DE10028543A1 - Kälteaggregat - Google Patents

Abstract

Das Kälteaggregat (10) ist mittels einer thermischen Solaranlage (11) als Energiequelle betreibbar. Hierbei ist vorgesehen, dass das Kälteaggregat (10) als Diffusions-Absorptions-Kälteaggregat ausgebildet ist. Das Kälteaggregat (10) weist einen Austreiber (12), einen Dreifach-Wärmetauscher (15), einen Kondensator (19), einen Verdampfer (24), einen Gaswärmewechsler (29), einen Absorber (32) und einen Betriebsmittelspeicher (54) auf, welche unter Ausbildung eines geschlossenen Betriebsstoffkreises miteinander wirkverbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kälteaggregat, das mit­ tels einer thermischen Solaranlage als Energie­ quelle betreibbar ist, gemäß Oberbegriff des An­ spruchs 1.

Kälteaggregate der hier angesprochenen Art, wie bespielsweise Absorptionskälteaggregate oder Kom­ pressionskälteaggregate, sind bekannt. Die Absorp­ tionskälteaggregate erfordern bei Solarbetrieb nachteilhafterweise einen hohen regelungstechni­ schen und investiven Aufwand insbesondere hinsicht­ lich einer kontinuierlichen Nachheizung beziehungs­ weise Wärmespeicherung. Dabei sind die Absorptions­ kälteaggregate auf einen verhältnismäßig engen Tem­ peratur- und Durchflussmengenbetriebsbereich be­ schränkt. Auch die bekannten, photovoltaisch be­ triebenen, Kompressionskälteaggregate sind durch einen hohen investiven Aufwand gekennzeichnet und weisen einen verhältnismäßig niedrigen Wirkungsgrad auf. Diese bekannten Kälteaggregate sind insbeson­ dere im mittleren Leistungsbereich nicht zu einer problemlosen und wirtschaftlichen Betreibung mit thermischen Solaranlagen geeignet.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Kälteaggregat der eingangs genannten Art zu schaffen, welches in zu­ verlässiger, effektiver und betriebsfreundlicher Weise mittels einer thermischen Solaranlage, insbe­ sondere im kleineren bis mittleren Kälteleistungs­ bereich, betreibbar ist.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Kälteaggregat mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen, das sich dadurch auszeichnet, dass das Kälteaggregat als Diffusions-Absorptions-Kälteaggregat ausgebil­ det ist. Ein Diffusions-Absorptions-Kälteaggregat ist in besonders zuverlässiger und wirkungsgrad­ günstiger Weise mittels einer thermischen Solaran­ lage als Energiequelle betreibbar. Dieses betriebs­ günstige Verhalten ist auch in einem kleineren bis mittleren Kälteleistungsbereich erzielbar. Ein Dif­ fusions-Absorptions-Kälteaggregat ist vorteilhaf­ terweise geeignet, mittels verschiedenartiger Ener­ giequellen betreibbar zu sein. Dabei kann als Ener­ giequelle eine thermische Solaranlage sowie auch ein anderer Wärmeträgerkreislauf, beispielsweise aus einem Wärmerückgewinnungsprozess, zur alterna­ tiven beziehungsweise sich ergänzenden Energiebe­ aufschlagung des Kälteaggregats eingesetzt werden. Ein Diffusions-Absorptions-Kälteaggregat ist somit vorteilhafterweise geeignet, in flexibler und be­ triebsgünstiger Weise mittels einer thermischen So­ laranlage sowie gegebenenfalls weiterer, anderer Energiequellen mit thermischer Energie beaufschlagt zu werden.

Mit Vorteil weist das Kälteaggregat einen Austrei­ ber, einen Dreifach-Wärmetauscher, einen Kondensa­ tor, einen Verdampfer, einen Gaswärmewechsler, einen Absorber und einen Betriebsstoffspeicher auf, welche unter Ausbildung eines geschlossenen Be­ triebsstoffkreises miteinander wirkverbunden sind.

Das durch einen geschlossenen Betriebsstoffkreis gekennzeichnete Kälteaggregat kann als hermetisch geschlossenes Kompaktaggregat ausgebildet werden, das sich durch eine vorteilhafte Standortunabhän­ gigkeit auszeichnet. Es wird lediglich mittels thermischer Energie betrieben und bedarf somit vor­ teilhafterweise keiner elektrischen Energiezufüh­ rung. Da zum Betreiben des Kälteaggregats keine me­ chanisch arbeitenden Komponenten innerhalb des Käl­ teaggregats, wie zum Beispiel Pumpen, erforderlich sind, ist selbiges wartungsfreundlich, verhältnis­ mäßig kostengünstig und kann wenigstens nahezu ge­ räuschlos betrieben werden. Ferner ist es möglich, das Kälteaggregat als unabhängige Modulbaugruppe auszugestalten, so dass auch Parallelschaltungen mehrerer Kälteaggregate in verhältnismäßig einfa­ cher Weise realisierbar sind.

Vorzugsweise ist die thermische Solaranlage mit einem als Gasblasenpumpe ausgebildeten Austreiber zur Desorbierung und Verdampfung eines in einer Lö­ sung enthaltenen Betriebsstoffs wirkverbindbar. Eine Gasblasenpumpe ist besonders geeignet, einen in einer Lösung enthaltenen Betriebsstoff, wie zum Beispiel Ammoniak (NH3) in einer ammoniakreichen Lösung, in effektiver und betriebsgünstiger Weise zu desorbieren und zu verdampfen. Ferner erlaubt eine Gasblasenpumpe eine mittels einer thermischen Energiequelle erfolgende, effiziente Wärmeübertra­ gung, die Grundvoraussetzung für eine zuverlässige und effektive Desorbierung und Verdampfung des Be­ triebsstoffs (Ammoniak) ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Austreiber wenigstens ein Steigrohr auf, das ein­ trittsseitig mit einer die Verdampfung des im Steigrohr enthaltenen Betriebsstoffs begünstigenden Berippung versehen ist. Das Steigrohr des als Gas­ blaser pumpe ausgebildeten Austreibers enthält eine betriebsstoffreiche Lösung, welche aufgrund der Verdampfung des Betriebsstoffs im Steigrohr eine Volumenvergrößerung erfährt, so dass sie ein Be­ triebsvolumen einnimmt, das ein Vielfaches des ur­ sprünglichen Volumenwerts, das heißt des noch nicht verdampften Betriebsstoffs, beträgt. Aufgrund die­ ser Volumenvergrößerung steigt der Spiegel des dampfförmigen Betriebsstoffs beziehungsweise des Betriebsstoff-Gemischs im Steigrohr auf eine ent­ sprechende Betriebsförderhöhe. Wenn diese Betriebs­ förderhöhe die Länge des Steigrohrs aufgrund einer entsprechenden Volumenvergrößerung des Betriebs­ stoffgemischs beziehungsweise einer Verdampfung des Betriebsstoffs überschreitet, setzt die Förderung des dampfförmigen Betriebsstoffs beziehungsweise einer restlichen betriebsstoffarmen Lösung zu wei­ teren Funktionseinheiten des Kälteaggregats ein, welche miteinander in Form eines geschlossenen Be­ triebsstoffkreises wirkverbunden sind, so dass das Kälteaggregat in diesem Betriebsmoment aktiviert wird. Dabei dient eine effektive Wärmeübertragung von einer thermischen Energiequelle (Solaranlage) in den Austreiber beziehungsweise in das Steigrohr einer zuverlässigen und schnellen Aktivierung des Kälteaggregats. Dies wird mittels einer geeigneten Berippung des Steigrohrs gewährleistet, wodurch eine Vergrößerung der Wärmeübertragungsfläche zur Verbesserung der Wärmeübertragung in das Steigrohr erhalten wird. Statt einer Berippung können auch Umlenkbleche vorgesehen sein.

Mit Vorteil weist der Austreiber eine Mehrzahl an parallelen, zueinander beabstandeten Steigrohren zur Förderung einer betriebsstoffreichen Lösung auf, wobei zwischen wenigstens zwei Steigrohren eine parallele Rückführleitung zur Förderung einer betriebsstoffarmen Lösung angeordnet ist. Dies er­ möglicht eine kompakte und rohrbündelartige Ausbil­ dung des Austreibers, wobei vorteilhafterweise die außen angeordneten Steigrohre in wirkungsgrad- und betriebsgünstiger Weise mittels einer thermischen Energiequelle (Solaranlage) mit Wärmeenergie beauf­ schlagt werden können, während die zwischenangeord­ nete, parallele Rückführleitung, durch welche eine erwärmte, betriebsstoffarme Lösung gefördert wird, eine zusätzliche Erwärmung der äußeren Steigrohre ermöglicht beziehungsweise einer Abkühlung dersel­ ben entgegenwirkt. Die vom Austreiber nach außen abstrahlende und somit nicht aktiv genutzte Wärme­ menge wird aufgrund einer kompakten Rohrbündelan­ ordnung von äußeren Steigrohren und einer mittig angeordneten Rückführleitung in effektiver Weise reduziert.

Vorzugsweise ist der Austreiber eintrittsseitig zum Steigrohr mit einer vom Dreifach-Wärmetauscher kom­ menden Zuführleitung zur Förderung der betriebs­ stoffreichen Lösung, austrittsseitig zum Steigrohr mit einer zum Dreifach-Wärmetauscher führenden Be­ triebsstoffdampf-Zuführleitung und austrittsseitig zur Rückführleitung mit einer zum Dreifach-Wärme­ tauscher führenden Zuführleitung zur Förderung der betriebsstoffarmen Lösung wirkverbunden. Der vor­ zugsweise ein kompaktes Rohrbündel aufweisende Austreiber ist somit sowohl eintrittsseitig als auch austrittsseitig mit dem Dreifach-Wärmetauscher wirkverbunden, welcher seinerseits mit weiteren Funktionseinheiten des Kälteaggregats unter Ausbil­ dung eines geschlossenen Betriebsstoffkreises in Wirkverbindung steht. Dabei werden im Austreiber nach Aktivierung des Kälteaggregats gleichzeitig eine betriebsstoffreiche Lösung, eine betriebs­ stoffarme Lösung und Betriebsstoffdampf gefördert.

Vorteilhafterweise führt die Betriebsstoffdampf- Zuführleitung im Wesentlich koaxial durch die Rück­ führleitung. Ein derartiger Austreiber ist beson­ ders kompakt ausgebildet und zeichnet sich durch eine besonders effektive und zuverlässige Desorbie­ rung und Verdampfung eines Betriebsstoffs in einer in dem jeweiligen Steigrohr enthaltenen betriebs­ stoffreichen Lösung aus, da eine nicht erwünschte Wärmeabstrahiung aus dem Austreiber in die Umgebung aufgrund der kompakten Rohrbündelanordnung um ein erhebliches Maß reduziert werden kann.

Mit Vorteil weist das Steigrohr eine blasenbil­ dungsfördernde Innenstrukturierung auf. Eine derar­ tige Innenstrukturierung im Steigrohr kann bei­ spielsweise mittels einer Beschichtung und/oder ei­ ner Aufrauhung der Innenoberfläche erzielt werden und dient zu einer erwünschten Blasenbildung in einer betriebsstoffreichen Lösung in einem defi­ nierten Bereich im Steigrohr aufgrund von durch die Innenstrukturierung hervorgerufenen, erwünschten Verwirbelung derselben Lösung. Der als Gasblasen­ pumpe ausgebildete Austreiber ist unter Einsatz von derartigen Steigrohren zu einer besonders effekti­ ven Desorbierung, Verdampfung und Förderung eines in einer betriebsstoffreichen Lösung enthaltenen Betriebsstoffs und zur Förderung der betriebstoff­ armen Lösung geeignet.

Vorzugsweise ist der Betriebsstoff Ammoniak (NH3) und die Lösung ein Gemisch aus Ammoniak und Wasser (NH3/H₂O). NH3 als Betriebsstoff und ein Gemisch aus NH3 und H₂O als Lösung sind besonders zu einer effektiven Betreibung des erfindungsgemäßen Kälte­ aggregats geeignet. Dabei kann ein gegebenenfalls zur Betreibung des Kälteaggregats eingesetztes Hilfsgas Helium (He) sein.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die thermische Solaranlage über die gesamte Längs­ erstreckung des Steigrohrs des Austreibers mit sel­ bigem wirkverbunden. Mittels einer Erwärmung des Steigrohrs über dessen gesamte Längserstreckung wird in zuverlässiger Weise vermieden, dass auf­ grund einer nicht erwünschten Abkühlung in einem nicht erwärmten Bereich des Steigrohrs bereits aus­ getriebenes, dampfförmiges NH3 kondensiert und so­ mit eine beabsichtigte Volumenvergrößerung des in dem Steigrohr enthaltenen Betriebsstoffs rückgängig macht, was zu einer Einstellung der Förderung des Betriebsstoffs beziehungsweise der betriebsstoffar­ mer Lösung führen würde. Dabei sind die Steigrohre vorzugsweise jeweils eingangsseitig mit einer Be­ ripzung versehen zur Beheizung des Dreifach-Wärme­ tauschers, eines Betriebsstoffspeichers und einer zum Kondensator führenden Zuführleitung (Dampf­ leitung).

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung.

Die Erfindung wird nachfolgend in mehreren Ausfüh­ rungsbeispielen anhand einer zugehörigen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsge­ mäßen Kälteaggregats;

Fig. 2a eine schematische Darstellung eines ersten Teils des Kälteaggregats gemäß Fig. 1;

Fig. 2b eine schematische Darstellung eines zweiten Teils des Kälteaggregats gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine alternative Ausführungsform eines Austreibers des Kälteaggregats gemäß Fig. 2 und

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer eine Kapillarhülse aufweisenden Förderleitung in vergrößertem Maßstab.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Kälteaggre­ gats 10. Ferner zeigen die Fig. 2a und 2b, die sich als Teilfiguren einander ergänzen, das Kälte­ aggregat 10 gemäß Fig. 1 in schematischer Darstel­ lung. Das Kälteaggregat 10 weist einen Austreiber 12 auf, welcher mit einer thermischen Solaranlage 11 mittels als Pfeile 13, 14 dargestellten Wärme­ trägerleitungen (Fig. 2a: 43, 43a, 43b, 44) wirk­ verbunden ist. Vom Austreiber 12 führt eine als Pfeil 16 dargestellte Betriebsstoffdampf-Zuführ­ leitung (Fig. 2a: 51) und eine als Pfeil 17 darge­ stellte Zuführleitung (Fig. 2a: 47) zur Förderung einer betriebsstoffarmen Lösung zu einem Dreifach- Wärmetauscher 15, von welchem eine als Pfeil 18 dargestellte Zuführleitung (Fig. 2a: 48) zur För­ derung einer betriebsstoffreichen Lösung zum Aus­ treiber 12 führt. Der Dreifach-Wärmetauscher 15 ist mit einem Kondensator 19 mittels einer als Pfeil 20 dargestellten Zuführleitung (Fig. 2a/2b: 55) von Betriebsstoff-Dampf und gegebenenfalls mit geringen Anteilen an Wasser (H₂O) wirkverbunden. Der Konden­ sator 19 steht mit einem Kühlmittelkreis 21 mittels als Pfeile 22, 23 dargestellten Kühlträgerleitungen (Fig. 2b: 56, 57) in Wirkverbindung. Vom Kondensa­ tor 19 führt eine als Pfeil 25 dargestellte Zuführ­ leitung (Fig. 2b: 58) für flüssigen Betriebsstoff zu einem Verdampfer 24, der mit einem Kältemittel­ kreis 26 mittels als Pfeile 27, 28 dargestellten Kälteträgerleitungen (Fig. 2b: 60) wirkverbunden ist. Vom Verdampfer 24 führt eine als Pfeil 30 dar­ gestellte Zuführleitung (Fig. 2b: 59) für ein Gas­ gemisch aus verdampftem Betriebsstoff und einem Hilfsgas zu einem Gaswärmewechsler 29, welcher mit­ tels einer als Pfeil 31 dargestellten Zuführleitung (Fig. 2b: 76) für das vorgekühlte Hilfsgas mit dem Verdampfer 24 in operativem Wirkkontakt steht. Der Gaswärmewechsler 29 ist mittels einer als Pfeil 33 dargestellten Zuführleitung (Fig. 2b: 77) für das erwärmte Gasgemisch, bestehend aus dem Betriebs­ stoff und dem Hilfsgas mit einem Absorber 32 wirk­ verbunden, von welchem eine als Pfeil 34 darge­ stellte Zuführleitung (Fig. 2b: 61) für warmes Hilfsaas zum Gaswärmewechsler 29 führt. Der Absor­ ber 32 ist mit einem Kühlmittelkreis 35 mittels als Pfeile 36, 37 dargestellten Kühlträgerleitungen (Fig. 2b: 63, 64) wirkverbunden. Vom Absorber 32 führt eine als Pfeil 38 dargestellte Zuführleitung (Fig. 2a/2b: 68) für eine betriebsstoffreiche Lösung zum Dreifach-Wärmetauscher 15 und von letz­ terem eine als Pfeil 39 dargestellte Zuführleitung (Fig. 2a/2b: 69) für eine betriebsstoffarme Lö­ sung zum Absorber 32. Das Kälteaggregat 10 ist mit­ tel einer gestrichelten Linie 40 gemäß Pfeil 42 in einen oberen Bereich, in welchem der Betriebsge­ samtdruck gleich dem Betriebsstoffdruck ist, und gemäß Pfeil 41 in einen unteren Bereich, in welchem der Betriebsgesamtdruck gleich der Summe des Be­ triebsstoffdrucks und des Hilfsgasdrucks ist, auf­ geteilt. Vorzugsweise ist der Betriebsstoff Ammo­ niak (NH3), der Hilfsstoff Helium (He), die be­ triebsstoffreiche Lösung und die betriebsstoffarme Lösung ein Gemisch aus Ammoniak und Wasser (NH3/H₂O.

Es wird somit vom Austreiber 12 NH3-Dampf mit ge­ ringen anteilen an WO zum Dreifach-Wärmetauscher 15 gefördert (Pfeil 16), von welchem NH3-Dampf in den Kondensator 19 strömt (Pfeil 20) und zu flüssi­ gem NH3 gekühlt wird, wobei das flüssige NH3 an­ schließend in den Verdampfer 24 fließt (Pfeil 25), in welchem NH3 in eine vorgekühlte He-Atmosphäre diffundiert unter Ausbildung eines "schweren", kal­ ten He-NH3-Gasgemischs. Dieses kalte Gasgemisch strömt in den Gaswärmewechsler 29 (Pfeil 30), in welchem selbiges aufgrund einer Wärmeübertragung eines im Gegenstrom durch den Gaswärmewechsler 29 fließenden, warmen He-Stroms (Pfeil 34) erwärmt wird und anschließend zum Absorber 32 strömt (Pfeil 33). Vom Absorber 32 fließt die NH3/H₂O-reiche Lö­ sung zum Dreifach-Wärmetauscher 15 (Pfeil 38) und von dort zum Austreiber 12 (Pfeil 18). Die NH3/H₂O- arme Lösung fließt dagegen zum Dreifach-Wärme­ tauscher 15 (Pfeil 17) und von dort zum Absorber 32 (Pfeil 39). Ferner erfolgt die Entnahme der Kühl­ leistung des Kälteaggregats 10 mittels des Kälte­ mittelkreises 26, der mit dem Verdampfer 24 wirk­ verbunden ist.

Fig. 2a zeigt zusätzlich den vorzugsweise als Gas­ blasenpumpe ausgebildeten Austreiber 12, der mit der thermischen Solaranlage 11 und dem Dreifach- Wärmetauscher 15 wirkverbunden ist. Die thermische Solaranlage 11 weist eine Solarzelleneinheit 72 in Form einer Solarkollektorzelleneinheit auf, welche mittels der Wärmeträgerleitungen 43, 43a, 43b, 44 mit einer Mehrzahl an Steigrohren 45 (in der Fig. 2a sind zwei Steigrohre 45 dargestellt) des Austreibers 12 wirkverbunden ist. Die Wärmeträger­ leitungen 43, 43a und 43b sind mittels eines Um­ schaltventils 78 miteinander derart operativ ver­ bunden, dass ein Wärmeträger von der Solarzellen­ einheit 72 gemäß Pfeil 13 durch die Wärmeträgerlei­ tung 43 zum Umschaltventil 78 gefördert wird, wel­ ches den Wärmeträger durch die Wärmeträgerleitung 43a und/oder 43b gemäß Pfeilen 13a beziehungsweise 13b zum Austreiber 12 führt. Die Steigrohre 45 wei­ sen eingangsseitig eine Berippung 50 (oder Umlenk­ bleche (nicht dargestellt) auf, um eine schnelle, örtlich definierte und zuverlässige Wärmeübertra­ gung vom Wärmeträger der thermischen Solaranlage 11 auf die sich in den Steigrohren 45 befindende, be­ triebsstoffreiche Lösung zu gewährleisten. Zwischen den parallel zueinander beabstandet angeordneten Steigrohren 45 ist eine parallele Rückführleitung 49 zur Förderung einer betriebsstoffarmen Lösung angeordnet. Der Austreiber 12 ist somit als kompak­ tes Rohrbündel (Steigrohre 45 für betriebsstoff­ reiche Lösung, Rückführleitung 49 für betriebs­ stoffarme Lösung) ausgebildet. Die betriebsstoff­ arme Lösung wird vom Austreiber 12 mittels einer Zuführleitung 47 dem Dreifach-Wärmetauscher 15 zu­ geführt und von diesem mittels der Zuführleitung 69 zum Absorber 32 geleitet (siehe auch Fig. 2b). Der Betriebsstoff-Dampf wird mittels der Zuführleitung 51 vom Austreiber 12 zum Dreifach-Wärmetauscher 15 geleitet, in welchem Wasser aus dem Betriebsstoff- Wasserdampf-Gemisch auskondensiert wird und mittels der Leitung 52 gemäß Pfeil 53 zur Zuführleitung 48, welche zur Zuführung der betriebsstoffreichen Lö­ sung in den Austreiber 12 dient, geleitet. Reiner beziehungsweise nahezu reiner Betriebsstoff wird vom Dreifach-Wärmetauscher 15 mittels der Zuführ­ leitung 55 zum Kondensator 19 geführt (siehe auch Fig. 2b). Die Zuführleitung 48 zur Förderung der betriebsstoffreichen Lösung ist mit einem Betriebs­ stoffspeicher 54 wirkverbunden. Eine gestrichelte Linie 70 kennzeichnet den Flüssigkeitsspiegel des Betriebsstoffspeichers 54, während eine gestri­ chelte Linie 71 den Flüssigkeitsspiegel im Einlauf des Absorbers 32 (siehe auch Fig. 2b) darstellt. Der Absorber 32 ist als Rohrbündel ausgebildet mit einer Mehrzahl an Kälteträgerleitungen 65 und einer Mehrzahl an Hilfsgasförderleitungen 62. Ebenso sind der Gaswärmewechsler 29, der Verdampfer 24 und der Kondensator 19 jeweils als kompakte Rohrbündel aus­ gebildet. Der Absorber 32 kann allerdings auch der­ art ausgebildet sein, dass die Kälteträgerleitungen 65 Zwischenräume der Hilfsgasförderleitungen 62 und vorzugsweise mit Umlenkblechen versehen sind.

Der Austreiber 12 benötigt zur Austreibung des Be­ triebsstoffs aus der betriebsstoffreichen Lösung sowie zur Förderung derselben eine bestimmte Min­ destenergiezufuhr von der Solarzelleneinheit 72. Eine Energiezufuhr in den Austreiber 12 unterhalb dieser Grenze würde bei Zuführung des Wärmeträgers durch die Wärmeträgerleitung 43a unterhalb des als gestrichelte Linie 70 gekennzeichneten Flüssig­ keitsspiegels in den Austreiber 12 zu einer uner­ wünschten Verarmung der betriebsstoffreichen Lösung führen, ohne dass selbige gefördert werden würde. Bei längerem Betrieb des Kälteaggregats in einem derartigen Zustand würde die betriebsstoffreiche Lösung im Austreiber 12 weiter an Betriebsstoff verarmen, so dass immer höhere Betriebstemperaturen erforderlich wären, um weiteren Betriebsstoff aus der betriebsstoffreichen Lösung im Austreiber 12 auszutreiben. Dies hat zur Folge, dass das Kälte­ aggregat nicht mehr ohne weiteres in Betrieb genom­ men werden könnte.

Die Bereitstellung einer zweiten Wärmeträgerleitung 43b, die oberhalb des als gestrichelte Linie 70 ge­ kennzeichneten Flüssigkeitsspiegels mit dem Aus­ treiber 12 wirkverbunden ist, ermöglicht vorteil­ hafterweise, dass beim Start des Kälteaggregats auch diejenige Energie zur Vorwärmung des Austrei­ bers 12 genutzt werden kann, welche zum Austreiben des Betriebsstoffs aus der betriebsstoffreichen Lö­ sung nicht ausreicht. Dadurch wird vermieden, dass eine "höherwertige" Energie zur Erwärmung des Aus­ treibers 12 (Material der Rohre) eingesetzt werden muss, so dass diese Energie ausschließlich zum För­ dern der betriebsstoffreichen Lösung im Austreiber 12 und zum Austreiben des Betriebsstoffs aus der­ selben genutzt werden kann. Ferner ist es auch mög­ lich, die betriebsstoffreiche Lösung im Dreifach- Wärmetauscher 15, im Betriebsstoffspeicher 54 und in der Zuführleitung 55 (Dampfleitung), welche zum Kondensator 19 führt, mittels "niederwertiger" So­ larenergie vorzuheizen.

Fig. 3 zeigt einen Austreiber 12 gemäß einer al­ ternativen Ausgestaltung. Dieser Austreiber 12 ent­ spricht im Wesentlichen demjenigen der Fig. 2 und unterscheidet sich dadurch, dass gemäß Fig. 3 die Betriebsstoffdampf-Zuführleitung 51 koaxial durch die Rückführleitung 49 führt. Um eine zuverlässige Trennung des Betriebsstoffdampfes (Zuführleitung 51) und der betriebsstoffarmen Lösung (Rückführ­ leitung 49) im Austreiber 12 zu gewährleisten, ist ein austrittsseitig zu den Steigrohren 45 angeord­ netes, sich konisch in den Austreiber 12 hin ver­ jüngendes, umlaufendes Prallblech 73 vorgesehen. Das Prallblech 73 dient dazu, die betriebsstoffarme Lösung gemäß den Pfeilen 75 in die Rückführleitung 49 zu leiten, während der Betriebsstoffdampf durch einen zwischen dem Prallblech 73 und der Zuführlei­ tung 51 ausgebildeten Spalt gemäß Pfeil 74 in die Zuführleitung 51 geführt wird. Der Austreiber 12 gemäß Fig. 3 ist somit als kompaktes Rohrbündel ausgebildet, mit einer Mehrzahl an Steigrohren 45, einer zentralen Rückführleitung 49 und einer koa­ xial durch die Rückführleitung 49 geführte Zuführ­ leitung 51. Die weiteren Wirkverbindungen des Austreibers 12 beziehungsweise der entsprechenden Förderleitungen mit den zugehörigen Funktionsein­ heiten des Kälteaggregats 10 entsprechen der oben beschriebenen Ausführungsform gemäß den Fig. 1 und 2.

Die einzelnen Funktionseinheiten des Kälteaggregats 10 sind zur Ausbildung von drei auf Schwerkraftum­ lauf basierenden Gas- beziehungsweise Flüssigkeits­ kreisläufen entsprechend räumlich angeordnet und miteinander wirkverbunden. Dabei werden lediglich die externen Kreise für die Kühlung (Kühlmittel­ kreise 21, 26 und 35) und für die thermische Solar­ anlage 11 mittels konventioneller Pumpen aufrecht­ erhalten. Innerhalb des Kälteaggregats erfolgt ein jeweils geschlossener Lösungskreislauf, Kältemit­ telkreislauf und Hilfsgaskreislauf.

Der Lösungskreislauf beginnt im als Gasblasenpumpe ausgebildeten Austreiber 12, welchem mittels der Solaranlage 11 thermische Energie zugeführt wird zur Umwandlung einer betriebsstoffreichen Lösung in ein Gemisch aus dampfförmigem Betriebsstoff und Wasser und in eine betriebsstoffarme Lösung. Die betriebsstoffarme Lösung wird vom Austreiber 12 zum Absorber 32 gefördert, in welchem sich die be­ triebsstoffarme Lösung in der Zuführleitung 69 bis auf einen bestimmten Flüssigkeitsspiegel aufstaut.

Die betriebsstoffarme Lösung wird somit vom Niveau des Flüssigkeitsspiegels (gestrichelte Linie 70) des Betriebsstoffspeichers 54 auf das Niveau des Einlaufs (gestrichelte Linie 71) des Absorbers 32 angehoben. Dabei hängen die Förderhöhe und der Mas­ senstrom der betriebsstoffarmen Lösung von der geo­ metrischen Ausbildung des Austreibers 12, dem Flüs­ sigkeitsspiegel (gestrichelte Linie 70) des Be­ triebsstoffspeichers 54 und somit der Eintauchtiefe der Steigrohre 45 und der Rückführleitung 49 des Austreibers 12 sowie von der Anzahl der Förderrohre (Steigrohre 45, Rückführleitung 49) des Austreibers 12 ab. Die zum Absorber 32 geförderte betriebs­ stoffarme Lösung absorbiert den vom Verdampfer 24 zugeführten Betriebsstoff unter Ausbildung einer betriebsstoffreichen Lösung, welche zur Vorwärmung durch den Dreifach-Wärmetauscher 15 geführt wird und in den Austreiber 12 zurückfließt. Die in den Austreiber 12 zurückfließende, betriebsstoffreiche Lösung steht somit erneut zur Austreibung des Be­ triebsstoffs in selbigem zur Verfügung.

Im Kältemittelkreislauf strömt das im Austreiber 12 verdampfte, heiße Betriebsstoff-Wasser-Dampfgemisch in den Dreifach-Wärmetauscher 15 und wird dort von der entgegenströmenden, vom Absorber 32 kommenden kalten, betriebsstoffreichen Lösung vorgekühlt und rektifiziert. Vom Dreifach-Wärmetauscher 15 steigt der reine Betriebsstoff-Dampf nahe der Kondensa­ tionstemperatur in den Kondensator 19, in welchem durch weiteren Wärmeentzug mittels des Kühlmittel­ kreises 21 der reine Betriebsstoff unter seine Kon­ densationstemperatur abgekühlt wird, so dass der Betriebsstoff-Dampf kondensiert. Der flüssige Be­ triebsstoff fließt anschließend vom Kondensator 19 in den Verdampfer 24, in welchem der flüssige Be­ triebsstoff in eine Hilfsgasatmosphäre diffundiert und dem Kältemittel des Kältemittelkreises 26 Wärme entzieht. Anschließend sinkt das verhältnismäßig schwere Hilfsgas-Betriebsstoff-Gasgemisch in den Absorber 32.

Im Hilfsgaskreislauf wird die Hilfsgasatmosphäre im Verdampfer 24 ständig mit reinem Hilfsgas beauf­ schlagt, um zu vermeiden, dass die Hilfsgasatmo­ sphäre durch den diffundierenden Betriebsstoff ihre Sättigungsgrenze erreicht und somit keine ausrei­ chende Diffusion von flüssigem Betriebsstoff in die Hilfsgasatmosphäre stattfindet. Das verhältnismäßig schwere Betriebsstoff-Hilfsgas-Gemisch sinkt durch die Leitungen 59 vom Verdampfer 24 in den Gaswärme­ tauscher 29 und strömt von diesem durch die Zuführ­ leitung 77 in den Absorber 32. Im Absorber 32 wird der im Gemisch enthaltene Betriebsstoff von der be­ triebsstoffarmen Lösung absorbiert, wobei das nun leichtere, reine Hilfsgas durch die Leitungen 62 vom Absorber 32 im Gegenstrom und unter Vorkühlung mittels des Kühlmittelkreises 35 in den Gaswärme­ wechsler 29 steigt. Von dort strömt das reine Hilfsgas durch die Zuführleitungen 61 und 76 in den oberen Bereich des Verdampfers 24, in welchem es mit diffundierendem Betriebsstoff angereichert wird und anschließend wieder als Betriebsstoff-Hilfsgas- Gemisch in den Absorber 32 zurücksinkt.

Vorteilhafterweise erfüllt der Dreifach-Wärmetau­ scher 15 gleichzeitig drei verschiedene Funktionen, nämlich Vorwärmung der aus dem Austreiber 12 kom­ menden betriebsstoffreichen Lösung, Vorkühlen der zum Absorber 32 strömenden, armen Lösung und Rekti­ fikation des vom Austreiber 12 kommenden NH3-H₂O- Dampfs. Durch die Führung des heißen Dampfgemischs entlang der im Absorber 32 gekühlten betriebsstoff­ reichen Lösung wird der enthaltene Wasserdampf kon­ densiert und fällt als Kondensat in die betriebs­ stoffreiche Lösung zurück. Die freiwerdende Konden­ sations- beziehungsweise Rektifikations-Wärme wird somit ebenfalls zur Vorwärmung der reichen Lösung genutzt. Der Dreifach-Wärmetauscher 15 sorgt somit für eine nahezu vollständige Rückgewinnung der Rek­ tifikationswärme, die vorteilhafterweise dem Aus­ treiber 12 nicht mehr von außen zugeführt werden muss.

Fig. 4 zeigt ein Detail des Absorbers 32 in ver­ größertem Maßstab. Gemäß dieser bevorzugten Ausfüh­ rungsform ist die jeweilige Hilfsgasförderleitung 62 des Absorbers 32 mit einer Kapillarhülse 79 ver­ sehen, welche in Bezug auf die Hilfsgasförderrich­ tung (Pfeile 82) austrittsseitig mit der Leitung 62 wirkverbunden ist. Die Kapillarhülse 79 bildet zu­ sammen mit der Leitung 62 einen umfangsförmig sich erstreckenden Kapillarspalt 81, durch welchen die betriebsstoffarme Lösung (Flüssigkeit) gemäß den Pfeiler 83 und 84 strömen kann. Die betriebsstoff­ arme Lösung wird somit mittels der Zuführleitung 69 in den Absorber 32 geführt und aufgrund der vorlie­ genden Kapillarwirkung gemäß den Pfeilen 83, 84 in die jeweilige Hilfsgasförderleitung 62 des Absor­ bers 32 gefördert, in welcher selbige entlang deren Wandung nach unten gleitet (Pfeile 84). Das Hilfs­ gas wird gemäß den Pfeilen 82 durch die Hilfsgas­ förderleitung 62 und durch eine zentrale Längsboh­ rung 80 der Kapillarhülse 79 geführt und strömt ge­ mäß den Pfeilen 34 zur Zuführleitung 61, welche den Absorber 32 mit dem Gaswärmewechsler 29 wirkverbin­ det. Eine mit einem Mantelrohr 86 des Absorbers 32 verbundene Trennplatte 85 ermöglicht, dass die be­ triebsstoffarme Lösung im Absorber 32 flüssigkeits­ dicht bis auf einen bestimmten Flüssigkeitsspiegel (Fig. 2b: gestrichelte Linie 71) aufgestaut werden kann. Eine mit einer Kapillarhülse 79 ausgestat­ tete, jeweilige Hilfsgasförderleitung 62 ist vor­ teilhaft, da aufgrund der jeweils vorliegenden Ka­ pillarwirkung im entsprechenden Kapillarspalt 81 eine gleichmäßige Verteilung der betriebsstoffarmen Lösung auf die einzelnen Hilfsgasförderleitungen 62 im Absorber 32 gewährleistet wird, unabhängig vom jeweils vorliegenden Flüssigkeitsniveau der be­ triebsstoffarmen Lösung im Absorber 32 beziehungs­ weise von der durch die Zuführleitung 69 gemäß den Pfeilen 39 in den Absorber 32 strömenden Flüssig­ keitsmenge an betriebsstoffarmer Lösung. Insbeson­ dere bei einer Schräglage (nicht dargestellt) des Absorbers 32 wird mittels der Kapillarhülsen 79 aufgrund der sich einstellenden Kapillarwirkung vermieden, dass einige Hilfsgasförderleitungen 62 komplett mit der betriebsstoffarmen Lösung gefüllt und die restlichen Hilfsgasförderleitungen 62 nicht mit betriebsstoffarmer Lösung beaufschlagt werden, so dass der Absorber 32 wenigstens nicht vollstän­ dig funktionsfähig wäre.

Gemäß einer bevorzugten und nicht dargestellten Ausführungsform können die Hilfsgasförderleitungen 62 jeweils an ihrem in das Innere der Kapillarhülse 79 ragenden freien Ende mit einer Mehrzahl von als Abstandshalter wirkenden Vorsprüngen versehen sein, mittels welchen in verhältnismäßig einfacher Weise eine in Bezug auf die entsprechende Hilfsgasförder­ leitung 62 koaxiale Positionierung der jeweiligen Kapillarhülse 79 möglich ist. Derartige Vorsprünge am freien Ende der jeweiligen Hilfsgasförderleitung 62 sind vorzugsweise gleichförmig über deren Umfang verteilt und voneinander ausreichend weit beabstan­ det, so dass eine freie Durchströmung der betriebs­ stoffarmen Lösung durch den Kapillarspalt gemäß Pfeilen 83 und 84 gewährleistet ist.

Entsprechend einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform können auch die Leitungen 59 des Verdampfers 24 an ihrem oberen, freien Ende mit einer entsprechenden Kapillarhülse 79 gemäß Fig. 4 versehen sein.

Claims (11)

1. Kälteaggregat, das mittels einer thermischen So­ aranlage als Energiequelle betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kälteaggregat (10) als Diffusions-Absorptions-Kälteaggregat ausgebildet ist.

2. Kälteaggregat nach Ansprüch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass es einen Austreiber (12), einen Dreifach-Wärmetauscher (15), einen Kondensator (19), einen Verdampfer (24), einen Gaswärmewechsler (29), einen Absorber (32) und einen Betriebsstoff­ speicher (54) aufweist, welche unter Ausbildung eines geschlossenen Betriebsstoffkreises miteinan­ der wirkverbunden sind.

3. Kälteaggregat nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ther­ mische Solaranlage (72) mit einem als Gasblasen­ pumpe ausgebildeten Austreiber (12) zur Desorbie­ rung und Verdampfung eines in einer Lösung enthal­ tenen Betriebsstoffs wirkverbindbar ist.

4. Kälteaggregat nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrei­ ber (12) wenigstens ein Steigrohr (45) aufweist, das eintrittsseitig mit einer die Verdampfung des im Steigrohr (45) enthaltenen Betriebsstoffs be­ günstigenden Berippung (50) versehen ist.

5. Kälteaggregat nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrei­ ber (12) eine Mehrzahl an parallelen, zueinander beabstandeten Steigrohren (45) zur Förderung einer betriebsstoffreichen Lösung aufweist, wobei zwi­ schen wenigstens zwei Steigrohren (45) eine paral­ lele Rückführleitung (49) zur Förderung einer be­ triebsstoffarmen Lösung angeordnet ist.

6. Kälteaggregat nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrei­ ber (12) eintrittsseitig zum Steigrohr (45) mit einer vom Dreifach-Wärmetauscher (15) kommenden Zu­ führleitung (48) zur Förderung der betriebsstoff­ reichen Lösung, austrittsseitig zum Steigrohr (45) mit einer zum Dreifach-Wärmetauscher (15) führenden Betriebsstoffdampf-Zuführleitung (51) und aus­ trittsseitig zur Rückführleitung (49) mit einer zum Dreifach-Wärmetauscher (15) führenden Zuführleitung (47) zur Förderung der betriebsstoffarmen Lösung wirkverbunden ist.

7. Kälteaggregat nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebs­ stoffdampf-Zuführleitung (51) im Wesentlichen ko­ axial durch die Rückführleitung (49) führt.

8. Kälteaggregat nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steigrohr (45) eine blasenbildungsfördernde Innenstrukturie­ rung aufweist.

9. Kälteaggregat nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebs­ stoff Ammoniak (NH3) und die Lösung ein Gemisch aus Ammoniak und Wasser (NH3/H₂O) ist.

10. Kälteaggregat nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ther­ mische Solaranlage (72) über die gesamte Längs­ erstreckung des Steigrohrs (45) des Austreibers (12) mit selbigem wirkverbunden ist.

11. Kälteaggregat nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Förderleitun­ gen (62, 59) des Absorbers (32) und/oder des Ver­ dampfers (24) an ihrem jeweiligen oberen, freien Ende mit einer entsprechenden Kapillarhülse (79) versehen sind.