AT514997B1 - Modulare Absorptionskältemaschine in Plattenbauweise - Google Patents

Abstract

Intermittierende Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschine, als Stapel vertikaler Platten ausgebildet, mit Bypass, Temperaturregelung und Wärmerückgewinnung, bestehend aus zwei Generatoren (13, 15), drei Absorbern (17, 18, 20), einem Verdampfer (25), einem Kondensator (23), zwei durch Regelventile (M3, M5) gesteuerte Lösungs-Dampfpumpen (einerseits 9A, 9B, 9C, 9D, 8A, M3,V1, V2 andererseits 11A, 11B, 11C, 11D, 10A, M5,V3, V4) wobei für den Aufbau des Plattenstapels neben den dünnen zweidimensionalen Formplatten für Generatoren, Absorber, Kondensator und Verdampfer auch dicke Formplatten mit dreidimensionalen Elementen für Behälter, Pumpen und Verteilungskanäle Verwendung finden, und dieser Plattenstapel aus drei flächig verbundenen Teilstapeln besteht, von denen die äußeren (1A, 1B) Behälter, Pumpen und Verteilungskanäle beinhalten, während der mittlere Stapel (2) mit den Generatoren, Absorber, Kondensator und Verdampfer schmäler ist, so dass sich an der Seite des gesamten Plattenstapels eine vertiefte vertikale Längsrinne befindet, in der die Steuerungselemente (6) der Maschine montiert sind.

Description

Beschreibung

EINLEITUNG

[0001] Ammoniak-Wasser-Absorpionskältemaschinen gelten als groß, schwer und teuer undder energetische Wirkungsgrad ist deutlich niedriger als bei Kompressionskältemaschinen. InVerbindung mit erneuerbaren Energien gibt es aber neue Ansätze in der Kältetechnik, die ver¬suchen, auch die Ammoniak- Wasser- Absorption wieder interessant zu machen.

[0002] Während Kompressionskältemaschinen zu ihrem Betrieb mechanische Energie oderelektrischen Strom brauchen und damit aus ökologischer Sicht bedenklich sind, können Ammo-niak-Wasser-Absorptionskältemaschinen mit Wärme von relativ niedriger Temperatur angetrie¬ben werden. Solche Wärme kann aus nachhaltigen Quellen oder aus industrieller Abwärmekommen. Für eine ökologisch relevante massive Verbreitung dieser Technologie wäre es nötig,den Wirkungsgrad dieser Maschinen zu verbessern und die Herstellungskosten pro Leistungs¬einheit deutlich zu senken. Zusätzlich sollen aus Sicherheitsgründen nur kleinvolumige Ammo¬niak- Wasser-Absorpionskältemaschinen gebaut werden, da allenfalls austretender Ammoniaknicht ungefährlich ist. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit eines modularen Konzepts, woMaschinen großer Leistung aus einer Gruppe kleiner autonom arbeitender Maschinen beste¬hen, die dabei aber aus Platzgründen möglichst kompakt aneinander gefügt werden sollen. Einnicht zu übersehender Vorteil bei diesem Ansatz ist auch der, dass sich kleine Maschinen vieleher für eine kostengünstige industrielle Massenfertigung eignen als große.

[0003] Es gibt auch schon Vorschläge und Experimentalanlagen, die den Wirkungsgrad ver¬bessern und anderseits Ideen, um die Bauweise kompakter, kleiner und leichter und damit auchbilliger zu machen. Dabei handelt es sich durchwegs um intermittierende Systeme oder Batch-Verfahren mit einer Rückgewinnung von Abwärme. Sie arbeiten nicht mit elektrischen Lösungs¬pumpen sondern mit langsamen Dampfpumpen ohne bewegliche Teile, wenn man von Rück¬schlagventilen absieht. In dieser Gruppe gibt es auch Verfahren, um die Ammoniakkonzentrati¬on der Lösung, die den Kocher oder Generator verlässt in einem zweiten Schritt, genannt „By¬pass“ noch weiter zu senken, bevor man sie in den Absorber führt und schließlich experimen¬tiert man bei diesen Maschinen mit einer Plattenbauweise, mit der man komplexe Verrohrungs¬systeme, wie sie für Absorptionskältemaschinen typisch sind, in einem einzigen Plattenblock alsMehrebenensystem verbindet, analog zu der Bauweise die man in der Elektronik für Mikrochipsverwendet.

[0004] Die Schwächen dieser unterschiedlichen Ansätze sind miteinander logisch verknüpft:Komplexe Systeme wie das Bypasssystem erfordern einerseits eine Bauweise, die den Herstel¬lungsaufwand radikal verringert, wie eben die genannte Plattenbauweise und andererseits füreinen stabilen, störungsfreien Lauf mindestens zwei unabhängig voneinander regelbare Lö¬sungspumpen, welche als Dampfpumpen ohne bewegliche Teile ebenfalls nur in einer Platten¬bauweise wirtschaftlich hergestellt werden könnten. Es gibt aber bisher noch gar keine regelba¬ren Dampfpumpen ohne beweglichen Teile, vielleicht auch deswegen, weil es im bisherigenPlattenkonzept für die dafür erforderlichen Regelmechanismen keinen Platz gibt, insbesonderedann, wenn man diese Plattenbauweise auch modular ausbilden will, weil in diesem Fall äußereZubauten zum Plattenblock den Zusammenschluss mehrerer Module behindern würden.

[0005] Die vorliegende Erfindung beschreibt daher eine mögliche Architektur solcher intermittie¬renden Ammoniak-Wasser-Absorpionskältemaschinen im Batch-verfahren samt Bypasssystem,welche eine Integration von Regelelementen erlaubt und damit in unmittelbaren Zusammen¬hang auch eine an diese Bauweise spezifisch angepasste Dampfpumpe ohne bewegliche Teile,die sich entsprechend regeln lässt.

STAND DER TECHNIK

[0006] Eine umfassende Darstellung der hier angesprochenen Innovationen, also Dampfpum¬pe, Absorptionswärmerückgewinnung, Bypass und Plattenbauweise findet man unter: [0007] http://www.solarfrost.com/PDF/icebook.pdf [0008] Der hier beschriebene Stand der Technik bezieht sich ausdrücklich auf Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschinen, die mit Dampfpumpen ohne bewegliche Teile (mit Aus¬nahme der Rückschlagventile) arbeiten, also solche Maschinen, die explizit für einen möglichstkleinen Verbrauch elektrischer oder mechanischer Energie entworfen worden sind, weil sie mitbilliger Niedertemperaturwärme, sei es Industrieabwärme oder Solarwärme, angetrieben wer¬den.

[0009] (Siehe z.B. WO 03/095844A1, AT 504 399 B1, AT 511 288 B1) [0010] Solche Dampfpumpen arbeiten mit niedriger Frequenz, weil das Medium das transpor¬tiert werden soll, selbst Wärme aufnehmen muss, um den nötigen Druck zu erzeugen. Danachmuss wieder frische kalte Lösung angesaugt werden. Dies geschieht durch einen selbsttätigarbeitenden Druckabsenker, das ist ein kaltes Flüssigkeitsvolumen durch das am Ende desPumpaustreibvorgangs Gas aus dem Pumpenraum blubbert und dabei absorbiert wird. Typi¬scherweise erreicht man eine Pumpenzyklusdauer von einer bis zu mehreren Minuten. Bei einersolchen Zyklusdauer ist die Menge der bei jedem Pumpenhub beförderten Lösung fast so groß,wie die ganze in der restlichen Maschine befindliche Lösung. Der Funktionsprozess einer derar¬tigen Kältemaschine ist daher nicht kontinuierlich sondern intermittierend. Es handelt sich daherum einen Batch-Prozess. Erfahrungen, die man mit kontinuierlich arbeitenden Ammoniak-Wasser- Absorptionskältemaschinen gemacht hat, lassen sich nur mit Einschränkungen aufSysteme mit solchen Dampfpumpen übertragen.

[0011] Abwärme fällt in Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschinen an mehreren Punktenan. Dabei muss man einerseits zwischen heißen Bauteilen wie dem Rektifikator und der Zoneim Eingangsbereich des Absorbers, da wo die heiße Lösung vom Generator in den Absorberfließt und andererseits nur warmen Bauteilen, wie dem Absorber selbst unterscheiden. DerKondensator gibt auch Wärme ab, jedoch sollte deren Temperatur nur knapp über der Umge¬bungstemperatur liegen und sie ist daher uninteressant. Die „klassische Wärmerückgewinnung“in Ammoniak-Wasser- Absorptionskältemaschinen nämlich zwischen der in den Generatoreinfließenden kalten Lösung und der aus diesem herausfließenden heißen Lösung kann ineinem Batch-System mit Dampfpumpe nicht stattfinden. Denn zum einen heizt schon dieDampfpumpe die Lösung auf, bevor sie in den Generator eintritt und zum anderen erfolgenEintritt und Austritt von Lösung am Generator nicht gleichzeitig, da es sich um ein Batch-Systemhandelt.

[0012] Mengenmäßig am bedeutendsten ist die Energiemenge, die sich aus dem Absorbergewinnen lässt, dabei ist aber vorausgesetzt, dass die absorbierende Lösung über einen länge¬ren Weg nur langsam abgekühlt wird und dabei synchron die Konzentration der Lösung steigt,während der Druck im Absorber konstant bleibt. Insgesamt ist die Wärmemenge, die bei derAbsorption frei gesetzt wird fast genau so groß wie die Wärmemenge, die man im Generatoreinsetzen muss, um den Ammoniak zu verdampfen. Freilich fällt die Absorptionswärme in ei¬nem Temperaturintervall an, dessen Grenzen niedriger liegen als beim Temperaturintervall derGeneratorheizung, obwohl diese beiden Temperaturintervalle überlappen, so dass nur in die¬sem Bereich die Absorptionswärme in den Prozess zurückgeführt werden kann. Zusätzlich istzu beachten, dass beim Aufheizen der Lösung im Generator der Energieeinsatz pro Grad Cel¬sius, um das die Lösung während des Gasaustreibvorgangs erwärmt wird bei niedrigen Tempe¬raturen viel größer ist, als bei hohen Temperaturen. Analog gilt im Absorber ebenfalls, dass diefrei werdende Absorptionswärme die pro Grad Celsius Abkühlung der Absorberlösung gewon¬nen werden kann bei niedrigen Temperaturen viel größer ist, als bei hohen Temperaturen. DieVerschiebung der Temperaturintervalle zwischen Absorber und Generator hat also zur Folge,dass im unteren Temperaturbereich der Generatorheizung zwar der obere Temperaturbereichder Absorberrückkühlung verwendet werden kann, aber dass der Betrag der so wieder gewinn¬baren Wärme weniger als die Hälfte des Energiebedarfs des Generators in diesem überlappen¬den Temperaturbereich ausmacht. Andererseits bedeutet das, dass mehr als die Hälfte derentstehenden Absorberwärme bisher nicht genützt wird.

[0013] Zur Rückgewinnung von Absorptionswärme siehe AT 500232A1, AT 504 399 B1,AT 506 356 B1 [0014] Eine andere Methode zur Verbesserung des Wirkungsgrades bei niedrigen Kühl- undbei hohen Rückkühltemperaturen besteht darin, die vom Generator kommende Lösung in einemzweiten Generator auf einem Druckniveau, das zwischen dem Absorberdruck und dem Genera¬tordruck liegt, weiter zu kochen und die vom Absorber kommende Lösung in einem zweitenAbsorber, der sich auf eben diesem Mitteldruck befindet mit diesem Dampf in Kontakt zu brin¬gen, bevor sie in den Generator gepumpt wird. Ein Teil des Ammoniaks zirkuliert daher nichtüber den Kondensator und den Verdampfer, sondern kehrt über einen „Bypass“ genanntenParallelweg zum ersten Generator zurück. Den zweiten Generator, und den zweiten Absorbernennt man dann der Klarheit wegen besser Bypassgenerator und Bypassabsorber. Für dieseskomplexe System braucht man dann allerdings zwei Lösungspumpen, die erste vom Absorberzu dem Bypassabsorber, und die zweite Pumpe vom Bypassabsorber zum Generator.

[0015] Eine Beschreibung des Bypass Systems findet man in AT 407 085 B, AT 506 356 B1 [0016] Dieser Zusatzaufwand lohnt sich aber. Man kann damit einerseits die erreichbare Kühl¬temperatur deutlich senken und gleichzeitig dabei die Rückkühltemperatur der Maschine anhe¬ben. Zusätzlich steigt der Wirkungsgrad der Maschine. Dieses Prinzip ist bisher aber nur inLabormodellen ausprobiert worden, da es in der Praxis sehr kompliziert ist, zwei Absorber undzwei Dampfpumpen in einem Batch-Verfahren entsprechend zu synchronisieren.

[0017] Um eine kompakte und relativ kleine Bauweise von Ammoniak-Wasser- Absorptionskäl¬temaschinen zu ermöglichen hat man versucht mit einer Plattenbauweise als Mehrebenensys¬tem das komplexe Verbindungssystem der unterschiedlichen Wärmetauscher und Temperie¬rungsmedien von Kältemaschinen in den Griff zu bekommen.

[0018] Dabei verwendet man in einem Plattenstapel zwei Arten von Platten, nämlich einerseitsso genannte Formplatten, aus Dichtmaterial, vorzugsweise quellendem Faserverbunddichtstof¬fen, die durch Löcher sowie kanalförmige Ausschnitte durchbrochen sind und zum Leiten vonFlüssigkeiten oder Gasen dienen, und Trennplatten aus Metallblech, in denen Löcher zumDurchlass von Flüssigkeiten oder Gasen senkrecht zur Plattenebene gemacht sind, aufgebautwird. Dieser Stapel wird durch Schrauben, Klammern oder andere mechanische Mittel zwischenzwei stärkeren metallischen Außenplatten zusammengepresst, so dass zwischen je zwei Form¬platten eine Trennplatte und zwischen je zwei Trennplatten eine Formplatte zu liegen kommt.Siehe dazu AT 506 358 B1 [0019] Um diese Plattenpakete nicht nur am Rand, wo die Schrauben sitzen, sondern auch inder Mitte dicht zu halten wurde in AT 511 228 B1 ein hydraulischer Polster vorgeschlagen.

[0020] Kritisch ist die Anordnung aller Bauelemente in einem integrierten Plattenblock wegender Gefahr von Wärmebrücken zwischen warmen und kalten Bauteilen da, wo keine Wärmefließen soll. Auch die Druckunterschiede der verschiedenen Bauteile sind problematisch, dasich die dünnen Trennplatten leicht verbiegen lassen, was zu Undichtigkeiten führen kann. Manhat daher bei den bisherigen Labormodellen und Prototypen Bauteile mit unterschiedlichenDrücken prinzipiell immer so angeordnet, dass sie bezogen auf die Plattenebenen immer ne¬beneinander und nicht hintereinanderzu liegen kamen, damit sie nicht gegenseitig Druck aufei¬nander ausüben können. Berücksichtigt man zusätzlich die unterschiedlichen Temperaturenund die Tatsache, dass ein Teil des Lösungstransports durch Schwerkraft erfolgt, kommt manzu einer vertikal eindimensionalen Anordnung aller Wärme tauschenden Elemente aber esbleiben externe Behälter, die sich nicht integrieren lassen, bzw. wo es nicht ökonomisch ist, dieszu tun, weil das Behältervolumen groß gegenüber dem restlichen Plattenvolumen ist.

PROBLEME MIT DEM DERZEITIGEN STAND DER TECHNIK

[0021] Trotz der eben beschriebenen Ansätze sind diese Neuerungen für Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschinen noch nicht befriedigend, um eine industrielle Massenproduktionsolcher Maschinen zu rechtfertigen.

[0022] Ein Hauptproblem sind die Dampfpumpen. Ihre Pumpleistung ist nicht steuerbar, viel¬mehr hängt sie von den zur Anwendung kommenden Temperatur- und Druckverhältnissensowie gewissen statistisch auftretenden Störungen ab. Dadurch lassen sich komplexere Kühl¬zyklen, wo 2 oder mehrere Vorgänge mit mehreren Pumpen gleichzeitig und parallel verlaufennicht durchführen, das gilt vor allem für das oben genannte Bypasssystem.

[0023] Abgesehen von der Synchronisation gibt es mit dem Bypass System auch Problemewegen des Batch Verfahrens: Wegen des intermittierenden Lösungsflusses durch den Bypass¬absorber kann die Ausgasung der heißen Lösung im Bypassgenerator zeitweise nicht stattfin¬den und der ganze Bypassprozess verläuft nur unvollständig.

[0024] Wärmerückgewinnung wird bisher nur ansatzweise genützt. Der niedrige Temperaturbe¬reich der Absorberwärme wird bis dato gar nicht genützt.

[0025] Die Integration der Maschine in einem kompakten Plattenblock muss ebenfalls nochperfektioniert werden. Der erwähnte hydraulische Polster verhindert zwar Undichtigkeiten zwi¬schen Zonen mit unterschiedlichen Drücken innerhalb des Plattenblocks, aber dafür muss imhydraulischen Polster ein Mindestdruck von etwa 25 bar herrschen. Das ist ein weiteres Hinder¬nis für die Integration von Behältern in den Plattenblock. Während Elemente wie Generator oderAbsorber mit kleinteiliger Innenstruktur gebaut werden können, die diesen Aussendruck leichtaufnehmen und kompensieren kann, ist das bei großvolumigen plattenförmigen Behältern un¬praktisch und führt zu aufwendigen teuren Konstruktionen.

[0026] Die vertikal eindimensionale Anordnung aller Wärme tauschenden Elemente im Platten¬block ist ebenfalls ein Problem, weil zwischen diesen Teilen Gas und Lösung hin und her be¬wegt werden müssen. Der Transport einer kalten Lösung durch eine heiße Zone führt zur Gas¬blasenbildung. Da aber der Flüssigkeitstransport teilweise nur durch die Schwerkraft bewerk¬stelligt wird, können Gasblasen den ganzen Prozess anhalten.

[0027] Im ursprünglichen Konzept für die Plattenbauweise (AT 506 358 B1) waren zwar Senso¬ren und Regelelemente vorgesehen, die speziell an den beengten Raum zwischen den Plattenangepasst sein sollten, jedoch ist die Entwicklung solcher Elemente bis zur Marktreife zeitauf¬wendig und teuer und lohnt sich nicht, wenn man bedenkt, dass es fertige Regelelemente undSensoren preiswert zu kaufen gibt, deren einziger Fehler darin besteht, dass sie in ihrer Formnicht zwischen die Platten passen. Daraus folgt, dass man besser versuchen sollte, den Plat¬tenstapel und sein Bauprinzip so zu verändern, dass er die verfügbaren Regelelemente auf¬nehmen kann.

[0028] Die Kühltemperatur dieser Maschinen lässt sich nicht regeln, denn sie ist vom Ver¬dampferdruck vorgegeben, der wiederum von der Rückkühltemperatur bestimmt ist. Prinzipiellwäre eine Kühltemperaturregelung in einer Ammoniak-Wasser- Absorptionskältemaschineschon möglich (siehe AT 504 399 B1 - Anspruch 6) wenn man die Lösungskonzentration dieserMaschine verändert. Die in der zitierten Patentschrift genannte Methode ist aber in dem hierangestrebten Plattenkonzept nicht zu verwirklichen.

[0029] Die Temperatur in einem zu kühlenden Raum könnte demnach nur über einen „Stopp-and go“ Betrieb konstant gehalten werden, wenn mit Schwankungen der Rückkühltemperaturzu rechnen ist. Das Anfahren des Kühlprozesses nach einer Abschaltung kann aber bis zu einerhalben Stunde dauern.

[0030] Der langsame Startvorgang hängt auch damit zusammen, dass die genannten Dampf¬pumpen einen Starter brauchen, der Lösung in den Pumpraum presst, wobei dieser Vorgang oftmehrmals wiederholt werden muss, bis die Maschine anspringt.

[0031] Ein weiteres Problem liegt darin, dass die übliche Bauweise von Absorbern, und Gene¬ratoren von konventionellen Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschinen in der Plattenbau¬weise nicht funktioniert und neu erfunden werden musste. Ein Vorschlag findet sich ansatzwei¬se in AT 511 228 B1 Fig.4, wobei sich dort die Form von Generator oder Absorber noch nichtsehr von der Serpentinenform unterscheidet, die sich für Hochleistungswärmetauscher in Plat- tenbauweise besonders bewährt hat. In dem engen Spalt einer Formplatte zwischen zweiTrennplatten kann sich in einer Serpentine die Lösung nicht gut mit einem Gas vermischen, wasinsbesondere die Funktionstüchtigkeit von serpentinenförmigen Absorbern sehr beschränkt. Fürden Generator gibt es mit serpentinenförmigen Kanälen ein anderes Problem: Das entstehendeGas beschleunigt die Flüssigkeit zwischen den Gasblasen so, dass die Verweilzeit der Flüssig¬keit viel geringer ist, als man geplant hatte.

[0032] Aber nicht nur die Basiselemente der Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschinen inPlattenbauweise müssen neu entwickelt werden, sondern auch Dampfpumpen, Drosseln,Rückschlagventile und Schwimmerventile.

[0033] Drosseln sind bei Kältemaschinen allgemein üblich, bewähren sich aber in Batch Syste¬men gar nicht gut, da beim intermittierenden Fluss auch starke Druckschwankungen auftreten,die in einer Drossel auch zu großen Schwankungen des Durchflusses führen. Schwimmerventi¬le könnten das Problem des intermittierenden Flusses lösen, aber es ist sehr schwer, diesezwischen enge Platten einzupassen. Als Rückschlagventile eignen sich derzeit wegen des sehrbeschränkten Platzes zwischen den Platten nur sogenannte „umbrella valves“ das sind kleineKlappenventile aus Elastomeren. Wegen ihrer Kleinheit sind aber auch die Durchflusslöchersehr klein und neigen dazu sich zu verstopfen, wenn es in der Lösung Schwebstoffe gibt, wasbei den erwähnten Faserverbundstoffen leider sehr häufig vorkommt.

AUFGABEN DER ERFINDUNG

[0034] Daraus ergeben sich klare Anforderungen, welche Probleme durch die vorliegendeErfindung gelöst werden sollen.

[0035] · Man braucht eine Architektur des Plattenblocks, - am besten ohne hydraulischen

Polster - die es erlaubt, Behälter druckgesichert zu integrieren und Leitungen zwi¬schen entfernten Bauteilen ohne unerwünschte Gasbildung zu verlegen, wo es keinesignifikanten Wärmebrücken gibt und wo unterschiedliche Druckzonen nicht zu Un¬dichtigkeiten führen.

[0036] · Diese Architektur muss vor allem so gestaltet sein, dass sich große Kältemaschinen aus mehreren identischen modularen Kleinmaschinen kompakt zusammensetzenlassen.

[0037] · Eine besondere Variante des Bypasssystems für Batch-Verfahren soll in diese Archi¬ tektur des Systems eingepasst werden können.

[0038] · Rückschlagventile, wegen des erforderlichen niedrigen Öffnungsdrucks am besten in

Form von Kugelventilen ohne Rückholfedern müssen sich in die Platten vertikal ein¬bauen lassen. Das erfordert eine spezielle Herstellungstechnik.

[0039] · Auch andere Steuerelemente müssen in den Plattenstapel integriert werden können.

Insbesondere muss Platz für zugekaufte Regelelemente geschaffen werden.

[0040] · Man braucht eine Dampfpumpe mit von außen genau steuerbarer Leistung.

[0041] · Die Wärmerückgewinnung darf sich nicht nur auf den direkt im System wieder ver¬ wertbaren Energieanteil beziehen, sondern es muss sich auch der Niedertemperatur¬anteil der Absorptionswärme nützen lassen.

[0042] · Die Maschine darf keinen Starter benötigen.

[0043] · Eine Kühltemperaturregelung ist nötig.

LÖSUNG DER GESTELLTEN AUFGABE

[0044] · Die Aufgabe, eine Architektur des Plattenblocks anzugeben, die es erlaubt, Behälter zu integrieren und Leitungen zwischen entfernten Bauteilen zu verlegen, die keineunerwünschte Gasbildung verursachen, die keine signifikanten Wärmebrücken habenund wo unterschiedliche Druckzonen nicht zu Undichtigkeiten führen, wird dadurch gelöst, dass man das ursprüngliche rigide Konzept des Plattenbaus (AT506358B1),wo nur zweidimensionale ebene glatte Platten vorgesehen waren, lockert und zusätz¬lich Platten unterschiedlicher Dicke, die auch bewusst dreidimensionale Elementeenthalten dürfen zulässt, weil ja auch solche Platten durch computergesteuerte CNCMaschinen schnell und preiswert herstellbar sind. Es werden also zwei verschiedeneArten von Formplatten eingesetzt, dicke Platten mit mehreren Zentimetern Stärke alsBehälterplatten sowie als Wärmedämmplatten, die außerdem als statische Elementegegen Überdruck in benachbarten Zonen dienen und dünne Platten, welche die nor¬malen Funktionen, wie Generator, Absorber etc übernehmen, wo vor allem Wärmeausgetauscht wird. Kanäle zur Verteilung von Lösung und Gas zwischen den Syste¬melementen macht man in und entlang der Oberflächen der dicken Dämmplatten,wobei diese Kanäle aber die Platten nicht durchbrechen. Damit kann man an denzwei Außenflächen einer dicken Platte zwei unterschiedliche Kanalsysteme anbrin¬gen, die nicht nur gegenseitig kreuzungsfrei verlaufen, sondern sogar gegeneinanderwärmegedämmt sind.

[0045] · Um die Integration von zugekauften Regelelementen zu ermöglichen hat jeder Plat¬ tenblock an den beiden Außenseiten dicke Platten für Behälter, Wärmedämmung mitVerteilungskanälen und statische Festigkeit gegenüber Druck von innen, die die Sta¬pelung des Plattenblocks fortsetzen. Diese Außenplatten sind um einige Zentimeterbreiter als die dünnen Platten in der Mitte des Blocks, so dass die auf einer Seite überdie Mittelplatten hinausragen. Dadurch entsteht an einer Seite des Plattenblocks inder Mitte eine vertikale Einbuchtung, in die Regelelemente wie z.B. Magnetvenileeingebaut werden können, die dann direkt zwischen den Verteilungskanälen in denäußeren Dämmplatten zu liegen kommen. Da solche Magnetventile im Gegensatz zuden unbeweglichen und daher langlebigen Platten eher als Verschleißteile betrachtetwerden müssen, werden sie mit einer speziellen Aufhängevorrichtung zwischen diePlatten geklemmt, so dass man Magnetventile auswechseln kann, ohne den ganzenPlattenblock zu öffnen.

[0046] · Um solche Plattenblöcke als Module in einem zusammenhängenden größeren Sys¬ tem verwenden zu können gibt es für die Medien zum Beheizen, zum Rückkühlenoder zur Herausleitung der erzeugten Kälte des größeren Gesamtsystems geradeLeitungen, die von einer Seite jedes modularen Plattenblocks zur anderen Seitedurchlaufen, lediglich im inneren jedes beteiligten Moduls gibt es Abzweigungen, zuden einzelnen Bauteilen, die temperiert werden müssen. Dadurch können mehrereMaschinen ohne Zwischenabstand aneinander gefügt werden, so dass eine größereMaschine aus mehreren gleichen Modulen zusammengebaut werden kann.

[0047] · Eine Variante des Bypass Systems die sich auch für Batch-Verfahren eignet besteht darin, dass vor dem Bypass-Absorber ein Vorspeicher angebracht ist, in den die ersteDampfpumpe genau dosiert (deshalb braucht man eine Steuerung) Lösung vomHauptabsorber hineinpumpt. Aus diesem Vorspeicher rinnt die Lösung der Schwer¬kraft folgend in den Bypass Absorber, aber so langsam, dass sich auch trotz des in¬termittierenden Lösungsflusses der Bypassabsorber nie ganz leert.

[0048] · Trichterförmige Kugel-Rückschlagventile die man senkrecht in die dicken Platten einbauen kann werden getrennt heraußen angefertigt. In die Platte wird für das Ventileine rechteckige Öffnung gemacht in der oben und unten Ein- und Ausgangskanälemünden und das fertige Ventil samt Kugel wird in diese Öffnung eingepresst, wobeiman vorher noch oben und unten Dichtungsringe in den Spalt zwischen Ventil undPlatte einsetzt.

[0049] · Eine Dampfpumpe mit genau steuerbarer Leistung wird unterhalb des Absorberspei¬ chers angeordnet und besteht aus zwei senkrecht übereinander angeordneten Kam¬mern, deren untere beheizt ist. Zwischen Absorberspeicher und Pumpe liegt ein Ver¬bindungskanal mit Eingangsrückschlagventil und am unteren Ende des unteren Be¬ hälters gibt es ein Ausgangsrückschlagventil. Der obere und der untere Pumpenbe¬hälter sind einerseits mit einer Siphonleitung und andererseits mit einem Lüftungska¬nal verbunden. Die Siphonleitung die am Boden der oberen Kammer beginnt, dannaufwärts bis zum oberen Ende dieser Kammer geht, sich dann abwärts wendet und indie untere Kammer mündet, entleert die obere Kammer - sobald sich diese gefüllt hat- in die untere. Ausserdem gibt es einen Kanal der von einem Absperrmittel unterbro¬chen wird vom oberen Ende der oberen Kammer in den einen gesonderten Teil desAbsorberspeichers, in dem sich immer Lösung befindet, weil der Absorberausgang indiesen Teil des Absorberspeichers mündet und von dort über einen Überlauf in denrestlichen Absorberspeicher weiter fließt. Ist dieses Absperrmittel geöffnet, so kannGas von der Pumpe in den Absorberspeicher fließen, wo es in der Lösung absorbiertwird. Dadurch sinkt der Druck in der Pumpe bis er gleich mit dem Druck im Absorber¬speicher wird. In diesem Moment fließt Lösung aus dem Absorberspeicher derSchwerkraft folgend in die obere Kammer der Pumpe. Sobald diese voll ist läuft dieLösung über den Siphon in die untere Kammer, wo sie sich erhitzt und der Druck inder Pumpe steigt. Spätestens in diesem Moment muss das Absperrmittel geschlos¬sen werden. Der Druck in der Pumpe steigt dann bis zu dem Wert, der im Zielort, wodie Lösung hin soll, herrscht und die Lösung fließt durch das Ausgangsventil ab. Jenach gewünschter Pumpintensität kann man nun Zeit verstreichen lassen, bis dasAbsperrmittel wieder geöffnet wird, damit der Druck in der Pumpe wieder fällt und dernächste Zyklus beginnen kann. Durch diese Regulierung kann auch die Kühlleistungder Maschine wunschgemäß gesteuert werden und die Maschine muss bei kleinemKühlbedarf nicht abgeschaltet werden.

[0050] · Um die Absorptionswärme vollständig zu nützen braucht man zwei Temperierungs¬ medien. Das erste Medium ist das eigentliche Heizmedium, das die hintereinanderliegenden Generatorplatten beheizt, wobei dieses Heizmedium im Gegenstrom zurAmmoniaklösung fließt. Entlang des Generators kühlt sich dieses Medium ab undfließt dann entlang der hintereinander liegenden Platten des ersten Absorbers (das istder heißere Teil des gesamten Absorbers) wieder im Gegenstrom zur Lösung zuAusgang, wodurch ein Teil der verbrauchten Heizenergie wieder ersetzt wurde. Daszweite Medium kommt kalt zum zweiten Absorber (das ist der kühlere Teil des ge¬samten Absorbers) und fließt dann entlang der hintereinander liegenden Platten des¬selben und anschließend noch an den Gaskühlem bzw. Rektifikatoren der beidenGeneratoren entlang und nimmt dabei weitere Wärme auf. Dabei erreicht man eineMedientemperatur, die sich für übliches Gebrauchswarmwasser eignet. Der gesamteCOP der Maschine lässt sich so fast verdoppeln, was insbesondere dann wichtig ist,wenn die Heizung der Maschine mit teuren thermischen Solarkollektoren erfolgt.

[0051] · Um den Kühlprozess sofort beim Einschalten der Maschine zu ermöglichen, muss der

Kondensator an seinem Ausgang einen Speicher haben, wo flüssiger Ammoniak auf¬gehoben wird, bevor er das Absperrmittel erreicht, das als Druckstufe zum Verdamp¬fer dient. Und es muss garantiert sein, dass sich in den Absorbern immer eine gewis¬se Mindestmenge schwache Lösung befindet, die das Ammoniakgas gleich beim Ein¬schalten aufnehmen kann, sobald das Absperrmittel am Kondensatorausgang geöff¬net wird. Dieser Speicher am Kondensatorausgang hat den zusätzlichen positiven Ef¬fekt, dass man während des Betriebs der Maschine durch unterschiedliche Steuerungdes Absperrmittels verschiedene Mengen von flüssigem Ammoniak speichern kann,die dadurch dem restlichen System entzogen werden. Je mehr flüssiger Ammoniakdort gespeichert wird, umso schwächer ist die Lösung im Absorber und umso niedri¬ger ist ihr Druck, welcher auch den Druck im Verdampfer bestimmt. Bei niedrigeremVerdampferdruck verdampft der Ammoniak aber mit niedrigerer Temperatur, wodurchdie Kühltemperatur niedriger wird. Umgekehrt kann man durch geringere Speicher¬mengen im Kondensatorspeicher eine höhere Kühltemperatur einstellen.

[0052] · Über die regelbare Kühltemperatur jedes einzelnen Moduls in einer Großmaschine lässt sich noch eine weitere Erhöhung des COP erreichen: Das Medium, das die Käl¬te in einen zu kühlenden Raum bringt kommt von diesem deutlich wärmer zur Kälte¬maschine zurück. Wenn man nun die Kühltemperaturen der einzelnen Module so ein¬stellt, dass der Modul, durch den das rücklaufende Kältemedium als erstes fließt derwärmste ist und der Modul der kälteste ist, wo das Medium zuletzt durchfließt, bevores wieder zum Kühlraum geht, ist die mittlere Kühltemperatur der Module höher alsdie nominelle Kühltemperatur der Gesamtmaschine. Da der COP aber stark von derKühltemperatur abhängt und bei wärmerer Kühltemperatur größer ist, spart man so¬mit Energie.

EFFEKTE DER ERFINDUNG UND UNTERANSPRÜCHE

[0053] · Wenn man zwei verschiedene Arten von Formplatten einsetzt, so können dicke Plat¬ ten mit mehreren Zentimetern Stärke als Behälter dienen sowie als Wärmedämmplat¬ten, die außerdem als statische Elemente gegen Überdruck in benachbarten Zonendienen und außerdem Kanäle aufnehmen können, die nicht nur gegenseitig kreu¬zungsfrei verlaufen, sondern sogar gegeneinander wärmegedämmt sind.

[0054] · Wenn die Außenplatten um einige Zentimeter breiter als die dünnen Platten in der

Mitte des Blocks sind, so entsteht an einer Seite des Plattenblocks eine Einbuchtung,in die Regelelemente wie z.B. Magnetvenile eingebaut werden können, die dann di¬rekt zwischen den Verteilungskanälen in den äußeren Dämmplatten zu liegen kom¬men.

[0055] · Wenn jedem modularen Plattenblock die Leitungen der Temperierungsmedien von einer Seite zur anderen Seite gerade durchlaufen, können mehrere Module ohneZwischenabstand aneinander gefügt werden, so dass eine größere Maschine ausmehreren gleichen Modulen zusammengebaut werden kann.

[0056] · Wenn vor dem Bypass-Absorber ein Vorspeicher angebracht ist, in den die erste

Dampfpumpe Lösung vom Hauptabsorber hineinpumpt, die dann langsam in den By¬pass Absorber nachrinnt, wird auch bei intermittierendem Betrieb der Maschine derBypass Absorber nie ganz leer und der Bypass bleibt immer funktionsfähig.

[0057] · Senkrechte Kugel-Rückschlagventile haben einen relativ großen Strömungsquer¬ schnitt und einen sehr kleinen Öffnungsdruck, insbesondere dann wenn man Kunst¬stoffkugeln verwendet. Die Verstopfungsgefahr ist minimal.

[0058] · Die Dampfpumpen mit steuerbarer Pumpleistung ermöglichen die Verwendung eines

Bypasssystems um damit niedrigere Kühltemperaturen und höhere Rückkühltempe-raturen zu gestatten, was den Einsatzbereich einer solchen Kältemaschine in allenKlimazonen ermöglicht.

[0059] · Die zwei Temperierungsmedien zur Absorptionswärmerückgewinnung erlauben die vollständige Nutzung der entstehenden Absorptionswärme. Damit ist ein COP = 2möglich.

[0060] · Der Speicher für flüssigen Ammoniak am Kondensatorausgang ermöglicht es, den Kühlprozess sofort beim Starten der Maschine zu beginnen. Ausserdem kann dieserSpeicher bei entsprechender Steuerung des Kondensatorausgangsregelventils dazudienen die Kühltemperatur der Maschine zu regeln.

[0061] · Wenn man die Kühltemperatur der einzelnen Module eines Großsystems unter¬ schiedlich einstellt, kann man damit Energie sparen.

AUFZÄHLUNG UND KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0062] Von den Zeichnungen zeigt Fig.1 die Außenansicht einer Kältemaschine in Form einesPlattenblocks und Fig.2 zeigt ein Funktionsschema einer intermittierenden Ammoniak-Wasser-

Absorptionskältemaschine mit zwei Dampfpumpen und Bypasssystem. Fig.3 zeigt ein Funkti¬onsschema, wie man Absorber oder Generator samt deren Temperierungsmedien in Platten¬bauweise darstellt, Fig. 4 zeigt einen Detailausschnitt einer einzelnen Ammoniakplatte, welcherein Generatorelement darstellt und Fig.5 zeigt einen Detailausschnitt einer einzelnen Ammoni¬akplatte, welcher ein Absorberelement darstellt. Fig.6 zeigt einen Detailausschnitt einer einzel¬nen Wasserplatte, welcher ein Generatorelement oder ein Absorberelement temperiert. DIE ZIFFERN UND BUCHSTABEN BEDEUTEN: M... Magnetventil V... Kugel-Rückschlagventil IA. ..erster der 3 Teilstapel, welcher hauptsächlich aus temperierten dicken Behälter- Platten,aus Wärmedämmplatten mit darin eingeformten Verteilerkanälen sowie aus dazwischen liegen¬den metallenen Trennplatten besteht IB. ..letzter der 3 Teilstapel, welcher hauptsächlich aus temperierten dicken Behälter- Platten,aus Wärmedämmplatten mit darin eingeformten Verteilerkanälen sowie aus dazwischen liegen¬den metallenen Trennplatten besteht 2.. .mittlerer der 3 Teilstapel, welcher hauptsächlich aus Wärmetauscherelementen, also dünnenFormplatten mit dazwischen liegenden Trennplatten besteht 3.. .Außenplatten aus dickem Stahl 4.. .Löcher für Verbindungsstangen 5.. .Öffnung zu durchlaufendem Verbindungskanal für Temperierungsmedien 6.. . Regelelemente 7.. .Löcher zur Aufnahme von Sensoren 8.. .Absorberspeicher 8A... Druckabsenkerkammer 9A...obere Kammer der ersten Dampfpumpe 9B...untere Kammerder ersten Dampfpumpe 9C...Siphon mit Heberfunktion der ersten Dampfpumpe 9D...Druckausgleich der ersten Dampfpumpe 10.. . Bypass-Absorberspeicher10 A... Druckabsenkerkam mer IIA. ..obere Kammer der zweiten Dampfpumpe IIB. ..untere Kammer der zweiten Dampfpumpe IIC. ..Siphon mit Heberfunktion der zweiten Dampfpumpe IID. ..Druckausgleich der zweiten Dampfpumpe 12.. .Vorspeicher des Generators 13.. .Generator 14.. .Gas-Flüssigkeits-Abscheider des Generators 15.. . Bypass-Generator 16.. .Gas-Flüssigkeits-Abscheider des Bypass-Generators 17.. .Absorber, heißer Teil17A.. .Absorbersiphon 17B.. .Absorbergasabscheider 18.. .Absorber, warmer Teil 19.. .Vorspeicher des Bypass-Absorbers 20.. . Bypass-Absorber 21.. .Dampfvorkühler des Bypassgenerators 22.. . Rektifikator 23.. .Kondensator 24.. . Kondensatorspeicher 25.. .Verdampfer 26.. .Ammoniakplatte26A...Ammoniakalische Lösung26B...Ammoniakgas 27.. . Wasserplatte 27A...Temperierungsmedium 28.. .Generatorzone 29.. .Absorberzonen 30.. . Verdampferzonen31 ...Kondensatorzonen

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0063] Fig.1 zeigt die Architektur eines erfindungsgemäßen Plattenstapels im Schrägriss. Zwi¬schen den beiden Außenplatten -3- liegen drei hintereinander gestapelte Plattenstapel -1A, -2-und -1B-, von denen die beiden äußeren aus mehreren dicken Kunststoffplatten bestehen, mitTrennplatten und Wasserplatten zur Temperierung, die aber wegen des Abbildungsmaßstabsauf dieser Zeichnung nicht sichtbar sind. Die Platten im inneren Teilstapel -2- bestehen ausdünnen Kunststoffplatten mit dazwischen liegenden Trennplatten und sie sind einige Zentimeterschmäler als die Außenplatten. Auf der Außenplatte -3- erkennt man die Löcher -4- für dieVerbindungsstangen, welche die Platten zusammenpressen. Wesentlich ist, dass diese Löchernicht nur an den Plattenrändern liegen, sondern auch im inneren Plattenbereich Zonen -28,29,30,31- abgrenzen, hinter denen sich Behälter oder Wärmetauscher mit unterschiedlichenDrücken befinden, die gegeneinander wegen des lokalen Drucks der Verbindungsstangenabgegrenzt werden. Gleichzeitig ziehen sich diese 4 Zonen horizontal durch die ganze Maschi¬ne und sie definieren wo sich im Bereich der dünnen Platten -2- die Funktionselemente Genera¬toren -13,15-, Absorber -17,18,20-, Verdampfer -25- und Kondensator -23- befinden. Man er¬kennt auch die Öffnungen -5- wo die geraden Verbindungsleitungen für Temperierungsmedien,die quer durch den ganzen Plattenstapel führen, münden. In der frontalen Vertiefung zwischenden überstehenden beidseitigen dicken Platten -1A-, -1B- ist Raum für Steuerungselemente wiez.B. Magnetventile. Sensoren zur Messung des Flüssigkeitsniveaus in den Behältern werdenebenfalls an den dicken Platten -1A-, -1B- angebracht und die entsprechenden Öffnungen -7-sollen diese Sensoren aufnehmen.

[0064] Fig.2 zeigt ein Funktionsschema eines Moduls einer erfindungsgemäßen Kältemaschinein Plattenbauweise. Behälter sind dabei als Rechtecke mit abgerundeten Kanten gezeichnet,Plattenwärmetauscher als Plattenpakete im Schrägriss. Pfeile geben die Flussrichtung vonLösung oder Gas an, Verbindungslinien ohne Pfeil beziehen sich auf Leitungen, die zumDruckausgleich oder zum Rückfluss von Kondensat dienen. Pfeile der Zeichnung, die auf- oderabwärts zeigen beziehen sich auf Leitungen, die auch in der Wirklichkeit auf- oder abwärtsführen. Temperierungsmedien die sich in so genannten „Wasserplatten“ -27- bewegen, sind derÜbersichtlichkeit halber nicht gezeichnet. Die beiden Dampfpumpen sind im linken Bildteil,wobei Pumpe 1 durch die Teile 9A, 9B, 9C, 9D und 8A sowie M3,V1 und V2 gebildet wird unddie Pumpe 2 durch die Teile 11A, 11B, 11C, 11D und 10A sowie M5,V3 und V4. Die Funktionder Dampfpumpen sei am Beispiel der Pumpe 1 erklärt: Wenn das Magnetventil -M3- geöffnetist, füllt sich die Kammer -9A- vom darüber liegenden Absorberspeicher -8- her über das Kugel-Rückschlagventil -V1 - mit Lösung. Kammer 9A wird konstant durch zwei außen anliegendeWasserplatten so temperiert, dass die Temperatur zwischen minimal 7°C und maximal 20°Cüber der Kondensatorrückkühltemperatur liegt. Sobald sich Kammer 9A mit Lösung gefüllt hat,schließt sich das Magnetventil -M3- und es fließt die Lösung aus der Kammer -9A- über denHeber 9C in die unter -9A- liegende Kammer 9B, welche durch die zwei außen anliegendeWasserplatten konstant auf die Generatorheiztemperatur temperiert wird. Sobald sich die Lö¬sung in Kammer 9B erwärmt, steigt ihr Druck und der Lösungsfluss vom Speicher -8- in dieKammer -9A- wird unterbrochen, weil das Kugelventil -V1- schließt. Sobald in der Kammer-9B-der Druck des Zielbauteils der Lösung erreicht ist, im konkreten Fall der des Bypass- AbsorberVorspeichers -19- fließt Lösung von der Kammer -9B- durch das Ausgangs Kugel-Rückschlagventil -V2- in den Speicher -19-. Wenn die Kammer -9B- leer ist öffnet sich mit einerVerzögerung, die von der Steuerung der Maschine vorgegeben wird das Magnetventil -M3- unddie Pumpe lässt ihren Überdruck in die Eingangskammer -8A- des Speichers -8- welche eineDruckabsenkfunktion ausübt, weil die dort befindliche kalte Lösung das Gas aus der Pumpe sofort absorbiert, bis die Pumpe und der Speicher -8- auf gleichem Druck sind und so dernächste Pumpenzyklus beginnt. Die Eingangskammer -8A- wird von anliegenden Wasserplattenkonstant auf Kondensatortemperatur gehalten und bekommt in jedem Zyklus frische Lösungvom Absorber -18-, welche nach kurzer Verweilzeit in der Eingangskammer -8A- über einenÜberlauf in den eigentlichen Lösungsspeicher -8- des Absorbers -18- fließt.

[0065] Die weiteren Funktionen sind wie folgt: [0066] Der Weg der Lösung von Pumpe 1 durch das System und zurück zur Pumpe 1: [0067] Die vom Absorber -18- her kommende so genannte „starke Lösung“ geht durch die erstePumpe zum Bypass-Absorber-Vorspeicher -19- und von diesem in den Bypass Absorber -20-,wo sie Gas vom Bypass Generator-15- aufnimmt. Vom Bypassabsorber -20- her füllt die nunweiter angereicherte Lösung (so genannte „überstarke Lösung“) die Eingangskammer -10A-des Bypass-Absorberspeichers - 10-. Und gelangt in die zweite Pumpe. Von dort gelangt dieLösung in den Generator-Vorspeicher -12- dessen Aufgabe es ist, die Pumpendruckstöße aufden Generator zu verringern und von dort in den eigentlichen Generator -13- und dann in denGenerator Gasabscheider -14-. Sobald das Lösungsniveau im Generator- Gasabscheider -14-ein vorgegebenes Niveau übersteigt, lässt das Magnetregelventil - M1 - die nun schwacheLösung in den Bypass-Generator -15- fließen. Auch der Bypass-Generator -15- hat einen Gas¬abscheider -16-, wenn dort das Lösungsniveau einen vorgegebenen Wert übersteigt, lässt daszweite Magnetregelventil -M2- die sogenannte „überschwache Lösung“ in den heißen Absorber-17- fließen, wo die Lösung Gas vom Verdampfer -25- her aufnimmt. Von dort werden die Lö¬sung und der in der Hitze nicht absorbierte Teil des Gases in den warmen Absorber -18 - wei¬tergeleitet, wo der Absorptionsprozess fortgesetzt wird. Danach gelangt die nun starke Lösungin den Absorberspeicher -8- und erneut in die erste Pumpe.

[0068] Der Weg des Ammoniaks vom Generator -13- zum heißen Absorber -17-: Vom Gasab¬scheider -14- wird das Gas über den Rektifikator -22-, wo es einen Teil seiner Wärme zur Wär¬merückgewinnung abgibt und dann durch das Rückschlagventil -V3- zum Kondensator -23geleitet wo es verflüssigt und dann in den Kondensatorspeicher -24- abfließt. In diesem Behäl¬ter -24- befindet sich immer eine gewisse Minimalmenge flüssiger Ammoniak, um die Maschinenach einer Abschaltung und Neueinschaltung sofort wieder zum Kühlen zu bringen. Außerdemkann durch geeignete Steuerung des Magnetregelventils -M4- die im Speicher-24- aufbewahrteMenge des flüssigen Ammoniaks reguliert werden und damit die Lösungskonzentration in denAbsorbern. Dadurch kann die Kühltemperatur der Maschine definiert werden. Über das Ventil -M4- gelangt der flüssige Ammoniak in den Verdampfer-25-, wo er verdampft und den Kühleffekterzeugt, der dort von einem Kühlmedium abgenommen wird. Vom Verdampfer geht das Gasdann in den heißen Absorber -17-, Ein Rückschlagventil in dieser Verbindungsleitung kannallfällige kurzfristige Störungen des Maschinenbetriebs bei starken Schwankungen der Rück¬kühltemperatur verhindern, ist aber nicht zwingend notwendig.

[0069] Der Weg des Ammoniaks vom Bypass-Generator zum Bypass-Absorber: Vom Bypass-Absorber -15- geht die überstarke Lösung samt dem freigesetzten Gas zum Bypass-Gasabscheider -16- wo sich die Lösung zum Magnetregelventil -M2- während das abgetrennteGas zum Gaskühler -21- wo es einen Teil seiner Wärme zur Wärmerückgewinnung abgibt undgeht von dort zum Bypass-Absorber.

[0070] Fig.3 zeigt in schematischer Form, wie man mit in einem erfindungsgemäßen Stapel aussenkrechten Platten einen Generator oder Absorber samt Temperierungsmedium optimal aus¬legt. Dabei sind nur die beteiligten Formplatten dargestellt, zwischen je zwei Formplatten liegt inWirklichkeit immer eine Trennplatte mit Löchern an genau den Stellen, an denen die in Fig.3dargestellten Verbindungsleitungen die Trennplatte passieren müssen. Die gezeigten Platten¬ausschnitte entsprechen nur jeweils einem Teilbereich von Generatoren oder Absorbern -13,15,17,18- oder -20- innerhalb des Teilstapels -2- die gemeinsam hintereinander gestapelteinen dickeren Plattenstapel bilden, in dem dünne Formplatten -26, 27- sich mit nicht dargestell¬ten Trennplatten abwechseln. Die Platten -26- heißen Ammoniakplatten, weil sich in ihnenimmer nur ammoniakalische Lösung oder reiner Ammoniak befinden darf, während die Platten - 27- Wasserplatten heißen, weil sich in ihnen immer nur Temperierungsmedien befinden dürfen,welche meist aber nicht immer stark wasserhaltig sind. Durch den ganzen Teilstapel -2- hin¬durch wechseln sich unter den Formplatten die Wasserplatten -27- und die Ammoniakplatten - 26- regelmäßig ab.

[0071] Die Fig.3 zeigt, wie man die Verbindungsleitungen dieser Platten führen muss, damitsowohl Ammoniakplatten -26- als auch Wasserplatten -27- durch den Plattenstapel hindurchlangsam und gleichmäßig ihre Temperatur ändern können, weil die beteiligten Medien -26A,26B- einerseits und -27A- im Gegenstrom fließen.

[0072] Fig.4 zeigt einen Plattenausschnitt der Zone -28- eines Generators -13- oder -15-. Linksund rechts erkennt man die Zufluss und Abflussleitungen für Gas -26B- und die kochende undblubbernde Lösung -26A-. Es sind keine Richtungspfeile angegeben da die Generatorplatten,wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, abwechselnd von links und von rechts durchflossen werden. DieGeneratorelemente -13- enthalten keine Stege zur Umleitung von Lösung -26A- oder Gas-26B-.

[0073] Fig.5 zeigt einen Plattenausschnitt der Zone -29- eines Absorbers -17,18- oder -20-, diealle gleich ausgebildet sind. Man erkennt, dass das Gas -26B- zunächst durch einen Siphon -17A- abwärts unter die Lösung -26A- geführt und im aufwärts Strömen durch die rechts liegen¬de Serpentine an der Lösung vorbei blubbert. Im oberen Bereich - 17B- liegt ein Gasabschei¬der, so dass das Gas -26B- die Platte oben verlassen kann während die Lösung -26A- denPlattenausschnitts am unteren Ende verlässt, was deshalb möglich ist, weil durch den Siphon -17A- ein Druckunterschied zur Nachbarplatte vorgegeben wird. Während die gezeigte Platte -17- von rechts nach links durchflossen wird, ist der Fluss in der folgenden Ammoniakplatte vonlinks nach rechts und die Plattenform ist horizontal gespiegelt, so dass am nächsten Absorber¬platteneingang auf der linken Seite wieder ein Siphon -17A zu liegen kommt.

[0074] Fig.6 zeigt den entsprechenden Plattenausschnitt einer Wasserplatte, wobei diese Formsowohl für Zone -28- wie auch für Zone -29- gilt. Auch hier wechseln sich die Wasserplatten - 27- mit ihrer jeweils horizontal gespiegelten Form ab. Die spezielle Form der aufsteigendenSerpentine soll Luftblasen nach oben treiben so dass der ganze von der Serpentine bedeckteRaum luftfrei wird. Sollte eine Luftblase im Abwärtskanal auf der rechten Seite hängen bleiben,so betrifft das nur einen kleinen Teil der aktiven Wärmetauscherfläche.

Claims (15)

1. Patentansprüche 1. Steuerbare Dampfpumpe für Batch-Verfahren mit Ammoniak-Wasser Lösungen, beste¬hend aus einem Eingangsrückschlagventil (V1 bzw. V3) zwei Kammern (9A, 9B bzw. 11A,11B), einem Siphon (9C bzw. 11C) mit Heberfunktion, einer Druckausgleichsleitung (9Dbzw. 11D), einem Magnetventil (M3 bzw. M5), einem Druckabsenker (8A bzw. 10A) undeinem Ausgangsrückschlagventil (V2 bzw. V4), dadurch gekennzeichnet, dass beidePumpenkammern (9A, 9B bzw. 11A, 11B) unterhalb des Speichers (8 bzw. 10), von denendie jeweils obere Kammer (9A bzw. 11A) durch das Eingangsventil (V1 bzw. V3) anspeis-bar ist, liegen und dass der Siphon (9C bzw. 11C) das untere Ende der oberen Kammer(9A bzw. 11A) mit dem unteren Ende der unteren Kammer (9B bzw. 11B) verbindet und dieDruckausgleichsleitung (9D bzw. 11D) das obere Ende der oberen Kammer (9A bzw. 11A)mit dem oberen Ende der unteren Kammer (9B bzw. 11B) verbindet, und dass das Aus¬gangsrückschlagventil (V2 bzw. V4) aus dem unteren Ende der unteren Kammer (9B bzw.11B) anspeisbar ist, während das steuerbare Magnetventil (M3 bzw. M5) die obere Kam¬mer (9A bzw. 11A) mit dem Druckabsenker (8A bzw. 10A) im Speicher (8 bzw. 10) verbin¬det.
2. 2. Intermittierende Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschine im Batch- Verfahren, alsStapel vertikaler Platten ausgebildet, die zwischen zwei dicken äußeren Stahlplatten zu¬sammengepresst sind, mit Bypass, Temperaturregelung und Wärmerückgewinnung, be¬stehend aus zwei Generatoren (13,15), drei Absorbern (17,18,20), einem Verdampfer (25)einem Kondensator (23), zwei Lösungs-Dampfpumpen nach Anspruch 1 (einerseits 9A,9B, 9C, 9D, 8A, M3,V1, V2 andererseits 11A, 11B, 11C, 11D, 10A, M5,V3, V4), dadurchgekennzeichnet, dass der Generator (13) mit einer Generatorvorkammer (12) und einemRektifikator (22) und der Bypass Generator mit einem Gaskühler (21) verbunden ist unddass der warme Absorber (18) und der Bypass Absorber (20) nachgeschaltete Speicher(8,10) haben und der Bypass Absorber (20) eine Absorbervorkammer (19) hat, und dassfür den Aufbau des Plattenstapels neben den dünnen ebenen und weitestgehend zweidi¬mensionalen Formplatten die zur Aufnahme von Wärme tauschenden Elementen wie Ge¬neratoren, Absorbern, Kondensator und Verdampfer dienen, auch dicke Formplatten ausKunststoff mit dreidimensionalen Elementen Verwendung finden, die für Behälter, Pumpenund die Aufnahme von Verteilungskanälen oder allgemein zur Wärmedämmung Verwen¬dung finden, wobei dieser Plattenstapel aus drei flächig aneinander anliegenden Teilsta¬peln besteht, von denen die beiden äußeren (1A, 1B) hauptsächlich zur Aufnahme vontemperierbaren Behältern, Pumpen und Verteilungskanälen dienen, während der mittlereStapel (2) hauptsächlich aus Wärme tauschenden Elementen wie Generatoren, Absorbern,Kondensator und Verdampfer besteht, und alle drei Teilstapel (1A, 1B, 2) die gleiche Höhehaben, aber die beiden äußeren Stapel (1A, 1B) gleich breit sind, aber breiter als der mitt¬lere Stapel (2) und alle drei Teilstapel (1A, 1B, 2) mit den Oberkanten und Unterkanten so¬wie einer gemeinsamen Seitenkante deckungsgleich abschließen, so dass an der anderenSeite des gesamten Plattenstapels eine vertiefte vertikale Längsrinne entsteht, in der dieSteuerungselemente (M1, M2, M3, M4, M5) der Maschine montiert sind und dass eineLeistungssteuerung der Dampfpumpen anhand der Signale von Sensoren (7), welche dasNiveau von Flüssigkeit den Pumpenbehältern feststellen, erfolgt.
3. 3. Intermittierende Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschine nach Anspruch 2, dadurchgekennzeichnet, dass die funktionellen Bauteile nach ihrer Betriebstemperatur geordnetsind, wobei in vertikaler Richtung vier Zonen (28,29,30,31) und in horizontaler Richtungdrei Zonen (1A, 1B, 2) zu unterscheiden sind, wobei die heißeste Zone (28) mit den beidenGeneratoren (13, 15) unten liegt, darüber die etwas weniger heiße Zone (29) mit den Ab¬sorbern (17,18,20) und darüber, nach einem Wärme dämmenden Abstand, die kalte Ver¬dampfer-Zone (30) und die Kondensator-Zone (31) liegen, während in horizontaler Rich¬tung die Temperatur von der Zone (1A) nach Zone (1B) ansteigt, nämlich von der warmenZone (1A) mit den warmen Pumpenbehältern (9A, 9B, 11A, 11B) über die Mittelzone (2),wo Generatoren (13, 15) und Absorber (17,18,20) so angeordnet sind, dass ihre kühleren Platten der Zone (1A) zugekehrt sind, während ihre heißeren Platten an die heiße Zone(1B) angrenzen welche Gasabscheider (14,16) und Rektifikator (22) enthalten,
4. 4. Intermittierende Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschine nach Ansprach 2, dadurchgekennzeichnet, dass die Flüssigkeit anzeigenden Sensoren, die in die Behälter enthal¬tenden Platten (1A,1B) von der Seite (7) her eingepasst sind, die Regelelemente (6) steu¬ern.
5. 5. Intermittierende Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschine nach Anspruch 2, dadurchgekennzeichnet, dass vor dem Bypass-Absorber (20) ein Vorspeicher (19) angebracht ist,in den die erste Dampfpumpe (9A, 9B, 9C, 9D, 8A, M3, V1, M2) genau dosiert Lösung vomAbsorberspeicher (8) hineinpumpt, so dass aus diesem Vorspeicher (19) die Lösung derSchwerkraft folgend in den darunter liegenden Bypass Absorber (20) rinnt.
6. 6. Intermittierende Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschine nach Anspruch 2, dadurchgekennzeichnet, dass die Ventilkörper der Kugel- Rückschlagventile (V), welche dieSchwerkraft schließt, weil die Kugel in einer senkrecht stehenden trichterförmigen Öffnungsitzt, außerhalb der für sie vorgesehenen dicken Platten (1A, 1B) zu fertigen sind und erstdanach in entsprechende Öffnungen dieser dicken Platten (1A, 1B) einzupressen sind.
7. 7. Intermittierende Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschine nach Anspruch 2, dadurchgekennzeichnet, dass zwei verschiedene Temperierungsmedien die frei werdende Ab¬sorptionswärme aufnehmen, wobei das erste Medium das eigentliche Heizmedium (27A)ist, das zunächst die hintereinander liegenden Generatorplatten (13) beheizt, wobei diesesHeizmedium (27A) im Gegenstrom zur Ammoniaklösung (26A) fließt und sich dabei abkühltund danach entlang der hintereinander liegenden Platten des heißen Absorbers (17) fließtwieder im Gegenstrom zur Lösung (26A) und danach die Maschine verlässt, während daszweite Medium kalt in die Maschine eintritt und zunächst zum warmen Absorber (18) fließtund dann entlang der hintereinander liegenden Platten desselben weiter zu Gaskühler (21)bzw. Rektifikator (22) der beiden Generatoren (13,15) fließt, wo es weitere Wärme auf¬nimmt.
8. 8. Intermittierende Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschine nach Anspruch 2, dadurchgekennzeichnet, dass im mittleren Teilstapel (2) dünne Formplatten in Gestalt von hinter¬einander gestapelten Ammoniakplatten (26) sowie Wasserplatten (27) sich regelmäßig ab¬wechseln wobei sich zwischen je zwei Formplatten eine metallene Trennplatte befindet.
9. 9. Intermittierende Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschine nach Anspruch 8, dadurchgekennzeichnet, dass der für einen Generator (13,15) vorgesehene Abschnitt der Ammo¬niakplatten (26) aus einem rechteckigen Ausschnitt besteht, an den zu beiden Seiten jezwei Anschlusskanäle (26A, 26B) münden, von denen aus jeweils ein Verbindungstunneldurch die dazwischen liegenden zwei Trennplatten und die Wasserplatte (27) zur nächstenAmmoniakplatte (26) führen und dass sich an einer Seite des Generatorausschnitts (13)ein Loch (27A) befindet, durch welches der Verbindungstunnel zwischen den die Ammoni¬akplatte (26) einschließenden beiden Wasserplatten (27) führt.
10. 10. Intermittierende Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschine nach Anspruch 8, dadurchgekennzeichnet, dass der für einen Absorber (17,18,20) vorgesehene Abschnitt der Am¬moniakplatten (26) aus zwei nebeneinander liegenden rechteckigen Ausschnitten bestehtdie jeweils einen serpentinenförmigen Kanal enthalten, wobei dieses Kanäle oben (17B)miteinander verbunden sind, und an den beiden Außenseiten dieser Absorberplatte (17) jezwei Anschlusskanäle (26A, 26B) münden, wobei die Gas zuführende Leitung der beidenGasanschlüsse (26B) über einen vertikalen Verbindungskanal (17A) mit dem unteren Endedes einen serpentinenförmigen Kanals verbunden ist und wo von jedem Anschlusskanal(26A, 26B) aus jeweils ein Verbindungstunnel durch die dazwischen liegenden zwei Trenn¬platten und die Wasserplatte (27) zur nächsten Ammoniakplatte (26) führen und dass sichan einer Seite des Absorberausschnitts (17) ein Loch (27A) befindet, durch welches derVerbindungstunnel zwischen den die Ammoniakplatte (26) einschließenden beiden Was¬serplatten (27) führt.
11. 11. Intermittierende Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschine nach Anspruch 8, dadurchgekennzeichnet, dass der für die Temperierung eines Absorbers (17,18,20) oder Genera¬tors (13,15) vorgesehene Abschnitt der Wasserplatten (27) aus einem rechteckigen Aus¬schnitt besteht der einen serpentinenförmigen Kanal hält, in dem das Temperierungsmedi¬um von unten nach oben fließt in den zwei seitliche Anschlusskanäle (27A) münden, undwo von jedem Anschlusskanal (27A) aus jeweils ein Verbindungstunnel durch die dazwi¬schen liegenden zwei Trennplatten und die Ammoniakplatte (26) zu einer benachbartenWasserplatte (27) führen und dass sich an einer Seite des Temperierungsausschnitts (27)zwei Löcher (26A, 26B) befinden, durch welches die Verbindungstunnel zwischen den dieWasserplatte (27) einschließenden beiden Wasserplatten (27) führen.
12. 12. Intermittierende Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschine nach Anspruch 2, dadurchgekennzeichnet, dass sich am Ausgang des Kondensators (23) und vor der Druckstufe(M4) zum Verdampfer (25) hin ein Speicher (24) zur Aufnahme von flüssigem Ammoniakbefindet.
13. 13. Intermittierende Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschine nach Anspruch 2, dadurchgekennzeichnet, dass mehrere solcher Maschinen als autonome Module mit jeweils eige¬nem unabhängigen Ammoniaksystem zu einer größeren Block verbunden sind, wobei diekongruenten Plattenstapel der Einzelmodule zu einem Gesamtstapel verbunden sind.
14. 14. Intermittierende Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschine nach den Ansprüchen 2und 13, dadurch gekennzeichnet, dass Leitungen für die Medien zum Beheizen, zumRückkühlen oder zur Herausleitung der erzeugten Kälte von einer Seite des Plattenblockszur anderen Seite so durchlaufen dass ihre Eingänge bzw. Ausgänge (5) an kongruentenPositionen der gegenüberliegenden Außenplatte (3) münden, lediglich im inneren jedes be¬teiligten Moduls gibt es Abzweigungen, zu den einzelnen Bauteilen, die zu temperierensind.
15. 15. Intermittierende Ammoniak-Wasser-Absorptionskältemaschine nach den Ansprüchen 2, 13und 14, dadurch gekennzeichnet, dass die regelbare Kühltemperatur der einzelnen Mo¬dule in einer Großmaschine auf unterschiedliche Temperaturen so einzustellen ist, dassdas zu kühlende Medium als erstes durch den Modul mit der wärmsten Kühltemperaturfließt, welche knapp unter der Temperatur des zu kühlenden Raums liegt, danach durchden Modul mit der nächst kälteren Temperatur und so fort bis zum letzten Modul, der aufdie tiefste Temperatur eingestellt ist, welches die Nenntemperatur des Gesamtsystems ist. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen