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Die Erfindung betrifft ein Kälteaggregat, das mittels einer thermischen Solaranlage als Energiequelle betreibbar ist, gemäß Anspruch 1.
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Kälteaggregate der hier angesprochenen Art, wie beispielsweise Absorptionskälteaggregate oder Kompressionskälteaggregate, sind bekannt. Die Absorptionskälteaggregate erfordern bei Solarbetrieb nachteilhafterweise einen hohen regelungstechnischen und investiven Aufwand insbesondere hinsichtlich einer kontinuierlichen Nachheizung beziehungsweise Wärmespeicherung. Dabei sind die Absorptionskälteaggregate auf einen verhältnismäßig engen Temperatur- und Durchflussmengenbetriebsbereich beschränkt. Auch die bekannten, photovoltaisch betriebenen, Kompressionskälteaggregate sind durch einen hohen investiven Aufwand gekennzeichnet und weisen einen verhältnismäßig niedrigen Wirkungsgrad auf. Diese bekannten Kälteaggregate sind insbesondere im mittleren Leistungsbereich nicht zu einer problemlosen und wirtschaftlichen Betreibung mit thermischen Solaranlagen geeignet.
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Aus der
JP 59170664 A ist ein Kälteaggregat bekannt, das mittels einer thermischen Solaranlage als Energiequelle betreibbar ist und das als Diffusions-Absorptions-Kälteaggregat ausgebildet ist.
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Aus der
EP 0 419 606 B1 ist ein Diffusions-Absorptions-Kälteaggregat mit einem Austreiber bekannt. Der Austreiber weist mehrere Steigrohre auf, deren untere Endbereiche mit einem Gasbrenner in Wirkverbindung stehen.
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Aus der
US 2,048,355 A ist ein Kühlschrank mit einem Absorbtions-Kälteaggregat bekannt.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Kälteaggregat der eingangs genannten Art zu schaffen, welches in zuverlässiger, effektiver und betriebsfreundlicher Weise mittels einer thermischen Solaranlage, insbesondere im kleineren bis mittleren Kälteleistungsbereich, betreibbar ist.
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Zur Lösung der Aufgabe wird ein Kälteaggregat mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen, das als Diffusions-Absorptions-Kälteaggregat ausgebildet und mittels einer thermischen Solaranlage als Energiequelle betreibbar ist, wobei das Kälteaggregat einen als Gasblasenpumpe ausgebildeten Austreiber, der mindestens ein Steigrohr aufweist, einen Dreifach-Wärmetauscher, einen Kondensator, einen Verdampfer, einen Gaswärmewechsler, einen Absorber und einen Betriebsstoffspeicher aufweist, welche unter Ausbildung eines geschlossenen Betriebsstoffkreises miteinander wirkverbunden sind, und wobei die thermische Solaranlage über die gesamte Längserstreckung des Steigrohrs mit dem Austreiber zur Desorbierung und Verdampfung eines in einer Lösung enthaltenen Betriebsstoffs wirkverbindbar ist. Ein Diffusions-Absorptions-Kälteaggregat ist in besonders zuverlässiger und wirkungsgradgünstiger Weise mittels einer thermischen Solaranlage als Energiequelle betreibbar. Dieses betriebsgünstige Verhalten ist auch in einem kleineren bis mittleren Kälteleistungsbereich erzielbar. Ein Diffusions-Absorptions-Kälteaggregat ist vorteilhafterweise geeignet, mittels verschiedenartiger Energiequellen betreibbar zu sein. Dabei kann als Energiequelle eine thermische Solaranlage sowie auch ein anderer Wärmeträgerkreislauf, beispielsweise aus einem Wärmerückgewinnungsprozess, zur alternativen beziehungsweise sich ergänzenden Energiebeaufschlagung des Kälteaggregats eingesetzt werden. Ein Diffusions-Absorptions-Kälteaggregat ist somit vorteilhafterweise geeignet, in flexibler und betriebsgünstiger Weise mittels einer thermischen Solaranlage sowie gegebenenfalls weiterer, anderer Energiequellen mit thermischer Energie beaufschlagt zu werden. Erfindungsgemäß weist das Kälteaggregat den Austreiber, den Dreifach-Wärmetauscher, den Kondensator, den Verdampfer, den Gaswärmewechsler, den Absorber und den Betriebsstoffspeicher auf, welche unter Ausbildung des geschlossenen Betriebsstoffkreises miteinander wirkverbunden sind. Das durch einen geschlossenen Betriebsstoffkreis gekennzeichnete Kälteaggregat kann als hermetisch geschlossenes Kompaktaggregat ausgebildet werden, das sich durch eine vorteilhafte Standortunabhängigkeit auszeichnet. Es wird lediglich mittels thermischer Energie betrieben und bedarf somit vorteilhafterweise keiner elektrischen Energiezuführung. Da zum Betreiben des Kälteaggregats keine mechanisch arbeitenden Komponenten innerhalb des Kälteaggregats, wie zum Beispiel Pumpen, erforderlich sind, ist selbiges wartungsfreundlich, verhältnismäßig kostengünstig und kann wenigstens nahezu geräuschlos betrieben werden. Ferner ist es möglich, das Kälteaggregat als unabhängige Modulbaugruppe auszugestalten, so dass auch Parallelschaltungen mehrerer Kälteaggregate in verhältnismäßig einfacher Weise realisierbar sind. Es ist vorgesehen, dass die thermische Solaranlage mit dem als Gasblasenpumpe ausgebildeten Austreiber zur Desorbierung und Verdampfung des in der Lösung enthaltenen Betriebsstoffs wirkverbindbar ist. 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 Wärmeübertragung, die Grundvoraussetzung für eine zuverlässige und effektive Desorbierung und Verdampfung des Betriebsstoffs (Ammoniak) ist. Erfindungsgemäß ist die thermische Solaranlage über die gesamte Längserstreckung des Steigrohrs des Austreibers mit selbigem wirkverbunden. Mittels einer Erwärmung des Steigrohrs über dessen gesamte Längserstreckung wird in zuverlässiger Weise vermieden, dass aufgrund einer nicht erwünschten Abkühlung in einem nicht erwärmten Bereich des Steigrohrs bereits ausgetriebenes, dampfförmiges NH3 kondensiert und somit eine beabsichtigte Volumenvergrößerung des in dem Steigrohr enthaltenen Betriebsstoffs rückgängig macht, was zu einer Einstellung der Förderung des Betriebsstoffs beziehungsweise der betriebsstoffarmen Lösung führen würde. Dabei sind die Steigrohre vorzugsweise jeweils eingangsseitig mit einer Berippung versehen zur Beheizung des Dreifach-Wärmetauschers, eines Betriebsstoffspeichers und einer zum Kondensator führenden Zuführleitung (Dampfleitung).
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Steigrohr eintrittsseitig mit einer die Verdampfung des im Steigrohr enthaltenen Betriebsstoffs begünstigenden Berippung versehen. Das Steigrohr des als Gasblasenpumpe ausgebildeten Austreibers enthält eine betriebsstoffreiche Lösung, welche aufgrund der Verdampfung des Betriebsstoffs im Steigrohr eine Volumenvergrößerung erfährt, so dass sie ein Betriebsvolumen einnimmt, das ein Vielfaches des ursprünglichen Volumenwerts, das heißt des noch nicht verdampften Betriebsstoffs, beträgt. Aufgrund dieser Volumenvergrößerung steigt der Spiegel des dampfförmigen Betriebsstoffs beziehungsweise des Betriebsstoff-Gemischs im Steigrohr auf eine entsprechende Betriebsförderhöhe. Wenn diese Betriebsförderhöhe die Länge des Steigrohrs aufgrund einer entsprechenden Volumenvergrößerung des Betriebsstoffgemischs beziehungsweise einer Verdampfung des Betriebsstoffs überschreitet, setzt die Förderung des dampfförmigen Betriebsstoffs beziehungsweise einer restlichen betriebsstoffarmen Lösung zu weiteren Funktionseinheiten des Kälteaggregats ein, welche miteinander in Form eines geschlossenen Betriebsstoffkreises 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.
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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 ermöglicht eine kompakte und rohrbündelartige Ausbildung des Austreibers, wobei vorteilhafterweise die außen angeordneten Steigrohre in Wirkungsgrad- und betriebsgünstiger Weise mittels einer thermischen Energiequelle (Solaranlage) mit Wärmeenergie beaufschlagt werden können, während die zwischenangeordnete, parallele Rückführleitung, durch welche eine erwärmte, betriebstoffarme Lösung gefördert wird, eine zusätzliche Erwärmung der äußeren Steigrohre ermöglicht beziehungsweise einer Abkühlung derselben entgegenwirkt. Die vom Austreiber nach außen abstrahlende und somit nicht aktiv genutzte Wärmemenge wird aufgrund einer kompakten Rohrbündelanordnung von äußeren Steigrohren und einer mittig angeordneten Rückführleitung in effektiver Weise reduziert.
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Vorzugsweise ist der Austreiber eintrittsseitig zum Steigrohr mit einer vom Dreifach-Wärmetauscher kommenden Zuführleitung zur Förderung der betriebsstoffreichen Lösung, austrittsseitig zum Steigrohr mit einer zum Dreifach-Wärmetauscher führenden Betriebsstoffdampf-Zuführleitung und austrittsseitig zur Rückführleitung mit einer zum Dreifach-Wärmetauscher führenden Zuführleitung zur Förderung der betriebsstoffarmen Lösung wirkverbunden. Der vorzugsweise 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 Ausbildung eines geschlossenen Betriebsstoffkreises in Wirkverbindung steht. Dabei werden im Austreiber nach Aktivierung des Kälteaggregats gleichzeitig eine betriebsstoffreiche Lösung, eine betriebsstoffarme Lösung und Betriebsstoffdampf gefördert.
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Vorteilhafterweise führt die Betriebsstoffdampf-Zuführleitung im Wesentlich koaxial durch die Rückführleitung. Ein derartiger Austreiber ist besonders kompakt ausgebildet und zeichnet sich durch eine besonders effektive und zuverlässige Desorbierung und Verdampfung eines Betriebsstoffs in einer in dem jeweiligen Steigrohr enthaltenen betriebsstoffreichen Lösung aus, da eine nicht erwünschte Wärmeabstrahlung aus dem Austreiber in die Umgebung aufgrund der kompakten Rohrbündelanordnung um ein erhebliches Maß reduziert werden kann.
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Mit Vorteil weist das Steigrohr eine blasenbildungsfördernde Innenstrukturierung auf. Eine derartige Innenstrukturierung im Steigrohr kann beispielsweise mittels einer Beschichtung und/oder einer Aufrauhung der Innenoberfläche erzielt werden und dient zu einer erwünschten Blasenbildung in einer betriebsstoffreichen Lösung in einem definierten Bereich im Steigrohr aufgrund von durch die Innenstrukturierung hervorgerufenen, erwünschten Verwirbelung derselben Lösung. Der als Gasblasenpumpe ausgebildete Austreiber ist unter Einsatz von derartigen Steigrohren zu einer besonders effektiven Desorbierung, Verdampfung und Förderung eines in einer betriebsstoffreichen Lösung enthaltenen Betriebsstoffs und zur Förderung der betriebstoffarmen Lösung geeignet.
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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 Kälteaggregats geeignet. Dabei kann ein gegebenenfalls zur Betreibung des Kälteaggregats eingesetztes Hilfsgas Helium (He) sein.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung.
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Die Erfindung wird nachfolgend in mehreren Ausführungsbeispielen anhand einer zugehörigen Zeichnung näher erläutert: Es zeigen:
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1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Kälteaggregats;
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2a eine schematische Darstellung eines ersten Teils des Kälteaggregats gemäß 1;
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2b eine schematische Darstellung eines zweiten Teils des Kälteaggregats gemäß 1;
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3 eine alternative Ausführungsform eines Austreibers des Kälteaggregats gemäß 2 und
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4 eine schematische Darstellung einer eine Kapillarhülse aufweisenden Förderleitung in vergrößertem Maßstab.
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1 zeigt ein Blockschaltbild eines Kälteaggregats 10. Ferner zeigen die 2a und 2b, die sich als Teilfiguren einander ergänzen, das Kälteaggregat 10 gemäß 1 in schematischer Darstellung. Das Kälteaggregat 10 weist einen Austreiber 12 auf, welcher mit einer thermischen Solaranlage 11 mittels als Pfeile 13, 14 dargestellten Wärmeträgerleitungen (2a: 43, 43a, 43b, 44) wirkverbunden ist. Vom Austreiber 12 fuhrt eine als Pfeil 16 dargestellte Betriebsstoffdampf-Zuführleitung (2a: 51) und eine als Pfeil 17 dargestellte Zuführleitung (2a: 47) zur Förderung einer betriebsstoffarmen Losung zu einem Dreifach-Wärmetauscher 15, von welchem eine als Pfeil 18 dargestellte Zuführleitung (2a: 48) zur Forderung einer betriebsstoffreichen Lösung zum Austreiber 12 führt. Der Dreifach-Warmetauscher 15 ist mit einem Kondensator 19 mittels einer als Pfeil 20 dargestellten Zuführleitung (2a/2b: 55) von Betriebsstoff-Dampf und gegebenenfalls mit geringen Anteilen an Wasser (H2O) wirkverbunden. Der Kondensator 19 steht mit einem Kühlmittelkreis 21 mittels als Pfeile 22, 23 dargestellten Kühltragerleitungen (2b: 56, 57) in Wirkverbindung. Vom Kondensator 19 fuhrt eine als Pfeil 25 dargestellte Zuführleitung (2b: 58) für flüssigen Betriebsstoff zu einem Verdampfer 24, der mit einem Kältemittelkreis 26 mittels als Pfeile 27, 28 dargestellten Kaltetragerleitungen (2b: 60) wirkverbunden ist. Vom Verdampfer 24 führt eine als Pfeil 30 dargestellte Zufuhrleitung (2b: 59) fur ein Gasgemisch aus verdampftem Betriebsstoff und einem Hilfsgas zu einem Gaswärmewechsler 29, welcher mittels einer als Pfeil 31 dargestellten Zuführleitung (2b: 76) für das vorgekühlte Hilfsgas mit dem Verdampfer 24 in operativem Wirkkontakt steht. Der Gaswarmewechsler 29 ist mittels einer als Pfeil 33 dargestellten Zuführleitung (2b: 77) für das erwarmte Gasgemisch, bestehend aus dem Betriebsstoff und dem Hilfsgas mit einem Absorber 32 wirkverbunden, von welchem eine als Pfeil 34 dargestellte Zufuhrleitung (2b: 61) für warmes Hilfsgas zum Gaswärmewechsler 29 fuhrt. Der Absorber 32 ist mit einem Kühlmittelkreis 35 mittels als Pfeile 36, 37 dargestellten Kühlträgerleitungen (2b: 63, 64) wirkverbunden. Vom Absorber 32 fuhrt eine als Pfeil 38 dargestellte Zuführleitung (2a/2b: 68) für eine betriebsstoffreiche Lösung zum Dreifach-Warmetauscher 15 und von letzterem eine als Pfeil 39 dargestellte Zufuhrleitung (2a/2b: 69) für eine betriebsstoffarme Losung zum Absorber 32. Das Kalteaggregat 10 ist mittel einer gestrichelten Linie 40 gemaß Pfeil 42 in einen oberen Bereich, in welchem der Betriebsgesamtdruck gleich dem Betriebsstoffdruck ist, und gemäß Pfeil 41 in einen unteren Bereich, in welchem der Betriebsgesamtdruck gleich der Summe des Betriebsstoffdrucks und des Hilfsgasdrucks ist, aufgeteilt. Vorzugsweise ist der Betriebsstoff Ammoniak (NH3), der Hilfsstoff Helium (He), die betriebsstoffreiche Lösung und die betriebsstoffarme Losung ein Gemisch aus Ammoniak und Nasser (NH3/H2O).
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Es wird somit vom Austreiber 12 NH3-Dampf mit geringen anteilen an H2O zum Dreifach-Warmetauscher 15 gefordert (Pfeil 16), von welchem NH3-Dampf in den Kondensator 19 strömt (Pfeil 20) und zu flüssigem NH3 gekühlt wird, wobei das flüssige NH3 anschließend in den Verdampfer 24 fließt (Pfeil 25), in welchem NH3 in eine vorgekühlte He-Atmosphäre diffundiert unter Ausbildung eines ”schweren”, kalten He-NH3-Gasgemischs. Dieses kalte Gasgemisch strömt in den Gaswarmewechsler 29 (Pfeil 30), in welchem selbiges aufgrund einer Warmeübertragung 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 Lösung zum Dreifach-Wärmetauscher 15 (Pfeil 38) und von dort zum Austreiber 12 (Pfeil 18). Die NH3/H2O-arme Losung fließt dagegen zum Dreifach-Wärmetauscher 15 (Pfeil 17) und von dort zum Absorber 32 (Pfeil 39). Ferner erfolgt die Entnahme der Kühlleistung des Kälteaggregats 10 mittels des Kältemittelkreises 26, der mit dem Verdampfer 24 wirkverbunden ist.
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2a zeigt zusätzlich den vorzugsweise als Gasblasenpumpe 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 Warmeträgerleitungen 43, 43a, 43b, 44 mit einer Mehrzahl an Steigrohren 45 (in der 2a sind zwei Steigrohre 45 dargestellt) des Austreibers 12 wirkverbunden ist. Die Wärmeträgerleitungen 43, 43a und 43b sind mittels eines Umschaltventils 78 miteinander derart operativ verbunden, dass ein Wärmeträger von der Solarzelleneinheit 72 gemäß Pfeil 13 durch die Warmeträgerleitung 43 zum Umschaltventil 78 gefördert wird, welches den Warmetrager durch die Wärmeträgerleitung 43a und/oder 43b gemaß Pfeilen 13a beziehungsweise 13b zum Austreiber 12 führt. Die Steigrohre 45 weisen eingangsseitig eine Berippung 50 (oder Umlenkbleche – nicht dargestellt) auf, um eine schnelle, ortlich definierte und zuverlassige Wärmeübertragung vom Wärmetrager der thermischen Solaranlage 11 auf die sich in den Steigrohren 45 befindende, betriebsstoffreiche Losung zu gewährleisten. Zwischen den parallel zueinander beabstandet angeordneten Steigrohren 45 ist eine parallele Rückfuhrleitung 49 zur Förderung einer betriebsstoffarmen Lösung angeordnet. Der Austreiber 12 ist somit als kompaktes Rohrbundel (Steigrohre 45 für betriebsstoffreiche Lösung, Rückführleitung 49 für betriebsstoffarme Lösung) ausgebildet. Die betriebsstoffarme Lösung wird vom Austreiber 12 mittels einer Zufuhrleitung 47 dem Dreifach-Warmetauscher 15 zugefuhrt und von diesem mittels der Zuführleitung 69 zum Absorber 32 geleitet (siehe auch 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 Lösung in den Austreiber 12 dient, geleitet. Reiner beziehungsweise nahezu reiner Betriebsstoff wird vom Dreifach-Wärmetauscher 15 mittels der Zuführleitung 55 zum Kondensator 19 geführt (siehe auch 2b). Die Zuführleitung 48 zur Förderung der betriebsstoffreichen Lösung ist mit einem Betriebsstoffspeicher 54 wirkverbunden. Eine gestrichelte Linie 70 kennzeichnet den Flüssigkeitsspiegel des Betriebsstoffspeichers 54, während eine gestrichelte Linie 71 den Flüssigkeitsspiegel im Einlauf des Absorbers 32 (siehe auch 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 ausgebildet. Der Absorber 32 kann allerdings auch derart ausgebildet sein, dass die Kälteträgerleitungen 65 Zwischenraume der Hilfsgasförderleitungen 62 und vorzugsweise mit Umlenkblechen versehen sind.
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Der Austreiber 12 benotigt zur Austreibung des Betriebsstoffs aus der betriebsstoffreichen Lösung sowie zur Förderung derselben eine bestimmte Mindestenergiezufuhr von der Solarzelleneinheit 72. Eine Energiezufuhr in den Austreiber 12 unterhalb dieser Grenze würde bei Zuführung des Wärmeträgers durch die Warmetragerleitung 43a unterhalb des als gestrichelte Linie 70 gekennzeichneten Flüssigkeitsspiegels in den Austreiber 12 zu einer unerwünschten Verarmung der betriebsstoffreichen Lösung führen, ohne dass selbige gefördert werden wurde. Bei langerem 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 Kalteaggregat nicht mehr ohne weiteres in Betrieb genommen werden könnte.
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Die Bereitstellung einer zweiten Warmeträgerleitung 43b, die oberhalb des als gestrichelte Linie 70 gekennzeichneten Flüssigkeitsspiegels mit dem Austreiber 12 wirkverbunden ist, ermoglicht vorteilhafterweise, dass beim Start des Kalteaggregats hafterweise, dass beim Start des Kälteaggregats auch diejenige Energie zur Vorwärmung des Austreibers 12 genutzt werden kann, welche zum Austreiben des Betriebsstoffs aus der betriebsstoffreichen Losung nicht ausreicht. Dadurch wird vermieden, dass eine ”höherwertige” Energie zur Erwarmung des Austreibers 12 (Material der Rohre) eingesetzt werden muss, so dass diese Energie ausschließlich zum Fordern der betriebsstoffreichen Lösung im Austreiber 12 und zum Austreiben des Betriebsstoffs aus derselben genutzt werden kann. Ferner ist es auch möglich, die betriebsstoffreiche Lösung im Dreifach-Warmetauscher 15, im Betriebsstoffspeicher 54 und in der Zufuhrleitung 55 (Dampfleitung), welche zum Kondensator 19 führt, mittels ”niederwertiger” Solarenergie vorzuheizen.
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3 zeigt einen Austreiber 12 gemaß einer alternativen Ausgestaltung. Dieser Austreiber 12 entspricht im Wesentlichen demjenigen der 2 und unterscheider sich dadurch, dass gemäß 3 die Betriebsstoffdampf-Zuführleitung 51 koaxial durch die Ruckfuhrleitung 49 fuhrt. Um eine zuverlässige Trennung des Betriebsstoffdampfes (Zuführleitung 51) und der betriebsstoffarmen Lösung (Rückführleitung 49) im Austreiber 12 zu gewährleisten, ist ein austrittsseitig zu den Steigrohren 45 angeordnetes, sich konisch in den Austreiber 12 hin verjüngendes, umlaufendes Prallblech 73 vorgesehen. Das Prallblech 73 dient dazu, die betriebsstoffarme Lösung gemäß den Pfeilen 75 in die Ruckführleitung 49 zu leiten, während der Betriebsstoffdampf durch einen zwischen dem Prallblech 73 und der Zuführleitung 51 ausgebildeten Spalt gemäß Pfeil 74 in die Zufuhrleitung 51 gefuhrt wird. Der Austreiber 12 gemäß 3 ist somit als kompaktes Rohrbundel ausgebildet, mit einer Mehrzahl an Steigrohren 45, einer zentralen Rückführleitung 49 und einer koaxial durch die Rückführleitung 49 geführte Zuführleitung 51. Die weiteren Wirkverbindungen des Austreibers 12 beziehungsweise der entsprechenden Forderleitungen mit den zugehorigen Funktionseinheiten des Kalteaggregats 10 entsprechen der oben beschriebenen Ausführungsform gemäß den 1 und 2.
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Die einzelnen Funktionseinheiten des Kälteaggregats 10 sind zur Ausbildung von drei auf Schwerkraftumlauf basierenden Gas- beziehungsweise Flüssigkeitskreislaufen entsprechend räumlich angeordnet und miteinander wirkverbunden. Dabei werden lediglich die externen Kreise für die Kühlung (Kühlmittelkreise 21, 26 und 35) und für die thermische Solaranlage 11 mittels konventioneller Pumpen aufrechterhalten. Innerhalb des Kälteaggregats erfolgt ein jeweils geschlossener Lösungskreislauf, Kältemittelkreislauf und Hilfsgaskreislauf.
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Der Losungskreislauf 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 betriebsstoffarme Lösung in der Zuführleitung 69 bis auf einen bestimmten Flussigkeitsspiegel aufstaut.
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Die betriebsstoffarme Losung wird somit vom Niveau des Flussigkeitsspiegels (gestrichelte Linie 70) des Betriebsstoffspeichers 54 auf das Niveau des Einlaufs (gestrichelte Linie 71) des Absorbers 32 angehoben. Dabei hängen die Forderhöhe und der Massenstrom der betriebsstoffarmen Lösung von der geometrischen Ausbildung des Austreibers 12, dem Flüssigkeitsspiegel (gestrichelte Linie 70) des Betriebsstoffspeichers 54 und somit der Eintauchtiefe der Steigrohre 45 und der Ruckfuhrleitung 49 des Austreibers 12 sowie von der Anzahl der Förderrohre (Steigrohre 45, Ruckführleitung 49) des Austreibers 12 ab. Die zum Absorber 32 geforderte betriebsstoffarme Losung absorbiert den vom Verdampfer 24 zugeführten Betriebsstoff unter Ausbildung einer betriebsstoffreichen Lösung, welche zur Vorwärmung durch den Dreifach-Warmetauscher 15 geführt wird und in den Austreiber 12 zurückfließt. Die in den Austreiber 12 zurückfließende, betriebsstoffreiche Lösung steht somit erneut zur Austreibung des Betriebsstoffs in selbigem zur Verfugung.
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Im Kaltemittelkreislauf 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 Losung vorgekühlt und rektifiziert. Vom Dreifach-Warmetauscher 15 steigt der reine Betriebsstoff-Dampf nahe der Kondensationstemperatur in den Kondensator 19, in welchem durch weiteren Wärmeentzug mittels des Kühlmittelkreises 21 der reine Betriebsstoff unter seine Kondensationstemperatur abgekühlt wird, so dass der Betriebsstoff-Dampf kondensiert. Der flüssige Betriebsstoff fließt anschließend vom Kondensator 19 in den Verdampfer 24, in welchem der flussige Betriebsstoff in eine Hilfsgasatmosphäre diffundiert und dem Kältemittel des Kältemittelkreises 26 Wärme entzieht. Anschließend sinkt das verhältnismäßig schwere Hilfsgas-Betriebsstoff-Gasgemisch in den Absorber 32.
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Im Hilfsgaskreislauf wird die Hilfsgasatmosphare im Verdampfer 24 ständig mit reinem Hilfsgas beaufschlagt, um zu vermeiden, dass die Hilfsgasatmosphare durch den diffundierenden Betriebsstoff ihre Sättigungsgrenze erreicht und somit keine ausreichende Diffusion von flüssigem Betriebsstoff in die Hilfsgasatmosphäre stattfindet. Das verhältnismäßig schwere Betriebsstoff-Hilfsgas-Gemisch sinkt durch die Leitungen 59 vom Verdampfer 24 in den Gaswärmetauscher 29 und strömt von diesem durch die Zuführleitung 77 in den Absorber 32. Im Absorber 32 wird der im Gemisch enthaltene Betriebsstoff von der betriebsstoffarmen 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 Gaswärmewechsler 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 zurucksinkt.
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Vorteilhafterweise erfullt der Dreifach-Warmetauscher 15 gleichzeitig drei verschiedene Funktionen, namlich Vorwarmung der aus dem Austreiber 12 kommenden betriebsstoffreichen Lösung, Vorkühlen der zum Absorber 32 strömenden, armen Lösung und Rektifikation des vom Austreiber 12 kommenden NH3-H2O-Dampfs. Durch die Führung des heißen Dampfgemischs entlang der im Absorber 32 gekühlten betriebsstoffreichen Losung wird der enthaltene Wasserdampf kondensiert und fällt als Kondensat in die betriebsstoffreiche Lösung zurück. Die freiwerdende Kondensations- beziehungsweise Rektifikations-Wärme wird somit ebenfalls zur Vorwärmung der reichen Lösung genutzt. Der Dreifach-Wärmetauscher 15 sorgt somit für eine nahezu vollständige Rückgewinnung der Rektifikationswarme, die vorteilhafterweise dem Austreiber 12 nicht mehr von außen zugeführt werden muss.
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4 zeigt ein Detail des Absorbers 32 in vergroßertem Maßstab. Gemaß dieser bevorzugten Ausführungsform ist die jeweilige Hilfsgasförderleitung 62 des Absorbers 32 mit einer Kapillarhulse 79 versehen, welche in Bezug auf die Hilfsgasförderrichtung (Pfeile 82) austrittsseitig mit der Leitung 62 wirkverbunden ist. Die Kapillarhülse 79 bildet zusammen mit der Leitung 62 einen umfangsförmig sich erstreckenden Kapillarspalt 81, durch welchen die betriebsstoffarme Lösung (Flüssigkeit) gemäß den Pfeilen 83 und 84 strömen kann. Die betriebsstoffarme Lösung wird somit mittels der Zufuhrleitung 69 in den Absorber 32 geführt und aufgrund der vorliegenden Kapillarwirkung gemäß den Pfeilen 83, 84 in die jeweilige Hilfsgasförderleitung 62 des Absorbers 32 gefördert, in welcher selbige entlang deren Wandung nach unten gleitet (Pfeile 84). Das Hilfsgas wird gemäß den Pfeilen 82 durch die Hilfsgasforderleitung 62 und durch eine zentrale Langsbohrung 80 der Kapillarhülse 79 gefuhrt und strömt gemäß den Pfeilen 34 zur Zuführleitung 61, welche den Absorber 32 mit dem Gaswärmewechsler 29 wirkverbindet. Eine mit einem Mantelrohr 86 des Absorbers 32 verbundene Trennplatte 85 ermöglicht, dass die betriebsstoffarme Losung im Absorber 32 flüssigkeitsdicht bis auf einen bestimmten Flüssigkeitsspiegel (2b: gestrichelte Linie 71) aufgestaut werden kann. Eine mit einer Kapillarhülse 79 ausgestattete, jeweilige Hilfsgasforderleitung 62 ist vorteilhaft, da aufgrund der jeweils vorliegenden Kapillarwirkung im entsprechenden Kapillarspalt 81 eine gleichmaßige Verteilung der betriebsstoffarmen Lösung auf die einzelnen Hilfsgasförderleitungen 62 im Absorber 32 gewährleistet wird, unabhängig vom jeweils vorliegenden Flüssigkeitsniveau der betriebsstoffarmen Lösung im Absorber 32 beziehungsweise von der durch die Zuführleitung 69 gemäß den Pfeilen 39 in den Absorber 32 strömenden Flüssigkeitsmenge an betriebsstoffarmer Losung. Insbesondere bei einer Schraglage (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 vollstandig funktionsfähig wäre.
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Gemaß einer bevorzugten und nicht dargestellten Ausfuhrungsform können die Hilfsgasförderleitungen 62 jeweils an ihrem in das Innere der Kapillarhülse 79 ragenden freien Ende mit einer Mehrzahl von als Abstandshalter wirkenden Vorsprungen versehen sein, mittels welchen in verhältnismäßig einfacher Weise eine in Bezug auf die entsprechende Hilfsgasförderleitung 62 koaxiale Positionierung der jeweiligen Kapillarhülse 79 möglich ist. Derartige Vorsprünge am freien Ende der jeweiligen Hilfsgasförderleitung 62 sind vorzugsweise gleichformig über deren Umfang verteilt und voneinander ausreichend weit beabstandet, so dass eine freie Durchströmung der betriebsstoffarmen Lösung durch den Kapillarspalt gemäß Pfeilen 83 und 84 gewährleistet ist.
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Entsprechend einer weiteren, nicht dargestellten Ausfuhrungsform konnen auch die Leitungen 59 des Verdampfers 24 an ihrem oberen, freien Ende mit einer entsprechenden Kapillarhülse 79 gemäß 4 versehen sein.
