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Absorptionskälteapparat Die Erfindung betrifft einen Absorptionskälteapparat
mit einem umlaufenden inerten Gasstrom als Träger des Kältemitteldampfes, bei dem
die erforderliche Bewegung des inerten Gasstromes durch den Verdampfer und Absorber
durch eine strahlgebläseartige Wirkung von aus dem Kocher bzw. Scheider kommendem
höher gespanntem Kältemitteldampf bewirkt wird, und besteht darin, daß zwecks Erzielung
eines von der Betriebsintensität und den Widerständen in der Strahldüse (z. B. infolge
Querschnittsveränderungen durch Ablagerungenusw.) und dem kreisenden inerten Gasstrom
unabhängigen gleichbleibenden Verhältnisses zwischen dem Arbeit leistenden Kältemitteldampf
und dem durch Kondensation sicä niederschlagenden Kältemittel bzw. der umlaufenden
armen Lösung der Dampfraum des Kochers bzw. Scheiders von dem umlaufenden inerten
Gasstrom durch heberartige Flüssigkeitsverschlüsse periodisch abgesperrt wird,.wodurch
ein periodischer Druckanstieg im Kochersystem relativ zum inerten Gasstromsystem
hervorgerufen wird, der die Höhe der Heberflüssigkeitssäule erreicht. Nach der periodisch
erfolgenden Heberentleerung wird eine Dampfverbindung zwischen dem Kochersystem
und dem inerten Gasstromsystem hergestellt, wobei der im Kochersystem aufgespeicherte
überschüssige Kältemitteldampf nach dem inerten Gasstrom abbläst und hierbei durch
geeignete Maßnahmen zum Antrieb bzw. zur Umwälzung des inerten Gasstromes ausgenutzt
wird. Der Heberabschluß kann sowohl dem Kondensator und-dem inerten Gasstrom angeordnet
werden, in welchem Falle. das sich im Kondensator stetig niederschlagende Kältemittelkondensat
als Sperrflüssigkeit dient, oder es kann die Hebereinrichtung auch zwischen dem
Kocher bzw. Scheider und dem inerten Gasstrom angeordnet werden, wobei die von dem
Scheider nach dem Absorber abfließende arme Lösung als Sperrflüssigkeit verwendet
werden kann. In beiden Fällen wird wegen der gleichbleibenden Druckunterschiedsverhältnisse
(bedingt durch die Höhe der Hebersäule) und der Volumenverhältnisse der Sperrflüssigkeiten
auch ein gleichbleibendes Verhältnis zwischen dem als Arbeitsdampf dienenden ausblasenden
Kältemitteldampf und diesen Sperrflüssigkeiten, unabhängig von der Intensität des
Betriebes oder etwaigen Widerstandsveränderungen in der Ausströmdüse und dem umwälzenden
Gasstrom, erzielt.
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Es ist bereits bekannt, die Umwälzung des inerten Gases mittels Strahlgebläsewirkung
zu erzielen, wobei gleichfalls als arbeitleistendes Medium ein Teil des im Kochersystem
entwickelten höher gespannten Kältemitteldampfes dient. Bei dieser bekannten Einrichtung
ist der Betrieb kontinuierlich, indem im Kocher durch gleichbleibende Flüssigkeitssäule
ein stets gleichbleibender Druckunterschied erzielt wird. Demgemäß wird bei dieser
Einrichtung auch unabhängig von der Betriebsintensität ein stets gleichbleibender
Arbeitsstrom vom Kocher nach dem inerten Gasstrom erzeugt. Mit dieser Einrichtung
kann also der im praktischen Betriebe notwendigen Erfordernis einer Anpassung der
Kältemittelerzeugung an den schwankenden Gasverbrauch nicht oder nur unvollkommen
Rechnung
getragen werden. Erhöht sich der Kälteverbrauch und soll demgemäß der Kälteerzeugungsprozeß
gesteigert werden, so findet diese Maßnahme eine Grenze, da nicht in dem-, erforderlichen
gleichen Verhältnis die Umwälzung des inerten Gasstromes wegen der gleichbleibenden
Arbeitsdampfmenge mitgesteigert werden kann. Wählt man dagegen von vornherein die
Verhältnisse so, daß der Antriebsdampf auch für die größte Betriebsintensität ausreicht,
so würde umgekehrt bei erforderlicher Herabsetzung der Kälteleistung der unmittelbar
zum Antrieb dienende Kältemitteldampf unnötig und ungenutzt groß ausfallen, wodurch
der Wirkungsgrad der Anlage entsprechend herabgedrückt wird und unter Umständen
auf den Wert o sinken kann. - Diese Übelstände werden bei dem Gegenstand der vorliegenden
Erfindung aus den vorher erwähnten Gründen vermieden, da das Verhältnis des Arbeitsdampfes
und Kondensationsdampfes stets gleichbleibt und konstruktiv von vorherein bestimmt
werden kann.
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Es ist auch schon bekannt geworden, Absorptionskälteapparate mit einem
umlaufenden inerten Gasstrom periodisch zu betreiben, indem durch periodische Flüssigkeitsverschlüsse
-z. B. auch durch Heberwirkung - periodische Druckunterschiede in den verschiedenen
Dampfräumen der Apparatur hervorgerufen werden. Bei diesen Einrichtungen handelt
es sich jedoch darum, durch die erwähnten Maßnahmen einen erhöhten Umlauf der Absorptionsflüssigkeit
zu erzielen. Diese Einrichtungen haben also mit dem vorliegenden Erfindungsgegenstand
nichts zu tun.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel dieses Erfindungsgegenstandes
veranschaulicht. In Abb. i ist eine schematische Gesamtanordnung, in den Abb. 2
und 3 Einzelteile .in vergrößertem Maßstabe dargestellt. , -In Abb. z bezeichnet
a das Steigrohr für das aufsteigende Lösungsmittel-Kältem.-itteldampf-Gemisch, b
die Heizvorrichtung, c den Scheider, d die Falleitung für die auftretende arme Lösung,
e den Wärmeaustauscher, h den Absorber, i den Verdampfer, k die Rückleitung für
die angereicherte Lösung, L den Kondensator und m -die von dem Absorber h zum Verdampfer
i führende Verbindungsleitung für das inerte Gas. - Ferner bedeutet. n eine Entwässerungsvorrichtung,
o die vom Verdampfer i zum Absorber führende Leitung, für das Gas-Kältemittel-Gemisch
und P die Überlaufleitung für die aus dem Scheider zum Absorber übergehende arme
Lösung.
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y ist ein heberartiges Überlaufrohr, das mittels eines siphonartigen
Übergangsstückes an dem tiefsten Punkt des Kondensators anschließt. Nach Maßgabe
des auskondensierenden Kältemittels füllt sich zunächst der Siphonverschluß, und
es steigt die Kälteflüssigkeit in dem aufsteigenden Ast des Hebers q an, wobei sich
der Höhendifferenz der Spiegellagen in dem Siphon-Heberrohr entsprechend ein Überdruck
in dem 'Kondensator bzw. dem Dampfraum des Kochers gegenüber dem Gasraum im Verdampfer
und Absorber herausbildet. Überschreitet der Flüssigkeitsspiegel im Heber den höchsten
Heberpunkt, so wird das Kältenittel durch den Überdruck im Dampfraum des Kochers
bzw. im Kondensator nach dem Verdampfer hin herausgedrückt, und es findet im Anschluß
hieran eine Ausgleichströmung von dem Dampfraum des Kochers zur Apparatur des Verdampfers
und Absorbers statt, bis Druckgleichheit besteht. Hierauf wird zunächst von dem
stetig kondensierenden Kältemittel der siphonartige Unterteil wieder angefüllt und
so ein Flüssigkeitsabschluß des Kondensators von dem Verdampfer erzielt, wobei dann
wieder der Heber aufgefüllt wird und das Spiel von neuem beginnt.
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Man trifft die Anordnung zweckmäßig so, daß die Einführung in ein
am oberen Ende des Verdampfers anschließendes aufsteigendes Standrohr, das in das
Verbindungsrohr o übergeht, nach oben erfolgt. Dieses Rohr ist so hoch ausgeführt,
daß - die einspritzende Kältemittelflüssigkeit in diesem wieder zurückfällt und
den Verdampfer durchrieselt, während der nachfolgende Kältemitteldampf das inerte
Gas durch den Verdampfer i im Gegenstrom zu dem herabrieselnden flüssigen Kältemittel
saugt und in den Absorber drückt, in welchem der auf diese Weise direkt in den inerten
Gasstrom gelangte Kältemitteldampf und. im Anschluß- hieran das im Verdämpfer verdampfte
Kältemittel ausgewaschen wird.
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Um eine große Wirksamkeit des Dampfstrahles zu erzielen, wird der-an
den Kocher anschließende Scheider zweckmäßig zweikammerig ausgeführt, wobei die
Flüssigkeitsräume der beiden Kammern miteinander kommunizieren, während die beiden
entsprechenden Dampfräume voneinander . getrennt werden. In die eine Kammer wird
das Dampf-Lösungs-Gemisch von dem Kocher, bzw. - Austreiber b hineingeleitet, während
der Dampfraum der andern Kammer mit dem inerten Gasstrom in Verbindung - gebracht
wird. Nach der Darstellung Abb. i ist dieses Prinzip dadurch verwirklicht, daß in
dem Gesamtscheider c ein tauchglockenartiger innerer Mantel r am oberen Boden gasdicht
befestigt wird, der in die Absorptionslösung so weit eintaucht, daß auch bei den
größten Druckunterschieden ein genügender Tauchverschluß.gewährleistet wird. Der
Dampfraum der äußeren Kammer steht durch Leitung s mit dem inerten Gasstrom in Verbindung,
so daß auf den Lösungsspiegel dieser äußeren Kammer stets der Druck des inerten
Gasstromes wirkt. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß bei eintretender Drucksteigerung.
im eigentlichen Scheider infolge des Heherabschlusses und der
stetig
neu stattfindenden Kältemittelaustreibung das Lösungsgemisch aus der inneren Kammer
nach der äußeren verdrängt wird, während es bei Druckausgleich nach erfolgter Heberentleerung
in die innere Kammer zurückströmt, hierbei ein dem ursprünglich verdrängten Lösungsvolumen
(das durch die Massenträgheit der zurückschwingenden Wassersäule noch entsprechend
erhöht wird) des Kältemitteldampfes gleiches Dampfvolumen in den inerten Gasstrom
drückend. Natürlich kann die Doppelkammer auch konstruktiv anders ausgeführt werden,
z. B. durch zwei besondere, nebeneinander angeordnete Einzelbehälter o. dgl.
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In gleicher Weise wie der periodische Betrieb durch den Einbau einer
Hebereinrichtung zwischen Kondensator und Verdampfer eingeleitet wird, kann er auch
durch den Einbau einer ähnlichen Einrichtung in der Überlaufleitung der armen Lösung
nach dem Absorber erfolgen. In diesem Falle kann insofern eine größere Wirkung erzielt
werden, als die umlaufende arme Lösung ein Vielfaches des Volumens der Kältemittelkondensate
beträgt. Bei gleicher Ausgestaltung und Bemessung der Hebereinrichtung und des Scheiderraumes
würden in diesem letzteren Fall also entsprechend mehr Entleerungen und mithin Antriebsimpulse
erfolgen. In der Zeichnung ist dieses Heberrohr für die arme Lösung mit t bezeichnet.
Am unteren Ende dieses Hebers t ist ein besonderer Tauchverschluß at vorgesehen,
der in Abb. 2 in größerem Maßstabe herausgezeichnet ist. Dieser Tauchverschluß xt
ist an die von dem Wärmeaustauscher kommende hochsteigende Leitung für die arme
Lösung p in einer Höhenlage angeschlossen, die etwa der Höhenlage der Flüssigkeitsspiegel
im Scheider bei Druckgleichheit entspricht oder besser ein wenig unter dieser gelegen
ist. Die Größe des Tauchverschlusses u ist so bemessen, daß der nutzbare Inhalt
dieser etwa gleich oder größer ist als der Inhalt des aufsteigenden Astes des Heberrohres
t. Die Steigleitung p ist außerdem oben durch Leitung v mit dem Dampfraum des inneren
Abscheiders verbunden, so daß der Flüssigkeitsspiegel in diesem Steigrohr ¢ mit
dem Flüssigkeitsspiegel in dem inneren Scheiderraum kommuniziert. Der Vorgang bei
den Entleerungen durch diese Hebervorrichtung t ist also folgender: In der Gleichgewichtslage
wird der Tauchverschluß u wegen der überstehenden Flüssigkeitssäule im Steigrohr
P gefüllt. Infolge des so entstandenen Flüssigkeitsabschlusses und der fortgesetzten
Kältemittelaustreibung steigt der Druck im inneren Abscheiderraum, der Spiegel in
diesem und mithin im Steigrohr p sinkt und wird die jetzt vom Steigrohr abgetrennte
arme Lösung aus dem Tauchrohr u in das Heberrohr t
gedrückt, bis auch
hier infolge des Druckanstieges die Flüssigkeit im Heber über den höchsten Punkt
hinausgedrückt wird, wodurch eine direkte Verbindung mit dem Dampfraum der inneren
Scheiderkammer über Leitung v, Tauchverschluß u und Heberrohr t hergestellt
wird und der vorhin geschilderte Vorgang sich wiederholt. Ist der Druckausgleich
erfolgt, so wird der Tauchverschluß u durch die - wegen der Leitungsreibung mit
Verzögerung - ansteigende arme Lösung im Steigrohr P wieder gefüllt, und das Spiel
beginnt von neuem.
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Die Einmündung des Heberrohres in den inerten Gasstrom erfolgt wieder
in der Weise, daß der eintretende Kältemitteldampfstrom eine strahlgebläseartige
Wirkung auf den inerten Gasstrom ausübt. Die Einführung erfolgt in einer Höhenlage
oberhalb des Absorbers. Die Leitung des inerten Gasstromes ist so geführt, daß sie
in den Absorber von unten eintritt. Am tiefsten Punkt ist an diese Leitung die Rückleitung
für die angereicherte Lösung k angeschlossen. Die Verbindungsleitung für den inerten
Gasstrom vom Verdampfer zum Absorber erhält unterhalb der Einführung des Heberrohres
t, aber oberhalb des Absorbers h
eine siphonartige Ausgestaltung w,
an deren tiefstem Punkt ein weiterer siphonartiger Überlauf x anschließt. Durch
diese Anordnung wird erreicht, daß-die eingespritzte arme Lösung am oberen Ende
in den Absorber gelangt und diesen durchfließt, während das inerte Gas mit dem Kältemitteldampf
gezwungen wird, den Absorber von unten nach oben im Gegenstrom zu dem herabrieselnden
Lösungsmittel zu durchströmen, hierdurch eine wirksame Auswaschung des Gasstromes
und Anreicherung des Lösungsmittels bewirkend.
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Durch die periodische Verdrängung des Lösungsmittels aus der inneren
Absgheiderkammer in die äußere und -zurück wird in dieser letzteren eine Pumparbeit
geleistet, die gleichfalls für den Antrieb des inerten Gasstromes eine zweckmäßige
Verwendung finden kann. Zu diesem Zweck wird die Einführung des Verbindungsrohres
s in den inerten Gasstrom zweckmäßig gleichfalls derart vorgenommen, daß bei der
Verdrängung des Dampf-Gas-Gemisches aus der äußeren Kammer des Abscheiders in den
inerten Gasstrom dieser einen strahlgebläseartigen Antrieb erfährt. Die Ausnutzung
auch dieser Energiequelle für den Antrieb des inerten Gasstromes wäre um so wirkungsvoller,
als die Einströmungen aus diesem Raum in den Zeitperioden erfolgen, in denen keine
Ausströmungen aus der inneren Kammer stattfinden und umgekehrt. Beide Wirkungen
ergänzen sich also in zeitlicher Folge. Außerdem ist dieser letztere Antriebsimpuls
auch insofern vorteilhaft, als bei dieser Pumparbeit keine oder doch keine bemerkenswerten
zusätzlichen Kältemitteldampfmengen in den inerten Gasstrom gelangen. Auch die Gas-
Strömungen
während der Saugperioden in der äußeren Scheiderkammer können für den Antrieb nutzbringend
verwendet werden, indem in diesem Falle die Einmündung in den kreisenden Gasstrom
mittels zweier entgegengesetzt gerichteter pitotartiger Einströmdüsen erfolgt, wie
in Abb. 3 angedeutet. Durch entsprechende Steuerungen wären nun die Verbindungen
mit der Verbindungsleitung s in der Weise zu bewirken, daß während der Ausstoßperiode
der Gasstrom in Richtung des erstrebten Gasumlaufes in diesen hineingedrückt und
umgekehrt während der Saugperiode von der andern Düse in gleicher Richtung aus dem
Gasumlaufstrom heräusgesaugt wird. Nach der Darstellung in Abb. 3 erfolgt dies durch
entsprechende Tauchverschlüsse. Zu diesem Zweck ist ein Tauchgefäß y durch eine
Scheidewand z in zwei Kammern eingeteilt. In die eine Kammer ist ein Abzweig der
Leitung s als Tauchrohr eingeführt, während die entsprechende Ausflußdüse in den
Gasraum dieser Kammer mündet. In die andere Kammer ist dagegen ein zweiter Abzweig
der Leitung s in den Dampfraum geführt und die andere Düse als Tauchrohr ausgebildet.
Die steuernde Wirkung in diesem Sinne ist aus der Darstellung ohne weiteres ersichtlich
und bedarf keiner weiteren Erläuterung. Vielfach wird man jedoch von dieser Komplikation
der Einrichtung absehen können, da erfahrungsgemäß nur ein Auspuffstrom einen wirksamen,
richtunggebenden Antriebsimpuls auslöst, während die Ansaugung im allgemeinen von
allen Raumrichtungen her erfolgt. Der Einfluß der letzteren Wirkung wird also nur
klein sein im Verhältnis zur ersten.
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Wird nur eine Hebersteuerung (q oder t) vorgesehen,
so muß natürlich an der entsprechenden andern Stelle -ein siphonartiger Überlauf
von solcher Tauchtiefe vorgesehen werden, daß auch bei dem höchstmöglichen Druckanstieg
in der inneren Scheiderkarnmer ein genügender Flüssigkeitsabschluß gewährleistet
ist. In der Zeichnung ist eine solche siphonartige Einrichtung nicht dargestellt.
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Ist das spezifische Gewicht des inerten Gases von dem des Kältemittels
wesentlich verschieden, so besteht die Tendenz, daß infolge der Verdampfungs- und
Absorptionsvorgänge eine schichtenartige Ablagerung der Gase nach den spezifischen
Gewichten erstrebt wird, was eine Hemmung des Umlaufes zur Folge haben würde. Um
diesen Übelstand zu vermeiden, wird zweckmäßig ein Gas gewählt, das in seinem spezifischen
Gewicht dem des Kältemittels nahekommt.