DE2754626A1

DE2754626A1 - Absorptionskuehlanlage zur verwendung von sonnenenergie

Info

Publication number: DE2754626A1
Application number: DE19772754626
Authority: DE
Inventors: Louis H Leonard
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 1976-12-20
Filing date: 1977-12-08
Publication date: 1978-06-22
Also published as: GB1590991A; IL53572A0; IT1088741B; BR7708368A; FR2374603A1; AU3119277A; FR2374603B1; IN147607B; CH627833A5; JPS5848822B2; US4100755A; JPS5378467A; ES465183A1; AU504276B2; MX144593A; DE2754626C2

Description

DR.-INO. H. NEGENDANK (-1073)· dii-l.· λό. IT. H VUCK · .πιΡί, -envs. W. SCIIMTTZ . E. GRAALFS · im>r..-iNG. V^T. V⁷IiIIN^RT · d:pl.-:miys. W. CAIlSTIiNS

HAMBURG · MUNCfHEX - DÜSSELDORF Dr.-Ing. W, Döring PATENTANWÄLTE · NEUER WALL 11 ■ 2000 HAMBURG

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Hamburg, 5. Dezember 1977

Absorjptlonskühlanlage zur Vervendung von Sonnenenergie

Die Erfindung bezieht sich auf die Absorptionskühlung, insbesondere auf eine Absorptionsanlage zur Nutzanwendung einer Energie geringer Temperatur.

Ganz besonders richtet sich die Erfindung auf eine mit Sonnenenergie betriebene Absorptionskühlanlage. Wegen des besonderen Charakters der Sonnenenergie wird im allgemeinen eine zweite Energiequelle oder eine EiIfsenergiequelle benötigt, um die Sonnenenergie während der Zeiten, wenn die Sonnenenergie entweder vollständig fehlt oder nur teilweise verfügbar ist, zu verstärken oder zu ergänzen. Im allgemeinen wird eine zweite Energiequelle in Form einer herkömmlichen Energiequelle vorgesehen, wie bespielsweise Naturgas, Dampf oder elektrische Energie. Da jedoch Naturgas und Öl loaapp sind, verbietet sich

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die Verwend'm^ derartiger bekannter Energiequellen, selbst auf der Basis einer Hilfs- oder Reserveeinrichtung. Die erneute Konzentration der Lösung durch Erwärmen mittels einer elektrischen Widerstandsheizung ist stets sehr kostspielig und unpraktisch gewesen.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, mit Sonnenenergie arbeitende Absorptionskühlanlagen zu verbessern.

Ein besonderes Merkmal der Erfindung besteht in der Verstärkung einer mit Sonnenenergie betriebenen Kühlanlage durch einen äußerst wirksamen, elektrisch betriebenen zweiten Generator.

Mit der vorliegenden Erfindung wird eine mit Sonnenenergie betriebene Kühlmaschine geschaffen, die in der Lage ist, die insgesamt verfügbare Sonnenenergie maximal auszunutzen und dabei gleichzeitig den Kühlbedarf der Maschine mit einer hochgradig wirksamen zweiten Energiequelle zu erhöhen.

Diese und weitere Merkmale der Erfindxing werden erreicht durch eine Absorptionskühlanlage mit einer primären, mit Sonnenenergie gespeisten Generator-Kondensatoreinheit,die wirksam an eine zweite Generator-Kondensatoreinheit angeschlossen ist,einem Kältemittelkreislauf oder einer Wärmepumpe mit einem ersten,in dem zweiten Kondensator angeordneten Wärmeaustauscher und einem zweiten, in dem zweiten Generator angeordneten Wärmeaustauscher, wobei die Wärmepumpe so angeordnet ist, daß sie die Kondensationswärme von dem zweiton Kondensator in den zweiten Generator

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hineinbewegt, wodurch die Kondensationswärme zur Wiederherstellung der in dem zweiten Generator enthaltenen Absorptionslösung nutzbar gemacht wird«

Zum besseren Verständnis der Erfindung sowie ihrer weiteren Vorzüge und Merkmale wird nunmehr auf die folgende ausführliche Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen Bezug genommen· Es zeigern

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung bei Darstellung der primären, mit Sonnenenergie betriebenen Kondensator-Generatoreinheit in Wirkverbindung mit einer zweiten, durch eine Wärmepumpe angetriebenen Kondensator-Generatoreinheit,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung, in welcher die Absorptionskühlanlage einen mehrstufigen Absorber-Verdampfer-Gegenflußabschnitt verwendet, wodurch die Anlage in der Lage ist, bei niedrigen Lösungskonzentrationen und Temperaturen zu arbeiten, was sie für mit Sonnenenergie geringer Temperatur beheizte Warmwasseranlagen interessanter macht, und

Fig. 3 eine graphische Darstellung des Taktschemas der in Fig. 2 gezeigten Anlagen·

Die Erfindung wird mit Bezug auf eine Absorptionskühlanlage beschrieben, die so angeordnet werden kann, daß sie Sonnen-

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energie als primäre Energiequelle für den Anlagegenerator benutzt, Es dürfte jedoch klar sein, daß jede beliebige andere Energiequelle geringer Temperatur, wie beispielsweise die normalerweise nicht zurückgewonnene Wärmeenergie, die durch zahlreiche Herstellungsverfahren aufgrund geothermischer Quellen erzeugt wird, in ähnlicher Weise bei Durchführung der Erfindung benutzt werden kann. Ähnlich wird auch die Erfindung in Verbindung mit einer Absorptionsanlage unter Verwendung von Wasser als Kälteträger und Lithiumbromid als Absorptionslösung beschrieben. Die Erfindung ist nicht unbedingt auf diese besondere Auswahl von Arbeitssubstanzen begrenzt·

Pig 1 zeigt eine Absorptionskühlanlage 10 mit einer oberen Schale, die allgemein mit 11 bezeichnet wird, sowie mit einer unteren Schale, die allgemein mit 12 bezeichnet wird· Wie bei zahlreichen bekannten Absorptionsmaschinen üblich, ist die obere Schale durch eine Trennwand 13 in zwei Abschnitte unterteilt, die einen Generatorabschnitt 14 und einen Kondensatorabschnitt 15 beinhalten. Die beiden abgetrennten Abschnitte werden hier zusammen mit der oberen Schale 11 als primärer Kondensatorabschnitt und primärer Generatorabschnitt bezeichnet. Ähnlich ist auch die untere Schale durch eine Trennwand 16 in einen Absorberabschnitt 17 und einen Verdampferkühlabschnitt unterteilt.

Wie bei den meisten Lithiumbromidanlagen allgemein üblich, wird die in der Anlage vorhandene Atmosphäre durch den Dampfdruck der in dieser betreffenden Schale vorhandenen Lösung

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hergestellt, und der Siedepunkt des Kälteträgers (Wasser) wird auf einen entsprechend niedrig gesättigten Dampf-Teraperaturwert gebracht. Um dies zu erreichen, muß die Maschine gründlich von nicht kondensierbaren Stoffen gereinigt werden·

Durch die Kühlschlange 20, die in dem Verdampfer 18 angeordnet ist, wird eine zu kühlende Substanz, wie beispielsweise Salzsole oder Wasser, hindurchgeführt· Im allgemeinen wird aus der Wanne des Verdampferabschnitts mittels einer Pumpe 21 Kälteträger niedriger Temperatur abgezogen und mittels eines Sprühsammelrohres 22, das zum Betrieb mit der Abgabeseite der Pumpe verbunden ist, über die Kühlschlange geleitet. Während der Kälteträger niedriger Temperatur über die Schlangenwindungen strömt, verdampft er teilweise und absorbiert Wärmeenergie von der gekühlten Substanz, die sich durch die Schlange hindurchbewegt; und verursacht eine Abkühlung dieser Substanz. Der während des Kühlvorgangs verdampfte Teil des Kaiteträgers strömt über die Oberseite der Trennwand i6 und tritt in den Absorber ein. In dem Absorber wird der Kälteträgerdampf einer konzentrierten Lithiumbromidlösung ausgesetzt, wodurch die Dämpfe in die Lösung absorbiert und darin kondensiert werden. Das von einem Kühlturm oder dergleichen gelieferte Kühlwasser wird durch die Schlange 23 hindurchgeleitet und dient dazu, die Absorptions- und Kondensationswärme aus der Anlage herauszutragen. In dem Maße, wie das Lithiumbromid weiterhin Kaiteträgerdämpfο in den Absorberabschnitt hinein absorbiert, wird die Lösung verdünnt oder in ihrer Fähigkeit zur weiteren Aufnahme von Kälteträger geschwächt. Die schwache Lösung wird

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aus dots unteren Toll doe Absorbcrabschnitta durch die Lö*3ungspuiape 2^ abgezogen und nach obon In den primären Generator 13 hineingepumpt, in welchem sie zur Viedervorvonclung in dcra Vorfahren wieder konzentriert vlrd· Bei ihrem Übergang zwischen dea Absurborabsclinltt und dem primären Generatorabschnitt strömt die schwache Lösung durch einen Löoungavitrjaeaustauscher 26, dessen Funlctlon im Anschluß hbran ausführlicher erläutert vird·

Die orneuto Konzentration der Lösung in dem prirr.Mren Generator vird durchjoführt durch Üborfilhren dor Lüsunj in vämeaustauschende Bczieliu:-;^ eilt oinor crx;I!rr:tcn Substanz, dlo durch die Goneratorhöis3clilun₀e C7 streut. In uor vorliejcndon. Au3» fUhrunssform ist daran Gedacht, daß heißes Vasscr oder Dnripf, der aus den nit Connorx-..':irao erhitzten V'assor erzeugt vird, ols Arbeitssubstanz zuia llindurchströaon durch die Gcncratorschlcnjo benutzt vlrd· Jedoch kann, vie bereits obon ausgeführt, die prinllre yUrraoquclle, die bei DurchfUhrun;; der vorliegenden Erfindung benutzt vird, durch Jode loicht verft'jbaro Quelle allgemein niedriger Temperatur dargestellt sein, vie boispielsvoiso die bei zahlreichen bokannten Herstellungsverfahren erzeugte AbvLIrao« EoI den hier in Frage kommenden relativ niedrigen Drucken rrird der in der Lösung kondonsierto Kältetrilgor als Dampf herausgetrieben· Diesen Dampf IUCt man wiederum übor die Trennwand 13 ströuen und in don Kondensatorabschnitt lh der primären Einholt eintreten· Das allgoneln von einem K<UiIturm odoz uorgleichcn gelieferte Vassor vlrd innerhalb dos Kondcnsatorabschnitts durch die Kühlschlcuige 19 hindurchgefUhrt· Das ucgevUlzto Kühlwasser absorbiert Vürmo von

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dem Kaiteträgerdampf und reduziert ihn zu einem flüssigen Kondensat. Dies Kondensat wiederum strömt in den unteren Abschnitt des primären Kondensatorabschnitts ein, wie gezeigt.

Normalerweise wird, wenn genügend Energie vorhanden ist, um einen kontinuierlichen Generatorbetrieb aufrechtzuerhalten, die erneut konzentrierte Lösung in den Absorber zurückgeführt, und zwar über einen sekundären Generator 33» dessen Funktion im folgenden erläutert wird. Es ist an dieser Stelle jedoch zu beachten, daß in dem sekundären Kondensator unter diesen Umständen keine zusätzliche Arbeit geleistet wird.

Im Falle der Sonnenenergieanwendung, wo die Menge der zum Antrieb des primären Generators verfügbaren primären Energie in Zeitabständen schwanken oder sogar nicht vorhanden sein kann, muß eine sekundäre Energiequelle vorgesehen werden, um den Generatorbetrieb zu erhalten oder zu übernehmen. Zu diesem Ζτ/eck ist hier eine sekundäre Kondensator-Generatoreinheit 30 vorgesehen, die, wie im folgenden erläutert wird, zum Betrieb mit der primären Einheit verbunden ist. Die sekundäre Einheit ist so angeordnet, daß sie in Übereinstimmung mit der primären Einheit arbeitet, so daß die Kälteträgeranlage fortlaufend die Lastanforderungen befriedigen kann, und zwar ungeachtet des Zustande oder der Menge der verfügbaren primären Energie. Die vorliegende Absorptionsanlage hat auch die einzigartige Fähigkeit, maximalen Gebrauch von der insgesamt verfügbaren primären Energie zu machen und dabei gleichzeitig den Verbrauch an sekundärer Energie auf ein Minimum herabzusetzen.

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Wie in Fig. 1 gezeigt, trennt eine Trennwand 31 die Schale 30 in einen sekundären Kondensatorabschnitt 32 und einen sekundären Generatorabschnitt 33· Die Schale, welche die sekundären Abschnitte beherbergt, ist an einem erhöhten Platz zwischen dem der primären Kondensator-Generatoreinheit und der Absorber-Verdampfereinheit angeordnet. Das in der Wanne des primären Kondensators gesammelte Kondensat wird durch Schwerkraft über eine Leitung 35 direkt in den sekundären Kondensatorabschnitt eingeführt, wo es dem Wärmeaustauscher 36 ausgesetzt wird. Tn Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen kann es sich hier durch Verdampfung selbst abkühlen, was diesen Arbeitstakt wirksamer gestaltet. Ähnlich wird die in den primären Generatoren gesammelte Lösung durch Schwerkraft mittels einer Leitung 37 in <*^en sekundären Generator eingeführt. In dem sekundären Generator ist ein zweiter Wärmeaustauscher 39 angeordnet.

Die beiden Wärmeaustauscher 36, 39 sind zum Betrieb an einen mechanischen Kompressor angeschlossen, wie beispielsweise einen Kolbenverdichter, Kreiselkompressor, einen umlaufenden oder Schneckenkompreosor 40, um einen Kälteträgerkreislauf oder eine Wärmepumpe 41 zu bilden, die in der Lage ist, die in dem zweiten Kondensator erzeugte Kondensationswärme in den zweiten oder sekundären Generator zu überführen, wo sie zur erneuten Konzentration der darin enthaltenen Lösung verwendet wird. Die durch den Wärmepumpenkompressor entwickelte Kompressionswärme ist im Gleichgewicht mit der zur erneuten Konzentration der Lösung erforderlichen Lösungswärme. Die Saugseite des Kompressors ist durch eine Kälteträgerloitung k3 an den Wärme-

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austauscher 36 angeschlossen, während die Förderseite dos Kompressors durch eine Kälteträgerleitung hk an den Austauscher 39 angeschlossen ist. Die gegenüberliegenden Enden der beiden Austauscher sind außerdem durch eine Leitung 1*5 miteinander verbunden und bilden somit einen geschlossenen Wärmepumpenkreislauf, durch den der Kälteträger strömt. An die Leitung h$ ist ein Drosselventil h6 zum Betrieb angeschlossen, welches zur Steuerung des Durchflusses des Kälteträgers durch den Wärmepumpenkreislauf zwischen der Hochdruck- und der Niederdruckseite desselben dient und das Ausmaß einer übermäßigen Erwärmung in dem Ansauggas als Mittel der Steuerung mißt.

Die Lage des Steuerventils h6 wird in Abhängigkeit von der Überhitzungstemperatur des durch die Kompressorsaugleitung hindurchströmenden Kälteträgerdampfes geregelt* An der Sauglcitung ist ein Sensor 47 zum Betrieb befestigt und so angeordnet, daß er ein Temperaturanzeigesignal auf einen Ventilregler kB überträgt, der wiederum in Abhängigkeit von den gemessenen Temperaturen ein Drosselventil öffnet oder schließt.

Das in dem sekundären Kondensator gesammelte flüssige Kondensat wird durch Schwerkraft über die Leitung 51 In den oberen Teil des Verdampferabschnitts 18 eingeführt, wo os in den Kälteträger st rom hinein abgegeben wird, der aus dem SprüsamineIrohr 22 austritt. Ähnlich wird die in der Wanne des sekundären Generators gesammelte Lösung über eine Leitung 58 durch den bereits erwähnten Lösungswärmeaustauscher 26 hindurchgeführt. In dem Austauscher gibt der Kälteträger Energie an die Lösung

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geringerer Temperatur nb, die aus dora Absorber in don prii Generator hineingepumpt wird. Nach dora Au3tritt aus den Lüsuivjswfimoauatauscher wird die starke Lösung in dao Cprülisottr-.elrohr k9 dos AV^orberobschnitts hinein abgegeben, von wo sie über die Kühlwasserschlance 23 ßolenkt wird. Vie oben erv'thnt, absorbiert das durch die Schlange ungevKlzte Kühlwasser die während doe AbBorptionoVorfnhrens erzeugte Energie und fiihrt diese Energie aus der Anlage heraus.

Der Betrieb der Absorptionsanlngo wird gorogelt mit Bezug auf die Temperatur der aus dor Kühlvorrichtung 20 austretenden abgekühlten Eubotrjiz. An der Lchlangcnauolaßlcitung 52 iet ein erster Terrpern.tursen3or 50 bofestigt und so angeordnet, dnO er ein Temperaturanzeige3ignnl an einen Reglos?· 53 sendet. Der Regler wiederum stouert ein Ventil 5^» das in dor mit der Heizschlange des primiiron Gonorntors verbundenen IleiOwaaoerabgabeleitung 56 anccordnot ist. Das Steuerventil wird goUffnot und geschlocsen, un die rncrgiencn"e zu variieren, die in /bhSngiglceit von dor Temperatur dor auo den Verdrjnpfer austretenden abgeWlhlten Subctr.ns don Generator zugeftlhrt wird. Vom die durch Sonnenenergie orzougte l.'!lrno unrurcichond ist, im den Klililbodarf der Anlage zu befriedigen, dns hoißt venn dao Lteucr\'entil 5V voll geöffnet lot und die Temperatur der r.ua den Vcrdronpfor austretenden Vümosubstnnz untor einen vorgegebenen l.'ert erfüllt» dann wird durch einen cvoiten Tcnporatursensor 57t der ebenso wirkean an die Kühlwosscrloituns angeschlossen ist, ein Signal erzeugt. Das Ter.^eratursignal wicdorum wird benutzt, un den mechanischen. Konpressor in den V'ttmopurr.pen!crei3 zu botUtigen

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und so die sekundäre Kondensator-Ganeratoreinheit in Betrieb zu setzen. Wenn der sekundäre Generator in Betrieb ist, dann setzt auch der primäre Generator seinen Betrieb fort, um soviel Energie wie möglich von der durch Sonnenenergie erwärmten Arbeitssubstanz abzuziehen. Infolgedessen wird die schwache Lösung in dem primären Generator teilweise erneut konzentriert oder wahlweise lediglich vorerwärmt, bevor sie in den sekundären Generator hinein abgegeben wird, und dadurch soviel Arbeit wie möglich aus dem primären Generator gewonnen, wenn die verfügbare primäre Energie auf einem niedrigen Stand ist. Wie bereits erwähnt, wird beim Betrieb des mechanischen Kompressors der Fluß des Kälteträgers durch den Wärmepumpenkreis unabhängig durch das Wärraepumpensteuerventil gesteuert. Die in dem sekundären Generator aufrechterhaltene Temperaturhöhe braucht jedoch nicht auf irgendeinen gegebenen Wert eingestellt zu werden, vorausgesetzt, daß der Temperaturunterschied zwischen der in dem Wärmepumpenkondensator aufrechterhaltenen Temperatur und dsm Siedepunkt der Lösung in dem Generator derart ist, daß der Wärmepumpenkreislauf in der Lage ist, laufend die Kühllast der gesamten Anlage zu befriedigen.

Es wird nunmehr auf Fig, 2 Bezug genommen, in der eine zweite Ausführungsform der Erfindung gezeigt ist, in welcher die Wärmeaustauscherschlange in dem Verdampferabschnitt der Maschine in Fortfall kommt und dadurch der ungünstige Temperatureinfluß, der normalerweise mit den Oberflächenverlusten eines Wärmeaustauschers verbunden ±3t, ausgeschaltet wird, was wiederum einen Betrieb der Maschine bei niedrigeren Lösungskonzentrationen und

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Teinperatxii-en gestattet. ¥ie in Pig, 2 gezeigt, sind die primären und sekundären Kondensator-Generatoreinheiten gemäß der obigen Beschreibung mit Bezug auf Fig. 1 ausgebildet, wobei gleiche Zahlen gleiche darin enthaltene Bestandteile bezeichnen, Die beiden oben erwähnten Einheiten ax-beiten in Übereinstimmung mit der obigen Beschreibung, das heißt die erneut konzentrierte Lösung wird in der Warme des sekundären Generators und der flüssige Kälteträger in der Wanne dos sekundären Kondensators gesammelt.

Die Absorber- und Verdampferabschnitte sind bei der vorliegenden Ausführungsform in zwei getrennten Schalen oder Gehäusen untergebracht, einem Gehäuse 60 hoher Temperatur und einem Gehäuse 61 niedriger Temperatur, das unmittelbar unter dem Gehäuse hoher Temperatur angeordnet ist. Wie bereits oben erwähnt, ist das obere Gehäuse durch eine Trennwand 63 in zwei Abschnitte unterteilt, und zwar einen·Absorberabschnitt 6k hoher Temperatur und einen Verdampfer 65 hoher Temperatur. Ähnlich ist die untere Schale 61 durch eine Trennwand 66 in einen Absorberabschnitt 6j niedriger Temperatur und einen Verdampfer 68 niedriger Temperatur tinterteilt.

Unterhalb des Verdampferabschnitts niedriger Temperatur ist eine Kaiteträgerpumpe 7° angeordnet, die zum Umwälzen des Sälteträgers dient, der gelegentlich al3 aktive Sollösung ("live brine¹») bezeichnet wird; diese Umwälzung erfolgt «/on dem Verdampfer niedriger Temperatur und somit niedrigen Druckes

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in den Verdampfer hoher Temperatur und hohen Druckes über die Kälteträgerleitung 71. Bei diesem übergang wird der Kälteträger niedriger Temperatur durch eine Klimatisierungsschlange -mii- r.-«.« «- Eigenwärmeaustauschschlange 75 hindurchgeführt, an die eine Visntilatoreinheit 76 zur Bewegung von Luft über die Schlange hinweg oder durch sie hindurch angeschlossen ist. Der durch die Klimatisierungsschlange hindurchströmende Kälteträger absorbiert Eigenwärme und trocknet die Luft, die darüber hinifegströmt, und erhöht dadurch die Temperatur des flüssigen Kälteträgers. Der wärme Kälteträger wird zunächst mit Hilfe des Sprülisammelrohres 72, welches in dem oberen Tei.1 des Verdampfers hoher Temperatur angeordnet ist, in diesen hineingesprüht. Der obere Verdampferabschnitt wird auf einem höheren Druck gehalten als der untere Abschnitt, und infolgedessen wird der Kälteträger bei seinem Austritt aus dem Sprühsammelrohr bei einer höheren Temperatur durch Entspannung gekühlt. Der Kälteträger wird adiabatisch auf den Absorberdruck entspannungsgekühlt. Der in der Wanne des Verdampfers hoher Temperatur gesammelte entspanmingsgekühlte Kälteträger wird durch Schwerkraft über· die Leitung 73 in die in dem Verdampf er abschnitt niedrigen Druckes angeordnete zweite Sprühsammelleitung 7^ eingeführt. Hier wiederum wird der Kälteträger auf eine noch niedrigere Temperatur entspannungsgekühlt. Obwohl ein Teil des Kälteträgers durch die doppelte Entspannung verdampft wird, bleibt doch ein überwiegender Teil des Kai te trägers vuwerdampf t, während die Verdampfungswärme mit dem verdampften Kälteträger von der Lösung absorbiert wird. Im praktischen Betrieb wird ein äußerst geringer Prozentsatz des insgesamt vorhandenen Kälte-

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trägers in den beiden Absorbern absorbiert (hoher und niedriger Temperatur), vodurch der größte Teil des Kälteträgers zum Aufrechterhalten des Kühlprozesses in der Klimatisierungsschlange 75 verfügbar gemacht wird.

Die erneut konzentrierte Lösung, die in dem sekundären Kondensator gesammelt wurde, wird über eine Lösungsleitung 78 in die in dem Absorber niedrigen Druckes angeordnete Sprühsammelleitung 79 eingeführt. Vor dem Eintritt in den Absorber wird die Lösung durch den Lösungswärmeaustauscher 80 hindurchgeführt. In dem Lösungswärmeaustauscher wird eine Eigenkühlung der Lösung durchgeführt durch Einbringen starker Lösung in wärmeaustauschender Beziehung mit der schwächeren Lösung des Kühlers, die von dem Absorber 6^ hohen Druckes über eine Pumpe 81 und Leitung 82 nach oben in den primären Generator hineingepumpt wird. In dem Absorber niedriger Temperatur wird die starke Lösung über eine Kühlschlange 63 gesprüht, durch welche das Wasser des Kühlturms umgewälzt wird. Während die starke Lösung durch die Stufe geringer Temperatur hindurchströmt, wird der in dem Vei-dampfer niedriger Temperatur erzeugte Kälteträgerdampf in der Lösung kondensiert. Die Kondensationswärme wird über das umgewälzte Wasser des Kühlturms aus der Anlage herausgetragen. Sodann wird die Lösung in den unteren Teil des Absorbers niedriger Temperatur gesammelt und aus dem Abschnitt niedriger Temperatiir über die Pumpe 8k abgezogen und über die Leitung 85 nach oben in den Absorberabschnitt hoher Temperatur hineingeführt. Hier wiederum wird die Lösung mit Hilfe einer Sammelleitung 86 über die zweite Kühlschlange 88 gesprüht, durch welche ebenfalls das Wasser vom Kühlturm umgewälzt wird. Die in dem Verdampferabschnitt hoher

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Temperatur erzeugten Kälteträgerdämpfe werden in die Lösung absorbiert, was dio Lösungskonzentration weiterhin schwächt. Wie oben erwähnt, wird die schwache Lösung aua dem Boden des Absorberabsclmitts hoher Temperatur mittels einer Lösungspumpe 8i abgezogen und durch den Lösungswärmeaustauscher 80 in den primären Generator eingeführt.

Durch die Abstufung der Bewegung sowohl der Lösung als auch des Xälteträgers durch den Absorber-Verdampfer wie hler beschrieben, wird die starke Lösung in der Anlage zunächst dem Kaiteträgerdampf bei der niedrigsten Temperatur der Anlage ausgesetzt. Dies erzeugt einen relativ niedrigen Dampfdruck in der absorbierenden Lösung und gestattet dem Teil der Anlage einen Betrieb bei vergleichsweise niedrigen Verdampfungstemperaturen für eine gegebene Lösungskonzentration im Vergleich zu einer mehr herkömmlichen Anlage, die einen Flächenwärmeaustauscher in dem Verdaiapferabschnitt verwendet. Es ist ferner zu beachten, daß die Verwendung des in dieser Weise abgestuften Absorberabschnitts in Verbindung mit den abgestuften Verdampfern die Entwicklung einer weiter verteilten Gesamtkonzeiitration innerhalb der Anlage gestattet, was zu einer höheren Leistung im Vergleich zu mehr herkömmlichen Anlagen führt«

Der Betrieb der in Fig. 2 gezeigten abgestuften Gegenstromanlage wii'd weiter in Verbindung mit einem allgemeinen Beispiel unter Bezugnahme auf das in Fig. 3 gezeigte Arbeitstaktschema beschrieben. Der Arbeitstakt wird beschrieben mit Bezug auf die verschiedenen Punkte, die in dem Schema für einen allgemeinen

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Arbeitstakt aufgetragen sind, wobei der Takt von Punkt A bis einschließlich Punkt J reicht. Diese Punkte werden, wo itnmer zweckmäßig, auch in der Fig. 2 in etwa an dem Platz vermerkt, wo der Punkt des Taktes tatsächlich auftritt.

Eg wird nunmehr auf die Figuren 2 und 3 Bezug genommen, wo in einem abgestuften Gegenstromsystem bei Verwendung von Lithiumbroniid und Wasser als Arbeitssubstanzen schwache Lösung bei einer Konzentration von etwa 52^ und 95 F aus dem Absorberabschnitt hoher Temperatur an Punkt A austritt und in Richtung auf den mit Sonnenenergie betriebenen primären Generator 1^ nach oben gepumpt wird. Nach dem Durchgang durch den Lösungswärmeaustauscher 80 wird die Temperatur der schwachen Lösung an Punkt B auf einen höheren Wert gesteigert, der allgemein bei etwa 110 F liegt.

Die schwache Lösung wird danach in den primären Generator eingeführt, wo sie die Generatorschlange 27 überflutet. In dem primären Generator kann die Lösung entweder vorgewärmt, teil weise erneut konzentriert oder insgesamt erneut konzentriert werden, je nach der Temperatur und Verfügbarkeit der primären Energiequelle, Es ist zu beachten, daß in jedem Fall die maximal verfügbare Energiemenge in dem primären Generator zur Erzeugung der Kühlung benutzt wird, ein Ergebnis, das in dieser Anlagenart ein Novum darstellt.

Falls in dem primären Generator nur eine Vorwärmung der Lösung durchgeführt werden kann, wird die Lösungstomperatur bis zu

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einem gewissen Zustand oder bis zu einem Punkt C erhöht, der bei den Generatorbedingungen unter dem Siedepunkt C der Lösung liegt. Die vorgewärmte Lösung wird in dem Zustand C₁ in den zweiten Generator 33 eingebracht, der auf einem gewissen Druck unter dem in dem primären Generator aufrechterhaltenen Druck gehalten wird· Infolgedessen wird die in den zweiten Generator eintretende vorgewärmte Lösung schnell auf einen niedrigeren Druck am Zustandspunkt P expandiert, wie durch die in Fig, 3 gezeigte angedeutete Linie 90 dargestellt. Der durch die Wärmepumpe angetriebene sekundäre Generator bewirkt eine Erhöhung der Temperatur der Lösung konstanten Druckes in dem Generator, bis der Punkt F erreicht ist. An dem Punkt F befindet sich die Konzentration der Lösung auf dem gewünschten Wert von etwa

D5.e starke Lösung bei etwa 56$ Konzentration wird in dem Generator gesammelt und dann durch den Lösungswärmeaustauscher hindurch/bewegt, wo Wärme an die kühlere schwache Lösung abgegeben wird, wodurch die Temperatur der Lösung mit einer Konzentration von U6$> auf den Punkt G reduziert wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die starke Lösung in den Absorberabschnitt niedrigen Druckes eingeführt. In dem Absorberabschnitt niedrigen Druckes absorbiert die Lösung Kaiteträgerdämpfe aus dem Verdampfer 68 niedriger Temperatur, und die Konzentration wird dadurch bei konstantem Druck auf den Punkt I reduziert. Die Lösung wird sodann in die mit der Absorbereinheit hohen Druckes verbundene SprüheammeHeitung hineingepumpt, wo sie durch Eigen-

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wärme auf den Punkt A bei einer konstanten Konzentration von etwa 5^/*> erwärmt wird.In dem Abssorberabschnitt hohen Druckes wird die Lösung durch den Kai te trägerdampf von dem Verdampt?er 65 hoher Temperatur weiterverdünnt, bis die Konzentration der Lösung auf etwa 52;£ reduziert ist, wie bei Punkt A dargestellt. Die geschwächte Lösung wird dann von dem hohen Druck abgezogen und noch einmal wieder durch den Lösungswärmeaustauschor in den primären Generator hinein umgewälzt,und der Arbeitstakt wird wiederum wiederholt.

In dem Falle, daß der primäre Generator etwas mehr Energie zur Erzeugung teilweise erneut konzentrierter Lösung liefert, wird die Lösung darin bis zu einer Temperatur getrieben, wo sie zu kochen beginnt. Dies tritt an dem Punkt C oder b«i etwa 160 F ein. Beim fortgesetzten Kochen der Lösung erreicht diese den Punkt D. Die teilweise neu konzentrierte Lösung wird, wie im Falle der vorerwähnten vorerwärraten Lösung, beim Eintritt in den sekundären Generator expandiert, wodurch die Lösung bis zum Zustand des Punktes F_ heruntergedrosselt wird. Der Drosselvorgang folgt der punktierten Linie 93» dd.^e in dem Schema der Fig. 3 gezeigt ist. Vom Punkt F_ aus fügt der sekundäre Genex-ator der Lösung genügend Energie hinzu, um die Temperatur der erneut konzentrierten Lösung bis zum Zustand des Punktes F oder bis auf etwa 120 zu erhöhen, bei einer Konzentration von 56$. Während sich die Lösung von dem sekundären Generator zu dem Absorber niedriger Temperatur bewegt, strömt sie durch den Lösungswärmeaustauscher hindurch. Die Wärme wird von der Lösung abgenommen,

bis die Temperatur der stark konzentrierten Lösung etwa 100

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erreicht, wie beim Zustand des Punktes G angemerkt. Vie oben erläutert, wird die Lösung dann nacheinander durch die zwei abgestuften Absorberabschnitte im Gegenfluß mit dem durch die entgegengesetzt abgestuften Verdampfer strömenden Kälteträger hilldurchgeführt. Schließlich erreicht die Konzentrationshöhe der Lösung den beim Zustandspunkt A dargestellten Zustand.

Schließlich wird, wo die Bedingungen derart sind, daß der primäre Generator Energie liefern kann, um die Lösung vollständig erneut zu konzentrieren, das heißt, die Lösung auf eine Konzentration von etwa 56$ zu bringen, die Lösung zunächst auf einen Siedepunkt C in dem primären Generator vorerwärmt und dann das Kochen der Lösung fortgesetzt, bis sie eine Temperatur von etwa 170 beim Punkt E erreicht. Diese*· Takt wird durch die fest ausgezogenen Linien 95 und 9°· in Fig. 3 beschrieben. Das flüssige Kondensat und die erneut konzentrierte Lösung, die in der primären Einheit entwickelt wurde, wird unmittelbar in die sekundäre Einheit eingeführt. Jedoch stellt der Sensor 57 in der Kühlausgangsleitung 71 fest, daß die Temperatür des Kaiteträgers niedrig genug ist, um den Kompressor kO untätig zu halten. Infolgedessen strömt die wieder aufbereitete Lösung und der freigesetzte Kälteträger direkt durch die sekundäre Einheit hindurch, ohne daß weitere Arbeit darauf ausgeführt wird, und wird über Schwerkraft in die Absorber-Verdampferabschnitte weitergeführt.

Durch Bemessung des mechanischen Kompressors derart, daß der Värmepumpenkreis alle zum erneuten Konzentrieren der Lösung

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erforderliche Energie liefern kann, das heißt genügend Energie, tun die Lösung vom Zustandspunkt B zum Zustandspunkt F nach Darstellung in Fig. 3 zu bewegen, kann der gesamte Heizbedarf des Generators durch den Wärmepumpenkreislauf befriedigt werden, wenn die primäre Energiequelle nicht verfügbar ist. Um eine Lithiumbrornidlösung zu erzeugen, die den sekundären Generator in dem 5.n Fig. 3 gezeigten Takt mit 56$ verläßt, muß der mechanische Kompressor einen Hub von etwa 80 entwickeln. 60 dieses Hubes werden benutzt, um die Differentialteraperatur zwischen der Kondensationstemperatur am Zixstandspunkt B und einer Lösungstemperatur von etwa 120 , wie sie am Zustandspunkt F vorgefunden wird, zu erzeugen, bei einem Verlust von 10$ an jedem Ende wegen normaler Wärmeverluste, wie sie in Wärmeaustauschern auftreten. Außerdem braucht in dem gestuf fcen Gsgenflußtakt die Lösungstempex^atur nur bis auf etwa 170 in jedem der Generatoren gebracht zu werden, um die normale Kühliast zu befriedigen, die im allgemeinen auf eine Anlage dieser Art aufgebracht wird. D5.es ist eine beträchtlich niedrigere Temperatur im Vergleich zu dir Lösungstemperatur von annähernd 205°, die in der in Fig. 1 gezeigten Anlage benötigt wurde. Es kann somit eine Reinersparnis von etwa 35 i*^{1 der} Lösungstemperatur realisiert werden, wenn sie in der Gegonstrorastufenanlage in Verbindung mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Anwendung kommt.

Während die Erfindung hier mit Bezug auf die niedergelegten Einzelheiten beschrieben wurde, ist sie doch nicht unbedingt auf diese Einzelheiten begrenzt und wird durch den Bereich der folgenden Ansprüche abgedeckt.

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Claims

A_n sgrüche t

1./ AbsorptionskUhlanlage mit einem primären Generator zur Bearbeitung einer darin enthaltenen absorbierenden Lösung und einem primären Kondensator zum Kondensieren des darin enthaltenen Kälteträgers, gekennzeichnet durch einen sekundären Generator (33)» der zum Betrieb mit dem primären Generator (iU) verbunden ist, um die bearbeitetete Lösung von dem primären Generator aufzunehmen, einen sekundären Kondensator (32), der zum Betrieb mit dem primären Kondensator (15) verbunden ist, um das Kälteträgerkcndensat von ihm aufzunehmen, sowie einen durch einen Kompressor angetriebenen Kühlkreislauf (^1) mit einem ersten Wärmeaustauscher (36) in wärmeübertragender Beziehung mit dem in dem sekundären Kondensator (32) enthaltenen Kälteträger und einem zweiten Wärmeaustauscher (39) in wärmeübertragender Beziehung mit der in dem sekundären Generator (33) enthaltenen Lösung, wodurch die in dem sekundären Kondensator erzeugte Kondensationswärme auf den sekundären Generator übertragen wird.

2. Anlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Steuereinrichtungen (Ίά), die zum Messen der Temperatur des sich zwischen dem ersten (36) und dem zweiten (39) Wärmeaustauscher bewegenden Kaiteträgers und zum Regeln des Durchflusses von Kälteträger durch don Kühlkreislauf (*n) in Abhängigkeit davon mit ihm verbunden ist.

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3· Anlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet dux'ch einen Absorber (i7)t der zur Aufnahme der erneut konzentrierten Lösung von dem sekundären Generator (33) angeordnet ist, sowie einen Verdampfer* (13) zum Kühlen eines Mediums, der zur Aufnahme von Kälteträger aus dem sekundären Kondensator (32) angeordnet ist,

4. Anlage nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor (^0), der zum Antrieb des Kühlkreises (hl) benutzt wird, ein Kolbenverdichtex· ist.

5. Anlage nach Anspruch k, ferner gekennzeichnet durch Einrieh tungen (57) zum Messen der Temperatur des den Verdampfer (l8) verlassenden Mediums, sowie Steuereinrichtungen, die auf die gemessene Temperatur zum Regeln des Betriebes des genannten Kolbenkompressors (^0) ansprechen»

6. Verfahren zur Verstärkung des Energieeingangs zum primären Generator einer Absorptionskühlanlage mit einem primären Generator zur Bearbeitung der darin vorhandenen Lösung und einem primären Kondensator zum Kondensieren von Kälteträger, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte 5 Überführen von in dem primären Kondensator (15) gesammeltem Kondensat in einen sekimdären Kondensator (32), Überführen von in dem primären Generator (1*0 bearbeiteter Lösung in einen sekundären Generator (33), Beistellen eines von einem Kompressor (ko) angetriebenen Kühlkreises (4i) zur Übergabe der in dem sekundären Kondensator (32) erzeugten Kondensations-

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wärme in den sekundären Generator (33) zur erneuten Konzentration der darin enthaltenen Lösung.

7» Verfahren nach Anspruch 6, ferner gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Abgeben der erneut konzentrierten Lösung aus dem sekundären Generator (33) in einen Absorber (17) vavl Abgeben des Kaiteträgers aus dem sekundären Kondensator (32) in einen Verdampfer (i8) zum Kühlen eines Mediums.

8. Verfahren nach Anspruch 7» ferner gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Steuern des Betriebes des Kühlkreiskompressors (^O) in Abhängigkeit von der Temperatur des den Verdampfer (18) verlassenden Mediums.

9. Verfahren nach Anspruch 8, ferner gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt des Steuerns des Kälteträgerflusses durch den Kühlkreis (*n) hindurch in Abhängigkeit von der Temperatur des Kälteträgers am Einlaß zum Kompressor

10, Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt der Entspannungskühlung des in den sekundären Kondensator (32) hinein abgegebenen Kondensats·

11. Verfahren nach Anspruch 9» gekennzeichnet durch den weiteren Schritt der Dimensionierung des Kompressors (*K>) derart, daß die Kompressionswärme und die Kondensationswärme, die in dem sekundären Kondensator (32) entwickelt werden, ausreichend sind zur erneuten Konzentrierung der Lösung in dem sekundären Generator (33)> wenn in dem primären Generator (1*0 keine Energie verfügbar i%9.9 625/0731

12. Verfahren zur wirksamen Erzeugung einer Kühlung in einer Absorptionskühlanlage, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Erwärmen einer absorbierenden Lösung in einem primären Generator (i'O auf einen ersten Temperaturwert, der abhängig ist von der Menge der in dem genannten primären Generator verfügbaren Energie, Kondensieren des in dem primären Generator freigesetzten Kälteträgers zu einer Flüssig" keit innerhalb eines primären Kondensators (15)| Abgeben der erwärmten Lösung von dem primären Generator {lh) in einen sekundären Generator (33) hinein, Abgeben des flüssigen Kondensats aus dem primären Kondensator (15) in einen sekundären Kondensator (32) hinein, Erzeugen von Wärme in dem sekundären Generator (33) mittels eines von einem Kompressor C+O) angetriebenen Kältekreislaufs (*H), der zur Übergabe von Wärmeenergie von dem sekundären Kondensator (32) auf den sekundären Generator (33) angeordnet ist, adiabatisches Entspannungskühlen von in dem sekundären Kondensator (32) entwickeltonxflüssigen Kälteträger zu einem auf einem ersten Druck gehaltenen ersten Verdampfer (65),adiabatisches Entspannungskühlen des Kälteträgers von dem ersten Verdampfungskühler (65) in einen auf einem zweiten, niedrigeren Druck gehaltenexi zweiten Verdampfer (68), Verwenden des von dem zweiten Verdampfer (63) niedrigen Druckes abgezogenen entspannungsgekühlten Kälteträgers zur Erzeugung einer Kühlung, sowie Steuern des Betriebes des Kältekreislaufkompressors (ko) in Abhängigkeit von der Temperatur des von dem zweiten Verdampfer (68) niedrigen Druckes abgezogenen Kältoträgers,

13, Verfahren nach Anspruch 12, ferner gekennzeichnet durch die

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Schritte der Abgabe von Lösung aus dein sekundären Generator (33) in einen Absorber (67) niedrigen Druckes hinein, welcher wirksam mit dem zweiten Verdampfer (68) niedrigen Druckes verbunden ist, sowie Pumpen der Lösung von dem Absorber (67) niedrigen Druckes in einen zweiten Absorber {6h) hohen Druckes hinein, welcher zum 3etrieb mit dem ersten Verdampfer (65) hohen Druckes verbunden ist*

1^. Verfahren nach Anspruch 13» gekennzeichnet durch den Schritt der Steuerung des Flusses von Arbeits3trb'raungsniitteln durch den Kühlkreislauf (*n) hindurch in Abhängigkeit von der Temperatur des in den Wärmepumpenkompressor {ho) eintretenden Arbeitsstremungsmittels.

15. Verfahren nach Anspruch ib_t gekennzeichnet durch die Verfahrenoschritte der Übergabe von Energie zwischen dem von dem Verdampfer (68) xiiedrigeu Druckes abgezogenen Kälteträger und einem zu kühlenden Medium, sowie Rückführen des XKlteträgers in den Verdampfer (65) hohen Druckes.

16. Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch den Schritt des Pumpens verdünnter Lösung von dem Absorber (64) hohen Druckes in den primären Generator (1*0 hinein·

17. Verfahren nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch den Schritt der Übergabe von Energie zwischen der in dem sekundären Generator (33) entwickelten Lösung und der in den primären Generator {lh) hineingepumpten Lösung vor dem Entspannungs-

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kühlen der Lösung in dem Verdampfer {6h) hohen Druckes.

18. Verfahren nach Anspruch 15» gekennzeichnet durch den Schritt des Steuerns der Menge der in dem primären Generator (i4) erzetxgten Erwärmung in Abhängigkeit von der Temperatur des von deia Verdampfer (68) niedrigen Druckes abgezogenen Kälteträgers.

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