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Absorptionskältemaschine

Prinzip einer Absorptionskältemaschine. Quelle: Famulus

Eine Absorptionskältemaschine (kurz AKM) ist eine Kältemaschine, bei der im Gegensatz zur Kompressionskältemaschine die Verdichtung durch eine temperaturbeeinflusste Lösung des Kältemittels erfolgt. Man bezeichnet dies auch als thermischen Verdichter. Das Kältemittel wird in einem Lösungsmittelkreislauf bei geringer Temperatur in einem zweiten Stoff absorbiert und bei höheren Temperaturen desorbiert. Bei dem Prozess wird die Temperaturabhängigkeit der physikalischen Löslichkeit zweier Stoffe genutzt. Voraussetzung für den Prozess ist, dass die beiden Stoffe in dem verwendeten Temperaturintervall in jedem Verhältnis ineinander löslich sind.  

Grundlegende Prozesse

Wie jede Kältemaschine ist eine Absorptionskältemaschine eine Wärmepumpe, d. h. eine Vorrichtung, die Wärme von einem (inneren) Bereich mit der Temperatur zu einem (äußeren) Bereich mit der Temperatur transportiert, wobei gilt, der Zweck der Kältemaschine ist es, im inneren Bereich (z. B. im Inneren eines Kühlschranks oder eines zu kühlenden Gebäudes) die niedrige Temperatur aufrechtzuerhalten oder noch weiter abzusenken. Nach dem Zweiten Hauptsatz der Thermodynamik ist das nur durch Energiezufuhr von Außen möglich.

In der Kältemaschine zirkuliert ein Kältemittel in einem geschlossenen Kreislauf zwischen dem inneren und dem äußeren Bereich. Im inneren Bereich wird im sogenannten Verdampfer Kältemittel verdampft und dadurch der Umgebung Wärme entzogen und die Temperatur gesenkt. Das gasförmige Kältemittel wird in den äußeren Bereich geleitet und dort wieder verflüssigt. Bei Kompressionskältemaschinen geschieht die Verflüssigung durch Erhöhung des Drucks, bei Absorptionskältemaschinen hingegen durch Salzlösungen, die die Fähigkeit haben, Kältemitteldampf zu binden, d. h. zu absorbieren.

Eine der weitestverbreiteten Typen von Absorptionskältemaschinen ist die Lithiumbromid-Absorptionskältemaschine. Sie verwendet Wasser als Kältemittel. In einem nahezu evakuierten Verdampfer wird es auf eine Rohrschlange gesprüht und bei ca. 3 °C verdampft. Dabei macht man sich zu Nutze, dass die Verdampfungstemperatur mit sinkendem Druck ebenfalls abnimmt.

Der Wasserdampf wird im sogenannten Absorber von einer LiBr-Lösung absorbiert. Der Absorptionsprozess würde stoppen, sobald die Salzlösung mit Kältemittel gesättigt wäre. Daher muss im dritten Schritt der Salzlösung permanent das Kältemittel entzogen werden. Dazu wird die mit Kältemittel angereicherte Salzlösung in den sogenannten Generator oder Austreiber gepumpt, in dem das Kältemittel durch Hitzeeinwirkung (ca. 80 bis 120 °C) ausgekocht und dabei wieder verdampft wird – allerdings auf deutlich höherem Temperatur- und Druckniveau. Die dabei entstehenden Fluide (die konzentrierte Salzlösung und der Kältemitteldampf) werden anschließend voneinander getrennt.

Das verdampfte Kältemittel wird im Kondensator abgekühlt. Dadurch kondensiert es und kann anschließend wieder dem Verdampfer zugeführt werden. Damit ist der Kreislauf des Kältemittels geschlossen. Die konzentrierte Salzlösung wird in einem zweiten separaten Kreislauf wieder zurück zum Absorber geführt.

Bei Kompressionskältemaschinen erfolgt die zur Erhöhung des Temperaturgefälles notwendige Energiezufuhr üblicherweise durch elektrische Energie, d. h. die mechanische Energie zur Kompression wird durch elektrisch betriebene Pumpen zugeführt. Bei Absorptionskältemaschinen wird hingegen hauptsächlich thermische Energie zugeführt. Absorptionskältemaschinen haben meistens einen schlechteren Wirkungsgrad als Kompressionskältemaschinen, sind aber von Vorteil, wo Wärme günstig oder kostenlos zur Verfügung steht, etwa in Form von Abwärme. 

Anwendung in der Geothermie

In der Geothermie werden Absortionskältemaschinen zunehmend zur Klimatisierung bei größeren Anlagen, meist der Tiefengeothermie, eingesetzt. Ein Beispiel ist die Geothermieanlage Unterföhring.

Weblink

https://de.wikipedia.org/wiki/Absorptionskältemaschine