Wirkungsweise der Adsorptionskältemaschine Typ NAK

[zurück zu NAK]

Der Betrieb der Adsorptionskältemaschine ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei Prozeßpaare gleichzeitig ablaufen. Das erste Prozeßpaar ist die Verdampfung des Kältemittels und Adsorption des entstehenden Kältemitteldampfes durch das Adsorptionsmittel. Das zweite Prozeßpaar wird durch die Desorption des im Adsorptionsmittel gebundenen Kältemittels und nachfolgender Kondensation des entstehenden Dampfes gebildet. Damit kann trotz der Sättigungscharakteristik des Adsorptions- und Desorptionsvorganges ein quasikontinuierlicher Betrieb realisiert werden, indem die Adsorber wechselseitig in die Prozeßpaare geschaltet werden.
Der so realisiert kontinuierliche Kältemittelumsatz ermöglicht eine nahezu stetige Verdampfung und Rekondensation des Kältemittels. Allerdings unterliegen die Leistungsverläufe der einzelnen Wärmetauscher prozeßbedingten Schwankungen.

Ablauf des Betriebszyklusses

Der Verdampfer wird von Kaltwasser durchströmt und gleichzeitig mit Kältemittel beaufschlagt. Dadurch verdampft das Kältemittel und der Dampf strömt nach Erreichen eines bestimmten Überdrucks über die Klappenventile in die Adsorberkammer. Der Kältemitteldampf wird vom Silicagel adsorbiert, so daß der Dampfdruck gering gehalten wird und der Verdampfungsprozeß kontinuierlich ablaufen kann. Für diesen Vorgang wird das Silicagel gekühlt.
Parallel dazu wird der andere Adsorberwärmetauscher von Heißwasser durchströmt, so daß das adsor-bierte Kältemittel desorbiert wird. Der entstehende Kältemitteldampf strömt mit Erreichen eines defi-nierten Überdrucks über die Klappenventile in die Kondensatorkammer. Dort erfolgt eine Verflüssi-gung des Dampfes. Der Kondensatorwärmetauscher wird dabei mit Kühlwasser gekühlt.
Das rekondensierte Kältemittel wird gesammelt und über ein hydrostatisches Ventil zur Drucktrennung zwischen Verdampfer- und Kondensatorkammer dem Verdampfungsprozeß erneut zugeführt. Überschüssiges Kältemittel wird in den Sammler am Boden der Verdampferkammer geleitet und im Bedarfsfall mit Hilfe einer kleinen Kältemittelpumpe dem Verteilsystem auf dem Verdampfer zuge-führt.
Nach Ablauf des Zyklusses schaltet die Maschine um. Dabei gehen die Adsorber vom Adsorptions- zum Desorptionsbetrieb bzw. umgekehrt über. Bei der Umschaltung der Maschine wird zur Vermei-dung größerer Wärmeverluste das Heißwasser aus dem einen in den anderen Wärmetauscher geleitet.
 
Vakuumsystem

Da die Maschine unter Vakuum arbeitet muß vor der Inbetriebnahme in den vier Prozeßkammern ein Gesamtdruck von ca. 10 mbar realisiert werden. Dazu ist die Maschine mit einer kleinen Vakuum-pumpe versehen. Während des Betriebes der Maschine läuft die Vakuumpumpe nicht. Sie wird nur zyklisch (nach ca.60 Betriebsstunden) zum Abzug von desorbierten Gasen aus den Materialien bzw. von Leckluft aus der Armaturen verwendet.
Die Kältemittelpumpe ist eine magnetgekoppelte Pumpe, da sie in das Vakuumsystem eingebunden ist.

Steuerung

Der Betriebszyklus der Adsorptionskältemaschine wird rein hydraulisch gesteuert. Das heißt mit der Umschaltung der Adsorberwärmtauscher zwischen dem Heiß- und dem Kühlwasserkreis werden in den Adsorberkammern die entsprechenden Prozeßdrücke realisiert, die den Kältemitteldampftransport durch die Maschine ermöglichen. Das Umschaltsystem der pneumatischen Klappenventile auf der Maschine wird von einer SPS angesteuert.
Die SPS realisiert folgende Hauptfunktionen:
  • Erfassung der Betriebstemperaturen des Kaltwasserkreises (Vor- und Rücklauf), Rücklauf des Kühlwasserkreises und des Kältemittels
  • Schaltung der pneumatischen Klappenventile entsprechend dem Betriebsprogramm
  • Schaltung der Kältemittelpumpe entsprechend dem Betriebsprogramm
  • Schaltung der Evakuierungsarmaturen sowie der Vakuumpumpe
  • Ausgabe von Betriebssignale an externe Steuerungen

Bei einer Verminderung der nutzerseitigen Kaltwasserleistung, so daß das System in Teillast betrieben werden muß, registriert die Maschinensteuerung den Abfall der Kaltwasserzulauftemperatur und schaltet nach der Unterschreitung eines vorgegebenen Schwellwertes nicht mehr in den nächsten Be-triebszyklus um. Damit reduziert sich die Maschinenleistung bis zur vollständigen Wasserdampfsätti-gung in den Maschinenkammern.
Die Maschine schaltet in den nächsten Betriebszyklus und liefert ohne Verzögerung volle Nennleis-tung, wenn mit zunehmender Kälteabnahme die Zulauftemperatur wieder über einen definierten Grenzwert ansteigt.