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Verfahren zur Wärmetransformation mittels eines periodisch wirkenden
Absorptionsapparates Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Wärmetransformation,
bei dein ein nach Art einer periodisch wirkenden Absorptionsmaschine gebauter Apparat
verwendet wir.i. Gemäß der Erfindung wird in der Kondensationsperiode bei tiefem
Druck Arbeitsmitteldampf von einem Absorptionsmittel getrennt und kondensiert, und
das verflüssigte Arbeitsmittel wird darauf in der Absorptionsperiode bei höherem
Druck verdampft ui-,d wieder an das Absorptionsmittel gebunden. Dadurch wird es
möglich, eine periodisch wirkende Absorptionsmaschine zur Umwandlung von Wärme niedriger
Temperatur in Wärme höherer Temperatur in neuartiger Weise zu verwenden, sei es,
daß beispielsweise aus vorhandener Kälte sehr tiefer Temperatur vermehrte Kälte
weniger tiefer Temperatur erzeugt wird, oder daß Wärme hoher Temperatur (Heizwärme)
aus Wärme geringerer Temperatur gewonnen wird.
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Die letzte Verwendungsart ermöglicht unter anderem, ein in der Natur
gegebenes Temperaturgefälle, z. B. zwischen einer tiefen Außentemperatur einerseits
und einer mittleren Grundwassertemperatur andererseits, zur Gewinnung von Heizwärme
auszunutzen. 1n diesem Fall wird man das Verfahren derart durchführen, daß in der
Kondensationsperiode dem Kocherabsorber Wärme mittlerer Temperatur zugeführt und
dem Kondensator die Kondensationswärme bei tieferer Temperatur entzogen wird, worauf
in der Absorptionsperiode dem Verdampfer Wärme mittlerer Temperatur zugeführt und
dem Kocherabsorber bei höherer Temperatur die Heizwärme entnommen wird.
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Die zuerst erwähnte Anwendungsart zur Vermehrung der Kälte läßt sich
beispielsweise bei Einrichtungen zur Kältelieferung verwenden, die mit fester Kohlensäure
arbeiten. In solchen Fällen wird man in der Kondensationsperiode dem Kondensator
durch ein Kühlmittel (z. B. feste Kohlensäure) Wärme entnehmen und dem Kocherabsorber
Wärme aus einem zu kühlenden Raum zuführen, worauf in der Absorptionsperiode vom
Verdampfer Wärme aus dem zu kühlenden Raum aufgenommen und vom Kocherabsorber die
Absorptionswärme an die Umgebung abgeführt wird.
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Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung zwei Anwendungsbeispiele
für das Verfahren gemäß der Erfindung. In Fig. i ist eine Anordnung dargestellt,
bei der das Verfahren zur Kältelieferung ausgenutzt wird. i ist der Kocherabsorber
und :2 der zugehörige Kondensatorverdampfer einer periodisch wirkenden Absorptionsmaschine,
die mit flüssigem Absorptionsmittel, z. B. wässeriger
Amrnoniaklösung,
arbeitet. Die bei solchen Maschinen erforderlichen Einrichtungen zur Rückführung
des während der Austreibungsperiode in den Verdampfer verschleppten Absorptionsmittels
sind nicht dargestellt, um die Figur nicht zu überladen. Der obere Teil des Kocherabsorbers
i ist durch eine Leitung 3 mit dein unteren Teil des Kondensatorverdampfers 2 verbunden.
Diese Leitung führt die Ammoniakdämpfe während der Austreibungsperiode vom Kocher
i zum Kondensatorverdampfer 2. Durch eine zweite Verbindungsleitung d., die am oberen
Ende des Kondensatorverdampfers 2 angeschlossen ist, gelangt das verdampfte Kältemittel
wieder in den Kocherabsorber i zurück. Die beiden Gefäße i und 2 befinden sich je
in einer sowohl gegenüber der Umgebung wie auch gegenüber dem Kühlraum 5 des Apparates
wärmeisolierten Kammer 7 bzw. B. Die Kammer 7 besitzt vier absperrbare Öffnungen
15, 16, 17, 18, durch welche sie einerseits finit dein Kühlraum 5
und andererseits mit der Außenluft verbunden werden kann. Die Kammer 8 besitzt zwei
Öffnungen ig und 2o, die eine Verbindung dieser Kammer mit dem Kühlraum ermöglichen.
Zum Schließen der öffnungen, mit Ausnahme von i g, dient ein gemeinsames Klappensystem,
welches aus miteinander verbundenen Abschlußklappen 9, i o, i i, r2 und r3 besteht
und von einem gemeinsamen Handgriff rd. aus betätigt werden kann. Die Umsteuerung
der Klappen kann man auch selbsttätig, beispielsweise in Abhängigkeit von der Gewichtsverminderung
des Kohlensäureeises oder von der Temperatur des Verdampfers, vornehmen. In dem
Kondensatorverdampfer 2 ist ein Raum 21 zur Aufnahme von Kohlensäureeis vorgesehen.
Die Füllung dieses Raumes geschieht durch einen in die Isolation eingesetzten Füllkanal
6, der durch einen Abschlußdeckel gegen die Außenluft verschlossen werden
kann.
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Die beschriebene Einrichtung arbeitet folgendermaßen: Zur Inbetriebnahme
wird das Kohlensäureeis in den Raum 21 eingefüllt, so daß der Kondensatorverdampfer
2 stark abgekühlt wird. Hierdurch stellt sich in der Maschine ein so tiefer Druck
ein, daß eine Entwicklung von Arbeitsmittel aus der wässerigen Lösung im Kocherabsorber
i erfolgt. In dem durch das Kohlensäureeis gekühlten Kondensatorv erdampfer 2 wird
der Arbeitsmitteldampf niedergeschlagen. In der Kondensationsperiode wird das Klappensystem
in die gezeichnete Stellung gebracht. Die untere in der Kondensatorkammer 8 vorgesehene
Öffnung ?o ist infolgedessen durch die Klappe 9 verschlossen, um den Kondensatorverdampfer
vor der wärmeren Kühlraumtemperätur zu schützen. Bei der Offnung'ig ist eine Klappe
nicht erforderlich, da durch Schließen der Klappe 9 eine Luftzirkulation und damit
eine Wärmeübertragung aus dem Kühlraum 5 in die Kammer 8 unterbunden ist. Das verdampfte
Kohlensäureeis strömt durch die Öffnung ig und durch den Kühlschrank ins Freie,
wodurch noch die Abkälte des Kohlensäuredampfes zur Kühlung des Kühlraumes mit herangezogen
wird. Die Absorptionskammer 7 ist in der Kondensationsperiode durch die Klappen
12, 13 gegen die Außenluft abgeschlossen, während die Öffnungen 15 und 16 eine Verbindung
zum Kühlraum 5 herstellen, so daß eine Luftzirkulation zwischen der Kammer 7 und
dem Kühlraum 5 stattfinden kann, welche die Kälte aus der Absorptionskammer 7 an
den Kühlraum überträgt.
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Nach Beendigung der Kondensationsperiode wird das Klappensystem umgestellt,
so daß jetzt die Öffnungen 15 und 16 der Kammer 7 durch die Klappen io und i i geschlossen
sind, während durch die Öffnungen 17 und 18 eine Verbindung der Absorptionskammer
mit der Außenluft hergestellt ist. Ebenso ist jetzt eine Verbindung zwischen der
Kondensationskammer 8 und dem Kühlraum 5 durch Öffnen der Klappe 9 hergestellt.
Das im Kondensator 2 angesammelte flüssige Arbeitsmittel verdampft nun und kehrt
durch die Leitung :a. zum Kocherabsorber i zurück. Die Verdampfungswärme entzieht
der Kondensatorverdampfer 2 der in der Kammer 8 befindlichen Luft, so daß diese
gekühlt wird. Die kalte Luft strömt aus der unteren Öffnung 2o der Kammer 8 zum
Kühlraum 5, während die wärmere Kühlraumluft durch die obere Öffnung ig zur Kammer
8 zurückkehrt. Durch diese Zirkulation wird die Kälte auf den Kühlraum übertragen.
Die Absorptionswärme wird vom Kocherabsorber i an die Außenluft übertragen. Die
an den Kocherabsorberwänden erwärmte Luft steigt nämlich nach oben und gelangt durch
die Öffnung 17 nach außen, während kältere Außenluft durch die Öffnung 18 in den
unteren Teil der Kammer 7 hineinströmt. Zur Erleichterung der Luftzirkulation liegen
die Öffnungen 16 und 2o einerseits und i 9 und 15 andererseits nicht genau senkrecht
übereineinander, sondern sind gegeneinander versetzt, wobei zur guten Führung der
zirkulierenden Luft noch eine senk= rechte Trennwand angeordnet sein kann.
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Diese Einrichtung bietet folgende Vorteile: Würde man den Kühlschrank
nur mit Kohlensäureeis kühlen, so würde man nur die im Kohlensäureeis aufgespeicherte
Kälteenergie nutzbar machen können. Bei Benutzung .des beschriebenen Verfahrens
jedoch wird nicht nur diese Energie zur Kältelieferung herangezogen, sondern auch
die während der Auf-
Ladung der Absorptionsmaschine aufgespeicherte
Kälteenergie. Auf diese Weise wird die je Kilogramm Kohlensäureeis gelieferte Kälte
erheblich vermehrt, und zwar ungefähr verdoppelt.
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Die Fig. 2 zeigt eine Anlage, bei der das Verfahren gemäß der Erfindung
zur Gewinnung von Heizwärme benutzt wird. 44 ist ein Kocherabsorber und 22 der zugehörige
Kondensatorverdampfer, 23 ist eine Verbindungsleitung für das ausgetriebene Kältemittel
und 24 die Rückleitung für das verdampfte Kältemittel. Bei diesem Beispiel wird
die Differenz zwischen der Temperatur der Außenluft und dem Grundwasser zur Erzeugung
von Heizwärme hoher Temperatur verwertet. In dem Kondensatorverdampfer 22 befindet
sich eine Verdampfungsschlange 25, die durch zwei Leitungen 26 und 27 mit einer
mit der Außenluft in wärmeleitender Verbindung stehenden Kondensationsschlange 28
verbunden ist. 29 ist ein Absperrventil, das in der Rücklaufleitung 27 angeordnet
ist. In diesem geschlossenen System befindet sich eine Flüssigkeit, die durch Kondensation
in der Schlange28 und Verdampfung in der Schlange 25 die außen herrschende Kälte
auf den Kondensatorverdampfer 22 übertragen kann.
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Ein ähnliches Wärmeübertragungssystem 30, 34 32, 33 ist zwischen dem
Kocherabsorber 44 und dem Grundwasserspiegel angeordnet, und ein weiteres WärmeübertragungssYstem
39, 40, 41, 42 mit einem Ventil 43 verbindet den Kondensatorverdampfer 22 mit dem
Grundwasser. Schließlich befindet sich ein Wärmeüberträgungssystem zwischen- dem
Kocherabsorber 44 und dem zu heizenden Raum 45. Es besteht. aus einer im Kocherabsorber
2i angeordneten Schlange 38, deren Enden durch Leitungen 34 und 35 mit einer Heizschlange
36 verbunden sind. In der Leiteng 35 ist ein Absperrventil 37 vorgesehen.
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Während der Austreibungsperiode sind die Ventile 43 und 37 geschlossen,
während das Ventil --,9 geöffnet ist. Der Kocherabsorber wird vom Grundwasser
her erwärmt, während der Kondensatorverdampfer von der Außenluft her gekühlt wird.
Infolgedessen wird das Arbeitsmittel aus dem Kocherabsorber ausgetrieben und gelangt
durch die Leitung 23 zum Kondensatorverdampfer 22, wo es kondensiert wird. Nach
Beendigung der Austreibungsperiode wird das Ventil 29 geschlossen, und dafür werden
die Ventile 43 und 37 geöffnet. Infolgedessen wird jetzt die Wärme vom Grundwasser
auf den Kondensatorv erdampfer 22 übertragen, so daß hier das Arbeitsmittel verdampft
und durch die Leitung 24 zum Kocherabsorber zurückkehrt, wo es wieder absorbiert
wird. Die Absorptionswärme wird vom Kocherabsorber 21 auf den zu beheizenden Raum
38 übertragen.
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Je größer die Temperaturdifferenz zwischen Grundwassertemperatur undAußentemperaturist,
um so größer wird die während der Austreibungsperiode ausgetriebene Arbeitsmittelmenge
und damit die während der Heizperiode frei werdende Heizwärme und die Temperatur,
so daß bei tieferer Außentemperatur für den zu beheizenden Raum höhere Temperatur
und auch mehr Heizwärme zur Verfügung steht.
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An Stelle der Grundwasserwärme kann man auch beliebige andere Abwärmequellen
zur Erwärmung des Kochers und des Verdampfers heranziehen. In solchen Fällen kann
dann mit Vorteil zur Kühlung des Kondensators auch Grundwasser benutzt werden.