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Lexikon der Physik: Absorptionskältemaschine

Absorptionskältemaschine, Sorptionskältemaschine, eine Kältemaschine, die auf dem Prinzip der periodischen Austreibung eines Kältemittels aus einer Trägerflüssigkeit (Lösungsmittel) und anschließender Absorption des nunmehr gasförmigen Kältemittels im Träger beruht. Das Funktionsprinzip ist in Abb. 1 illustriert: Das Kältemittel (z.B. Ammoniak), das zunächst in der Trägerflüssigkeit (z.B. Wasser) gelöst ist (Behälter A) wird bei der gewünschten niedrigen Temperatur zur Verdampfung gebracht, wobei die hierfür benötigte Verdampfungswärme aus der Umgebung (Luft, Kühlgut/ Behälter B) entnommen wird, die sich dadurch abkühlt. Damit die Verdampfung des Kühlmittels nicht zum Erliegen kommt, muß der Kühlmitteldampf kontinuierlich abgeführt werden (Leitung C). Damit letzterer erneut zum Kühlen verwendet werden kann, wird er in einem weiteren Gefäß (D) wieder kondensiert, was durch den Prozeß der Absorption des Kältemittels in der Trägerflüssigkeit geschieht. Die bei der Absorption freiwerdende Wärme wird mittels einer Wasserkühlung abgeführt (Behälter E). Zur Rückführung des Kältemittels in den Ausgangsbehälter wird nun Gefäß D mit Hilfe einer zusätzlichen Wärmequelle (F) geheizt, wodurch das Kältemittel erneut aus dem Träger ausgetrieben und verdampft wird. Eine Verflüssigung in A stellt sich ein, wenn der Druck dort größer als der Verflüssigungsdruck bei der dortigen Temperatur ist.

Während nach dem beschriebenen Prinzip die Gefäße A und B jeweils Doppelfunktionen als Verflüssiger/Verdampfer bzw. Kocher/Absorber erfüllen, was eine Aufteilung des Prozesses in eine Kühl- und eine Heizperiode erforderlich macht, läßt sich bei Trennung der Funktionen (Abb. 2) ein kontinuierlicher Betrieb der Kältemaschine erreichen. Das Kältemittel wird hierbei im Kocher K bei hoher Temperatur (TH) und hohem Druck (pC) verdampft. Der Kältemitteldampf strömt über die Trennsäule R, wo mitausgetriebener Lösungsmitteldampf abgetrennt wird, zum wassergekühlten Verflüssiger C (Temperatur TM), wo er kondensiert und sich dabei abkühlt. Das kondensierte Kältemittel fließt nun zum Verdampfer V, wobei es im Regelventil auf den der gewünschten Kühltemperatur (TK) entsprechenden Verdampfungsdruck p0 entspannt wird. Das Kältemittel verdampft im Verdampfer V, wo es die gewünschte Kälte erzeugt. Der Kreislauf wird im wassergekühlten Absorber A geschlossen, wo der Kältemitteldampf und die vom Kocher kommende, an Kältemittel abgereicherte Träger/Kühlmittelflüssigkeit zusammenkommen. Die Lösung wird auf ihrem Weg vom Kocher zum Absorber über das Lösungsregelventil LV auf den Absorberdruck p0 entspannt. Zum Schließen des Kreisprozesses wird die Lösung mittels der Lösungspumpe LP wieder zurück in den Kocher befördert. Unter Annahme idealer Prozeßführung (Kreisprozesse in der Kältetechnik) läßt sich nun die Arbeitszahl der Kältemaschine in Abhängigkeit der genannten Temperaturen TK (Verdampfer), TH (Austreiber) und TM (Verflüssiger sowie Absorber) bestimmen. Hierzu stellt man sich die Kältemaschine als eine Kombination aus einer Wärmekraftmaschine WK und einer Wärmepumpe WP vor (Abb. 3). Arbeiten sowohl WK als auch WP als Carnot-Maschinen, so erhält man für die Arbeitszahl

. Praktisch gilt stets ε 1. Eine Diskussion realer Absorptionskältemaschinen läßt sich mit Hilfe eines lg-p-1/T-Diagrammes durchführen. [OP]



Absorptionskältemaschine 1: Prinzipielles Funktionsschema einer Absorptionskältemaschine, A: Verflüssiger/Verdampfer, B: zu kühlendes Volumen, C: Verbindungsleitung, D: Kocher/Absorber, E: Wasserkühlung, F: Heizquelle. In der Kühlperiode (a) wird der zu kühlenden Umgebung durch Verdampfung des Kältemittels Wärme entzogen; der über die Verbindungsleitung zum Absorber abgeführte Kältemitteldampf wird dort absorbiert. In der Heizperiode (b) wird das Kühlmittel im Absorber/Kocher ausgekocht und auf diese Weise erneut dem Verdampfer/Verflüssiger zugeführt.



Absorptionskältemaschine 2: Schema einer kontinuierlich arbeitenden Absorptionskältemaschine, eingezeichnet in ein Druck-Temperatur-Diagramm. Die Trennung der Funktionen Verdampfer/Verflüssiger bzw. Absorber/Kocher ermöglicht den kontinuierlichen Betrieb. Man beachte, daß drei Temperaturniveaus erforderlich sind.



Absorptionskältemaschine 3: Illustration der theoretisch maximal möglichen Arbeitszahl einer Kältemaschine auf der Basis dreier Temperaturniveaus. Die eigentliche Wärmepumpe WP wird von einer Wärmekraftmaschine WK angetrieben.

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Markus Aspelmeyer, München [MA1] (A) (20)
Dr. Katja Bammel, Cagliari, I [KB2] (A) (13)
Doz. Dr. Hans-Georg Bartel, Berlin [HGB] (A) (02)
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Dr. Günther Beikert, Viernheim [GB1] (A) (04, 10, 25)
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Dr. Werner Biberacher, Garching [WB] (B) (20)
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Karl Eberl, Stuttgart [KE] (A) (Essay Molekularstrahlepitaxie)
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Dr. Frank Eisenhaber, Wien [FE] (A) (27)
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Dr. Angelika Fallert-Müller, Groß-Zimmern [AFM] (A) (16, 26)
Stephan Fichtner, Heidelberg [SF] (A) (31)
Dr. Thomas Filk, Freiburg [TF3] (A) (10, 15; Essay Perkolationstheorie)
Natalie Fischer, Walldorf [NF] (A) (32)
Dr. Harald Fuchs, Münster [HF] (A) (Essay Rastersondenmikroskopie)
Dr. Thomas Fuhrmann, Mannheim [TF1] (A) (14)
Christian Fulda, Hannover [CF] (A) (07)
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Michael Gerding, Kühlungsborn [MG2] (A) (13)
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Andrea Greiner, Heidelberg [AG1] (A) (06)
Uwe Grigoleit, Weinheim [UG] (A) (13)
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Dr. Andreas Heilmann, Halle [AH1] (A) (20, 21)
Carsten Heinisch, Kaiserslautern [CH] (A) (03)
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Dr. Marc Hemberger, Heidelberg [MH2] (A) (19)
Florian Herold, München [FH] (A) (20)
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Dr. Ulrich Kilian, Heidelberg [UK] (A) (19)
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Dr. Bernd Krause, München [BK1] (A) (19)
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Marita Milde, Dresden [MM2] (A) (12)
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Dr. Thomas Otto, Genf [TO] (A) (06)
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Dr. Max Rauner, Weinheim [MR3] (A) (15; Essay Quanteninformatik)
Robert Raussendorf, München [RR1] (A) (19)
Ingrid Reiser, Manhattan, USA [IR] (A) (16)
Dr. Uwe Renner, Leipzig [UR] (A) (10)
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Prof. Dr. Siegmar Roth, Stuttgart [SR] (A) (Essay Nanoröhrchen)
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Jörg Schuler, Taunusstein [JS1] (A) (06, 08)
Dr. Joachim Schüller, Dossenheim [JS2] (A) (10)
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Rolf vom Stein, Köln [RVS] (A) (29)
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Prof. Dr. Klaus Winter, Berlin [KW] (A) (Essay Neutrinophysik)
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Priv.-Doz. Dr. Jörg Zegenhagen, Stuttgart [JZ3] (A) (21; Essay Oberflächenrekonstruktionen)
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Markus Aspelmeyer, München [MA1] (A) (20)
Dr. Katja Bammel, Cagliari, I [KB2] (A) (13)
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Steffen Bauer, Karlsruhe [SB2] (A) (20, 22)
Dr. Günther Beikert, Viernheim [GB1] (A) (04, 10, 25)
Prof. Dr. Hans Berckhemer, Frankfurt [HB1] (A, B) (29; Essay Seismologie)
Dr. Werner Biberacher, Garching [WB] (B) (20)
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Prof. Dr. Helmut Bokemeyer, Darmstadt [HB2] (A, B) (18)
Dr. Thomas Bührke, Leimen [TB] (A) (32)
Jochen Büttner, Berlin [JB] (A) (02)
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Dr. Michael Eckert, München [ME] (A) (02)
Dr. Dietrich Einzel, Garching (A) (Essay Supraleitung und Suprafluidität)
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Dr. Frank Eisenhaber, Wien [FE] (A) (27)
Dr. Roger Erb, Kassel [RE1] (A) (33)
Dr. Angelika Fallert-Müller, Groß-Zimmern [AFM] (A) (16, 26)
Stephan Fichtner, Heidelberg [SF] (A) (31)
Dr. Thomas Filk, Freiburg [TF3] (A) (10, 15)
Natalie Fischer, Walldorf [NF] (A) (32)
Dr. Thomas Fuhrmann, Mannheim [TF1] (A) (14)
Christian Fulda, Hannover [CF] (A) (07)
Frank Gabler, Frankfurt [FG1] (A) (22)
Dr. Harald Genz, Darmstadt [HG1] (A) (18)
Prof. Dr. Henning Genz, Karlsruhe [HG2] (A) (Essays Symmetrie und Vakuum)
Dr. Michael Gerding, Potsdam [MG2] (A) (13)
Andrea Greiner, Heidelberg [AG1] (A) (06)
Uwe Grigoleit, Weinheim [UG] (A) (13)
Gunther Hadwich, München [GH] (A) (20)
Dr. Andreas Heilmann, Halle [AH1] (A) (20, 21)
Carsten Heinisch, Kaiserslautern [CH] (A) (03)
Dr. Marc Hemberger, Heidelberg [MH2] (A) (19)
Dr. Sascha Hilgenfeldt, Cambridge, USA (A) (Essay Sonolumineszenz)
Dr. Hermann Hinsch, Heidelberg [HH2] (A) (22)
Priv.-Doz. Dr. Dieter Hoffmann, Berlin [DH2] (A, B) (02)
Dr. Gert Jacobi, Hamburg [GJ] (B) (09)
Renate Jerecic, Heidelberg [RJ] (A) (28)
Prof. Dr. Josef Kallrath, Ludwigshafen [JK] (A) (04)
Priv.-Doz. Dr. Claus Kiefer, Freiburg [CK] (A) (14, 15)
Richard Kilian, Wiesbaden [RK3] (22)
Dr. Ulrich Kilian, Heidelberg [UK] (A) (19)
Thomas Kluge, Jülich [TK] (A) (20)
Dr. Achim Knoll, Karlsruhe [AK1] (A) (20)
Dr. Alexei Kojevnikov, College Park, USA [AK3] (A) (02)
Dr. Bernd Krause, München [BK1] (A) (19)
Dr. Gero Kube, Mainz [GK] (A) (18)
Ralph Kühnle, Heidelberg [RK1] (A) (05)
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Dr. Anton Lerf, Garching [AL1] (A) (23)
Dr. Detlef Lohse, Twente, NL (A) (Essay Sonolumineszenz)
Priv.-Doz. Dr. Axel Lorke, München [AL] (A) (20)
Prof. Dr. Jan Louis, Halle (A) (Essay Stringtheorie)
Dr. Andreas Markwitz, Lower Hutt, NZ [AM1] (A) (21)
Holger Mathiszik, Celle [HM3] (A) (29)
Dr. Dirk Metzger, Mannheim [DM] (A) (07)
Dr. Rudi Michalak, Dresden [RM1] (A) (23; Essay Tieftemperaturphysik)
Günter Milde, Dresden [GM1] (A) (12)
Helmut Milde, Dresden [HM1] (A) (09)
Marita Milde, Dresden [MM2] (A) (12)
Prof. Dr. Andreas Müller, Trier [AM2] (A) (33)
Prof. Dr. Karl Otto Münnich, Heidelberg (A) (Essay Umweltphysik)
Dr. Nikolaus Nestle, Leipzig [NN] (A, B) (05, 20)
Dr. Thomas Otto, Genf [TO] (A) (06)
Priv.-Doz. Dr. Ulrich Parlitz, Göttingen [UP1] (A) (11)
Christof Pflumm, Karlsruhe [CP] (A) (06, 08)
Dr. Oliver Probst, Monterrey, Mexico [OP] (A) (30)
Dr. Roland Andreas Puntigam, München [RAP] (A) (14)
Dr. Gunnar Radons, Mannheim [GR1] (A) (01, 02, 32)
Dr. Max Rauner, Weinheim [MR3] (A) (15)
Robert Raussendorf, München [RR1] (A) (19)
Ingrid Reiser, Manhattan, USA [IR] (A) (16)
Dr. Uwe Renner, Leipzig [UR] (A) (10)
Dr. Ursula Resch-Esser, Berlin [URE] (A) (21)
Dr. Peter Oliver Roll, Ingelheim [OR1] (A, B) (15)
Hans-Jörg Rutsch, Walldorf [HJR] (A) (29)
Rolf Sauermost, Waldkirch [RS1] (A) (02)
Matthias Schemmel, Berlin [MS4] (A) (02)
Prof. Dr. Erhard Scholz, Wuppertal [ES] (A) (02)
Dr. Martin Schön, Konstanz [MS] (A) (14; Essay Spezielle Relativitätstheorie)
Dr. Erwin Schuberth, Garching [ES4] (A) (23)
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Richard Schwalbach, Mainz [RS2] (A) (17)
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Dr. Berthold Suchan, Gießen [BS] (A) (Essay Wissenschaftsphilosophie)
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Dr. Volker Theileis, München [VT] (A) (20)
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Dr. Annette Vogt, Berlin [AV] (A) (02)
Dr. Thomas Volkmann, Köln [TV] (A) (20)
Rolf vom Stein, Köln [RVS] (A) (29)
Dr. Patrick Voss-de Haan, Mainz [PVDH] (A) (17)
Dr. Thomas Wagner, Heidelberg [TW2] (A) (29)
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Dr. Achim Wixforth, München [AW1] (A) (20)
Dr. Steffen Wolf, Berkeley, USA [SW] (A) (16)
Dr. Stefan L. Wolff, München [SW1] (A) (02)
Priv.-Doz. Dr. Jochen Wosnitza, Karlsruhe [JW] (A) (23)
Dr. Kai Zuber, Dortmund [KZ] (A) (19)
Dr. Werner Zwerger, München [WZ] (A) (20)

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