DE8490084U1 - Sonnenenergie-Kälteerzeugungseinrichtung - Google Patents
Sonnenenergie-KälteerzeugungseinrichtungInfo
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Description
- r- r - 1'ΊΟ-zii
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
ItIl *· · · · ·
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
- li -
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)
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.
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