DE102007030911A1

DE102007030911A1 - Absorptionskältemaschine

Info

Publication number: DE102007030911A1
Application number: DE102007030911A
Authority: DE
Inventors: Georg Dr. Buchholz; Frank Göbel
Original assignee: SK SONNENKLIMA GmbH
Current assignee: SK SONNENKLIMA GmbH
Priority date: 2007-07-03
Filing date: 2007-07-03
Publication date: 2009-01-08
Also published as: WO2009004008A1

Abstract

Eine Absorptionskältemaschine, enthaltend einen Verdampfer zum Verdampfen eines Kältemittels bei niedrigem Druck, einen Absorber zur Absorption des in dem Verdampfer erzeugten Kältemitteldampfs durch ein Kältemittel-armes Lösungsmittel bei niedrigem Druck, eine Lösungsmittelpumpe zur Förderung des Kältemittel-reichen Lösungsmittels auf einen höheren Druck, Mittel zur Erzeugung von Heißwasser, einen von dem Heißwasser durchflossenen Austreiber zum Verdampfen des Kältemittels aus dem Lösungsmittel und einen Kondensator zum Verflüssigen des Kältemitteldampfs bei dem höheren Druck in Form eines von Kühlflüssigkeit durchflossenen Wärmetauschers, der im gleichen Gehäuse wie der Austreiber angeordnet ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer und der Absorber in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind und so ein Absorber-Verdampfer-Modul bilden, welches mit einem Austreiber-Kondensator-Modul verbindbar ist, bei welchem der Austreiber und der Kondensator in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, das Absorber-Verdampfer-Modul und das Austreiber-Kondensator-Modul mit Anschlüssen versehen sind, an welche gleichartige Komponenten gleichartiger Module lösbar anschließbar sind, und jedes Modul lösbar an eine gemeinsame Versorgungsanordnung anschließbar ist, in welcher Steuereinrichtungen und die Lösungsmittelpumpe sind.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Absorptionskältemaschine enthaltend

(a) einen Verdampfer zum Verdampfen eines Kältemittels bei niedrigem Druck,
(b) einen Absorber zur Absorption des in dem Verdampfer erzeugten Kältemitteldampfs durch ein Kältemittel-armes Lösungsmittel bei niedrigem Druck,
(c) eine Lösungsmittelpumpe zur Förderung des kältemittel-reichen Lösungsmittels auf einen höheren Druck,
(d) Mittel zur Erzeugung von Heißwasser,
(e) einen von dem Heißwasser durchflossenen Austreiber zum Verdampfen des Kältemittels aus dem Lösungsmittel, und
(f) einen Kondensator zum Verflüssigen des Kältemitteldampfes bei dem höheren Druck in Form eines von Kühlflüssigkeit durchflossenen Wärmetauschers, der im gleichen Gehäuse wie der Austreiber angeordnet ist.

Mit Absorptionskältemaschinen wird allgemein Kälte zum Betrieb von z. B. Gebäudeklimaanlagen erzeugt. Absorptionskältemaschinen nutzen Wärme je nach Anwendung auf unterschiedlichem Temperaturniveau, als Antriebsenergie zur thermischen Verdichtung eines Kältemittels, z. B. Sonnenwärme oder Abwärme. Dabei ist bis auf die geringfügige Energie für Pumpen und Regelung keine elektrische Energie erforderlich. Dadurch kann eine hohe Effizienz bei der Bereitstellung von Kälte erreicht werden.
Eine Absorptionskältemaschine umfasst im wesentlichen vier Komponenten: Verdampfer, Absorber, Austreiber (auch als Generator bezeichnet) und Kondensator. In dem Verdampfer wird das Kältemittel, z. B. Wasser, auf niedrigem Druckniveau verdampft. Dabei entzieht das Kältemittel einem Klimakaltwasser-Kreislauf Energie, d. h. es wird die Kälteleistung erbracht. Dies erfolgt zum Beispiel in der Form, daß Wasser eines Gebäude-Klimakaltwasser-Kreislaufs durch den als Wärmetauscher ausgebildeten Verdampfer fließt und dort abgekühlt wird. In einem Absorber wird der Kältemitteldampf von einem Absorptionsmittel, zum Beispiel konzentrierte LiBr-Lösung absorbiert. Dadurch liegt das Kältemittel nun in der Lösung in flüssiger Form vor. Das durch den Absorptionsvorgang in der Li-Br-Lösung gelöste Kältemittel wird auf ein höheres Druckniveau in einen Austreiber gepumpt. Der Absorber umfasst einen Wärmetauscher, der von Kühlflüssigkeit auf einem mittleren Temperaturniveau durchflossen ist. Der Austreiber umfasst einen Wärmetauscher, der von heißem Wasser durchflossen ist. Das heiße Wasser wird zum Beispiel mittels Solarenergie erzeugt. In dem Austreiber wird das Kältemittel aus der Kältemittel-reichen Lösung verdampft und nimmt dabei Energie auf. Die Kältemittel-arme Lösung, also zum Beispiel die konzentrierte LiBr-Lösung steht dann wieder für den Absorptionsprozess zur Verfügung. Das verdampfte Kältemittel wird in einem Kondensator verflüssigt und anschließend wieder mittels einer Drosselvorrichtung auf ein niedrigeres Druckniveau gebracht. Es steht dann im Verdampfer wieder zur Verfügung. Der Kondensator umfasst ebenfalls einen Wärmetauscher, der von Kühlflüssigkeit auf einem mittleren Temperaturniveau, z. B. Umgebungstemperatur durchflossen ist.
Stand der Technik
Üblicherweise werden Absorptionskältemaschinen in einem Leistungsbereich oberhalb von 200 kW betrieben. Diese Anlagen sind groß, für kleine Anwendungen teuer und arbeiten mit vergleichsweise hohen Antriebstemperaturen. Es besteht aber auch ein Bedarf an kleinen, kostengünstigen Anlagen.
Aus der Veröffentlichung „Weiterentwicklung und Feldtest einer kompakten 10 kW H2O-LiBr Absorptionskälteanlage" von P. Kohlenbach, S. Medel y Molero, C. Schweigler, M. Harm, J. Albers, A. Kühn und S. Petersen, veröffentlicht auf dem 3. Symposium Solares Kühlen, FH Stuttgart, 26./27.04.2004, und der Veröffentlichung „Absorptionskaltwasserersatz zur solaren Kühlung mit 10 kW Kälteleistung" von C. Schweigler, A. Costa, M. Högenauer-Lego, M. Harm und F. Ziegler, veröffentlich auf der jährlichen Tagung des Deutschen Kälte- und Klimatechnischen Vereins e. V. (DKV), Ulm, Nov. 2001, ist eine solarbetriebene Absorptionskälteanlage im unteren Leistungsbereich bekannt. Die Anlage kann antriebsseitig auf niedrigem Temperaturniveau durch herkömmliche Flachkollektoren mit Heisswasser versorgt werden. Die Anordnung weist in jeweils einem gemeinsamen Behälter angeordnete Apparatepaare Verdampfer/Absorber und Austreiber/Kondensator auf. Der Behälter mit dem Verdampfer und dem Absorber ist unterhalb des Behälters mit dem Austreiber und dem Kondensator angeordnet. Dadurch wird eine kompakte Anordnung erreicht, die transportabel ist und z. B. auch durch Türen passt. Die Herstellung und Endmontage einer solchen Anordnung ist fabrikseitig vollständig möglich. Die Anordnung erlaubt Heisswasser-Temperaturen bis zu einer Minimaltemperatur im Bereich von 56°C.
Eine solche Anordnung ist zum Beispiel in der WO 2006/018216 offenbart. Die Anordnung ist auf einen vorgegebenen Leistungsbereich beschränkt.
Offenbarung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, das Anwendungsspektrum einer Absorptionskältemaschine der eingangs genannten Art zu erweitern. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer Absorptionskältemaschine der eingangs genannten Art gelöst, bei welcher

(g) der Verdampfer und der Absorber in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind und so ein Absorber-Verdampfer-Modul bilden, welches mit einem Austreiber- Kondensator-Modul verbindbar ist, bei welchem der Austreiber und der Kondensator in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind,
(h) das Absorber-Verdampfer-Modul und das Austreiber-Kondensator-Modul mit Anschlüssen versehen sind, an welche gleichartige Komponenten gleichartiger Module lösbar anschließbar sind, und
(i) jedes Modul lösbar an eine gemeinsame Versorgungsanordnung anschließbar ist, in welcher Steuereinrichtungen und die Lösungsmittelpumpe sind.

Die Anordnung kann also einerseits geteilt werden. Andererseits können mehrere gleiche Komponenten zu größeren Leistungsbereichen z. B. 50 kW zusammengesetzt werden. Damit können unterschiedliche Leistungsgruppen abgedeckt werden, ohne dass sich der Herstellungsaufwand erhöht. Die Größe der einzelnen Komponenten kann gleich bleiben. Je nach Leistung werden mehr oder weniger Module zusammengeschaltet.
Vakuumdichte Verbindungen, die schnell getrennt bzw. geschlossen werden können, ermöglichen den einfachen Zusammenbau.
Die Absorptionskältemaschine kann über Sonnenenergie oder andere Wärmequellen betrieben werden.
Vorteilhafterweise sind haben die Module Abmessungen, die in zumindest zwei Richtungen geringer als 100 cm und insbesondere zumindest in einer Richtung geringer als 80 cm sind. Dann können die Module auch durch Türen, Treppen und verwinkelte Kellergänge transportiert werden. Die Anordnung kann entsprechend an quasi beliebigen Orten eingesetzt werden. Auch können die Module mit einfachen Fahrzeugen und auf normalem Transportweg transportiert werden.
Ein Bausatz mit mehreren Modulen unterschiedlicher Leistungsklassen ermöglicht es durch geeignete Kombinationen mehr Leistungsanforderungen zu verwirklichen. Die Verwendung einheitlicher Anschlusselemente schafft die Möglichkeit, eine Anordnung zu einem späteren Zeitpunkt auf eine höhere Leistungsklasse nachzurüsten.
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Ausführungsbeispiel ist nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine modular aufgebaute Absorptionskältemaschine mit einem aktiven Basismodul, einem passiven Basismodul, zwei kleinen Absorber-Verdampfer-Modulen und zwei kleinen Kondensator-Austreiber-Modulen.
2 zeigt eine modular aufgebaute Absorptionskältemaschine mit einem aktiven Basismodul, drei passiven Basismodul, vier kleinen Absorber-Verdampfer-Modulen und vier kleinen Kondensator-Austreiber-Modulen.
3 zeigt eine modular aufgebaute Absorptionskältemaschine mit einem Basismodul, und einem Einheitsmodul in großer bzw. kleiner Leistungsklasse.
4 zeigt eine modular aufgebaute Absorptionskältemaschine mit einem größeren Basismodul und vier Einheitsmodulen in großer bzw. kleiner Leistungsklasse.
5 zeigt eine modular aufgebaute Absorptionskältemaschine mit einem aktiven Basismodul, einem passiven Basismodul und zwei Einheitsmodulen in kleiner Leistungsklasse.
6 zeigt eine modular aufgebaute Absorptionskältemaschine mit einem aktiven Basismodul, drei passiven Basismodulen und vier Einheitsmodulen in kleiner Leistungsklasse.
7 zeigt eine modular aufgebaute Absorptionskältemaschine mit einem großen, gemeinsamen Basismodul, nebeneinander und hintereinander angeordneten Absorber-Verdampfer-Modulen und nebeneinander und hintereinander angeordneten Kondensator-Austreiber-Modulen.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Das Ausführungsbeispiel umfasst einen Modulbausatz, der eine Basisbaugruppe 10, 20 umfasst. Die Basisbaugruppe 10, 20 enthält einen Purgebehälter, einen Blasenabscheider, einen Wärmetauscher, Pumpen und eine Steuerung. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Steuerung in der Basisbaugruppe 10, 20 integriert. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel wird die Steuerung mittels Steckverbinder an die Basisbaugruppe 10 angekoppelt.
Der Modulbausatz umfasst ferner ein Kondensator-Austreiber-Modul 14 und ein Verdampfer-Absorber-Modul 12. Die Module 10, 12 und 14 sind lösbar miteinander verbindbar. Die Verbindung wird durch Steck- oder Flansch- oder Schraubverbindungen vakuumdicht hergestellt. Ein alternatives Ausführungsbeispiel umfasst ein Einheitsmodul 22, bei dem sowohl der Kondensator und der Austreiber, als auch der Verdampfer und der Absorber in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind.
Mehrere Module können nun zu verschiedenen Leistungsklassen kombiniert werden. Jeweils eine passive Basisbaugruppe für die Verrohrung ist für jedes Erweiterungsmodul zusätzlich zur Basisbaugruppe vorgesehen.
1 zeigt die einfachste Variante einer Absorptionskältemaschine. Das Kondensator-Austreiber-Modul 14 ist auf das Verdampfer-Absorber-Modul 12 aufgesetzt. Beide Module 12 und 14 sind auf das Basismodul 10 aufgesetzt. Alle Module haben Abmessungen von 100 cm × 80 cm × 50 cm. Sie sind leicht zu transportieren und passen durch alle üblichen Türen. Die Absorptionskälteleistung dieser Komponenten beträgt 10 kW. Die Maschine wurde um einen Erweiterungsbausatz auf eine Leistung von 20 kW erweitert. Hierzu wurde ein baugleiches Verdampfer-Absorber-Modul 16 und Kondensator-Austreiber-Modul 18 seitlich an dafür vorgesehene, seitliche Anschlüsse an den Modulen 12 und 14 angeschlossen. Beide Module 16 und 18 sind auf einem Erweiterungsbasismodul 19 aufgesetzt.
2 zeigt, wie die Leistung der Absorptionskältemaschine durch weitere Module erhöht werden kann.
3 und 4 zeigen Ausführungsbeispiele, bei denen ein Basismodul für ein Einheitsmodul 22 vorgesehen ist. Das Einheitsmodul 22, in dem alle Komponenten in einem Gehäuse vereint sind, ist ebenfalls erweiterbar, wie dies in 4 dargestellt ist. Dabei können die Module nebeneinander 24 und hintereinander 26 angeordnet werden. Module unterschiedlicher Leistungsklassen sind auch untereinander kombinierbar, so dass mehr Leistungsklassen prinzipiell verfügbar sind.
7 veranschaulicht, wie große Leistungsklassen mit einem großen Basismodul 30 verwirklicht werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- WO 2006/018216 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- „Weiterentwicklung und Feldtest einer kompakten 10 kW H2O-LiBr Absorptionskälteanlage" von P. Kohlenbach, S. Medel y Molero, C. Schweigler, M. Harm, J. Albers, A. Kühn und S. Petersen, veröffentlicht auf dem 3. Symposium Solares Kühlen, FH Stuttgart, 26./27.04.2004 [0005]
- „Absorptionskaltwasserersatz zur solaren Kühlung mit 10 kW Kälteleistung" von C. Schweigler, A. Costa, M. Högenauer-Lego, M. Harm und F. Ziegler, veröffentlich auf der jährlichen Tagung des Deutschen Kälte- und Klimatechnischen Vereins e. V. (DKV), Ulm, Nov. 2001 [0005]

Claims

Absorptionskältemaschine enthaltend (a) einen Verdampfer zum Verdampfen eines Kältemittels bei niedrigem Druck, (b) einen Absorber zur Absorption des in dem Verdampfer erzeugten Kältemitteldampfs durch ein Kältemittel-armes Lösungsmittel bei niedrigem Druck, (c) eine Lösungsmittelpumpe zur Förderung des kältemittel-reichen Lösungsmittels auf einen höheren Druck, (d) Mittel zur Erzeugung von Heißwasser, (e) einen von dem Heißwasser durchflossenen Austreiber zum Verdampfen des Kältemittels aus dem Lösungsmittel, und (f) einen Kondensator zum Verflüssigen des Kältemitteldampfes bei dem höheren Druck in Form eines von Kühlflüssigkeit durchflossenen Wärmetauschers, der im gleichen Gehäuse wie der Austreiber angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass (g) der Verdampfer und der Absorber in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind und so ein Absorber-Verdampfer-Modul bilden, welches mit einem Austreiber-Kondensator-Modul verbindbar ist, bei welchem der Austreiber und der Kondensator in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, (h) das Absorber-Verdampfer-Modul und das Austreiber-Kondensator-Modul mit Anschlüssen versehen sind, an welche gleichartige Komponenten gleichartiger Module anschließbar sind, und (i) jedes Modul an eine gemeinsame Versorgungsanordnung anschließbar ist, in welcher Steuereinrichtungen, die Lösungsmittelpumpe und sonstige gemeinsam genutzten Elemente vorgesehen sind.
Absorptionskältemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das die Module oberhalb der Versorgungsanordnung angeordnet sind und die gleiche Breite und Tiefe aufweisen.
Absorptionskältemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlüsse zum Anschließen der Module seitlich vorgesehen sind.
Absorptionskältemaschine nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlüsse über eine vakuumdichte Verbindung erfolgen.
Absorptionskältemaschine nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Module lösbar miteinander verbindbar sind.