DE3111552A1

DE3111552A1 - Mehrstufige absorbermaschine zum umwandeln der temperaturniveaus von waermeenergien

Info

Publication number: DE3111552A1
Application number: DE19813111552
Authority: DE
Inventors: Georg Prof.Dr. 8000 München Alefeld
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-03-24
Filing date: 1981-03-24
Publication date: 1982-10-14

Description

Mehrstufige Absorbermaschine zum Umwandeln der Temperatur-
niveaus von Wärmeenergien Die vorliegende Erfindung betrifft eine Absorbermaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik Mehrstufige Absorptions-Kältemaschinen sind z.B. aus dem HAND-BUCH DER KÄLTETECHNIK, Band VII Sorptionskältemaschinen" von W. Niebergall/ R. Plant Springer-Verlag Berlin 1959, insbesondere S.71 bis 92 bekannt.
Wärmetransformatoren sind z.B. aus der Veröffentlichung von K. Nesselmann "Zur Theorie der Wärmetransformation" Wissenschaftliche Veröffentlichung SiemensKonzern 12 (1933), Heft 2, S.89 bis 109 und DE 26 35 557 Al bekannt. Mehrstufige Absorber-Wärmepumpen bzw. Kältemaschinen sind z.B. in DE 21 36 408 Al, DE 22 16 204 Al, DE 29 39 423 Al und DE 29 44 960 Al beschrieben.
Die bekannten zweistufigen Absorbermaschinen arbeiten gewöhnlich mit drei verschiedenen Druckniveaus. Es ist jedoch aus DE 30 14 320 Al auch schon eine Absorbermaschine mit mehr als vier Austauscheinheiten bekannt, die nur zwei verschiedene Druckniveaus benötigt. Dies hat hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit gewisse Vorteile gegenüber Absorbermaschinen, die mit drei und mehr Druckniveaus arbeiten.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Absorbermaschinen anzugeben, die sich an die unterschiedlichsten Anforderungen anpassen lassen und durch Variation ihrer Arbeitsweise auch bei wechselnden Betriebsbedingungen und Außenverhältnisse hohe Wirkungsgrade zu erreichen gestatten.
Diese Aufgabe wird bei einer Absorbermaschine der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die Unteransprüche betreffen Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Absorbermaschine.
Eine erste Klasse von Ausführungsformen der Erfindung arbeitet mit nur zwei Druckniveaus. Es ergeben sich dabei neuartige Typen von Absorbermaschinen, deren Prinzip auch mit mehr als zwei Druckniveaus vorteilhaft realisiert werden kann. Andere Klassen von Ausführungsformen der Erfindung arbeiten daher mit mindestens drei Druckniveaus.
Das Erfindungsprinzip läßt sich auf verschiedene Weise realisieren, wobei sich die verschiedenen Klassen, ferner verschiedene Gattungen und Typen ergeben, die jeweils für bestimmte Anwendungen besondere Vorteile aufweisen. Allen Ausführungsformen der Erfindung ist gemeinsam, daß sie mit unterschiedlichen, gegebenenfalls kontinuierlich ineinander übergehenden Betriebsarten betrieben werden können. Hierdurch läßt sich die Arbeitsweise der jeweiligen Absorbermaschine an die herrschenden Außenverhältnisse und Betriebsbedingungen sehr gut anpassen, so daß sich sehr gute Wirkungsgrade (Leistungsziffern) ergeben. Insbesondere wird durch die vorliegende Erfindung der Nachteil vermieden, daß die Maschine für bestimmte Außenbedingungen, wie z.B. einen bestimmten Umgebungstemperaturbereich, bemessen werden muß und außerhalb dieses Bereiches mit stark verringertem Wirkungsgrad arbeitet oder überhaupt nicht mehr benutzt werden kann. Eine konventionelle Wärmepumpe funktioniert z.B. nicht mehr, wenn die Temperatur der ihr zuzuführenden Niedertemperaturwärme einen bestimmten Wert unterschreitet. Die bekannten Wärmepumpen müssen für ein verhältnismäßig niedriges Außentemperaturniveau bemessen werden, damit sie während eines möglichst großen Teiles der Heizperiode betrieben werden können. Dies bringt dann aber mit sich, daß der Wirkungsgrad im Sommer und in der Übergangszeit, wo ja Niedertemperaturwärme höherer Temperatur zur Verfügung steht, unnötig niedrig ist.
Entsprechendes gilt für Wärmetransformatoren, die funktionsunfähig werden, wenn die Temperatur der Umgebung, an die die Niedertemperaturwärme abgegeben werden muß, eine istimmte Grenze überschreitet. Durch die Erfindung werden diese Temperaturgrenzen wesentlich erweitert.
Die Absorberwärmemaschine gemäß der Erfindung ermöglicht außerdem in vielen Fällen eine bessere Regelung der abgegebenen Nutzwärmeleistung oder Kälte leistung. Hierdurch kann der mittlere Wirkungsgrad ebenfalls erheblich verbessert werden.
Besonders nützlich sind Ausführungsformen der Erfindung, bei denen eine Stufe als Wärmepumpe und eine andere Stufe als Wärmetransformator arbeiten kann.
Der Wechsel der Betriebsart ist ein vorteilhaftes, nicht jedoch ein notwendiges Merkmal. Bestimmte Typen der vorliegenden Absorbermaschine sind für bestimmte Anwendungen auch dann sehr vorteilhaft, wenn sie nur in einer einzigen der möglichen Betriebsarten betrieben werden.
Die bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Absorbermaschine unterscheiden sich ferner von allen bekannten mehrstufigen Absorbermaschinen durch ihre Einfachheit, was entsprechend verringerte Investitionskosten mit sich bringt.
Definitionen Absorbermaschine soll hier eine Einrichtung zum Umwandeln der Temperaturniveaus von Wärmeenergien bedeuten.
Dieser Begriff soll sowohl Wärmepumpen (also Einrichtungen, denen Wärme energie bei einem hohen und einem niedrigen Temperaturniveau zugeführt wird, um Nutzwärmeenergie bei mittleren Temperaturniveaus zu erzeugen), als auch Kältemaschinen (also Einrichtungen, denen Wärmeenergie bei einem hohen Temperaturniveau zugeführt wird, um Wärmeenergie bei einem niedrigen Temperaturniveau abzuführen, also Kälteleistung zu erzeugen, wobei Abwärme auf mittleren Temperaturniveaus entsteht), als auch sogenannte Wärmetransformatoren (also Einrichtungen, denen Wärmeenergie bei mittleren Temperaturniveaus zugeführt wird, um Wärmeenergie bei einem hohen Temperaturniveau zu erzeugen, wobei zusätzlich Abwärme bei einem niedrigen Temperaturniveau entsteht) umfassen.
Der Begriff Absorbermaschine soll ferner bedeuten, daß die Maschine mit einem Arbeitsmittelsystem arbeitet, welches ein Arbeitsmittel und ein Absorptionsmittel (gewöhnlich eine flüssige Lösung) enthält. Der Begriff "Absorbermaschine" soll sowohl sogenannte Absorptionsmaschinen, d.h. Maschinen, bei denen das aus dem Absorptionsmittel durch Wärmezufuhr ausgetriebene Arbeitsmittel kondensiert und das kondensierte Arbeitsmittel über eine Drossel einem Verdampfer zum Verdampfen zugeführt wird umfassen, als auch sogenannte Resorbermaschinen, bei denen das ausgetriebene Arbeitsmittel in Absorptionsmittel absorbiert und dann über eine Drossel einem sogenannten Desorber zugeführt wird, der also die Funktion des Verdampfers der eigentlichen Absorptionsmaschine erfüllt.
Der Begriff Wärme soll im folgenden kurz für eine Wärmeleistung (Maßeinheit Watt oder cal/h) verwendet werden.
Austauscheinheit soll im folgenden eine Komponenten einer Absorbermaschine bedeuten, in der zumindest bei bestimmten Betriebsarten der betreffenden Absorbermaschine der Wärmeinhalt des in der betreffenden Einheit enthaltenen Arbeitsmittels und gegebenenfalls Absorptionsmittels geändert wird. Dabei ändert sich im allgemeinen der Phasenzustand des Arbeitsmittels. Typische Funktionen einer Austauscheinheit sind die eines Austreibers, eines Kondensators, eines Verdampfers oder eines Absorbers. Die Funktion mancher Austauscheinheiten der vorliegenden Absorbermaschinen kann bei verschiedenen Betriebsarten verschieden sein.
Unter eine Stufe einer Absorbermaschine gemäß der Erfindung soll ein Arbeitsmittelkreislauf oder Subsystem verstanden werden, das mindestens vier Austauscheinheiten enthält, die im Arbeitsmittelkreislauf in Reihe geschaltet sind und die zumindest bei einigen Betriebsarten der Absorbermaschine als Austreiber, Kondensator, Verdampfer bzw. Absorber arbeiten.
Manche Austauschereinheiten sind mindestens zwei Stufen gemeinsam.
Die Funktion eines Austreibers, eines Kondensators, eines Verdampfers und eines Absorbers sind bekannt. Die Begriffe "Austreiber" und "Absorber" sollen auch für Austauscheinheiten verwendet werden, die die Funktionen "Desorber" und Desorber einer Resorptionsmaschine ausüben.
Die Absorbermaschinen gemäß der Erfindung arbeiten kontinuierlich.Kontinuierlich arbeitendgsoll hier bedeuten, daß beim stationären Betrieb der Absorbermaschine Arbeitsmittel kontinuierlich zirkuliert und nicht wie bei einer diskontinuierlich arbeitenden Maschine zeitweilig gespeichert wird.
Im folgenden werden vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert: Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer zweistufigen Absorbermaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; Fig. 2 eine Darstellung einer Anordnung zur Wärmeentnahme und zum Wärmeaustausch für eine Absorbermaschine gemäß Fig. 1; Fig. 3 eine Fig. 1 entsprechende Darstellung einer Absorbermaschine gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; Fig, 4 bis 6 vereinfachte, Fig. 1 entsprechende Darstellungen weiterer Ausführungsformen der Erfindung, und Fig. 7 bis 9 vereinfachte Darstellungen von Ausführungsbeispielen weiterer Klassen von Absorbermaschinen gemäß der Erfindung.
Die Absorbermaschinen gemäß Fig. 1 und Fig. 5 sind die derzeit bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung.
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER KLASSE 1 1. GATTUNG Die in Fig. 1 dargestellte Absorbermaschine enthält sechs Austauscheinheiten A, B, C, D, E und F. Die einzelnen Austauscheinheiten sind in einem Koordinatensystem dargestellt, längs dessen Abszisse die Temperatur und längs dessen Ordinate der Druck aufgetragen sind. Jede Austauscheinheit ist in diesem Koordinatensystem an einem Ort eingezeichnet, der dem Druckbereich und dem Temperaturbereich entspricht, in dem die betreffende Austauscheinheit arbeitet.Stromunasbedingte Druckabfälle sind nicht dargestellt.
Wie ersichtlich, arbeiten die Austauscheinheiten A, B, C bei einem Druck p1 (praktisch in einem gewissen Druckbereich APl) während die Austauscheinheiten D, E und F bei einem Druck p0 (in der Praxis in einem Druckbereich Ap0), der kleiner als Pl ist, arbeiten.
Die Austauscheinheit F arbeitet in einem Temperaturbereich T,, die Austauscheinheiten C und E in einem Temperaturbereich T1, die Austauscheinheiten B und D in einem Temperaturbereich T2 und die Austauscheinheit A in einem Temperaturbereich T3. Die mittleren Temperaturen der Temperaturbereiche Tg bis T3 nehmen in der angegebenen Reihenfoloe zu.
Die Absorbermaschine gemäß Fig. 1 arbeitet mit einem Arbeitsmittelsystem, welches ein Arbeitsmittel und ein Absorptionsmittel enthält. Bei einem vorgegebenen Druck vermag das Absorptionsmittel bei niedriger Temperatur verhältnismäßig große Mengen an Arbeitsmittel, und bei hoher Temperatur verhältnismäßig kleine Mengen an Arbeitsmittel zu binden (also z.B. zu lösen oder zu absorbieren). Ein typisches Arbeitsmittelsystem ist Ammoniak als Arbeitsmittel und Wasser als Absorptionsmittel.
Die Austauscheinheiten A und B sind durch eine Arbeitsmittelleitung 12 verbunden, die Austauscheinheiten B und C durch eine Arbeitsmittelleituno 14, die Austauscheinheiten C und F durch eine Arbeitsmittelleitung 16, die Austauscheinheiten F und E durch eine Arbeitsmittelleitung 18 und die Austauscheinheiten E und D durch eine Arbeitsmittel leitung 20. Ferner sind die Austauscheinheiten A und D durch einen Absorptionsmittelkreislauf 22 gekoppelt und die Austauscheinheiten B und E sind durch einen Absorptionsmittelkreislauf 24 gekoppelt.
Die Austauscheinheiten B und D und/oder C und E sind vorzugsweise thermisch miteinander gekoppelt, was durch Wärmetauscher-Kreisläufe 32 bzw. 34 symbolisch dargestellt ist.
Die Arbeitsmittelleituns 16 enthält eine Druckänderungsvorrichtung, z.B. eine Drossel 26 oder eine Pumpe 27, je nachdem, für welchen Verwendungszweck die Absorbermaschine bestimmt ist.
Hierauf wird noch näher eingegangen.
Damit sind die Hauptkomponenten der vorliegenden Absorbermaschine beschrieben. Die Absorbermaschine kann ferner noch Nebenkomponenten, wie Wärmetauscher 22e, 24e und 28 sowie weitere, nicht dargestellte Wärmetauscher für den internen Wärmeaustausch enthalten, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Arbeitsmittelleitungen 12, 14, 18 und 20 können jeweils ein Reuelventil 29, 30, 31 bzw. 33 enthalten.
Mit der beschriebenen Anordnung aus den sechs Austauscheinheiten A bis F und den zugehörigen anderen Komponenten lassen sich vier verschiedene Typen von Absorptionsmaschinen realisieren, je nachdem, in welcher Richtung das Arbeitsmittel in den verschiedenen Teilen der Maschine strömt. Zur Erläuterung dieser Feststellung soll die Anordnung gemäß Fig. 1 als zweistufige Absorbermaschine angesehen werden, deren Hochtemperaturstufe die Austauscheinheiten A, B, D und E sowie die Kreisläufe 22 und 24 enthält, während die Niedertemperatur stufe die Austauscheinheiten B, C, E und F sowie den Kreislauf 24 enthält. Jede Stufe kann nun entweder als Wärmepumpe (oder was im Prinzip das gleiche ist, als Kältemaschine), oder als Wärmetransformator ausgelegt werden. Wenn die betreffende Stufe als Wärmempumpe ausgelegt ist, zirkuliert das Arbeitsmittel bei der Darstellung gemäß Fip. 1 in Gegenuhrzeigerrichtung.
Wenn die betreffende Stufe als Wärmetransformator ausgelegt ist, zirkuliert das Arbeitsmittel in Uhrzeigerrichtung. Hierdurch ergeben sich die vier möglichen Typen: Beim ersten Typ arbeiten beide Stufen auf dem Prinzip der Wärmepumpe. Beim zweiten Typ arbeiten beide Stufen als Wärmetransformator. Beim dritten Typ arbeitet die Hochtemperaturstufe als Wärmepumpe und die Niedertemperaturstufe als Wärmetransformator und beim vierten Typ arbeitet die Hochtemperaturstufe als Wärmetransformator und die Niedertemperaturstufe als Wärmepumpe. Typ 1 dürfte die größte praktische Bedeutung haben, dann folgen der Reihe nach Typ 3, Typ 2 und Typ 4.
Jeder Typ von zweistufiger Absorbermaschine gemäß der Erfindung ist mindestens dreier diskreter Betriebsarten fähia, die gegebenenfalls kontinuierlich ineinanderüberaehen können. Hierdurch wird der oben bereits erwähnte Vorteil erreicht, die Arbeitsweise der betreffenden Absorbermaschine an wechselnde Verhältnisse anpassen zu können, so daß sich auch unter wechselnden Betriebsbedinunaen und Außenverhältnissen nicht nur sehr Qute Wirkunasgrade erreichen lassen, sondern auch eine Leistungsrealunq möglich ist.
TYP 1 Unter Bezugnahme auf Fis. 1 soll nun als erstes eine Ausführungsform des Typs 1 beschrieben werden. Diese Absorbermaschine stellt also praktisch eine zweistufige Absorptions-Wärmepumpe oder Absorptions-Kältemaschine dar.
Die erste Stufe mit den Austauscheinheiten A, B, D und E und dem Kreislauf 22 und 24 kann als Resorber-Wärmepumpe angesehen werden, der auf der Niedertemperaturseite eine Absorber-Wärmepumpe in Reihe geschaltet ist, welche die Austauscheinheiten B, C, E und F sowie den Kreislauf 24 und die Drossel 26 enthält (die Pumpe'27 bleibt bei diesem Typ außer Betracht).
Man kann die Absorbermaschine gemäß Fia. 1 aber auch als Absorptionswärmepumpe mit den Austauscheinheiten A, C, D und F sowie dem Kreislauf 22 und der Drossel 26 betrachten, in die zwei zusätzliche, durch den Kreislauf 24 verbundene Austauscheinheiten B und E eingeschaltet sind.
Weiterhin kann die Absorbermaschine gemäß Fig. 1 auch als Resorbermaschine mit den Komponenten A, B, D, E, 22 und 24 anqesehen werden, die auf der Niedertemperaturseite durch die Austauscheinheiten C und F erweitert ist (C und F können dabei auch durch einen Absorptionsmittelkreislauf analog 22 oder 24 gekoppelt sein).
Schließlich kann Fiq. 1 als Absorbermaschine mit den Komponenten B, C, E, F und 24 angesehen werden, die auf der Hochtemperaturseite durch die Komponenten A, D und 22 erweitert ist.
Die Kreisläufe 22 und 24 enthalten in bekannter Weise jeweils eine Leitung 22a bzw. 24a für Absorptionsmittel, das durch eine Pumpe 22b bzw. 24b aus der Austauscheinheit D in die Austauscheinheit A bzw. von der Austauscheinheit E in die Austauscheinheit B gefördert wird. Ferner enthalten die Absorptionsmittelkreisläufe eine Leitung 22c bzw. 24c, die eine Drossel 22d bzw. 24d enthält und dazu dient, Absorptionsmittel aus der Austauscheinheit A bzw. B die Austauscheinheit D bzw. E zu leiten.
Die Leistungen 22a und 22c bzw. 24a und 24c sind an den dargestellten Stellen durch die Wärmetauscher 22e bzw. 24e gekoppelt. Ob das Absorptionsmittel in einer vorgegebenen Leistung 22a, 22c, 24a, 24c viel oder wenig Arbeitsmittel enthält, hänat sowohl vom Typ als auch von der Betriebsart der betreffenden Absorbermaschine ab.
Die Austauscheinheiten A, C, D und F behalten bei einer Absorbermaschine eines vorgegebenen Typs ihre Funktion unabhänoi von der Betriebsart, und zwar arbeiten bei der im folgenden näher erläuterten Absorbermaschine des Typs 1 gemäß Fig. 1 die Austauscheinheit A als Austreiber, dem Eingansswärme auf dem höchsten Temperaturniveau T3 zugeführt wird. Die Austauscheinheit C arbeitet als Kondensator, die Austauscheinheit F als Verdampfer und die Austauscheinheit D als Absorber. Die Funktionen der Austauscheinheiten B und E können sich mn Betriebsart zu Betriebsart ändern. B und D und/oder C und E sind wärmemäßig gekoppelt, so daß gegebenenfalls ein Wärmetausch stattfinden kann. In der Praxis können die Austauscheinheiten B und D einerseits sowie C und E andererseits baumäßig vereiniqt sein, so daß keine eiaenen Wärmetauscherkreisläufe 32 bzw. 34 erforderlich sind. Dies gilt auch für die anderen Typen der vorliegenden Absorbermaschine, soweit bei diesem ein;Wårmetausch zwischen Austauscheinheiten möglich ist.
Bei einer Absorbermaschine aemäß Fis. 1 kann als Arbeitsmittel Ammoniak (NH3) und als Absorptionsmittel Wasser (H2O) verwendet werden. Ein noch vorteilhafteres Arbeitsstoffsystem wird weiter unten erwähnt werden.
Im folgenden sollen nur im Interesse einer Vereinfachung der Erläuterung der Arbeitsweise der Absorbermaschine gemäß Fig. 1 gewisse quantitative Idealisierungen bzw. Vereinfachungen vorgenommen-werden, die in der Praxis bei realen Arbeitsmittelsystemen und im praktischen Betrieb nicht verwirklicht werden können. Es wird insbesondere für die folgende Betrachtung vorausgesetzt, daß Absorptions- und Kondensationswärme gleich sind, ferner daß die Maschine mit dem für die jeweilige Betriebsart idealen Wirkungsgrad arbeitet.In einem Dampfdruckdiaramm mit dem natürlichen Logarithmus des Dampfdruckes über der Lösung als Ordinate und dem negativen Reziprokwert der absoluten Temperatur als Abszisse und der Flüssigkeitszusammensetzung als Parameter ergeben sich unter den obigen Voraussetzungen parallele Dampfdruckkurven (ideales Lösungsfeld").
Unter diesen Voraussetzungen müssen die Arbeitstemperaturen TA bis TF der Austauscheinheiten A bis F den folgenden Bedingungen genügen: 1' 1 1 1 1 1 TD TA TE TB T F Tc Diese Temperaturdifferenzen nehmen mit zunehmendem Verhältnis des höheren Drucks p1 zum niedrigeren Druck p0 zu und umgekehrt.
Wenn man diese idealisierenden Annahmen macht, sind ferner die Menge des Arbeitsmittels, das eine Phasenänderung erleidet, und die Wärmeleistuna der betreffenden Austauscheinheit einander proportional, so daß ein und dieselbe Größe, wie m oder n sowohl für die umgesetzte Wärmemenge als auch für die Masse des pro Zeiteinheit umgewandelten Arbeitsmittels verwendet werden kann.
Wärmeleistungen werden durch den Buchstaben Q und den Buchstaben der zugehörigen Austauscheinheit als Index bezeichnet.
m ist der Arbeitsmittelstrom durch den Niedertemperaturteil der Absorbermaschine, der den Kondensator C und den Verdampfer F enthält.
n ist der Arbeitsmittelstrom, der den Hochtemperaturteil der Absorbermaschine durchströmt, der den Austreiber A und den Absorber D enthält.
Für die der Absorbermaschine zugeführten Wärmeleistungen gilt: Antriebswärmeleistung QA = Umgebungswärme oder Kälteleistung QF = m Ein positives Vorzeichen bedeutet hier, daß die betreffende Wärmeleistung der Austauscheinheit zugeführt wird.
Für die Wärmeumsätze in den Austauscheinheiten B, C, E und D ailt: C = m; QE = m-n; QD = n; QB = n-m.
Bei diesen Wärmeumsätzen soll ein positives Vorzeichen bedeuten, daß die betreffende Austauscheinheit Wärme abgibt und ein negatives Vorzeichen, daß sie Wärme aufnimmt.
Die Wahl der Vorzeichen für die Wärmemenqen und Wärmeumsätze ist so getroffen, daß sich für die Wirkunqsgrade positive Werte ergeben.
Mit den obigen Annahmen ergibt sich für alle Absorbermaschinen des Typs 1 der folgende Ausdruck für die Nutzwärme (Wärmepumpe) bzw. Abwärme (Kältemaschine): C + QE + QD + QB = m + n Der theoretische Wirkungsgrad einer als Wärmepumpe betriebenen Absorbermaschine des Typs 1 ist für die Erzeugung von Nutzwärme n = n + m 1+ m w n n Für den Betrieb als Kältemaschine ergibt sich für die erzeugte Nutzkälte ein Wirkungsgrad nk = m Eine wichtige und vorteilhafte Eigenschaft der vorliegenden Absorbermaschine besteht nun darin, daß die beiden Stoffströme n und m und damit die zugehörigen Wärmemengen und Wärmeumsätze weitgehend unabhängig voneinander geändert werden können.
Durch die Änderung der Stoffströme können Wirkungsgradänderungen und/oder Änderungen der Nutzwärme- oder Nutzkälteleistung bewirkt werden. Dadurch besteht die Möglichkeit, die Betriebsart der Absorbermaschine sowohl einem unterschiedlichen Wärme- bzw. Kältebedarf als auch wechselnden Umgebungsbedingunaen, insbesondere dem Temperaturniveau der Wärme anzupassen. Eine Erhöhunq des Stoffstromes n bedeutet eine Erhöhuna der Antriebsleistung QA,während eine Erhöhung des Stoffstromes m eine Erhöhung der vom Verdampfer F aus der Umgebung entnommenen Wärme Qw bedeutet. Die erzeugbare Nutzwärme ist proportional zu (m+n), die erzeugbare Nutzkälte proportional zu m. Der optimale Wirkungsgrad bei gegebener Antriebsleistung ergibt sich bei maximalem m. In der folgenden Tabelle 1 sind die Parameter von drei charakteristischen Betriebsarten der anhand von Fig. 1 erläuterten Absorbermaschine des Typs 1 dargestellt. Die Betriebsarten sind durch ihren theoretischen Wirkungsgrad n gekennzeichnet. Jede dieser Betriebsarten ist schon für sich allein vorteilhaft, insbesondere die Betriebsarten für n= 3 und ri = 3/2, und zwar sowohl bei der Wärmeerzeugung als auch bei der Kälteerzeugung. Die Arbeitsweise der Absorbermaschine kann zwischen allen drei Betriebsarten und auch nur zwischen zwei aufeinanderfolgenden Betriebsarten umgeschaltet bzw. geändert werden.
Zwischen den angegebenen Betriebsarten existieren praktisch kontinuierliche Uebergänge, so daß eine im wesentlichen stufenlose Anpassung an die Umgebunasverhältnisse möglich ist.
Es sei bemerkt, daß die in der Praxis verwendeten Temperatur-und Druckniveaus stark vom jeweiligen Verwendungszweck der Absorbermaschine abhängen und bei Kälteerzeugung bzw.
Wärmeerzeugung (Heizbetrieb) sehr unterschiedlich sein können.
TABELLE 1 Charakteristische Betriebsarten einer Absorbermaschine des Typs 1 Betriebs- Arbeitsmit- Antriebswärme- Nutzwärme- Nutzwärmetemperaart telstrcme leistung leistuna tur # = 3 n = m/2 QA = n = m/2 QC + QE = @ 1/3 (2 TC + TE) m +(m-n)= 2 m # = 2 n = m QA = n = m QC + QD = 1/@(T@ + m + n = 2m 2(TC + TD) # = 3/2 n = 2m QA = n = 2m QB + QD = 1/@(T@ + 2 T (n-m) + n = 3m 3@@B @ @ @D@ In der folgenden Tabelle 2 sind die Funktionen der Austauscheinheiten B und E bei der jweiliaen Betriebsart sowie das Vorzeichen des Wärmeumsatzes der verschiedenen Austauscheinheiten darauf stellt, dabei bedeuten + der Austauscheinheit wird Wärme zugeführt - der Austauscheinheit wird Wärme entnommen 0 kein größerer Wärmeumsatz (B arbeitet ggf. als Rektifikator).
TABELLE 2 Funktion von B Funktion von E A B C D E F n= 3 Austreiber Absorber + + - - - + n= 2 - - + 0 - - 0 + n= 3/2 Absorber Austreiber + - - - + + (Desorber) Beschreibung der drei Betriebsarten des Typs 1 im folgenden sei davon ausseaangen, daß die als Kondensator arbeitende Austauscheinheit C und die als Verdampfer arbeitende Austauscheinheit F von einem konstanten Arbeitsmittelstrom m durchströmt werden, der die Leistungsfähigkeit dieser Austauscheinheiten maximal ausnutzt. Dies gilt auch für die Beschreibung der folgenden Ausführungsbeispiele.
m kann selbstverständlich auch kleiner sein, dann wird jedoch die Leistungsfähigkeit der Anlage nicht optimal ausgenutzt.
Alle folgenden Angaben sind immer relativ zu dem oben definierten maximalen Arbeitsmittelstrom m, den den Kondensator und Verdampfer durchsetzt, angegeben.
Erste Betriebsart: m= 3 Die Antriebswärme Q wird der als Aus treiber arbeitenden Austauscheinheit A im Temperaturbereich T3 zugeführt.
Die Nutzwärme wird aus den Austauscheinheiten C und E auf den Temperaturniveaus TE bzw. TC entnommen, die im Temperaturbereich T1 liegen.
Die in der als Absorber arbeitende Austauscheinheit D entstehende Absorptionswärme wird in der als Austreiber arbeitenden Austauscheinheit B zum Austreiben, d.h. als zusätzliche Antriebswärme verwendet.
Der theoretische Wirkungsgrad dieser Betriebsart ist 3, also sehr hoch.
Die Antriebsleistung ist relativ niedrig (m/2). Der Stoffstrom m zwischen B und C ist doppelt so groß wie zwischen A und B, da in B ebenfalls ausgetrieben wird. Diese Betriebsart allein ist sowohl für die ärmeerzeuquno (wenn TF relativ hoch ist) als auch für die Kälteerzeuauna (wenn TF nicht zu tief liegt) sehr vorteilhaft.
Im Ubergangsbereich 2 < n < 3, d.h. (m/2) < n < m und (m/2) < QA < m nehmen die Antriebs leistung QA mit abnehmendem n und damit der Arbeitsmittelstrom n zwischen A und B zu, während der Wirkungsgrad abnimmt. m soll zumindest in erster Näherung konstant bleiben.
Die Nutzwärme wird nun aus C, E und zum Teil aus D entnommen.
Da D in einem höheren Temperaturbereich T2 als C und E (Temperaturbereich T1) arbeiten, steigt die Nutzwärmetemperatur an. In der Praxis kann man also z.B. das Heizwasser einer Zentralheizungsanlage zuerst durch E und C und dann durch D strömen lassen, so daß sich eine höhere Vorlauftemperatur ergibt.
Die aus E entnommene Nutzwärmemenge nimmt ab, dafür nimmt aber die aus D entommene Nutzwärmemenge überproportional zu.
Der Grund hierfür liest darin, daß in E die Stoffstrommenge m-n absorbiert wird, die bei konstantem Stoffstrom m und steigendem Stoffstrom n entsprechend kleiner wird. In D wird dagegen der Stoffstrom n absorbiert, der mit steigender Antriebsleistung zunimmt, während die in B benötigte Wärmemenge m-n abnimmt.
Wegen der Entnahme von Nutzwärme aus D verringert sich die zum Austreiben in B zur Verfüqunq-stehende Wärmemenge.
Da jedoch die Antriebswårme QA erhöht wurde und damit der Stoffstrom n, kann der Stoffstrom m zwischen B und C auf etwa konstantem Niveau gehalten werden.
Die entnommene Nutzwärmemenge steigt von 1,5 m auf 2 m an, die Nutzwärmetemperatur von T1 auf (T1+T2)/2. Im Grenzfall n = m ist dann die Betriebsart mit dem theoretischen Wirkungsgrad n= 2 erreicht.
Betriebsart n= 2: n = m.
Bei dieser Betriebsart wird die gesamte Absorptionswärme, die in D entsteht, als Nutzwärme QD entnommen, so daß in B kein Austreiben mehr stattfindet. Daher ist auch die Menge des in E absorbierten Arbeitsmittels gleich Null und die Wärmemenge wird gleich Null, die der Austauscheinheit E entnommen werden kann, die bisher als Absorber gearbeitet hat. Die Absorbermaschine gemäß Fig. 1 arbeitet jetzt wie eine normale einstufige Absorptionsmaschine, in den Austauscheinheiten B und E findet kein Wärmeumsatz statt und das durchströmende Arbeitsmittel erfährt in diesen Einheiten keine Änderung. In dieser Betriebsart könnte die Pumpe 24b abaestellt werden, wenn man nicht B zur Rektifikation des Arbeitsmitteldampfes verwenden will, wie noch erläutert werden wird.
Mit zunehmender Antriebsleistung QA wird (3/2) < n <2; 2m < n < m und m < Q < 2m Der Arbeitsmittelstrom n nirrant weiter zu, immer unter der Voraussetzung, daß m konstant gehalten werden soll. Es findet nun kein Wärmeaustausch zwischen D und B mehr statt, dafür setzt nun ein Wärmeaustausch zwischen C und E ein. (Im Grenzfall n= 3/2 wird die ganze Kondensationswärme QC, die in C entsteht, nach E transportiert).
In diesem beranqsbereich arbeitet die Austauscheinheit B als Absorber (oder Resorber), da in ihr ein Teil des in A aus triebenen Arbeitsmittels absorbiert wird. Die Austauscheinheit E arbeitet als Austreiber (oder Desorber). Die für das Austreiben in E erforderliche Wärme wird der in C entstehenden Kondensationswärme entnommen.
Die Nutzwärme wird aus D, B und zum Teil noch aus C entnommen.
Das Nutzwärmeniveau steigt mit n weiter an und erreicht für n - 2m das Niveau des Bereiches T2.
Die Menge der aus C entnehmbaren Nutzwärme nimmt mit steigendem n immer mehr ab und wird für n = 2m schließlich Null.
Die Nutzwärmemenge steigt von 2m auf 3m an, n nimmt entsprechend ab. Es ist hierbei jedoch im allgemeinen wichtig, daß der Niedertemperaturteil trotzdem in Betrieb bleibt, so daß beim Absinken des Leistungsbedarfes oder Ansteigen von TF schnell wieder auf eine Betriebsart mit höherem Wirkungsgrad übergegangen werden kann.
Betriebsart n= 3/2; n = 2m. Die Entnahme der Nutzwärme erfolqt ausschließlich aus B und D, dabei wird die Hälfte des im Aus treiber A ausgetriebenen Arbeitsmittelstromes n schon in B absorbiert.
Die in C entstehende Kondensationswärme wird zum Austreiben in E verwendet, d.h. es findet ein voller Wärmetausch zwischen C und E statt.
Für sich allein ist die Betriebsart ii 3/2 für die Kälteerzeugung von Vorteil, da auch mit Antriebswärme relativ niedriger Temperatur (z.B.80...1000C) tiefe Temperaturen TF erzielbar sind, wenn die im Temperaturbereich T2 liegenden Temperaturen TB und TD, bei denen die Abwärmen QB bzw. QD an Kühlwasser bzw.
Luft abseoeben werden, in der Nähe der Umgebungstemperatur liegen.
Zu den obigen Ausführungen soll noch folgendes bemerkt werden: Im Betriebsbereich 2 < n < 3 arbeitet B als Austreiber und E als Absorber. Im Betriebsbereich (3/2)< rj < 2 arbeitet B als Absorber und E als Austreiber (Desorber, Ausgaser). Nur wenn die Arbeitsweise der Absorbermaschine gemäß Fis. 1 zwischen allen drei Betriebsarten also im Bereich (3/2) < n < 3 kontinuierlich oder diskontinuierlich variabel sein soll, ist es erforderlich, die Austauscheinheit B und E konstruktiv so aufzulegen, daß sie sowohl die Funktion eines Austreibers als auch die eines Absorbers übernehmen können. Solche Mehrzweckgeräte sind bekannt, z.B. lassen sich Rieselabsorber auch als Austreiber verwenden.
Die Betriebsarten n= 3 und ri= 2 lassen sich dadurch in vorteilhafter Weise abwandeln, daß man der Austauscheinheit B zusätzlich Antriebswärme von außen zuführt. Z.B.
kann man A mit einer Feuerung heizen und die Abgase der Feueruna in B weiter abkühlen. Es kann hierbei vorteilhaft sein, die Austauscheinheit B in zwei Einheiten aufzuteilen, von denen die eine zum inneren Wärmeaustausch mit D und die andere für die Zuführung der zusätzlichen Wärme dient.
Bei Verwendung einer Warmwasserheizungsanlage läßt sich die Vorlauftemperatur des Heizwassers (oder von Braudiwasser) durch die Wärmeentnahme aus E und C (n= 3), aus C und D (n =2) und aus D und B (n = 3/2) regeln und die Arbeitsweise der Anlage dadurch an variable Außentemperaturen anpassen.
Bei vorgeaebenem m steigt der Absolutwert der Wärmeleistung mit abnehmendem Wirkungsgrad n, was einen vorteilhaften Effekt darstellt. Hält man die Antriebsleituna QA konstant, so können dennoch die beschriebenen drei Betriebsarten in aewissem Ausmaß realisiert werden, indem man eine Anpassung des Arbeitsmittelstromes m an die sich durch die Wärmeentnahme aus den verschiedenen Austauscheinheiten ändernden Bedingungen zuläßt.
Man kann auch die Antriebswärmeleistung in gewissen Grenzen unabhänaia vom Temperaturniveau der entnommenen Nutzwärme ändern. Hierbei ändert sich dann ebenfalls der Wirkungsgrad.
Generell ist zu sagen, daß man den Arbeitsmittelstrom m immer so aroß wie möglich und die Antriebsleistuna Q so klein wie möglich halten soll.
Fig. 2 zeigt, wie die Wärme aus einer Absorbermaschine gemäß Fig. 1 entnommen werden kann, wenn diese Absorbermaschine in einer Warmwasser-Zentralheizungsanlage zu Heizzwecken verwendet wird. Die Absorbermaschine selbst ist in Fig. 2 nur zum Teil dargestellt, sie kann so ausaebildet sein, wie es anhand der Fig. 1 erläutert wurde.
Die in Fis. 2 dargestellte Wärmeentnahmevorrichtung dient gleichzeitig für den inneren Wärmetausch zwischen der Austauscheinheit D und B bzw. der Austauscheinheit E und C.
Die Austauscheinheiten B, C, D und E weisen jeweils ein Wärmetauscherelement 50, 52, 54 bzw. 56 auf, die über ein Ventilsystem mit Ventilen V1 bis V14 zwischen eine Rücklaufleitung 58 und eine Vorlauf leitung 60 geschaltet sind. Zwischen die Vorlauf- und die Rücklaufleitung sind Heizkörper 62 geschaltet. In der Rücklaufleitung befinden sich eine Umwälzpumpe 64, ein Dreiweoe-Mischventil 66 und ein Wärmetauscher 68. Das Dreiwege-Mischventil 66 ermöglicht es, dem den Heizkörpern zugeführten Vorlaufwasser über eine Rückführungsleitung 70 eine einstellbare Menge kälteres Rücklaufwasser zuzuführen. Der Wärmetauscher 68 kann z.B.
zur Brauchwasservorwärmung dienen.
Die Verbindungsleitung zwischen den Ventilen Vg und V12 ist mit der Verbindungsleitung zwischen den Ventilen V7 und V8 über eine Verbindungsleitung 72 -sekoppelt, in der sich eine weitere Pumpe P befindet, die für den inneren Wärmetauschkreislauf dient. Bezüglich der Anordnung der Ventile und der verschiedenen Leitungen wird der Einfachheit halber auf Fig. 2 verwiesen.
Die Ventilstellungen und der Betriebszustand der Pumpe P sind für die drei Betriebsarten der Absorbermaschine gemäß Fig. 1 und 2 in der folgenden Tabelle 2a dargestellt.
Da die Wärmetauscherelemente 50, 52, 54 und 56 sowohl für die Entnahme von Nutzwärme als auch für den inneren Wärmetausch verwendet werden, erfolgt eine diskrete Umschaltung der Ventile für die verschiedenen Betriebsarten. Man kann jedoch auch für den inneren Wärmetausch einerseits und für die Nutzwärmeentnahme andererseits getrennte Wärmetauscherelemente verwenden, und die Wärmeträgerkreisläufe für den inneren Wärmetausch vom Heizwasserkreislauf trennen. In diesem Falle können dann die Ventile V11 bis V14 entfallen. Man kann dann auch bei der Nutzwärmeentnahme kontinuierlich zwischen den verschiedenen Betriebsarten übergehen, indem man die Ventile V bis V6 im äußeren Kreislauf kontinuierlich zwischen den in der Tabelle 2a angegebenen Ventilstellungen verstellt.
Die Einschaltung des Wärmetauschers 68 in die Rücklaufleitung hat den Vorteil, daß der Betriebszustand mit großem Wirkunasgrad n auch bei steigender Rücklauftemperatur aufrechterhalten werden kann.
TABELLE 2a Ventilstellungen: 0 = offen x = geschlossen (x)= beliebia, vorzugsweise geschlossen Pumpe: + = In Betrieb - = Stillstand

Ventil 1 2 3 4 5 6 7 8 9 | 10 11 12 13 14 P

n= 3 0 x x 0 x x 0 x x 0 x 0 0 x +

n= 2 x 0 x x 0 x (x) (x) (x) (x) 0 (x) 0 (x) -

n= 3/2 x x 0 x x 0 x 0 0 x 0 x x 0

Typische Betriebsdaten Prinzipiell sind für die vorliegende Absorbermaschine alle Arbeitsmittelsysteme anwendbar, bei denen das sogenannte Lösunqsfeld /Abhängigkeit von ln p von -1/T mit der Arbeitsmittelkonzentration als Parameter) breit genug ist.
Wie weit man alle Betriebszustände ausnutzen kann, hängt vom Arbeitsmittelsystem und den gestellten Leistungs- und Temperaturbedingungen ab.
Ein geeignetes System aus Arbeitsmittel und Absorptionsmittel ist NH3/H2O.
Andere qeeignete Arbeitsmittel/Absorptionsmittelsysteme sind: NH3/H2O; H2 NH3/H20/ Butan H20 / wässrige Salz- insbesondere LiBr-Lösung CH30H/ H2O,CH3OH/ " " " Organisches Arbeitsmittel, wie z.B. R22 / organisches Absorptionsmittel Besonders vorteilhaft in den beiden höheren Temperaturen arbeitenden Kreisläufen, ist jedoch die Verwendung von NH3 als Arbeitsmittel in Verbindung mit einer wässerigen Lösung eines Stoffes, z.B. eineshalzes als Absorptionsmittel, welcher den Dampfdruck von H20 möqlichst stark erniedriat.Solche Arbeitsmittelsystene sind aus DE 28 55 434 Al im Prinzip bekannt.
Dort findet sich jedoch kein Hinweis darauf, diese Arbeitsmittelsysteme im Hochtemperaturteil von mehrstufigen Absorbermaschinen zu verwenden und den Niedertemperaturteil mit dem einfachen" System NH3/H2O zu betreiben. Der Stoff und seine Konzentration müssen ferner so gewählt werden, daß im Betriebsbereich (einschließlich den tiefsten Temperaturen bei Stillstand) keine Ausscheidunaen eintreten können. Vorteilhaft ist das Arbeitsmittelsystem NH3/H20 + LiBr, ferner die Systeme NH3/H20 + LiBr + CaBr2 (Molverhältnis LiBr: CaBr2 etwa 2:3); NH3/H20 + LiBr + ZnBr2 (Molverhältnis LiBr: ZnBr2 ca. 1:1) und NH3/H20 + LiBr + ZnBr2 + CaBr2 (Molverhältnis ca. 3 : 3 : 1).
Diese Arbeitsmittelsysteme wie insbesondere Ammoniak, wässerige Lithiumbromidlösung (auf das im folgenden als typischer Vertreter dieser Klasse von Systemen ausschließlich Bezug genommen wird ) insbesondere mit 40 bis 60 Gewichtsprozent Lithiumbromid bezogen auf das Gewicht der Lösuna, sind nicht nur für Absorbermaschinen der hier beschriebenen Art von Vorteil, sondern können, was besonders betont werden soll, auch für andere, bekannte zwei- und mehrstufige Absorptionsmaschinen verwendet werden, z.B. für Absorptionsmaschinen, die im Handbuch der Kältetechnik VII /l.c.) in Abbildung 32 auf S. 82,in DE-30 14 320 A 1 u.a. m. beschrieben sind. Durch die Verwendung einer solchen Salzlösung wird das Lösunasfeld verbreitert und man kommt bei einer vorgegebenen Temperatur in einen ammoniakreicheren Bereich des Lösungsfeldes, was das Arbeiten der Absorptionsmaschine sehr günstig beeinflußt. Insbesondere wird bei vorgeaebener Austreib- bzw. Ausgasungstemperatur der Rektifikationsaufwand verkleinert. Durch die Verbreiterung des Lösungsfeldes und das Steilerwerden der Dampfdruckkurven sind ferner Betriebszustände möglich, die mit dem reinen NH3/H20-System nicht realisiert werden können, insbesondere lassen sich tiefere Kühltemperaturen, z.B. bis unter -700C erreichen.

Im folgenden werden tabellarisch einige typische Betriebsdaten für eine Absorbermaschine des Typs 1 angegeben: 1) #= 3 a) hauptsächliche Verwendung für Heizzwecke einschließlich Sommerheizbetrieb und Brauchwasserbereituna Arbeitsmittelsystem NH3/H2O Alle Temperaturen sind in °C anaegeben.

P1 = 21 bar TC = 50 TB = 90 - 100 TA = 160 - 180

P0 = 8,5 bar TF = 20 TE = 55-65 TD = 125- 145

P1 = 21 bar TC = 50 TB = 90 - 100 TA = 160 - 180

P0 = 6,2 bar TF = 10 TE = 43-53 TD = 110- 130

P1 = 25 bar TC = 57 TB = 100-110 TA = 180 - 190

P0 = 6,2 bar TF = 10 TE = 43-53 TD = 120-130

Bei Verwendung des Systems NH3/H20 + LiBr im Kreislauf 22 ergeben sich ähnliche Werte.

b) Kälteerzeugung, Klimaanlagen verwendbar auch bei hohen Umgebungstemperaturen Arbeitsmittelsystem NH3/H20 (in 22 vorteilhafterweise NH3/H2O+LiBr).

P1 = 12 bar TC= 30 TB = 70-80 TA = 160-180

p0 = 4,3 bar TF = 0 T = E= 33-43 TD = 120-140

P1 = 12 bar TC = 30 TB = 80-90 TA= 160-180

p0 = 3 bar TF= -10 TE = 30-40 TD = 110-135

Bezüglich der als letztes aufgeführten Ausführungsform sei darauf hingewiesen, daß mit der vorliegenden Absorbermaschine mit n= 3 Temperaturen bis zu -1 00C bei Abwärmetemperaturen bis 30°C, also praktisch mit Luftkühlung, erreicht werden können.
n= 2 Arbeitsmittelsystem Ammoniak/Wasser oder Ammoniak/Lithiumbromidlösung

P1= 25 bar TC=57° (# 90-100) 160 - 180

P0= 4,3bar TF= 0 (# 30-40) TD = 100-120

n= 3/2 Diese Betriebsart hat den schlechtesten Wirkungsgrad, aber die höchste Leistung.
a) Anwendung hauptsächlich für Heizungsanlagen

P1 = 25 bar | | TC = 57 | TB = 100-110 | TA = 160-180

p0 = 3 bar TF = -10 TE = 22-32 TD = 85-105

P1 = 25 bar TC = 570 TB = 100-110 TA = 160-180

P0 = 2 bar TF = -20 TE = 12-22 TD = 63- 83

P1 = 12 bar TC = 30° TB = 70-80 TA = 160-180

P0 = 2 bar TF = -20° TE = 12-22 TD = 90-100

b) Hauptanwendungsgebiet: Kältemaschinen mit Luft- oder Wasserkühlung bei hohen Temperaturen T2 des Kühlwassers oder der Kühlluft

P1 = 4,0 TC = -3 TB = 30-50 TA = 95 - 1150

Po = 0,43 | TF = 500 TE = - 10 TD = 30-50

bis -23

Man kann hier also mit Antriebswärme von nur ca. 1150C Kälte bis zu -50°C mit Luftkühlung erzeugen. Besonders vorteilhaft ist auch hier die Verwendung des Arbeitsmittelsystems Ammoniak/ Lithiumbromidlösung, im Kreislauf 22.
Cieht man mit der Austreibertemperatur auf etwa 150 bis 170°C, so kann man selbst mit Luftkühlung Temperaturen bis -750C erzeugen. Dies ist nur mit dem System NH3/H20 + LiBr im Hochtemperaturkreislauf möglich.

p = 3 bar TC = -10 $B= 40-60 $A= 150-170°

p = 0,08 bar TF= -75°C TE=-25-(-39) TD= 40-58

Es war oben bereits erwähnt worden, daß bei dem Arbeitsmittelsystem Ammoniak/Wasser ein erheblicher Aufwand zur Rektifikation der im Austreiber A entstehenden Dampfphase getrieben werden muß, um das ausaetriebene NH3 möglichst weitgehend von H2O-Dampf zu befreien. Es war auch bereits erwähnt worden, daß sich das Rektifikationsproblem dadurch erheblich verringert, daß man das neue Arbeitsmittelsystem aus Ammoniak und einer wässerigen Lösung, insbesondere wässerigen Lithiumbromidlösung verwendet.
Bei der vorliegenden Absorbermaschine ist außerdem das Rektifikationsproblem dadurch wesentlich weniaer gravierend als bei den bekannten Absorbermaschinen, daß der aus A austretende Dampf beim Durchgang durch B gekühlt und rektifiziert wird, da bei der niedrigeren Temperatur TB der aus A kommende H2O-Dampf in der über den Kreislauf 24 von E zugeführten Lösung absorbiert und gleichzeitig NH3 ausgetrieben wird. Hierdurch tritt jedoch eine Ansammlung von H20 im Kreilauf zwischen B und E ein. Diese wird durch die in Fig. 1 dargestellte Abzweigleistung 24f verhindert, die ein Regelventil 24g enthält und durch die ein Teil der reichen Lösung aus der Leitung 24a abgezapft, in den Austreiber A zurückgeführt und dort in bekannter Weise zur Vorrektifikation verwendet wird.
In Fia. 1 ist noch eine Weiterbilduna der beschriebenen Absorbermaschine dargestellt. Um eine zusätzliche Steigerung der Nutzwärmeleistung zu erreichen, wird NH3-arme Lösuna aus der Leituna 22c über eine Abzweigleitung 22h, die ein Reaelventil 22i enthält, direkt in die Austauscheinheit B qeleitet, wo sie Ammoniakdampf absorbiert und eine entsprechende zusätzliche Absorptionswärme entstehen läßt.
Die in den Arbeitsmittelleitungen angeordneten Ventile 29, 30, 31 und 33 qestatten es, die Austauscheinheiten A bis F voneinander zu trennen, was beim Anfahren der Maschine von Vorteil ist. Außerdem können sie im Betrieb als Regelorgane verwendet werden.
Das in der Arbeitsmittelleitung 14 vorgesehene Ventil 30 kann insbesondere zu folgendem Zweck verwendet werden: Im Betriebszustand n= 3/2 kann unter Umständen zwischen dem Kondensator C und dem Austreiber E eine so große Temperaturdifferenz TC-TE auftreten, daß die Kondensatorleistuna QC im Vergleich zur Verdampferleistuns QF zu groß wird bzw. daß beim Austreiben in E ein so hoher Druck entsteht, daß die Verdampferleistuna von F zu stark verringert wird. Um den Arbeitsmittelgasstrom im Niedertemperaturteil auf maximale Verdampferleistung einstellen zu können, ist daher zwischen B und C das Ventil 30 angeordnet, das die Kondensatorleitung über den Druck und damit die Kondensatortemperatur zu steuern gestattet.
Eine weitere mögliche Abwandlung der in Fig. 1 dargestellten Absorbermaschine besteht darin, die Arbeitsmittelleitunen 18 und 20 durch eine die Austauscheinheit E umgehende durch Ventile einschaltbare Uberbrückungsleitung zu überbrücken, so daß der Arbeitsmittelstrom n nicht durch E zu strömen braucht.
Auch für das Anfahren, Regeln der Maschine und ggf. für die Verringerung von Druckabfällen sind Uberbrückungsleitüngen für die verschiedenen Austauscheinheiten vorteilhaft.
TYP 2: Bei dem nun im folgenden beschriebenen Typ 2 der vorliegenden Absorbermaschine arbeiten sowohl der Hochtemperaturteil A-B-D-E als auch der Niedertemperaturteil B-C-E-F als Wärmetransformator. Es gilt Fig. 1 mit der Maßgabe, daß die Richtungen der Stoffströme n und m entgegengesetzt zur Richtuna der eingezeichneten Pfeile verlaufen und daß an die Stelle der Drossel 26 die gestrichelt eingezeichnete Pumpe 27 tritt.
Ein Wärmetransformator arbeitet gewissermaßen reziprok zu einer Wärmepumpe, d.h. er erzeugt Nutzwärme auf dem hohen Temperaturniveau T3, Abwärme auf dem niedrigen Temperaturniveau T0 und wird durch Antriebswärme auf den mittleren Temperaturniveaus T1 und T2 gespeist. Bezogen auf die Hochtemperatur-Nutzwärme ergeben sich dadurch Wirkungsgrade, die kleiner als 1 sind.

Die drei Betriebsarten, in denen der zweistufige Wärmetransformator gemäß Fig. 1 (mit Pumpe 27) arbeiten kann, sind in den folgenden Tabellen 3 und 4 in ähnlicher Weise dargestellt, wie die Betriebsarten der beschriebenen, als zweistufige Wärmepumpe arbeitenden Absorbermaschine in den Tabellen 1 und 2: TABELLE 3 Zweistufiger Wärmetransformator Betriebszustand Stoff- Anstriebswärme- Nutzwärmeleistung ströme leistung # = 1/3 n = m/2 QC + QE = m +(m-n) = 3/2 m QA = n = m/2 # = 1/2 n = m QC + QD = m + n = 2m QA = n = m # = 2/3 n = 2m QB + QD = n-m+n = 3m QA = n = 2m TABELLE 4

.fi E I I I

V1

+r CJ + o I

rd

t Q + + +

t m g o +

W

< des Wärineussatzes in

Funktion von B Funktion von E A B C D E F

X ' 1/3 h

a

T0 X 1/2 I o

n « R

h

m z - Q

G X d

H Q @

rB )4 04

õ 0 49

t i I <

N

s s s

N

ll ll ll

F r r

Bei allen drei Betriebsarten des zweistufigen Wärmetransformators gemäß Fig. 1 haben die Austauscheinheiten A, C, D und F immer die gleichen Funktionen, und zwar arbeiten A als Absorber, C als Verdampfer, D als Austreiber und F als Kondensator. Die Funktionen der Austauscheinheiten B und E ändern sich wieder entsprechend der Betriebsart.

Die drei möglichen "reinen" Betriebsarten werden im folgenden beschrieben, diese sind zum Teil sowohl für sich neu und vorteilhaft, ferner sind auch hier wieder kontinuierlich Übergänge zwischen den aufeinanderfolgenden Betriebsarten möalich.
Betriebsart n= 1/3: Antriebswärme QE und QC wird der Austauscheinheit E zum Austreiben und der Austauscheinheit C zum Verdampfen zugeführt.
Die Nutzwärme Q wird der als Absorber arbeitenden Austauscheinheit A entnommen. Die in der als Absorber arbeitenden Austauscheinheit B entstehende Absorptionswärme wird nach D übertragen und dort zum Austreiben verwendet.
Aus F wird Niedertemperaturwärme als Abwärme abgeführt, soweit sie nicht genutzt werden kann.
Der Vorteil dieser Betriebsart besteht darin, daß sich große Temperaturdifferenzen zwischen dem Antriebswärmeniveau T1 und dem Nutzwärmeniveau T3 erreichen lassen. Dafür ist der Wirkungsgrad (Leistungsziffer) entsprechend klein.
Eine Abwandlung dieser Betriebsart besteht darin, aus B zusätzliche Nutzwärme zu entnehmen.
Betriebsart n Antriebswärme QD und QC wird der Austauscheinheit D zum Austreiben sowie der Austauscheinheit C zum Verdampfen zugeführt.
Die Nutzwärme QA wird wieder der Austauscheinheit A entnommen.
In B und E werden keine nennenswerten Wärmemengen umgesetzt.
Die Absorbermaschine arbeitet in diesem Betriebszustand wie ein einstufiger Wärmetransformator.
Betriebsart n= 2/3: Antriebswärme QB und QD werden den Austauscheinheiten B und D zum Austreiben zugeführt. Die Nutzwärme Q wird wieder der Austauscheinheit A entnommen und aus der Austauscheinheit F wird die Abwärme Q abgeführt. Die in der Austauscheinheit E entstehende Absorptionswärme wird in der Austauscheinheit C zum Verdampfen verwendet.
Der Vorteil dieser Betriebsart ist der hohe Wirkungsgrad 2/3, ein entsprechender einstufiger Wärmetransformator hätte nur den Wirkungsgrad 1/2.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 sollen nun die Typen 3 und 4 der vorliegenden Absorbermaschine beschrieben werden.
Fig. 3 ist ganz ähnlich wie Fiq. 1, es sind daher auch die gleichen Bezugs zeichen verwendet worden. Lediglich die Richtung des Stoffstromes m ist umgekehrt wie in Fig. 1.
Die Leitungen 22h und 24f sind zur Vereinfachung der Zeichnung in Fig. 3 und den folgenden Figuren zur Vereinfachung der betreffenden Zeichnungen nicht dargestellt. Da ein innerer Wärmetausch zwischen B und D bzw. C und E hier nicht mehr möglich ist, fehlen außerdem die Wärmetauscher 32 und 34.
Die Ventile 29, 30, 31 und 33 dienen zum Anfahren sowie zur Wahl verschiedener Betriebszustände.

Typ3 Hier gilt die Darstelluna der Fig. 3 mit der Pumpe 27 und mit der durch die Pfeile dargestellten Richtung der Arbeitsmittelströme. Der Hochtemperaturteil A-B-D-E arbeitet als Wärmepumpe, der Niedertemperaturteil B-C-E-F als Wärmetransformator. Die Austauscheinheiten haben die folgenden Funktionen: A = Austreiber B = Absorber C = Verdampfer D = Absorber E = Aus treiber F = Kondensator Die Absorbermaschine des Typs 3 kann in drei verschiedenen Betriebsarten betrieben werden, die in der folgenden Tabelle 5 zusammen mit der jeweiligen Stellung der Ventile dargestellt sind TABELLE 5 Typ 3: Wärmepumpe mit Wärmetranformator

Betriebsart Antriebswärmen Nutzwärme Ventil stellung

29 30 3133

a) Wärmepumpe QA = n QB= n %= n O x x O

b) Wärmetrans- QC= m QE= m Q5 = m x O Ox

formator

c) Wärmepumpe +

Wärmetransfor- QC=m QE=m QA= n QB=n +m QD=n 0 0 0 0

mator

0 = Ventil offen x = Ventil geschlossen Bei der Betriebsart a) arbeitet also nur der Wärmepumpenteil, bei der Betriebsart b) nur der Wärmetransformatorteil, während in der Betriebsart c) beide Teile der Absorbermaschine in Betrieb sind.

Die Absorbermaschine des Typs 3 ist besonders vorteilhaft für das Verwerten von Niedertemperaturwärme, z.B. der im Rücklauf von Fernwärmenetzen enthaltenen Restwärmel von Niedertemperatur-Prozeßwärme, Sonnenwärme oder der z.B. bei 30 bis 400C anfallenden Abwärme von Kraftwerken, die als kalte Fernwärme" in einfachen Leitungen zum Verbraucher transportiert werden kann.
Dies war bisher problematisch, da die bekannten Wärmetransformatoren nur dann einwandfrei arbeiten, wenn die Abwärme (QF in Fig. 3) bei genügend niedriger Temperatur abgeführt werden kann.
Dies ist nicht mehr gewährleistet, wenn die Temperatur des Kühlmittels (Kühlwasser, Kühlluft) zu stark ansteiat, so dB dann die Versorgung des Verbrauchers für die hochtransformierte Wärme nicht mehr sichergestellt werden kann.
Bei der vorliegenden Absorbermaschine des Typs 3 ist die Versorguna des Wärmeverbrauchers immer gesichert, da bei zu hohen Kühl temperaturen und/oder hohem Wärmebedarf ein Ausgleich durch zusätzliches Zuführen von Fremdenergie (QA) möglich ist. Wenn also die Temperatur T0 des Kühlmittels, dem die Abwärme QF zugeführt wird, zu hohe Werte annimmt, wird die beschriebene Absorbermaschine des Typs 3 als Wärmepumpe betrieben, wobei die zur Verfügung stehende Niedertemperaturwärme als Wärmequelle für die Wärmepumpe dient (Betriebsart a).
Sind andererseits die Anforderungen an die Nutzwärme niedrig und ist T0 niedrig, z.B. nachts, so wird nur der Wärmetransformatorteil eingeschaltet (Betriebsart b). Die zur Verfügung stehende Niedertemperaturwärme bildet nun die Antriebswärme des Wärmetransformators.
Bei steigendem Wärmebedarf wird zusätzlich der Wärmepumpenteil in Betrieb genommen, dem zusätzliche Antriebswärme Q zugeführt wird (Betriebsart c).
Da dieser Typ wann immer es die Verhältnisse erlauben überwiegend oder ganz als Wärmetransformator arbeitet, ergeben sich große Einsparungen an Primärenergie (pa). Da außerdem die Leistung des Wärmetransformators umso besser ist, je tiefer die Außentemperaturen sind, steigt bei sinkender Außentemperatur die zusätzlich erforderliche Primärwärmeleistung wenn überhaupt, -nur wesentlich lanasamer an als der Nutzwärmebedarf.
TYP 4 Hier gilt Fig. 3 mit der Drossel 26. Ferner fließen die Stoffströme entgegengesetzt zur Richtung der eingezeichneten Pfeile.
Der Hochtemperaturteil arbeitet nun also als Wärmetransformator und der Tieftemperaturteil als Wärmepumpe bzw. Kältemaschine.
Die Verhältnisse sind also reziprok zum Typ 3, Die drei möglichen Betriebszustände sind in der folgenden Tabelle 6 dargestellt.

Tabelle 6 Typ 4: Wärmetransformator mit Wärmepumpe (Kältemaschine)

Betriebs- Antriebswär- Nutz- Ventilstellung

zustand men Wärme Kälte 29 30 31 33

(A#B) (C#D) (E#F) (E#D)

a)Wärmetrans-

formator QB= n QD= n QA= n - 0 x x 0

b)Wärme- QB = m (QC=m)

pumpe (QE=m) QF=m x 0 0 x

c)Wärmetrans-

formator + QB= n+m QD=n QA=n QF=m 0 0 0 0

Wärmepumpe (QC=QE=m)

0 = Ventil offen x = Ventil geschlossen Die verschiedenen Austauscheinheiten haben, soweit sie nicht abgeschaltet sind, die folgenden Funktionen: A = Absorber B = Austreiber C = Kondensator D = Aus treiber E = Absorber F = Verdampfer Die Absorbermaschine des Typs 4 ist von Vorteil, wenn viel Antriebswärme mittlerer Temperatur zur Verfügung steht, so daß nicht die ganze Antriebswärme für die Erzeugung von Kälteleistung (von F aufgenommene Wärme QF) gebraucht wird.

Dann kann noch Hochtemperatur-Nutzwärme QA aus A entnommen werden, z.B. zur Heizung, Brauchwasserbereitung als Prozeßwärme und dergleichen. Auch hier ist durch die drei möglichen Betriebsarten eine sehr sute Anpassung an wechselnden Bedarfs-und Umgebungsverhältnissen qewährleistet.
Andere Gattungen Als"Basisabstand" soll die kleinste Differenz der neaativen reziprokenMittelwerte der Temperaturbereiche, in denen die Austauscheinheiten der Absorbermaschine arbeiten, definiert werden.
Als "Paarversatz" soll die Differenz der negativen reziproken Mittelwerte der Temperaturbereiche, in denen ein Paar von durch einen Absorptionsmittelkreislauf gekoppelter Austauscheinheiten arbeiten (z.B. 1/TD) - (1/TA)).
Bei den oben anhand der Fig. 1 bis 3 beschriebenen ersten Gattung von Absorbermaschinen ist der Paarversatz gleich dem Basisabstand.
Weiter Gattungen von Absorbermaschinen ergeben sich nun, wenn der Paarversatz um einen ganzzahligen Faktor Z > 1 größer als der Basisabstand ist. Im Prinzip kann dieser Faktor auch nicht ganzzahlig sein.
Technisch wird dies durch eine Vergrößerung des Druckverhältnisses p1/p0 um etwa den gleichen Faktor erreicht.
Eine erste Variante aller Gattungen ergibt sich, wenn die Abstände der negativen Reziprokwerte der Arbeitstemperaturen aller benachbarter, auf einem Druckniveau arbeitender Austauscheinheiten im wesentlichen gleich sind, wie z.B.
bei Fig.1, weitere Varianten ergeben sich, wenn diese Abstände verschieden sind, wobei diejenigen Varianten besonders interessant sind, bei denen ein oder mehr Paare gekoppelter Austauscheinheiten gegenüber den übrigen Paaren aekoppelter Austauscheinheiten um ganze Vielfache des Basisabstandes verschoben sind. Eine solche Variante ergibt sich z.B. bei Fig. 1 und 3, wenn man die Arbeitstemperaturen der Austauscheinheiten A und D nach T4 bzw. T3 verschiebt, ohne dabei die Arbeitstemperaturbereiche der anderen Austauscheinheiten B, C, E und F zu ändern.
Auch wenn die Austauscheinheiten C und F nicht durch einen Absorptionsmittelkreislauf gekoppelt sind, können ihre Arbeitstemperaturbereiche nicht unabhängig voneinander geändert werden, sie müssen vielmehr gleichlaufend so geändert werden, wiewenn die Austauscheinheiten C und F durch einen Absorptionsmittelkreislauf gekoppelt wären. In einer vorgegebenen Stufe muß also der Paarversatz bei allen gekoppelten Austauscheinheiten und den als Kondensator und Verdampfer arbeitenden Verdampfereinheiten C und F gleich sein.
Es sei an dieser Stelle noch bemerkt, daß in jeder Stufe ein arbeitsleistender Prozeß und ein arbeitszehrender Prozeß abläuft. Bei jeder Stufe ist die vom arbeitsleistenden Prozeß abgegebene Arbeit gleich der vom arbeitzehrenden Prozeß aufaenommenen Arbeit und die Arbeitsumsätze dieser beiden Prozesse werden mit dem gleichen Arbeitsmittel und der gleichen Menge an Arbeitsmittel vollzogen.
Für jede Variante jeder Gattunq gibt es vier Typen mit mehreren Betriebsarten, wie sie anhand von Fig. 1 und 3 erläutert worden sind.
Fig. 4 zeigt ein Beispiel für die Gattung und Variante, bei der der erwähnte Faktor den Wert 2 hat und der Temperaturabstand aller auf dem gleichen Druckniveau arbeitenden Austauscheinheiten gleich dem Basisabstand ist. Das Druck-Verhältnis P2:po ist also hier etwa doppelt so groß wie das Druckverhältnis P1/po der Absorbermaschinen gemäß Fin. 1 und 3. Für die Absorbermaschine gemäß Fis. 4 sibt es je nach der Richtung der Arbeitsmittelströmungen in der Hochtemperaturstufe A-B-D-E bzw. Niedertemperaturstufe B-C-E-F dieselben vier Typen, wie sie anhand der Fig. 1 und 3 erläutert wurden.
Eine ausführliche Beschreibung dürfte sich daher erübrigen.
Die Betriebsarten der verschiedenen Typen sind jedoch anders als die der Typen der Absorbermaschine gemäß Fig. 1 und 3, sie sind in Tabelle 7 tabellarisch dargestellt.
* zu Typ 3, Betriebsart b: Eine in dieser Betriebsart betriebene Absorbermaschine gemäß Fig. 4 ist besonders vorteilhaft für die Nutzung von Wärmeenergie, deren Temperatur unter der benötigten Nutwärmetemperatur liegt, also z.B. zur Nutzung der bei Temperaturen um 30 bis 40"C anfallenden Abwärme von Kraftwerken. Diese Wärmeenergie wird zum Antrieb der als Wärmetransformator arbeitenden Niedertemperaturstufe als auch als Wärmequelle für die als Wärmepumpe arbeitende Hochtemperaturstufe verwendet.
Im Spezialfall m = n ist ein vollständiger innerer Wärmetausch zwischen D und C möglich.
+ Wärmezufuhr = Desorption bzw. Verdampfung - Wärmeabfuhr = Absorption bzw. Verflüssigung 0 kein Wärmeumsatz (in B Stoffumsatz durch TABELLE 7 Austausch von H2O gegen NH3) Betriebsart Wärmeumsatz bzw. Funktion Arbeitsmittelder Austauscheinheit ströme Typ A B C D E F Eigenschaften, Vorteile a WP+WP + + - - - + m > n verschiedene Antr.- und Nutzwärmetemperaturen in 1 A, B bzw. C, D, E b WP + 0 - - 0 + m = n c WP + WP + - - - + + m < n verschiedene Kühltemperaturen in E und F, Abkühlung über großen Temperaturbereich, tiefe Temperaturen bis etwa -75°C bei Verwendung von NH3als Arbeitsmittel) a WT + WT - - + + + - m > n verschiedene Antriebs- und Nutzwärmetemperaturen in C, D, E bzw. A, B 2 b WT - 0 + + 0 - m = n c WT + WT - + + + - - m < n Erzeugung von Nutzwärme hoher Temperatur (z.B. 180°C) aus Umgebungswärme (B, C, D) und "Kälte" (E, F)z.B. aus zu verdampfendem LNG a WT 0 - + 0 + - n = 0 Wärmetransformator mit großem Temperaturhub 3 b WP + WT + - + - + - m >/< * siehe oben c WP + - 0 - + 0 m = 0 Wärmepumpe mit verschiedenen Nutzwärmetemperaturen (B, D) a WP 0 + - 0 - + n = 0 Kältemaschine Nutzkälte bei TF b WT = WP - + - + - + m >/< n Nutzkälte bei TF ; WT mit Nutzwärme bei TA 4 c WT - + 0 + - 0 m = 0 Wärmetransformator Nutzwärme bei TA WP = Stufe arbeitet als Wärmepumpe WT = Stufe arbeitet als Wärmetransformator Bei Fig. 4 ist der Temperaturabstand aller auf einem Druck nieveau arbeitenden Austauscheinheiten bleich dem "Basisabstand".
Fig. 5 zeigt eine Variante derselben Gattung, bei der das Austauscheinheitenpaar A-D, das mit der höchsten Temperatur im jeweiligen Druckniveau arbeitet, um zwei (aestrichelt dargestellt um 3) Basisabstände nach rechts (zu höheren Temperaturen hin) versetzt ist. Mit den durch die Pfeile angegebenen Arbeitsmittelstromrichtungen ergibt sich der Typ 3.
Mit Antriebswärme, die mit 30 bis 400C ankommt, und auf etwa 200C abgekühlt wird, und aegebenenfalls zusätzlicher Hochtemperatur-Antriebswärme QA mit Temperaturen von 130 bis 1500C (bzw. 160 bis 1800C) wird Nutzwärme bei Temperaturen von 50 bis 700 c (bzw. 50 bis 70 OC und 90 bis 1100C) erzeuat.
Drei und mehrstufise Absorbermaschinen Die beschriebenen zweistufigen Absorbermaschinen lassen sich durch Hinzufügen zusätzlicher Paare von Austauscheinheiten zu drei- und mehrstufigen Absorbermaschinen weiterbilden.
Bei einer dreistufigen Absorbermaschine ergeben sich acht Typen, je nachdem ob die verschiedenen Stufen jeweils als Wärmepumpe oder as Wärmetransformator betrieben werden, siehe die obige Erläuterung der vier Typen der zweistufigen Absorbermaschine. Auch bei den mehrstufigen Absorbermaschinen sibt es die oben erwähnten verschiedenen Gattungen und Varianten sowie Betriebsarten.
Als typisches Beispiel ist in Fig. 6 eine dreistufige Absorbermaschine der ersten Gattung und ersten Variante dargestellt, die eine als Wärmetransformator arbeitende Niedertemperaturstufe sowie eine Mittel- und eine Hochtemperaturstufe, welche als Wärmepumpen arbeiten, enthält.
Die beiden Wärmepumpenstufen arbeiten bei den dargestellten Arbeitsmittelstromverhältnissen wie die zweistufige Absorbermaschine gemäß Fig. 1, Typ 1 Betriebsart n=3.
Die Absorbermaschine gemäß Fig. 6 eignet sich besonders gut für die Verwertung von Niedertemperaturwärme (T1 z.B. ca. 20-400C), da die gegebenenfalls benötigte Hochtemperaturwärme (T4) mit dem theoretischen Wirkungsgrad 3 verwertet wird.
Die Absorbermaschine, die oben unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 6 beschrieben worden sind, bilden eine erste Klasse von neuen Absorbermaschinen, deren gemeinsames Merkmal darin besteht, daß zwei aufeinanderfolgende, jeweils vier Austauscheinheiten enthaltende Stufen der Absorbermaschine zwei Austauscheinheiten gemeinsam haben, die auf verschiedenen Druckniveaus arbeiten .In den p/T -Darstellungen gemäß Fis. 1 bis 6 bilden die Stufen der betreffenden Absorbermaschine, also eine horizontale Folge mit zwei wesentlichen Druckniveaus.
WEITERE KLASSEN VON ABSORBERMASCHINEN Eine zweite Klasse von neuen Absorbermaschinen ergibt sich nun, wenn die beiden Austauscheinheiten, die zwei gekoppelten Stufen gemeinsam sind, auf dem gleichen Druckniveau arbeiten und die Absorbermaschine mindestens eine Stufe enthält, die bei mindestens einer Betriebsart der Maschine als Wärmetransformator arbeitet.
Eine dritte Klasse von neuen Absorbermaschinen ergibt sich, wenn zwei miteinander gekoppelte Stufen nur eine einzige Austauscheinheit gemeinsam haben und die Absorbermaschine mindestens eine Stufe enthält, die bei mindestens einer Betriebsart der Maschine als Wärmetransformator arbeitet.
Absorbermaschinen der zweiten und dritten Klasse arbeiten mit drei oder mehr wesentlichen Druckniveaus.
Fig. 7 zeigt ein Beispiel einer zweistufigen Absorbermaschine der zweiten Klasse, die eine Hochdruckstufe A-B-C-D, die der Gattung 2, Variante 2 angehört und als Wärmepumpe arbeitet, und eine Niederdruckstufe C-D-E-F, die der Gattung 1, Variante 2 angehört und als Wärmetransformator arbeitet, enthält.
Typische Betriebsdaten dieser Absorbermaschine ist bei Verwendung des Arbeitsmittelsystems NH3/H2O: P0 # 4,3 bar;p1 8 bar; p2 25 bar; To = OOC; T1= 20 bis 300C; T2= 30 bis 40°C T3 = 50 bis 60 OC; T5 = 110 bis 1300C, ggf. bis 1500C.
Eine solche Maschine hat den Vorteil, daß man mit kalter Fernwärme, die in E von 40 aus 300C und in C von 30 auf 200C abgekühlt wird, Nutzwärme auf dem Niveau 50 bis 60°C erzeugen kann, wobei nur im Bedarfsfalle bei A zusätzliche Energie zum Antrieb des Wärmepumpenteils zugeführt zu werden braucht. Im Gegensatz zu der Absorbermaschine gemäß Fis. 5 die etwa das gleiche leistet, wird bei Fip. 7 nur eine einzige Absorptionsmittelpumpe benötigt.
Fig. 8 und 9 sind Beispiele von Absorbermaschinen der Klasse 3.
Die Absorbermaschine gemäß Fig. 8 enthält eine als Wärmepumpe arbeitende Stufe mit den Austauscheinheiten A-B-F-G und eine als Wärmetransformator arbeitende Stufe mit den Austauscheinheiten C-D-E-F. Die Austauscheinheit F ist also beiden Stufen gemeinsam. In der Betriebsart n = 0 arbeitet die Maschine als reiner Wärmetransformator mit den Antriebswärmen QC und QE ' der Nutzwärme QD und der Abwärme QF Soll die Nutzwärmeleistung erhöht werden, so wird die Wärmepumpenstufe zugeschaltet, indem bei Q zusätzliche Antriebswärme zugeführt wird. Nun kann bei B, D und G Nutzwärme entnommen werden. Wenn n größer als m wird, arbeitet die Einheit F nicht mehr wie bei n<m als Kondensator, sondern als Verdampfer.
Die Absorbermaschine gemäß Fig. 8 einet sich wieder zur Verwertung kalter Fernwärme.
Die Absorbermaschine gemäß Fiq. 3 enthält wieder eine als Wärmepumpe arbeitende Stufe A-B-E-D und eine als Wärmetransformator arbeitende Stufe C-A-G-F.
Bei n = 0 arbeitet die Maschine als Wärmetransformator mit den Antriebswärmen und QG @ der Nutzwärme Q und der Abwärme Das Zuschalten der Wärmepumpenstufe erfolgt nun hier dadurch, daß die W§rmeentnahme aus A verringert, außerdem zusätzliche Verdampferwärme bei E zugeführt und zusätzliche Nutzwärme und Q entnommen wird. Im Falle n=m wird nur noch aus B und D Nutzwärme entnommen, die Maschine arbeitet nun als Wärmetransformator mit dem Wirkungsgrad n= 2/3. In der Betriebsart m>n wird zusätzliche Antriebswärme QA zugeführt.
Diese Absorbermaschine ist besonders vorteilhaft, wenn Antriebswärme QC ' QG höherer, jedoch noch nicht nutzbarer Temperatur zur Verfügung steht.
Es sei noch bemerkt, daß die für den inneren Wärmetausch dienenden Anlagenteile und die zum Anfahren sowie zur Regelung dienenden Ventile und dergl. zur Vereinfachung der Zeichnung in den Figuren nur zum Teil oder gar nicht dargestellt wird.
Es sei ferner darauf hingewiesen, daß die Temperaturversätze (z.B. (1/T - 1/T) bzw. (1/T = 1/T 0 A E B der gekoppelten Austauscheinheiten einer Stufe bei einem realen Lösungsfeld nicht gleich sind, sondern bei höheren Temperaturen kleiner sind als bei niedrigeren.
Die Absorbermaschinen gemäß Fig. 7, 8 und 9 wurden oben nur am Beispiel des jeweiligen Typs 3 beschrieben. Sie können jedoch auch für den Typ 1 und 2 sowie 4 ausgelegt werden. In vielen Fällen ist dann offensichtlich ein innerer Wärmetausch zwischen verschiedenen Austauscheinheiten möglich. Auch diese Typen haben Vorteile gegenüber dem Stand der Technik, z.B. qehört zu diesen Typen eine mehrstufige Wärmepumpe mit dem theoretischen Wirkungsgrad n= 4.
Alle Temperaturen sind in °C angegeben, alle Drücke in bar.
Zusammenfassung Es werden mehrstufige Absorbermaschinen zum Umwandeln der Temperaturniveaus von Wärmeenergien beschrieben. Jede Stufe enthält vier Austauscheinheiten, in denen eine Wechselwirkung zwischen Wärmeenergie und einem Arbeitsmittel stattfinden kann. Die miteinander gekoppelten Stufen können eine oder zwei Austauscheinheiten gemeinsam haben.

Claims

Mehrstufige Absorbermaschine zum Umwandeln der Temperaturniveaus von Wärmeenergien Ansprüche Absorbermaschine zum Umwandeln der Temperaturniveaus von Wärmeenergien,mit mehr als vier Austauscheinheiten, von denen mindestens je eine als Austreiber, Kondensator, Verdampfer und Absorber arbeitet, ferner mit mindestens einem Arbeitsmittelkreislauf und mindestens einem Absorptionsmittelkreislauf, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß sie mindestens eine erste und eine zweite Stufe (A-B-D-E bzw. D-C-E-F) aufweist, von denen jede mindestens eine Austauscheinheit, die als Austreiber arbeiten kann, eine Austauscheinheit, die als Kondensator arbeiten kann, eine Austauscheinheit, die als Verdampfer arbeiten kann, und eine Austauscheinheit, die als Absorber arbeiten kann, einen die Austauscheinheiten der betreffenden Stufe enthaltenden Arbeitsmittelkreislauf sowie mindestens einen Absorptionsmittelkreislauf, der zwei Austauscheinheiten der betreffenden Stufe verbindet enthält, und daß eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: a) die beiden Stufen haben zwei Austauscheinheiten (z.B. B und E in Fig. 1) gemeinsam, die auf unterschiedlichen Druckniveaus (pO/ P1) und in einem mittleren Temperaturbereich (T1 bzw. T2) des jeweiligen Druckniveaus arbeiten; b) die erste und die zweite Stufe haben mindestens eine Austauscheinheit gemeinsam und mindestens eine der beiden Stufen arbeitet auf dem Prinzip eines Wärmetransformators.
2. Absorbermaschine nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Arbeitsmittelströme (n bzw.

m) in der ersten und in der zweiten Stufe getrennt einstellbar sind.
3. Absorbermaschine nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Bedingung a) des Anspruchs 1 erfüllt ist und daß die Austauscheinheiten im wesentlichen auf zwei verschiedenen Druckniveaus arbeiten ( Fig.

1 bis 6).
4. Absorbermaschine nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß eine Stufe auf dem Prinzip einer Wärmepumpe und eine andere auf dem Prinzip eines Wärme transformators arbeitet.
5. Absorbermaschine nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Austauscheinheit (B) der in einem höheren Temperaturintervall arbeitenden Stufe (Hochtemperaturstufe A-B-D-E), die mit dem höheren Druck (P1) und in einem mittleren Temperaturintervall (T2) dieser Stufe arbeitet, gleichzeitig die Austauscheinheit (B) der in einem niedrigeren Temperaturintervall arbeitenden Stufe (Niedertemperaturstufe B-C-E-F) die mit dem höheren Druck (P1) und dem höchsten Temperaturintervall (T2) dieser Stufe arbeitet, ist und daß die Einheit (E) der Hochtemperaturstufe (A-B-D-E), welche mit dem niederen Druck (pO) und dem niedrigsten Temperaturintervall (T1) dieser Stufe arbeitet, gleichzeitig die mit dem niedrigen Druck (pO) und in einem mittleren Temperaturbereich (T1) arbeitende Einheit (E) der Niedertemperaturstufe (B-C-E-F) ist; daß die mit dem höheren Druck (P1) und den benachbarten Temperaturbereichen (T2, T3 bzw. T1, T2) arbeitenden Stufen (A, B, C) jeweils durch eine Arbeitsmittelleitung (12, 14) miteinander gekoppe3tsind; daß die mit dem niedrigen Druck (pO) und den benachbarten Temperaturbereichen (T2, T1; 21 To) arbeitenden Stufen (D, E, F) durch jeweils eine Arbeitsmittelleitung (20, 18) miteinander gekoppelt sind; daß die auf dem höheren Druck (P1) und dem niedrigsten Temperaturintervall (T1) für diesen Druck arbeitende Stufe (C) mit der auf dem niedrigen Druck (pO) und dem niedrigsten Temperaturintervall (Tg) arbeitenden Stufe (F) durch eine Druckänderungsvorrichtung (26 oder 27) gekoppelt ist; daß die auf den höchsten Temperaturintervallen (T3, T2) des hohen bzw.

niedrigen Druckes (p1, pO) arbeitenden Stufen (A, D) durch einen Absorptionsmittelkreislauf (22) gekoppelt sind, und daß in den zweithöchsten Temperaturintervallen (T2, T1) des hohen bzw. niedrigen Druckes arbeitenden Stufen (B, E) durch einen zweiten Absorptionsmittelkreislauf (24) gekoppelt sind (Fig. 1).
6. Absorbermaschine nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die im höchsten Temperaturintervall (T2) des niedrigen Druckes (pO) arbeitende Stufe (D) mit der auf dem mittleren Temperaturintervall (T2) des hohen Druckes (P1) arbeitenden Stufe (B) thermisch gekoppelt ist und/oder daß die auf dem mittleren Temperaturintervall (T1) des niedrigen Druckes (pO) arbeitende Stufe mit der im niedrigsten Temperaturintervall (T1) des höheren Druckes (p1) arbeitenden Stufe (C) thermisch gekoppelt ist.
7. Absorbermaschine nach Anspruch 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß sowohl die Hochtemperaturstufe als auch die Niedertemperaturstufe auf dem Prinzip einer Wärmepumpe arbeitet und daß die Druckänderungsvorrichtung eine Drossel (26) ist.
8. Absorbermaschine nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein Regelventil (30) in die Arbeitsmittelleitung (14) zwischen der auf dem hohen Druck (p1) und dem mittleren Temperaturintervall (T2) arbeitenden Einheit (B) und der mit dem hohen Druck (p1) und im niedrigsten Temperaturinterväll (T1) für diesen Druck arbeitenden Einheit (C) eingeschaltet ist.
9. Absorbermaschine nach Anspruch 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß sowohl die Hochtemperaturstufe als auch die Niedertemperaturstufe auf dem Prinzip eines Wärmetransformators arbeiten und daß die Druckänderungsvorrichtung eine Pumpe (27) ist.
10. Absorbermaschine nach Anspruch 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Hochtemperaturstufe auf dem Prinzip einer Wärmepumpe und die Niedertemperaturstufe auf dem Prinzip eines Wärmetransformators arbeiten; daß die Druckänderungsvorrichtung eine Pumpe (27) ist und daß in die Arbeitsmittelleitungen (12, 14, 18, 20) die zwei auf dem gleichen Druck und in benachbarten Temperaturintervallen arbeitende Stufen verbinden, jeweils ein Ventil (29, 30, 31,33) eingeschaltet ist.
11. Absorbermaschine nach Anspruch 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Hochtemperaturstufe auf dem Prinzip eines Wärmetransformators und die Niedertemperaturstufe auf dem Prinzip einer Wärmepumpe arbeitet; daß die Druckänderungsvorrichtung eine Drossel (26 in Fig. 3) in ist und daß/die Arbeitsmittelleitungen (12, 14, 18, 20) die zwei auf dem gleichen Druck und in benachbarten Temperaturintervallen arbeitende Stufen verbinden, jeweils ein Ventil (29, 30, 31, 33 ) eingeschaltet ist.
12. Absorbermaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die im höheren Temperaturintervall arbeitende Stufe mit Ammoniak und einer wässerigen Salzlösung als Arbeitsmittelsystem arbeitet und die im niedrigeren Temperaturintervall arbeitende Stufe mit Ammoniak und Wasser als Arbeitsmittel arbeitet.
13. Absorbermaschine nach Anspruch 9, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß die wässerige Salzlösung Lithiumbromid enthält.
14.Absorbermaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Temperaturversatz (TD-1 - TA-f) zwischen zwei durch einen Absorptionsmittelkreislauf (22) miteinander gekoppelten Austauscheinheiten (A, D) einer Stufe um einen Faktor >1 größer als der Basisabstand ist.
15. Absorbermaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Temperaturabstand zweier Austauscheinheiten einer Stufe, die auf dem gleichen Druckniveau arbeiten, um einen Faktor ;1 größer als der Basisabstand ist.
16. Absorbermaschine nach Anspruch 14 oder 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Faktor im wesentlichen ganzzahlig ist.