit ein gleicher Druck, der sich beim Vorwärtsschieben des Temperaturgradienten von der heißen zur kalten Zone gleichmäßig erhöht, dagegen beim Zurückschieben des Temperaturgradienten von der kalten zur heißen Zone hin gleichmäßig verringert. Dabei ist es wichtig, dass keine steile Temperaturflanke entsteht, damit auch die Kältemittelkonzentration entlang der Druckerhöhungseinheit von der heißen zur kalten Zone hin gleichmäßig zunimmt. Dadurch kühlt sich das Temperierungsmedium während seiner Bewegung von der heißeren zur kälteren Seite der Druckerhöhungseinheit an allen Punkten um etwa den gleichen Temperaturbetrag ab (wobei der Temperaturgradient selbst beibehalten wird) wobei die frei werdende Energie zum Austreiben des Kältemitteldampfes verwendet wird. Während der Absorptionsphase dagegen (wo Energie frei wird) erwärmt sich das Temperierungsmedium während seiner Bewegung von der kälteren zur heißeren Seite der Druckerhöhungseinheit an allen Punkten wieder um etwa den gleichen Temperaturbetrag (wobei der Temperaturgradient selbst beibehalten wird), sodass also ein Großteil der Absorptionswärme zur Kältemittelaustreibung wieder verwendet werden kann.

Weiters kann vorgesehen sein, dass der beheizte Bereich auf der Seite der Druckererhöhungseinheit liegt, wo diese an den Verdampfer grenzt, während der gekühlte Bereich auf der Seite der Druckererhöhungseinheit liegt, wo diese an den Kondensator grenzt.

Dadurch streicht der ausgetriebene Kältemitteldampf vor seinem Übergang in den Kondensator über eine relativ kühle sehr stark mit Kältemittel angereicherte Lösung. Wenn das Absorptionsmittel flüchtig ist, wird sein Dampf unter solchen Bedingungen weitgehend zurückgehalten und auf eine Rektifizierung des Kältemitteldampfes kann unter Umständen verzichtet werden.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass Verdampfer, Kondensator und Druckerhöhungseinheit jeweils durch eine mit einem ersten, zweiten bzw. dritten Absperrmittel versehene Leitung verbunden sind.

Solche Absperrmittel ermöglichen einen getakteten Fluss des Kältemittels vom Verdampfer über die Druckerhöhungseinheit zum Kondensator und von dort wieder zum Verdampfer.

In Weiterführung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Druckerhöhungseinheit in zwei oder mehr Druckerhöhungsabschnitte geteilt ist, die durch vierte Absperrmittel, vorzugsweise Rückschlagventile, voneinander getrennt sind.

Eine optimale Wiedergewinnung von Absorptionswärme erfordert einen sanft ansteigenden Temperaturverlauf im Wärmeträgermedium. Ein derartig flacher Temperaturgradient kann den Druck des Kältemitteldampfs aber nur um ein relativ kleines Intervall anheben. Durch die Aufspaltung der Druckerhöhungseinheit in Unterabschnitte addieren sich diese Druckintervalle zu einem großen Gesamttemperatursprung, wie es für große Unterschiede zwischen Verdampferdruck und Kondensationsdruck nötig ist.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zwischen Verdampfer und Druckerhöhungseinheit das erste Absperrmittel angeordnet ist, vorteilhaft ein Rückschlagventil, elektrisch gesteuertes Magnetventil mit geeignetem Sensor oder ein über ein zentrales Regelsystem gesteuertes Ventil.

Dadurch wird verhindert, dass beim Druckanstieg in der Druckerhöhungseinheit Kältemitteldampf zurück in den Verdampfer fließt und dort kondensiert, wodurch der Wirkungsgrad sinken würde.

Weiters kann vorgesehen sein, dass zwischen Druckerhöhungseinheit und Kondensator das zweite Abspernnittel angeordnet ist, vorteilhaft ein Rückschlagventil, elektrisch gesteuertes Magnetventil mit geeignetem Sensor oder ein über ein zentrales Regelsystem gesteuertes Ventil.

Dadurch wird verhindert, dass Kältemitteldampf aus dem Kondensator in die Druckerhöhungseinheit zurückfließt, bevor dieser Dampf im Kondensator kondensieren konnte, wodurch der Wirkungsgrad sinken würde.

Ebenso kann vorgesehen sein, dass zwischen Kondensator und Verdampfer das dritte Absperrmittel angeordnet ist, vorteilhaft ein Schwimmerventil, elektrisch gesteuertes Magnetventil mit geeignetem Sensor oder ein über ein zentrales Regelsystem gesteuertes Ventil.

Dadurch wird verhindert, dass Kältemitteldampf vor dem Kondensieren in den Verdampfer gelangt, wodurch der Wirkungsgrad sinken würde.

In Weiterführung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zwischen dem beheizten Bereich des Wärmeträgermediums und dem dritten Wärmetauscher der ein Hauptwärmespeicher angeordnet ist.

Dieser Hauptwärmespeicher gewährleistet, dass bei Flussrichtungswechsel des Temperierungsmediums die Druckerhöhungseinheit nicht schlagartig erhitzt oder abgekühlt wird, sondern nur allmählich. Dies ist ganz wichtig für die Ausbildung eines gleichmäßigen Konzentrationsgradienten, der wiederum die Voraussetzung für die Wärmerückgewinnung darstellt.

In besonderer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Absorptionsmittel in der Druckerhöhungseinheit eine flüchtige Substanz ist, und dass zwischen Druckerhöhungseinheit und Kondensator ein Rektifikator angeordnet ist.

Bei Verwendung eines flüchtigen Absorptionsmittels muss verhindert werden, dass kondensierter Absorptionsmitteldampf durch den Kondensator in den Verdampfer gelangt, da dies die Verdampfung behindern würde.

In Weiterführung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass in der Verbindungsleitung für das Wärmeträgermedium jeweils zwischen den Wärmetauschern der einzelnen Druckerhöhungsabschnitte Zwischenwärmespeicher eingebaut sind.

Dadurch entstehen Temperatursprünge zwischen den Abschnitten, die bei Verringerung der Baugröße die Kühlleistung der Maschine steigern. Allerdings wird ein Teil des Wirkungsgrades preisgegeben.

In besonderer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Druckerhöhungseinheit in Form einer Rohrschlange oder Rohrspirale ausgebildet ist, wobei gegebenenfalls in jeder Windung ein viertes Absperrmittel, vorzugsweise ein Rückschlagventil, angeordnet ist und wobei sich der dritte Wärmetauscher mit dem Wärmeträgermedium in einem Stück über alle Druckerhöhungsabschnitte erstreckt.

Dies erlaubt eine einfache kostengünstige Konstruktion.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass mehrere parallel geschaltete Druckerhöhungseinheiten vorgesehen sind, die von nur einem dritten Wärmetauscher mit Wärmeträgermedium erhitzt oder gekühlt werden, für die zusammen es nur jeweils ein Verdampfer, ein Kondensator, höchstens ein Hauptwärmespeicher und auch lediglich ein Rektifikator vorgesehen ist.

Dies erlaubt für größere Maschinen eine einfache kostengünstige Konstruktion.

In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der dritte Wärmetauscher mit Wärmeträgermedium einen in sich geschlossenen Kreislauf bildet, dessen Strömungsrichtung sich in periodischen Zeitintervallen ändert und wobei die parallel geschalteten Druckerhöhungseinheiten in zwei Gruppen angeordnet sind, so dass immer die eine der beiden Gruppen beheizt wird, während die andere gekühlt wird.

Dadurch erfolgt die Kühlung nicht intermittierend sondern kontinuierlich. Außerdem lassen sich Wärmeverluste durch Luftkontakt in den Temperierungsmediumsbehältern zur Beheizung bzw. Rückkühlung vermeiden.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Erfindung als Wärmepumpe ausgelegt ist, bei der dem ersten Wärmetauscher des Verdampfers Wärme bei Umgebungstemperatur zugeführt wird, während die Abwärme des Wärmetauschers des gekühlten Bereichs bei einer Temperatur abgegeben wird, die für Heizzwecke geeignet ist.

Dadurch kann die gleiche Maschine im Sommer und im Winter zur Raumklimatisierung verwendet werden.

In besonderer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass in der Druckerhöhungseinheit beliebiger Form zwei Bereiche oder zwei Wärmetauscher unterschiedlicher Temperatur vorgesehen sind, ein beheizter Bereich und ein gekühlter Bereich, die derart ausgelegt sind, dass zwischen diesen zwei Bereichen eine Lösung, vorzugsweise eine Lösung aus Absorptionsmittel und Kältemittel, so hin und her bewegt wird, dass sich wesentliche Mengen der Lösung zumeist entweder im beheizten oder im gekühlten Bereich befinden, aber nur wesentlich seltener in beiden Bereichen gleichzeitig.

Durch die Bewegung der Lösung wird eine wesentlich effektivere Absorption des Kältemitteldampfs gewährleistet. Die Lösung muss dabei oszillieren, damit der Gasdruck in der Druckerhöhungseinheit variiert und dadurch Dampf gepumpt wird.

In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass mehrere Druckerhöhungseinheiten hintereinandergeschaltet sind, die durch Absperrmittel, vorzugsweise Rückschlagventile, voneinander getrennt sind.

Eine optimale Wiedergewinnung von Absorptionswärme erfordert einen sanft ansteigenden Temperaturverlauf im Wärmeträgermedium. Ein derartig flacher Temperaturgradient kann den Druck des Kältemitteldampfs aber nur um ein relativ kleines Intervall anheben. Durch die Aufspaltung der Druckerhöhungseinheit in Unterabschnitte addieren sich diese Druckintervalle zu einem großen Gesamttemperatursprung, wie es für große Unterschiede zwischen Verdampferdruck und Kondensationsdruck nötig ist.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Lösungen in aufeinanderfolgenden Druckerhöhungseinheiten simultan so bewegbar sind, dass wenn in einer Einheit die Lösung sich gerade im beheizten Bereich befindet, sich die Lösung in der darauf folgenden Einheit im dortigen gekühlten Bereich befindet und umgekehrt.

Dadurch wird die nötige Zahl von Abschnitten stark verringert und die Maschine kann klein und kostengünstig gebaut werden.

Die Kältemaschine oder Wärmepumpe kann in Weiterbildung der Erfindung derart ausgelegt sein, dass das Wärmeträgermedium von einem beheizten Wärmetauscher ausgehend die beheizten Bereiche der einzelnen Druckerhöhungseinheiten in beliebiger Reihenfolge durchströmt, dann einen gekühlten Bereich passiert und schließlich in beliebiger Reihenfolge durch die gekühlten Bereiche der einzelnen Druckerhöhungseinheiten zum Ausgangspunkt, dem beheizten Wärmetauscher, zurückfließt.

In jedem beheizten (austreibenden) Wärmetauscher verliert das Temperierungsmedium Wärme und Temperatur. Bei optimaler Auslegung liegt die Endtemperatur des Temperierungsmediums nur knapp über der Rückkühltemperatur. Nach dem Rückkühlen nimmt das Temperierungsmedium in allen gekühlten (absorbierenden) Wärmetauschern Wärme und damit Temperatur auf. Bei optimaler Auslegung liegt die Endtemperatur des Temperierungsmediums nur knapp unter der Heiztemperatur. Das bedeutet, dass sowohl zum Heizen als auch zum Rückkühlen nur Wärmebeträge umgesetzt werden, die klein sind gegenüber der gesamten Absorptionswärme oder der (fast ebensogroßen) Austreibungswärme, was mit andern Worten einem sehr guten Wirkungsgrad entspricht.

Die Druckerhöhungseinheit für eine Kältemaschine oder Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 18 kann in Weiterführung der Erfindung ausgestaltet sein als ein ringförmig geschlossenes System aus beheiztem Bereich oder Wärmetauscher, erstem Lösungsbehälter, gekühltem Bereich oder Wärmetauscher und einem zweiten Lösungsbehälter, sowie eine Vorrichtung zum Bewegen der Lösung, wobei die Wärmetauscher beliebiger Art sein können und von einem Druckausgleichsrohr verbunden sein können, die Lösungsbehälter von beliebiger Form sein können und die Vorrichtung zum Bewegen der Lösung entweder mechanisch, vorzugsweise durch eine Pumpe mit Motor, oder thermodynamisch, durch die Verdampfung von Kältemittel, vorzugsweise durch eine Blasenpumpe, ausgeführt werden kann, und zwar so, dass in einer Teilphase eines Kühlzyklus Lösung aus dem ersten Lösungsbehälter durch den gekühlten Bereich oder Wärmetauscher in den zweiten Lösungsbehälter läuft und in der anderen Teilphase dieses Kühlzyklus die Lösung vom zweiten Lösungsbehälter durch den beheizten Bereich oder Wärmetauscher zum ersten Lösungsbehälter läuft.

Durch die Lösungsbehälter kann die Zyklusdauer beliebig lang gestaltet werden. Da es beim Umschalten der Strömungsrichtung des Wärmeträgermediums immer zu Verlusten durch Vermischung kommt ist eine große Zyklusdauer vorteilhaft.

Der erste Lösungsbehälter für eine Kältemaschine oder Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 18, kann in besonderer Ausgestaltung der Erfindung derart ausgestaltet sein, dass er einen Zufluss vom beheizten Wärmetauscher her hat, dessen Mündung im Inneren des Behälters in eine nach oben offene Schale oder Rohrbogen führt, die von einer weiteren nach unten offenen Schale oder Rohrbogen bedeckt wird, wodurch sich beim Befüllen des Behälters mit Lösung zwischen diesen beiden Schalen oder Rohrbögen eine Gasblase bildet, die nicht von selbst abziehen kann, solange der Behälter mit Lösung gefüllt ist, und dass außerdem vom unteren Ende des Behälters ein Flüssigkeitsheber in Form eines nach oben strebenden und dann nach unten gebogenen Rohres seinen Ausgang nimmt, dessen Scheitelpunkt oberhalb des Flüssigkeitsspiegels liegt, wenn der Behälter mit Lösung gefüllt ist und dessen anderes Ende in den darunter liegenden gekühlten Wärmetauscher mündet.

Dadurch wird ohne äußere Steuerungsorgane verhindert, dass die Absorption beginnt, bevor der Austreibvorgang beendet ist.

Insbesondere kann der erste Lösungsbehälter derart ausgestaltet sein, dass ein Druckausgleichsrohr durch diesen Lösungsbehälter führt, wobei sich oben oder seitlich an diesem Rohr aber noch im Lösungsbehälter eine kleine Öffnung befindet, deren Durchmesser deutlich kleiner als der Durchmesser des Heberrohrs ist und dessen unteres Ende in den gekühlten Wärmetauscher mündet.

Dadurch wird ohne äußere Steuerungsorgane der Absorptionsvorgang gestartet, sobald der Austreibvorgang beendet ist.

Der zweite Lösungsbehälter für eine Kältemaschine oder Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 18 kann insbesondere derart ausgestaltet sein, dass vom unteren Ende des Behälters ein Flüssigkeitsheber in Form eines nach oben strebenden und dann nach unten gebogenen Rohres seinen Ausgang nimmt, dessen Scheitelpunkt oberhalb des Flüssigkeitsspiegels liegt, wenn der Behälter mit Lösung gefüllt ist und dessen anderes unteres Ende eine Rohrausweitung hat und anschließend in die Vorrichtung zum Bewegen der Lösung in mündet.

Dadurch wird ohne äußere Steuerungsorgane verhindert, dass der Austreibvorgang beginnt, bevor die Absorption beendet ist.

Insbesondere kann für den zweiten Lösungsbehälter vorgesehen sein, dass ein Druckausgleichsrohr durch diesen Lösungsbehälter führt, wobei sich oben oder seitlich an diesem Rohr aber noch im Lösungsbehälter eine kleine Öffnung befindet, deren Durchmesser deutlich kleiner als der Durchmesser des Heberrohrs ist und dessen unteres Ende in die Vorrichtung zum Bewegen der Lösung in mündet.

Dadurch wird ohne äußere Steuerungsorgane der Austreibvorgang gestartet, sobald der Absorptionsvorgang beendet ist.

Für die Druckerhöhungseinheit nach Anspruch 19 kann in besonderer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass sie jeweils einen eigenen Füllstutzen zum Evakuieren der Luft und zum Befüllen mit Lösung hat.

Das ist für einen schnellen und unkomplizierten Füllvorgang vorteilhaft.

Für die Kältemaschine oder Wärmepumpe kann derart weitergebildet werden, dass ein durchgehender Kältemittelfluss mit intermittierenden Zyklen vorgesehen ist und dass das dritte Absperrmittel als Drossel ausgeführt ist.

Die Drossel ist einfacher und billiger als geregelte Absperrmittel.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass pro Stufe nur ein gemeinsamer Wärmetauscher für Absorption und Austreibung verwendet wird, an welchen auf der kälteren Seite ein Pumpgefäß angeschlossen ist und an der wärmeren Seite ein Gasabscheider, wobei das Kältemittel im Gegenstrom zum Wärmeträgermedium, welches pro Zyklus zwei mal seine Flussrichtung wechselt, abwechselnd vom Pumpgefäß durch den Wärmetauscher in den Gasabscheider gedrückt wird oder vom Gasabscheider her im ausgegasten Zustand durch den Wärmetauscher angesaugt wird, weil das Pumpgefäß in Form eines Wärmetauschers mit dem Wärmeträgermedium ausgeführt ist, dessen Sekundärseite mit dem pumpgefäßseitigen Anschluss des Wärmeträgermediums des gemeinsamen Wärmetauschers verbunden ist und dadurch seine Temperatur ebenfalls zweimal pro Zyklus ändert, wobei in gleichen Momenten in aufeinander folgenden Stufen die Richtung des Wärmeträgermediumsflusses jeweils umgekehrt verläuft, sodass sich immer der Reihe nach abwechselnd eine Stufe im Absorptionsmodus und die darauf folgende im Austreibmodus befindet.

Lösung wird synchron zum Wärmeträgermedium bewegt, dadurch sehr guter Wärmeübergang, gute Absorption, keine Regelung von außen nötig.

Die Erfindung kann insbesondere derart ausgelegt sein, dass in jeder Stufe das Kältemittel abwechselnd vom Pumpgefäß durch den Wärmetauscher und ein Rückschlagventil in den Gasabscheider gedrückt werden kann oder vom Gasabscheider her im ausgegasten Zustand zur Druckminderung durch eine Drossel und dann durch den Wärmetauscher angesaugt werden kann.

Rückschlagventil und Drossel garantieren den optimalen Druckunterschied zwischen Absorption und Austreibung, sodass ein optimaler Wirkungsgrad gewährleistet ist.

In besonderer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass anstelle des Pumpgefäßes eine mechanische (elektrische) Lösungspumpe verwendet wird.

Dadurch noch präzisere Kontrolle des Lösungsflusses möglich und noch besserer Wirkungsgrad.

In Weiterführung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der vom Gasabscheider zur nächsten Stufe oder zum Kondensator fließende Kältemitteldampf durch einen Rektifikator läuft, der von der heißeren zur kühleren Seite durch den Wärmetauscher geführt wird, wobei das entstehende Kondensat über eine Drossel zurück in den jeweiligen Lösungsbehälter geführt wird.

Bei Verwendung eines flüchtigen Absorptionsmittels muss verhindert werden, dass Absorptionsmitteldampf von einem zum nächsten Abschnitt oder durch den Kondensator in den Verdampfer gelangt, da dies die Verdampfung behindern würde. Da der Rektifikator hier in den Wärmetauscher eingebaut ist wird die Rektifikationswärme zum Austreiben verwendet, wodurch keine Wärmeverluste entstehen.

Schließlich kann vorgesehen sein, dass der Kältemitteldampf beim Absorptionsvorgang des Kältemittels durch eine mit Poren oder Einspritzdüsen versehene Leitung der die absorbierende Lösung führenden Seite des Wärmetauschers an mehreren Punkten entlang ihres Weges durch einen Absorptionswärmetauscher zugeführt wird.

Dadurch erfolgt der Absorptionsvorgang gleichmäßig entlang des ganzen Wärmetauschers, sodass die entstehende Wärme optimal durch das Wärmeträgermedium aufgesammelt werden kann.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen, in welchen Ausführungsformen dargestellt sind, näher beschrieben. Dabei zeigt : Fig. 1 eine schematische Darstellung der Grundform der erfindungsgemäßen Kältemaschine oder Wärmepumpe mit einem Verdampfer, einem Kondensator und einer von einem Wärmeträgermedium umströmten Druckerhöhungseinheit, Fig. 2 eine Kältemaschine oder Wärmepumpe gemäß Fig. 1 mit einer in Unterabschnitte unterteilten Druckerhöhungseinheit, Fig. 3 eine besondere Ausführungsform einer Kältemaschine oder Wärmepumpe gemäß Fig.

2, Fig. 4 eine Kältemaschine oder Wärmepumpe mit parallelgeschalteten Druckerhöhungseinheiten, Fig. 5 eine Kältemaschine oder Wärmepumpe gemäß Fig. 4 mit geschlossenem Wärmeträgermediumskreislauf, Fig. 6a und 6b das Grundprinzip einer Kältemaschine oder Wärmepumpe mit zyklischer Pumpfunktion, wobei Fig. 6a den ersten Teil eines Zyklus darstellt und Fig. 6b den zweiten, Fig. 7 eine andere Ausführungsform einer Kältemaschine oder Wärmepumpe gemäß Fig. 6a und 6b, Fig. 8a und 8b eine andere Ausführungsform für eine Absorptionskältemaschine gemäß Fig.

6a, 6b oder 7 die Hintereinanderschaltung mehrerer Druckerhöhungseinheiten, wobei Fig. 8a den ersten Teil eines Zyklus darstellt und Fig. 8b den zweiten, Fig. 9 die Grundelemente einer praktisch ausführbaren Druckerhöhungseinheit mit Pumpe, Fig. 10 zeigt eine Druckerhöhungseinheit mit Blasenpumpe und mit selbsttätiger Synchronisierung für das Zusammenspiel mit den anderen Druckerhöhungseinheiten, Fig. 11 a und Ilb den Absorptionszyklus im Temperatur-Druck Diagramm für eine herkömmliche Absorptionskältemaschine und für eine mehrstufige Absorptionskältemaschine mit durchgehendem Kältemittelfluss, Fig. 12a und 12b ein Schema einer zweistufigen Kältemaschine oder Wärmepumpe mit durchgehendem Kältemittelfluss und mit intermittierenden Zyklen, Darstellung der beiden Zyklushälften, und Fig. 13 ein Ausführungsbeispiel einer zweistufigen Kältemaschine oder Wärmepumpe mit durchgehendem Kältemittelfluss und mit intermittierenden Zyklen.

In den Figuren werden Bezugszeichen verwendet wie folgt : 1......... Verdampfer 2......... Kondensator 3......... Druckerhöhungseinheit 3a....... Verbindungsleitung der Druckerhöhungseinheit 4......... Leitung f. WT (=Wärmeträgermedium) 5......... beheizter Bereich bzw. Heizung oder Heizungswärmetauscher für WT 6......... gekühlter Bereich bzw. Rückkühlungswärmetauscher für WT 7......... Hauptwärmespeicher für WT 7a....... 1. Hauptwärmespeicher für WT 7b....... 2. Hauptwärmespeicher für WT 8......... Rektifikator 9......... Rohr für Kältemitteldampf 10....... Kondensatsammler 11....... Kondensatleitung 12....... Lösungsreservebehälter 13....... Lösungsreservebehälter 14....... Lösungspumpe 15....... Lösungsheberrohr 16....... Lösungsheberrohr 17....... nach oben offene Schale 18....... nach unten offene Schale 19....... Druckausgleichsrohr 20....... Öffnung am Druckausgleichsrohr 21....... Druckausgleichsrohr 22....... Öffnung am Druckausgleichsrohr 23....... Rohrausweitung 24....... Blasenpumpe 31 bis 35 : Druckerhöhungsabschnitte Stufe 1 bis 5 31w bis 34wWärmetauscher der Druckerhöhungsabschnitte für Stufe 1 bis 4 71....... 1. Zwischenwärmespeicher 72....... 2. Zwischenwärmespeicher 73....... 3. Zwischenwärmespeicher 81....... Rektifikator, 1. Stufe 82....... Rektifikator, 2. Stufe lw...... erster Wärmetauscher des Verdampfers 2w...... zweiter Wärmetauscher des Kondensators 31a bis 34a : heiße Zonen der Druckerhöhungsabschnitte Stufe 1 bis 4, 31b bis 34b : kalte Zone der Druckerhöhungsabschnitte, Stufe 1 bis 4, 3w...... dritter Wärmetauscher der Druckerhöhungseinheit 3wa.... oberer Wärmetauscher der Druckerhöhungseinheit bei Parallelschaltung 3wb.... unterer Wärmetauscher der Druckerhöhungseinheit bei Parallelschaltung D 1...... drittes Absperrmittel oder Drossel zwischen Kondensator und Verdampfer D2...... Absperrmittel oder Drossel zwischen Rektifikator und Druckerhöhungseinheit D31.... Drossel zwischen Gasabscheider und Wärmetauscher 31, 1. Stufe D32.... Drossel zwischen Gasabscheider und Wärmetauscher 32,2. Stufe D41.... Drossel nach dem Rektifikator, 1. Stufe D42.... Drossel nach dem Rektifikator, 2. Stufe G1...... Gasabscheider 1. Stufe G2...... Gasabscheider 2. Stufe KL1... Kältemitelzuführungsleitung 1. Stufe KL2... Kältemittelzuführungsleitung 2. Stufe L1...... Lösung aus Absorptionsmittel und Kältemittel in der 1. Stufe der Druckerhöhungseinheit L2...... Lösung aus Absorptionsmittel und Kältemittel in der 2. Stufe der Druckerhöhungseinheit L3...... Lösung aus Absorptionsmittel und Kältemittel in der 3. Stufe der Druckerhöhungseinheit L4...... Lösung aus Absorptionsmittel und Kältemittel in der 4. Stufe der Druckerhöhungseinheit P 1...... Pumpgefäß 1. Stufe Plw.... Wärmetauscher zum Pumpgefäß 1. Stufe P2...... Pumpgefäß 2. Stufe P2w.... Wärmetauscher zum Pumpgefäß 2. Stufe TH1... Heiztemperatur Vorlauf TH2... Heiztemperatur Rücklauf TK1... Kühltemperatur Vorlauf TK2... Kühltemperatur Rücklauf TRl.... Rückkühltemperatur Vorlauf TR2.... Rückkühltemperatur Rücklauf VO...... erstes Absperrmittel zwischen Verdampfer und Druckerhöhungseinheit VK..... zweites Absperrmittel zwischen Druckerhöhungseinheit und Kondensator VI bis V5 : viertes Absperrmittel zwischen zwei Stufen bzw. Druckerhöhungsabschnitten der Druckerhöhungseinheit Vgl.... Absperrmittel bzw. Rückschlagventil im Gasabscheider 1. Stufe Vg2.... Absperrmittel bzw. Rückschlagventil im Gasabscheider 2. Stufe Vhl.... Rückschlagventil für WT im Heizbereich Vh2.... Rückschlagventil für WT im Heizbereich Vh3.... Rückschlagventil für WT im Heizbereich Vh4.... Rückschlagventil für WT im Heizbereich Vrl.... Rückschlagventil für WT im Rückkühlbereich Vr2.... Rückschlagventil für WT im Rückkühlbereich Vr3.... Rückschlagventil für WT im Rückkühlbereich Vr4.... Rückschlagventil für WT im Rückkühlbereich WT.... Wärmeträgermedium oder Wärmeträgermedium WTP 1 1. Pumpe des WT WTP2 2. Pumpe des WT Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der Grundform der erfindungsgemäßen Kältemaschine oder Wärmepumpe mit einem Verdampfer 1 beliebiger Form, dem durch einen geeigneten ersten Wärmetauscher 1 w die bei der Verdampfung verbrauchte Wärme über ein gasförmiges oder flüssiges Medium als Kühlleistung zugeführt werden kann. Diese Maschine hat außerdem einen Kondensator 2 beliebiger Form, dem durch einen geeigneten zweiten Wärmetauscher 2w die entstehende Wärme über ein gasförmiges oder flüssiges Medium abgenommen werden kann. Zwischen dem Ausgang des Verdampfers 1 und dem Eingang des Kondensators 2 ist die Druckerhöhungseinheit 3 positioniert, die über einen geeigneten dritten Wärmetauscher 3w mit dem Wärmeträgermedium in Kontakt steht. Der Verdampfer 1 ist so im Raum positioniert, dass sich der entstehende Dampf an seinem oberen Ende sammelt, wo der Verdampfer 1 über ein erstes Absperrmittel VO mit dem heißeren Ende der Druckerhöhungseinheit 3 verbunden ist. Der Kondensator 2 ist so über ein zweites Absperrmittel VK mit der Druckerhöhungseinheit 3 verbunden und räumlich so gestaltet und orientiert, dass das kondensierte Kältemittel in Folge der Schwerkraft nach unten und wegen des im Kondensator 2 herrschenden Überdrucks durch ein drittes Absperrmittel D1 in den Verdampfer 1 gelangen kann. Vorteilhaft für die Absperrmittel VO und VK sind Rückschlagventile, elektrisch gesteuerte Magnetventile mit geeignetem Sensor oder über ein zentrales Regelsystem gesteuerte Ventile. Das dritte Absperrmittel D1 ist erfindungsgemäß so gesteuert, dass es nur dann öffnet, wenn sich bereits flüssiges Kältemittel am unteren Ausgang des Kondensators 2 staut. Das dritte Absperrmittel D1 ist vorteilhaft ein Schwimmerventil oder ein elektrisch gesteuertes Magnetventil mit geeignetem Sensor oder ein über ein zentrales Regelsystem gesteuertes Ventil, kann aber auch als Drossel ausgeführt sein. Über eine Leitung 4 ist das Wärmeträgermedium WT mit einem beheizten Bereich 5 und einem gekühlten Bereich 6 verbunden. Zwischen dem beheizten Bereich 5 und dem dritten Wärmetauscher 3w der Druckerhöhungseinheit 3 ist ein Hauptwärmespeicher 7 eingebaut, welcher ein Körper beliebiger Form aus gut wärmeleitendem Material und großer Kontaktfläche zum Wärmeträgermedium hin sein soll, welcher nach außen hin wärmeisoliert ist.

Fig. 2 zeigt eine Maschine mit analogem Aufbau wie der von Fig. 1, jedoch mit einer Druckerhöhungseinheit, die in mehrere Druckerhöhungsabschnitte 31 bis 34 geteilt ist. In dieser Version ist auch der Wärmetauscher der Druckerhöhungseinheit in Wärmetauscherabschnitte 31w bis 34w geteilt. Die Wärmetauscherabschnitte 31w bis 34w der Druckerhöhungseinheit sind durch vierte Absperrmittel VI bis V3 voneinander getrennt.

Vorteilhaft für solche vierte Absperrmittel VI bis V3 sind Rückschlagventile, elektrisch gesteuerte Magnetventile mit geeignetem Sensor oder über ein zentrales Regelsystem gesteuerte Ventile. Zusätzlich sind in dieser Version Zwischenwärmespeicher 71 bis 73 in die Verbindungsleitung 4 zwischen den einzelnen Wärmetauscherabschnitten 31w bis 34w der Druckerhöhungsabschnitte 31 bis 34 eingebaut.

Fig. 3 zeigt eine Maschine, die eine besondere, vereinfachte Bauform der Version von Fig. 2 darstellt, die vorteilhaft dann zur Anwendung kommen wird, wenn das Absorptionsmedium flüssig ist. Dabei ist der dritte Wärmetauscher 3w oder das Wärmeträgermedium der Druckerhöhungseinheit über die in einem serpentinförmig oder spiralig gebogenen Rohr untergebrachten Teilabschnitte der Druckerhöhungsabschnitte 31 bis 35 gezogen. Die vierten Absperrmittel V1 bis V5, die diese Druckerhöhungsabschnitte 31 bis 35 voneinander trennen, sind in dieser Version erfindungsgemäß Rückschlagventile, die ebenfalls in das serpentinförmig oder spiralig gebogenen Rohr, vorteilhaft jeweils vor einem unteren Scheitel - in Flussrichtung des Kältemittels gesehen-eingebaut sind. Die Lösung von Absorptionsmedium und Kältemittel staut sich dann hinter dem vierten Absperrmittel VI bis V4, während sich über der Lösung eine Gasblase bildet, die bis zum nächsten vierten Absperrmittel V2 bis V5 reicht. Für den Fall, dass mit dieser Bauversion ein flüchtiges Absorptionsmittel verwendet wird, ist zwischen dem letzten Abschnitt V5 der Druckerhöhungseinheit vor dem Kondensator 2 und dem Kondensator 2 selbst ein Rektifikator 8 eingebaut, der Absorptionsmitteldampf zurückhalten soll. Das Kondensat aus dem Rektifikator 8 sammelt sich in einem darunter befindlichen Behälter 10, von wo es über die Kondensatleitung 11 in die in den ersten Druckerhöhungsabschnitt VI zurückgeführt werden kann, sobald das fünfte Absperrmittel D2 zwischen Rektifikator 8 und ersten Druckerhöhungsabschnitt VI geöffnet ist. Erfindungsgemäß kann das fünfte Absperrmittel D2 ein händisch oder ein über ein zentrales Regelsystem gesteuertes Ventil sein. Das fünfte Absperrmittel D2 kann aber auch die Form einer dauernd sehr schwach geöffneten Drossel haben.

Fig. 4 zeigt eine Maschine mit zwei Druckerhöhungseinheiten 3 in Parallelschaltung. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die ersten Absperrmittel VO und zweiten Absperrmittel VK ebenfalls verdoppelt werden. In analoger Weise können weitere Druckerhöhungseinheiten 3 parallel dazugeschaltet werden.

Fig. 5 zeigt eine Maschine mit geschlossenem Wärmeträgermediumskreislauf. Der Aufbau ist analog wie der von der Version in Fig. 4, mit dem Unterschied, dass durch den geschlossenen Wärmeträgermediumskreis die Verbindungsleitung 4 so gelegt werden muss, dass das Wärmeträgermedium aus der Sicht des Betrachters im oberen Wärmetauscher 3wa von links nach rechts fließt, wenn es im unteren Wärmetauscher 3wb von rechts nach links fließt.

Umgekehrt muss es aus der Sicht des Betrachters im oberen Wärmetauscher 3wa von rechts nach links fließen, wenn es im unteren Wärmetauscher 3wb von links nach rechts fließt. Da sowohl für den oberen Wärmetauscher 3wa als auch für den unteren Wärmetauscher 3wb ein eigener Temperaturgradient gebildet werden muss, hat jeder der beiden Zweige des Wärmeträgermediumskreises seinen eigenen Hauptwärmespeicher 7a bzw. 7b. In einer realen erfindungsgemäßen Maschine sind die hier verwendeten Beziehungen oben, unten, links und rechts gegenstandslos, da die gegenseitige Lage der parallel geschalteten Druckerhöhungseinheiten 3 im Raum ohne Bedeutung für das Funktionieren der Erfindung ist.

Wird in der Druckerhöhungseinheit 3 ein Adsorptionsmittel verwendet, so wird dieses erfindungsgemäß an der Trennwand zum Wärmeträgermedium wärmeleitend aufgebracht, wobei im Inneren der Druckerhöhungseinheit 3 ein durchgehender Kanal oder Hohlraum für das vom Verdampfer 1 zum Kondensator 2 strömende Kältemittel frei bleibt.

Wird in der Druckerhöhungseinheit 3 ein flüssiges Absorptionsmittel verwendet, so wird dieses erfindungsgemäß durch die Form der Druckerhöhungseinheit oder durch geeignete Einbauten in Zellen getrennt, die zwar für das Kältemittel aber nicht für das Absorptionsmittel durchlässig sind. Vorzugsweise geschieht dies, indem im Inneren der Druckerhöhungseinheit die Trennwand zum Wärmeträgermedium mit einem porösen Material ausgekleidet ist, das mit dem Absorptionsmittel getränkt ist. Eine andere erfindungsgemäße Möglichkeit, das Absorptionsmittel in getrennte Abschnitte zu teilen, besteht darin, die Druckerhöhungseinheit 3 als spiral-oder serpentinenförmiges Rohr auszubilden. Das Absorptionsmittel sammelt sich dann in den nach unten gekrümmten Rohrabschnitten, wodurch jede Rohrwindung eine abgetrennte Zelle bildet. Das Kältemittel kann aber in Form von Gasblasen durch diese Zellen durchgedrückt werden.

Wesentlich für eine teilweise Wiederverwendung der beim Adsorptions-oder Absorptionsprozess entstehenden Abwärme ist, dass ein Teil dieser Wärme bei einer Temperatur anfallen muss die wenigstens teilweise über der zum Austreiben benötigten Heiztemperatur liegt.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass entlang der Druckerhöhungseinheit 3 ein Temperaturgradient besteht. Die Kältemittelkonzentration passt sich dabei so an die lokale Temperatur an, dass an allen Punkten entlang der Druckerhöhungseinheit das Adsorptions- oder Absorptionsmittel mit Kältemittel gesättigt ist, gleichzeitig aber ein Konzentrationsanstieg vom Verdampfer 1 zum Kondensator 2 hin entsteht. Ein Erhitzen der Druckerhöhungseinheit entspricht einem Verschieben der Flanke des Temperaturgradienten von der heißen zur kalten Seite hin und führt zum Austreiben des Ammoniaks entlang der gesamten Druckerhöhungseinheit. Ein Abkühlen der Druckerhöhungseinheit 3 entspricht einem Verschieben der Flanke des Temperaturgradienten von der kalten zur heißen Seite und führt zur Absorption oder Adsorption neuen Ammoniakdampfes entlang der ganzen Länge der Druckerhöhungseinheit.

Diese Temperaturänderungen werden erfindungsgemäß so erreicht, dass es ein gasförmiges oder flüssiges Wärmeträgermedium gibt, welches mittels Wärmetauscher 3w auf die Druckerhöhungseinheit 3 wirkt und zwischen einem beheizten Bereich 5 und einem gekühlten Bereich 6 hin-und her bewegt wird, wofür sich jedes zweckmäßige mechanische Mittel eignet, wodurch sich entlang des Weges dieses Wärmeträgermediums durch den Wärmetauscher 3w der Druckerhöhungseinheit 3 ein Temperaturgefälle ausbildet, dessen Flanke zwischen dem Heizbereich 5 und dem Kühlbereich 6 hin und her geschoben wird.

Dadurch bildet sich in der Druckerhöhungseinheit 3 ebenfalls der gewünschte Temperaturgradient aus, der im gleichen Rhythmus wie das Wärmeträgermedium hin und her geschoben wird.

Die Flussrichtung des Wärmeträgermediums wird erfindungsgemäß immer dann umgeschaltet, wenn die Temperatur des Wärmeträgermediums, das in den gekühlten Bereich 6 einfließt, einen vorgegebenen Maximalwert überschreitet bzw. wenn die Temperatur des Wärmeträgermediums, die in den beheizten Bereich 5 einfließt, einen vorgegebenen Minimalwert unterschreitet.

Erfindungsgemäß sammelt das oszillierende Wärmeträgermedium die bei der Absorption entstehenden Wärmemengen ein, wobei ein Wärmeübergang genau zu den Zeitpunkten und an den Orten der Druckerhöhungseinheit 3 stattfindet, wo die lokale Temperatur höher ist als die Temperatur des Wärmeträgermediums. Bei weiterer Bewegung des Wärmeträgermediums transportiert dieses die aufgenommene Wärme an andere Stellen der Druckerhöhungseinheit, wo niedrigere Temperatur herrscht und wo diese Wärme für den nachfolgenden Austreibprozess verwendet wird. Natürlich gelingt dieses Verfahren nur für den Anteil der Absorptionswärme, der mit relativ hoher Temperatur anfällt. Der Rest wird in den Kühler abgeleitet. Diese Wiederverwendung von Abwärme führt erfindungsgemäß zu einer bedeutenden Steigerung der Wärmezahl.

Erfindungsgemäß geht die Strömungsrichtung des Temperierungsmittels in der Austreibphase von der heißen Seite 5 der Druckerhöhungseinheit 3 zur kalten Seite 6 hin, was der Richtung vom Verdampfer 1 zum Kondensator 2 hin entspricht. In dieser Phase steigt der Druck des Kältemittels in der Druckerhöhungseinheit 3 und es öffnet sich das Absperrmittel VK zwischen Druckerhöhungseinheit 3 und Kondensator 2-vorteilhaft ein Rückschlagventil oder ein elektronisch gesteuertes Magnetventil-und lässt Kältemitteldampf in diesen eintreten. Da dem Kondensator 2 in üblicher Weise durch Luft oder eine Flüssigkeit Wärme entzogen wird, verflüssigt sich der Kältemitteldampf im Kondensator 2. Das Absperrmittel DI zwischen Kondensator 2 und Verdampfer 1-vorteilhaft ein Schwimmerventil, ein elektronisch gesteuertes Magnetventil oder eine Drossel-lässt nur flüssiges Kältemittel aber keinen Dampf in den Verdampfer 1 strömen. Dieser Fluss findet selbständig statt, da im Kondensator 2 immer ein höherer Druck herrscht als im Verdampfer 1.

Beim Rückströmen des Wärmeträgermediums von der kalten zur warmen Seite hin sinkt entlang der ganzen Druckerhöhungseinheit 3 die Temperatur und damit auch der Druck. Das Absperrmittel VO zwischen Verdampfer 1 und Druckerhöhungseinheit 3-vorteilhaft ein Rückschlagventil oder ein elektronisch gesteuertes Magnetventil-öffnet sich, Kältemitteldampf strömt vom Verdampfer 1 in die Druckerhöhungseinheit 3, während flüssiges Kältemittel im Verdampfer 1 verdampft und diesen kühlt. Gleichzeitig findet der Absorptions-oder Adsorptionsprozess in der Druckerhöhungseinheit 3 statt.

Wenn die Kältemaschine sehr tiefe Kühltemperaturen erreichen soll, wird der Druckunterschied zwischen Verdampfer 1 und Kondensator 2 entsprechend größer. Dies kann bei niedriger Beheizungstemperatur dazu führen, dass der Unterschied zwischen minimaler und maximaler Temperatur des Wärmeträgermediums nicht mehr ausreicht, um den Druckunterschied zu überbrücken.

Erfindungsgemäß ist es daher vorteilhaft, die Druckerhöhungseinheit 3 in mehrere Unterabschnitte 31 bis 35 zu teilen, die durch Absperrmittel VI bis V5-vorteilhaft Rückschlagventile oder elektronisch gesteuerte Magnetventile-voneinander getrennt sind (siehe Fig. 2). Dadurch wird die Druckdifferenz zwischen Verdampfer 1 und Kondensator 2 in kleinere Druckintervalle zerlegt und zusätzlich zum Temperaturgradienten der Druckerhöhungseinheit 3 entsteht ein Druckgradient und zwar erfindungsgemäß so, dass der niedrigste Druck in dem Abschnitt herrscht, der dem Verdampfer 1 zugewendet ist während der höchste Druck in jenem Abschnitt herrscht, der dem Kondensator 2 zugewendet ist.

Ein steilerer Temperaturgradient des Temperierungsmittels ermöglicht eine tiefere Kühltemperatur, gleichzeitig verschlechtert sich aber die Wärmezahl der Kältemaschine. Um die optimale Neigung des Temperaturgradienten im Wärmeträgermedium zu gewährleisten ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, zwischen der Heizvorrichtung 5 und dem Wärmetauscher 3w der Druckerhöhungseinheit einen Hauptwärmespeicher 7 zu installieren, welcher ein Körper beliebiger Form aus gut wärmeleitendem Material und großer Kontaktfläche zum Wärmeträgermedium hin sein soll, welcher nach außen hin Wärme isoliert ist.

Erfindungsgemäß kann es zur Erreichung einer optimalen Neigung des Temperaturgradienten im Wärmeträgermedium vorteilhaft sein, zwischen den Wärmetauschern 31w bis 34w der einzelnen Abschnitte 31 bis 34 der Druckerhöhungseinheit Zwischenwärmespeicher 71 bis 73 nach Art des Hauptwärmespeichers 7 zu installieren (siehe Fig. 2).

Absorptionsmittel von Kältemaschinen können flüssig und auch flüchtig sein.

Erfindungsgemäß ist es dann vorteilhaft, zwischen Druckerhöhungseinheit 3 und Kondensator 2 einen Rektifikator 8, in der Art, wie es bei Destillationsapparaten üblich ist, einzuschalten, um verdampftes Absorptionsmittel daran zu hindern, in den Kondensator 2 einzudringen (siehe Fig. 3). Kondensiertes Absorptionsmittel soll in die Druckerhöhungseinheit 3 zurückgeführt werden. Erfindungsgemäß kann dies dadurch bewerkstelligt werden, dass in gewissen zweckmäßigen Zeitabständen das Kondensat aus dem Rektifikator 8 in die Druckerhöhungseinheit 3-oder, wenn diese in Unterabschnitte 31 bis 34 geteilt ist-in den vom Verdampfer 1 aus gesehen ersten Teilabschnitt 31 entleert wird. Eine andere erfindungsgemäße Lösung dieses Problems besteht darin, durch eine Drossel D2 ständig einen ganz kleinen Fluss des Kondensats aus dem Rektifikator 8 zum ersten Teilabschnitt 31 der Druckerhöhungseinheit zuzulassen.

Wegen der Vorteile industrieller Massenfertigung ist es vorteilhaft, nur ein einziges Modell der Druckerhöhungseinheit 3 zu bauen. Erfindungsgemäß können dann Kältemaschinen mit größerer Leistung so gebaut werden, dass es mehrere parallel geschaltete Druckerhöhungseinheiten 3, die von nur einem Wärmeträgermedium erhitzt oder gekühlt werden gibt, für die zusammen es nur jeweils einen Verdampfer 1, einen Kondensator 2 und höchstens einen Hauptwärmespeicher 7 und auch nicht mehr als einen Rektifikator 8 gibt (siehe Fig. 4).

Um Wärmeverluste an den beiden äußeren Enden des Wärmeträgermediums möglichst klein zu halten ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, dass das Wärmeträgermedium einen in sich geschlossenen Kreislauf darstellt, dessen Strömungsrichtung sich in periodischen Zeitintervallen ändert und wo die parallel geschalteten Druckerhöhungseinheiten 3 in zwei Gruppen angeordnet sind, so dass immer die eine der beiden Gruppen beheizt wird, während die andere gekühlt wird (siehe Fig 5).

Fig. 6a zeigt eine Absorptions-oder Adsorptionskältemaschine bestehend aus einem Verdampfer 1, einem Kondensator 2 und einer Druckerhöhungseinheit 3, in der sich ein beheizter Bereich 31 a und ein gekühlter Bereich 31 b befinden, wobei das Wärmeträgermedium aus Absorptionsmedium und Kältemittel gerade durch den beheizten Bereich 31 a strömt. In dieser Zyklusphase ist das erste Absperrmittel V0, vorzugsweise ein Rückschlagventil, geschlossen und das zweite Absperrmittel VK, vorzugsweise ein Rückschlagventil, ist geöffnet und lässt Kältemitteldampf in den Kondensator 2. Das dritte Absperrmittel D1 wird so geregelt, vorteilhaft durch einen Schwimmer, dass es nur flüssiges Kältemittel vom Kondensator 2 in den Verdampfer 1 fließen lässt. Weniger effektiv aber einfacher kann das dritte Absperrmittel D1 auch als eine Drossel oder Kapillare ausgeführt sein. Die Beheizung des Wärmeträgermediums erfolgt über den Wärmetauscher 5, die Rückkühlung des Wärmeträgermediums erfolgt über den Wärmetauscher 6.

Fig. 6b zeigt die gleiche Maschine wie Fig. la in der Zyklusphase wo Wärmeträgermedium aus Absorptionsmedium und Kältemittel gerade durch den gekühlten Bereich 31b strömt. In dieser Zyklusphase ist das erste Absperrmittel VO geöffnet, wobei Kältemitteldampf aus dem Verdampfer 1 in die Druckerhöhungseinheit 3 einströmt, und das zweite Absperrmittel VK geschlossen ist.

Fig. 7 zeigt eine andere Ausführung der Maschine, bei der Eingang und Ausgang der Druckerhöhungseinheit 3 für den Kältemitteldampf in einer einzigen Leitung 3a zusammengefasst sind. Diese Ausführung der Druckerhöhungseinheit 3 ist besonders dann aus Platzgründen vorteilhaft, wenn man mehrere Druckerhöhungseinheiten 3 hintereinander schaltet. Die Position dieser Leitung 3a wird vorteilhaft so gewählt, dass der in dem beheizten Bereich 31a entstehende Kältemitteldampf durch den gekühlten Bereich 31b passieren muss, bevor er durch die Leitung 3a in den nächsten Abschnitt gelangt. Dadurch ergibt sich eine Art Rektifikationseffekt, da mitverdampftes Absorptionsmittel in der gekühlte Bereich 6 kondensiert.

Fig. 8a und Fig. 8b zeigen eine mögliche Zusammenfassung von vier Druckerhöhungseinheiten 31 bis 34 hintereinander, mit der Beheizung durch den Wärmetauscher 5 und der Rückkühlung durch den Wärmetauscher 6, den beheizten Zonen 31a bis 34a, den gekühlten Zonen 31b bis 34b und den Absperrmitteln VO bis V3.

Dabei zeigt Fig. 8a den ersten Teil eines Arbeitszyklus, in dem sich in der ersten Druckerhöhungseinheit 31 die Lösung LI aus Absorptionsmittel und Kältemittel im beheizten Bereich 31 a befindet, in der zweiten Druckerhöhungseinheit 32 die Lösung L2 aus Absorptionsmittel und Kältemittel im gekühlten Bereich 32b befindet, in der dritten Druckerhöhungseinheit 33 die Lösung L3 aus Absorptionsmittel und Kältemittel in der erwärmten Zone 33a befindet und in der vierten Druckerhöhungseinheit 34 die Lösung L4 aus Absorptionsmittel und Kältemittel in der gekühlten Zone 34b befindet. Die Absperrmittel VO und V2 sind geschlossen, während die Absperrmittel V 1 und V3 geöffnet sind.

Kältemitteldampf strömt von der Druckerhöhungseinheit 31 in die Druckerhöhungseinheit 32 und von Druckerhöhungseinheit 33 in die Druckerhöhungseinheit 34.

Fig. 8b zeigt den zweiten Teil eines Arbeitszyklus, in dem sich in der ersten Druckerhöhungseinheit 31 die Lösung LI aus Absorptionsmittel und Kältemittel im gekühlten Bereich 31 b befindet, in der zweiten Druckerhöhungseinheit 32 die Lösung L2 aus Absorptionsmittel und Kältemittel in der erwärmten Zone 32a befindet, in der dritten Druckerhöhungseinheit 33 die Lösung L3 aus Absorptionsmittel und Kältemittel in der gekühlten Zone 33b befindet und in der vierten Druckerhöhungseinheit 34 die Lösung L4 aus Absorptionsmittel und Kältemittel in der erwärmten Zone 34a befindet. Die Absperrmittel V0, V2 und VK sind geöffnet, während die Absperrmittel VI und V3 geschlossen sind.

Kältemitteldampf strömt vom Verdampfer 1 in die Druckerhöhungseinheit 31, von Druckerhöhungseinheit 32 in die Druckerhöhungseinheit 33 und von Druckerhöhungseinheit 34 in den Kondensator 2.

Fig. 9 zeigt eine mögliche Ausführungsform einer Druckerhöhungseinheit 31 (analog zu 32 bis 34) mit beheiztem Bereich 31 a und gekühltem Bereich 31b, erstem 12 und zweitem 13 Lösungsreservebehälter und einer Lösungspumpe 14. Ein Flüssigkeitsheberrohr 15 gewährleistet, dass Lösung aus dem ersten Lösungsbehälter 12 erst dann in den gekühlten Wärmetauscher fließt, wenn der erste Lösungsbehälter 12 sich bis zu einem Niveau gefüllt hat, das über dem oberen Scheitelpunkt des Hebers 15 liegt. Alternativ kann der Heber 15 auch durch ein Absperrmittel oder durch eine zweite Lösungspumpe ersetzt werden.

Fig. 10 zeigt eine andere mögliche Ausführungsform einer Druckerhöhungseinheit 31 (analog zu 32 bis 34) mit beheiztem 31a und gekühltem 31b Bereich bzw. Wärmetauscher, erstem 12 und zweitem 13 Lösungsreservebehälter, wobei zur Bewegung der Lösung eine Blasenpumpe 24 verwendet wird. Der Anschluss zu den benachbarten Einheiten erfolgt durch das Rohr 3a und die Absperrmittel VO und VK. Zur selbsttätigen Synchronisation der Lösungsbewegung in aufeinanderfolgenden Druckerhöhungseinheiten sind die Heber 15 und 16 so ausgelegt, dass sie auf Druckschwankungen im System reagieren : Der Scheitel von Heber 15 füllt sich, sobald der Druck in der Druckerhöhungseinheit 31 (analog 32 bis 34) abfällt, und der Scheitel von Heber 16 füllt sich, sobald der Druck in der Druckerhöhungseinheit 31 (analog 32 bis 34) steigt. Im ersten Lösungsreservebehälter 12 mündet der beheizte Bereich 31 a bzw.

Wärmetauscher in eine nach oben offene Schale 17 oder Rohrbogen, die von einer weiteren nach unten offenen Schale 18 oder Rohrbogen bedeckt wird. Beim langsamen Befüllen des Behälters mit Lösung bildet sich zwischen diesen beiden Schalen oder Rohrbögen eine Gasblase, die nicht von selbst abziehen kann, solange der Behälter mit Lösung gefüllt ist. Am Druckausgleichsrohr 19 befindet sich eine kleine Öffnung 20 durch die, sobald Behälter 12 fast gefüllt ist, ein ganz kleiner Lösungsfluss in den gekühltem Bereich 31 b bzw.

Wärmetauscher stattfindet. Solange aber noch der Hauptlösungsfluss LI (analog L2 bis L4) vom Lösungsbehälter 13 durch den beheiztem Bereich 31a bzw. Wärmetauscher in den Lösungsbehälter 12 im Gange ist, verdampft so viel Kältemittel, dass der kleine Fluss durch Öffnung 20 in den gekühltem Bereich 31 b bzw. Wärmetauscher den Druck in der Druckerhöhungseinheit 31 nicht senken kann. Sobald aber der Hauptfluss L1 bis L4 beendet ist, weil Lösungsbehälter 13 leer ist, sinkt der Druck in der Druckerhöhungseinheit 31 ab.

Dadurch dehnt sich einerseits die Gasblase zwischen den Schalen 17,18 aus, andererseits wird zusätzliches Kältemittel spontan verdampft, das sich zum Teil ebenfalls zwischen den Schalen 17,18 sammelt. Dadurch steigt der Flüssigkeitsspiegel in Behälter 12 bis zu einem Niveau an, das über dem oberen Scheitelpunkt des Hebers 15 liegt, sodass dieser nun den Hauptfluss der Lösung LI bis L4 in den gekühltem Bereich 31b bzw. Wärmetauscher leitet.

Analog dazu funktioniert die Steuerung des Lösungshebers 16 des zweiten Lösungsbehälters 13. Am Druckausgleichsrohr 21 befindet sich eine kleine Öffnung 22 durch die, sobald Behälter 13 fast gefüllt ist, ein ganz kleiner Lösungsfluss in die Blasenpumpe 24 stattfindet.

Solange aber noch der Hauptlösungsfluss L1 vom Lösungsbehälter 12 durch den gekühltem Bereich 31b bzw. Wärmetauscher in den Lösungsbehälter 13 im Gange ist, wird so viel Kältemittel, das über die Verbindung 3a einströmt, absorbiert, dass der kleine Fluss durch Öffnung 22 in die Blasenpumpe 24 den Druck in der Druckerhöhungseinheit 31 nicht erhöhen kann. Sobald aber der Hauptfluss L1 beendet ist, weil Lösungsbehälter 12 leer ist, steigt der Druck in der Druckerhöhungseinheit 31 an. Dadurch wird die Gasblase, die sich in der Rohrausweitung 23 gebildet hatte, zusammengedrückt, Lösung strömt in den oberen Scheitelpunkt des Hebers 16, sodass dieser nun den Hauptfluss der Lösung LI in die Blasenpumpe 24 leitet.

Die Synchronisation mit der nachfolgenden Druckerhöhungseinheit 32 erfolgt so, dass die Blasenpumpe 24 zunächst nur für einen kurzen Moment anspringt, da sich bei steigendem Druck die Verdampfung des Kältemittels und damit die Blasenbildung verringert. Erst wenn in der nächsthöheren Druckerhöhungseinheit 32 die Lösung durch den dortigen gekühlten Bereich 32b bzw. Wärmetauscher fließt und dadurch der dort herrschende Druck sinkt, öffnet sich das Absperrmittel V1, vorzugsweise ein Rückschlagventil und Kältemitteldampf strömt über das Rohr 3a und das Absperrmittel Vl in die nächsthöhere Einheit 32. Dadurch kann in der Blasenpumpe 24 neuer Kältemitteldampf gebildet werden und Lösung wird in den beheizten Bereich oder Wärmetauscher 32a gepumpt. Es kann aber immer nur soviel Lösung gepumpt werden, als dem durch Rohr 3a abziehenden Dampf entspricht, weil andernfalls der Druck in der Blasenpumpe 24 anstiege und die Blasenbildung zum Stillstand käme.

Erfindungsgemäß wird der energetische Wirkungsgrad eines solchen Kühlsystems besonders hoch, wenn mehrere, vorzugsweise vier Druckerhöhungseinheiten 31 bis 34 hintereinandergeschaltet sind, die durch Absperrmittel VI bis V3 getrennt sind. Es ist dabei notwendig, dass die Lösungen in allen Einheiten im gleichen Takt bewegt werden, und zwar so, dass wenn die Lösung in einer Druckerhöhungseinheit gerade erwärmt wird, die Lösung der darauf folgenden Einheit gleichzeitig gekühlt wird beziehungsweise wenn die Lösung in einer Druckerhöhungseinheit gerade gekühlt wird, die Lösung der darauf folgenden Einheit gleichzeitig erwärmt wird. Dabei übernimmt die erste Druckerhöhungseinheit 31 den Kältemitteldampf vom Verdampfer 1 und gibt ihn im nächsten Zyklus mit erhöhtem Druck an die nächste Druckerhöhungseinheit 32 weiter. Die letzte Druckerhöhungseinheit 34 drückt schließlich den Kältemitteldampf in den Kondensator 2.

Erfindungsgemäß lassen sich durch Kombination einer entsprechenden Anzahl von Druckerhöhungseinheiten 31,32, 33,. .. praktisch alle gewünschten Heiztemperaturen mit den praktisch vorkommenden Rückkühltemperaturen und den üblichen gewünschten Kühltemperaturen kombinieren.

Erfindungsgemäß erfolgt die Beheizung und Kühlung dieser Druckerhöhungseinheiten vorzugsweise so, dass das Wärmeträgermedium von einem beheizten Wärmetauscher 5 ausgehend hintereinander die zu erwärmenden Zonen 31a, 32a, 33a, etc. der einzelnen Druckerhöhungseinheiten durchströmt, wobei die Reihenfolge für das Funktionieren des Systems nicht ausschlaggebend ist. Anschließend läuft das Wärmeträgermedium durch einen vom Rückkühlmedium gekühlten Wärmetauscher 6 und schließlich zurück und zwar hintereinander durch die zu kühlenden Zonen 34b, 33b, 32b, etc. der einzelnen Druckerhöhungseinheiten zum Ausgangspunkt. Der Kondensator 2 kann entweder direkt vom Rückkühlmedium gekühlt werden oder in den Kreislauf des Wärmeträgermediums einbezogen werden, vorzugsweise an seinem kältesten Punkt also unmittelbar nach dem vom Rückkühlmedium gekühlten Wärmetauscher. Im Wärmeträgermedium sinkt beim Durchströmen der zu beheizenden Zonen 31a, 32a, 33a, etc. die Temperatur, steigt aber am Rückweg durch die zu kühlenden Zonen 31b, 32b, 33b, etc. wieder an, sodass die gesamte Absorptionswärme des Systems wiedergewonnen wird. Die Abwärme der Druckerhöhungseinheiten besteht lediglich aus dem Energiebetrag, der sich aus der Rückkühlung des Wärmeträgermediums ergibt, welche notwendig ist, um eine zum Erzielen der gewünschten Druckdifferenz ausreichende Temperaturdifferenz zwischen beheizten und gekühlten Zonen der Druckerhöhungseinheiten zu gewährleisten. Damit liegt der Wirkungsgrad eines solchen Kühlsystems, wenn es optimal dimensioniert ist, sehr nahe beim theoretischen Carnot-Wirkungsgrad.

Erfindungsgemäß kann die Bewegung der Lösung aus Absorptionsmittel und Kühlmittel mechanisch über eine Lösungspumpe oder durch ein Kippen oder Drehen der Druckerhöhungseinheiten, was die Synchronisierung mehrerer solcher Einheiten erleichtert, bewerkstelligt werden. Erfindungsgemäß ist es aber auch möglich, unter Vermeidung beweglicher Teile die Lösung durch Verdampfung von Kältemittel zu bewegen, vorteilhaft durch eine Blasenpumpe 24. In beiden Fällen ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, zwischen beheizter 31 a und gekühlter 31 b Zone jeder Druckerhöhungseinheit zwei Lösungsreservegefäße 12,13 anzubringen, so dass die Lösung LI zum Erwärmen und zum Abkühlen zwischen diesen beiden Reservegefäßen hin und her pendelt.

Erfindungsgemäß ist es vorteilhaft, in jeder Druckerhöhungseinheit einen Wärmetauscher mit großer Wärmespeicherkapazität so einzubauen, dass die Lösung nach dem Aufheizvorgang dort ihre Wärme deponiert und dieser Wärmebetrag der Lösung vor dem nächsten Aufheizvorgang wieder zugeführt wird.

Technisch ausgereifte Kühlmaschinen, die für ihren Antrieb Wärme verwenden, sind vor allem die Absorptionsmaschinen. Im Gegensatz zu Kompressorkältemaschinen haben Absorptionskältemaschinen aber deutliche Beschränkungen bei ihrem Einsatzbereich. Zum einen ist die erforderliche Heiztemperatur an die von Umgebungsbedingungen definierte Rückkühlungstemperatur und an die erwünschte Kühltemperatur gekoppelt. Je höher die Rückkühltemperatur ist, desto heißer muss die Heiztemperatur sein. Praktisch bedeutet das, dass gerade in heißen feuchten Klimazonen die erforderlichen Heiztemperaturen viel höher liegen, als die Temperatur der zur Verfügung stehenden Niedertemperaturabwärme. Damit kommt es zum Wärmestau und der Kühlprozess kommt zum Erliegen. Zum anderen ist der energetische Wirkungsgrad solcher Anlagen deutlich niedriger, als es nach dem 2. Hauptsatz der Wärmelehre zu erwarten wäre. Die Wärmezahl, definiert als Quotient aus Kühlleistung und der dafür benötigten Heizleistung liegt in der Regel knapp unter 1 und kann ohne Wärmerückgewinnung nicht wesentlich größer sein. Dies kann man am Beispiel einer Ammoniak-Wasser Absorptionskältemaschine veranschaulichen (siehe Fig. 11) : Gegeben sei eine Kältemaschine die bei einer Verdampfertemperatur von 0°C und einer Mindestabwärmetemperatur von 30°C arbeiten soll. Der Verdampferdruck liegt dann bei 4 bar absolut und der Kondensatordruck bei 12 bar. Der Prozess geht in 4 Schritten : 1. Man lässt dazu eine Wasser-Ammoniak-Lösung den Dampf bei einem Druck von 4 bar aufnehmen. Geschieht dies bei konstantem Druck, muss dabei die Absorbertemperatur gleichzeitig fallen, da die Konzentration steigt. Dies geschehe im Temperaturintervall von 54°C-30°C.

2. Die mit Ammoniak angereicherte Lösung wird bei gleich bleibender Konzentration erwärmt, wobei der Druck steigt. Um den Mindestdruck für Kondensation, nämlich 12 bar zu erreichen ist eine Temperatur von 63°C nötig.

3. Um eine signifikante Ammoniakmenge auszutreiben muss die Lösung auf ca. 90°C erhitzt werden.

4. Die abgereicherte ausgedampfte Lösung wird bei konstanter Konzentration wieder abgekühlt und erreicht den Druck des Verdampfers, also 4 bar, bei einer Temperatur von 54°C, dies war die obere Grenze des Temperaturintervalls von Schritt 1.

Bedeutende Wärmeumsätze finden nur in den Schritten 1 und 3 statt. Die Energien für Aufwärmen und Abkühlen der Lösung ohne Konzentrationsänderung Schritte 2 und 4 machen nur wenige Prozent der Austreibungs-bzw. Absorptionswärme aus. Dazu kommt, dass Austreibungs-und Absorptionsenergie ebenso wie die Kondensations-und die Verdampfungswärme alle von der gleichen Größenordnung sind. Dadurch wird die gesamte Abwärme, die Summe aus Absorption und Kondensation, immer mindestens doppelt so groß sein, wie die Heizwärme, woraus folgt, dass die theoretische Wärmezahl nicht größer als 1 sein kann, in realen Maschinen aber deutlich darunter liegt.

Aus diesem Beispiel folgen die grundsätzlichen Nachteile herkömmlicher Absorptionskältemaschinen : Die maximal mögliche Wärmezahl ist durch die Art des Kreisprozesses selbst definiert und verglichen mit Kompressionskältemaschinen sehr niedrig.

Der angegebene Kreisprozess lässt eine teilweise Wiederverwertung der Abwärme nicht zu, da sowohl Absorptions-wie auch Kondensationswärme unterhalb der minimalen Heiztemperatur 63°C anfallen Auch wenn die minimale Heiztemperatur mit 65°C genannt wurde, ist für einen quantitativ interessanten Ammoniakumsatz eine deutlich höhere Heiztemperatur nötig, in unserem Beispiel 90°C.

Heizte man stattdessen mit 150°C so würde die Lösung so sehr abgereichert, dass sie nach dem Abkühlen bis zum Verdampferdruck immerhin noch eine Temperatur von 108°C hätte.

Das heißt man könnte einen Teil der entstehenden Absorptionswärme zum Austreiben von Ammoniak verwenden, also rund 40% der verbrauchten Austreibungswärme zurück gewinnen. Dem steht allerdings entgegen, dass zwar in der heutigen Praxis viele Absorptionskältemaschinen mit 150°C beheizt werden, dass dies aber nicht mit"billiger Abwärme"möglich ist. Will man dagegen mit Heiztemperaturen von 60-80°C arbeiten, so ist dieser Weg der Wärmerückgewinnung nicht gangbar.

Sowohl für Sonnenkollektoren als auch für Abwärme liegt der billige Temperaturbereich zwischen 60°C und 80°C. In diesem Bereich lässt sich die Wärmezahl herkömmlicher Absorptionskältemaschinen nicht mehr steigern. Dadurch wird sogar ein Betrieb mit "kostenloser"Solarenergie problematisch, weil schon ein relativ kleiner Kühlbedarf sehr große Sonnenkollektorflächen erfordert, deren Anschaffung teuer ist. Es wird zwar manchmal versucht, in mehrstufigen Absorptionskälteanlagen die Abwärme einer Maschine zum Betrieb einer anderen Maschine zu nutzen, das Ganze eventuell auch noch in Kaskaden, doch sind diesem Verfahren durch die Wärmetauscher, die dieses Recycling von Energie bewerkstelligen sollen, Grenzen gesetzt. Zusätzlich führt die Kombination mehrerer Kältemaschinen zu sehr großen, komplizierten und schweren Systemen. Es ist dabei anzumerken, dass bei den heute üblichen mehrstufigen Absorptionskältemaschinen die Mehrstufigkeit nur um eine äußere Kombination mit Wärmeübergabe zwischen den Stufen handelt, während die Kältemittelkreisläufe der einzelnen Stufen voneinander getrennt sind.

Fig. 11 im Detail : Absorptionszyklus im Temperatur-Druck Diagramm für eine herkömmliche Absorptionskältemaschine und für eine mehrstufige Absorptionskältemaschine mit durchgehendem Kältemittelfluss. Da in einem maßstabgetreuen Temperatur-Druck Diagramm einer H20-NH3 Lösung die Linien gleicher Konzentration als exponentielle Kurven dargestellt werden wurde zur einfacheren Darstellung eine Koordinatentransformation angewendet, die diese Kurven zu parallelen Geraden transformiert. Dabei zeigt die Abszisse die Werte von-1/T, T in °K und die Ordinate die Werte für logP, P in absoluten bar. Für die leichtere Lesbarkeit dieses Diagramms wurden auf der rechten Seite die realen Druckwerte in bar und oben die realen Temperaturwerte in °C hinzugefügt. Die Drucklinie für reinen Ammoniak NH3 ist stark ausgezogen dargestellt. Die Drucklinien für den Zyklus der Ammoniak-Wasser-Lösung NH3-H20 sind dünn ausgezogen dargestellt. Strichlierte Linien sind Ordinaten zum leichteren Vergleich von Temperaturen und Drücken.

Fig. 11 a zeigt den in der Einleitung beschriebenen herkömmlichen Absorptionszyklus. Schritt 1, die Absorption, erfolgt zwischen den Punkten Pla und P2a, Schritt 2, die Erwärmung bei konstanter Konzentration erfolgt zwischen den Punkten P2a und P3a, Schritt 3, die Austreibung erfolgt zwischen den Punkten P3a und P4a, Schritt 4, die Abkühlung bei konstanter Konzentration erfolgt zwischen den Punkten P4a und Pla. Da dieser Zyklus die Form eines Parallelogramms hat, ist klar zu erkennen, dass eine Wärmerückführung von der Absorption zur Austreibung, die nur im Überlappungsbereich der Temperaturintervalle von Pla-P2a und P3a-P4a möglich ist nur bei sehr hohen Heiztemperaturen geschehen könnte. In dem vorliegenden konkreten Beispiel, das sich auf eine Niedertemperaturbeheizung bezieht, kann keine Rückgewinnung der Wärme erfolgen.

Fig. 11 b zeigt den Zyklus für eine erfindungsgemäße zweistufige Absorptionskältemaschine mit durchgehendem Kältemittelfluss. Durch die Aufspaltung des Zyklusparallelogramms von Fig. la in Unterzyklen ergibt sich nicht nur eine Reduktion des Drucks pro Stufe sondern auch die Temperaturbeziehungen verändern sich vorteilhaft : Der Überlappungsbereich P3b-Plb der Temperaturintervalle von Plb-P2b und P3b-P4b ist sogar größer als das Temperaturintervall von Plb-P4b, was bedeutet, dass in diesem konkreten Beispiel mehr als die Hälfte der Absorptionswärme dem Austreibungsprozess zugeführt werden könnte. Da für 3 oder mehr Stufen die Zyklusparallelogramme noch flacher werden, ergibt sich für jene Fälle sogar eine noch bedeutend größere Wärmerückfiihrungsmöglichkeit. Allerdings werden dabei auch die Maschinen größer und schwerer.

Fig. 12 zeigt das Schema einer erfindungsgemäßen zweistufigen Absorptionskältemaschine mit durchgehendem Kältemittelfluss und mit intermittierenden Zyklen, und zum besseren Verständnis der Funktion die Darstellung der beiden Zyklushälften in getrennten Figuren.

Ausgezogene dünne Linien beziehen sich dabei auf Kältemittel-Dampfleitungen, ausgezogene mittelstarke Linien auf Leitungen für Kältemittel-Lösung, ausgezogene sehr starke Linien auf Wärmetauscher und Gefäße und punktierte Linien auf Leitungen von Wärmeträgermedium, vorzugsweise Wasser, Wasser mit Frostschutz oder gegebenenfalls auch Luft.

Fig. 12a zeigt den ersten Teil eines Zyklus. Die erste Stufe befindet sich auf dem Druckniveau des Verdampfers 1. Es wird Kältemitteldampf, der vom Verdampfer 1 kommt über die mit Poren oder Einspritzdüsen versehene Leitung KL1 der Primärseite des Wärmetauschers von 31 zugeführt, durch welche die von der Drossel D31 kommende schwache Kältemittellösung zum Pumpgefäß Plw fließt. Die dabei entstehende Wärme erwärmt das Wärmeträgermedium, welches im Gegenstrom zur Kältemittel-Lösung fließt von der Temperatur TR1 auf TH2. Die zweite Stufe befindet sich auf dem Druckniveau des Kondensators 2. Das Abspemnittel V 1 verhindert ein Übertreten von Dampf von der zweiten Stufe zur ersten. In der zweiten Stufe wird Lösung aus dem Pumpgefäß P2w durch die Primärseite des Wärmetauschers 32 und das Rückschlagventil Vg2 in den Gasabscheider G2 gedrückt und es entsteht ein Gemisch aus Lösung und Kältemitteldampf. Die dabei verbrauchte Wärme kühlt das Wärmeträgermedium, welches im Gegenstrom zur Kältemittel-Lösung fließt von der Temperatur TH1 auf TR2. Der im Gasabscheider G2 abgetrennte Dampf geht durch das Absperrmittel VK zum Kondensator 2.

Fig. 12b zeigt den zweiten Teil eines Zyklus. Die Wärmeträgermedien in den beiden Stufen haben nun ihre Flussrichtung geändert. Dadurch wird nun das Pumpgefäß Plw wärmer als in der ersten Zyklushälfte, Pumpgefäß P2w wird dagegen kälter. Da sich in den Pumpgefäßen immer Lösung und eine Gasblase befinden, bedeutet Erwärmung eine Vergrößerung der Gasblase oder eine Erhöhung des Drucks, da Dampf aus der Lösung freigesetzt wird.

Umgekehrt bedeutet Abkühlung eine Verkleinerung der Gasblase oder eine Verringerung des Drucks, da Dampf in der Lösung kondensiert. Damit ändert sich mit der Flussrichtung des Wärmeträgermediums auch die Flussrichtung der Kältemittel Lösung. Die erste Stufe befindet sich nun auf dem mittleren Druckniveau zwischen Verdampfer und Kondensator. Das Absperrmittel VO verhindert ein Übertreten von Dampf von der ersten Stufe 31 zum Verdampfer 1. In der ersten Stufe wird Lösung aus dem Pumpgefäß Plw durch die Primärseite des Wärmetauschers 31 und das Rückschlagventil Vgl in den Gasabscheider Gl gedrückt und es entsteht ein Gemisch aus Lösung und Kältemitteldampf. Die dabei verbrauchte Wärme kühlt das Wärmeträgermedium, welches im Gegenstrom zur Kältemittel- Lösung fließt von der Temperatur TH1 auf TR2. Der im Gasabscheider G1 abgetrennte Dampf geht durch das Absperrmittel VI zur zweiten Stufe 32. Die zweite Stufe befindet sich auf dem gleichen Druckniveau wie die erste Stufe. Es wird Kältemitteldampf, der von der ersten Stufe kommt über die mit Poren oder Einspritzdüsen versehene Leitung KL2 der Primärseite des Wärmetauschers 32 zugeführt, durch welche die von der Drossel D32 kommende schwache Kältemittellösung zum Pumpgefäß P2w fließt. Die dabei entstehende Wärme erwärmt das Wärmeträgermedium, welches im Gegenstrom zur Kältemittel-Lösung fließt von der Temperatur TR1 auf TH2. Absperrmittel VK verhindert ein Rückfließen von Dampf aus dem Kondensator 2 zur zweiten Stufe 32.

Werden mehr als zwei Stufen verwendet, so befindet sich immer der Reihe nach abwechselnd eine Stufe im Absorptionsmodus und die darauf folgende im Austreibmodus.

Fig. 13 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer zweistufigen Absorptionskältemaschine mit durchgehendem Kältemittelfluss und mit intermittierenden Zyklen. Dabei sind Verdampfer 1 und Kondensator 2 und auch die Wärmetauscher 31w und 32w als Röhrenwärmetauscher ausgeführt und im Schnitt gezeichnet. Selbstverständlich könnte das gleiche Prinzip auch mit Plattenwärmetauschern realisiert werden. Wegen der möglichen Komplikationen bei der Installation des abwechselnd hin und her fließenden Wärmeträgermediums ist dieses hier auch voll beschrieben. Zusätzlich zu den schon bei den vorherigen Figuren beschriebenen Ziffern und Buchstabenkennzeichen bedeuten : P l Reservegefäß für starke Lösung der 1. Stufe in dem sich zusätzlich eine Dampfblase befindet, P2 Reservegefäß für starke Lösung der 2. Stufe in dem sich zusätzlich eine Dampfblase befindet, 14a Rohrkanal der 1. Stufe, in dem sich die Lösung bewegt, 14b Rohrkanal der 2. Stufe, in dem sich die Lösung bewegt, 81 Dampfrohr und Rektifikator der 1. Stufe, 82 Dampfrohr und Rektifikator der 2. Stufe, WTP1 und WTP2 Pumpen des Wärmeträgermediums, wobei während des ersten Halbzyklus Fig. 12a nur die Pumpe WTP1 läuft aber die zweite Pumpe den Fluss nicht sperrt z. B.

Zentrifugalpumpe und während des zweiten Halbzyklus Fig. 12b nur die Pumpe WTP2 läuft aber die erste Pumpe den Fluss nicht sperrt z. B. Zentrifugalpumpe, 17a Drossel zur Rückführung von Kondensat der Rektifikation der 1. Stufe, 17b Drossel zur Rückführung von Kondensat der Rektifikation der 2. Stufe, 6 Rückkühler, z. B. ein Kühlturm, ein Gebläse oder Ähnliches, Vrl, Vr2, Vr3 und Vr4 Rückschlagventile, die gewährleisten sollen, dass das Wärmeträgermedium immer in der gleichen Richtung durch den Kühler 6 fließt, 5 Heizung, z. B. Sonnekollektor oder Wärmeübemahrnestation eines Fernwärmesystems, Vhl, Vh2, Vh3 und Vh4 Rückschlagventile, die gewährleisten sollen, dass das Wärmeträgermedium immer in der gleichen Richtung durch die Heizung 5 fließt, 31w Wärmeträgermantel der 1. Stufe, 32w Wärmeträgermantel der 2. Stufe, Fig. 13 zeigt insbesondere die erfindungsgemäße Rektifikation des Kühlmitteldampfs im Rohr 81 bzw. 82 welches der Länge nach durch den Wärmetauscher 31w bzw. 32w geführt wird und dabei seine Rektifikationswärme an den Austreibeprozess abgibt. Das dabei gebildete Kondensat läuft durch eine Kapillare zurück in das Lösungsreservegefäß PI bzw. P2.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit intermittierenden Zyklen so gelöst, dass pro Stufe nur ein gemeinsamer Wärmetauscher für Absorption und Austreibung verwendet wird an welchen auf der einen Seite ein Pumpgefäß angeschlossen ist und auf der gegenüberliegenden Seite ein Gasabscheider, wobei dann die Lösung vom Pumpgefäß aus abwechselnd durch diesen Wärmetauscher in den Gasabscheider gedrückt wird oder von diesem her angesaugt wird. Eine zusätzliche vorteilhafte Option besteht darin, dass die ausgegaste Lösung auf dem Rückweg vom Gasabscheider zum Wärmetauscher durch eine Drossel, um ihren Druck zu verringern läuft. Gleichzeitig und im gleichen Takt mit dieser Lösungsbewegung muss dann aber das Wärmeträgermedium jeweils im Gegenstrom zur Lösung seine Flussrichtung wechseln. Erfindungsgemäß entsteht diese Synchronisierung selbsttätig, wenn das Pumpgefäß in Form eines Wärmetauschers ausgeführt wird, dessen Sekundärseite mit dem pumpgefäßseitigen Anschluss des Wärmeträgermediums des gemeinsamen Wärmetauschers verbunden wird.

Erfindungsgemäß kann der große Temperaturgradient entlang des Austreiberwärmetauschers dazu genützt werden, den vom Gasabscheider kommenden Kältemitteldampf im Gegenstrom zur Lösung abzukühlen und dadurch vor dem Verlassen der jeweiligen Stufe zu rektifizieren, wobei auch diese Rektifikationswärme dem Austreibungsprozess zugeführt wird. Das Kondensat muss dann über eine Drossel zurück in die Lösung der gleichen Stufe geführt werden.

Erfindungsgemäß wird der Kältemitteldampf beim Absorptionsvorgang der Lösung an mehreren Punkten entlang ihres Weges durch den Absorptionswärmetauscher zugeführt, um eine gleichmäßige Wärmeentwicklung und einen gleichförmigen Temperaturanstieg des kühlenden Wärmeträgermediums zu gewährleisten.

Erfindungsgemäß kann das Pumpgefäß auch durch eine mechanische, vorzugsweise elektrisch betriebene Pumpe ersetzt werden.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung von nur jeweils einem Wärmetauscher pro Stufe mit einem Pumpgefäß an dessen einem Ende und einem Gasabscheider an dessen anderem Ende wird eine sehr kompakte und einfache Bauform ermöglicht. Das Pumpgefäß funktioniert so, dass sich, sobald der jeweiligen Stufe nach dem abgeschlossenen Absorptionsvorgang heißes Wärmeträgermedium zugeführt wird, sich im Pumpgefäß nach Abschluss der Erwärmung der angereicherten Lösung aus dieser Gas bildet, welches Lösung durch den Wärmetauscher in den Gasabscheider hineindrückt, bzw. nach beendetem Austreibvorgang, nach Abschluss der Abkühlung der verbliebenen Reste der Lösung im Pumpgefäß in dieser Kältemitteldampf kondensiert, wodurch in diesem Pumpgefäß der Druck im Verhältnis zum Gasabscheider sinkt und Lösung aus dem Gasabscheider durch den Wärmetauscher in das Pumpgefäß gesaugt wird. Durch diesen Druck und Saugvorgang wird die Lösung hinlänglich beschleunigt, um einen guten Wärmeübergang im Wärmetauscher zu gewährleisten. Der große Vorteil dieser Version liegt darin, dass keine explizite Lösungspumpe benötigt wird.

Die Leistung der Maschine ist optimiert, weil in aufeinander folgenden Stufen in gleichen Momenten jeweils Absorptions-und Austreibvorgang einander abwechseln und weil die Lösung dabei bewegt wird. Die Lösung wird hier nicht bloß durch Schwerkraft bewegt, was in den Wärmetauschern einen wesentlich besseren Wärmeübergangswiderstand ermöglicht.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass jeder Stufe der volle Temperaturunterschied zwischen Heiztemperatur und Rückkühltemperatur zu gute kommt, was das Material/Leistungsverhältnis deutlich verbessert. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die vom Gasabscheider kommende ausgegaste Lösung über eine Drossel läuft, um den Druck vor dem Absorptionsprozess zu verringern, was ebenfalls den Wirkungsgrad optimiert.

Die erfindungsgemäße Rektifikation des Kältemitteldampfs soll in erster Linie verhindern, dass Lösungsmittel von einer Stufe zur nächsten weitergeschleppt wird, was den Gesamtwirkungsgrad des Systems verringern würde. Die Abkühlung des Lösungsmitteldampfes vor dem Eintritt in die nächste höhere Stufe bringt eine zusätzliche Verbesserung des Wirkungsgrades. Der erfindungsgemäße Transport der Lösung durch eine elektrische Pumpe ist zwar konstruktiv mit bedeutenden Komplikationen verbunden, speziell bei der Verwendung von Ammoniak als Kältemittel, aber der Energiebedarf einer elektrischen Pumpe ist bedeutend kleiner als der einer Dampfpumpe nach der hier beschriebenen Bauart.

Weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen weisen lediglich einen Teil der beschriebenen Merkmale auf, wobei jede Merkmalskombination, insbesondere auch von verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen, vorgesehen sein kann.