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Einrichtung zur Wärmeumwandlung Bei den bekannten Absorptionskälteapparaten,
und zwar .sowohl bei den periodisch arbeitenden als auch bei den kontinuierlich
arbeitenden Apparaten wird das Kühlmittel des Absorbers und des Kondensators entweder
parallel oder hintereinandergeschaltet. Es wird bei allen diesen bekannten Apparaten
bei zwei verschiedenen Temperaturen. aus Wärmequellen Wärme zugeführt, nämlich überlicherweise
bei der hohen Heiztemperatur und bei der tiefliegenden Kühlraumtemperatur. Bei einer
dritten gewöhnlich in der Mitte zwischen den beiden anderen liegenden Temperatur
wird Wärme an eine Wärmesenke abgeführt. Im folgenden werden Wärmequellen und Wärmesenken
der oben bezeichneten Art allgemein als Wärmereservoire bezeichnet. Wenn das Kühlmittel
des Absorbers und Kondensators, also beispielsweise das Kühlwasser parallel geschaltet
wird, dann ist es wohl möglich, daß die Austrittstemperatur des Kühlmittels an den
beiden in Frage kommenden Stellen verschieden groß ist. Aber immer werden sich in
diesem Falle die Temperaturbereiche, bei denen das Kühlmittel arbeitet, überschneiden.
Diese Bereiche liegen bei den bekannten Apparaten niemals weit auseinander, so daß
im wesentlichen bei allen bekannten Absorptionsapparaten bei drei verschiedenen
Temperaturen Wärme zu-bzw. abgeführt wird.
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Es sind also nur immer drei Wärmereservoire vorhanden. Im Gegensatz
dazu besteht die Erfindung darin, daß Teile eines nach Art eines Absorptionsapparates
arbeitenden Wärmetransformators mindestens vier Wärmemengen in Temperaturbereichen
zugeführt bzw. entzogen werden, die sich während der Transformation nicht überschneiden.
Es werden also mindestens vier Wärmereservoire verschiedener Temperatur mit denjenigen
Teilen des Wärmetransformators in Wärmeaustausch kommen, in denen eine Verdampfung
oder Verflüssigung bzw. eine Entgasung oder Absorption stattfindet. Der Wärmetransformator
kann dabei aus einem einzigen Absorptionsapparat oder auch aus mehreren einzelnen
Apparaten bestehen, bei denen gegebenenfalls wärmeaufnehmende bzw. wärmeabgebende
Teile miteinander in Wärmeaustausch stehen. Aber auch wenn ein einziger Absorptionsapparat
als Wärmetransformator benutzt wird, kann es zweckmäßig sein, einzelne Gefäße des
Apparates untereinander in Wärmeaustausch treten zu lassen.
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Mit den Apparaten gemäß der Erfindung lassen sich die verschiedenartigsten
thermischen
Effekte erzielen, sei es, daß man sie lediglich zur
Umformung von Wärme benutzt, sei es, daß man sie mit anderen Wärmeumwandlern koppelt.
Als Wärmeumwandler im Sinne der Erfindung können dabei perl-. odisch oder kontinuierlich
arbeitende Absorp-, tionsapparate, Dampfkraftanlagen, Dampf= speicheranlagen, überhaupt
alle solche Anlagen dienen, bei denen Wärme einer gegebenen Temperatur in Wärme
anderer Temperatur oder in eine andere Energieform umgewandelt wird.
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Man kann mit Vorteil bei einer solchen Einrichtung periodisch wirkende
Absorptionsapparate verwenden, und zwar vorzugsweise solche, die mit festem Absorptionsmittel
arbeiten, das mit dem Arbeitsmittel eine chemische Verbindung bildet. Bei chemisch
wirkenden Absorptionsstoffen ist es nämlich zumindest in gewissen Konzentrationsgrenzen
möglich, Arbeitsmittel bei konstanter Temperatur auszutreiben und zu absorbieren.
Man kann dann also die Wärme von den einzelnen Teilen des Absorptionsapparates bei
konstanter Temperatur zu- bzw. abführen. Da man in vielen Fällen bei Wärmeumwandlungsanlagen
Wert darauf legt, in bestimmten konstanten Temperaturgrenzen zu arbeiten, ist die
Verwendung der genannten Stoffe sehr vorteilhaft.
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Andererseits haben jedoch periodisch wirkende Absorptionsapparate
den Nachteil, daB bei ihrer Verwendung in Wärmeumwandlungsanlagen besondere Einrichtungen
zur Umschaltung der Wärmeübertragungseinrichtungen beim Periodenwechsel notwendig
sind. Solche Umschalteinrichtungen sind bei Verwendung von kontinuierlich arbeitenden
Absorptionsapparaten entbehrlich. Aus diesem Grund werden solche Apparate in vielen
Fällen zu bevorzugen sein.
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In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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In Fig. i ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Einrichtung
zur Wärmetransformation dargestellt, bei der zwei periodische Absorptionsapparate
verwendet sind. Die Anlage ermöglicht es, eine Wärmequelle sehr hoher Temperatur
zum Betreiben einer Dampfturbine, zur Erzeugung von Kälte und zur Abgabe von Heizwärme
mittlerer Temperatur auszunutzen. Die Kocherabsorber der periodischen Aborptionsapparate
sind mit KAI, KA, die zugehörigen Verdampfer mit CVI, CV2 bezeichnet. Mit
i ist der Wärmeerzeuger hoher Temperatur T3 bezeichnet. Er kann mit Hilfe eines
mit einem umlaufenden Medium arbeitenden Wärmeübertragungssystems wahlweise den
einen und den anderen Kocherabsorber beheizen. Das Übertragungssystem besteht aus
einer im Wärmeerzeuger i befindlichen Rohrschlange 2, je einer in den Kocherabsorbern
angeordneten Rohrschlange 3, q. und den aus der Figur ersichtlichen Umlaufleitungen,
in denen zur Umschaltung des Umlaufsystems dienende Ven-"tilg 5, 6 angeordnet sind.
Die Absorptions-,..wärme bei der Temperatur T2 wird von den Xöcherabsorbern auf
einen Wasserdampferzeuger 7 übertragen mit Hilfe eines Umlaufsystems, welches aus
einer in diesem Dampferzeuger 7 befindlichen Rohrleitung 8, je einer in. den Kocherabsorbern
befindlichen Rohrschlange 9 und io und den zugehörigen Umlaufleitungen besteht.
In den Umlaufleitungen sind auch hier Ventile 11, 12 vorgesehen, welche zur wahlweisen
Umschaltung des Umlaufsystems dienen.
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Die Absorptionswärme wird dem im Wasserdampferzeuger 7 befindlichen
Wasser zugeführt, wodurch dieses verdampft wird. Der Dampf gelangt durch eine Leitung
13, in der gegebenenfalls der Dampf von den Abgasen des Wärmeerzeugers i überhitzt
werden kann, zu einer Turbine 1d., wo er entspannt wird. Eine Abdampfleitung 15
führt in einen Kondensator 16. Hier wird der Dampf niedergeschlagen, und die hierbei
frei werdende Kondensationswärme wird in einem Übertragungssystem 17 bei der Temperatur
TI für Heizzwecke nutzbar gemacht. Das Kondensat wird mit Hilfe einer Pumpe 18 wieder
in den Wasserdampferzeuger 7 zurückgespeist.
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Die Kondensatorverdampfer CVI und CTl2 besitzen Wärmeübertragungsschlangen
i9 und 20, welche zu einem Übertragungssystem gehören, das dazu dient, die zur Verdampfung
des Arbeitsmittels benötigte Wärme einem Kühlraum 21 bei der Temperatur To zu entziehen.
Zu diesem Zweck ist in den Kühlraum eine Rohrschlange 22 eingebaut, die in der aus
der Figur ersichtlichen Weise mit den Schlangen i9 und 20 verbunden ist. 23 und
24 sind Umschaltventile in diesem System.
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Die bei der Austreibung frei werdende Kondensationswärme wird für
Heizzwecke verwendet. Hierfür dienen in die Kondensatorverdampfer eingebaute, Übertragungsschlangen
25, 26, die mit einem Kühler 28 und den zugehörigen Ventilen 29, 3o ein Wärmeübertragungssystem
bilden. Die Kondensationswärme des Arbeitsmittels der Absorptionsapparafe wird von
dem Kühler 28 auf ein Wärmeübertragungssystem 31 übertragen, in welchem die Wärme
bei der Temperatur T für Heizzwecke nutzbar gemacht wird.
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Bei der in der Fig. i gezeichneten Ventilstellung arbeitet der Absorptionsapparat
K12, CTl, in seiner Austreibungsperiode und der Apparat KAI CTh in seiner Absorptionsperiode.
Nach Ablauf einer bestimmten Zeit werden sämtliche Ventile in eine gegenüber der
gezeichneten
Lage um go° im Uhrzeigersinne gedrehte Lage gebracht, so daß dann der Absorptionsapparat
KA, CIr. seine Verdampfungsperiode und KA, CTh seine Austreibungsperiode
hat. Die Anlage ermöglicht somit eine kontinuierliche Kältelieferung im Kühlraum
a1, eine kontinuierliche Wärmeentnahme für Heizzwecke in den Systemen
31, 17 und durch kontinuierliche Wärmezufuhr zum Dampferzeuger 7 den Betrieb
der Turbine i4.. Bei dieser Kupplung zwischen einem Wärmetransformator mit vier
Wärmereservoiren und einer Wärmekraftanlage wird es erreicht, daß gegenüber einer
üblichen Absorptionskältemaschine (Wärmetransformator mit drei Reservoiren) Kälte
bei etwas köherer Temperatur geleistet wird, dafür jedoch unter annähernd demselben
Wärmeaufwand zusätzliche Arbeit erzeugt wird.
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Man kann z. B. in den periodischen Absorptionsapparaten als Absorptionsmittel
Strontiumbromid und als Arbeitsmittel Ammoniak verwenden. An Stelle der in den Figuren
dargestellten Kondensationsapparate kann es zweckmäßig sein, Resorptionsapparate
zu verwenden.
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In den Wärmeübertragungssystemen kann man z. B. für die hohe Temperatur
Wasser und für die tiefe Temperatur schweflige Säure oder Ammoniak nehmen.
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Diese Übertragungsmedien werden in den wärmeaufnehmenden Teilen der
Wärmeübertragungssysteme verdampft und in den. wärmeabgebenden Teilen kondensiert.
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In Fig. z ist eine Anlage dargestellt, bei der eine kontinuierlich
wirkende Resorptionsmaschine verwendet ist und wobei eine hohe Heiztemperatur T,
ausgenutzt wird zur Kältelieferung bei der Temperatur To, zum Antrieb einer Turbine
zwischen den Temperaturen T2 und T1 und zur Abgabe von Heizwärme bei der Temperatur
T, Mit ioi ist der Austreiber des Absorptionsapparates bezeichnet. Ihm wird beispielsweise
mit Hilfe einer Heizeinrichtung ioa die Austreibungswärme bei der Temperatur T3
zugeführt. Die Arbeitsmittelgase gelangen durch eine Leitung 103
in einen
Resorber 104, in den eine Kühlschlange 105 eingebaut ist, mit deren Hilfe bei der
Temperatur T, Heizwärme abgegeben wird. io6 ist der Verdampfer des kontinuierlichen
Absorptionsapparates. Ihm wird die für die Verdampfung des Arbeitsmittels notwendige
Wärme mit Hilfe einer in den Vergaser eingebauten Rohrschlange 107 z. B. aus einem
Kühlraum zugeführt. Das dampfförmige Arbeitsmittel gelangt vom Verdampfer io6 durch
eine Leitung io8 zum Absorber iog, wo es wieder von der armen Absorptionslösung
aufgenommen wird. Zwischen dem Austreiber ioi und dem Absorber,iog einerseits und
dem Resorber io¢ und dem Verdampfer io6 anderseits sind mit i io, i i i, 11a,
113 bezeichneteUmlaufleitungen für die Absorptionslösung vorgesehen, die
in ihrem mittleren Teil miteinander in Wärmeaustausch gebracht sind. Die Wärmeaustauscher
sind in der Figur mit WA, und WA, bezeichnet. In der vom Austreiber ioi zum
Absorber iog führenden Leitung befindet sich ein Drosselventil hl und in der vom
Absorber zum Austreiber führenden Leitung iio eine zum Antrieb des Lösungsumlaufs
dienende Pumpe P, In entsprechender Weise ist in der Leitung 113 ein
Drosselventil V2 und in der Leitung i 12 eine Pumpe P2 angeordnet. Mit Hilfe der
beschriebenen Lösungsumläufe wird die arme Absorptionslösung vom Austreiber ioi
zum Absorber geleitet, von dort nach ihrer Anreicherung mit dem Arbeitsmittel wieder
zum Austreiber zurückgefördert. In ähnlicher Weise gelangt die im Resorber 104 mit
Arbeitsmittel angereicherte Lösung zum Verdampfer io6, während die arme Lösung nach
der Entgasung wieder zum Resorber zurückgepumpt wird. Die bei der Temperatur T2
frei werdende Absorptionswärme dient zur Verdampfung des Arbeitsmittels einer Turbine
:L71. Zu diesem Zwecke ist in den Absorber iog ein Kessel 114 eingebaut, in welchem
Wasser zum Antrieb der Turbine Ml verdampft wird. Der Dampf gelangt durch eine oben
an den Kessel 114 angeschlossene Leitung 115, wo er gegebenenfalls durch
die Abgase der Feuerung ioz überhitzt wird, zur Turbine, wo er entspannt wird. Der
Abdampf wird durch eine Leitung 116 in einen Kondensator 117 geleitet. Die bei der
Verflüssigung frei werdende Kondensationswärme wird an die zu Heizzwecken dienende,
durch eine Rohrschlange 118 fließende Flüssigkeit abgegeben. Das Kondensat fließt
durch eine Leitung i19 zu einer Speisepumpe Pg, von der es wieder in den Behälter
114 gefördert wird. Am unteren Teil des Verdampfers io6 kann eine Leitung izo angeschlossen
sein, die einerseits zum Absorber iog führt und anderseits einen Auslaßstutzen hat.
Diese Leitung kann zum Ausgleich der Füllungen der beiden Systeme 104, io6und ioi,
iog und zum Entleeren der Systeme dienen: Um die entsprechenden Verbindungen herzustellen,
erhält die Leitung die Ventile V3, h4 und V,9.
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Abweichend von dem beschriebenen Betrieb könnte man, statt dem Gefäß
io6 Wärme von einem Kühlraum zuzuführen, auch Abwärme zur Verdampfung des Arbeitsmittels
verwenden.
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In dem Resorptionsapparat kann man als Absorptionsmittel Natron- oder
Kalilauge oder ein Gemisch der beiden und als Arbeitsmittel
Wasserdampf
verwenden. Man kann auch in den Systemen ioi, zog einerseits und 104, io6 anderseits
verschiedene Lösungsmittel verwenden, z. B. im ersten System flüssiges Zinkchlorid
und im zweiten Wasser. Das Arbeitsmittel ist in diesem Falle Ammoniak. Zum Füllen
der Systeme dienen die mit Ventilen V5 und V, versehenen Füllanschlüsse. Wenn die
verwendeten Stoffe bei Zimmertemperatur fest sind, ist es zweckmäßig, das System
ior, iog mit einer Einrichtung zu versehen, die nach längerem Stillstand der Anlage
und auch beim Füllen eine solche Temperatur aufrechterhält, daß die Stoffe flüssig
sind. Zu diesem Zwecke können alle Leitungen und Gefäße mit einer Dampfheizung versehen
sein, die während des Betriebes der Anlage ausgeschaltet wird.
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Man kann das System 104, io6 auch als Kondensationssystem ausbilden.
In diesem Falle ist das Gefäß 104 ein Kondensator, es ist dann nur eine Verbindungsleitung
mit einem Ventil zwischen den Gefäßen io4 und io6 nötig.
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In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der Wärmetransformator
dazu verwendet wird, durch Wärmezufuhr aus einem Reservoir einer Temperatur T, Heizwärme
bei zwei höher liegenden Temperaturen T2 und T, und bei einer tiefer liegenden Temperatur
To zu gewinnen. Zum Wärmetransformator gehören mit.2oi bis 2o6 bezeichnete Behälter,
in denen sich Absorptionslösung in verschiedenen Konzentrationen befindet. Den Behältern
2o2 und 203 wird Heizwärme bei der Temperatur T1 zugeführt. Hierzu dienen
in diese Behälter eingebaute Rohrschlangen 207, 2o8, durch die ein Heizmedium,
beispielsweise eine Flüssigkeit, geleitet wird. Diese Gefäße können gegebenenfalls
mit Abdampf oder anderen Heizquellen beheizt werden.
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Aus dem Behälter 2o2 wird infolge der Beheizung Arbeitsmittel ausgetrieben.
Dieses gelangt durch eine Leitung 2o9 in den als Resorber arbeitenden Behälter toi.
Die Arbeitsmittelgase werden in diesem Resorber absorbiert. Die hierbei frei werdende
Wärme wird mit Hilfe eines durch eine Rohrschlange 2io hindurchgeleiteten Mediums
nach außen bei der Temperatur To abgeführt.
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Die arme Lösung fließt vom unteren Teil des Austreibers 2o2 durch
eine Leitung 2i i über eine Pumpe Po durch einen Wärmeaustauscher WA, eine
Leitung 2i2, einen zweiten Wärmeaustauscher WA5 und eine Leitung 2i3 in den oberen
Teil des Behälters 2o6, der als Absorber arbeitet. Die Absorptionswärme wird aus
diesem Behälter 2o6 mit Hilfe einer darin eingebauten Rohrschlange 2i4 bei der Temperatur
T3 nach außen abgeführt. Der Behälter 2o5 arbeitet als Austreiben Die an dieser
Stelle ausgetriebenen Arbeitsmitteldämpfe gelangen durch eine Leitung 2 i 5 in den
Absorber 2o6, wo sie von der durch die Leitung 213 zufließenden armen Lösung absorbiert
werden. Die mit dem Ärbeitsmittel angereicherte Lösung fließt vom Absorber 2o6 durch
eine Leitung 2 z 6, den Wärmeaustauscher WA,, und eine mit einem Drosselventil V1,
versehene Leitung 2i7 zum oberen Teil des Behälters 204. In diesem Behälter wird
von der oben zufließenden Lösung noch weiteres Arbeitsmittel absorbiert, so daß
sich die Konzentration der Lösung noch weiter erhöht. Die bei diesem Absorptionsvorgang
frei werdende Wärme wird bei der Temperatur T2 abgeführt, und zwar wird ein Teil
dieser Wärme durch die durch eine Rohrschlange 2i9 geleitete Flüssigkeit nach außen
abgeführt, während der andere Teil dieser Wärme dem Austreiber 2o5 zum Zweck der
Entgasung zugeführt wird. Hierfür dient ein Wärmeübertragüngssystem, welches aus
einer im Behälter 204 befindlichen Rohrschlange 22o, einer im Behälter
205 befindlichen Rohrschlange 22i und einer Verbindungsleitung 222 besteht.
In diesem System arbeitet in üblicher Weise eine im unteren Teil verdampfende und
im oberen Teil kondensierende Flüssigkeit. Dem als Absorber arbeitenden Behälter
204 wird Arbeitsmittelgas durch eine Leitung 223 vom Behälter 2o3 her zugeführt,
der als Austreiber arbeitet.
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Aus dem unteren Teil des Absorbers 204 wird die Absorptionslösung
hoher Konzentration durch eine Leitung 224 über den Wärmeaustauscher WA, und eine
mit einem Ventil T12 versehene Leitung 225 in den oberen Teil des Austreibers 2o2
geleitet.
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Zwischen den Gefäßen toi, 2o3, 205 ist ein Lösungsumlauf vorgesehen,
der ähnlich dem eben beschriebenen zwischen den Gefäßen 2o2, 2o4, 2o6 angeordneten
Lösungsumlauf verläuft. Vom unteren Teil des Absorbers toi gelangt die Absorptionslösung
hoher Konzentration, angetrieben durch eine Pumpe P7, über eine Leitung 226, einen
Wärmeaustauscher WA, eine Leitung 227, einen Wärmeaustauscher WA,
und eine Leitung 228 in den oberen Teil des Austreibers 205. Nachdem dort ein Teil
des Arbeitsmittels ausgedampft worden ist, fließt die Absorptionslösung mit einer
entsprechend niedrigeren Konzentration am unteren Teil des Austreibers
205 ab durch eine Leitung 229, den Wärmeaustauscher WA,, eine mit einem Ventil
Vig versehene Leitung 203 zum oberen Teil des Austreibers 2o3. Dort wird
aus der Lösung in der beschriebenen Weise noch weiteres Arbeitsmittel durch Entgasung
entzogen, und die arme Lösung gelangt von dem
unteren Teil des Austreibers
203 über eine Leitung 23 i, den Wärmeaustauscher WA, und eine mit einem Ventil
T114 versehene Leitung 232 zum oberen Teil des Absorbers gor zurück. Damit ist auch
dieser Lösungsumlauf geschlossen.
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Der Absorber toi ist mit dem Austreiber 2o2 durch eine Leitung 233
verbunden, welche einen Ablaßstutzen und die Ventile V1, V18, T12o besitzt. Zum
Füllen dienen die mit den Ventilen V15, Tllo versehenen Füllstutzen.
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Der Wärmetransformator wird z. B. mit wäßriger Natronlauge gefüllt.
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Man kann das System toi, 203 auch als Kondensationssysteme
ausbilden; in diesem Fall wird der vom Gefäß 2o2 durch die Leitung Zog kommende
Arbeitsmitteldampf im Gefäß toi kondensiert, das Kondensat gelangt über die Pumpe
P7 und die Leitungen 2a6, 227, WAS, 228 in das Gefäß 205, der Wärmeaustauscher
WA, fällt in diesem Falle fort. Im Gefäß 205 wird ein Teil des flüssigen
Arbeitsmittels durch die vom Gefäß 2,04
her übertragene Wärme verdampft und
strömt über Leitung 215 zum Absorber 2o6. Der Rest der Arbeitsflüssigkeit
verläßt das Gefäß 2o5 durch die Leitung 229, WA" 230, Ventil Z'13 und gelangt
in das Gefäß 203, wo er durch Wärmezufuhr verdampft wird. Es empfiehlt sich,
unter diesen Umständen zwischen Gefäß 203 und toi eine Ausgleichsleitung
mit Ventil einzuschalten.
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Sinngemäß kann der beschriebene Wärmetransformator auch dazu benutzt
werden, Wärme bei den Temperaturen To, T2 und T3 zuzuführen und bei der Temperatur
T, Wärme zu gewinnen. In diesem Falle kehren sich die Funktionen der einzelnen Gefäße
lediglich um.
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Hat man ein in der Natur vorhandenes Wärmereservoir bei der Temperatur
To (Wärmesenke), z. B. Flußwasser, so kann man die im Absorber toi frei werdende
Wärme an diese Wärmesenke abführen.
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In Fig.4 ist eine Anlage dargestellt, bei der zwei kontinuierlich
wirkende Resorptionsmaschinen verwendet sind und wobei eine hohe Heiztemperatur
T4 ausgenutzt wird zur Kältelieferung bei der Temperatur To; zum Antrieb einer Turbine
zwischen den Temperaturen T2, T1 und einer _ zweiten Turbine zwischen den Temperaturen
T3, T2 und zur Abgabe von Heizwärme bei der Temperatur T2. Mit ioi ist der Austreiber
des Absorptionsapparates bezeichnet. Ihm wird beispielsweise mit Hilfe einer Heizeinrichtung
io2 die Austreibungswärme bei der Temperatur T4 zugeführt. Die Arbeitsmittelgase
gelangen durch eine Leitung 103 in einen Resorber 104, in den eine Kühlschlange
io5 eingebaut ist, mit deren Hilfe bei der Temperatur T2 Heizwärme abgegeben wird.
io6 ist der Entgaser des einen kontinuierlichen Resorptionsapparates. Ihm wird die
für die Ausdampfung des Arbeitsmittels notwendige Wärme mit Hilfe einer in den Entgaser
eingebauten Rohrschlange 107 zugeführt. Das dampfförmige Arbeitsmittel gelangt vom
Entgaser io6 durch eine Leitung io8 zum Absorber iog, wo es wieder von der armen
Absorptionslösung aufgenommen wird. Zwischen dem Austreiber ioi und dem Absorber
iog einerseits und dem Resorber 104 und dem Entgaser io6 anderseits sind mit i io,
111, 112, 113 bezeichnete Umlaufleitungen für die Absorptionslösung vorgesehen,
die in ihrem mittleren Teil miteinander in Wärmeaustausch gebracht sind. Diese Austauscher
sind in der Figur mit WA bezeichnet. In der vom Austreiber ioi zum Absorber iog
führenden Leitung befindet sich ein Drosselventil V1 und in der vom Absorber zum
Austreiber führenden Leitung i io eine zum Antrieb des Lösungsumlaufes dienende
Pumpe P, In entsprechender Weise ist in der Leitung 113 ein-Drosselventil T12 und
in der Leitung i 12 eine PumpeP2 angeordnet. Mit Hilfe der beschriebenen Lösungsumläufe
wird die arme Absorptionslösung vom Austreiber ioi zum Absorber geleitet, von dort
nach ihrer Anreicherung mit dem Arbeitsmittel wieder zum Austreiber zurückgefördert.
In ähnlicher Weise gelangt die im Resorber 104 mit Arbeitsmittel angereicherte Lösung
zum Entgaser io6, während die arme Lösung nach der Entgasung wieder zum. Resorber
zurückgefördert wird. Die bei der Temperatur T3 frei werdende Absorptionswärme dient
zur Beheizung des Antriebsmittels einer Turbine T, Zu diesem Zweck ist in den Resorber
ein Kessel 114 eingebaut, in welchem das flüssige, zum Antrieb der Pumpe dienende
Arbeitsmittel verdampft wird. Der Dampf gelangt durch eine oben an den Kessel 114
angeschlossene Leitung 115 zur Turbine, wo er entspannt wird. Der Abdampf wird durch
eine Leitung 116 in einen Kondensator i17 geleitet. Die bei der Verflüssigung frei
werdende Kondensationswärme wird an die zu Heizzwecken dienende, durch eine Rohrschlange
iiS fließende Flüssigkeit abgegeben. Das Kondensat fließt durch eine Leitung i19
zu einer Speisepumpe P3, von der es. wieder in den Behälter 114 gefördert wird.
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Am Punkt 121 verzweigt sich die vom Austreiber i o i kommende, die
Kältemittelgase führende Leitung. Ein Teil wird im Resorber 104 bei der Temperatur
T2 resorbiert, der andere Teil durch eine Leitung 122 in den Kondensator 123 geleitet,
wo die Kondensationswärme mit Hilfe einer in das Kondensatorgefäß eingebaute Kühlwasserschlange
124 bei der Temperatur T1 abgeführt wird. Das Arbeitsmittelkondensat fließt durch
eine
Leitung 125 über ein Ventil T13, in einen Verdampfer
126, dem mit Hilfe einer eingebauten Rohrschlange 127 die zur Verdampfung
des Kältemittels erforderliche Wärme bei der Temperatur To z. B. aus einem nicht
dargestellten Kühlraum zugeführt wird. Das gasförmige Arbeitsmittel wird von dem
Verdampfer 1.26 durch eine Leitung 128 in einen Resorber 129 geleitet und dort von
der darin befindlichen armen Absorptionslösung absorbiert. Die bei diesem Vorgang
frei werdende Wärme wird mit Hilfe einer in den Resorber 129 eingebauten Kühlwasserschlange
13o bei der Temperatur Tl abgeführt. Mit diesem Resorber 129 arbeitet ein Verdampfer
131 zusammen, in den eine Rohrschlange i32 eingebaut ist, welche die zur Verdampfung
des Arbeitsmittels bei der Temperatur To erforderliche Wärme zuführt. Zwischen den
Gefäßen 129 und.131 zirkuliert die Absorptionslösung durch Leitungen 133, 134. Zum
Antrieb des Umlaufs dient eine in der Leitung 133 eingebaute Pumpe PS und zur Regelung
ein in der Leitung 134 befindliches Ventil V31. Die beiden Umlaufleitungen sind
in ihrem mittleren Teil als Wärmeaustauscher WA3 ausgebildet. Das aus dem Entgaser
131 ausgedampfte Arbeitsmittel gelangt durch eine Leitung 135 und die Leitung io8
zum Punkt 136, wo es sich mit dem aus dem Entgaser io6 ausgetriebenen Arbeitsmittel
vereinigt und mit diesem gemeinsam durch die Leitung io8 zum Absorber iog zurückkehrt.
Die von der Turbine 1171 kommende Abdampfleitung 116 verzweigt sich im Punkt 137.
Ein Teil des Abdampfes wird in der schon beschriebenen Weise dem Kondensator 117
zugeleitet, während der andere Teil über eine Leitung 138 einer Turbine 1172 zugeführt
wird, die in einer niedrigeren Druckstufe arbeitet als die Turbine 1171. Das in
der Turbine 11A2 entspannte Betriebsmittel (Wasserdampf) wird schließlich durch
eine Leitung 139 einem Kondensator 140 zugeleitet und dort niedergeschlagen. Die
bei der Kondensation frei werdende Wärme wird abgeführt mit Hilfe eines Wärmeübertragungssystems,
welches aus einer im Kondensator 140 eingebauten Rohr-. schlange 141, einer Leitung
142 und der im Entgaser 1o6 befindlichen Rohrschlange 107
besteht. Auf diese
Weise wird die Kondensationswärme des Abdampfes der TurbinekT2 zur Entgasung des
Arbeitsmittels im Entgaser io6 verwendet. Aus dem Kondensator 140 wird das flüssige
Turbinenantriebsmittel mit Hilfe einer Pumpe P4 und einer Leitung 143 zu einem Punkt
144 gefördert, wo es sich mit dem von dem Kondensator 117 durch Leitung iig herkommenden
Kondensat vereinigt und dann mit diesem gemeinsam über die Pumpe P3 zum Behälter
114 zurückgedrückt wird. Am unteren Teil des Entgasers io6 ist eine Leitung mit
den Ventilen I13, T14, T17 und T119 angeschlossen, die dem in Fig. 2 bereits erwähnten
Zwecke dient. Eine weitere Ausgleichsleitung 145 mit einem Ventil Vio ist zwischen
den Gefäßen 126 und 131 vorhanden.
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Man kann z. B. in den Systemen ioi, io9 flüssiges Zinkchlorid und
in den anderen Systemen Wasser als Absorptionsmittel nehmen, wobei dann als Arbeitsmittel
Ammoniak verwendet wird. Dem Sinne der Erfindung nach kann das System 123, 126 auch
als Resorptionssystem ausgebildet werden; in diesem Fall wird das Gefäß
123 zu einem Resorber, und die Verbindung der beiden Gefäßre 123 und
126 wird entsprechend der Verbindung zwischen den Gefäßen 129, 131 ausgebildet.
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Fig.5 zeigt als Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Anlage, bei
der sechs Wärmereservoire verschiedener Temperatur mit Teilen eines Wärmetransformators
in Wärmeaustausch stehen und wobei eine Heizquelle hoher Temperatur T5 dazu benutzt
wird, drei Turbinen verschiedener Druckstufe zu betreiben und bei einer tiefen Temperatur
Kälte zu leisten. Dem Austreiber 301 des Wärmetransformators wird Heizwärme mit
Hilfe der Heizeinrichtung 3o2 bei der Temperatur IS zugeführt. Die hierbei ausgetriebenen
Arbeitsmitteldämpfe gelangen durch eine Leitung 303 zu einem Verzweigungspunkt
304. Von dort wird ein Teil der Dämpfe durch eine Leitung 305 in einen Resorber
3o6 geleitet, während der andere Teil durch eine Leitung 307 in einen Kondensator
308 gelangt. Im Kondensator wird das Arbeitsmittel niedergeschlagen mit Hilfe
einer darin eingebauten Kühlwasserschlange 309, welche die Kondensationswärme bei
der Temperatur T1 abführt. Das Kondensat fließt durch eine Leitung 310 über ein
Drosselventil h2 zum Verdampfer 311. In diesen Verdampfer ist eine Rohrschlange
312 eingebaut, durch welche die zur Verdampfung benötigte Wärme z. B. von einem
Kühlraum her zugeführt wird. Die Kältemitteldämpfe werden durch eine Leitung 313
über einen Punkt 314, eine Leitung 135 zum Absorber 316 geleitet.
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Der Resorber 3o6 steht durch ein Umlaufsystem für die Absorptionslösung
mit einem Entgaser 317 in der aus der Figur ersichtlichen Weise über einen Wärmeaustauscher
WA, in Verbindung. Zum Antrieb der Lösung dient eine Pumpe P12 und zur Regelung
ein Ventil T122.
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Ein ähnliches Umlaufsystem für die Absorptionsflüssigkeit mit einem
Wärmeaustauscher WA, ist zwischen dem Austreiber 301 und dem Absorber
316 angeordnet. Hier
dient eine Pumpe P11 zum Antrieb des Umlaufs,
zur Regelung ein Ventil T123.
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Die im Absorber 316 bei der Temperatur T4 und im Resorber 3o6 bei
der Temperatur T3 frei werdende Wärme wird dazu benutzt, ein Antriebsmittel für
drei Turbinen M3, M4, M5 zu verdampfen. Zu diesem Zwecke ist im Absorber 3i6 ein
Dampfkessel 3r8 und im R esorber 3o6 ein Dampfkessel 3 i 9 angeordnet. Der in diesen
Kesseln erzeugte Dampf kann mit Hilfe der Abgase der Feuerung 302
überhitzt
werden. Der Dampf gelangt von 318 über eine Leitung 32o zur Turbine M3 und von dort
über eine Abdampfleitung 32r zu einem Punkt 322, wo er sich mit dem im Dampfkessel
3 1 9 entwickelten, durch eine Leitung 323 zugeführten Dampf vereinigt. Von dort
wird der Dampf durch eine Leitung 324 in die Turbine M4 mittlerer Druckstufe geführt,
von wo aus der Abdampf durch eine Leitung 325 zu einem Verzweigungspunkt 326 gelangt.
Ein Teil des Abdampfes wird durch eine Leitung 327 in einen Kondensator 328 geleitet,
während der andere Teil durch eine Leitung 329 zur Turbine M5 der niedrigsten Druckstufe
gelangt. Von dieser Turbine aus tritt der Abdampf durch eine Leitung 330
in einen Kondensator 331 ein, wo er mit Hilfe der Kühlwasserleitung 332 bei der
Temperatur T1 niedergeschlagen wird. Durch eine Pumpe P$ wird das Kondensat über
eine Leitung 333 zum Punkt 334 gefördert, wo es sich mit dem vom Kondensator 328
durch eine Leitung 335 zufließenden Kondensat vereinigt. Eine Pumpe P9 fördert das
Kondensat vom Punkt 334 zu einem Verzweigungspunkt 336. Von hier gelangt der eine
Teil des Kondensats durch eine Leitung 337 zum Dampfkessel 319 zurück, während der
andere Teil einer Pumpe Plo zugeführt wird, die diesen Teil des Kondensats über
eine Leitung 338 in den Dampfkessel 318 zurückspeist.
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Zwischen dem Kondensator 328 für den von der Turbine M4 herkommenden
Abdampf einerseits und den Entgaset 317 anderseits arbeitet ein Wärmeübertragungssystem,
das aus einer im Kondensator 328 befindlichen Verdampferschlange 339, einer im Entgaset
3 17 befindlichen Kondensatorschlange 340 und einer Verbindungsleitung 341
besteht und mit einer abwechselnd verdampfenden kondensierenden Flüssigkeit arbeitet.
Auf diese Weise wird dem Entgaset 317 die Kondensationswärme bei der Temperatur
T2 zugeführt.
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Die Gefäße 311, 317 und 316 sind durch eine Leitung 342, die
die Abschlußventile T124, T125, V2o, T127 enthält, verbunden. Diese Leitung kann
z. B. zum Entleeren der Systeme dienen. Die Gefäße 3or und 3o6 enthalten Füllstützen
mit den Ventilen T128 und V2,.
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Das System 308, 311 kann auch als Resorptionssystem ausgebildet
sein. In diesem Falle kann man in den drei verschiedenen Systemen 304 316; 3o6,
317; 308, Sri verschiedene Lösungsmittel mit dem gleichen Arbeitsmittel verwenden.
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Eine Wärmekraftanlage, bestehend aus einem Wärmetransformator und
Wärmekraftmaschinen nach Art der in Fig. 5 dargestellten Schaltung, ist in Fig.6
nochmals schematisch gezeichnet. Eine solche Anlage kann auch dazu benutzt werden,
entweder eine erhöhte Kälteleistung bei verminderter Krafterzeugung oder eine erhöhte
Krafterzeugung bei verminderter Kälteleistung zu erzielen. Ob mehr Kraft oder Kälte
erzeugt wird, hängt davon ab, wie sich der aus dem Austreibet 301 kommende
Arbeitsmitteldampf auf die Gefäße 306 und 308 verteilt.
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Wird z. B. der gesamte im Austreibet 301
erzeugte Arbeitsmitteldampf
im Gefäß 3o6 aufgenommen, so bleibt für das die Kälte leistende System kein Arbeitsmitteldampf
mehr übrig. Es wird also in diesem Fall gar keine Kälte geleistet. Da jedoch nun
die dem Gefäß 3o6 zugeführte Arbeitsmitteldampfmenge sehr-groß ist, so ist auch
die Wärmemenge sehr groß, die zur Erzeugung des die Turbine 1174 antreibenden Wasserdampfes
zur Verfügung steht. Anderseits muß dann 'im Gefäß 317 7 eine entsprechend große
Arbeitsmittelmenge verdampft werden, das bedeutet, daß dem Gefäß 328 ebenfalls eine
große Wärmemenge entzogen wird. Dadurch wird der in Gefäß 319 im überschuß
erzeugte und in der Turbine M4 verarbeitete Wasserdampf im Gefäß 328 zusätzlich
niedergeschlagen. Mit abnehmender Kälteleistung wird also die von der Turbine 1114
abgegebene Kraft v ergrößert, und umgekehrt.
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Will man erhöhte Kälteleistung bei vermindertem Kraftbedarf haben,
so kann man z. B. im extremen Fall den gesamten die Turbine M3 durchströmenden Wasserdampf
im Gefäß 319 kondensieren. In diesem Fall wird das Gefäß 3o6 des Wärmetransformators
zu einem Austreibet. Dementsprechend muß das Gefäß 317 des Wärmetransformators nunmehr
als Absorber arbeiten. Die Absorptionswärme wird dann zur Erzeugung von Wasserdampf
ausgenutzt, der in der Turbine 1115 verarbeitet wird. In diesem Fall leistet die
Turbine T14 gar keine Arbeit. Es sind natürlich auch sämtliche Zwischenstufen einstellbar.
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Falls eine Wärmesenke bei der Temperatur To vorhanden ist, die beispielsweise
in Form von aufgespeicherter Kälte oder in der in der Natur vorhandenen Kälte der
Außenluft gegeben. sein kann, kann man auch die Arbeitsweise der Gefäße
308 und 311 umkehren. In diesem Fall wird das Gefäß 311 zum
Kondensator und das Gefäß 308 zum Verdampfer.
Man kann dann
auch im Kondensator 331 frei werdende Wärme zur Verdampfung des Arbeitsmittels im
Gefäß 3o8 verwenden.
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In Fig. 6 sind gestrichelte und ausgezogene Pfeile an den einzelnen
Leitungen gezeichnet. Sie sollen die Arbeitsmittelmenge andeuten, die in dem Wärmetransformator
und in der Wärmekraftanlage umlaufen. Die ausgezogenen Pfeile bezeichnen einen Fall
großer Kälteleistung und kleinerer Kraftleistung, die gestrichelten Pfeile dagegen
einen Fall kleinerer Kälteleistung und erhöhter Kraftleistung. Für den Fall, daß
das Gefäß 311 Wärme an ein z. B. in der Natur vorhandenes Wärmereservoir (Kälte
der Außenluft) abgibt, gelten die mit einem Kreis versehenen Pfeile.
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Die Erfindung zeigt, wie man bei nach Art vonAbsorptionsmaschinen
arbeitendenWärmetransformatoren bei vier oder mehr Wärmereservoiren in möglichst
umkehrbarer Weise Wärme auf verschiedene Temperaturstufen transformieren kann. Sinngemäß
kann man sowohl Absorptionsapparate mit Flüssigkeitspumpen und Ventilen als auch
Apparate mit neutralem Gas benutzen und ferner auch solche, bei denen der Druckunterschied
in den entsprechenden Gefäßen durch Säulen aufrechterhalten wird. Durch zweckentsprechende
Kopplung der Wärmetransformatoren mit Wärmekraftanlagen kann man, wie die Beispiele
zeigen, die verschiedenartigsten thermischen Effekte unter gleichzeitiger Arbeitsleistung
hervorrufen. Es ist z. B. möglich, Wärme bei sehr hoher Temperatur dem Transformator
zuzuführen, wobei jedoch die Wärmekraftmaschinen mit dieser höheren Temperatur nicht
in Berührung kommen. Ferner kann ein in der Natur vorhandenes Reservoir tiefer Temperatur
zur Krafterzeugung ausgenutzt werden, ohne daß es nötig ist, das in der Wärmekraftmaschine
arbeitende Medium bis zu diesen tiefen Temperaturen herunterzuarbeiten. Man kann
also sehr große Temperaturintervalle zur Wärmekrafterzeugung in umkehrbarer und
bequemer Weise ausnutzen, ohne von der üblichen Ausführung der Kraftanlagen abzuweichen.
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Außerdem ist es möglich, durch die erwähnte Kopplung sowohl gleichzeitig
Kälte und Arbeit zu leisten und auch gegebenenfalls Heizwärme abzugeben.