DE102014101648B3 - Absorptionskältemaschine und Verfahren zur Erzeugung von Kälte - Google Patents

Absorptionskältemaschine und Verfahren zur Erzeugung von Kälte Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Absorptionskältemaschine (1) zur Erzeugung von Kälte, umfassend einen Kältemittelzweig mit einem Kondensator (4) und einem Verdampfer (7) sowie einen Lösungsmittelkreislauf mit einem Austreiber (2), einem Absorber (14) und einer Lösungsmittelpumpe (15), wobei in dem Kältemittelzweig vor dem Kondensator (4) zusätzlich eine Expansionsmaschine (3) und nach dem Verdampfer (7) zusätzlich eine Mischkammer (8), ein Verdichter (9) und ein innerer Austreiber (12) ausgebildet sind. Darüber hinaus beschreibt die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung von Kälte in einer Absorptionskältemaschine (1).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Absorptionskältemaschine (AKM) und ein Verfahren zur Erzeugung von Kälte.
  • Eine Absorptionskältemaschine stellt eine spezielle Art einer Kältemaschine dar, bei der – im Gegensatz zu einer Kompressionskältemaschine – die Verdichtung durch eine temperaturbeeinflusste Lösung des Kältemittels in einem Lösungsmittel erfolgt. Dies wird auch als thermische Kompression bezeichnet. Eine Absorptionskältemaschine umfasst einen Lösungsmittelkreislauf mit einem Austreiber, einem Absorber und einer Lösungsmittelpumpe sowie einen Kältemittelzweig mit einem Kondensator und einem Verdampfer. Das Kältemittel wird bei niedriger Temperatur in dem Lösungsmittel absorbiert und bei höheren Temperaturen im Austreiber desorbiert.
  • Die zum Verdampfen einer Flüssigkeit erforderliche Temperatur, die sogenannte Siedetemperatur, nimmt mit sinkendem Druck ab. Somit verdampft ein Kältemittel in einer AKM bei geringem absolutem Druck im Verdampfer bereits bei niedrigen Temperaturen. Wird beispielsweise Wasser in einem nahezu evakuierten Behälter auf eine Rohrschlange gesprüht, so verdampft es bereits bei Temperaturen deutlich unterhalb der Raumtemperatur. Die in diesem Schritt zur Verdampfung erforderliche Verdampfungswärme wird dem zweiten Medium in der Rohrschlange des Verdampfers entzogen, wodurch sie als nutzbare Kälte zur Verfügung steht.
  • Um zu verhindern, dass der Druck im Verdampfer den Sättigungsdruck des Kältemittels erreicht, muss in einem zweiten Schritt der Kältemitteldampf ständig aus dem Verdampfer entzogen werden. Hier wird die Eigenschaft von manchen Lösungsmitteln genutzt, Kältemitteldampf zu absorbieren. Daraus leitet sich auch der Begriff Absorptionskältemaschine ab. Dieser Schritt erfolgt im sogenannten Absorber bei geringer Temperatur.
  • Der Absorptionsprozess würde stoppen, sobald das Lösungsmittel mit Kältemittel gesättigt ist. Daher muss im dritten Schritt dem Lösungsmittel permanent das Kältemittel entzogen werden. Das mit Kältemittel angereicherte Lösungsmittel, die sogenannte reiche Lösung, wird dazu in eine als Austreiber, Desorber oder Generator bezeichnete Vorrichtung gepumpt, in die das Kältemittel durch Wärmeeintrag von außen aus dem Lösungsmittel desorbiert wird. Nach der Desorption verdampft das ausgetriebene Kältemittel auf einem deutlich höheren Temperatur- und Druckniveau als im Verdampfer.
  • Das vom Kältemittel abgetrennte Lösungsmittel, die sogenannte arme Lösung, wird im Lösungsmittelkreislauf wieder zurück zum Absorber geführt. Voraussetzung für den Prozess ist, dass die beiden Stoffe in dem verwendeten Temperaturintervall in jedem Verhältnis ineinander löslich sind und dass die Löslichkeit des Kältemittels im Lösungsmittel bei steigender Temperatur abnimmt.
  • Der separierte Kältemitteldampf aus dem Austreiber gelangt zurück in den Kältemittelzweig und wird im letzten Schritt im Kondensator mit Hilfe von einem weiteren kühleren Medium aus der Umgebung wieder auf das Ausgangsniveau herabgekühlt. Der Dampf kondensiert dort und wird schließlich wieder zum Verdampfer geführt.
  • Im Allgemeinen steht hinter der Konstruktion einer Absorptionskältemaschine die Forderung nach Erhöhung ihres Wirkungsgrades, also dem Verhältnis der Kälteleistung zur aufgewendeten Energie. Eng damit verbunden ist das Wärmeverhältnis ζ (zeta), das bei einer AKM als Quotient der Kälteleistung am Verdampfer Q .0 zur Heizleistung am Austreiber Q . / aus definiert ist. Der Punkt über dem Symbol Q für die Wärmeenergie kennzeichnet die zeitliche Ableitung. Eine vorrangige Strategie zur Effizienzsteigerung des Absorptionskälteprozesses ist somit die Reduzierung der Heizleistung am Austreiber Q . / aus .
  • Im Stand der Technik sind dazu mehrere Ansätze bekannt, wie beispielsweise die Erhöhung der Verdampfungstemperatur, die Wahl von geeigneten Stoffgemischen und der Einsatz gekoppelter Schaltungen von mehreren Absorptionsprozessen, zum Beispiel als Kaskadenschaltung. Speziell diese Ansätze sind jedoch mit erheblichen Nachteilen verbunden, da für kältetechnische Anwendungen besonders niedrige Verdampfungstemperaturen verlangt werden und somit keine hohen. Weiterhin sind viele Stoffgemische thermodynamisch nur schlecht erprobt beziehungsweise eignen sich nur bedingt für den großtechnischen Einsatz. Schließlich führen auch gekoppelte Schaltungen aus mehreren Kreisläufen zu deutlich höheren Investitionskosten und reduzieren damit die Wirtschaftlichkeit.
  • Aus der DE 35 20 565 C1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Umwandlung von Niedertemperaturwärme in nutzbare Wärme bekannt, wobei die Anordnung der Komponenten speziell zur Steigerung des Wärmeverhältnisses des Prozesses optimiert ist. In einem geschlossenen Kreislauf erhitzt die aus einem Absorber kommende reiche Lösung zuerst den aus einem Verdampfer stammenden Arbeitsmitteldampf und anschließend die einem Austreiber entzogene arme Lösung. Schließlich wird das aus einem Kondensator abgeführte Arbeitsmittelkondensat erwärmt, bevor es dem Verdampfer zugeleitet wird. Der überhitzte, aus dem Verdampfer stammende Arbeitsmitteldampf und die erwärmte arme Lösung werden dem Absorber zugeführt, wo durch Absorption Nutzwärme frei wird.
  • Besonders nachteilig ist an dieser Vorrichtung aus dem Stand der Technik, dass der reichen Lösung nacheinander durch drei Wärmeübertrager Wärme entzogen wird. Dadurch steigt der konstruktive Aufwand der gesamten AKM enorm an, was aber im starken Kontrast zu der stetig fallenden Effizienz der nachgeschalteten Wärmeübertrager steht.
  • In der Druckschrift US 4,413,479 A wird ein Absorptionsprozess zur Bereitstellung von Kälte beziehungsweise Wärme beschrieben, welcher dadurch charakterisiert wird, dass eine Dispersion von zwei Kältemitteln Verwendung findet, die nicht miteinander mischbar sind. Dazu ist ein Abscheider zwischen Absorber und Austreiber ausgebildet, welcher die beiden gelösten Kältemittel voneinander abtrennt und der Kältemitteldispersion vor dem Verdampfer zuführt. Schließlich wird ein Teil der Kältemitteldispersion nach dem Kondensator abgetrennt und wieder dem Austreiber zugeführt.
  • Diese Modifikationen dienen einerseits der Verbesserung des Prozesswirkungsgrades, steigern aber andererseits die Komplexität der gesamten Anlage und damit die Investitionskosten. Speziell die Verwendung von zwei gesonderten Kältemitteln führt zu einem erhöhten konstruktiven Aufwand, der nicht mehr im Verhältnis zu dem Gewinn an Anlageneffizienz steht.
  • In der US 2011/0232306 A1 wird weiterhin eine Absorptionskältemaschine offenbart, welche bezüglich eines fluorierten organischen Lösungsmittels optimiert ist, das einen Siedepunkt aufweist, welcher mindestens 40°C über dem des Kältemittels liegt. In dieser AKM sind Mischer und Absorber getrennt ausgebildet. Die Mehrzahl der aufgeführten fluorierten organischen Lösungsmittel ist jedoch den sogenannten FCKWs zuzuordnen, deren Einsatz aus Gründen des Umweltschutzes in Deutschland seit 1994 nicht mehr erlaubt ist.
  • Aus der EP 1 596 141 A2 geht schließlich ein Arbeitsverfahren einer Absorptionskälteanlage hervor, wobei das Arbeitsmittel durch einen Hauptkreislauf und einen Zusatzkreis geführt wird. Im Zusatzkreis ist ein weiterer Absorber auf einem mittleren Druckniveau ausgebildet, welcher den Dampf absorbiert, der in dem Mitteldruckverdampfer des Zusatzkreises gebildet wird. Durch diese Gestaltung wird der Absorptionsprozess so geführt, dass die Rückkühlwärme reversibel genutzt werden kann. Allerdings führt die Einführung des Zusatzkreises zu weiteren Energieverlusten, welche die Gesamteffizienz der AKM deutlich verringern.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Erzeugung von Kälte und einen dazugehörigen Absorptionsprozess zur Verfügung zu stellen, welche sich durch eine Steigerung des Wärmeverhältnisses und somit der Anlageneffizienz gegenüber dem Stand der Technik auszeichnen, wobei eine effiziente und langfristig kostengünstige Lösung bereitgestellt wird.
  • Die vorliegende Aufgabe wird durch eine Absorptionskältemaschine nach Anspruch 1 und ein Verfahren zur Erzeugung von Kälte nach Anspruch 7 gelöst, wobei die AKM einen Kältemittelzweig mit einem Kondensator und einem Verdampfer sowie einen Lösungsmittelkreislauf mit einem Austreiber, einem Absorber und einer Lösungsmittelpumpe umfasst. Die beschriebene Vorrichtung führt zu Verbesserungen gegenüber Lösungen aus dem Stand der Technik, indem in dem Kältemittelzweig vor dem Kondensator zusätzlich eine Expansionsmaschine und nach dem Verdampfer zusätzlich eine Mischkammer, ein Verdichter und ein innerer Austreiber ausgebildet sind.
  • Als besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist anzuführen, dass der konventionelle Absorptionskühlprozess mit einer gekoppelten Expansions-Verdichter-Einheit in einer neuartigen Verschaltung erweitert wird. Die wesentlichen und zusätzlichen Vorteile der Erfindung ergeben sich dadurch, dass das Wärmeverhältnis des Gesamtprozesses durch den Einbau einer Expansionsmaschine, eines Verdichters, einer Mischkammer, eines inneren Austreibers und einer leistungsfähigeren Pumpe gesteigert werden kann. Der Begriff innerer Austreiber oder innerer Wärmeübertrager bezeichnet hier eine Vorrichtung zum Übertragen von Wärme von dem Kältemittelzweig in den Austreiber.
  • Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Expansionsmaschine und der Verdichter über eine Welle miteinander gekoppelt ausgebildet. Darüber hinaus wird die Erfindung vorteilhaft dadurch weiter ausgeführt, dass die Expansionsmaschine und der Verdichter als Expander-Verdichter-Einheit ausgebildet sind. In einer alternativen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Absorptionskältemaschine ist ein Generator vorgesehen, über den mit Hilfe der Expansionsmaschine elektrische Energie erzeugbar ist, mit welcher der Verdichter angetrieben werden kann.
  • Vorteilhaft ist der innere Austreiber zur Wärmeübertragung vom Kältemittelzweig auf den Austreiber vorgesehen. Ebenfalls vorteilhaft ist die erfindungsgemäß vorgesehene Mischkammer für die Beimischung von kältemittelarmem Lösungsmittel aus dem Austreiber zum Kältemittel ausgebildet.
  • Der Austreiber kann auch mit einem als Rektifikator bezeichneten Gegenstromdestillator kombiniert ausgebildet sein; er wird dann als gekoppelter Rektifikator bezeichnet.
  • Ein weiterer Aspekt der Lösung der oben genannten Aufgabe betrifft ein Verfahren nach Anspruch 7 zur Erzeugung von Kälte in einer Absorptionskältemaschine, bei dem ein Lösungsmittelkreislauf und ein Kältemittelzweig vorgesehen sind. Im Kältemittelzweig laufen nachfolgend beschriebene Prozessschritte in dieser Reihenfolge ab: Nach dem Ausdehnen eines Kältemittels über die Expansionsmaschine finden dessen Kondensation im Kondensator und dessen Verdampfung im Verdampfer statt. Dem Beimischen von Lösungsmittel zu dem Kältemittel in der Mischkammer folgen das Verdichten des Kältemittel-Gemisches im Verdichter und die Abgabe von Wärme an den Austreiber über den inneren Austreiber.
  • Der Kern der Erfindung liegt darin, dass die im Austreiber zur Desorption benötigte Wärmeleistung Q . / aus durch Ausnutzen der im Prozess anfallenden Wärmemengen reduziert werden kann.
  • Im Kältemittelzweig wird der aus dem Austreiber herausströmende Dampf in einer zusätzlichen Expansionsmaschine auf den Kondensatordruck entspannt, welcher deutlich unterhalb des Austreiberdrucks steht. Der Dampf kondensiert im Kondensator, das verflüssigte Kältemittel wird anschließend über ein Drosselorgan auf Verdampferdruck entspannt und verdampft im Verdampfer wieder vollständig.
  • Eine Besonderheit der Erfindung besteht darin, dass der Dampf anschließend in die Mischkammer geleitet wird, welche vorteilhaft zur Beimischung von kältemittelarmem Lösungsmittel aus dem Austreiber in das Kältemittel ausgebildet ist. Danach wird dieses Gemisch in den Kompressor gefördert, welcher vorzugsweise von der Expansionsmaschine angetrieben wird. Dieser Verfahrensschritt wird gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dadurch realisiert, dass die Expansionsmaschine und der Verdichter über eine Welle miteinander gekoppelt ausgebildet sind, wodurch die Expansionsmaschine den Verdichter antreibt.
  • Alternativ zu dieser Ausgestaltung des Kompressorantriebes ist die Variante mit einem Generator realisierbar, wobei diese Lösung dadurch gekennzeichnet ist, dass das expandierende Kältemittel über die Expansionsmaschine den Generator antreibt. Mit der dadurch gewonnenen elektrischen Energie wird vorteilhafterweise der Verdichter angetrieben.
  • Das aus dem Verdichter austretende heiße Gemisch wird in den inneren Austreiber geleitet, welcher zur Wärmeübertragung von dem Kältemittelzweig auf den Austreiber ausgebildet ist. Somit kann die extern aufzuwendende Heizleistung in dem Austreiber Q . / aus um den Betrag dieser Wärmeübertragung verringert werden. Nach der Entspannung des Gemisches in einem Drosselorgan wird das abgekühlte Gemisch anschließend in den Absorber geleitet.
  • Der Lösungsmittelkreislauf wird schließlich von der Lösungsmittelpumpe angetrieben, die vorzugsweise in der Lage ist, einen deutlich höheren Durchsatz zu erzeugen als herkömmliche Lösungsmittelpumpen. Daher arbeitet der Austreiber auf einem – verglichen mit dem Stand der Technik – signifikant erhöhten Druckniveau und somit deutlich effizienter. Die über den zusätzlichen inneren Austreiber zugeführte Wärmemenge reduziert den Bedarf an externer Austreiberwärme Q . / aus und erhöht somit das Wärmeverhältnis ζ der Anlage.
  • Der Austreiber kann, wie bereits erwähnt, auch mit einem als Rektifikator bezeichneten Gegenstromdestillator als sogenannter gekoppelter Rektifikator ausgebildet sein. Je nach Kombination von Kälte- und Lösungsmittel wird die Rektifikation als zusätzlicher Prozess zum Auftrennen des Stoffgemisches notwendig, der eine bessere Separation der Komponenten gewährleistet. Im Prinzip stellt die Rektifikation eine Hintereinanderschaltung vieler Destillationsschritte dar, wobei sich der Trenneffekt mit der Anzahl der Prozessschritte verstärkt.
  • Darüber hinaus kann an dem Kältemittel-Ausgang des Austreibers auch ein Dephlegmator angeordnet sein, eine spezielle Ausführung eines Kondensators, in dem restliche Lösungsmittel-Dämpfe kondensieren und wieder dem Austreiber zugeführt werden. Dadurch wird eine höhere Trennleistung gewährleistet. Denn durch eine Destillation lassen sich zwei Stoffe nicht hundertprozentig voneinander trennen, so dass in dem Dampf ebenfalls ein Gemisch der Komponenten verbleibt. Um nur das leichter siedende Kältemittel passieren zu lassen, wird der Dephlegmator knapp über dem Siedepunkt des Kältemittels gekühlt. Das Lösungsmittel mit dem höheren Siedepunkt kondensiert dabei im Dephlegmator und fließt zurück in den Austreiber.
  • Eine vorteilhafte Alternative zur Ausgestaltung der Vorrichtung und des mit ihr durchführbaren Verfahrens ergibt sich dadurch, dass der Austreiber als gekoppelte Rektifiziersäule mit einem Dephlegmator betrieben wird. Die abgegebene Dephlegmatorwärme Q . / dph wird somit zur Vorwärmung des Kältemittel-Gemisches verwendet, wobei der zusätzliche Wärmetauscher vorzugsweise zwischen der Mischkammer und dem Verdichter angeordnet ist.
  • Insgesamt stehen somit für diesen Prozessschritt genügend technische Möglichkeiten zur Verfügung, die eine nahezu vollständige Abtrennung des Lösungsmittels von dem Kältemittel vor dem Eintritt in den Kondensator sicherstellen.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
  • 1: Schaltplan der Absorptionskältemaschine und
  • 2: Schaltplan einer weiteren Version der Absorptionskältemaschine.
  • In 1 ist der Schaltplan einer Konfiguration der Absorptionskältemaschine 1 (AKM 1) dargestellt, bei der bekannte und neuartige Technologien zu einem Gesamtkonzept kombiniert sind. Prinzipiell lässt sich der Schaltplan einer AKM 1 in einen Lösungsmittelkreislauf und einen Kältemittelzweig aufteilen.
  • Der Kältemittelzweig beginnt an einem Austreiber 2, der auch mit einer Rektifiziersäule, mit oder ohne Dephlegmator, gekoppelt sein kann. Nach dem Austreiber 2 wird der herausströmende Kältemittel-Dampf in einer als Dampfturbine ausgeführten Expansionsmaschine 3 auf den Kondensatordruck deutlich unterhalb des Austreiberdrucks entspannt. Der Dampf kondensiert in einem Kondensator 4 vollständig, wobei er die Kondensatorwärme Q .k als Abwärme an die Umgebung abgibt. Das kondensierte Kältemittel wird anschließend in einem Wärmeübertrager 5 unterkühlt, bevor es anschließend über ein Drosselorgan 6 auf Verdampferdruck entspannt wird. Während das Kältemittel im Verdampfer 7 vollständig verdampft, nimmt es die zur Verdampfung erforderliche Verdampferwärme Q .0 aus einem zu kühlenden Medium auf. Da die zum Verdampfen des Kältemittels erforderliche Temperatur mit sinkendem Druck abnimmt, verdampft das Kältemittel im Verdampfer 7 infolge des geringen absoluten Druckes bereits bei niedrigen Temperaturen.
  • Das Kältemittel-Gas wird anschließend im Wärmeübertrager 5 überhitzt, wobei die übertragene Wärme von der Vorkühlung des flüssigen Kältemittels genutzt wird. Das überhitzte Gas wird in eine Mischkammer 8 geleitet, wo es mit kältemittelarmer Lösung aus einem Lösungsmittelkreislauf vermischt wird. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass dieses Gemisch anschließend in einen Verdichter 9 oder in eine andere geeignete Kompressionsmaschine 9 geleitet wird, welcher/welche sich auf der gleichen Welle 10 wie die Expansionsmaschine 3 befindet. Alternativ oder zusätzlich kann auch mit einer Expansionsmaschine 3 über einen Generator 11 elektrische Energie gewonnen werden, welche dann den Verdichter 9 antreibt. Und schließlich ist die vorteilhafte Ausgestaltung vorgesehen, das die Expansionsmaschine 3 und der Verdichter 9 als integrierte Expander-Verdichter-Einheit ausgebildet sind.
  • Die Besonderheit einer Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass durch die Druckerhöhung über den erfindungsgemäß eingeführten Verdichter 9 erreicht wird, dass die aus dem Verdichter 9 austretende heiße Kältemittel-Mischung im inneren Austreiber 12 zusätzliche Wärme an den Austreiber 2 abgeben kann. Durch diese vorteilhafte Einrichtung kann ein wesentlicher Anteil der extern aufzuwendenden Austreiberwärme Q . / aus eingespart werden, was das Wärmeverhältnis der Anlage erhöht.
  • Je nach Druck- und Temperaturniveau liegt nach dem inneren Austreiber 12 die abgekühlte Kältemittel-Mischung als Gas, Flüssigkeit oder Gemisch daraus vor. Sie wird über ein Drosselorgan 13 entspannt, bevor es in den Absorber 14 geleitet wird. Das Drosselorgan 13 kann alternativ auch durch einen als gestrichelte Linie dargestellten Bypass überbrückt werden. Das Kältemittel wird in dem Absorber 14 bei relativ geringer Temperatur in einem Lösungsmittel absorbiert, wobei die Absorberwärme Q . / abs an die Umgebung abgegeben wird.
  • Im Lösungsmittelkreislauf wird das mit dem Kältemittel angereicherte Lösungsmittel nach dem Absorber 14 durch die Lösungsmittelpumpe 15 über einen Wärmeübertrager 16 in den Austreiber 2 befördert. Das Kältemittel wird in dem Austreiber 2 anschließend bei relativ hohen Temperaturen und bei relativ hohem Druck aus dem Lösungsmittel desorbiert.
  • Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erzeugt die Lösungsmittelpumpe 15 einen deutlich höheren Druck, der bis zu einem Faktor zwei über dem in einer konventionellen Absorptionskältemaschine 1 liegen kann. Dies erhöht zwar zunächst leicht den elektrischen Leistungsbedarf PLWT der Lösungsmittelpumpe 15, dadurch arbeitet jedoch der Austreiber 2 auf einem höheren Druckniveau, was durch das verbesserte Wärmeverhältnis zu einer besseren Prozessausbeute führt.
  • Damit reduziert die über den zusätzlichen inneren Austreiber 12 zugeführte Wärmemenge den Bedarf an externer Austreiberwärme Q . / aus und erhöht somit das Wärmeverhältnis ζ der gesamten AKM 1. Bei zusätzlichem Einsatz eines Dephlegmators am Austreiber 2 kann auch die abgeführte Dephlegmatorwärme Q . / dph verwendet werden, um die Temperatur des Gases, welches aus dem Verdampfer 7 strömt, vor dem Mischer 8 weiter zu erhöhen.
  • Nach dem Austreiber 2 wird die arme Lösung im Wärmeübertrager 16 abgekühlt. Ein Teil von ihr wird aus dem Lösungsmittelkreislauf entnommen und im Mischer 8 des Kältemittelkreislaufs dem überhitzten Gas aus dem Verdampfer 7 beigemischt. Der verbleibende Anteil der armen Lösung wird über ein Drosselorgan 17 entspannt, bevor er im geschlossenen Kreislauf wieder zurück in den Absorber 14 geleitet wird.
  • Das höhere Druckniveau in Teilen der Absorptionskältemaschine 1 bedingt die Ausbildung von zusätzlichen Rückschlagventilen an mehreren Stellen beider Kreisläufe. Alternativ zu dieser Ausgestaltung der AKM 1 sind Varianten mit absperrbaren Bypass-Leitungen realisierbar, mit denen einzelne Komponenten der Absorptionskältemaschine oder ganze Funktionsgruppen überbrückt werden können. So ist ein absperrbarer Bypass 19 von dem Verdampfer 7 zu dem Absorber 14 vorgesehen und als gestrichelte Linie dargestellt. Mit diesem Bypass 19 kann der Wärmeübertrager 5, der Mischer 8, der Verdichter 9 und der innere Austreiber 12 umgangen und die erfindungsgemäße AKM 1 auf eine herkömmliche Bauweise reduziert werden.
  • Eine ähnliche Wirkung besitzt der als gestrichelte Linie dargestellte absperrbare Bypass 18 zwischen Mischer 8 und Absorber 14, welcher die Kompressionsmaschine 9 und den inneren Austreiber 12 umgeht. Letztendlich ermöglicht eine als gestrichelte Linie dargestellte weitere optionale Verbindung vom Ausgang des inneren Austreibers 12 zum Kühlmittelausgang des Austreibers 2 eine Umgehung des Lösungsmittelkreislaufs für einen Teil der Kältemittel-Mischung.
  • Die 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, in dem eine direkte Lösungsmittel-Leitung 20 vom Absorber 14 über eine Pumpe 21 zum Mischer 8 ausgebildet ist. Diese Verbindung ersetzt die Verbindung zwischen dem Lösungsmittelkreislauf und dem Mischer 8. Außerdem wurde der Bypass um das Drosselorgan 13 eingespart. Vorteil dieser Variante ist, dass die Regelung und Einstellung der Zusammensetzung des Fluidgemisches im Mixer 8 mittels der Pumpe 21 verbessert ausgebildet ist.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Absorptionskältemaschine (AKM)
    2
    Austreiber, eventuell mit Rektifiziersäule
    3
    Expansionsmaschine
    4
    Kondensator
    5
    Wärmeübertrager des Kältemittelkreislaufs
    6
    Drosselorgan vor Verdampfer
    7
    Verdampfer
    8
    Mischkammer, Mischer
    9
    Verdichter, Kompressionsmaschine
    10
    Welle
    11
    Generator, Motor
    12
    innerer Austreiber
    13
    Drosselorgan vor Absorber
    14
    Absorber
    15
    Lösungsmittelpumpe
    16
    Wärmeübertrager des Lösungsmittelkreislaufs
    17
    Drosselorgan des Lösungsmittelkreislaufs
    18
    Bypass
    19
    Bypass
    20
    Lösungsmittel-Leitung
    21
    Pumpe
    Q . / aus
    Austreiberwärme
    Q . / abs
    Absorberwärme
    Q .0
    Verdampferwärme
    Q .k
    Kondensatorwärme
    Q . / dph
    Dephlegmatorwärme
    PLWT
    Lösungsmittelpumpenleistung

Claims (10)

  1. Absorptionskältemaschine (1) zur Erzeugung von Kälte, umfassend einen Kältemittelzweig mit einem Kondensator (4) und einem Verdampfer (7) sowie einen Lösungsmittelkreislauf mit einem Austreiber (2), einem Absorber (14) und einer Lösungsmittelpumpe (15), wobei in dem Kältemittelzweig vor dem Kondensator (4) zusätzlich eine Expansionsmaschine (3) und nach dem Verdampfer (7) zusätzlich eine Mischkammer (8), ein Verdichter (9) und ein innerer Austreiber (12) ausgebildet sind.
  2. Absorptionskältemaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionsmaschine (3) und der Verdichter (9) über eine Welle (10) miteinander gekoppelt ausgebildet sind.
  3. Absorptionskältemaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionsmaschine (3) und der Verdichter (9) als Expander-Verdichter-Einheit ausgebildet sind.
  4. Absorptionskältemaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Generator (11) vorgesehen ist, über den mit Hilfe der Expansionsmaschine (3) elektrische Energie erzeugbar ist, mit welcher der Verdichter (9) angetrieben werden kann.
  5. Absorptionskältemaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Austreiber (12) zur Wärmeübertragung vom Kältemittelzweig auf den Austreiber (2) ausgebildet ist.
  6. Absorptionskältemaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischkammer (8) zur Beimischung von kältemittelarmem Lösungsmittel aus dem Austreiber (2) zum Kältemittel ausgebildet ist.
  7. Verfahren zur Erzeugung von Kälte in einer Absorptionskältemaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei im Kältemittelzweig folgende Prozessschritte in dieser Reihenfolge ablaufen: – Ausdehnen eines Kältemittels über die Expansionsmaschine (3), – Kondensieren des Kältemittels im Kondensator (4), – Verdampfen des Kältemittels im Verdampfer (7), – Beimischen von Lösungsmittel zu dem Kältemittel in der Mischkammer (8), – Verdichten des Kältemittel-Gemisches im Verdichter (9), – Abgabe von Wärme an den Austreiber (2) über den inneren Austreiber (12).
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionsmaschine (3) und der Verdichter (9) über eine Welle (10) miteinander gekoppelt ausgebildet sind, wodurch die Expansionsmaschine (3) den Verdichter (9) antreibt.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das expandierende Kältemittel über die Expansionsmaschine (3) einen Generator (11) antreibt, wodurch elektrische Energie gewonnen wird, welche den Verdichter (9) antreibt.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Austreiber (2) als gekoppelte Rektifiziersäule mit einem Dephlegmator betrieben wird, wobei die abgegebene Dephlegmatorwärme (Q . / dph ) zur Vorwärmung des Kältemittel-Gemisches aus der Mischkammer (8) vor dem Verdichter (9) verwendet wird.
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