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__NOTOC__ Eine Diffusionsabsorptionskältemaschine (DAK) ist eine Modifikation der Absorptionskältemaschine. Diese gehören wiederum zu den Kältemaschinen.
Aufbau
Die Diffusionsabsorptionskältemaschine besteht aus folgenden Bestandteilen:
- Ein sogen. Austreiber ... (treibt das Kältemittel durch Erhitzen aus der Lösung aus)
- Ein Entfeuchter ... (auch Rektifikator, trennt Reste von Lösungsmittel vom dampfförmigen Kältemittel)
- Ein Kondensator ... (verflüssigt das Kältemittel)
- Ein Verdampfer ... (verdampft das Kältemittel, die dazu nötige Energie wird äußerlich als Kälteleistung wahrgenommen)
- Ein Absorber ... (löst das gasförmige Kältemittel wieder im Lösungsmittel)
- Ein Wärmetauscher für Inertgas ... (reduziert die Energieverluste)
- Ein Wärmetauscher für das Lösungsmittel ... (reduziert die Energieverluste)
Im Gegensatz zur Kompressionskältemaschine ("normaler" Kühlschrank) benutzt eine DAK drei verschiedene, umlaufende Substanzen:
- Ein Lösungsmittel (zum Beispiel Wasser mit Ammoniak)
- Ein Kältemittel (zum Beispiel Ammoniak NH3)
- Ein Hilfsgas (zum Beispiel Helium He)
Funktionsweise
Diffusions_Absorptions_Kältemaschine.png
| Abkürzungen: | |
| NiAmWs | niedrigkonzentrierte Ammoniak-Wasser-Lösung |
| HoAmWs | hochkonzentrierte Ammoniak-Wasser-Lösung |
| NH3 | Ammoniak |
| NiAmHe | niedrigkonzentriertes Ammoniak-Helium-Gemisch |
| HoAmHe | hochkonzentriertes Ammoniak-Helium-Gemisch |
| (1) | NH3 (Gas) + Wasserdampf |
| (2) | NH3 (Gas) |
| (3) | NH3 (flüssig) |
| (4) | Mischung NiAmHe + NH3 --> HoAmHe |
| und Verdampfung. | |
| (5) | HoAmHe kalt |
| (6) | HoAmHe warm |
| (7) | NiAmHe warm |
| (8) | NiAmHe kalt |
| (9) | Trennung HoAmHe --> NH3 + NiAmHe und |
| Mischung NH3 + NiAmWs --> HoAmWs | |
| (10) | HoAmWs kalt |
| (11) | HoAmWs warm |
| (12) | NiAmWs heiß |
| (13) | NiAmWs kalt |
Der Kühlmittelkreislauf wird durch die Wärmezufuhr im Austreiber angetrieben.
1. Eine hochkonzentrierte Ammoniak-Wasser-Mischung wird im Austreiber stark erwärmt. Dabei entweicht ein Teil des Ammoniaks aus der Lösung und es entsteht ein hoher Druck. Zurück bleibt eine niedrigkonzentrierte Ammoniak-Wasser-Mischung (12) . Das Ammoniak (1) strömt nun in den Entfeuchter.
2. Im Entfeuchter wird der im Austreiber ebenfalls entstehende Wasserdampf durch Kondensation entfernt. Im Kreislauf verbleibt Ammoniakdampf (2). Dieser gelangt nun in den Kondensator.
3. Im Kondensator verflüssigt sich der Ammoniakdampf und Wärme wird abgeführt. Dabei bleibt ein Teil des im Austreiber erzeugten Drucks erhalten (3) .
4. Das flüssige Ammoniak gelangt in den Verdampfer. Dort wird es dem aus dem Absorber stammenden niedrigkonzentrierten Ammoniak-Helium-Gemisch bei ca. 9 bar zugeführt ( es entsteht also ein hochkonzentriertes Ammoniak-Helium-Gemisch) und danach erfolgt eine Verdampfung und Expansion des Ammoniak (aus der Mischung heraus) unter Aufnahme von Wärme (4). Die gewünschte Kühlwirkung wird also an diesem Bauteil erreicht. Das Ammoniak hat dabei einen niedrigen Partialdruck von 5 bar. Dabei sorgt das Helium für den Druckausgleich.
5. Dieses hochkonzentrierte Ammoniak-Helium-Gemisch strömt nun über einen Wärmetauscher (s.u.) in den Absorber (5 und 6). Hier wird das Ammoniak vom aus dem Austreiber zurückkommenden (13) niedrigkonzentrierten Ammoniak-Wasser-Gemisch absorbiert (9). Zurück bleibt niedrigkonzentriertes Ammoniak-Helium-Gemisch (7), welches über den Wärmetauscher zum Verdampfer zurückgeführt wird (8). Die hochkonzentrierte Ammoniak-Wasser-Mischung (10) kommt jetzt über einen Lösungsmittel-Wärmetauscher wieder in den Austreiber (11) .
B: Lösungskreislauf:
Der Lösungsmittelkreislauf wird ebenfalls durch die Wärmezufuhr im Austreiber angetrieben.
Das Lösungsmittel durchläuft Austreiber und Absorber, wobei zwischen diesen Bauteilen ein Wärmetauscher dafür sorgt, das die Energie des vom Austreiber kommenden, heißen, niedrigkonzentrierten Lösungsmittels zum Vorwärmen des vom Absorber kommenden hochkonzentrierten Lösungsmittels genutzt wird.
C: Hilfsgaskreislauf:
Das Hilfsgas durchläuft Verdampfer und Absorber,wobei zwischen diesen Bauteilen ein Gaswärmetauscher für bessere Energienutzung sorgt. Der Antrieb des Hilfskreislaufs erfolgt dabei durch den Dichteunterschied zwischen hochkonzentriertem, kalten und niedrigkonzentriertem, warmem Gas.
Fazit
Vorteile
- Keine mechanischen Teile (Pumpen, Kompressoren...)
- Wartungsfrei
- Selbstregulierend
- Kann ohne komplexe Bauteile gebaut werden
- Arbeitet nahezu geräuschfrei
Nachteile
- Mäßiger Wirkungsgrad bei Absorptionskühlschränken zwischen 0,1 bis 0,2 wegen einfacher Bauweise ohne Rektifikation (aus Kostengründen)
- Verbesserter Wirkungsgrad bei indirekt thermisch beheizter Diffusions-Absorptionskältemaschine (DAKM) zwischen 0.3 bis 0.5
- Schwierige Konstruktion und Auslegung
Einsatzgebiete
- Campingkühlschränke
- Hotelminibars
- Gebäudeklimatisierung (Link: http://www.hft-stuttgart.de/Bauphysik/Forschung/ThermischeBPH/Forschung_Waerme/index_html)
- Solares Kühlen (Link: http://www.zafh.net/index.php?id=97)
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