DE3012308C2 - Absorptions-Kältemaschine - Google Patents

Absorptions-Kältemaschine

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DE3012308C2
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Description

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Die Erfindung betrifft eine Absorptions-Kältemaschine gemäß dem Oberbegriff des A nspruchs 1.
Eine solche Absorptions-Kältemaschine ist beispielsweise aus »Kältetechnik« Heft 6/1949, S. 134, 135 oder der US-PS 38 95 499 bekannt. Wie üblich, wird bei diesen Absorptions-Kältemaschinen die Wärmezufuhr zum Generator je nach der Temperatur des eintretenden oder austretenden gekühlten Wassers gesteuert. Wird eine solche Absorptions-Kältemaschine bei solarbetriebenen Systemen zur Klimatisierung von Gebäuden verwendet, so ist diese Steuerung der Wärmezufuhr zum Generator nicht zufriedenstellend. Bekanntlich müssen Gebäude sehr viel mehr Stunden bei leichten und mittleren Lasten als bei Vollast klimatisiert werden, und somit ist viel weniger Wärme zur Speisung pro Kühlleistung bei mittleren und leichten Lasten notwendig, wenn die Kühlflüssigkeit ihr natürliches »Temperaturniveau« entsprechend der Last einnimmt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Absorptions-Kältemaschine der im Oberbegriff des Anspruchs I angegebenen Gattung so weiterzubilden, daß das Heizmedium je nach dem Kühllastbedarf bei unterschiedlichen Temperaturen gespeichert wird. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch I gekennzeichnete Erfindung gelöst
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Heizmedium in den verschiedenen Speicherbehältern bei unterschiedlichen Temperaturen gespeichert Die Größe der Speicherbehälter kann dann — bei Verwendung von Wasser als Heizmedium — entsprechend der jeweils benötigten Kühlleistung eingestellt werden. Beispielsweise kann sich 65% der gesamten gespeicherten Wärme auf einer Temperatur von 700C befinden, während die restliche Wärme in einem kleineren, besser isolierten Speicherbehälter bei einer höheren Temperatur von 95° C gespeichert wird. Der letztere Speicherbehälter ist dann für Zeiten hoher Last und hoher Kühlwassertemperatur vorbehalten.
Solarkollektoren haben eine stark variable Wärmekollektionsleistung; bei niedrigeren Temperaturen kann mehr Wärme gesammelt werden. Wasser hoher Temperatur kann nur während der mittleren Stunden des Tages gesammelt werden. Wasser, das während dieser Zeit aufgeheizt wird, wird dann in den Speicherbehälter höherer Temperatur zur Verwendung in Spitzcniastzcitcn geleitet; das während anderer Zeiten des Tages gesammelte Wasser wird dagegen im Speicherbehälter niedrigerer Temperatur gespeichert Gemäß der Erfindung wird selbsttätig derjenige Speicherbehälter ausgewählt, der den Generator mit dem Heizmedium versorgt und zwar :n Abhängigkeit von der Temperatur des Heizmediums in mindestens einem der Speicherbehälter und der Temperatur des in den Generator eintretenden Heizmediums. Die Einlaßtemperatur des Generators hängt von der Kühllast und der Temperatur der Kühlflüssigkeit ab, die ein Hauptfaktor bei der Bestimmung der maximalen Temperatur für eine optimale Betriebsweise ist
Anhand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert Es zeigt
Fi g. 1 ein Diagramm, in dem die Wärmekollektionsrate bei variierenden Temperaturdifferenzen gegenüber der Umgebungslufttemperatur zu verschiedenen Tageszeiten für einen typischen Sc'arkoKjktor dargestellt ist;
Fig. 2 ein Schemadiagramm einer erfindungsgemäß ausgebildeten Absorptions-Kältemaschine;
Fig. 3 ein vereinfachtes Schaltbild einer Steuereinrichtung zur Verwendung bei einer Absorptions-Kältemaschine gemäß F i g. 2.
In Fig. I sind die Wärmemengen dargestellt, die an einem schönen Tag (tagsüber wolkenloser Himmel) von einem typischen Flachplattenkollektor gesammelt werden können.
Die senkrechte Achse zeigt die Wärmekollektionsra-Ie bei variierender Temperaturdifferenz des Wassers gegenüber der Umgebungslufttemperatur. Die horizontale Achse zeigt die Tageszeit. Die Flächen unter den entsprechenden Kurven entsprechen somit den Wärmemengen, die innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls gesammelt wurden. Es ist zu erkennen, daß innerhalb eines Tages um so mehr Gesamtwärme gesammelt werden kann, um so niedriger die Speichertemperatur ist. Da offensichtlich keine Nutzwärme in einen Speicher bei einer Temperatur unterhalb derjenigen, die bereits im Speicher vorliegt, gesammelt und eingebracht werden kann, gibt es bei Sonnenaufgang eine längere Verzögerung, bevor eine brauchbare Temperatur erreicht wird, wenn eine höhere Speichertemperatur gewählt wird.
Wenn beispielsweise ein einziger Speicher auf 90'C gehalten werden soll und die Umgebungstemperatur bei 20°C liegt entspricht dies der Kurve A von Fig. I. Die
Temperaturdifferenz beträgt dann nämlich 70°C, In der Folge kann nur eine verhältnismäßig kleine Wärmemenge während des Tages gespeichert werden. Wenn der Speicher jedoch anstelle auf 90° C auf 70° C gehalten wird und die Umgebungstemperatur weiterhin 200C beträgt, kann mehr als doppelt so viel Wärme in den Speicher eingebracht werden, da dann die Kurve B zutrifft Die Temperaturdifferenz beträgt dann nämlich 50°. Angesichts des Gesagten ist deutlich, daß eine effektive Erwärmung bei niedrigeren Temperaturen im Speicher stattfindet
Da es nicht immer möglich ist vorherzusagen, wann unterschiedliche Speichertemperaturen und unterschiedliche Außentemperaturen vorliegen, sollte der Speicher in mehrere unterschiedliche Abteile getrennt werden, derart, daß die Wärme bei unterschiedlichen Temperaturen gespeichert werden kann. Beispielsweise kann ein erster Speicherbehälter dazu verwendet werden, die Wärme bei einer verhältnismäßig hohen Temperatur aufzubewahren, um so Zuständen unter Vollast entsprechen zu können. Ein zweiter Speicherbehälter kann dazu verwendet werden, die Wärme bei niedrigerer Temperatur für leichte und mittlere Lastzustände aufzubewahren. Die Methoden, mit denen die Ausgangsleistung eines Solarkollektors derart gesteuert wird, daß die richtige Einführung der Wärme in entweder den ersten oder den zweiten Speichertank sichergestellt ist, sind bekannt Eine dieser Methoden macht von einer Differenztemperatursteuerung für jeden Speicherbehälter Gebrauch.
In F i g. 2 ist schematisch eine Absorptions-Kältemaschine dargestellt, welche wahlweise und automatisch mit Heizmedium gespeist wird, das bei unterschiedlichen Temperaturen gespeichert wird. Die Kältemaschine enthält einen Generator 10, der, wie noch beschrieben wird, mit erwärmten Heizmedium gespeist wird. Dampf, der im Generator 10 frei wird, fließt zum Kondensator 12. Dieser besitzt eine Wärmetauscherschlange, deren Auslaß über eine Leitung 14 mit einem Kühlturm (nicht gezeigt) verbunden ist. Der Kondensator 12 ist mit einem Verdampfer 16 verbunden, der an einen Absorber 18 gekoppelt ist. Der Absorber 18 ist mit einer Wärmetauscherschlange versehen, derer. Einlaß mit dem vom Kühlturm kommenden Wasser über die Leitung 20 gespeist wird. Der Auslaß der Absorberschlange liegt auf der Leitung 22, die mit dem Einlaß der Kondensatorschlange auf der Leitung 24 kommuniziert. Eine die Last darstellende Klimaanlage (nicht gezeigt) ist mit einer Wärmetauscherschlange im Verdampfer 16 über eine Versorgungsleitung 26 und eine Rückführleitung 28 verbunden. Es versteht sich, daß herkömmliche Absorptionssysteme noch viele andere Merkmale aufweisen, die in F i g. 2 nicht gezeigt sind. Diese Merkmale wurden absichtlich weggelassen, um die Zeichnung zu Erläuteningszwecken zu vereinfachen.
Zur Erwärmung der Wärmetauscherschlange im Generator 10 wird eine geeignete Primärquelle thermischer Energie, beispielsweise Solarenergie, verwendet. Der Solarkollektor 30 liefert Heizmedium, beispielsweise heißes Wasser, zu den Speicherbehältern 32 und 34 über die Leitungen 36, 38 und 40 und ein Dreiwege-Steuerventil 42. Es wird mittels einer Pumpe 52 umgewälzt. Der Speicherbehälter 32 wird dazu verwendet. Wasser mit verhältnismäßig hoher Temperatur (95°C) zur Speisung des Generators 10 zu f>5 speichern. Der Speicherbehälter 34 wird dazu verwendet, warmes Wasser mit niedrigerer, mittlerer Temperatur (700C oder darunter) zur Speisung des Generators zu speichern· Eine Steuereinrichtung 54 für Kollektor und Speicherbehälter erhält Eingangssignale von Temperaturfnhlern 56, 58 und 60 und steuert hiernach die Ventile 42 und 50 so, daß der richtige Speicherbehälter zur Speicherung des warmen Wassers ausgewählt wird. Je nach den Eingangssignalen wird das warme Wasser entweder zum Speicherbehälter 32 oder zum Speicherbehälter 34 geleitet.
Das warme Wasser, welches dem Generator 10 als Wärmemedium zugeführt wird, kommt entweder aus dem Speicherbehälter 32 oder aus dem Speicherbehälter 34. Er wird automatisch von einer Steuereinrichtung 62 für Kapazität und Speicherung gewählt Die Steuereinrichtung 62 regelt Dreiwege-Steuerventile 64, 66 und bestimmt, ob das warme Wasser, welches dem Generator 10 zugeführt wird, aus dem Speicherbehälter 32 oder dem Speicherbehälter 34 entnommen wird. Wenn der Speicherbehälter 32 benutzt wird, tritt das Wasser über die Leitungen 68, 70 in den Versorgungskreis ein und wird von der Pumpe 72 bewegt. Die Rückkehr vom Generator 10 erfolgt üb■:.·■ die Leitungen 74, 76. Wenn andererseits der Speicherbehälter 34 benutzt wird, tritt das Wasser über die Leitungen 70, 78 in den Versorgungskreis ein und wird von der Pumpe 72 bewegt In diesem Falle wird das Wasser aus dem Generator JO zu den Leitungen 74,80 zurückgeführt.
Das warme Wasser in der Leitung 70 wird durch die Pumpe 72 über eine Leitung 82 einem Dreiwege-Proportional-Steuerventil 84 zugeführt. Das Ventil 84 lenkt das Wasser aus der Leitung 82 zurück ta einem der Speicherbehälter 32, 34 über die Leitung 86 oder führt dieses direkt zum Einlaß der Wärmetauscherschlange des Generators 10 über die Leitung 88. Das Verhältnis der zum Speicherbehälter zurückgeführten Wassermenge zu der den Speicherbehälter umgehenden Wassermenge bestimmt die Temperatur des Wassers, welches an den Generator 10 abgegeben wird. Wenn eine niedrigere Speisetemperatur gewünscht wird, wird das Ventil 84 so eingestellt, daß es mehr Wasser über die Leitung 88 und entsprechend weniger Wasser über die Leitung 86 abgibt. Wenn eine Erhöhung der Speisetemperatubenötigt wird, wird mehr Wasser zu dem genannten Speichertank über die Leitung 86 zugrückgeführt; demzufolge fließt mehr Wasser mit der höheren Temperatur in den Speicherbehälter über die Leitung 82 in den Versorgungskreis. Der Gesamtfluß über die Pumpe 72 bleibt konstant.
Das Dreiwege-Proportional-Steuerventil 84 wird auch von der Steuereinrichtung 62 gesteuert, so daß automatisch das Verhältnis des heißen Wassers, welches an den Speicherbehältern 32, 34 vorbeigeführt und direkt dem Generator 10 zugeleitet wird, entsprechend bestimmten Bedingungen, beispielsweise der Temperatur des Kühlturmwassers und der Temperatur des gekühlten Wassers, welches der Last zugeführt wird, beibehalten wird. Die Steuereinrichtung 62 erhält über die Leitung 89 mittels eines Temperaturfühlers 90, der an der Leitung 20 angebracht ist, ein erstes Eingangssignal, welches für die Temperatur des Kühlturmwassers steht. Der Temperaturfühler 90 kann auch an der Leitung 14 anstelle der Leitung 20 angebracht werden. Ein zweites Eingangssignal wird von einem Temperaturfühler 92 an der Leitung 28 über dis Leitung 91 ausgesandt. Dieser Temperaturfühler erfaßt die Temperatur des austretenden gekühlten Wassers, das der Last zugeführt wird. In entsprechender Weise kann der Temperaturfühler 92 auch an der Leitung 26 anstelle der Leitung 28 angebracht werden, um so die Temperatur
des eintretenden gekühlten Wassers zu erfassen. Ein drittes Ausgangssignal wird an die Steuereinrichtung 62 über die Leitung 93 von einem Temperaturfühler 94 übertragen, der an der Leitung 96 angebracht ist. Dieser mißt die Temperatur des Heizmediums, das der , Wärmetauscherschlange des Generators 10 zugeführt wird. Ein Temperaturfühler 98 ist am Speicherbehälter 34 angeordnet und mißt dessen Temperatur. Er gibt das Ergebnis dieser Messung als viertes Eingangssignal über die Leitung 100 an die Steuereinrichtung 62. Zwei m Ausgangssignale der Steuereinrichtung 62 liegen auf der Leitung 102; eines steuert das Ventil 84 und das zweite die Ventile 64,66.
In Fig.3 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Steuereinrichtung 62 dargestellt, die automatisch den ■, richtigen Speicherbehälter zur Versorgung des Generators 10 auswählt. Die Steuereinrichtung 62 enthält außerdem eine detaillierte Schaltung, welche die Speisetemperatur für den Generator 10 entsprechend der Temperatur des gekühlten Wassers und der ;,, Temperatur des Kühlturmwassers modifiziert. Die Steuereinrichtung 62 kann auf eine Vielzahl anderer, bekannter Arten, beispielsweise mechanisch, pneumatisch oder dgl. gebaut werden; vorzugsweise verwendet sie jedoch Festkörper-Elektronikkreise mit Thermisto- .·-, ren als Temperaturfühler.
Ein Operationsverstärker 104 erhält ein Eingangssignal an seinem invertierenden Eingang von dem als Thermistor ausgebildeten Temperaturfühler 94. Dieser erfaßt die Eingangstemperatur an der Wärmetauscher- «> schlange des Generators 10. Das Ausgangssignal des Verstärkers 104 ist ein elektrisches Signal, welches der Temperatur des Speisemediums entspricht. Es ist mittels eines Potentiometers 106 auf jeden gewünschten Wert einstellbar. Der Ausgang des Verstärkers 104 ist mit j-, dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 108 verbunden. Dessen Ausgangsspannung wird dazu verwendet, das Steuerventil 84 zu betätigen. Dieses leitet eine bestimmte Menge des Heizmediums vorbei und hält so die Temperatur des Heizmediums, μ welches dem Generator zugeführt wird, auf dem gewünschten Wert. Wenn beispielsweise die Temperatur des Heizmediums über den gewünschten Punkt hinauswächst, was von dem als Thermistor ausgebildeten Temperaturfühler 94 abgefühlt wird, dann wächst 4-, die Spannung am Punkt E\. Dies führt dazu, daß das Steuerventil 84 eine bestimmte Menge des Heizmediums vorbeizuleiten beginnt, anstelle diese in einen der Speicherbehälter 32, 34 über die Leitung 86 zurückzuführen. ,11
Ei». Operationsverstärker 110 empfängt ein Eingangssignal an seinem invertierenden Eingang von dem als Thermistor ausgebildeten Temperaturfühler 90. Dieser erfaßt die Temperatur des Kühlturmwassers. Sein Ausgangssignal ist über die Leitung 107 an den invertierenden Eingang des Verstärkers 108 gelegt Der Ausgang des Verstärkers 110 ist mittels eines Potentiometers 112 auf jeden gewünschten Wert einstellbar. Es sei angenommen, daß im Betrieb die Temperatur des Kühlturmwassers über 25° C liegt Dann befindet sich m> die Ausgangsspannung des Verstärkers HO auf der Leitung 107 auf einem bestimmten Wert Wenn die Temperatur des Kühlturmwassers unter 25" C abfällt, verschiebt sich die Ausgangsspannung auf der Leitung 107 auf einen anderen Wert, so daß die Ausgangsspan- *ϊ nung des Verstärkers 108, weiche das Ventil 84 regelt, modifiziert wird Hierdurch wird somit die Speisetemperatur am Generator 10 in gewünschter Weise reduziert.
Ein Operationsverstärker 114 empfängt ein Eingangssignal an seinem invertierenden Eingang vom als Thermistor ausgebildeten Temperaturfühler 92, der die Temperatur des gekühlten Wassers abfühlt. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 114 ist mittels eines Potentiometers 115 auf jeden gewünschten Wert einstellbar und wird über eine Leitung 116 auf den nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 104 übertragen. Es sei angenommen, daß im Betrieb die Temperatur des gekühlten Wassers über 7°C liegt. Dann befindet sich die Ausgangsspannung des Verstärkers 114 auf der Leitung 116 auf einem bestimmten Wert. Wenn die Temperatur des gekühlten Wassers unter 7°C abfällt, verschiebt sich die Spannung auf der Leitung 116 derart auf einen anderen Wert, daß die Ausgangsspannung des Verstärkers 104 variiert wird. Dies wiederum führt zu einer weiteren Modifikation des Ausgangssignals des Verstärkers 108, wodurch die Speisetemperatur entsprechend der niedrigeren Temperatur des gekühlten Wassers verringert wird.
Ein Operationsverstärker 118 empfängt ein Eingangssignal an seinem invertierenden Eingang von dem als Thermistor ausgebildeten Temperaturfühler 98. Dieser fühlt die Temperatur des Speicherbehälters 34 ab. Dieses Eingangssignal ist mittels eines Potentiometers 119 auf jeden gewünschten Wert einstellbar. Das Signal des Temperaturfühlers 54, der die Eingangstemperatur am Generator 10 abfühlt, wird außerdem an den nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 118 gelegt. Der Verstärker 118 arbeitet somit als Komparator und liefert sein Ausgangssignal an einen Eingang eines NAND-Tors 120 und an einen Eingang eines OR-Tores 122. Ein Inverter 124 ist zwischen den Ausgang des NAND-Tores 120 und den anderen Eingang des OR-Tores 122 geschaltet. Im Normalbetrieb unter leichter und mittlerer Last ist die Temperatur am Generatoreingang, gemessen vom Temperaturfühler 94, niedriger als die Temperatur des Speicherbehälters 34, in dem das Warmwasser mit der niedrigeren Temperatur enthalten ist. Diese wird vom Temperaturfühler 98 gemessen. Unter diesen Bedingungen befindet sich die Spannung £2 am Ausgang des OR-Tores 122 auf hohem Wert (Wert »1«). Hierdurch werden die Ventile 64,66 so positioniert, daß der Speicherbehälter 34 benutzt wird. Wenn jedoch eine hohe Last anliegt (Erhöhung der Temperatur des Kühlturmwassers), wächst auch die Temperatur am Generatoreingang. An einem Punkt, an dem die vom Temperaturfühler 94 gemessene Temperatur die vom Temperaturfühler 98 gemessene Temperatur übersteigt, verschiebt sich die Spannung £2 acr einen niedrigen Wert (Wert »0«). Hierdurch werden die Ventile 64,66 so positioniert, daß der Speicherbehälter 32, der das Warmwasser mit der höheren Temperatur enthält, verwendet wird.
Zur unmittelbaren Einleitung des Kochens im Generator 10 beim Starten der Pumpe 72 sollte die höhere Temperatur des Speicherbehälters 32 verwendet und eine Vorbeileitung von Strömungsmittel direkt zum Generator 10 verhindert werden. Hierzu ist ein Kondensator 126 vorgesehen, der anfänglich ungeladen ist und den Ausgang des Verstärkers 118 auf niedrigem Wert hält Ein Schalter 128 wird in die Schließstellung gebracht und legt dann ein niedriges Niveau an den zweiten Eingang des NAND-Tores 120. Als Folge wird die Spannung £j auf niedrigem Niveau gehalten, wodurch die Ventile 64,66 so positioniert werden, daß der Speicherbehälter 32 benutzt wird. Die verschiede-
nen Werte der Widerstände R\ — R\i werden entsprechend der richtigen Speisetemperatur, der Temperatur des Kühlturmwassers, der Temperatur des gekühlten Wassers und der Temperatur des Speicherbehälters mit niedrigerer Temperatur gewählt.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Absorptions-Kältemaschine mit einem Generator, einem Kondensator, einem Absorber und einem Verdampfer, die in einem geschlossenen, kontinuierlieh arbeitenden Kreislauf angeordnet sind, mit einer Kühleinrichtung, die dem Absorber und dem Kondensator eine Kühlflüssigkeit zuführt, und mit einer Heizeinrichtung, die dem Generator ein Heizmedium zuführt, gekennzeichnet durch mehrere Speicherbehälter (32,34), von denen jeder das Heizmedium bei einer anderen Temperatur speichert, einen Temperaturfühler (98), der die Temperatur des Heizmediums in mindestens einem der Speicherbehälter (32,34) erfaßt, einen Temperaturfühler (94), der die Temperatur des in den Generator (10) eintretenden Heizmediums erfaßt, und eine Steuereinrichtung (62), die in Abhängigkeit von diesen erfaßten Temperaturen selbsttätig jeweils einen der Speicherbehälter (32, 34) zur VersorguBtr des Generators (10) mit Heizmedium auswählt
2. Absorptions-Kältemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Temperatur des in den Generator (10) eintretenden Heizmediums in Abhängigkeit von der Temperatur der Kühlflüssigkeit und der Temperatur des den Verdampfer (16) durchlaufenden gekühlten Wassers änderbar ist.
3. Absorptions-Kältemaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (62; bei Inbetriebnahme der Kältemaschine so steuerbar ist, daß der Generator (10) mit Heizmedium von dem Soeicherbehälter (34) mit der höchsten Temperatur versorgt v.-ird.
DE3012308A 1979-04-02 1980-03-29 Absorptions-Kältemaschine Expired DE3012308C2 (de)

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