DE3739831C2

DE3739831C2 - Verfahren zur Wärmeabsorption durch eine Absorptionskältemaschine und Vorrichtung für die Verwendung als Absorptionskältemaschine

Info

Publication number: DE3739831C2
Application number: DE3739831A
Authority: DE
Inventors: Robert Clive Devault
Original assignee: Lockheed Martin Energy Systems Inc
Current assignee: Lockheed Martin Energy Systems Inc
Priority date: 1986-11-24
Filing date: 1987-11-24
Publication date: 1999-01-28
Anticipated expiration: 2007-11-25
Also published as: GB2198829A; JPH01137170A; JP2592625B2; FR2607229B1; GB2198829B; DE3739831A1; US4732008A; GB8726607D0; CA1279490C; FR2607229A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmeab sorption durch eine Absorptionskältemaschine und eine Wärme absorptionsvorrichtung für die Verwendung als Absorptionskälte maschine.

Aus der EU-Veröffentlichung "Energy" Absorption Heat Pumps Congress, Paris, 20-22 March 1985, Seite 231-236 EUR 10007 EN, ist bereits ein Verfahren zur Wärmeabsorption durch eine Ab sorptions-Kältemaschine bekannt, welches die folgenden Schritte aufweist:

a) Bereitstellen eines ersten Absorptions-Kältemittel kreislaufes für den Betrieb innerhalb eines ersten Temperaturbereichs (0-280°C), wobei der erste Käl temittelkreislauf einen Generator, einen Kondensor, einen Verdampfer und eine Absorptionseinrichtung auf weist, die wirksam miteinander verbunden sind,
b) Bereitstellen eines zweiten Absorptions-Kältemittel kreislaufes für den Betrieb innerhalb eines zweiten Temperaturbereiches (0-130°C), der eine niedriger Maximaltemperatur hat als der erste Temperaturbe reich, wobei der zweite Kältemittelkreislauf einen Generator, einen Kondensor, einen Verdampfer und eine Absorptionseinrichtung aufweist, die wirksam mitein ander verbunden sind, und
c) wobei der Verdampfer des ersten Kältemittelkreislau fes und der Verdampfer des zweiten Kältemittelkreis laufes beide in thermischer Verbindung zu einer äuße ren Wärmelast stehen, um dieser Wärmelast Wärme zu entziehen.

Aus der vorgenannten Druckschrift ist ebenso eine Wärmeabsorp tionsvorrichtung für die Verwendung als Absorptions-Kältemaschi ne bekannt, welche die folgenden Komponenten aufweist:
einen ersten Absorptions-Kältemittelkreislauf für den Betrieb innerhalb eines ersten Temperaturbereiches (0-280°C),
einen zweiten Absorptions-Kältemittelkreislauf für den Betrieb innerhalb eines zweiten Temperaturbereiches (0-130°C), welcher eine niedrigere Maximaltemperatur im Vergleich zu dem ersten Temperaturbereich hat,
wobei der erste Kältemittelkreislauf einen Generator, einen Kondensor, einen Verdampfer und eine Absorptionseinrichtung hat, die wirksam miteinander verbunden sind,
der zweite Kreislauf einen Generator, einen Kondensor, einen Verdampfer und eine Absorptionseinrichtung hat, die wirksam miteinander verbunden sind,
die Verdampfer des ersten Kreislaufes und des zweiten Kreislau fes beide in Wärmeaustauschverbindung mit einer äußeren Wärme last stehen.

Absorptionskühler sind mit Wärme betriebene Kühlmaschinen, die über viele Jahrzehnte hinweg hergestellt wurden. Vor der Energiekrise in der Mitte der 70er Jahre, als Naturgas rela tiv billig war, wurden einfache Absorptionsmaschinen einge setzt, die mit relativ schlechter Wirkung, üblicherweise mit einem Wirkungsgrad (coefficient of performance - COP) von 0,5 bis 0,7 arbeiteten und damals dennoch wirtschaftlich ak zeptabel waren. Diese Maschinen waren leise, vibrationsfrei und zuverlässig. Die Anschaffungs- bzw. Installationskosten pro Tonne Leistungsvermögen (ton of capacity) war etwas höher als eine entsprechende elektrische Ausrüstung. Durch die gestiegenen Preise des Naturgases seit der Mitte der 70er Jahre haben herkömmliche Absorptionskühler jedoch ihre wirtschaftliche Attraktivität verloren.

In Absorptionskühlzyklen absorbiert ein Sekundärfluid, das Absorptionsmittel bzw. der Absorber, das Primärfluid, gasförmiges Kühlmittel, das im Verdampfer verdampft worden ist.

Bei einem typischen Einfacheffekt-Absorptionskühlsystem wird Wasser als Kühlmittel und Lithiumbromid als Absorptionsmit tel verwendet. Die Kühlmittel-/Absorptionsmittel-Kombination ist als Lösungspaar bekannt. Andere chemische Kombinationen (Lösungen) wurden bei Absorptionskreisläufen ebenfalls be nutzt, oder können potentiell benutzt werden.

Die Arbeitsweise eines Einfacheffekt-Absorptionskühlers ist in Fig. 1 dargestellt. Im Verdampfer wird Kühlmitteldampf bei einer Temperatur erzeugt, die etwas unterhalb der Tempe ratur der Wärmequelle bzw. der Wärmebelastung liegt. Der Kühlmitteldampf wird von der in den Absorber gelangenden, konzentrierten Absorberlösung exothermisch absorbiert. Die Absorptionswärme wird dann an eine Wärmesenke, beispiels weise an Kühlwasser, am Absorber abgegeben. Die jetzt ver dünnte Absorberlösung wird zum Generator gepumpt, indem sie wieder konzentriert und danach dem Absorber zurückgeführt wird. Dem Generator (Austreiber) wird Wärme von außen zugeführt, um die Energie bereitzustellen, die erforderlich ist, das Kühlmittel vom Absorptionsmittel zu trennen. Das Kühlmittel wird im Kondensator kondensiert und dem Verdampfer rückgeleitet, wogegen das konzentrierte Absorptionsmittel dem Absorber zurückgeleitet wird. Ein zwischen dem Absorber und dem Generator angeordneter Wärmeaustauscher ist ebenfalls Teil des Systems und gibt von der konzentrierten Absorptionsmittellösung Wärme an das verdünnte Absorptionsmittel ab.

Der zuvor beschriebene Prozeß findet zwischen zwei Drucken statt. Ein niederer Druck herrscht im Verdampfer-Absorberab schnitt und ein höherer Druck im Generator-Kondensatorab schnitt. Die Grenzen der Arbeitstemperatur der Kühlmit tel-/Absorbermittel-Kombination (dem Lösungspaar) sind durch die chemischen und physikalischen Eigenschaften des Lösungs paars vorgegeben.

Der thermische Kühl-Wirkungsgrad (COP) eines Einfacheffekt- Zyklus liegt typischerweise bei etwa 0,5 bis 0,7. Modifika tionen des Grundzyklus können den Wirkungsgrad nicht über einen Einheitsschwellwert bringen. Beispielsweise ist die Wärmemenge, die zur Erzeugung eines Kilos an Kühlmittel erforderlich ist, nicht kleiner als die Wärmemenge, die auf genommen wird, wenn dieses Kilo im Verdampfer verdampft. Der Wirkungsgrad kann durch Einsatz des Doppeleffekt-Ver dampfungsprinzips, das in der chemischen Industrie seit Jahrzehnten benutzt wird, und durch einen Doppeleffekt-Ge nerator verbessert werden. Mit einem Wasser-Lithiumbromid- Paar können zwei Generatoren verwendet werden. Ein Generator bei hoher Temperatur und hohem Druck wird von außen mit Wär meenergie aufgeheizt. Ein zweiter Generator mit niederem Druck und niederer Temperatur wird durch Kondensierung des Dampfes vom ersten Generator aufgeheizt. Das Kondensat von beiden Generatoren gelangt zum Verdampfer. Dadurch wird die von außen zugeführte Wärmeenergie wirkungsvoll zweimal im Hochtemperatur- und Niedrigtemperatur-Generator ausgenutzt, so daß dadurch der gesamte thermische Wirkungsgrad im Ver gleich zu Einfacheffekt-Absorptionssystemen verbessert wer den kann.

Der thermische Wirkungsgrad des Zweifacheffekt-Zyklus ist üblicherweise etwa 1,0 bis 1,2, wobei eine besprochene Dop peleffekt-Absorptionsmaschine auch einen Wirkungsgrad von 1,3 COP erreicht haben soll.

Zweikreis-Absorptionszyklen wurden vorgeschlagen und entwic kelt, bei denen zwei getrennte Absorptionskreise, ein Hoch temperatur-Kreis und ein Niedertemperatur-Kreis miteinander kombiniert wurden, um gewünschte Eigenschaften und Möglich keiten zu bieten, die über diejenigen von Doppeleffekt-Sy stemen hinausgehen. Bekannte Zweikreis-Systeme, wie sie in den US-Patentschriften 3 483 710 und 4 542 628 beschrieben sind, weisen einen Hochtemperatur-Kondensator auf, der im Wärmeaustausch mit einem Niedertemperatur-Generator steht (US-Patent 3 483 710), oder ein Hochtemperatur-Kondensator und ein Hochtemperatur-Absorber stehen im Wärmeaustausch mit einem Niedertemperatur-Generator, wobei gleichzeitig ein Wärmeaustausch zwischen dem Hochtemperatur-Verdampfer und dem Niedertemperatur-Kondensator und/oder dem Niedertempe ratur-Absorber stattfindet (US-Patentschrift 4 542 628).

Darüber hinaus wurde der zuletzt erwähnte thermodynamische Doppelkreis-Zyklus (jedoch kein Maschinenkonzept) unabhängig davon durch andere Absorptions-Forscher vorgeschlagen, wie etwa von P. D. Iedema, The Absorption Heat Pump with Lithium Bromide/Zinc Bromide Methanol, WTHD Nr. 162, Laboratory of Refrigeration and Indoor Technology, Department of Mechani cal Engineering, Delft University of Technology, Holland, April 1984. Bei diesen herkömmlichen Zweikreis- Wärmepumpen-Konzepten ist der thermische Wirkungsgrad des Zweikreis-Absorptionszyklus etwa derselbe wie bei Doppelef fekt-Maschinen für die Anwendung zur Klimatisierung und Küh lung, da die externe Wärmeenergie wirkungsvoll zweimal ge nutzt wird, um den gewünschten Kühleffekt im Verdampfer her beizuführen.

Das US-Patent 4,542,628 beschreibt einen zweistufigen Absorp tions-Kältemittelkreislauf. Bei einem solchen zweistufigen Kältemittelkreislauf nimmt jedoch der Verdampfer des ersten Kreislaufes Wärme aus dem Kondensor und der Absorptionseinrich tung des zweiten Kreislaufes auf, um eine niedrigere Temperatur des zweiten Verdampfers bzw. eine höhere Wirksamkeit des zweiten Verdampfers zu erzielen. Dabei wird also lediglich eine übliche Kühlstufe in zwei getrennte, kleinere Stufen aufgeteilt, wobei auch die in dem Kondensor oder der Absorptionseinrichtung der ersten Kühlstufe erzeugte Wärme für den Generator der zweiten Kühlstufe ausgenutzt wird. Dies ist grundsätzlich ein anderes Funktionsprinzip einer Kältemaschine zur Erhöhung von deren Wirkungsgrad, entspricht aber nicht dem Funktionsprinzip der Kältemaschine, von welchem die vorliegende Erfindung ausgeht, und die auch als "Triple-Effekt"-Kältemaschine bezeichnet wird und eine Erhöhung des Wirkungsgrades vor allem durch Vergröße rung des Abstandes zwischen der Maximal- und der Minimaltempera tur anstrebt, in welcher der erste Kreislauf arbeitet.

In der obengenannten EU-Veröffentlichung "Energy", die den Stand der Technik repräsentiert, von welchem die vorliegende Erfindung ausgeht, wird die Theorie einer zweistufigen Absorptions-Kälte maschine beschrieben, wonach der Wirksamkeitskoeffizient einer solchen zweistufigen Kältemaschine maximal den Zahlenwert 3 erreichen kann, tatsächlich jedoch für die dargestellte Aus führungsform nur Werte in der Größenordnung zwischen 1 und 1,25 erreicht.

Dabei wird ein Zeolithgranulat als Absorptionsmittel für Wasser in dem ersten Kältemittelkreislauf verwendet. Dies bewirkt einen Druckabfall für den durch das Zeolithgranulat geleiteten Dampf, wodurch die Wärmeleistung des Absorbers, mit welcher der Genera tor des zweiten Kältemittelkreislaufes angetrieben wird, relativ gering ist.

Gegenüber diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfin dung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den eingangs definierten Merkmalen zu schaffen, durch welche der Wirkungsgrad der entsprechenden Kältemaschine verbessert wird.

Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß sowohl der erste als auch der zweite Kältemittelkreislauf eine Kältemittel- und Absorptionsmittel-Lösung enthalten und daß ein Wärmeaustausch zwischen der Kältemittel- und Absorptions mittel-Lösung aus dem Kondensor und der Absorptionseinrichtung des ersten Kältemittelkreislaufes und der Absorptionsmittel lösung des Generators des zweiten Kältemittelkreislaufs statt findet.

Hinsichtlich der Vorrichtung wird die der Erfindung zugrundelie gende Aufgabe dadurch gelöst, daß sowohl der erste als auch der zweite Kreislauf eine Lösung aus einem Kältemittel und einem Absorptionsmittel enthalten und daß der Kondensor des ersten Kreislaufes und die Absorptionseinrichtung des ersten Kreislau fes in Wärmeaustauschverbindung mit dem Generator des zweiten Kreislaufes stehen, um Wärme zwischen der Lösung aus Kältemittel und Absorptionsmittel in den Kondensor des ersten Kreislaufes und der Absorptionsmittellösung in dem Generator des zweiten Kreislaufes auszutauschen.

Mit der vorliegenden Erfindung wird also ein Verfahren und eine Vorrichtung für einen Absorptions-Kühlzyklus sowie für eine Kältemaschine angegeben, mit dem bzw. mit denen ein we sentlich besserer thermischer Wirkungsgrad im Vergleich zu bekannten Einzeleffekt-, Doppeleffekt- oder Zweikreis-Ab sorptions-Kühlmaschinen, -Wärmepumpen- und/oder Kältezyklus maschinen erreicht werden kann.

Gemäß dem vorliegenden Verfahren und der vorliegenden Vor richtung werden zwei getrennte Einzeleffekt-Absorptionskühl kreise verwendet, wobei der eine bei relativ höheren Tempe raturen als der andere betrieben wird, die von außen zugeführte Wärme wirkungsvoll dreimal verwendet bzw. ausge nutzt wird, so daß dadurch der Wirkungsgrad verbessert wer den kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un teransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen bei spielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Einfacheffekt-Absorptionssystems,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Dreifacheffekt-Absorptionssystems, wobei diese Dar stellung die thermodynamische Beziehungen zwischen den verschiedenen Komponenten wiedergibt,

Fig. 3 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Dreifacheffekt-Absorptionszyklus und

Fig. 4 eine detaillierte schematische Darstellung einer Aus führungsform für eine Vorrichtung gemäß der Erfin dung.

Fig. 2 zeigt eine thermodynamische Darstellung der Erfin dung. Bei der Erfindung werden zwei Kühlkreise mit getrenn ten Lösungs-Fluids in jedem Kreis verwendet, wobei ein Kühl kreis höherer Temperatur in Wärmeaustausch mit einem Kühl kreis niederer Temperatur steht. Diese Anordnung verbindet die beiden Kühlkreise in anderer Weise als die herkömmlichen Zweikreis-Konzepte, was zu einer unterschiedlichen Beziehung zwischen den Komponenten in jedem Kühlkreis führt. Dadurch ergibt sich eine wesentlich bessere thermische Wirkung, da die externe Wärmeenergie wirkungsvoll dreimal verwendet wird, um den gewünschten Kühleffekt im Verdampfer zu erzeu gen. Daher die Bezeichnung Dreifach-Effekt. Die erfindungs gemäße Vorrichtung ist um 30 bis 50% effektiver als die herkömmlichen Doppeleffekt-Maschinen oder Zweikreis-Kon zepte.

Der Kühlkreis mit höherer Temperatur bzw. der Hochtempera tur-Kreis ist so ausgelegt, daß er in derselben Weise wie ein herkömmlicher Einfach-Effekt-Absorptionskühler arbeitet mit der Ausnahme, daß der Kondensator und der Absorber dieses Hochtemperatur-Kreises bei wesentlich höherer Temperatur als in einer herkömmlichen Einfach-Effektmaschine arbeitet. Gewünschtenfalls kann der Hochtemperatur-Kreis in einem Temperaturbereich von etwa 0°C bis etwa 280°C und der Niedertemperatur-Wärmeabsorptionskreis in einem Temperaturbereich von etwa 0°C bis etwa 130°C betrieben werden.

Alleine betrachtet, würde dieser Hochtemperatur-Kreis eine schlechtere thermodynamische Wirkung als sowohl eine her kömmliche Einfach-Effektmaschine als auch der Hochtempera tur-Kreis herkömmlicher Zweikreis-Konzepte haben. Der Ab sorptionskühl-Kreis niederer Temperatur ist thermodynamisch ein herkömmlicher Einfach-Effekt-Absorptionskühler. Dadurch, daß der Hochtemperatur-Kreis derart betrieben wird, daß so wohl der Kondensator als auch der Absorber des Hochtempera tur-Kreises eine höhere Temperatur als der Generator des Niedertemperatur-Kreises aufweisen, kann die gesamte Wärme, die sowohl vom Kondensator des Hochtemperatur-Kreises als auch vom Absorber des Hochtemperatur-Kreises wirkungsvoll dazu verwendet werden, den Generator des Niedertemperatur- Kreises zu wärmen, so daß etwa doppelt soviel Kühlmittel dann im Niedertemperatur-Kreis erzeugt wird, als im Hochtemperatur-Kreis mit der Zuführung externer Wärmeenergie erreicht wurde. Dieses Konzept erzeugt daher etwa 50% mehr Kühlmitteldampf mit derselben Zufuhr externer Wärmeenergie als bei Doppel-Effekt-Absorptionskühlern oder als beim Zweikreiskonzept (US-Patent 3 483 710). Gleichzeitig wird der Verdampfer des Hochtemperatur-Kreises bei einer Temperatur betrieben, die zu einer guten Kühlung niedrig genug ist. Der Verdampfer des Hochtemperatur-Kreises im herkömmlichen Zweikreiskonzept (US-Patent 4 542 628) arbeitet bei einer zu hohen Temperatur, um eine ausreichende nutzbare Kühlung zu bewirken, und daher wird der einzige Kühleffekt im Zweikreiskonzept gemäß dem US-Patent 4 542 628 durch den Verdampfer im Niedertemperatur-Kreis bewirkt. Durch die wirkungsvolle Ausnutzung des Kühleffekts sowohl des Verdampfers im Hochtemperatur-Kreis als auch des Verdampfers im Niedertemperatur-Kreis erzeugt die Erfindung bei gleicher Zufuhr externer Wärmeenergie etwa einen 50% höheren ausnutzbaren Kühleffekt als das herkömmliche Zweikreiskonzept gemäß der US-Patentschrift 4 542 628.

Obgleich es nicht unbedingt erforderlich ist, so ist es doch vorteilhaft, wenn der Verdampfer des Hochtemperatur-Kreises und der des Niedertemperatur-Kreises so betrieben wird, daß der Verdampfer des Hochtemperatur-Kreises bei einer mög lichst hohen Temperatur betrieben wird, bei der noch eine ausnutzbare Kühlung erfolgt, so daß der Generator des Hoch temperatur-Kreises bei einer möglichst niederen Temperatur betrieben werden kann, da eine direkte Beziehung zwischen den Temperaturen des Verdampfers, des Kondensator, des Ab sorbers und des Generators besteht.

Das zuvor beschriebene System ist insbesondere als Klimaan lage vorteilhaft, um Wärme aus Innenräumen nach außen ab zuführen. Der zuvor beschriebene Zyklus kann auch als Wärme pumpe betrieben werden, um Wärme von außen in Räume zu brin gen und um oberhalb von Gefrier-Verdampfer-Zuständen sowohl zu heizen als auch zu kühlen. Unterhalb des Gefrier-Verdamp fer-Zustandes kann die Vorrichtung als ein direkt befeuerter Heizer verwendet werden, wie dies herkömmliche Praxis bei einigen früher entwickelten Absorptionskühlern/-heizern ist.

In den Fig. 3 und 4 ist schematisch eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der eine Dreifach-Effekt-Absorp tions-Maschine insgesamt mit der Bezugszahl 10 versehen ist.

Die Maschine umfaßt einen Hochtemperatur-Kreis oder einen oberen Kreis bzw. eine obere Stufe 12 und einen Niedertem peratur-Kreis oder einen unteren Kreis bzw. eine untere Stufe 14.

In jedem Kreis wird ein Absorptionspaar (oder eine Mehrfach- Fluidkomponenten-Mischung) verwendet. Das Lösungspaar des Niedertemperatur-Kreises kann irgendein herkömmliches Ab sorptions-Lösungspaar sein, das in einen herkömmlichen Ein fach-Effekt-Absorptionszyklus verwendet wird. Ein bevorzug tes Lösungspaar für den Niedertemperatur-Kreis ist eine her kömmliche Mischung aus Lithiumbromid, Wasser, einem Wärme übertragungszusatz und einem Korrosionsverhinderer. Andere Lösungspaare für den Niedertemperatur-Kreis umfassen bei spielsweise Ammoniak und Wasser, R-22 und E-181, R-123a und ETFE, eine ternäre Mischung aus Methanol mit Lithiumbromid und Zinkbromid, eine ternäre Mischung aus Wasser mit Zink chlorid und Lithiumbromid, oder viele andere Absorptions fluid-Lösungsmischungen.

Der Hochtemperatur-Kreis ist bezüglich der verfügbaren Ab sorptions-Lösungspaare, die verwendet werden können, mehr beschränkt, und zwar wegen der erforderlichen höheren Tempe ratur des Hochtemperatur-Generators, die etwa 200°C oder höher sein sollte, und wegen der wesentlich größeren erfor derlichen Temperaturdifferenz zwischen dem Hochtemperatur- Verdampfer, beispielsweise etwa 5° bis 10°C, und dem Hochtemperatur-Kondensator und dem Hochtemperatur- Absorber, beispielsweise etwa 90° bis 110°C beträgt. Eine herkömmliche Mischung aus Lithiumbromid, Wasser, einem Wärmetransport- bzw. Übertragungszusatz und einem Korro sionsverhinderer kann normalerweise auf Grund der Kristal lisationsgrenze des Lithiumbromid-/Wasserlösungspaars nicht verwendet werden.

Absorptionslösungspaare, die in Hochtemperaturkreisen ver wendet werden können, umfassen beispielsweise Ammoniak und Wasser, Ammoniak mit Lithiumbromid und Wasser, Ammoniak und verschiedene Thiocyanat-Salzlösungen. Natriumhydroxid und Wasser, Trifluorethanol (TFE) und verschiedene Absorptions mittel, sowie andere Absorptionsfluid-Lösungsmischungen.

Eine bevorzugte Absorptions-Lösungsmischung für den Hochtem peratur-Kreis ist eine bekannte Mischung aus Lithiumbromid, Wasser, einem Antikristallisationszusatz (beispielsweise Ethylenglykol), einem Wärmetransportzusatz und einem Korro sionsverhinderer. Das Verhältnis von Lithiumbromid zu be kannten Antikristallisationszusatz liegt etwa zwischen 2 zu 1 und etwa 5 zu 1 und vorzugsweise bei etwa 4,5 zu 1.

Wie Fig. 3 zeigt, umfaßt der Hochtemperatur-Kreis 12 einen Hochtemperatur-Generator 32, einen Hochtemperatur-Konden sator 36, einen Hochtemperatur-Verdampfer 70, sowie einen Hochtemperatur-Absorber 53. Der Niedertemperatur-Kreis 14 umfaßt einen Niedertemperatur-Generator 42, einen Niedertem peratur-Kondensator 45, einen Niedertemperatur-Verdampfer 90 und einen Niedertemperatur-Absorber 63.

Die Hochtemperatur- und Niedertemperatur-Kreise sind mitein ander so verbunden, daß die vom Hochtemperaturkreis-Absorber 53 und vom Hochtemperaturkreis-Kondensator 36 entzogene Wär me als Zuführwärme für den Niedertemperaturkreis-Generator 42 verwendet wird. Die Arbeitsbedingungen sind so gewählt, daß die algebraische Summe dieser Wärmen Null ist. Die Wärme des Niedertemperaturkreis-Generators 42 ist dann nominell doppelt so groß wie diejenige des Hochtemperaturkreis-Gene rators 32, so daß dadurch die thermische Wirkung verbessert wird.

Wie insbesondere Fig. 4 zeigt, ist der Hochtemperaturkreis- Generator 32 in einem Mantel 33 untergebracht und wird durch Wärme erhitzt, die von einer externen Wärmequelle 30 durch die Leitung 31 gelangt. Die externe Wärmequelle 30 kann eine geeignet gewählte Wärmequelle, beispielsweise ein Brenner, eine Hochtemperatur-Dampferzeuger oder Dampfkessel usw. sein. Die Wärme wird von der Leitung 31 auf eine schwache Absorptionslösung übertragen, die aus der Leitung 34 fließt. Die Wärme führt zu einer Konzentration der Absorptionslö sung, weil aus ihr das Kühlmittel entweicht. Der freigesetz te Kühlmitteldampf strömt vom Hochtemperaturkreis-Generator 32 über eine Leitung 35 in den Niedertemperaturkreis-Ge nerator 42, der in einem Mantel 40 untergebracht ist. Das dampfförmige Kühlmittel kondensiert in einem Leitungsystem 46, das sich durch einen Hochtemperaturkondensator-Bereich 36 in einen Teil des Niedertemperaturkreis-Generators 42 er streckt, und das kondensierte Kühlmittel strömt dann durch eine Leitung 37 und tritt danach über einen Sprühkopf 38 in einen Hochtemperaturkreis-Verdampfer 70 aus, der sich in einem Mantel oder Behälter 50 befindet. Das kondensierte Kühlmittel im Behälter 50 wird über eine Leitung 72 mittels einer Hochtemperatur-Kühlmittelpumpe 74 und weiter über eine Leitung 75 und einen Sprühkopf 73 zum Hochtemperater-Ver dampfer 70 zurückgeleitet.

Das dampfförmige Kühlmittel im Behälter 50, d. h. das im Verdampfer 70 verdampfte Kühlmittel, strömt durch eine Öffnung 20 in einer Trennwand 51, die den Hochtemperatur-Ver dampfer 70 vom Hochtemperatur-Absorber 53 trennt, wo es die starke Absorptionslösung verdünnt oder schwächt, die dem Hochtemperatur-Absorber 53 vom Hochtemperatur-Generator 32 über eine Leitung 39, einen Hochtemperatur-Lösungswärmeaus tauscher 58, eine Leitung 23 und einen Sprühkopf 52 zuge führt wird.

Im Hochtemperatur-Kreis 12 wird die schwache Absorptions-Lö sung vom Hochtemperatur-Absorber 53 mittels einer Hochtempe ratur-Lösungspumpe 106 über Leitungen 105, 107 und 34 durch einen Hochtemperatur-Lösungswärmeaustauscher 58 dem Hochtem peratur-Generator 32 zugeleitet, so daß damit der Fluid kreislauf durch den Hochtemperaturkreis 12 geschlossen ist. Während des Betriebs steht der Niedertemperatur-Generator 42 im Wärmeaustausch mit der Leitung 46 des Hochtemperatur-Kon densators 36 und einer Leitung 57 des Wärmeaustauschers 58, der die Wärme vom Hochtemperatur-Absorber 53 abtranspor tiert. Der Wärmeaustauscher 58 ist ein Wärmeaustauscher mit geschlossenem Kreislauf und umfaßt eine Umwälzungspumpe 56 sowie Leitungen 55, 57 und 59 und dient dem Wärmeaustausch zwischen dem Hochtemperatur-Absorber 53 und dem Niedertempe ratur-Generator 42.

Im Niedertemperaturkreis 14 ist der Niedertemperatur-Absor ber 63 mit dem Niedertemperatur-Generator 42 über einen Wär meaustauscher 47 mittels Schwachlösungs-Leitungen 65, 67 und 44 und einer Pumpe 66 sowie mittels Starklösungs-Leitungen 41 und 24 verbunden. Der Niedertemperatur-Generator 42 ist mit dem im Behälter 40 befindlichen Niedertemperatur-Konden sator 45 über einen Demister bzw. Tröpfchenabscheider 28 verbunden. Der Auslaß des Niedertemperatur-Kondensators 45 ist mit dem Niedertemperatur-Verdampfer 90 über eine Leitung 27 verbunden, die zu einem Sprühkopf 87 im Verdampfer 90 führt. Das kondensierte Kühlmittel wird durch den Niedertem peratur-Verdampfer 90 mittels einer Leitung 92, einer Pumpe 94, einer Leitung 95 und einem Sprühkopf 93 zurückgeleitet.

Im Niedertemperatur-Kreis 14 strömt starke bzw. konzentrier te Absorptionslösung vom Niedertemperatur-Generator 42 durch eine Leitung 41, einen Wärmeaustauscher 47 und eine Leitung 24 zum Sprühkopf 62 im Niedertemperaturabsorber 63, indem sie Kühlmitteldampf aufnimmt bzw. absorbiert, der über eine Öffnung 21 in einer Trennwand 61 vom Verdampfer 90 kommt. Die sich ergebende schwache Lösung wird durch den Wärmeaus tauscher 47 über Leitungen 65, 67 und 44 sowie den Sprühkopf 43 mittels einer Niedertemperatur-Lösungspumpe 66 gepumpt.

Ein Sekundärfluid, beispielsweise Kühlturmwasser, kann durch den Niedertemperatur-Kondensator 80 und eine Absorberschlan ge 64 im Niedertemperatur-Absorber 63 mittels einer Umwälz pumpe 82 durch die Leitungen 85, 81 und 83 umgewälzt werden. Der als Beispiel dargestellte Kühlturm 84 kann auch je nach den vorliegenden Anwendungsfällen auch eine Luftschlange sein. Die Leitungen 85, 81 und 83 sind in einer Hintereinan derschaltung dargestellt, sie können jedoch auch als Paral lelleitung für den Niedertemperatur-Kondensator 80 und den Niedertemperatur-Absorber 63 angeordnet sein.

Ein anderes Sekundärfluid, beispielsweise die Zuleitung ge kühlten Wassers zu einem zu klimatisierenden Gebäude, d. h., die Wärmelast, wird mittels einer Umwälzpumpe 97 über Lei tungen 96 und 99 durch eine Verdampferschlange 71 im Hoch temperatur-Verdampfer 70 und eine Verdampferschlange 90 umgewälzt. Die als Beispiel dargestellte Luftschlange 98 stellt die Wärmemenge dar, die vom gekühlten Wasser abtrans portiert werden soll, welches vom Hochtemperatur-Verdampfer 70 und vom Niedertemperatur-Verdampfer 90 bereitgestellt wird. Die Kühlwasserleitung 96 und 99 sind als Reihenanord nung dargestellt, sie können aber auch als Parallelleitungen durch den Hochtemperatur-Verdampfer 70 und den Niedertempe ratur-Verdampfer 90 angeordnet sein.

In den vorausgegangenen Beschreibungen soll die Bezugnahme auf eine Einrichtung als "Hochtemperatur"-Einrichtung, bei spielsweise die Hochtemperatur-Kühlmittelpumpe, nicht not wendigerweise als eine Pumpe verstanden werden, die bei außerordentlich hohen Temperaturen arbeitet. Vielmehr ist dadurch lediglich beabsichtigt, darauf hinzuweisen, daß die Pumpe Teil des Hochtemperatur-Kühlkreises, d. h. des Kreises ist, der bei relativ höherer Temperatur als der Niedertemperatur-Kühlkreis arbeitet. Entsprechend ist auch die Bezeichnung "Niedertemperatur"-Einrichtung für eine Einrichtung zu verstehen.

Die vorliegende Erfindung wurde anhand von Ausführungsbei spielen besprochen. Dem Fachmann sind jedoch Abwandlungen und Ausgestaltungen möglich, ohne daß dadurch der Erfin dungsgedanke verlassen wird.

Claims

1. Verfahren zur Wärmeabsorption durch eine Absorptions-Kältemaschine, mit:

a) Bereitstellen eines ersten Absorptions-Kältemittelkreislaufes für den Betrieb innerhalb eines ersten Temperaturbereichs (0-280°C), wobei der erste Kältemittelkreislauf einen Generator (32), einen Kondensor (36), einen Verdampfer (70) und eine Absorptionseinrichtung (53) aufweist, die wirksam miteinander verbunden sind,
b) Bereitstellen eines zweiten Absorptions-Kältemittelkreislaufes für den Betrieb innerhalb eines zweiten Temperaturbereiches (0-130°C), der eine niedriger Maximaltemperatur hat als der erste Temperaturbereich, wobei der zweite Kältemittelkreislauf einen Generator (42), einen Kondensor (45), einen Verdampfer (90) und eine Absorptionseinrichtung (63) aufweist, die wirksam miteinander verbunden sind, und
c) wobei der Verdampfer (70) des ersten Kältemittelkreislaufes und der Ver dampfer (90) des zweiten Kältemittelkreislaufes beide in thermischer Ver bindung zu einer äußeren Wärmelast stehen, um dieser Wärmelast Wärme zu entziehen,

dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der erste als auch der zweite Kältemittelkreislauf eine Kältemittel- und Absorptionsmittel-Lösung enthalten und daß ein Wärmeaustausch zwischen der Kältemittel- und Absorptionsmittel-Lösung aus dem Kondensor (36) und der Absorptionseinrichtung (53) des ersten Kältemittelkreislaufes und der Absorptions mittellösung des Generators (42) des zweiten Kältemittelkreislaufes stattfindet.

2. Wärmeabsorptionsvorrichtung für die Verwendung als Absorptions-KÖltemaschine, mit:
einem ersten Absorptions-Kältemittelkreislauf für den Betrieb innerhalb eines ersten Temperaturbereiches (0-280°C),
einem zweiten Absorptions-Kältemittelkreislauf für den Betrieb innerhalb eines zweiten Temperaturbereiches (0-130°C), welcher eine niedrigere Maximaltemperatur im Vergleich zu dem ersten Temperaturbereich hat,
wobei der erste Kältemittelkreislauf einen Generator (32), einen Kondensor (36), einen Verdampfer (70) und eine Absorptionseinrichtung (53) hat, die wirksam miteinander verbunden sind,
der zweite Kreislauf einen Genertor (42), einen Kondensor (45), einen Verdampfer (90) und eine Absorptionseinrichtung (63) hat, die wirksam miteinander verbunden sind,
die Verdampfer des ersten Kreislaufes (70) und des zweiten Kreislaufes (90) beide in Wärmeaustauschverbindung mit einer äußeren Wärmelast stehen,
dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der erste als auch der zweite Kreislauf eine Lösung aus einem Kältemittel und einem Absorptionsmittel enthalten und daß der Kondensor (36) des ersten Kreislaufes und die Absorptionseinrichtung (53) des ersten Kreislaufes in Wärmeaustauschverbindung mit dem Generator (42) des zweiten Kreislaufes stehen, um Wärme zwischen der Lösung aus Kältemittel und Absorptions mittel in dem Kondensor des ersten Kreislaufes und der Absorptionsmittellösung in dem Generator des zweiten Kreislaufes auszutauschen.

3. Wärmeabsorptionsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Absorptions-Kältemittelkreislauf und der zweite Absorptions-Kältemittelkreislauf fluidmäßig voneinander getrennt sind.

4. Absorptionsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der weite Absorptions-Kältemittelkreislauf innerhalb eines Temperaturbereiches von etwa 0- 130°C arbeitet.

5. Absorptionsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Absorptions-Kältemittelkreislauf Lithiumbromid und Wasser als Absorptionslösung und Wasser als Kältemittel enthält.

6. Absorptionsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Absorptions-Kältemittelkreislauf Ammoniak und Wasser als Absorptionslösung und Ammoniak als Kältemittel enthält.

7. Absorptionsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Absorptions-Kältemittelkreislauf Lithiumbromid und Wasser mit einem Kristallisierungs verhinderungszusatz als Absorptionslösung und Wasser als Kältemittel enthält.

8. Absorptionsvorrichtung nach den Ansprüchen 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekenn zeichnet, daß der erste Absorptions-Kältemittelkreislauf innerhalb eines Temperaturberei ches von etwa 0 bis etwa 280°C arbeitet.

9. Absorptionsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Absorptions-Kältemittelkreislauf Lithiumbromid und Wasser mit einem Kristallisierungs verhinderungszusatz als Absorptionslösung und Wasser als Kältemittel enthält.

10. Absorptionsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Absorptions-Kältemittelkreislauf Ammoniak und Wasser als Absorptionslösung und Ammoniak als Kältemittel enthält.

11. Absorptionsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Absorptions-Kältemittelkreislauf Ammoniak und Wasser als Absorptionslösung und Wasser als Kältemittel enthält.

12. Absorptionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Verdampfer des ersten Kältemittelkreislaufes (70) und des zweiten Kältemittelkreislaufes (90) eine Verdampferwicklung (71, 91) für den Wärmetausch zwischen dem Kältemittel in dem jeweiligen Verdampfer und einem Wärmeträger in der Spule enthält.

13. Absorptionsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Wärmelast eine Innenraumumgebung aufweist, und daß der zweite Kondensor (45) und der Absorber (63) in Wärmeaustauschverbindung mit einer äußeren Umgebung stehen, wobei der zweite Kondensor und der Absorber eine Kondensorspule und eine Absorberspule für den Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und einer Ab sorptionslösung sowie einer Wärmeträgerlösung in den Wicklungen einschließen.

14. Absorptionsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeträgerfluid in der Verdampferwicklung in Wärmeaustauschverbindung mit dem Innenraum steht, wodurch dieser Innenraum gekühlt wird, und daß das Wärmeträgerfluid in der Kondensorwicklung und der Absorberwicklung in Wärmeaustausch mit der äußeren Umgebung steht.