AT514997A1 - Modulare Absorptionskältemaschine in Plattenbauweise - Google Patents

Abstract

Intermittierende Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschine, als Stapel vertikaler Platten ausgebildet, mit Bypass, Temperaturregelung und Wännerückgewinnung, bestehend aus zwei Generatoren (13, 15), drei Absorbern (17, 18, 20), einem Verdampfer (25), einem Kondensator (23), zwei durch Regelventile (M3, M5) gesteuerte Lösungs-Dampfpuropen (einerseits 9A, 9B, 9C, 9D, 8A, M3,V1, V2 andererseits 11A, 11B, 11C, 11D, 10A, M5,V3, V4) wobei für den Aufbau des Plattenstapels neben den dünnen zweidimensionalen Formplatten für Generatoren, Absorber, Kondensator und Verdampfer auch dicke Formplatten mit dreidimensionalen Elementen für Behälter, Pumpen und Verteilungskanäle Verwendung finden, und dieser Plattenstapel aus drei flächig verbundenen Teilstapeln besteht, von denen die äußeren (1A, 1B) Behälter, Pumpen und Verteilungskanäle beinhalten, während der mittlere Stapel (2) mit den Generatoren, Absorber, Kondensator und Verdampfer schmäler ist, so dass sich an der Seite des gesamten Plattenstapels eine vertiefte vertikale Längsrinne befindet, in der die Steuerungselemente ( 6) der Maschine montiert sind.

Description

Einleitung

Ammoniak-Wasser-Absorpionskältemaschinen gelten als groß, schwer und teuer undder energetische Wirkungsgrad ist deutlich niedriger als bei

Kompressionskältemaschinen. In Verbindung mit emeuerbaren Energien gibt es aberneue Ansätze in der Kältetechnik, die versuchen, auch die Ammoniak- Wasser-Absorption wieder interessant zu machen. Während Kompressionskältemaschinen zu ihrem Betrieb mechanische Energie oderelektrischen Strom brauchen und damit aus ökologischer Sicht bedenklich sind,können Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschinen mit Wärme von relativniedriger Temperatur angetrieben werden. Solche Wärme kann aus nachhaltigenQuellen oder aus industrieller Abwärme kommen. Für eine ökologisch relevantemassive Verbreitung dieser Technologie wäre es nötig, den Wirkungsgrad dieserMaschinen zu verbessern und die Herstellungskosten pro Leistungseinheit deutlich zusenken. Zusätzlich sollen aus Sicherheitsgründen nur kleinvolumige Ammoniak-Wasser-Absorpionskältemaschinen gebaut werden, da allenfalls austretenderAmmoniak nicht ungefährlich ist. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit einesmodularen Konzepts, wo Maschinen großer Leistung aus einer Gruppe kleinerautonom arbeitender Maschinen bestehen, die dabei aber aus Platzgründen möglichstkompakt aneinander gefügt werden sollen. Ein nicht zu übersehender Vorteil beidiesem Ansatz ist auch der, dass sich kleine Maschinen viel eher für einekostengünstige industrielle Massenfertigung eignen als große.

Es gibt auch schon Vorschläge und Experimentalanlagen, die den Wirkungsgradverbessern und anderseits Ideen, um die Bauweise kompakter, kleiner und leichterund damit auch billiger zu machen. Dabei handelt es sich durchwegs umintermittierende Systeme oder Batch-Verfahren mit einer Rückgewinnung vonAbwärme. Sie arbeiten nicht mit elektrischen Lösungspumpen sondern mit langsamenDampfpumpen ohne bewegliche Teile, wenn man von Rückschlagventilen absieht. Indieser Gruppe gibt es auch Verfahren, um die Ammoniakkonzentration der Lösung,die den Kocher oder Generator verlässt in einem zweiten Schritt, genannt „Bypass“noch weiter zu senken, bevor man sie in den Absorber führt und schließlichexperimentiert man bei diesen Maschinen mit einer Plattenbauweise, mit der mankomplexe Verrohrungssysteme, wie sie für Absorptionskältemaschinen typisch sind,in einem einzigen Plattenblock als Mehrebenensystem verbindet, analog zu derBauweise die man in der Elektronik für Mikrochips verwendet.

Die Schwächen dieser unterschiedlichen Ansätze sind miteinander logisch verknüpft:Komplexe Systeme wie das Bypasssystem erfordern einerseits eine Bauweise, die denHerstellungsaufwand radikal verringert, wie eben die genannte Plattenbauweise undandererseits für einen stabilen, störungsfreien Lauf mindestens zwei unabhängigvoneinander regelbare Lösungspumpen, welche als Dampfpumpen ohne beweglicheTeile ebenfalls nur in einer Plattenbauweise wirtschaftlich hergestellt werden könnten.Es gibt aber bisher noch gar keine regelbaren Dampfpumpen ohne beweglichen Teile,vielleicht auch deswegen, weil es im bisherigen Plattenkonzept für die dafürerforderlichen Regelmechanismen keinen Platz gibt, insbesondere dann, wenn mandiese Plattenbauweise auch modular ausbilden will, weil in diesem Fall äußereZubauten zum Plattenblock den Zusammenschluss mehrerer Module behindernwürden.

Die vorliegende Erfindung beschreibt daher eine mögliche Architektur solcherintermittierenden Ammoniak-Wasser-Absorpionskältemaschinen im Batch-verfahrensamt Bypasssystem, welche eine Integration von Regelelementen erlaubt und damit inunmittelbaren Zusammenhang auch eine an diese Bauweise spezifisch angepassteDampfpumpe ohne bewegliche Teile, die sich entsprechend regeln lässt.

Stand der Technik

Eine umfassende Darstellung der hier angesprochenen Innovationen, alsoDampfpumpe, Absorptionswärmerückgewinnung, Bypass und Plattenbauweise findetman unter: tittp.v/www.solartrost.com/h'iJt'/icebook.pdi

Der hier beschriebene Stand der Technik bezieht sich ausdrücklich auf Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschinen, die mit Dampfpumpen ohne bewegliche Teile(mit Ausnahme der Rückschlagventile) arbeiten, also solche Maschinen, die explizitfür einen möglichst kleinen Verbrauch elektrischer oder mechanischer Energieentworfen worden sind, weil sie mit billiger Niedertemperaturwärme, sei esIndustrieabwärme oder Solarwärme, angetrieben werden. (Siehe z.B. WO 03/095844A1, AT 504 399 Bl, AT 511 288 Bl)

Solche Dampfpumpen arbeiten mit niedriger Frequenz, weil das Medium dastransportiert werden soll, selbst Wärme aufnehmen muss, um den nötigen Druck zuerzeugen. Danach muss wieder frische kalte Lösung angesaugt werden. Diesgeschieht durch einen selbsttätig arbeitenden Druckabsenker, das ist ein kaltesFlüssigkeitsvolumen durch das am Ende des Pumpaustreibvorgangs Gas aus demPumpenraum blubbert und dabei absorbiert wird. Typischerweise erreicht man einePumpenzyklusdauer von einer bis zu mehreren Minuten. Bei einer solchenZyklusdauer ist die Menge der bei jedem Pumpenhub beförderten Lösung fast sogroß, wie die ganze in der restlichen Maschine befindliche Lösung. DerFunktionsprozess einer derartigen Kältemaschine ist daher nicht kontinuierlichsondern intermittierend. Es handelt sich daher um einen Batch-Prozess. Erfahrungen,die man mit kontinuierlich arbeitenden Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschinen gemacht hat, lassen sich nur mit Einschränkungen aufSysteme mit solchen Dampfpumpen übertragen.

Abwärme fallt in Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschinen an mehrerenPunkten an. Dabei muss man einerseits zwischen heißen Bauteilen wie demRektifikator und der Zone im Eingangsbereich des Absorbers, da wo die heisseLösung vom Generator in den Absorber fließt und andererseits nur warmen Bauteilen,wie dem Absorber selbst unterscheiden. Der Kondensator gibt auch Wärme ab, jedochsollte deren Temperatur nur knapp über der Umgebungstemperatur liegen und sie istdaher uninteressant. Die „klassische Wärmerückgewinnung“ in Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschinen nämlich zwischen der in den Generator einfließendenkalten Lösung und der aus diesem herausfließenden heissen Lösung kann in einemBatch-System mit Dampfpumpe nicht stattfinden. Denn zum einen heizt schon dieDampfpumpe die Lösung auf, bevor sie in den Generator eintritt und zum anderenerfolgen Emtritt und Austritt von Lösung am Generator nicht gleichzeitig, da es sichum ein Batch-System handelt.

Mengenmäßig am bedeutendsten ist die Energiemenge, die sich aus dem Absorbergewinnen lässt, dabei ist aber vorausgesetzt, dass die absorbierende Lösung übereinen längeren Weg nur langsam abgekühlt wird und dabei synchron die

Konzentration der Lösung steigt, während der Druck im Absorber konstant bleibt.Insgesamt ist die Wärmemenge, die bei der Absorption frei gesetzt wird fast genau sogroß wie die Wärmemenge, die man im Generator einsetzen muss, um den Ammoniakzu verdampfen. Freilich fallt die Absorptionswärme in einem Temperaturintervall an,dessen Grenzen niedriger liegen als beim Temperaturintervall der Generatorheizung,obwohl diese beiden Temperaturintervalle überlappen, so dass nur in diesem Bereichdie Absorptionswärme in den Prozess zurückgeführt werden kann. Zusätzlich ist zubeachten, dass beim Auf heizen der Lösung im Generator der Energieeinsatz pro GradCelsius, um das die Lösung während des Gasaustreibvorgangs erwärmt wird beiniedrigen Temperaturen viel größer ist, als bei hohen Temperaturen. Analog gilt imAbsorber ebenfalls, dass die frei werdende Absorptionswarme die pro Grad CelsiusAbkühlung der Absorberlösung gewonnen werden kann bei niedrigen Temperaturenviel größer ist, als bei hohen Temperaturen. Die Verschiebung derTemperaturintervalle zwischen Absorber und Generator hat also zur Folge, dass imunteren Temperaturbereich der Generatorheizung zwar der obere Temperaturbereichder Absorberrückkühlung verwendet werden kann, aber dass der Betrag der so wiedergewinnbaren Wärme weniger als die Hälfte des Energiebedarfs des Generators indiesem überlappenden Temperaturbereich ausmacht. Andererseits bedeutet das, dassmehr als die Hälfte der entstehenden Absorberwärme bisher nicht genützt wird.

Zur Rückgewinnung von Absorptionswärme siehe AT 500232A1, AT 504 399 Bl, AT 506 356 Bl

Eine andere Methode zur Verbesserung des Wirkungsgrades bei niedrigen Kühl- undbei hohen Rückkühltemperaturen besteht darin, die vom Generator kommendeLösung in einem zweiten Generator auf einem Druckniveau, das zwischen demAbsorberdruck und dem Generatordruck liegt, weiter zu kochen und die vomAbsorber kommende Lösung in einem zweiten Absorber, der sich auf eben diesemMitteldruck befindet mit diesem Dampf in Kontakt zu bringen, bevor sie in denGenerator gepumpt wird. Ein Teil des Ammoniaks zirkuliert daher nicht über denKondensator und den Verdampfer, sondern kehrt über einen „Bypass“ genanntenParallelweg zum ersten Generator zurück. Den zweiten Generator, und den zweitenAbsorber nennt man dann der Klarheit wegen besser Bypassgenerator undBypassabsorber. Für dieses komplexe System braucht man dann allerdings zweiLösungspumpen, die erste vom Absorber zu dem Bypassabsorber, und die zweitePumpe vom Bypassabsorber zum Generator.

Eine Beschreibung des Bypass Systems findet man in AT 407 085 B, AT 506 356 Bl

Dieser Zusatzaufwand lohnt sich aber. Man kann damit einerseits die erreichbareKühltemperatur deutlich senken und gleichzeitig dabei die Rückkühltemperatur derMaschine anheben. Zusätzlich steigt der Wirkungsgrad der Maschine. Dieses Prinzipist bisher aber nur in Labormodellen ausprobiert worden, da es in der Praxis sehrkompliziert ist, zwei Absorber und zwei Damplpumpen in einem Batch-Verfahrenentsprechend zu synchronisieren.

Um eine kompakte und relativ kleine Bauweise von Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschinen zu ermöglichen hat man versucht mit einerPlattenbauweise als Mehrebenensystem das komplexe Verbindungssystem derunterschiedlichen Wärmetauscher und Temperierungsmedien von Kältemaschinen inden Griff zu bekommen.

Dabei verwendet man in einem Plattenstapel zwei Arten von Platten, nämlich einerseits so genannte Formplatten, aus Dichtmaterial, vorzugsweise quellendemFaserverbunddichtstofFen, die durch Löcher sowie kanalförmige Ausschnittedurchbrochen sind und zum Leiten von Flüssigkeiten oder Gasen dienen, undTrennplatten aus Metallblech, in denen Löcher zum Durchlass von Flüssigkeiten oderGasen senkrecht zur Plattenebene gemacht sind, aufgebaut wird. Dieser Stapel wirddurch Schrauben, Klammem oder andere mechanische Mittel zwischen zwei stärkerenmetallischen Außenplatten zusammengepresst, so dass zwischen je zwei Formplatteneine Trennplatte und zwischen je zwei Trennplatten eine Formplatte zu liegen kommt.Siehe dazu AT 506 358 Bl

Um diese Plattenpakete nicht nur am Rand, wo die Schrauben sitzen, sondern auch inder Mitte dicht zu halten wurde in AT 511 228 Bl ein hydraulischer Polstervorgeschlagen.

Kritisch ist die Anordnung aller Bauelemente in einem integrierten Plattenblockwegen der Gefahr von Wärmebrücken zwischen warmen und kalten Bauteilen da, wokeine Wärme fließen soll. Auch die Druckunterschiede der verschiedenen Bauteilesind problematisch, da sich die dünnen Trennplatten leicht verbiegen lassen, was zuUndichtigkeiten fuhren kann. Man hat daher bei den bisherigen Labormodellen undPrototypen Bauteile mit unterschiedlichen Drücken prinzipiell immer so angeordnet,dass sie bezogen auf die Plattenebenen immer nebeneinander und nicht hintereinanderzu liegen kamen, damit sie nicht gegenseitig Druck aufeinander ausüben können.Berücksichtigt man zusätzlich die unterschiedlichen Temperaturen und der Tatsache,dass ein Teil des Lösungstransports durch Schwerkraft erfolgt, kommt man zu einervertikal eindimensionalen Anordnung aller Wärme tauschenden Elemente aber esbleiben externe Behälter, die sich nicht integrieren lassen, bzw. wo es nichtökonomisch ist, dies zu tun, weil das Behältervolumen groß gegenüber dem restlichenPlattenvolumen ist.

Probleme mit dem derzeitigen Stand der Technik

Trotz der eben beschriebenen Ansätze sind diese Neuerungen für Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschinen noch nicht befriedigend, um eine industrielleMassenproduktion solcher Maschinen zu rechtfertigen.

Ein Hauptproblem sind die Dampfpumpen. Ihre Pumpleistung ist nicht steuerbar,vielmehr hängt sie von den zur Anwendung kommenden Temperatur- undDruckverhältnissen sowie gewissen statistisch auftretenden Störungen ab. Dadurchlassen sich komplexere Kühlzyklen, wo 2 oder mehrere Vorgänge mit mehrerenPumpen gleichzeitig und parallel verlaufen nicht durchführen, das gilt vor allem fürdas oben genannte Bypasssystem.

Abgesehen von der Synchronisation gibt es mit dem Bypass System auch Problemewegen des Batch Verfahrens: Wegen des intermittierenden Lösungsflusses durch denBypassabsorber kann die Ausgasung der heißen Lösung im Bypassgenerator zeitweisenicht stattfmden und der ganze Bypassprozess verläuft nur imvollständig. Wärmerückgewinnung wird bisher nur ansatzweise genützt. Der niedrigeTemperaturbereich der Absorberwärme wird bis dato gar nicht genützt.

Die Integration der Maschine in einem kompakten Plattenblock muss ebenfalls noch perfektioniert werden. Der erwähnte hydraulische Polster verhindert zwarUndichtigkeiten zwischen Zonen mit unterschiedlichen Drücken innerhalb desPlattenblocks, aber dafür muss im hydraulischen Polster ein Mindestdruck von etwa25 bar herrschen. Das ist ein weiteres Hindernis für die Integration von Behältern inden Plattenblock. Während Elemente wie Generator oder Absorber mit kleinteiligerInnenstruktur gebaut werden können, die diesen Aussendruck leicht aufnehmen undkompensieren kann, ist das bei großvolumigen plattenförmigen Behältern unpraktischund führt zu aufwendigen teuren Konstruktionen.

Die vertikal eindimensionale Anordnung aller Wärme tauschenden Elemente imPlattenblock ist ebenfalls ein Problem, weil zwischen diesen Teilen Gas und Lösunghin und her bewegt werden müssen. Der Transport einer kalten Lösung durch eineheiße Zone fuhrt zur Gasblasenbildung. Da aber der Flüssigkeitstransport teilweisenur durch die Schwerkraft bewerkstelligt wird, können Gasblasen den ganzen Prozessanhalten.

Im ursprünglichen Konzept für die Plattenbauweise (AT 506 358 Bl) waren zwarSensoren und Regelelemente vorgesehen, die speziell an den beengten Raumzwischen den Platten angepasst sein sollten, jedoch ist die Entwicklung solcherElemente bis zur Marktreife zeitaufwendig und teuer und lohnt sich nicht, wenn manbedenkt, dass es fertige Regelelemente und Sensoren preiswert zu kaufen gibt, dereneinziger Fehler darin besteht, dass sie in ihrer Form nicht zwischen die Plattenpassen. Daraus folgt, dass man besser versuchen sollte, den Plattenstapel und seinBauprinzip so zu verändern, dass er die verfügbaren Regelelemente aufnehmen kann.

Die Kühltemperatur dieser Maschinen läst sich nicht regeln, denn sie ist vomVerdampferdruck vorgegeben, der wiederum von der Rückkühltemperatur bestimmtist Prinzipiell wäre eine Kühltemperaturregelung in einer Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschine schon möglich (siehe AT 504 399 Bl - Anspruch 6) wennman die Lösungskonzentration dieser Maschine verändert. Die in der zitiertenPatentschrift genannte Methode ist aber in dem hier angestrebten Plattenkonzept nichtzu verwirklichen.

Die Temperatur in einem zu kühlenden Raum könnte demnach nur über einen „Stopp¬end go“ Betrieb konstant gehalten werden, wenn mit Schwankungen derRückkühltemperatur zu rechnen ist. Das Anfahren des Kühlprozesses nach einerAbschaltung kann aber bis zu einer halben Stunde dauern.

Der langsame Startvorgang hängt auch damit zusammen, dass die genanntenDampfpumpen einen Starter brauchen, der Lösung in den Pumpraum presst, wobeidieser Vorgang oft mehrmals wiederholt werden muss, bis die Maschine anspringt.

Ein weiteres Problem liegt darin, dass die übliche Bauweise von Absorbern, undGeneratoren von konventionellen Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschinen inder Plattenbauweise nicht funktioniert und neu erfunden werden musste. EinVorschlag findet sich ansatzweise in AT 511 228B1 Fig.4, wobei sich dort die Formvon Generator oder Absorber noch nicht sehr von der Serpentinenform unterscheidet,die sich für Hochleistungswärmetauscher in Plattenbauweise besonders bewährt hat.In dem engen Spalt einer Formplatte zwischen zwei Trennplatten kann sich in einerSerpentine die Lösung nicht gut mit einem Gas vermischen, was insbesondere dieFunktionstüchtigkeit von serpentinenförmigen Absorbern sehr beschränkt. Für den

Generator gibt es mit serpentinenförmigen Kanälen ein anderes Problem: Dasentstehende Gas beschleunigt die Flüssigkeit zwischen den Gasblasen so, dass dieVerweilzeit der Flüssigkeit viel geringer ist, als man geplant hatte.

Aber nicht nur die Basiselemente der Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschinenin Plattenbauweise müssen neu entwickelt werden, sondern auch Dampfpumpen,Drosseln, Rückschlagventile und Schwimmerventile.

Drosseln sind bei Kältemaschinen allgemein üblich, bewähren sich aber in BatchSystemen gar nicht gut, da beim intermittierenden Fluss auch starkeDruckschwankungen auftreten, die in einer Drossel auch zu großen Schwankungendes Durchflusses führen. Schwimmerventile könnten das Problem desintermittierenden Flusses lösen, aber es ist sehr schwer, diese zwischen enge Platteneinzupassen. Als Rückschlagventile eignen sich derzeit wegen des sehr beschränktenPlatzes zwischen den Platten nur sogenannte „umbrella valves“ das sind kleineKlappenventile aus Elastomeren. Wegen ihrer Kleinheit sind aber auch dieDurchflusslöcher sehr klein und neigen dazu sich zu Verstopfen, wenn es in derLösung Schwebstoffe gibt, was bei den erwähnten FaserverbundstofFen leider sehrhäufig vorkommt

Aufgaben der Erfindung

Daraus ergeben sich klare Anforderungen, welche Probleme durch die vorliegendeErfindung gelöst werden sollen. • Man braucht eine Architektur des Plattenblocks, - am besten ohnehydraulischen Polster - die es erlaubt, Behälter druckgesichert zu integrierenund Leitungen zwischen entfernten Bauteilen ohne unerwünschte Gasbildungzu verlegen, wo es keine signifikanten Wärmebrücken gibt und wounterschiedliche Druckzonen nicht zu Undichtigkeiten fuhren. • Diese Architektur muss vor allem so gestaltet sein, dass sich großeKältemaschinen aus mehreren identischen modularen Kleinmaschinenkompakt zusammensetzen lassen. • Eine besondere Variante des Bypasssystems für Batch-Verfahren soll in dieseArchitektur des Systems eingepasst werden können • Rückschlagventile, wegen des erforderlichen niedrigen Öflhungsdrucks ambesten in Form von Kugelventilen ohne Rückholfedern müssen sich in diePlatten vertikal einbauen lassen. Das erfordert eine spezielleHerstellungstechnik. • Auch andere Steuerelemente müssen in den Plattenstapel integriert werdenkönnen. Insbesondere muss Platz für zugekaufte Regelelemente geschaffenwerden • Man braucht eine Dampfpumpe mit von außen genau steuerbarer Leistung • Die Wärmerückgewinnung darf sich nicht nur auf den direkt im Systemwieder verwertbaren Energieanteil beziehen, sondern es muss sich auch derNiedertemperaturanteil der Absorptionswärme nützen lassen. • Die Maschine darf keinen Starter benötigen • Eine Kühltemperaturregelung ist nötig Lösung der gestellten Aufgabe • Die Aufgabe, eine Architektur des Plattenblocks anzugeben, die es erlaubt,Behälter zu integrieren und Leitungen zwischen entfernten Bauteilen zuverlegen, die keine unerwünschte Gasbildung verursachen, die keinesignifikanten Wärmebrücken haben und wo unterschiedliche Druckzonennicht zu Undichtigkeiten fuhren, wird dadurch gelöst, dass man dasursprüngliche rigide Konzept des Plattenbaus (AT506358B1), wo nurzweidimensionale ebene glatte Platten vorgesehen waren, lockert undzusätzlich Platten unterschiedlicher Dicke, die auch bewusst dreidimensionaleElemente enthalten dürfen zulässt, weil ja auch solche Platten durchcomputergesteuerte CNC Maschinen schnell und preiswert herstellbar sind. Eswerden also zwei verschiedene Arten von Formplatten einsetzt, dicke Plattenmit mehreren Zentimetern Stärke als Behälterplatten sowie alsWärmedämmplatten, die außerdem als statische Elemente gegen Überdruck inbenachbarten Zonen dienen und dünne Platten, welche die normalenFunktionen, wie Generator, Absorber etc übernehmen, wo vor allem Wärmeausgetauscht wird. Kanäle zur Verteilung von Lösung und Gas zwischen denSystemelementen macht man in und entlang der Oberflächen der dickenDämmplatten, wobei diese Kanäle aber die Platten nicht durchbrechen. Damitkann man an den zwei Außenflächen einer dicken Platte zwei unterschiedlicheKanalsysteme anbringen, die nicht nur gegenseitig kreuzungsfrei verlaufen,sondern sogar gegeneinander wärmegedämmt sind. • Um die Integration von zugekauften Regelelementen zu ermöglichen hat jederPlattenblock an den beiden Außenseiten dicke Platten für Behälter,Wärmedämmung mit Verteilungskanälen und statische Festigkeit gegenüberDruck von innen, die die Stapelung des Plattenblocks fortsetzen. DieseAußenplatten sind um einige Zentimeter breiter als die dünnen Platten in derMitte des Blocks, so dass die auf einer Seite über die Mittelplattenhinausragen. Dadurch entsteht an einer Seite des Plattenblocks in der Mitteeine vertikale Einbuchtung, in die Regelelemente wie z.B. Magnetvenileeingebaut werden können, die dann direkt zwischen den Verteilungskanälen inden äußeren Dämmplatten zu liegen kommen. Da solche Magnetventile imGegensatz zu den unbeweglichen und daher langlebigen Platten eher alsVerschleißteile betrachtet werden müssen, werden sie mit einer speziellenAufhängevorrichtung zwischen die Platten geklemmt, so dass manMagnetventile auswechseln kann, ohne den ganzen Plattenblock zu öffnen. • Um solche Plattenblöcke als Module in einem zusammenhängenden größerenSystem verwenden zu können gibt es für die Medien zum Beheizen, zumRückkühlen oder zur Herausleitung der erzeugten Kälte des größerenGesamtsystems gerade Leitungen, die von einer Seite jedes modularenPlattenblocks zur anderen Seite durchlaufen, lediglich im inneren jedesbeteiligten Moduls gibt es Abzweigungen, zu den einzelnen Bauteilen, dietemperiert werden müssen. Dadurch können mehrere Maschinen ohneZwischenabstand aneinander gefügt werden, so dass eine größere Maschineaus mehreren gleichen Modulen zusammengebaut werden kann. • Eine Variante des Bypass Systems die sich auch für Batch-Verfahren eignetbesteht darin, dass vor dem Bypass-Absorber ein Vorspeicher angebracht ist,in den die erste Dampfpumpe genau dosiert (deshalb braucht man eineSteuerung) Lösung vom Hauptabsorber hineinpumpt. Aus diesem Vorspeicher rinnt die Lösung der Schwerkraft folgend in den Bypass Absorber, aber solangsam, dass sich auch trotz des intermittierenden Lösungsflusses derBypassabsorber nie ganz leert. • Trichterförmige Kugel-Rückschlagventile die man senkrecht in die dickenPlatten einbauen kann werden getrennt heraußen angefertigt. In die Plattewird fiir das Ventil eine rechteckige Öffnung gemacht in der oben und untenEin- und Ausgangskanäle münden und das fertige Ventil samt Kugel wird indiese Öffnung eingepresst, wobei man vorher noch oben und untenDichtungsringe in den Spalt zwischen Ventil und Platte einsetzt. • Eine Dampfpumpe mit genau steuerbarer Leistung wird unterhalb desAbsorberspeichers angeordnet und besteht aus zwei senkrecht übereinanderangeordneten Kammern, deren untere beheizt ist. Zwischen Absorberspeicherund Pumpe liegt ein Verbindungskanal mit Eingangsrückschlagventil und amunteren Ende des unteren Behälters gibt es ein Ausgangsrückschlagventil. Derobere und der untere Pumpenbehälter sind einerseits mit einer Siphonleitungund andererseits mit einem Lüftungskanal verbunden. Die Siphonleitung dieam Boden der oberen Kammer beginnt, dann aufwärts bis zum oberen Endedieser Kammer geht, sich dann abwärts wendet und in die untere Kammermündet, entleert die obere Kammer - sobald sich diese gefüllt hat - in dieuntere. Ausserdem gibt es einen Kanal der von einem Absperrmittelunterbrochen wird vom oberen Ende der oberen Kammer in den einengesonderten Teil des Absorberspeichers, in dem sich immer Lösung befindet,weil der Absorberausgang in diesen Teil des Absorberspeichers mündet undvon dort über einen Überlauf in den restlichen Absorberspeicher weiter fließt.Ist dieses Absperrmittel geöffnet, so kann Gas von der Pumpe in denAbsorberspeicher fließen, wo es in der Lösung absorbiert wird. Dadurch sinktder Druck in der Pumpe bis er gleich mit dem Druck im Absorberspeicherwird. In diesem Moment fließt Lösung aus dem Absorberspeicher derSchwerkraft folgend in die obere Kammer der Pumpe. Sobald diese voll istläuft die Lösung über den Siphon in die untere Kammer, wo sie sich erhitztund der Druck in der Pumpe steigt. Spätestens in diesem Moment muss dasAbsperrmittel geschlossen werden. Der Druck in der Pumpe steigt dann bis zudem Wert, der im Zielort, wo die Lösung hin soll, herrscht und die Lösungfließt durch das Ausgangsventil ab. Je nach gewünschter Pumpintensität kannman nun Zeit verstreichen lassen, bis das Absperrmittel wieder geöffnet wird,damit der Druck in der Pumpe wieder fallt und der nächste Zyklus beginnenkann. Durch diese Regulierung kann auch die Kühlleistung der Maschinewunschgemäß gesteuert werden und die Maschine muss bei kleinemKühlbedarf nicht abgeschaltet werden. • Um die Absorptionswärme vollständig zu nützen braucht man zweiTemperierungsmedien. Das erste Medium ist das eigentliche Heizmedium, dasdie hintereinander liegenden Generatorplatten beheizt, wobei diesesHeizmedium im Gegenstrom zur Ammoniaklösung fließt. Entlang desGenerators kühlt sich dieses Medium ab und fließt dann entlang derhintereinander liegenden Platten des ersten Absorbers (das ist der heißere Teildes gesamten Absorbers) wieder im Gegenstrom zur Lösung zu Ausgang,wodurch ein Teil der verbrauchten Heizenergie wieder ersetzt wurde. Daszweite Medium kommt kalt zum zweiten Absorber (das ist der kühlere Teildes gesamten Absorbers) und fließt dann entlang der hintereinander liegendenPlatten desselben und anschließend noch an den Gaskühlem bzw.

Rektifikatoren der beiden Generatoren entlang und nimmt dabei weitereWärme auf. Dabei erreicht man eine Medientemperatur, die sich für üblichesGebrauchswarmwasser eignet. Der gesamte COP der Maschine lässt sich sofast verdoppeln, was insbesondere dann wichtig ist, wenn die Heizung derMaschine mit teuren thermischen Solarkollektoren erfolgt • Um den Kühlprozess sofort beim Einschalten der Maschine zu ermöglichen,muss der Kondensator an seinem Ausgang einen Speicher haben, wo flüssigerAmmoniak aufgehoben wird, bevor er das Absperrmittel erreicht das alsDruckstufe zum Verdampfer dient Und es muss garantiert sein, dass sich inden Absorbern immer eine gewisse Mindestmenge schwache Lösungbefindet die das Ammoniakgas gleich beim Einschalten aufhehmen kann,sobald das Absperrmittel am Kondensatorausgang geöffnet wird. DieserSpeicher am Kondensatorausgang hat den zusätzlichen positiven Effekt dassman während des Betriebs der Maschine durch unterschiedliche Steuerung desAbsperrmittels verschieden Mengen von flüssigem Ammoniak speichernkann, die dadurch dem restlichen System entzogen werden. Je mehr flüssigerAmmoniak dort gespeichert wird, umso schwächer ist die Lösung im Absorberund umso niedriger ist ihr Druck, welcher auch den Druck im Verdampferbestimmt. Bei niedrigerem Verdampferdruck verdampft der Ammoniak abermit niedrigerer Temperatur, wodurch die Kühltemperatur niedriger wird.Umgekehrt kann man durch geringere Speichermengen imKondensatorspeicher eine höhere Kühltemperatur einstellen. • Ober die regelbare Kühltemperatur jedes einzelnen Moduls in einerGroßmaschine lässt sich noch eine weitere Erhöhung des COP erreichen: DasMedium, das die Kälte in einen zu kühlenden Raum bringt kommt von diesemdeutlich wärmer zur Kältemaschine zurück. Wenn man nun dieKühltemperaturen der einzelnen Module so einstellt, dass der Modul, durchden das rücklaufende Kältemedium als erstes fließt der wärmste ist und derModul der kälteste ist, wo das Medium zuletzt durchfließt, bevor es wiederzum Kühlraum geht, ist die mittlere Kühltemperatur der Module höher als dienominelle Kühltemperatur der Gesamtmaschine. Da der COP aber stark vonder Kühltemperatur abhängt und bei wärmerer Kühltemperatur größer ist,spart man somit Energie.

Effekte der Erfindung und Unteransprüche • Wenn man zwei verschiedene Arten von Formplatten einsetzt, so könnendicke Platten mit mehreren Zentimetern Stärke als Behälter dienen sowie alsWärmedämmplatten, die außerdem als statische Elemente gegen Überdruck inbenachbarten Zonen dienen und außerdem Kanäle aufhehmen können, dienicht nur gegenseitig kreuzungsfrei verlaufen, sondern sogar gegeneinanderwärmegedämmt sind. • Wenn die Außenplatten um einige Zentimeter breiter als die dünnen Platten inder Mitte des Blocks sind, so entsteht an einer Seite des Plattenblocks eineEinbuchtung, in die Regelelemente wie z.B. Magnetvenile eingebaut werdenkönnen, die dann direkt zwischen den Verteilungskanälen in den äußerenDämmplatten zu liegen kommea • Wenn jedem modularen Plattenblock die Leitungen der Temperierungsmedienvon einer Seite zur anderen Seite gerade durchlaufen, können mehrere Moduleohne Zwischenabstand aneinander gefugt werden, so dass eine größereMaschine aus mehreren gleichen Modulen zusammengebaut werden kann. • Wenn vor dem Bypass-Absorber ein Vorspeicher angebracht ist, in den dieerste Dampfpumpe Lösung vom Hauptabsorber hineinpumpt, die dannlangsam in den Bypass Absorber nachrinnt, wird auch bei intermittierendemBetrieb der Maschine der Bypass Absorber nie ganz leer und der Bypass bleibtimmer funktionsfähig. • Senkrechte Kugel-Rückschlagventile haben einen relativ großenStrömungsquerschnitt und einen sehr kleinen Öffhungsdruck, insbesonderedann wenn man Kunststoffkugeln verwendet. Die Verstopfungsgefahr istminimal. • Die Dampfpumpen mit steuerbarer Pumpleistung ermöglichen dieVerwendung eines Bypasssystems um damit niedrigere Kühltemperaturen undhöhere Rückkühltemperaturen zu gestatten, was den Einsatzbereich einersolchen Kältemaschine in allen Klimazonen ermöglicht. • Die zwei Temperierungsmedien zur Absorptionswäimerückgewinnungerlauben die vollständige Nutzung der entstehenden Absorptionswärme. Damitist ein COP - 2 möglich. • Der Speicher für flüssigen Ammoniak am Kondensatorausgang ermöglicht es,den Kühlprozess sofort beim Starten der Maschine zu beginnen. Ausserdemkann dieser Speicher bei entsprechender Steuerung desKondensatorausgangsregelventils dazu dienen die Kühltemperatur derMaschine zu regeln. • Wenn man die Kühltemperatur der einzelnen Module eines Großsystemsunterschiedlich einstellt, kann man damit Energie sparen.

Aufzählung und kurze Beschreibung der Zeichnungen

Von den Zeichnungen zeigt Fig.l die Außenansicht einer Kältemaschine in Formeines Plattenblocks und Fig.2 zeigt ein Funktionsschema einer intermittierendenAmmoniak-Wasser-Absorptionskältemaschine mit zwei Dampfpumpen undBypasssystem. Fig.3 zeigt ein Funktionsschema, wie man Absorber oder Generatorsamt deren Temperierungsmedien in Plattenbauweise darstellt, Fig. 4 zeigt einenDetailausschnitt einer einzelnen Ammoniakplatte, welcher ein Generatorelementdarstellt und Fig.5 zeigt einen Detailausschnitt einer einzelnen Ammoniakplatte,welcher ein Absorberelement darstellt. Fig.6 zeigt einen Detailausschnitt einereinzelnen Wasserplatte, welcher ein Generatorelement oder ein Absorberelementtemperiert.

Die Ziffern und Buchstabenbedeuten: M...Magnetventil V.. .Kugel-Rückschlagventil IA. ..erster der 3 Teilstapel, welcher hauptsächlich aus temperierten dicken Behälter-Platten, aus Wärmedämmplatten mit darin eingeformten Verteilerkanälen sowie ausdazwischen liegenden metallenen Trennplatten besteht IB. .. letzter der 3 Teilstapel, welcher hauptsächlich aus temperierten dicken Behälter-Platten, aus Wärmedämmplatten mit darin eingeformten Verteilerkanälen sowie ausdazwischen liegenden metallenen Trennplatten besteht 2.. .mittlerer der 3 Teilstapel, welcher hauptsächlich aus Wärmetauscherelementen,also dünnen Formplatten mit dazwischen liegenden Trennplatten besteht 3.. .Außenplatten aus dickem Stahl 4.. .Löcher für Verbindungsstangen 5.. .Öffnung zu durchlaufendem Verbindungskanal für Temperierungsmedien 6.. .Regelelemente 7.. .Löcher zur Aufnahme von Sensoren 8.. . Absorberspeicher 8 A.. .Druckabsenkerkammer 9A...obere Kammer der ersten Dampfpumpe 9B...untere Kammer der ersten Dampfpumpe 9C...Siphon mit Heberfunktion der ersten Dampfpumpe 9D. „Druckausgleich der ersten Dampfpumpe 10 „ .Bypass-Absorberspeicher 1OA.. .Druckabsenkerkammer 11A...obere Kammer der zweiten Dampfpumpe 11B„ untere Kammer der zweiten Dampfpumpe IOC...Siphon mit Heberfunktion der zweiten Dampfpumpe 1 ID...Druckausgleich der zweiten Dampfpumpe 12.. .Vorspeicher des Generators 13.. .Generator 14.. .Gas-Flüssigkeits-Abscheider des Generators 15.„Bypass-Generator 16„.Gas-Flüssigkeits-Abscheider des Bypass-Generators 17.. .Absorber, heißer Teil17 A.. .Absorbersiphon 17B.. .Absorbergasabscheider 18.. .Absorber, warmer Teil19„.Vorspeicher des Bypass-Absorbers20„.Bypass-Absorber21„.DampfVorkühler des Bypassgenerators22„.Rektifikator 23. „Kondensator 24„.Kondensatorspeicher 25„.Verdampfer 26. ..Ammoniakplatte 26A.„Ammoniakalische Lösung 26B.. .Ammoniakgas 27„.Wasserplatte 27A...Temperierungsmedium 28„.Generatorzone 29„.Absorberzonen 30„.Verdampferzonen 31 ...Kondensatorzonen

Beschreibung der Zeichnungen

Fig.l zeigt die Architektur eines erfindungsgemäßen Plattenstapels im Schrägriss.Zwischen den beiden Außenplatten -3- liegen drei hintereinander gestapeltePlattenstapel -1A, -2- und -1B-, von denen die beiden äußeren aus mehreren dickenKunststoff platten bestehen, mit Trennplatten und Wasserplatten zur Temperierung,die aber wegen des Abbildungsmaßstabs auf dieser Zeichnung nicht sichtbar sind. DiePlatten im inneren Teilstapel -2- bestehen aus dünnen Kunststoffplatten mit dazwischen liegenden Trennplatten und sie sind einige Zentimeter schmäler als dieAußenplatten. Auf der Außenplatte -3- erkennt man die Löcher -4- für dieVerbindungsstangen, welche die Platten zusammenpressen. Wesentlich ist, dass dieseLöcher nicht nur an den Plattenrändem liegen, sondern auch im innerenPlattenbereich Zonen -28,29,30,31- abgrenzen, hinter denen sich Behälter oderWärmetauscher mit unterschiedlichen Drücken befinden, die gegeneinander wegendes lokalen Drucks der Verbindungsstangen abgegrenzt werden. Gleichzeitig ziehensich diese 4 Zonen horizontal durch die ganze Maschine und sie definieren wo sich imBereich der dünnen Platten -2- die Funktionselemente Generatoren -13,15-,

Absorber -17,18,20-, Verdampfer -25- und Kondensator -23- befinden. Man erkenntauch die Öffnungen -5- wo die geraden Verbindungsleitungen fürTemperierungsmedien, die quer durch den ganzen Plattenstapel fuhren, münden. Inder frontalen Vertiefung zwischen den überstehenden beidseitigen dicken Platten -1A-, -1B- ist Raum für Steuerungselemente wie z.B. Magnetventile. Sensoren zurMessung des Flüssigkeitsniveaus in den Behältern, werden ebenfalls an den dickenPlatten -1A-, -1B- angebracht und die entsprechenden Öffnungen -7- sollen dieseSensoren aufnehmen.

Fig.2 zeigt ein Funktionsschema eines Moduls einer erfindungsgemäßenKältemaschine in Plattenbauweise. Behälter sind dabei als Rechtecke mitabgerundeten Kanten gezeichnet, Plattenwärmetauscher als Plattenpakete imSchrägriss. Pfeile geben die Flussrichtung von Lösung oder Gas an,

Verbindungslinien ohne Pfeil beziehen sich auf Leitungen, die zum Druckausgleichoder zum Rückfluss von Kondensat dienen. Pfeile der Zeichnung, die auf- oderabwärts zeigen beziehen sich auf Leitungen, die auch in der Wirklichkeit auf- oderabwärts fuhren. Temperierungsmedien die sich in so genannten „Wasserplatten“ -27-bewegen, sind der Übersichtlichkeit halber nicht gezeichnet. Die beidenDampfpumpen sind im linken Bildteil, wobei Pumpe 1 durch die Teile 9A, 9B, 9C,9D und 8A sowie M3,V1 und V2 gebildet wird und die Pumpe 2 durch die Teile11 A, 1 IB, 11C, 11D und 10A sowie M5,V3 und V4. Die Funktion der Dampfpumpensei am Beispiel der Pumpe 1 erklärt: Wenn das Magnetventil -M3- geöffnet ist, fülltsich die Kammer -9A- vom darüber liegenden Absorberspeicher -8- her über dasKugel-Rückschlagventil -VI- mit Lösung. Kammer 9A wird konstant durch zweiaußen anliegende Wasserplatten so temperiert, dass die Temperatur zwischen minimal7°C und maximal 20°C über der Kondensatorrückkühltemperatur liegt Sobald sichKammer 9A mit Lösung gefüllt hat schließt sich das Magnetventil -M3- und es fließtdie Lösung aus der Kammer -9A- über den Heber 9C in die unter -9A- liegendeKammer 9B, welche durch die zwei außen anliegende Wasserplatten konstant auf dieGeneratorheiztemperatur temperiert wird. Sobald sich die Lösung in Kammer 9Berwärmt steigt ihr Druck und der Lösungsfluss vom Speicher -8- in die Kammer -9A-wird unterbrochen, weil das Kugelventil -VI- schließt Sobald in der Kammer-9B- derDruck des Zielbauteils der Lösung erreicht ist, im konkreten Fall der des Bypass-Absorber Vorspeichers -19- fließt Lösung von der Kammer -9B- durch das AusgangsKugel-Rückschlagventil —V2- in den Speicher -19-. Wenn die Kammer -9B- leer istöffnet sich mit einer Verzögerung, die von der Steuerung der Maschine vorgegebenwird das Magnetventil —M3- und die Pumpe lässt ihren Überdruck in dieEingangskammer -8A- des Speichers -8- welche eine Druckabsenkfunktion ausübtweil die dort befindliche kalte Lösung das Gas aus der Pumpe sofort absorbiert, bisdie Pumpe und der Speicher -8- auf gleichem Druck sind und so der nächstePumpenzyklus beginnt. Die Eingangskammer -8 A- wird von anliegenden

Wasserplatten konstant auf Kondensatortemperatur gehalten und bekommt in jedemZyklus frische Lösung vom Absorber -18-, welche nach kurzer Verweilzeit in derEingangskammer -8A- über einen Überlauf in den eigentlichen Lösungsspeicher -8-des Absorbers -18- fließt

Der weiteren Funktionen sind wie folgt:

Der Weg der Lösung von Pumpe 1 durch das System und zurück zur Pumpe 1:

Die vom Absorber -18- her kommende so genannte „starke Lösung“ geht durch dieerste Pumpe zum Bypass-Absorber-Vorspeicher -19- und von diesem in den BypassAbsorber -20-, wo sie Gas vom Bypass Generator-15- aufnimmt. VomBypassabsorber -20- her füllt die nun weiter angereicherte Lösung (so genannte„überstarke Lösung“) die Eingangskammer -10A- des Bypass-Absorberspeichers -10-. Und gelangt in die zweite Pumpe. Von dort gelangt die Lösung in denGenerator-Vorspeicher -12- dessen Aufgabe es ist, die Pumpendruckstöße auf denGenerator zu verringern und von dort in den eigentlichen Generator -13- und dann inden Generator Gasabscheider -14-. Sobald das Lösungsniveau im Generator-Gasabscheider -14- ein vorgegebenes Niveau übersteigt, lässt das Magnetregelventil -Ml - die nun schwache Lösung in den Bypass-Generator -15- fließen. Auch derBypass-Generator -15- hat einen Gasabscheider - 16-, wenn dort das Lösungsniveaueinen vorgegebenen Wert übersteigt, lässt das zweite Magnetregelventil -M2- diesogenannte „überschwache Lösung“ in den heißen Absorber -17- fließen, wo dieLösung Gas vom Verdampfer -25- her aufnimmt. Von dort werden die Lösung undder in der Hitze nicht absorbierte Teil des Gases in den warmen Absorber -18 -weitergeleitet, wo der Absorptionsprozess fortgesetzt wird. Danach gelangt die nunstarke Lösung in den Absorberspeicher -8- und erneut in die erste Pumpe.

Der Weg des Ammoniaks vom Generator -13- zum heißen Absorber -17-: VomGasabscheider -14- wird das Gas über den Rektifikator -22-, wo es einen Teil seinerWärme zur Wärmerückgewinnung abgibt und dann durch das Rückschlagventil -V3-zum Kondensator -23 geleitet wo es verflüssigt und dann in den Kondensatorspeicher-24- abfließt. In diesem Behälter -24- befindet sich immer eine gewisseMinimalmenge flüssiger Ammoniak, um die Maschine nach einer Abschaltung undNeueinschaltung sofort wieder zum Kühlen zu bringen. Außerdem kann durchgeeignete Steuerung des Magnetregelventls -M4- die im Speicher-24- aufbewahrteMenge des flüssigen Ammoniaks reguliert werden und damit dieLösungskonzentration in den Absorbern. Dadurch kann die Kühltemperatur derMaschine definiert werden. Über das Ventil -M4- gelangt der flüssige Ammoniak inden Verdampfer-25-, wo er verdampft und den Kühlefifekt erzeugt, der dort von einemKühlmedium abgenommen wird. Vom Verdampfer geht das Gas dann in den heißenAbsorber -17- Ein Rückschlagventil in dieser Verbindungsleitung kann allfälligekurzfristige Störungen des Maschinenbetriebs bei starken Schwankungen derRückkühltemperatur verhindern, ist aber nicht zwingend notwendig.

Der Weg des Ammoniaks vom Bypass-Generator zum Bypass-Absorber: VomBypass-Absorber-15- geht die überstarke Lösung samt dem freigesetzten Gas zumBypass-Gasabscheider -16- wo sich die Lösung zum Magnetregelventil -M2-während das abgetrennte Gas zum Gaskühler -21- wo es einen Teil seiner Wärme zurWärmerückgewinnung abgibt und geht von dort zum Bypass-Absorber.

Fig.3 zeigt in schematischer Form, wie man mit in einem erfindungsgemäßen Stapel aus senkrechten Platten einen Generator oder Absorber samt Temperierungsmediumoptimal auslegt. Dabei sind nur die beteiligten Formplatten dargestellt, zwischen jezwei Formplatten liegt in Wirklichkeit immer eine Trennplatte mit Löchern an genauden Stellen, an denen die in Fig.3 dargestellten Verbindungsleitungen die Trennplattepassieren müssen. Die gezeigten Plattenausschnitte entsprechen nur jeweils einemTeilbereich von Generatoren oder Absorbern -13,15,17,18-oder -20- innerhalbdes Teilstapels -2- die gemeinsam hintereinander gestapelt einen dickerenPlattenstapel bilden, in dem dünne Formplatten -26, 27- sich mit nicht dargestelltenTrennplatten abwechseln. Die Platten -26- heißen Ammoniakplatten, weil sich inihnen immer nur ammoniakalische Lösung oder reiner Ammoniak befinden darf,während die Platten -27- Wasserplatten heißen, weil sich in ihnen immer nurTemperierungsmedien befinden dürfen, welche meist aber nicht immer starkwasserhaltig sind. Durch den ganzen Teilstapel -2- hindurch wechseln sich unter denFormplatten die Wasserplatten -27- und die Ammoniakplatten -26- regelmäßig ab.

Die Fig.3 zeigt, wie man die Verbindungsleitungen dieser Platten fuhren muss, damitsowohl Ammoniakplatten -26- als auch Wasserplatten -27- durch den Plattenstapelhindurch langsam und gleichmäßig ihre Temperatur ändern können, weil diebeteiligten Medien -26A,26B- einerseits und -27A- im Gegenstrom fließen.

Fig.4 zeigt einen Plattenausschnitt der Zone -28- eines Generators -13- oder -15-.Links und rechts erkennt man die Zufluss und Abflussleitungen für Gas -26B- und diekochende und blubbernde Lösung -26A-. Es sind keine Richtungspfeile angegeben dadie Generatorplatten, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, abwechselnd von links und vonrechts durchflossen werden. Die Generatorelemente -13- enthalten keine Stege zurUmleitung von Lösung -26A- oder Gas -26B-.

Fig.5 zeigt einen Plattenausschnitt der Zone -29- eines Absorbers -17,18- oder -20-,die alle gleich ausgebildet sind. Man erkennt, das das Gas -26B- zunächst durch einenSiphon -17A- abwärts Unter die Lösung -26A- geführt und im aufwärts Strömen durchdie rechts liegende Serpentine an der Lösung vorbei blubbert. Im oberen Bereich -17B- liegt ein Gasabscheider, so dass das Gas -26B- die Platte oben verlassen kannwährend die Lösung -26A- den Plattenausschnitts am unteren Ende verlässt, wasdeshalb möglich ist, weil durch den Siphon -17A- ein Druckunterschied zurNachbaiplatte vorgegeben wird. Während die gezeigte Platte -17- von rechts nachlinks durchflossen wird, ist der Fluss in der folgenden Ammoniakplatte von links nachrechts und die Plattenform ist horizontal gespiegelt, so dass am nächstenAbsorberplatteneingang auf der linken Seite wieder ein Siphon -17A zu liegenkommt.

Fig.6 zeigt den entsprechenden Plattenausschnitt einer Wasserplatte, wobei dieseForm sowohl für Zone -28- wie auch für Zone -29- gilt. Auch hier wechseln sich dieWasserplatten -27- mit ihrer jeweils horizontal gespiegelten Form ab. Die spezielleForm der aufsteigenden Serpentine soll Luftblasen nach oben treiben so dass derganze von der Serpentine bedeckte Raum Luftffei wird. Sollte eine Luftblase imAbwärtskanal auf der rechten Seite hängen bleiben, so betrifft das nur einen kleinenTeil der aktiven Wärmetauscherfläche.

Claims (16)

1. Patentansprüche 1) Intermittierende Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschine im Batch-Verfahren , als Stapel vertikaler Platten ausgebildet, die zwischen zwei dickenäußeren Stahlplatten zusammengepresst werden, mit Bypass,Temperaturregelung und Wärmerückgewinnung, bestehend aus zweiGeneratoren (13,15), drei Absorbern (17,18,20), einem Verdampfer (25)einem Kondensator (23), zwei Lösungs-Dampfpumpen (einerseits 9A, 9B, 9C,9D, 8A, M3,VI, V2 andererseits 11A, 11B, 11C, 11D, 10A, M5,V3, V4),dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (13) mit einerGeneratorvorkammer (12) und einem Rektifikator (22) und der BypassGenerator mit einem Gaskühler (21) verbunden ist und dass der warmeAbsorber (18) und der Bypass Absorber (20) nachgeschaltete Speicher (8,10)haben und der Bypass Absorber (20) einer Absorbervorkammer (19) hat, unddass für den Aufbau des Plattenstapels neben den dünnen ebenen undweitestgehend zweidimensionalen Formplatten die zur Aufnahme von Wärmetauschenden Elementen wie Generatoren, Absorbern, Kondensator undVerdampfer dienen, auch dicke Formplatten aus Kunststoff mitdreidimensionalen Elementen verwendet werden, die für Behälter, Pumpenund die Aufnahme von Verteilungskanälen oder allgemein zurWärmedämmung verwendet werden, wobei dieser Plattenstapel aus dreiflächig aneinander anliegenden Teilstapeln besteht, von denen die beidenäußeren (1 A, 1B) hauptsächlich zur Aufnahme von temperierbaren Behältern,Pumpen und Verteilungskanälen dienen, während der mittlere Stapel (2)hauptsächlich aus Wärme tauschenden Elementen wie Generatoren, Absorbern, Kondensator und Verdampfer besteht, und alle drei Teilstapel (1A,1B, 2) die gleiche Höhe haben, aber die beiden äußeren StapelQA, 1B)gleich breit sind, aber breiter als der mittlere Stapel (2) und alle drei Teilstapel(1 A, 1B, 2) mit den Oberkanten und Unterkanten sowie einer gemeinsamenSeitenkante deckungsgleich gestapelt werden, so dass an der anderen Seite desgesamten Plattenstapels eine vertiefte vertikale Längsrinne entsteht, in der dieSteuerungselemente (Ml, M2, M3, M4, M5) der Maschine montiert werdenund dass die Leistung der Dampfpumpen anhand der Signale von Sensoren(7), welche das Niveau von Flüssigkeit den Pumpenbehältem feststellen,gesteuert wird.
2. 2) Intermittierende Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschine nachAnspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die funktionellen Bauteile nachihrer Betriebstemperatur geordnet sind, wobei in vertikaler Richtung vierZonen (28,29, 30, 31) und in horizontaler Richtung drei Zonen (ΙΑ, 1B, 2) zuunterscheiden sind, wobei die heißeste Zone (28) mit den beiden Generatoren (13.15) unten liegt, darüber die etwas weniger heiße Zone (29) mit denAbsorbern (17,18,20) und darüber, nach einem Wärme dämmenden Abstand,die kalte Verdampfer-Zone (30) und die Kondensator-Zone (31) liegen,während in horizontaler Richtung die Temperatur von der Zone (1A) nachZone (1B) ansteigt, nämlich von der wannen Zone (1A) mit den warmenPumpenbehältern (9A, 9B, 11 A, 11B) über die Mittelzone (2), wo Generatoren (13.15) und Absorber (17,18,20) so angeordnet sind, dass ihre kühleren Platten der Zone (1A) zugekehrt sind, während ihre heißeren Platten an dieheiße Zone (1B) angrenzen welche Gasabscheider(14,16) und Rektifikator(22) enthalten,
3. 3) Steuerbare Dampfpumpe, bestehend aus einem Eingangsrückschlagventil (V1bzw. V3) zwei Kammern (9A, 9B bzw. 11 A, 11B), einem Siphon (9C bzw. 11C) mit Heberfunktion, einer Druckausgleichsleitung (9D bzw. 1 ID), einemMagnetventil (M3 bzw. M5), einem Druckabsenker (8A bzw. 10A) und einemAusgangsrückschlagventil (V2 bzw. V4), dadurch gekennzeichnet, dass beidePumpenkammem(9A, 9B bzw. 11 A, 11B) unterhalb des Speichers (8 bzw.10)von denen die jeweils obere Kammer (9A bzw. 11A) durch das Eingangsventil(VI bzw. V3) gespeist wird, liegt und dass der Siphon (9C bzw. 11C) dasuntere Ende der oberen Kammer (9A bzw. 11A) mit dem unteren Ende derunteren Kammer (9B bzw. 11B) verbindet und die Druckausgleichsleitung(9D bzw. 11D) das obere Ende der oberen Kammer (9A bzw. 11A) mit demoberen Ende der unteren Kammer (9B bzw. 11B) verbindet, und dass dasAusgangsrückschlagventil (V2 bzw. V4) aus dem unteren Ende der unterenKammer (9B bzw. 11B) gespeist wird, während das steuerbare Magnetventil(M3 bzw. M5) die obere Kammer (9A bzw. 11A) mit dem Druckabsenker (8Abzw. 10A) im Speicher (8 bzw.10) verbindet.
4. 4) Intermittierende Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschine nach denAnsprüchen 1, und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelelemente (6) vonFlüssigkeit anzeigenden Sensoren gesteuerte werden, die in die Behälterenthaltenden Platten (1A,1B) von der Seite (7) her eingepasst sind.
5. 5) Intermittierende Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschine nach denAnsprüchen 1, und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungselemente inder Rinne zwischen den Teilstapeln (1A und 1B) durch den Druck vonabnehmbaren mit Gewinden versehenen Rohrstücken festgehalten werden,die nach außen gegen diese Teilstapel (1A und 1B) pressen und durch welcheder zu regelnde Gas- oder Flüssigkeitsstrom fließt.
6. 6) Intermittierende Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschine nach denAnsprüchen 1, und 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Bypass-Absorber(20) ein Vorspeicher (19) angebracht ist, in den die erste Dampfpumpe (9A,9B, 9C, 9D, 8A, M3,VI, V2 ) genau dosiert Lösung vom Absorberspeicher (8) hineinpumpt, so dass aus diesem Vorspeicher (19) die Lösung derSchwerkraft folgend in den darunter liegenden Bypass Absorber (20) rinnt.
7. 7) Intermittierende Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschine nach denAnsprüchen 1, und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilkörper derKugel-Rückschlagventile (V), welche durch die Schwerkraft geschlossenwerden, weil die Kugel in einer senkrecht stehenden trichterförmigen Öffnungsitzt, außerhalb der für sie vorgesehenen dicken Platten(lA, 1B) gefertigtwerden und erst danach in entsprechende Öffnungen dieser dickenPlatten(lA, 1B) eingepresst werden.
8. 8) Intermittierende Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschine nach denAnsprüchen 1, und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die frei werdendeAbsorptionswärme durch zwei verschiedene Temperierungsmedienaufgenommen wird, wobei das erste Medium das eigentliche Heizmedium(27A) ist, das zunächst die hintereinander liegenden Generatorplatten (13)beheizt, wobei dieses Heizmedium (27A) im Gegenstrom zurAmmoniaklösung (26A) fließt und sich dabei abkühlt und danach entlang derhintereinander liegenden Platten des heißen Absorbers (17) fließt wieder im Gegenstrom zur Lösung (26 A) und danach die Maschine verlässt, während daszweite Medium kalt in die Maschine eintritt und zunächst zum warmenAbsorber (18) fließt und dann entlang der hintereinander liegenden Plattendesselben weiter zu Gaskühler (21) bzw. Rektifikator (22) der beidenGeneratoren (13,15) fließt, wo es weitere Wärme aufnimmt.
9. 9) Intermittierende Ammoniak- Wasser-Absorptionskältemaschine nach denAnsprüchen 1, und 3, dadurch gekennzeichnet, dass im mittleren Teilstapel (2)dünne Formplatten in Gestalt von hintereinander gestapeltenAmmoniakplatten -26- sowie Wasserplatten -27- sich regelmäßig abwechselnwobei sich zwischen je zwei Formplatten eine metallene Trennplatte befindet.
10. 10) Intermittierende Ammon iak-Wasser-Absorptionskältemaschine nach denAnsprüchen 1, und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der für einen Generator (13,15) vorgesehene Abschnitt der Ammoniakplatten (26) aus einemrechteckigen Ausschnitt besteht, an den zu beiden Seiten je zweiAnschlusskanäle (26A, 26B) münden, von denen aus jeweils einVerbindungstunnel durch die dazwischen liegenden zwei Trennplatten und dieWasserplatte (27) zur nächsten Ammoniakplatte (26) führen und dass sich aneiner Seite des Generatorausschnitts (13) ein Loch (27A) befindet, durchwelches der Verbindungstunnel zwischen den die Ammoniakplatte (26)einschließenden beiden Wasserplatten (27) führt
11. 11) Intermittierende Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschine nach denAnsprüchen 1, und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der für einen Absorber(17,18,20) vorgesehene Abschnitt der Ammoniakplatten (26) aus zweinebeneinander liegenden rechteckigen Ausschnitten besteht die jeweils einenserpentinenförmigen Kanal enthalten, wobei dieses Kanäle oben (17B)miteinander verbunden sind, und an den beiden Außenseiten dieserAbsorberplatte (17) je zwei Anschlusskanäle (26A, 26B) münden, wobei dieGas zuführende Leitung der beiden Gasanschlüsse (26B) über einen vertikalenVerbindungskanal (17A) mit dem unteren Ende des einenserpentinenförmigen Kanals verbunden ist und wo von jedem Anschlusskanal(26A, 26B) aus jeweils ein Verbindungstunnel durch die dazwischenliegenden zwei Trennplatten und die Wasserplatte (27) zur nächstenAmmoniakplatte (26) führen und dass sich an einer Seite desAbsorberausschnitts (17) ein Loch (27 A) befindet, durch welches derVerbindungstunnel zwischen den die Ammoniakplatte (26) einschließendenbeiden Wasserplatten (27) führt.
12. 12) Intermittierende Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschine nach denAnsprüchen 1, und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der für die Temperierungeines Absorbers (17,18,20) oder Generators (13,15) vorgesehene Abschnittder Wasserplatten (27) aus einem rechteckigen Ausschnitt besteht der einenserpentinenförmigen Kanal hält, in dem das Temperierungsmedium von untennach oben fließt in den zwei seitliche Anschlusskanäle (27A) münden, undwo von jedem Anschlusskanal (27A) aus jeweils ein Verbindungstunnel durchdie dazwischen liegenden zwei Trennplatten und die Ammoniakplatte (26) zueiner benachbarten Wasserplatte (27) führen und dass sich an einer Seite desTemperierungsausschnitts (27) zwei Löcher (26A, 26B) befinden, durchwelches die Verbindungstunnel zwischen den die Wasserplatte (27)einschließenden beiden Wasserplatten (27) führen.
13. 13) Intermittierende Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschine nach denAnsprüchen 1, und 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich am Ausgang des Kondensators (23) und vor der Druckstofe (M4) zum Verdampfer (25) hin einSpeicher (24) zur Aufnahme von flüssigem Ammoniak befindet.
14. 14) Intermittierende Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschine nach denAnsprüchen 1, und 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere solcherMaschinen als autonome Module mit jeweils eigenem unabhängigenAmmoniaksystem zu einer größeren Block verbunden werden können, wobeidie kongruenten Plattenstapel der Einzelmodule zu einem Gesamtstapelverbunden werden.
15. 15) Intermittierende Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschine nach denAnsprüchen 1, 3 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass Leitungen für dieMedien zum Beheizen, zum Rückkühlen oder zur Herausleitung der erzeugtenKälte von einer Seite des Plattenblocks zur anderen Seite so durchlaufen dassihre Eingänge bzw. Ausgänge (5) an kongruenten Positionen dergegenüberliegenden Außenplatte (3) münden, lediglich im inneren jedesbeteiligten Moduls gibt es Abzweigungen, zu den einzelnen Bauteilen, dietemperiert werden müssen.
16. 16) Intermittierende Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschine nach denAnsprüchen 1,3,14 und 15 dadurch gekennzeichnet, dass die regelbareKühltemperatur der einzelnen Module in einer Großmaschine aufunterschiedliche Temperaturen so eingestellt wird, dass das zu kühlendeMedium als erstes durch den Modul mit der wärmsten Kühltemperatur fließt,welche knapp unter der Temperatur des zu kühlenden Raums liegt, danachdurch den Modul mit der nächst kälteren Temperatur und so fort bis zumletzten Modul, der auf die tiefste Temperatur eingestellt ist, welches dieNenntemperatur des Gesamtsystems ist.