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Verfahren zur Erzeugung von Heizwärme, nach welchem die bei der Absorption
eines Gases durch eine Flüssigkeit entstehende Wärme für Heizzwecke verwendet wird
Die kostenlose Heizung von Gebäuden im Winter erscheint zunächst als eine unlösbare
Aufgabe. Gemäß der Erfindung wird sie dadurch gelöst, daß irgendwelche in der Natur
vorkommenden Temperaturunterschiede, z. B. der Temperaturunterschied zwischen der
kalten atmosphärischen Luft und der Wärme des Erdreiches, wie sie beispielsweise
im Grundwasser verfügbar ist, dazu benutzt werden, um unter Verwendung von Mitteln,
welche ein Heben von Wärme auf eine höhere Temperaturstufe gestatten, Wärme der
höheren vorhandenen Temperatur auf eine noch höhere Temperatur zu bringen. Hierzu
eignet sich beispielsweise eine nach dem Resorptionsprinzip arbeitende Absorptionsmaschine,
d. h. eine Absorptionsmaschine, bei der eine bei höherem Druck und höherer Temperatur
angereicherte Absorptionslösung bei geringerem Druck und niedrigerer Temperatur
entgast wird. Mit Hilfe einer derartigen Maschine wird gemäß der Erfindung die Heizungswärme
dadurch erzeugt, daß eine Flüssigkeit das gasförmige Arbeitsmittel absorbiert, das
dann bei geringerem Druck unter dem Einfluß der höheren vorhandenen Temperatur (z.
B. der Erdwärme) wieder ausgetrieben und unter dem Einfluß der niedrigeren vorhandenen
Temperatur (atmosphärische Luft) kondensiert wird. Bei höherem Druck wird es dann
durch die Erdwärme wieder verdampft, worauf das Spiel von neuem beginnen kann. Besonders
wertvoll wird dieses Verfahren dann, wenn eine Absorptionsmaschine verwendet wird,
die zu ihrem Betriebe lediglich eines vorhandenen Temperaturunterschiedes, aber
keinerlei Pumpen, Ventile oder sonstiger beweglicher Teile bedarf. Die Maschine
braucht dann weder Wartung noch Schmierung und arbeitet vollkommen kostenlos.
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Man hat bereits vorgeschlagen, ein kondensierbares Medium, z. B. Ammoniak,
unter Benutzung in der Natur vorkommender Temperaturunterschiede abwechselnd zu
kondensieren und zu verdampfen, um das verdampfte Medium als Betriebsmittel für
einen Motor zu verwenden und so kostenlos motorische Energie zu erzeugen. Eine höhere
als die vorhandenen Temperaturen wird aber mit der bekannten Einrichtung nicht hervorgebracht.
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Es ist ferner an sich bekannt, in der Natur vorhandene Temperaturunterschiede
indirekt zur Erzeugung von Heizwärme zu benutzen, die bei der Absorption eines Gases
(Ammoniak) in einer Flüssigkeit (Wasser) entsteht.
Bei diesem bekannten
Verfahren werden die beiden Bestandteile des binären Gemisches (Ammoniak und Wasser)
zunächst durch Wärmezufuhr voneinander getrennt, sodann gesondert einer entfernt
liegenden Heizstelle zugeführt und schließlich hier durch Absorption wieder vereinigt.
Dabei wird aber im Gegensatz zu dem Verfahren gemäß der Erfindung im' Absorbergefäß
eine über die obere Temperaturstufe des vorhandenen Temperaturgefälles hinausgehende
Heiztemperatur nicht erzielt.
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In der Zeichnung sind in Abb. i und 2 zwei Ausführungsbeispiele der
Erfindung dargestellt, deren Arbeitsweise durch Diagramme (Abb. 3 und q.) näher
erläutert werden soll.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. i wird das angedeutete Gebäude
durch Heizkörper 1, 2, 3 geheizt, indem vermittels der Rohre q. und 5 warmes Wasser
hindurchgeleitet wird. Erwärmt wird das Wasser durch ein als Rohrschlange ausgebildetes
Resorptionsgefäß 6, das sich um das Steigrohr q. herumwindet. In diesem Gefäß wird
ein gasförmiges Arbeitsmedium von einer Flüssigkeit absorbiert. Die dabei entstehende
Wärme ist die gewonnene Heizenergie, die dem im Rohre q. fließenden Wasser mitgeteilt
wird. Die mit dem Gase angereicherte Lösung gelangt durch ein enges drosselndes
Rohr 7 in ein Entgasergefäß B. In diesem herrscht ein geringerer Druck, so daß die
Wärme des Erdbodens ausreicht, um das Gas wieder auszutreiben. Das ausgetriebene
Gas reißt die Flüssigkeit durch ein Rohr 16 mit hinauf in einen Gasabscheideraum
9. Hier trennen sich Flüssigkeit und Gas. Die verarmte Lösung fließt -durch ein
Rohr i o in das Resorptionsgefäß 6 zurück, während das Gas durch ein Rohr i i in
den Kondensator 12 gelangt. Dieser besteht aus einem Röhrensystem, das auf dem Dach
des Hauses angebracht ist, so daß es durch die Kälte der Außenluft dauernd gekühlt
wird. Das Gas kondensiert und gelangt durch das Rohr 13 in den Verdampfer 14- Infolge
der Flüssigkeitssäule im -Rohr 13 ist der Druck im Verdampfer 1 4. höher als im
Kondensator 12. Da aber der Erdboden wärmer ist als die atmosphärische Luft, verdampft
das Kondensat wieder trotz des höheren Druckes. Der entstandene Dampf wird in ein
Sammelgefäß 15 und von hier in den Resorber 6 zurückgeleitet, wo er von neuem von
warmer Lösung absorbiert wird. Wenn die Gefäße und Rohrleitungen, in denen die Arbeitsflüssigkeit
der Absorptionsmaschine umläuft, nach außen einwandfrei abgedichtet sind, so arbeitet
die Maschine unbegrenzt lange, ohne daß irgendwelche Überwachung, Erneuerung o.
dgl. notwendig ist. In erster Annäherung kann man davon ausgehen, daß die Temperatur
des Resorbers 6 ebenso hoch über die Temperatur der unter der Erde liegenden Gefäße
8 und 14 steigt, wie die Temperatur des der kalten Luft ausgesetzten Rohrsystems
12 darunter liegt. Wird dieses also auf - 2o° C abgekühlt und werden die Gefäße
8 und 1 ¢ auf io° C erhalten, so läßt sich die Temperatur im Resorber 6 auf etwa
¢o° bringen.
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Abb. 3 erläutert den beschriebenen Arbeitsvorgang an Hand eines Dampfdruck-Diagrammes,
das für wäßrige Ammoniaklösung den Zusammenhang zwischen Konzentration (in % Ammoniak)
Dampfdruck (in at) und Temperatur (in ° C) wiedergibt. Um die Übersicht zu erleichtern,
sind die in Abb. i verwendeten Bezugszeichen für die Gefäße, in denen die Aggregatzustandsänderungen
vor sich gehen, in das Diagramm eingetragen. Durch die stark ausgezogenen Linien
ist der Verlauf der Druck- und Temperaturänderungen der Absorptionslösung bzw. des
Kondensats, durch die schwach gestrichelten Linien der Weg des gasförmigen Arbeitsmittels
und durch Pfeile in beiden Fällen die Strömungsrichtung der Medien angedeutet. In
dem Resorptionsgefäß 6 herrscht ein Druck von etwas über 6 at. Die aus dem Entgaser
8 kommende, über den Gasabscheider 9 und die Leitung i o dem Resorber 6 zugeführte
arme Absorptionslösung, die etwa 51 % Ammoniak enthält, reichert sich durch Aufnahme
von Ammoniak, das aus dem Sammelgefäß 15 kommt und unten in den Resorber 6 eintritt,
auf 5 5 % Ammoniakgehalt an. Die dabei entstehende Absorptionswärme von etwa q.0°
C wird als Heizwärme an das in dem Steigrohr q. enthaltene Wasser abgegeben. In
dem Entgaser 8 wird sodann die Absorptionslösung unter einem Druck von etwa 2 at
bei etwa io° C (der Temperatur des Erdreiches) bis auf eine Konzentration von 51
% ausgedampft. Das ausgetriebene Ammoniak steigt in den Kondensator 12 auf, wo es
unter dem gleichen Druck bei - 2o° C (Temperatur der Außenluft) kondensiert wird.
Das Kondensat gelangt in den Verdampfer 1¢, wo es unter einem Druck von etwa 6 at
wieder in den gasförmigen Aggregatzustand verwandelt wird.
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Man kann aber auch mit einer geringeren Temperaturdifferenz zwischen
Erdreich und atmosphärischer Luft auskommen oder bei derselben gegebenen Temperaturdifferenz
eine höhere Heiztemperatur erzielen, wenn man eine Vorrichtung nach Abb.2 benutzt.
Der Heizkörper, der zur Heizung irgendeines geschlossenen Raumes dienen möge, ist
mit 20 bezeichnet. Die Rohrschlangen 21 und 22
sind der kalten Außenluft
ausgesetzt. In ihnen läuft eine Flüssigkeit als Kälteträger um, damit sie mit Hilfe
der Rohrschlangen 23 und 24 die Gefäße 25 und 26 kühlt. Die Rohrschlangen 27, 28,
29 sind in das Erdreich eingebettet. In 27 und 29 läuft als Wärmeträger eine Flüssigkeit
um, die vermittels der Rohrschlange 3o und 31 den' Gefäßen 32 und 33 Wärme zuführt.
Die durch die Rohrschlange 28 umlaufende Flüssigkeit durchfließt ein Heizgefäß 34,
das dazu bestimmt ist, die Siedespirale 35 zu heizen.
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Die Heizkörper 2o werden von einer Flüssigkeit durchströmt, die durch
die Rohrschlange 36 im Resorbergefäß 37 geheizt wird. In diesem Gefäß wird das Gas
absorbiert, das durch das 'Rohr 38 zuströmt. Die angereicherte Flüssigkeit steigt
durch ein Rohr 39 hinauf in den Entgaser 33, der durch die Rohrschlange 3 i geheizt
wird. Das ausgetriebene Gas wird durch das Rohr 4o abgeführt, während die verarmte
Lösung durch das Rohr 4.i in den Resorber 37 zurückkehrt. Die Rohre 39 und 41 werden
zweckmäßig in üblicher Weise so nahe zusammengelegt, daß ein Wärmeaustausch zwischen
ihnen möglich ist. Der Umlauf zwischen dem Resorber 37 und dem Entgaser 33 kommt
dadurch zustande, daß die angereicherte Lösung im Rohre 39 spezifisch. leichter
ist als die verarmte Lösung im Rohre 4i. Der Druck, der im Entgaser 33 herrscht,
ist geringer als der im Resorber 37, entsprechend den zwischen beiden stehenden
Flüssigkeitssäulen. Das durch das Rohr 4o abfließende Gas gelangt in ein später
noch zu beschreibendes System und von diesem durch das Rohr q.2 in einen Kondensator
25. Hier wird -es bei einem mittleren Druck kondensiert. Das Kondensat gelangt durch
das Rohr q.3 in den Verdampfer 32, aus dem das Gas durch ein Rohr 38 dem Resorber
37 wieder zuströmt. Die bisher beschriebene Vorrichtung unterscheidet sich von der
nach Abb. i dadurch, daß der Druck im Kondensator 25 höher ist als der im Entgaser
33. Das hat den Vorteil, daß entweder zum Entgasen in 33 eine weniger hohe oder
zum Kondensieren -in 25 eine weniger tiefe Temperatur benötigt wird. Um nun das
Gas aus dem Gefäß niederen Drukkes, nämlich dem Entgaser 33, in das Gefäß höheren
Druckes, nämlich den Kondensator 25, hinüberzuschaffen, ist zwischen beiden eine
Absorptionsmaschine eingeschaltet. Das durch das Rohr ¢o ankommende Gas wird zunächst
im Absorber 26 absorbiert. Die angereicherte Lösung strömt durch ein Rohr 44 in
das untere Ende der Siedespirale 35, die durch Vermittlung der Rohrschlange 28 geheizt
wird. In dieser wird das Gas unter höherem Druck, nämlich dem Druck des Kondensators
25, wieder ausgetrieben, trennt sich in einem Gasabscheider ¢5 von der Flüssigkeit
und gelangt durch das Rohr 42 in den Kondensator 25. Die Flüssigkeit sinkt aus dem
Gasabscheider 4.5 durch das Rohr 4.6 hinab und gelangt in den Absorber 26 zurück.
Auch diese Vorrichtung arbeitet allein unter dem Einfluß der Temperaturdifferenzen
ohne mechanisch bewegte Teile, so daß auch hier keine Überwachung erforderlich ist.
Das Diagramm (Abb. ¢) möge die Wirkung der zuletzt beschriebenen Einrichtung näher
erläutern. Im Resorber 37 reichert sich unter einem Druck von etwa 6 at eine Absorptionslösung
von 47 % Ammoniakgehalt bis auf etwa 5 i % an. Dabei wird Heizwärme von etwa 5o°
C erzeugt. Die Absorptionslösung wird dann im Entgaser 33 bei der Temperatur des
Erdreiches ( - + io° C) unter einem Druck von etwa 1.5 at wieder bis auf -47 @,o
ausgedampft. Das ausgetriebene Ammoniak wird bei gleichem Druck in einem Absorber
26, der auf der Temperatur der Außenluft (- i o') gehalten wird, von Absorptionslösung
aufgenommen, deren Konzentrationsgrad dabei von 6o auf 65 % ansteigt. Im Austreiber
35, der unter einem Druck von etwa 3 at steht, wird diese Lösung durch die Erdwärme
wieder bis auf einen Ammoniakgehalt von 6o % entgast. Unter dem gleichen Druck wird
das Ammoniak im Kondensator 25 bei - io° C kondensiert. Das Kondensat gelangt dann
in den Verdampfer 32, wo es bei einem Druck von etwa 6 at unter Wärmeaufnahme aus
dem Erdreich (+ i o° C) verdampft. Durch Zuführung des verdampften Ammoniaks zum
Resorber 37 schließt sich der Kreislauf des Arbeitsmittels.
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Wie aus Abb. 4. ersichtlich, durchläuft das Arbeitsmittel außer einem
Kondensator 25 und einem Verdampfer 32 nacheinander einen Absorber (Resorber 37),
einen Entgaser 33, einen zweiten Absorber 26 und einen zweiten. Entgaser 3 5.
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Die notwendigen Druckunterschiede werden, um Pumpen zu vermeiden,
sowohl bei Abb. i als auch bei Abb. 2 durch Flüssigkeitssäulen aufrechterhalten.
Man kann aber auch in bei Kältemaschinen bekannter Weise ein -fremdes Gas beimischen,
so daß bei der Verflüssigung und Verdampfung des Arbeitsmittels dieses nur unter
dem Partialdruck steht. Dieser weist dann die gewünschten Verschiedenheiten auf,
während der Gesamtdruck des Gasgemisches überall derselbe sein kann.
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Als Absorptionsflüssigkeit und Absorptionsmedium können die in der
Kältetechnik bekannten Stoffe benutzt werden. Je nach den zu überbrückenden Temperaturdifferenzen
und
den zur Verfügung stehenden Höhenunterschieden wird der eine oder der andere sich
als besonders vorteilhaft darbieten.
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Es gibt auch Fälle, in denen die atmosphärische Luft- wärmer ist als
der Erdboden; z. B. kann der Erdboden gefroren oder von Schnee bedeckt sein, während
die von der Sonne durch eine klare Winterluft eingestrahlte Wärme höhere Temperaturen
hervorzubringen vermag. Auch kann der Temperaturunterschied zwischen fließendem
Wasser und dem Erdboden oder dem fließenden Wasser und der Luft zur Erzeugung von
Wärme höherer Temperatur ausgenutzt werden.
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Die vorstehend zur Durchführung eines Heizverfahrens beschriebene
Einrichtung stellt eine kontinuierlich wirkende Absorptionsmaschine dar, die, wie
bereits erwähnt, von der Absorption eines gasförmigen Arbeitsmittels bei höherem
Druck und höherer Temperatur und von der Entgasung der Absorptionslösung bei niedrigerem
Druck und niedrigerer Temperatur Gebrauch macht und sich von den bekannten Absorptionsmaschinen
dieser Gattung dadurch unterscheidet, daß alle ihre Teile in offener Gas- oder Flüssigkeitsverbindung
miteinander stehen.