DE8490084U1 - Sonnenenergie-Kälteerzeugungseinrichtung - Google Patents

Sonnenenergie-Kälteerzeugungseinrichtung

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Description

- r- r - 1'ΊΟ-zii
Sonnenenergie-Kälteerzeugungseinrichtung
Die Neuerung betrifft eine Kälteerzeugungseinrichtung mit einem in einem thermisch isolierten Raum angeordneten Verdampfer, der unter Zwischenschaltung eines Kühlmittelbehälters mit einem Kondensator verbunden ist, und mit einem als Sonnenkollektor ausgebildeten Absorber, der eine feuchtigkeitsabsorbierende chemische Verbindung zum Ansaugen von Kühlmittel in den Nachtstunden bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur und zur Abgabe des Kühlmittels an den Kondensator in den Tagesstunden bei einer verhältnismäßig hohen Temperatur enthält, wobei zwischen dem Absorber, dem Kondensator und dem Kühlmittelbehälter eine gemeinsame Rohrverbindung für den Transport des Kühlmittels angeordnet ist.
Die Verwendung der Sonnenenergie als Energiequelle ist bisher hauptsächlich zu Heizzwecken erfolgt, wobei verschiedene Typen Sonnenkollektorsysteme gleiches Interesse gewonnen haben wie andere Arten alternativer Energiequellen, soweit es sich um Sonnenkollektorsysteme handelt, hauptsächlich zum Erhitzen von Wasser als Brauchwasser in Gebäuden oder auch für Schwimmbäder und der-
gleichen. Es ist aber in Verbindung mit durch Sonnenkollektoren betriebenen Klimaanlagen bekannt, in Verbindung mit der Aufbereitung von Heißwasser in einer Totallösung eine Luftkühlung einzubeziehen, indem das Sonnenkollektoraystem mit einer Absorptionskühlanlage kombiniert wird.
Insbesondere in den heißen Regionen der Welt und dort,
wp di« VeffiigU.ng Über EleXtri^ität und andere konventeionel— Ie Energiequellen schwierig oder teuer ist, besteht ein großer und bisher schlecht gedeckter Bedarf an Kälteerzeugern für viele verschiedene Zwecke. So kann ein derartiger Bedarf im Hinblick sowohl auf das Kühlen von Lebensmitteln, Arzneimitteln und anderen, keine Lagerung bei erhöhter Temperaturen ertragenden Produkten, als auch die Luftaufbereitung in Räumen für Lebewesen, insbesondere Wohnräumen, bestehen«
Eine durch Sonnenenergie betriebene Kühlanlage der erwähnten Art ist im Prinzip aus der DE-PS 609 104 bekannt. Bei dieser Anlage ist die feuchtigkeitsabsorbierende chemische Verbindung in einer Rohrschlange in einer auf dem Dach des Gebäudes angebrachten Sonnenkollektoreinheit aufgenommen, welche Rohrschlange mit einem Kondensator verbunden ist, der von einem in einer separaten, selbstzirkulierenden Anlage einbezogenen Kühlspeicher gekühlt wird, so daß in den Nachtstunden abgekühlte Flüssigkeit im Kühlspeicher aufgenommen wird, zum Kühlen des Kondensators in den Tagesstunden.
In gebräuchlichen Absorptionskühlanlagen, die z.B. mittels Gasheizung betrieben werden, ist es außerdem z.B. aus der SE-PS 88 723 und den US-PS'en 1 955 612 und 2 130 503 bekannt, einen Absorptionsbehälter mittels einer separaten selbstzirkulierenden Kühlanlage zu kühlen, in welcher die
Zirkulation am Anfang der Siedeperiode des Absorbers mitteis eines Ventiles unterbrochen wird, das bei einer vorgegebenen Temperatur im Absorber, z.B. durch thermostati-•che Steuerung, geschlossen wird.
Die Aufgabe der Neuerung ist die Schaffung einer Kälteerzeugungseinrichtung der erwähnten Art, wo als »-insiieifr - Rneraieauelle Sonneneneraie benutzt wird, so daß eine Elektrizitäts-, Gas- oder andere konventionelle Energieversorgung nicht nötig ist, und bei welcher bei einer sehr einfachen Ausbildung ein im Verhältnis zum Sonnenkollektorwirkungsgrad hohes Kühlvermögen und damit eine hohe Kapazität erzielt werden kann.
Eine Kälteerzeugungseinrichtung der erwähnten Art ist neuerungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber eine Anzahl paralleler Absorberrohre aufweist, die über einen Verteiler an die genannte Rohrverbindung angeschlossen sind, und in welchen parallele Verdampferrohre eines sekundären, selbstzirkulierenden Kühlmittelkreislaufs koaxial angeordnet sind, welche Verdampferrohre jeweils von einem wärmeleitenden Rippenrohr umschlossen sind, das mit äußeren längsverlaufenden Rippen zur Unterteilung des im Querschnitt ringförmigen Raumes zwischen dem Rippenrohr und der Außenwand des Absorberrohres in eine Anzahl von die feuchtigkeitsabsorbierende chemische Verbindung aufnehmende Kammern versehen ist, wobei in einem die Verdampferrohre und einen Kondensator des sekundären Kühlmittelkreislaufs verbindenden Kühlmittelzuführrohr eine durch Sonnenenergie beeinflußbare Sperrventilvorrichtung angeordnet ist.
Da die täglichen Temperaturschwankungen, d.h. der Temperaturunterschied zwischen Tag und Nacht, zum Betätigen einer periodisch arbeitenden Absorptionskühlanlage benutzt werden können, verläuft der Prozeß in der neuerungsgemäßen Einrichtung in der Weise, daß die Verdampfung
des Kühlmittels im thermisch isolierten Raum in den Nachtstunden stattfindet, während welchen der Absorber nicht der Sonnenenergie ausgesetzt is%. wenn in diesem Zeitraum für eine verstärkte, direkte Kühlung der Absorberrohre mittels des sekundären selbstzirkulierenden Kühlkreislaufes gesorgt wird, kann die feuchtigkeitsabsorbierende Verbindung, welche bekannter Art sein kann, z.B. Kalziumchlorid, auf eins TerSDS-äl*■"'*" «»ν»·»-βΓ<Ή+· uarden . hei WAlchdr sie das Kühlmittel in der Dampfphase effektiv vom Verdampfer absorbiert. In der Kühlperiode, während welcher die durch Sonnenenergie beeinflußbare Sperrventilvorrichtung für die Zirkulation des Kühlmittels im sekundären Kreislauf offen ist, wird im wesentlichen die gesamte Kühlmittelmenge in d-?r Anlage von der Verbindung in den Absorberrohren absorbiert.
Zu Beginn der Tagesstunden beeinflußt die Sonnenwärme schnell die durch Sonnenenergie beeinflußbare Sperrventilvorrichtung zum Unterbrechen der Zirkulation des Kühlmittels im sekundären Kreislauf und bringt andererseits die Verbindung in den Absorberrohren in dem als Sonnenkollektor ausgebildeten Absorber auf eine Temperatur, bei welcher sie die absorbierte Kühlmittelmenge nicht mehr festhalten kann, sondern diese in der Dampfphase an den Kondensator der Anlage abgibt, von welchem das Kühlmittel in flüssiger Phase in den Kühlmittelbehälter übertragen wird. Während der Tagesstunden wird praktisch die gesamte Kühlmittelmenge in flüssiger Phase im Kühlmittelbehälter aufgenommen, wo sie bleibt, bis die Verdampfung infolge der Kühlmittelabsorption in der Verbindung in den Absorberrohren wieder anfängt, da der Dampfdruck in der Rohrverbindung zwischen dem Kühlmittelbehäiter und dem Absorber die Verdampfung in der vorhergehenden Periode verhindert.
Da die Übertragung des Kühlmittels in der Dampfphase zum und vom Kühlmittelbehälter in getrennten Zeiträumen verläuft, wird nur eine einzige Rohrverbindung vom Absorber durch den Kondensator zum Kühlmittelbehälter benötigt, so daß die konstruktive Gestaltung der ηeuerungsgemäßen Einrichtung einfach ist.
Da die Kühlung der chemischen Verbindung im Absorberrohr mittels des sekundären Kühlmittelkreislaufes für den Wirkungsgrad des Prozesses wesentliche Bedeutung hat, liegt ein wesentliches Merkmal der Neuerung darin, daß zwischen der chemischen Verbindung und den Verdampferrohren des sekundären Kreislaufes ein guter thermischer Kontakt besteht.
Ein guter thermischer Kontakt und gleichzeitig eine optimal gleichmäßige Verteilung der feuchtigkeitsabsorbierenden Verbindung über den Querschnitt der Absorberrohre wird gerade durch das Merkmal erzielt, daß die Verdampferrohre des sekundären Kühlkreislaufes jeweils von einem wärmeleitenden Rippenrohr umschlossen sind, das mit äußeren, längsverlaufenden Rippen zur Trennung des im Querschnitt ringförmigen Raumes zwischen dem Rippenrohr und der Außenwand des Absorberrohres in eine Anzahl die feuchtigkeitsabsorbierende Verbindung aufnehmende Kammern versehen ist.
Der Absorber mit der in den Absorberrohren aufgenommenen Verbindung kann wie ein koventioneller Sonnenkollektor ausgebildet sein. Zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades im Bezug auf die erhöhte Temperatur, welche für die Abgabe von Kühlmittel in der Dampfphase von der feuchtigkeitsabsorbierenden Verbindung an den Kondensator während der Tagesstunden nötig ist, kann es, insbesondere im Falle einer großen Absorberfläche mit ver-
verhältnismäßig langen Absorberrohren, zweckmäßig sein, das Sonnenenergieaufnahmevermögen des Absorbers dadurch zu erhöhen, daß flache, tangential verlaufende Rippen an der Außenseite der Absorberrohre angeordnet sind.
Die durch Sonnenenergie betätigbare Sperrventilvorrichtung zwischen dem Verdampfer und dem Kondensator des sekundären Kühlmittelkreislaufes kann in einfacher Weise eine sogenannte Blasenpumpe sein, welche im Prinzip in derselben Weise wirkt wie ein Wasserverschluß. Diese Blasenpumpe ist an der Austrittseite dem Kühlmittel in der Dampfphase in den Verdampferrohren des sekundären Kreislaufes ausgesetzt. Bei der Temperatur, welcher die Blasenpumpe unter dem Einfluß der Sonnenenergie während der Tagesstunden ausgesetzt ist, wird eine das Absperren der Strömung des Kühlmittels in der i flüssigen Phase vom Kondensator zu den Verdampferrohren | bewirkende Blasenbildung verursacht. ϊ
Die Neuerung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer neuerungsgemäßen Kälteerzeugungseinrichtung; und
Fig. 2 einen Querschnitt durch ein Absorberrohr
eines von einem sekundären Kühlmittelkreislauf periodisch gekühlten Absorbers.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Kälteerzeugungseinrichtung liegt der Kühlmittelverdampfer 1 in einem thermisch isolierten Raum 2, den man zu kühlen wünscht. Der Raum kann z.B. einen Kühlschrank für Lebensmittel, Arzneimittel
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oder andere Produkte bilden, die man kühl aufbewahren will, wobei in diesem Pall im Hinblick auf den periodischen Betrieb der Einrichtung im Behälter 2 ein Kältespeicher 3 angebracht sein kann, zum Aufrechterhalten einer niedrigen Temperatur in dem Zeitraum, während dem keine Kühlmittelverdampfung vor sich geht. Der Raum oder Behälter 2 kann aber z.B. auch ein Kühl- oder Gefrierraum zum Herstellen von Eisblöcken oder eine Kühlkammer einer Klimaanlage sein.
Der Verdampfer 1 ist über eine Zuführleitung 4 für Kühlmittel in der flüssigen Phase mit einem Kühlmittelbehälter 5 verbunden, dessen Kapazität die gesamte Kühlmittelmenge der Anlage übersteigt. Der Verdampfer 1 ist an den Behälter 5 außerdem über eine Abgabeleitung 6 für das Kühlmittel in der Dampfphase angeschlossen, die auf einem höheren Niveau liegt als der Flüssigkeitsstand im Behälter, wenn die gesamte Kühlmittelmenge im Behälter 5 ist.
Ein Zuführrohr 7 für Kühlmittel in der flüssigen Phase zum Behälter 5 bildet den unteren Teil einer einzigen Rohrverbindung zwischen dem Behälter 5 und dem Absorber der Anlage, wobei das Zuführrohr 7 an den Boden eines Kondensators 8 mit einem Wasservorrat 9 angeschlossen ist, durch welchen die einzige Rohrverbindung als Rohrschlange 10 verläuft. Der obere Teil der Rohrverbindung wird vom einen Rohrteil 11 zwischen dem Kondensator 8 und dem Absorber 12 gebildet.
Der Absorber 12 ist als Sonnenkollektor aufgebaut und umfaßt eine Anzahl parallel liegender Absorberrohre 13, die über einen Verteiler 14 am oberen Ende des Absorbers 12 mit dem Rohr 11 verbunden sind, welcher Absorber 12 im vorliegenden Fall zur Anbringung an einer schrägen Dachfläche in geneigter Lage gezeigt ist.
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Die einzelnen Absorberrohre 13 sind mit einer flüssigkeitsabsorbierenden chemischen Verbindung, wie Kalziumchlorid, gefüllt. Ein sekundärer Kühlmittelkreislauf umfaßt einen Verdampfer mit einem koaxial in jedem der Absorberrohre 13 liegenden Verdampferrohr 15, welche Verdampferrohre 15 über einen Verteiler 16 am unteren Ende des Absorbers 12 mit einer Zuführleitung 17 für das Kühlmittel in der flüssigen Phase und über einen Verteiler 18 am oberen Ende des Verdampfers 12 mit einer Abcrbeleitung 19 für das Kühlmittel in der Dampfphase verbunden sind. Das Zuführrohr 17 und die Abgabeleitung 19 sind an einen Kondensator 20 angeschlossen, wobei im Zuführrohr 17 eine von der Sonnenenergie betätigbare Sperrventilvorrichtung 21 angeordnet ist.
Die Zirkulation des Kühlmittels in den beiden Kreisläufen ist durch Pfeile angedeutet, von denen die ausgezogenen Pfeile 22 das Kühlmittel in der Dampfphase bezeichnen, während die gestrichelten Pfeile 23 das Kühlmittel in der flüssigen Phase bezeichnen. Die Anlage arbeitet periodisch in einem Tag- und Nachtzyklus, wobei die Verdampfung des Kühlmittels im Verdampfer 1 in den Nachtstunden stattfindet, wenn der Absorber 12 einerseits nicht der Sonnenstrahlung ausgesetzt ir.t und andererseits mittels des zweiten Kühlmittelkreislauf es einschließlich der koaxialen Verdampferrohre 15 in den Absorberrohren 13 einer zusätzlichen Kühlung ausgesetzt wird. Dadurch wird die flussigkeitsabsorbierende chemische Verbindung in den Abaorberrohren 13 auf eine niedrige Temperatur gebracht, bei der sie eine stark absorbierende Wirkung auf das verdampfte Kühlmittel aufweint, Demzufolge wird die gesamte Kühlmitteltrenge, die sich am Anfang der Verdampfungsperiode im KühlrJLttelbehälter 5 befindet, im Laufe der Verdampfungsperiode von der feuchtigkeitsabsorbierenden Verbindung in den Absorberrohren 13 aufge-
saugt. Die Absorberrohre 13 sind so dimensioniert, daß sie eine Menge der chemischen Verbindung mit einem der gesamten Kühlmittelmenge entsprechenden Absorptionsvermögen aufnehmen können.
Während der Tagesstunden verursacht der Einfluß der Sonnenstrahlung einerseits eine Temperatur— erhöhung im Absorber selbst« und beeinflußt sndsrsrssits die Spsrr— ventilvorrichtung 21 sehr schnell, um die Kühlmittelzirkulation im sekundären Kreislauf zu unterbrechen. Die Sperrventilvorrichtung 21 ist bei der gezeigten Ausführungsform eine sogenannte Blasenpumpe, welche im Prinzip in derselben Weise wie ein Wasserverschluß funktioniert, da sie an der Zufuhrseite der Sonnenstrahlung ausgesetzt ist, wobei in der Flüssigkeit Dampfblasen gebildet werden, welche durch ihren Aufstieg jede nach unten strömende Flüssigkeit in den Kondensator 20 zurückzwingen. Dadurch wird der Druchfluß des Kühlmittels vom Kondensator 20 zu den Verdampferrohren 15 gesperrt.
Wegen der dadurch verursachten Temperaturerhöhung kann die feuchtigkeitsabsorbierende Verbindung in den Absorberrohren 13 die absorbierte Kühlmittelmenge nicht mehr zurückhalten, sondern gibt das Kühlmittel bei steigender Temperatur in der Dampfphase durch die Rohrverbindung 11 an den Kondensator 8 ab, von wo das Kühlmittel in der flüssigen Phase durch das Rohr 7 zum Sammelbehälter 5 geführt wird.
Am Ende der Tagesstunden, welche die Regenerationsperiode bilden, wird der Prozeßverlauf durch das Abkühlen des nicht mehr der Sonnenstrahlung ausgesetzten Absorbers und das Öffnen der Sperrventilvorrichtung 21 für die Zirkulation des Kühlmittels im zweiten Kreislauf wiederholt.
Zum Erzielen eines hohen Wirkungsrades des Abkühlens während den Nachtstunden und der Temperaturerhöhung während den Tagesstunden können die Absorberrohre wie in
Fig. 2 gezeigt ausgebildet sein. Zur Erhöhung der Sonnenenergieauf nähme sind an der Außenseite der Rohre 13 flache, tangentiale Rippen 24 angeordnet, die unmittelbar unter einer an sich bekannten Deckschicht 25 im Absorber 12 zu liegen kommen. Die Breite der Rippen 24 ist so auf die Menge der feuchtigkeitsabsorbierenden chemischen Verbindung
26 und die Kühlmittelmenge abgestimmt, daß während den Tagesstunden eine Temperatur erzielt wird, bei der die Verbindung 26 im Laufe der Periode die ganze während der vorausgehenden Nachtperiode absorbierte Kühlmittelmenge abgibt.
Zum Sichern einer gleichmäßigen Verteilung der feuchtigkeitsabsorbierenden Verbindung über den ganzen Querschnitt der Absorberrohre 13 und eines guten thermischen Kontaktes mit den koaxial in den Absorberrohren 13 liegenden Verdampferrohren 15 des sekundären Kühlkreislaufes ist das Verdampferrohr 15 von einem wärmeleitenden gerippten Rohr 27 mit einer Anzahl der Länge nach verlaufenden Rippen 28 versehen, welche den im Querschnitt ringförmigen Raum zwischen dem Rohr
27 und der Außenwand des Absorberrohres 13 in eine Anzahl von Kammern 29 unterteilen, welche jeweils einen Teil der gesamten Menge der feuchtigkeitsabsorbierenden Verbindung 26 im Absorberrohr 13 enthalten.
Im ersten Kühlmittelkreislauf ist das Kühlmittel vorzugsweise Ammoniak, aber es kann auch irgend ein anderes für Absorptionskühlanlagen geeignetes Kühlmittel sein. Im sekundären Kreislauf kann ein Kühlmittel auf Kohlenwasserst off basis benutzt werden, z.B. einer der sogenannten Chlor-Fluor-Kohlenstoffe.
Der Wirkungsgrad der Einrichtung wird einerseits von dem durch das Produkt des Sonnenkollektorwirkungsgrades, der Absorberflächengröße, der einfallenden Sonnenstrahlung
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und der Anzahl der Sonnenstunden vorgegebenen Wirkungsgrad des als Sonnenkollektor ausgebildeten Absorbers und andererseits von der durch das Produkt der spezifischen Reaktionswärme der chemischen Verbindung und der Menge des absorbierten Kühlmittels pro Längeneinheit der Absorberrohre vorgegebenen Kühlmittelabsorption in der feuchtigkeitsabsorbierenden Verbindung bestimmt.

Claims (3)

2R Sep, 1985 ZIl G 84 90 084.9 KAPTAN A.p.S. (Neue) Schutzansprüche
1. Kälteerzeugungseinrichtung mit einem in einem thermisch isolierten Raum angeordneten Verdampfer, der unter Zwischenschaltung eines Kühlmittelbehälters mit eirem Kondensator verbunden ist, und mit einem als Sonnenkollektor ausgebildeten Absorber, der eine feuchtigkeitsabsorbierende chemische Verbindung zum Ansaugen von Kühlmittel in den Nachtstunden bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur und zur Abgabe des Kühlmittels an den Kondensator in den Tagesstunden bei einer verhältnismäßig hohen Temperatur enthält, wobei zwischen dem Absorber, dem Kondensator und dem Kühlmittelbehälter eine gemeinsame Rohrverbindung für den Transport des Kühlmittels angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber (12) eine Anzahl paralleler Absorberrohre (13) aufweist, die über einen Verteiler (14) an die genannte Rohrverbindung (11) angeschlossen sind, und in welchen parallele Verdampferrohre (15) eines sekundären, selbstzirkulierenden Kühlmittelkreislaufs koaxial angeordnet sind, welche Verdampferrohre (15) jeweils von einem wärmeleitenden Rippenrohr (27) umschlossen sind, das mit äußeren längsverlaufenden Rippen (28) zur Unterteilung des im Querschnitt ringförmigen Raumes zwischen dem Rippenrohr (27)
und der Außenwand des Abs orber rohr es (13) in eine Anzahl von die feuchtigkeitsabsorbierende chemische verbindung (26) aufnehmende Kammern (29) versehen ist, wobei in einem die Verdampferrohre (15) und einen Kondensator (20) des sekundären Kühlmittelkreislaufs verbindenden Kühlmittelzuführrohr (17) eine durch Sonnenenergie beeinflußbare Sperrventilvorrichtung (21) angeordnet ist.
2. Kai teer Zeugungseinrichtung nach Ansprr, ;h 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenseite der Absorberrohre (13) flache, tangential verlaufende Rippen (24) angeordnet sind.
3. Kaiteerzeugungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Sonnenenergie beeinflußbare Sperrventilvorrichtung (21) eine Blasenpumpe ist.
DE8490084U 1983-05-18 1984-05-17 Sonnenenergie-Kälteerzeugungseinrichtung Expired DE8490084U1 (de)

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