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Absorptionsapparat Im Hauptpatent 6.2o:249 ist ein Wärmeaustausch
zwischen einem zur Entwicklung. des Arbeitsmitteldampfes dienenden Teil eines ersten
Wärmeumwandlers mit einem zur Umwandlung des Arbeitsmitteldampfes in einen anderen
Aggregatzustand dienenden Teil eines zweiten Wärmeumwand-lers unter Schutz gestellt,
wobei der erste dieser Wärmeumwandler ein periodischer Absorptionsapparat ist. Dabei
:geht der Wärmeaustausch so vor sich, daß Wärme, die bei der Umwandlung des Arbeitsmitteldampfes
in dem einen Wärmeumwandler frei wird, dazu benutzt wird, Arbeitsmitteldampf in
dem zweiten Wärmeumwandler zu entwickeln. Gemäß der vorliegenden Erfindung wind
der im Hauptpatent geschützte Wärmeaustausch angewendet bei Anlagen, in denen durch
den genannten Wärmeaustausch zwei periodische Absorptionsapparate oder ein periodischer
Absorptionsapparat und eine Dampfkraftanlage zusammengefügt sind, wobei kein derartiger
Wärmeaustausch zwischen Teilen ein und desselben periodischen Absorptionsapparates
stattfindet und wobei ferner der Arbeitsmitteldampf entwickelnde Teil des ersten
Wärmeumwandlers entweder derKocher (Entwicklung von Arbeitsmitteldampf während der
Heizperiode) öder der Verdampfer (Entwicklung von Arbeitsmitteldampf während der
Absorptionsperiode) ist. Das Ziel der Erfindung ist in allen Fällen die Durchführung
einer Wärmeumwandlung unter möglichst weitgehender Vermeidung irreversibler Vorgänge.
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Wärmeaustauscheinrichtungen bei Anlagen, in denen ein oder mehrere
Absorptionsapparate verwendet werden, sind an sich schon bekannt. So zeigt eine
bekannte Anordnung einen Kälteerzeuger, der aus zwei periodisch wirkenden Kältemaschinenaggregaten
zusammengesetzt ist und bei dem die Absorptionswärme des einen Kocherabsorbers dazu
benutzt wird, den zweiten Kocherabsorber vorzuwärmen. Hier findet ein Wärmeaustausch
nur während der Umschaltung der Maschinen von der Austreibungsperiode zur Absorptionsperiode
b.zw. umgekehrt statt. Während dieser Umschaltung wird die Wärme desjenigen Kocherabsorbers,
dessen Heizperiode gerade beendigt ist, dazu benutzt, den zweiten Kocherabsorber,
bei welchem die Heiz,-periode
gerade beginnen soll, vorzuwärmen.
Sobald sich die beiden Kocherabsorber auf gleicher Temperaturstufe befinden, muß
der Wärmeaustausch unterbrochen werden. Die ` Zufuhr der für die Austreibung im
zweit Kocherabsorber benötigten Wärme erfoI@'t`?. dann durch eine besondere Heizeinrichtung
Bei der Erfindung dagegen erfolgt der Wärmeaustausch während der Dauer der Austreibungsperiode
bzw. Absorptionsperiode eines periodischen Absorptionsapparates zum Zwecke, Arbeitsmitteldampf
durch den Wärmeaustausch zu binden bzw. zu entwickeln.
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Bei einer anderen bekannten Einrichtung sind die Kondensatoren zweier
Absorptionsapparate miteinander verbunden. Hier -dient der Dampf des in der
Absorptionsperiode arbeitenden Kälteapparates zur zusätzlichen Kühlung des Kondensators.
Ein Wärmeaustausch, bei dem in den beiden miteinander verbundenen Apparatteilen
zweier Wärmeumwandler eine Aggregatzustandänderung stattfindet, ist hier also nicht
vorhanden.
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In einem älteren Patent ist eine aus zwei periodischen Absorptionsapparaten
bestehende Anlage unter Schutz gestellt, bei welcher in einem Apparat kondensiertes
Kältemittel während der Kochperiode durch Verdampfung den Absorber des anderen Absorptionsapparates
kühlt. Der in Wärmeaustausch mit dem Absorber stehende Behälter, in dem das Arbeitsmittel
des anderen Apparates verdampft wird, ist jedoch hier weder der Kocher, aus dem
Arbeitsmitteldampf während der Heizperiode entwickelt wird, noch der Verdampfer,
aus dem Arbeitsmitteldampf während der Absorptionsperiode entwickelt wird.
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An Hand einer Reihe von Ausführungsbeispielen sollen nachstehend verschiedene
Verwendungsarten von periodischen Absorptionskältemaschinen gemäß der Erfindung
behandelt werden. Eine Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß zwei oder
mehr periodische Absorptionskältemaschinen derart miteinander gekoppelt sind, daß
ein Wärmeaustausch zwischen ihnen stattfinden kann. In diesem Fall besteht die Einrichtung
zur Wärmetransformation darin, daß Wärme, die von einem Teil eines periodisch wirkenden
Absorptionsapparates abgegeben bzw. aufgenommen wird, einem wärmeaufnehmenden bzw.
-abgebenden Teil eines anderen periodisch wirkenden Absorptionsapparates zugeführt
bzw. entzogen wird.
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Man kann mit einer solchen Anlage gegebene Temperaturintervalle in
möglichster Annäherung an den reversiblen Umwandlungsprozeß zur Erzeugung von Wärme-
und Kälteeffekten benutzen und ist dabei in bezug auf die Temperatur, bei denen
der Wärme- oder Kälteeffekt erzeugt werden soll, nicht von den Beschränkungen abhängig,
denen man z. B. bei Benutzung eines einzelnen Absorptionsapparates als Wärmetransformator
unterworist. Man wird die Kopplung je nach der @'y``@` X Uten Aufgabe in
verschiedener Weise: ehmen. Man kann periodische Apparate :vereinigen, daß ein Wärmeaustausch
stattfindet, wenn beide Apparate sich gleichzeitig in derselben Arbeitsperiode befinden
oder wenn sich die Apparate in verschiedenen Arbeitsperioden befinden. Man kann
z. B. die Absorptionsapparate derart koppeln, daß sie nur während der Austreibungsper
iode durch Wärmeaustausch verbtuiden sind; in diesem Falle kann man eine hohe Heiztemperatur
ausnutzen, um mehr Kälte zu erzeugen. Es ist auch möglich, die Apparate nur während
der Absorptionsperiode zu koppeln; das wird man tun, wenn Wärme niedriger Temperatur
zur Erzeugung von Heizwärme höherer Temperatur benutzt werden soll. Schließlich
ist auch ein Wärmeaustausch zwischen gekoppelten Apparaten sowohl während der Austreibungs-
wie auch während der Absorptionsperiode möglich; das kann mit Vorteil dann angewendet
werden, wenn es sich darum handelt, unter Ausnutzung einer hohen Heiztemperatur
Kälte bei einer sehr tiefen Temperatur zu leisten.
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Durch geeignete Kopplung von mehr oder weniger Apparaten kann man
so je nach der gestellten Aufgabe in wirtschaftlicher Weise die jeweils gegebenen
Temperaturintervalle überbrücken. Um außer einem gegebenen maximalen Temperaturintervall,
das mit einer Kombination mehrerer Absorptionsapparate überbrückt werden soll, nach
Belieben auch eine große Anzahl kleinerer Intervalle überbrücken zu können, ist
eine gerade Anzahl (mindestens sechs) periodischer Absorptionsapparate erforderlich.
Man löst diese Aufgabe durch eine derartige Gruppierung der Absorptionsapparate,
daß in der Austreibungsperiode eine andere Anzahl von Absorptionsapparaten oder
Absorptionsapparategruppen durch Wärmeaustausch miteinander verbunden ist als in
der Absorptionsperiode.
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In den Fig. i bis 3 sind drei Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt,
bei denen periodischeAbsorptionsmaschinen miteinander gekoppelt sind. Zugrunde gelegt
sind Absorptionsapparate, die mit flüssigem Absorptionsmittel, beispielsweise wässeriger
Ammoniaklösung, arbeiten. Die bei solchen Apparaten erforderlichen Einrichtungen
zur Rückführung des während der Austreibungsperiode in den Kondensatorverdampfer
verschleppten Absorptionsmittels sind nicht dargestellt, um die Figuren nicht zu
überladen.
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In Fig. i ist schematisch der Fall dargestellt, daß zwei periodische
Absorptionskälteapparate
während ihrer gemeinsamen Austreibungsperiode
hintereinander und während der Absorptionsperiode parallel geschaltet sind. Dies
bedeutet, daß in der Austreibungsperiode ein Wärmeaustausch zwischen den Apparaten
stattfindet, in der Absorptionsperiode jedoch nicht. i ist der Kocherabsorber des
ersten Apparates und 2 der ziigehörigeKondensatorverdampfer. DerKocherabsorber i
wird finit Hilfe einer Heizpatrone 5 beheizt, wodurch das Arbeitsmittel ausgetrieben
wird. Der Arbeitsmitteldampf gelangt dann durch eine Leitung 3 zum Kondensatorverdampfer
:2, wo er kondensiert wird. Die Kondensationswärme wird dazu benutzt, den höher
gelegenen Kocherabsorber i i des zweiten Absorptionskälteapparates zu beheizen.
Als Hilfsmittel für den Wärmeaustausch dient ein Übertragungssystem 6, welches aus
einer im Kondensatorverdampfer 2 befindlichen Verdampfungsschlange 7, einer im Kocherabsorber
i i angeordneten Kondensatorschlange 8 und den zugehörigen Verbindungsleitungen
besteht. Dieses Übertragungssystem kann beispielsweise in an sich bekannter Weise
so arbeiten, daß eine im System befindliche Flüssigkeit im unteren wärmeren Teil
verdampft und im oberen kälteren Teil kondensiert wird, wodurch sich ein selbsttätiger
wärmeübertragender Umlauf des verdampfbaren Mediums einstellt.
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Durch die wärmeaustauschende Verbindung des Kondensatorverdampfers
2 des ersten Apparates finit dem Kocherabsorber i i des zweiten Apparates wird nun
auch paus dein Kocherabsorber i i das Arbeitsmittel ausgetrieben; worauf der Dampf
durch eine Leitung 13 in den zugehörigen Kondensatorverdampfer 12 gelangt. Die Kondensationswärme
wird an dieser Stelle durch Kühlwasser abgeführt, welches durch eine im Kondensator
verdampfer 12 angeordnete Kühlschlange 16 strömt. Der Kühlwasserzufluß wird durch
ein Ventil 1ä geregelt, welches während der Austreibungsperiode geöffnet ist.
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Bei Beginn der Absorptionsperiode wird die Heizpatrone 5 abgeschaltet
und das Ventil iß geschlossen. In den Kocherabsorbern i und i i sind ebenfalls Kühlschlangen
T 5 bzw. 25 zum Durchfluß von Kühlwasser angeordnet. Die hierzu gehörigen Absperrventile
17 bzw. 2.a. werden jetzt geöffnet. Die Steuerung der erwähnten Ventile erfolgt
durch Elektromagnete i9, 2o bzw. 26, welche mit der Heizpatrone 5 zusammen über
eine Schaltuhr 2 i an eine Stromquelle 27 gelegt werden. Die Schaltuhr steuert die
genannten Einrichtungen so, daß während der Austreibungsperiode die Heizpatrone
5 und die Wicklungen der Elektromagnete eingeschaltet, während der Absorptionsperiode
aber ausgeschaltet sind. Im erregten Zustand hält der Magnet 2o das Ventil 18 offen,
im entregten gesperrt. Im erregten Zustande der Magnete i9 und 26 sind die Ventile
17 und 24. geschlossen, irrt entregten Zustande dagegen geöffnet. Durch die bei
Beginn der Absorptionsperiode einsetzende Kühlung der beiden Kocher absorber i bzw.
i i wird die arme Lösung in ihnen wieder absorptionsfähig und absorbiert das in
den Kondensatorverdarnpfern 2 bzw. 12 verdampfende Arbeitsmittel. Der Arbeitsmitteldampf
strömt in die Kocherabsorber i bzw. i i durch Leitungen q. bzw. 14 zurück, die unter
dem Flüssigkeitsspiegel einmünden. Die Verdampfungswärme für das Arbeitsmittel wird
hierbei einem Kühlraum 28 entzogen, der sich unterhalb der beiden Absorptionsapparate
befindet. Hierfür sind Wärmeübertragungssysteme 22 bzw. 23 vorgesehen, welche in
derselben Weise arbeiten wie das zwischen Kocherabsorber i i und Kondensator vet#-dampfer
2 angeordnete Wärmeübertragungssystein 6. Die Kocherabsorber i und i i und die Kondensatorverdampfer
2 und i2 sind wärmeisoliert.
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Der Vorteil dieser Anordnung gegenüber einem nicht gekoppelten System
von Absorptionsapparaten besteht darin, daß hier durch die Hintereinanderschaltung
der beiden Absorptionsapparate während der Austreibungsperiode eine höhere Austreibertemperatur
unter möglichst großer Ausnutzung reversibler Vorgänge verwendet werden kann, wodurch
die Kälteleistung im Verhältnis zu der zur Austreibung erforderlichen Wärmemenge
erheblich vergrößert wird. Das gilt auch besonders dann, wenn ein solcher Apparat
nicht elektrisch beheizt wird, sondern mit einer Abfallwärme, die bei so hoher Temperatur
zur Verfügung steht, daß mittels eines ungekoppelten Apparates nur ein Teil der
Heizwärme reversibel ausgenutzt werden könnte.
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F ig. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem
mit Hilfe von gekoppelten Absorptionsapparaten Abdampf zur Erzeugung von Frischdampf
benutzt wird. Hier arbeiten drei periodische Absorptionsapparate während ihrer gemeinsamen
Austreibungsperiode parallel und während der Absorptionsperiode hintereinander.
i i i, 12 i und 131 sind die Kocherabsorber der Absorptionsapparate. Diese werden
während der Austreibungsperiode durch Abdampf beheizt. Der Abdampf wird von einer
Zuleitung ioi den einzelnen den Kocherabsorbern zugeordneten Heizschlangen iio,
120, 13o durch einander parallel geschaltete Abzweigleitungen, in denen entsprechende
Ventile 1 17, 127, 1 37
angeordnet sind, zugeleitet. Die
Abflußleitungen für das Abdampfkondensat münden in eine gemeinsame Rückleitung io2.
Infolge
dieser Beheizung wird das in den Kocherabsorbern befindliche
Arbeitsmittel ausgetrieben. Es gelangt durch entsprechende Leitungen 113, I23, 133.
in die zugehörigen Kondensatorverdampfer 114, 124, 134, die während dieser Zeit
durch Kühlwasserschlangen 116, 126, 136 gekühlt werden. Die Kühlwasserzufuhr erfolgt
von einer Zuleitung 1o3 her und kann durch entsprechende Ventile i 19, 129, 139.
geregelt werden. Die einzelnen Kühlwasserabflußleitungen- münden in eine gemeinsame
Rückleitung 104.
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Die Verdampfung des ausgetriebenen Arbeitsmittels in den Kondensatorverdampfern
11q., E24 und 134 erfolgt bei dieser Einrichtung dadurch, daß nach der Austreibungsperiode
die Beheizung der Kocherabsorber durch Schließen der Ventile 117, 127, 137 unterbrochen
und die Kühlwasserzufuhr zu den Kühlschlangen durch die Ventile 119, 129, 139 abgesperrt
wird. Gleichzeitig werden jetzt Wärmeübertragungseinrichtungen eingeschaltet, welche
den Kondensatorverdampfern die zur Verdampfung notwendige Wärme zuleiten. Der Kondensatorverdampfer
114 besitzt eine Heizschlange 115. Diese wird durch Öffnen eines Ventils 118, das
während der Austreibung geschlossen war, mit Abdampf versorgt. Infolge der Erhitzung
verdampft jetzt das Arbeitsmittel im Kondensatorverdampfer 114 und gelangt durch
eine Leitung i 12 zur armen Lösung im Kocherabsorber i i i zurück, wo es wieder
absorbiert wird: Die hierbei frei werdende Absorptionswärme wird nun dazu benutzt,
den Kondensatorverdampfer 124 zu beheizen. Hierfür ist ein Wärmeübertragungssystem
vorgesehen, welches aus. einer innerhalb des Kocherabsorber s i i i angeordneten
Verdampferschlange 141 und einer damit verbundenen, in dem Kondensatorverdampfer
124 angeordneten Kondensatorschlange 143 besteht. In der Verbindungsleitung ist
ein Ventil 142 angeordnet. In diesem geschlossenen übertragungssYstem 141, 142,
143 wird in an sich bekannter Weise ein im unteren Teil 141 verdampfendes und im
oberen Teil 143 kondensierendes Hilfsmedium verwendet. Die hierdurch übertragene
Absorptionswärme wird dazu benützt, das Arbeitsmittel im Kondensätorverdampfer 124
zu verdampfen. Dieses kehrt durch eine Leitung z22 in den Kocherabsorber 121 zurück,
w o es wieder absorbiert wird. Ein dem eben Beschriebenen entsprechendes Wärmeübertragungssystem
151, 152 und 153 ist vorgesehen, um die Absorptionswärme, die im Kocherabsorber
121 frei wird, zum Kondensatorverdampfer 134 zu übertragen. Das Arbeitsmittel verdampft
infolgedessen jetzt auch im Kondensatorverdampfer 134 und kehrt durch eine Leitung
132 zum Kocherabsorber 131 zurück. In diesem ist eine Kühlschlange 161 eingebaut,
die durch Rohrleitungen mit einer Heizschlange 163, welche einen zur Erzeugung von
Frischdampf ,dienenden Dampfkessel 164 beheizt, verbunden ist. 162 ist das Absperrventil
für die Wärmeentnähme, das während der Austreibungsperiode geschlossen ist.
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Gegenüber ungekoppelten Systemen hat diese Anordnung den Vorteil,
daß mit der verhältnismäßig kleinen Differenz zwischen Abdampftemperatur und Kühlwassertemperatur
eine erheblich größere Differenz zwischen der erzielten Heiztemperatur und der Abdampftemperätur
erreicht wird, so daß die Erzeugung von Frischdampf auf diese Weise möglich ist.
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Auch in diesem Beispiel sind sämtliche Kocherabsorber und Kondensatorverdampfer
wärmeisoliert.
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Ein Ausführungsbeispiel, bei dem zwei periodische Absorptionsapparate
zum Zwecke der Kälteerzeugung sowohl während der Austreibungs- -wie auch während
der .,#.bsorptiönsperiode miteinander durch Wärmeaustausch gekoppelt sind, zeigt
Fig.3. 171 ist der Kocherabsorber des ersten Apparates. Aus ihm wird durch Beheizung
mittels einer Heizpatrone 17§ das Arbeitsmittel ausgetrieben; welches durch eine
Leitung 173 zu einem Kondensatorverdampfer 172 gelangt. Dieser Kondensatorverdampfer
172 steht - in unmittelbarem Wärmeaustausch mit dem Kocherabsorber 176 des zweiten
Absorptionsapparates. Die Kondensationswärme überträgt sich hierbei direkt durch
die Wandungen des Kondensatorverdampfers 172, auf den mantelförmig darum angeordneten
Kocherabsorber 176, so daß nun auch aus diesem das Arbeitsmittel ausgetrieben wird.
Es gelangt durch eine Leitung 177 zu einem luftgekühlten Kondensator 178. Das Kondensat
des Arbeitsmittels fließt dann weiter in einen in der Kühlschrankisolation angeordneten
Sammelbehälter 179, an den eine in den Kühlraum 181 hineinragende Verdampferschlange
18o angeschlossen ist. Die Kocherabsorbergefäße 171 und 176 sind wärmeisoliert.
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Nach Schluß der Austreibungsperiode wird die Heizpatrone 175 abgeschaltet
und ein Kühlsystem für den Kocherabsorber 171 in Betrieb genommen. Dieses besteht
aus einer im Kocherabsorber angeordneter. Kühlschlange 183, von deren oberem Teil
aus eine Leitung 184 zu einem luftgekühlten Rückkühler 186 führt. Eine Leitung 187
führt von diesem Rückkühler zum unteren Ende der Kühlschlange 183 zurück. An das
aufsteigende Rohr 184 ist ein Ausdehnungsgefäß 185 angeschlossen. Der Kühlmittelumlauf
in diesem System wird mittels eines Ventils 188
gesteuert, das von
einem Elektromagneten 189 eingestellt wird. Die Heizpatrone 175 und dieser Elektromagnet
189 liegen über eine Schaltuhr 19o an einem Netz. Die Schaltuhr steuert die Einrichtung
so, daß das Ventil während der Austreibungsperiode geschlossen und während der Absorptionsperiode
geöffnet ist.
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Infolge der während der Absorptionsperiode eingeschalteten Kühlung
wird die arme Lösung im Kocherabsorber 171 wieder absorptionsfähig. Das Arbeitsmittel
verdampft jetzt im Kondensatorverdampfer 172 und strömt durch eine Leitung 174 zum
Kocherabsorber 171 zurück. Die Verdampfungswärine wird hierbei der armen Lösung
im Kocherabsorber176 entzogen, so daß auch diese wieder absorptionsfähig wird. Infolgedessen
verdampft jetzt auch das Arbeitsmittel im Verdampfer 179 und kehrt durch eine Leitung
182 zum Kocherabsorber 176 zurück. Die hierzu erforderliche Verdampfungswärme wird
in bekannter Weise dem Kühlraum 181 entzogen, wodurch der gewünschte Kühleffekt
auftritt.
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Mit der im dritten Ausführungsbeispiel beschriebenen Einrichtung ist
es möglich, Kälte bei einer so tiefen Temperatur zu leisten, wie sie mit Hilfe eines
nicht gekoppelten Systems nicht zu erreichen wäre. Da überdies ähnlich wie im ersten
Ausführungsbeispiel eine hohe Austreibertemperatur verwendet werden kann, bleibt
das Wärmeverhältnis trotz der Kälteleistung bei sehr tiefer Temperatur günstig.
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In diesen drei Ausführungsbeispielen sind Fälle beschrieben, bei denen
das Arbeitsmittel durch Wärmezufuhr bei hoher Temperatur ausgetrieben wird. Es ist
unter Umständen auch vorteilhaft, zur reversiblen Ausnutzung gegebener Kälte tiefer
Temperatur die Austreibung des Arbeitsmittels durch Verwendung einer Kältequelle,
z. B. durch Verwendung von Kohlensäureeis, vorzunehmen. In cliesern Falle wird das
Arbeitsmittel ausgetrieben durch Abfuhr der Kondensationswärme bei einer Temperatur,
die tiefer liegt als die Temperatur, bei der in der Absorptionsperiode das Kondensat
verdampft.
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Wenn der zu überbrückende Temperaturbereich so groß ist, daß er die
mit einem Stoffpaar (z. B. Ammoniak und Wasser) überbrückbare Temperaturdifferenz
überschreitet, empfiehlt es sich, als Arbeits- und Lösungsmittel verschiedene Stoffpaare
in -den einzelnen gekoppelten Apparaten zu verwenden. plan kann dann z. B. den im
höheren Temperaturbereich arbeitenden Apparat mit einer Lösung von wässeriger Natronlauge
betreiben.
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Durch Vereinigung mit anderen Wärmeumwandlern können periodisch wirkende
Absorptionsapparate ferner in neuartiger Weise als Wärme- bzw. Kältespeicher verwendet
werden; eine zweckmäßige Anwendung des Erfind'un;gsgedankens :ergibt sich z. B.,
wenn man einen periodisch wirkenden Absorptionsapparat mit einem anderen Wärmeumwandler
so vereinigt, daß er in seiner Absorptionsperiode an diesen Wärme abzugeben vermag,
die von ihm in seiner Austreibungsperiode aufgenommen und aufgespeichert wurde.
Für eine solche Anwendung der Erfindung als Wärmespeicher ist in der Fig. q. ein
Ausführungsbeispiel gezeichnet, bei dem ein periodischer Absorptionsapparat mit
einer Dampferzeugungsanlage gekoppelt ist.
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Mit toi ist ein gegen die Außenluft wärmeisoliertes Wärmespeichergefäß
bezeichnet, das mit Alkalilauge gefüllt ist. 202 ist ein ebenfalls wärmeisoliertes
Sammelgefäß für kondensierten Wasserdampf. Dieses Gefäß besitzt einen Dampfdom,
an dem eine durch ein Ventil 2o9 absperrbare Leitung 2o8 zur Entnahme von Dampf
angeschlossen ist. Das Sammelgefäß 2o2 bildet einen Teil eines Flüssigkeitsumlaufsystems,
dem ein im Speichergefäß toi angeordnetes Schlangenrohr 2o3 und ein Diffusor
205 angehört. In dem Diffusor 2o5 befindet sich eine Düse, welche das Ende
einer von einem Dampfkessel herkommenden, durch ein Ventil 2ol absperrbaren Leitung
2o6 bildet. Das aus dem Sammelgefäß 202, dem Schlangenrohr 203 und den Verbindungsleitungen
2o4 und 21q. bestehende Umlaufsystem ist zunächst bis zu dem im Gefäß 2o2 eingezeichneten
Stand mit Wasser angefüllt. Bei geöffnetem Ventil 2o7 wird Dampf durch die Düse
in den Diffusor 205
eingeblasen. Dieser Dampf wird im Schlangenrohr
203 kondensiert, und das Kondensat füllt allmählich das Sammelgefäß 202 an.
Die Kondensationswärme des eingeblasenen Dampfes überträgt sich hierbei auf die
im Speichergefäß 2o,1 befindliche Alkalilauge. Infolgedessen wird aus dieser Wasser
ausgedampft. Der Dampf gelangt durch eine oben an das Gefäß 201 angeschlossene Leitung
212 in ein beispielsweise in einem Flußlauf 2r0 angeordnetes Kondensationsgefäß
211, das durch eine zweite Leitung 213 mit dem unteren Teil des Speichergefäßes
toi verbunden ist. Im Gefäß 211 wird die kondensationswarme des aus der Alkalilauge
ausgetriebenen Dampfes durch das fließende Wasser abgeführt.
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Zur Entladung des Wärmespeichers wird das Ventil 207 geschlossen
und das Ventil 209 geöffnet, worauf sich aus dem in den Gefäßen 203 und 202
enthaltenen Wasser Dampf entwickelt. Die dabei der Alkalilauge im= Gefäß toi entzogene
Verdampfungswärine wird dadurch ersetzt, daß nunmehr auch das im Kondensationsgefäß
2z
r befindliche Wasser verdampft und der durch die Leitung 213 zum unteren Teil des
Speichergefäßes gor zurückkehrende Dampf von der Alkalilauge wieder absorhiert wird.
Man kann entweder in der angegebenen Weise die Wärmespeicherung so lange fortsetzen,
bis das Gefäß 2o2 mit Kondensat gefüllt ist, und dann dem System wieder so lange
Wärme entnehmen, bis dieses Gefäß sich wieder bis zum unteren Stand entleert hat.
Man kann aber auch eine kürzere Zeitdauer sowohl für die Wärmespeicherung als auch
für die Wärmeentnahme wählen. In diesen Fällen füllt bzw. entleert sich das Gefäß
nicht bis zu den angegebenen Grenzen.
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Will man einen periodisch wirkenden Absorptionsapparat mit einem anderen
Wärmeumwandler zum. Zwecke der Kältespeicherung vereinigen, so wird die Anordnung
zweckmäßig so getroffen, daß dem Kondensator des periodisch wirkenden Apparates
in dessen Kondensationsperiode Wärme entzogen wird, die von einem kälteerzeugenden
Teil des anderen Wärmeuinwandlers aufgenommen wird. In der Verdampfungsperiode des
zusätzlichen periodischen Apparates wird die so gespeicherte Kälte zurückgewonnen.
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In Fig. 5 ist für diese Anwendungsart der Erfindung ein Ausführungsbeispiel
gezeichnet, bei dem zwei periodisch wirkende Absorptionsapparate in einem Kühlschrank
vereinigt sind. 221 ist :der Kocherabsorber eines z. B. mit wässeriger Ammoniaklösung
arbeitenden periodischen Absorptionskälteapparates. Der durch eine Heizpatrone 222
ausgetriebene Ainmoniakdampf gelangt durch eine Leitung 223 in einen oben auf dem
Kühlschrank angeordneten luftgelcühltenKondensator 224, wo er niedergeschlagen wird.
Das Kondensat fließt durch eine Leitung 225 in einen in der Kühlschrankisolation
befindlichen Sammelbehälter 226, an den ein in den Kühlraum 229 hineinragendes,
den Verdampfer bildendes Schlangenrohr 228 angeschlossen ist.
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.Nach Ausschaltung der Heizpatrone 222 verdampft das flüssige Ammoniak
in dem Verdampfer 228, der dabei an den Kühlraum 229 Kälte abgibt. Der Dampf gelangt
durch eine Leitung 227 in den Kocherabsorber 221 wieder zurück, wo er absorbiert
wird.
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Um nun zu vermeiden, daß in der Absorptionsperiode die Temperatur
im Kühlraum 229 stark sinkt und in der Austreibungsperiode wieder ansteigt, ist
ein zweiter periodisch arbeitender Absorptionsapparat vorgesehen, dessen Kondensatorverdampfer
231 sich im Kühlraum befindet, während sein Kocherabsorber 230 oberhalb des
Kühlschrankes angeordnet ist.
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Im Gegensatz zum Kocherabsorber 221 ist der Kocherabsorber 23o nicht
mit einem Heizkörper ausgerüstet. Der zuletzt beschriebene zusätzliche Absorptionsapparat
wirkt als Kältespeicher. Die Kühlraumluft zirkuliert während der Absorptionsperiode
des kälteerzeugenden Apparates in der durch Pfeile bezeichneten Richtung. Ein Leitblech
235 teilt den Kühlraum derart auf, daß die zirkulierende Luft an dem im Kühlraum
befindlichen Kondensatorverdampfer 231 des Speicherapparates vorbeistreicht. Dieser
Kondensatorverdampfer ist mit Rippen 23q. versehen, um eine intensive Wärmeübertragung
zu ermöglichen. Durch die während der Absorptionsperiode des kälteerzeugenden Absorptionsapparates
eintretende Kühlwirkung sinkt der Druck im System des Speicherapparates, so daß
in diesem das Arbeitsmittel aus der Absorptionslösung ausgetrieben und verflüssigt
wird.
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Der Kondensatorverdampfer 231 des Speicherapparates, welcher in der
Absorptionsperiode des kälteerzeugenden Apparates als Kondensator gewirkt hat, arbeitet
nun, wenn die Temperatur im Kühlraum steigt, als Verdampfer und bewirkt durch seine
Kälteabgabe, daß die Temperatur im Kühlschrank in der Austreibungsperiode des kälteerzeugenden
Apparates nicht übermäßig ansteigen kann. Die Kühlraumluft zirkuliert dabei in entgegengesetzter
Pfeilrichtung.
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Durch diese Einrichtung wird also verhindert, daß die Temperatur im
Kühlraum während der Austreibungsperiode des kälteerzeugenden Apparates unzulässig
hoch ansteigt und während der Absorptionsperiode zu tief sinkt, ahne daß Kälte-
oder Heizenergie unnötig verbraucht wird.
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Wie eingangs bereits erwähnt wurde, kann der mit einem periodisch
wirkenden Absorptionsapparat zu einer Anlage vereinigte Wärmeumwandler auch eine
Wärmekraftanlage sein. Bei derartigen Kombinationen kann man unter möglichst großer
.Aniiäherung an den reversiblen Umwandlungsprozeß große Temperaturspannen in Wärmekraftanlagen
ausnutzen, ohne daß diese selbst bei den e@-tremen Temperaturen des vorhandenen
Bereiches zu arbeiten brauchen. Ganz allgemein genommen, kann man hierbei den periodisch
wirkenden Apparat finit der Wärmekraftanlage in einem oder in mehreren Stellen koppeln.
Man kann z. B. einen periodischen Apparat mit einer Wärmekraftanlage derart vereinigen,
daß ein Wärmeaustausch entweder während der Austreibungsperiode des periodischen
Apparates oder während der Absorptionsperiode stattfindet. Im ersten Falle kann
man beispielsweise von dem Kondensator des periodischen Apparates einem wärmeaufneliinenden
Teil der Wärmekraftanlage Wärme zuführen oder Abwärme der Wärmekraftanlage
für
die Heizung des Austreiber s des periodischen Apparates benutzen. Ist die Wärmekraftanlage
mit dem Absorptionsapparat während dessen Absorptionsperiode gekoppelt, so kann
der Absorber des periodischen Apparates mit einem wärmeaufnehmenden Teil, z. B.
mit einem Dampferzeuger der Wärmekraftanlage, in Wärmeaustausch stehen oder der
Verdampfer des periodischen Apparates mit einem wärmeabgebenden Teil der Kraftanlage,
z. B. mit einem Kondensator. Eine Kopplung in zwei Punkten ergibt sich z. B., indem
der Absorber des periodischen Apparates den Dampferzeuger der Wärmekraftanlage beheizt
und der Verdampfer des periodischen Apparates einen Kondensator der Wärmekraftanlage
kühlt. Schließlich ist es auch möglich, die Wärmekraftanlage mit dem periodischen
Absorptionsapparat sowohl in dessen Austreibungsperiode als auch in dessen Absorptionsperiode
zu koppeln.
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Fig.6 zeigt in schematischer Darstellung eine Wärmekraftanlage, die
mit vier periodischen Absorptionsmaschinen gekoppelt 'ist. Es handelt sich hierbei
um eine Anlage, die drei Turbinen verschiedener Druckstufen enthält. Zwei von den
periodischen Apparaten sind mit der Turbine der höchsten Druckstufe und die beiden
anderen mit der Turbine der niedrigsten Druckstufe verbunden.
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'Mit D ist der Hochdruckdampferzeuger der Anlage bezeichnet. An ihn
ist ein Überllitzer Z' angeschlossen, von dem aus eine Dampfleitung3oI zu derHochdruckturbineTl
führt. Die Abdampfleitung 302 dieser Turbine verzweigt sich im Punkt 303.
Ein Teil des Abdampfes gelangt von diesem Punkt durch eine Leitung 3o4 zu der hZitteldruckturbine
T2, während durch eine Leitung 305
der Rest des Abdampfes einem Zwischendruckkondensator
Cl zugeführt wird. Das Kondensat fließt durch eine Leitung 309, in welcher
ein Drosselventil 31o angeordnet ist, zu einem Zwischendruckdampferzeuger ZW. Der
hier erzeugte Dampf gelangt durch eine Leitung 311 zum Punkt 313,
in welchen die Abdampfleitung3I2 derMitteldruckturbineT2 mündet. Vom Punkt
313 wird der nunmehr vereinigte Dampf durch eine Leitung 314 der Niederdruckturbine
T3 zugeführt. -Nachdem er dort entspannt worden ist, gelangt er als Abdampf durch
eine Leitung 315 in einen Kondensator C., wo er niedergeschlagen wird. Das
Kondensat fließt von hier durch eine Leitung 3r6. zu einer Speisepumpe P, die es
durch eine Leitung 317, einen mit VW bezeichneten Vorwärmer und eine Leitung 318
in den Hochdruckdampferzeuger D zurückspeist.
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Dieser Kreislauf des Antriebsmittels der Turbinen ist nun in einer
Reihe von Punkten mit wärmeabgebenden bzw. wärmeaufnehmenden Teilen der vier periodisch
wirkenden Absorptionsapparate gekoppelt, und zwar wird dem Hochdampferzeuger D und
dem Zwischendruckdampferzeuger ZW Wärme von wärmeabgebenden Teilen der Absorptionsapparate
zugeführt, während dem Zwischendruckkondensator Cl und dem Kondensator C2 durch
wärmeaufnehmende Teile der Absorptionsapparate Wärme entzogen wird. Die Kocherabsorber
der vier periodischen Absorptionsapparate sind mit Al, A2, A3, A4 und deren
Kondensatorverdampfer mit K1, K2, 1i3,
K4 bezeichnet. Um die Fig. 6 nicht
unnötig zu überladen, ist für jeden dieser Absorptionsapparate als Symbol für, die
Verbindungsleitungen nur eine Verbindungslinie zwischen,dem jeweiligen Kocherabsorber
und dem zugehörigen Kondensatorverdampfer gezeichnet. Diese Verbindungslinien sind
mit 321 bis 324 bezeichnet. Für die Kopplung der periodischen Apparate mit der Wärmekraftanlage
sind mehrere Wärmeübertragungssysteme vorgesehen, die die Wärme durch umlaufende
Flüssigkeiten übertragen. Zum Antrieb der Flüssigkeiten dienen Pumpen P1, P2, P3,
P4, P5, PO, P7, P8. In allen wärmeabgebenden bzw. wärmeaufnehmenden Teilen
der Anlage sind für die Wärmeübertragung Schlangenrohre vorgesehen, durch die die
Umlaufsflüssigkeit zirkulieren kann. Die Anlage ist so durchgebildet, daß die Ko,cherabsorber
A1 und A. der mit dein Hochdruckteil der Wärmekraftanlage gekoppelten Absorptionsapparate
ihre Austreibungswärme von einem mit H bezeichneten Heizkessel erhalten, daß ferner
ihre Absorptionswärme dem Hochdruckdampferzeuger D zugeführt wird. Ebenso wird die
in dem Kondensatorverdampfer K1 und K2 frei werdende Kondensationswärme dem Hochdruckdampferzeuger
D zugeführt, während die zur Verdampfung erforderliche Wärme den Kondensatorverdampfern
K1 und K2 vom Zwischendruckkon.densator Cl der Wärmekraftanlage her zugeführt wird.
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Die mit dem Niederdruckteil der Wärmekraftanlage gekoppelten Kocherabsorber
A3 und A4 der periodischen Absorptionsapparate erhalten ihre Austreibungswärme vom
Kondensator C2 der Wärmekraftanlage, während die Absorptionswärme dieser Kocherabsorber
dem Zwischendruckdampferzeuger ZZ zugeführt wird. Die Kondensationswärme wird von
den zugehörigen Kondensatorverdampfern K3 und K4 an einen mit K bezeichneten Kühler
abgeführt, während die Verdampfungswärme den Kondensatorverdampfern Ks und K4 von
dem Kondensator C2 der Wärmekraftanlage zugeführt wird.
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Um ein kontinuierliches Arbeiten der Wärmeaustauscheinrichtungen zu
ermögliehen,
arbeiten immer zwei periodische Apparate zusammen,
die in ihren Arbeitsperioden derart gegeneinander versetzt sind, daß der eine Apparat
seine Austreibungsperiode hat, wenn der zweite Apparat seine Absorptionsperiode
hat. Die Flüssigkeitsumläufe, welche die Wärme an den Kopplungspunkten übertragen,
werden zu diesem Zweck periodisch umgeschaltet Hierzu dienen eine Reihe von Ventilen,
die in der Figur finit Z'1, 1f2, V3 bis l'12 bezeichnet sind. Diese Ventile nehmen
periodisch abwechselnd immer die in der Figur gezeichnete bzw. eine dazu um 9o°
entgegen dem Uhrzeigersinn gedrehte Lage ein.
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Bei der gezeichneten Ventilstellung wird der Kocherabsorber A1 vorn
Heizkessel H beheizt. In dem Heizkessel H befindet sich ein einen Teil eines Wärmefibertragungssystems
bildendes Schlangenrohr 326. In diesem Rohr wird die Übertragungsflitssigkeit erwärmt.
Sie gelangt über das Ventil L'3, eine Leitung 331 zu einer im Kocherabsorber
Al befindlichen Heizschlange 332 und von dort, angetrieben durch die Pumpe Pi, über
das Ventil V1 und eine Leitung 333 zum Schlangenrohr 326 zurück. Infolge der Beheizung
des Kocheräbsorbers Al wird das darin befindliche Arbeitsmittel aus dem Absorptionsmittel
ausgetrieben und gelangt dampfförmig durch die Leitung 321 in den Kondensatorverdampfer
K, Von diesem wird die Kondensationswärme durch folgenden Flüssigkeitsumlauf zum
HochdruckdampferzeugerD ,abgeführt: Die Flüssigkeit zirkuliert, Bangetrieben von
der Pumpe P4, über das Ventil Tjj" eine Leitung 365, eine Leitung 366, eine im Hochdruckdampferzeuger
D befindliche Heizsehlange 357, eine Leitung 356, eine Leitung 364 und eine im Kondensätorverdampfer
K1 angeordnete Kühlschlange 362.
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Der zweite Absorptionsapparat A2, K2 hat während dieser -Zeit seine
Absorptionsperiode. Der Kocherabsorber A2 wird nämlieh bei der gezeichneten Ventilstellung
durch einen Flüssigkeitsumlauf gekühlt, der von der Pumpe P2 über das Ventil V2,
eine Leitung 345, eine Leitung 336, eine im Hochdruckdampferzeuger D angeordnete
Heizsehlange 337, eine Leitung 344 und durch eine im KocherabsorberA2 befindliche
Wärmeübertragungsschlange 342 zur Pumpe P2 zurück verläuft.
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Während derselben Zeit wird dem Kondensatorverdampfer K2 Verdampfungswärme
vom Zwischendruckkondensator Cl her zugeführt: Für diese Wärmeübertragung dient
ein Flüssigkeitsumlauf, der, angetrieben von der Puinpe Pg, über das Ventil TV4,
eine Leitung 353, eine im Zwischendruckkondensator Cl, angeordnete Kühlschlange
358, das Ventil VG, eine Leitung 351 und ein im Kondensatorverdampfer K2
angeordnetes Schlangenrohr 352 zur Pumpe P3 zurück verläuft.
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Die beiden mit der Niederdruckturbine T3 gekoppelten Absorptionsapparate
arbeiten bei der gezeichneten Ventilstellung folgendermaßen Der Absorptionsapparat
As, l3 hat seine Austreibungsperiode, denn der Kocherabsorber A3 wird vom Kondensator
C2 der Wärmekräftanlage durch einen Flüssigkeitsumlauf beheizt, der, angetrieben
durch die Pumpe 1';, durch ein im Kocherabsorber A3 befindliches Schlangenrohr 374,
eine im Kondensator C., befindliche Kühlschlange 373 und das Ventil Vll zur Pumpe
P, zurück verläuft. Der zugehörige Kondensatorverdarnpfer K3 arbeitet zur selben
Zeit als Kondensator. Die Kondensationswärme wird von ihm aus an einen Kühler K
abgeführt, der beispielsweise mit einer tiefen Außentemperatur im Wärnieäustausch
steht. Dieser Umlauf verläuft von der Pumpe P, über ein im Kondensator verdampfer
K3 befindliches Schlangenrohr 377; das Ventil V7, den Kühler K, das Ventil 1-'"
zur Pumpe P8 zurück.
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Der vierte Absorptionsapparat A4, K, hat bei der gezeichneten Ventilstellung
seine Absorptionsperiode, der Kocherabsorber A4 wird durch einen Flüssigkeitsumlauf
gekühlt, der die Absorptionswärme dein Zwischendruckdampferzeuger ZW zuführt. Dieser
Umlauf verläuft von der Pumpe P8 über ein rin Kocherabsorber A4 befindliches Schlangenrohe
375, das Ventil Vlo, eine firn Zwischendruckdampferzeuger ZW befindliche Heizschlange
371 und das Ventil 1'1. zurück zur Pumpe P8. Dem zugehörigen Kondensatorverdampfer
K4 wird in dieser Zeit die zur Verdampfung erforderliche Wärme vom Kondensator C2
her zugeführt. Hierfür dient ein Flüssigkeitsumlauf, der von der Pumpe P;, über
ein im Kondensätorverdampfer K4 befindliches Schlangenrohr 376, eine im Kondensator
C2 befindliche Kühlschlange 372 und das Ventil V8 zur Pumpe P" zurück verläuft.
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Die Absorptionsapparate werden so betrieben, daß Austreibungs- und
Absorptionsperiode gleich lang sind. Die Ventile T, bis L'12 werden nach Beendigung
einer Arbeitsperiode in eine um 9o° entgegengesetzt dein Uhrzeigersinn gedrehte
Lage gebracht. Durch diese Umschaltung der Ventile werden die Flüssigkeitsumläufe,
welche die Kocherabsorber bzw. die Kondensatorverdampfer der periodischen Apparate
mit wärmeaufnehmenden bzw. wärmeabgebenden Teilen der Wärmekraftanlage verbinden,
derart umgeschaltet, daß die Kocherabsorber A1 und A3 nunmehr als Absarber und die
Kocherabsorber A2 und A4 nunmehr als Austreiber
arbeiten. Dementsprechend
sind bei umgestellten Ventilen die Flüssigkeitsumläufe der Kondensatorverdampfer
derart geschaltet, daß die Kondensatorverdampfer K1 und K3 nunmehr als. Verdampfer
und die Kondensatorverdampfer K2 und K4 als Kondensatoren arbeiten.
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Wie man an den Flüssigkeitsumläufen, die für diese Ventilstellung
im einzelnen nicht mehr verfolgt werden sollen, leicht feststellen kann, erhält
bei der neuen Ventilstellung der Kocherabsorber A2 seine Austreibungswärine vom
Heizkessel H her. Der' Kondensatorverdampfer K2 führt die Kondensationswärme an
den Hochdruckdampferzeuger D ab. Der Kocherabsorber AI führt seine Absorptionswärme
an den Hochdruckdampferzeuger D ab, und der Kondensatorverdampfer K,. erhält die
erforderliche Verdampfungswärme vom Zwischendruckkondensator C1 her. Der Kocherabsorber
As führt seine Absorptionswärme an den Zwischendruckdampferzeuger ZW ab, der zugehörige
Kondensatorverdampfer K3 bekommt seine Verdampfungswärme vom Kondensator C2 her,
der Kocherabsorber A4 schließlich bekommt seine Austreibungswärme vom Kondensator
C2 her, und der zugehörige Kondensator K2 führt die :Kondensationswärme an den Kühler
K ab. ' Als Antriebsmittel für die Wärmekraftanlage kommt z. B. Wasserdampf in Frage.
Die beiden im unteren Temperaturbereich arbeitenden Wärmetransformatoren (die
pe-
riodischen Apparate A3, K3 und A4, K4) können beispielsweise mit einer
Lösung von Ammoniak und Wasser arbeiten, während die im oberen Temperaturbereich
arbeitenden Wärmetransformatoren (die periodischen Apparate A1, K,. und A2, K2)
z. B. mit wässeriger Natronlauge betrieben werden können. Als übertragungsflüssigkeit
in dem Flüssigkeitsumlaufsystem kommen für den unteren Temperaturbereich beispielsweise
Sole in Frage, während im oberen Temperaturbereich mit Vorteil schwer siedende Öle,
z. B. Paraffinöl, verwendet werden.
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Der Zweck der in Fig.6 beschriebenen Anordnung ist die möglichst reversible
Ausnutzung von Wärme sehr hoher Temperatur, die im Heizkessel H erzeugt wird, und
die Ausnutzung der Kühlwirkung einer vorhandenen tiefen Umgebungstemperatur im Kühler
K. Dabei ist es ein besonderer Vorteil, daß die hohe Temperatur des durch den Heizkessel
H beheizten Mediums bzw. der in dem Absorptionsapparat arbeitenden Medien nicht
mit den Kraftmaschinen in Berührung kommt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß
der Antriebsdampf nicht bis auf den der tiefen Umgebungstemperatur entsprechenden
Druck entspannt zu werden braucht, was wegen der sehr großen Wasserdampfvolumina
wirtschaftlich gar nicht durchführbar wäre. Es ist also auf dein angegebenen Wege
möglich, gegebene Temperaturspannen von ungewöhnlicher Größe annähernd reversibel
auszunutzen, wobei die Temperatur des Antrieb,smittels selbst weit von den Gre,nzitemperaturen
entfernt bleibt.
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In allen Ausführungsbeispielen sind periodisch wirkende Absorptionsapparate
dargestellt, in denen ein dampfförmiges Arbeitsmittel kondensiert und das Kondensat
wieder verdampft wird. Statt dessen kann man auch, ohne vom Wesen der Erfindung
abzuweichen, periodische Absorptionsmaschinen verwenden, bei -denen das Arbeitsmittel
in einer Lösung verflüssigt wird, aus der heraus es in der Absorptionsperiode wieder
verdampft.