DE10162934A1

DE10162934A1 - Verfahren und Anlage zur solarthermischen Kälteerzeugung

Info

Publication number: DE10162934A1
Application number: DE10162934A
Authority: DE
Inventors: Peter Noeres; Daniel Hoelder; Klaus Hennecke
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2001-11-29
Filing date: 2001-12-20
Publication date: 2003-06-18

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anlage zur solarthermischen Kälteerzeugung, bei denen ein Kältemittel eines Strahlverdichters mit Hilfe eines Sonnenkollektors verdampft und der Kältemitteldampf nach Verdichtung durch den Strahlverdichter kondensiert wird. Der Strahlverdichter wird hierbei als Dampfstrahlverdichter mit Wasser als Kältemittel betrieben, das im Sonnenkollektor direkt verdampft und dem Strahlverdichter als Treibdampf zugeführt wird. DOLLAR A Das Verfahren bzw. die Anlage lassen sich mit gegenüber bekannten Techniken, verringerten Investitionskosten und einem geringen anlagentechnischen Aufwand realisieren und bieten ein sehr gutes dynamisches Betriebsverhalten mit kurzen Ansprechzeiten.

Description

Technisches Anwendungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anlage zur solarthermischen Kälteerzeugung, bei denen Kältemittel eines Strahlverdichters durch Anbindung eines Sonnenkollektors verdampft und der Kältemitteldampf nach Verdichtung durch den Strahlverdichter unter Wärmeabgabe kondensiert wird. Kälteverfahren und -anlagen gemäß der vorliegenden Erfindung werden insbesondere in der Klimatechnik eingesetzt, beispielsweise zur Lagerkühlung für Lebensmittel und Medikamente oder als Klimaanlagen. Auch weitere Anwendungen zur Kühlung im Temperaturbereich von etwa -5 bis +20°C bei Leistungen von 10 bis 15000 kW mit Hilfe von Sonnenenergie lassen sich mit einem derartigen Verfahren bzw. einer derartigen Kälteanlage realisieren.

Stand der Technik

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

Bei diesen Techniken sind allerdings die Investitionskosten sowie der Hilfsenergiebedarf für den Solekreislauf und den Kühlwasserkreislauf relativ hoch, insbesondere im Vergleich zu photovoltaischen Systemen.

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

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

Darstellung der Erfindung

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

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sowie der Anlage können den Unteransprüchen sowie den Ausführungsbeispielen entnommen werden.

Bei dem vorliegenden Verfahren wird in bekannter Weise durch Anbindung eines Sonnenkollektors Kältemittel eines Strahlverdichters verdampft und der Kältemitteldampf nach Verdichtung durch den Strahlverdichter kondensiert. Das auf diese Art und Weise abgekühlte Kondensat wird als Kühlmedium zur Kühlung der anwendungsspezifischen Objekte, direkt oder über Wärmetauscher, eingesetzt. Das vorliegende Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Strahlverdichter als Dampfstrahlverdichter mit Wasser als Kältemittel betrieben wird, das im Sonnenkollektor direkt verdampft und dem Strahlverdichter als Treibdampf zugeführt wird. Der Sonnenkollektor muss hierbei selbstverständlich derart ausgeführt sein, dass er die direkte Verdampfung von Wasser in den Kollektorrohren ermöglicht.

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

Bei dem hier vorgestellten Konzept einer solarthermischen Kälteerzeugung wird somit ein geeignetes Kollektorsystem als Direktverdampfer zur Treibdampferzeugung für eine Dampfstrahlkältemaschine eingesetzt. Die Treibdampferzeugung bzw. das Kollektorsystem wird ein direkter Bestandteil der Kältemaschine. Auf eine hydraulische Entkopplung über Wärmetauscher und einen gesonderten Wärmeträgerkreislauf wie bei Sokolov et al. kann bei diesem Konzept verzichtet werden. Hierdurch wird die Gesamtanlage vereinfacht und auch der Hilfsenergiebedarf gesenkt. Der eingesetzte Dampfstrahlkälteprozess ist sehr zuverlässig, erfordert einen geringen Wartungsaufwand und weist hohe Teillastwirkungsgrade auf. Der Hilfsenergiebedarf auf der Antriebswärmeseite ist gering. Das Betriebsverhalten ist wesentlich unkomplizierter als bei anderen bekannten solarthermischen Kälteprozessen, da mit Wasser ein Reinstoff als Kältemittel verwendet wird. Aus diesem Grunde kann die Kältemaschine an sich ohne aufwendige Werkstoffe und Anlagenteile realisiert werden. Die Investitionskosten sind daher im Vergleich zu einer Absorptionskältemaschine gering. Das Verfahren bietet weiterhin ein sehr gutes dynamisches Betriebsverhalten mit kurzen Ansprechzeiten. Gleichzeitig bietet sich bei dem hier dargestellten Prozess die Möglichkeit, eine Kältespeicherung auf der Kaltwasser- bzw. Entspannerseite zu realisieren, um bei unzureichendem Solarangebot den Kältebedarf aus dem Speicher zu decken.

Die vorliegende Anlage zur solarthermischen Kälteerzeugung setzt sich im Wesentlichen aus zumindest einem Strahlverdichter, zumindest einem Kondensator, zumindest einem Entspanner und zumindest einem Sonnenkollektor zusammen, der die Energie für die Erzeugung des Treibdampfes liefert. Der Sonnenkollektor umfasst eine Dampftrommel und ist zur direkten Verdampfung von Wasser als Treibdampf für den Strahlverdichter ausgebildet. Als Kondensatoren können, je nach Einsatzort, flüssigkeits- oder luftgekühlte Kondensatoren eingesetzt werden. Letztere Möglichkeit ist vor allem in wasserarmen Regionen von Vorteil.

Der bevorzugt als Sonnenkollektor eingesetzte Parabolrinnenkollektor kann als Zwangsumlaufverdampfer oder als Naturumlaufverdampfer konzipiert werden. Bei dem Prinzip der Naturumlaufverdampfung muss das durchströmte Kollektorsammelrohr des Kollektors zur Nutzung der Gravitation senkrecht angeordnet werden.

Parabolrinnenkollektoren besitzen den Vorteil, auch bei hohen Temperaturen einen guten Wirkungsgrad aufzuweisen und kostengünstig herstellbar zu sein. Aufgrund der einfallende Strahlung konzentrierenden Bauweise erzielen Parabolrinnenkollektoren bei vergleichbaren Investitionskosten wie Flachkollektoren höhere Wirkungsgrade und höhere Temperaturen. Die hohen Temperaturen bzw. entsprechend hohe Sattdampfdrücke kommen dem Leistungsverhalten eines Dampfstrahlverdichters entgegen. Die Parabolrinnenkollektoren dienen hierbei direkt als Verdampferrohre, so dass auf einen Zwischenträgerkreislauf für das Kollektorsystem verzichtet werden kann. Der erzeugte Dampf wird vielmehr dem Strahlverdichter direkt über ein Regelventil zugeführt.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens bzw. der vorliegenden Anlage wird ein Teil des nach Kondensation erhaltenen Kaltwassers im Entspanner zwischengespeichert, so dass dieser gleichzeitig die Funktion eines Kältespeichers erfüllt. Hierbei wird ausgenutzt, dass bei einem Dampfstrahlverdichter Saugdrücke bis 1.10² Pa (1 mbar) realisiert werden können. Mit diesen am Entspanner anliegenden Saugdrücken ist es auch möglich, das Wasser bis unter 0°C abzukühlen, wobei Eis entsteht. Der Entspanner wird in diesem Fall als Eisspeicher konzipiert. Bei einer Abkühlung des Wassers auf Temperaturen oberhalb von 0°C dient der Entspanner als Kaltwasserpuffer. Zu diesem Zweck muss er lediglich ein entsprechend vergrößertes Vorlagevolumen für die Speicherung des abgekühlten Wassers oder Eiswassers aufweisen.

Selbstverständlich kann es in Abhängigkeit von der zu erreichenden Kälteleistung erforderlich sein, mehr als einen Dampfstrahlverdichter innerhalb der Anlage vorzusehen. Die Anzahl der durch parallel angeordnete Dampfstrahlverdichter gebildeten Stufen, d. h. Stufen, in denen der Kälteträger Wasser von der Rücklauftemperatur auf die gewünschte Vorlauftemperatur abgekühlt wird, kann entsprechend der Anforderungen optimiert werden und beträgt in der Praxis zwischen 1 und 4 Stufen. Die Zahl der in Reihe hintereinander geschalteten Strahlverdichter je Stufe muss ebenfalls in Abhängigkeit von den Leistungsvorgaben festgelegt werden. Erfahrungsgemäß genügen für eine Vielzahl von angestrebten solarthermischen Kälteleistungen 1 bis 3 Strahlverdichter je Stufe. Die Anzahl der Strahlverdichter sollte insgesamt möglichst niedrig gewählt werden, um den regelungstechnischen Aufwand so gering wie möglich zu halten. Aus dem gleichen Grund sollte auch die Anzahl der Stufen möglichst gering gehalten werden.

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

Auch die Leistungsanpassung der vorliegenden Anlage an die geforderte Kälteleistung erfolgt primär durch Zu- und Abschaltung einzelner Strahlverdichter. Hierdurch ist eine Leistungsanpassung der Anlage je nach Auslegung im Bereich ± 1 K möglich. Als weitere Regelungsmöglichkeiten zur Leistungsanpassung können eine Bypass-Regelung, eine Saugdampfdrosselung oder eine Düsennadel-Regelung eingesetzt werden.

Da der spezifische Treibdampfbedarf einer Dampfstrahlkältemaschine, wie sie durch die vorliegende Anlage realisiert wird, sehr stark vom Kondensatorgegendruck abhängt, wird in einer vorteilhaften Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens zur Erzielung hoher Teillastwirkungsgrade die Treibdampfmenge, die dem Strahlverdichter zugeführt wird, in Abhängigkeit vom Kondensatordruck geregelt. Die Regelung erfolgt vorzugsweise über ein Drosselventil zwischen der Dampftrommel und dem Strahlverdichter.

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

Sollte das solare Energieangebot größer als der Bedarf an Antriebsenergie sein und die betriebstechnischen Anlagengrenzen der Dampfstrahlkältemaschine oder der Solarkollektoren, insbesondere Anlagendruck und Anlagentemperatur, übersteigen, so kann der überschüssige Dampf über den Strahlverdichter abgeführt werden. Die überschüssige Wärme wird über den Kondensator an die Umgebung abgegeben. Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang, den Überschussdampf in Form von Kälteenergie in einem Kaltwasserpuffer zu speichern oder für andere Zwecke zu nutzen.

Das vorliegende Verfahren und die zugehörige Anlage nutzen die direkte Anbindung eines geeigneten Sonnenkollektors an einen Dampfstrahlverdichter, um in den Kollektorrohren des Sonnenkollektors direkt den Treibdampf für den Dampfstrahlverdichter zu erzeugen. Der Einsatz von Wasser als Kältemittel in einer Dampfstrahlkältemaschine bietet erhebliche Vorteile. So stellen mit Wasser betriebene Dampfstrahlkältemaschinen sehr robuste und betriebssichere Aggregate dar. Damit ist eine einfachere Konstruktion verbunden und es können einfachere Werkstoffe genutzt werden. Die Realisierung des Verfahrens der Kälteerzeugung als offener Prozess ohne hydraulische Entkopplung des Kältemittelkreislaufes vom Kollektorkreislauf reduziert die Anlagenkosten im Vergleich zu einer Absorptionskältemaschine, so das eine Produktion der Anlage in Kleinserie möglich ist. Die Betriebsparameter können auf der Kaltwasser-, Kühlwasser- sowie auf der Antriebswärmeseite in weiten Bereichen frei gewählt werden. Der Prozess ist außerdem verfahrens- und regelungstechnisch robust und einfach zu beherrschen.

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

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

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

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

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

Wege zur Ausführung der Erfindung

Fig. 1 zeigt ein erstes Beispiel der vorliegenden Anlage, die in diesem Beispiel in Form einer einstufigen Dampfstrahlkältemaschine mit einem Strahlverdichter 23 realisiert wird. Es handelt sich hierbei um eine luftgekühlte Anlage mit indirekter Anbindung an das Kaltwassersystem des Verbrauchers und integriertem Kältespeicher.
Die solarthermische Kälteerzeugung setzt sich aus einem Parabolrinnenkollektor 20 mit einer Dampftrommel 10, dem Strahlverdichter 23, einem Kondensator 24 und einem Entspanner 30 sowie der Anbindestelle zum Kaltwassersystem des Verbrauchers zusammen.
In den Kollektorrohren 21 des Parabolrinnenkollektors 20 wird durch Sonneneinstrahlung direkt Wasserdampf aus dem mit der Verdampferpumpe 22 umgepumpten Wasser erzeugt. Dieser Wasserdampf gelangt in die Dampftrommel 10, die beispielsweise als Brüdenbehälter ausgeführt sein kann. Der in den Kollektoren 20 erzeugte Dampf wird dem Strahlverdichter 23 als Treibdampf 7 über ein Regelventil 8 und einen Dampftrockner 9 zugeführt. Nach dem Prinzip des Impulsaustausches wird im Strahlverdichter 23 Saugdampf 12 aus dem Entspanner 30 bei der gewünschten Temperatur angesaugt und der entstehende Mischdampf 1 durch den Strahlverdichter 23 auf das Kondensatordruckniveau verdichtet. Zwischen Entspanner 30 und Strahlverdichter 23 ist zusätzlich ein Rückströmverhinderer 14 eingebaut.
Der verdichtete Mischdampf 1 gelangt in den luftgekühlten Kondensator 24, kondensiert dort unter Wärmeabgabe und wird vom Kondensator 24 über eine Kondensatpumpe 29 als Kondensat 2 zum Entspanner 30 geleitet bzw. zum Verdampfer (Parabolrinnenkollektor 20) zurückgeleitet. Bei der Zuführung des Kondensates 2 zur Dampftrommel 10 des Parabolrinnenkollektors 20 ist auf eine stetige Regelung des Zulaufes 3 zu achten, da ansonsten der Treibdampfdruck bei taktender Förderung zusammenbrechen würde. Die Regelung der Kondensatzufuhr zur Dampftrommel 10 kann über eine Füllstandsmessung in der Dampftrommel 10 erfolgen.
Der Einsatz eines luftgekühlten Kondensators 24 ist vor allem in wasserarmen Regionen von Vorteil. Zur Luftkühlung können Ventilatoren eingesetzt werden, die in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur und der Ablauftemperatur des Kondensates 2 stetig oder in Stufen geregelt werden.
Auf der Kaltwasser- oder Kaltsoleseite wird in diesem Beispiel eine hydraulische Entkopplung vom Kaltwassernetz über einen als Plattenwärmetauscher ausgeführten Kühler 32 realisiert. Der Kaltwasserstrom 13 des Verbrauchers kann hierbei beispielsweise von einer Temperatur von 12° auf eine Temperatur von 6°C abgekühlt werden. Der Kreislauf des Kondensates durch den Kühler 32 wird über eine Entspannerpumpe 31 aufrechterhalten.
Für eine genaue Temperaturregelung im Kaltwasservorlauf 13 kann in diesem Beispiel dem Entspannerkreislauf 5 über ein Mischventil 16 bereits erwärmtes Kondensat beigemischt werden. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn der Entspanner 30 gleichzeitig auch als Kältespeicher genutzt werden soll, d. h. entsprechend groß ausgeführt wird.
Zur Erzielung hoher Teillastwirkungsgrade ist eine vom Kondensatordruck abhängende Treibdampfmengenregelung vorgesehen, die über das Drosselventil 8 erfolgt.
Die im vorliegenden Beispiel realisierte Ausführungsform der vorliegenden Anlage bzw. des zugehörigen Verfahrens kann vollständig unabhängig von Kaltwasser- und Kühlwasserbedingungen am Einsatzort betrieben werden.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen Anlage, die ebenfalls als einstufige Dampfstrahlkältemaschine mit einem Strahlverdichter 23 realisiert wird. Die Rückkühlung erfolgt hierbei über einen externen Kühlwasserkreislauf 27. Die Anbindung an das Kaltwassernetz erfolgt direkt über den Entspanner 30.
Auch hier wird das Wasser in den Kollektorrohren 21 des Parabolrinnenkollektors 20 direkt verdampft und dem Strahlverdichter 23 über die Dampftrommel 10, ein Regelventil 8 sowie den Dampftrockner 9 zugeführt. Der Strahlverdichter 23 saugt beim Betrieb Saugdampf 12 aus dem Entspanner 30 an und verdichtet den entstehenden Mischdampf 1 auf das Kondensatordruckniveau. Der Mischkondensator 25, in dem der Mischdampf 1 unter Wärmeabgabe kondensiert, wird über einen externen Kühlwasserkreislauf 27 betrieben, der die abgegebene Wärme über einen Wärmetauscher 26 aufnimmt. Der hierfür erforderliche Kondensatkreislauf wird über eine Kondensatumwälzpumpe 28 aufrechterhalten. Die in dem Mischkondensator 25 erzeugte Abwärme wird mit dem Kühlwasser 27 abgeführt.
Das Kondensat 2 wird auch hier zum Entspanner 30 geleitet bzw. zum Parabolrinnenkollektor 20 zurückgeleitet. Im Gegensatz zu der Ausführungsform der Fig. 1 wird bei dieser Anlage jedoch eine direkte Anbindung der Dampfstrahlkältemaschine an das Kaltwassernetz des Verbrauchers realisiert. Die direkte Anbindung ist bei niedrigen Drücken im Kaltwassernetz möglich und bei Einsatz eines Flash-Verdampfers als Entspanner kostengünstig realisierbar und energetisch von Vorteil.
Das Kondensat wird dabei über den Kaltwasservorlauf 5 direkt zum Verbraucher geführt und über den Kaltwasserrücklauf 13 wiederum dem Entspanner 30 zugeführt.
Die weitere Ausgestaltung, beispielsweise die Regelung der Treibdampfmenge über das Drosselventil 8 in Abhängigkeit vom Kondensatordruck oder die Gewährleistung einer ausreichenden Kondensatzufuhr über eine Füllstandshöhenmessung in der Dampftrommel 10, können in gleicher Weise wie in Fig. 1 beschrieben ausgeführt werden.
Die Kälteleistung der in den Fig. 1 und 2 vorgestellten Anlagen kann beispielsweise 50 kW betragen. Der COP beträgt bei einer Ablauftemperatur des Kondensates 2 von 40°C und 13 hPa (13 bar) Sattdampfdruck ca. 0,6. Die Rückkühlleistung für diese Bedingungen beträgt ca. 133 kW. Der thermische Antriebsenergiebedarf beträgt ca. 83 kW. Die erforderliche Kollektorfläche unter diesen Auslegungsbedingungen sollte etwa 260 m² bei einer solaren Gesamteinstrahlung in Höhe von 1000 W/m² und einem Kollektorwirkungsgrad von 0,5 betragen.
Zur Inbetriebnahme des Gesamtsystems gemäß den Fig. 1 bzw. 2 ist die Anlage über eine Vakuumpumpe zu entlüften. Als geeignet haben sich hierbei Flüssigkeitsringvakuumpumpen erwiesen, wobei als Speermedium der Vakuumpumpe Kaltwasser aus dem Entspanner 30 verwendet werden kann. BEZUGSZEICHENLISTE 1 Mischdampf
2 Kondensat bzw. Kaltwasser
3 Kondensatzulauf Verdampfer
4 Kondensatzulauf Entspanner
5 Kaltwasservorlauf
6 Umlaufverdampferkreislauf
7 Treibdampfstrom
8 Treibdampfregelarmatur
9 Dampftrockner
10 Dampftrommel bzw. Brüdenbehälter
11 Regelventil für Kondensatzulauf Verdampfer
12 Saugdampfstrom
13 Kaltwasserrücklauf
14 Rückströmverhinderer
15 Regelventil für Kaltwasserumlauf
16 Mischventil
17 Entlüftung, Evakuierung
18 Kondensatorsammelbehälter
19 Rückschlagklappe
20 Parabolrinnenkollektor
21 Kollektorrohre
22 Verdampferpumpe
23 Strahlverdichter
24 Luftgekühlter Kondensator
25 Mischkondensator
26 Wärmetauscher Kühlwasser
27 Kühlwasserkreislauf
28 Kondensatumwälzpumpe
29 Kondensatpumpe
30 Entspanner
31 Entspannerpumpe

Claims

1. Verfahren zur solarthermischen Kälteerzeugung, bei dem ein Kältemittel eines Strahlverdichters (23) durch Anbindung eines Sonnenkollektors (20) verdampft und der Kältemitteldampf nach Verdichtung durch den Strahlverdichter (23) unter Wärmeabgabe kondensiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlverdichter (23) als Dampfstrahlverdichter mit Wasser als Kältemittel betrieben wird, das im Sonnenkollektor (20) direkt verdampft und dem Strahlverdichter (23) als Treibdampf (7) zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Sonnenkollektor (20) ein Parabolrinnenkollektor eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des durch Kondensation des Kältemittels erhaltenen Kaltwassers in einem Entspanner (30) zwischengespeichert wird, aus dem der Strahlverdichter (23) Saugdampf (12) ansaugt, der zusammen mit dem Treibdampf (7) verdichtet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Entspanner (30) als Eisspeicher genutzt wird, indem mit dem Strahlverdichter (23) ein Saugdampfdruck erzeugt wird, der zur Abkühlung des Kaltwassers im Entspanner (30) unter 0°C führt.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Entspanner (30) als Kaltwasserspeicher genutzt wird, indem mit dem Strahlverdichter (23) ein Saugdampfdruck erzeugt wird, der zur Abkühlung des Kaltwassers im Entspanner (30) oberhalb von 0°C führt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Saugdampf (7) über mehrere parallel und/oder seriell geschaltete Strahlverdichter (23) verdichtet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des Treibdampfes (7), der dem Strahlverdichter (23) zugeführt wird, in Abhängigkeit vom Druck des durch Kondensation des Treibdampfes (7) erhaltenen Kaltwassers geregelt wird.

8. Anlage zur solarthermischen Kälteerzeugung mit zumindest einem Strahlverdichter (23) zur Verdichtung von aus Treibdampf (7) und Saugdampf (12) zusammengesetztem Mischdampf (1), zumindest einem Kondensator (24, 25) zur Kondensation des verdichteten Mischdampfes (1), zumindest einem Entspanner (30) zur Herabsetzung des Druckes des durch Kondensation des Mischdampfes (1) erhaltenen Kondensates (2, 4), wobei der Saugdampf (12) für den Strahlverdichter (23) entsteht, und zumindest einem Sonnenkollektor (20), der die Energie für die Erzeugung des Treibdampfes (7) liefert, dadurch gekennzeichnet, dass der Sonnenkollektor (20) zur direkten Verdampfung von Wasser als Treibdampf (7) für den Strahlverdichter (23) ausgebildet ist.

9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sonnenkollektor (20) ein Parabolrinnenkollektor ist.

10. Anlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Entspanner (30) als Kaltwasser- oder Eisspeicher ausgebildet ist.