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Verfahren zum Betriebe von Absorptionskälteapparaten Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren und .eine Vorrichtung zum Betriebe von Absorptionskälteapparaten,
bei denen ein Mittel aus einem Lösungsmittel im Verdampfer unter dem Einfluß eines
dritten Mittels verdampft. Sie besteht im wesentlichen darin, daß das Kältemittel
zwischen einem Verdampfer und einem Absorber, das Lösungsmittel zwischen :einem
Kocher, einem Absorber und einem Verdampfer und das dritte Mittel. zwischen einem
Kocher, einem Kondensator und einem Verdampfer zur Umwälzung gebracht wird. Hierdurch,
insbesondere durch die V erwendung des genannten Kondensators im Kreislauf des dritten
Mittels, tritt gegenüber vorbekannten Apparaten der Vorteil ein, daß sich die Zahl
der für solche Apparate verwendbaren Mittel wesentlich erhöht und gleichzeitig durch
den Kondensator unerwünschte Wärmemengen dem dritten Mittel vor seinem Eintritt
in den Verdampfer des Apparates entzogen werden.
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Die Erfindung soll näher unter Hinweis auf die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben werden, wobei sich weiter kennzeichnende Merkmale der Erfindung ergeben
werden.
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In Abb. i ist schematisch eine Kälteanlage gemäß der Erfindung dargestellt.
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In Abb.2 ist die Anlage mit Temperaturwechslern und anderen kleineren
Teilen darg estellt. . . Abb.3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
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Das Apparatsystem gemäß der Erfindung enthält ein erstes Mittel, im
folgenden das ausgetriebene Mittel genannt, ein zweites Mittel, in dem das erste
Mittel löslich ist, im folgenden das Lösungsmittel genannt, und ein drittes Mittel;
das im zweiten, aber nicht im ersten Mittel löslich ist, das im folgenden das Kältemittel
genannt wird. Für die Beschreibung der Figuren sei als Beispiel angenommen, daß
das ausgetriebene Mittel aus Diäthylamin, das Lösungsmittel aus Wasser und das Kältemittel
aus Ammoniak besteht. Es können jedoch andere Kombinationen von Mitteln gewählt
werden, vorausgesetzt, daß sie die obenerwähnte gegenseitige Löslichkeit haben und
den im folgenden näher ausgeführten Bedingungen genügen.
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In Abb. i ist der Kocher mit i o bezeichnet, der in beliebiger Weise,
z. B. durch .einen Gasbrenner oder eine elektrische Heizpatrone, beheizt werden
kann. Der Kocher enthält eine Lösung von Diäthylamin in Wasser. Diäthylamin hat
einen niedrigeren Kochpunkt als Wasser und wird daher aus seiner wäßrigen Lösung
im Kocher ausgetrieben. Das Diäthylamin tritt dann durch eine Leitung i i zu einem
Abscheider 27 . und von dort zu einem Verflüssiger 12, der in beliebiger Weise,
z. B. durch einen Wassermantel 13 oder auch
durch Luft, gekühlt
wird. In diesem Verflüssiger 12 wird der Dampf verflüssigt und die gewonnene Flüssigkeit
läuft durch eine Leitung 14 in einen Verdampfer 15. Das Wasser, aus dem das Diäthylamin
ausgetrieben ist, tritt durch eine Leitung 16 in einen Absorber 17. Absorber 17
wird in geeigneter Weise gekühlt, z. B. durch eine Kühlschlange i 8 mit laufendem
Wasser. In den Absorber 17 treten ferner Ammoniakdämpfe durch eine Leitung i9, die
den Absorber mit dem oberen Teil des Verdampfers 15 verbindet. Im Absorber 17 wird
also .eine Lösung von Ammoniak in Wasser gebildet. Der Absorber 17 ist oberhalb
des Verdampfers 15 .angeordnet, und die Lösung des Ammoniaks im Wasser fließt daher
durch Leitung 2o in den Verdampfer 15 hinab. Der Absorber enthält Plattengebilde
2q., über die das Wasser hinabrieselt. In dem Verdampfer geht das durch die Leitung
1 q. eintretende Diäthylamin in Lösung mit dem Wasser und treibt dabei mehr oder
weniger von dem Ammoniak aus. Das Ammoniak geht daher in gasförmigen Zustand über
und nimmt daher Wärme von der Umgebung auf. Es tritt also eine Kälteerzeugung ein.
Das so wieder gasförmig gewordene Ammoniak tritt durch Leitung i g zum Absorber,
um dort wieder absorbiert und verflüssigt zu werden.
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Die Wiederverbindung des Diäthylamins mit dem Wasser, die im Verdampfer
.eingetreten ist, tritt durch Leitung 2 i und eine Thermosiphonschlange 22 in den
Kocher i o. Zweck dieses Thermosiphons ist, die Flüssigkeit zu heben, um einen höheren
Spiegel im Kocher als im Umlaufsystem des Absorbers und Verdampfers zu schaffen,
so daß Flüssigkeit durch eigene Schwere vom Kocher durch Leitung 16 zum Absorber
fließt.
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Zwischen dem oberen Teil des Absorbers 17 und ,einem hoch gelegenen
Teil der Leitung 1 ¢ ist eine Druckausgleichleitung 23 vorgesehen.
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Das Verfahren beruht auf dem quasi chemischen Zusammenspiel von zwei
Basen verschiedener Stärke und einer schwachen Säure oder Mitteln, die als solche
betrachtet werden können. Das ausgetriebene Mittel ist die stärkere, das Kältemittel
die schwächere Base und das Lösungsmittel die schwache Säure. Im beschriebenen Beispiel
ist das Diäthylamin die starke, Ammoniak die schwächere Base, und das Wasser wirkt
in Gegenwart dieser beiden Basen wie eine schwache Säure. Eine der beiden Basen
muß stärker als die andere sein. Diäthylamin ist eine viel stärkere Base als Ammoniak.
Infolgedessen hat es ein größeres Bestreben, sich mit Wasser zu binden als Ammoniak.
Die latente Verdampfungswärme von Ammoniak ist viel größer als die latente Verdampfungswärme
von Diäthylamin. Für beide Mittel ist die latente Verdampfungswärme wesentlich größer
als ihre Lösungswärme in Wasser für die Betriebsverhältnisse im Verdampfer. Tritt
zu einer Lösung von Ammoniak im Wasser Diäthylamin hinzu, so wird Ammoniakgas ausgetrieben
und eine Kältewirkung ist die Folge. Der Betrag der :erzeugten Kälte ist gleich
der Summe der latenten Verdampfungswärme des Ammoniaks plus der Lösungswärme des
Ammoniaks in Wasser minus der Lösungswärme des Diäthylamins in Wasser. Der Grund,
warum das Ammoniak durch das Diäthylamin ersetzt wird, ist der, daß die Lösungswärme
des Diäthylamins in Wasser größer als die entsprechende Lösungswärme des Ammoniaks
ist. Diese Differenz ist jedoch nicht groß genug, um die latente Verdampfungswärme
des Ammoniaks zu erreichen, so daß der wirkliche Erfolg in einer Kälteleistung bestehen
muß. Es ist klar, daß, je größer die -Verdampfungswärme gegenüber den Differenz
der Lösungswärme beider Mittel ist, um so größer der Kühleffekt pro Gewichtseinheit
des flüssien Kältemittels sein muß.
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An Stelle der Verwendung von zwei Basen und einer schwachen Säure
kann das Verfahren dieser Art auch mit zwei Säuren und einer schwachen Base arbeiten.
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Die Vorrichtung gemäß Abb.2 kann mit denselben Mitteln wie die der
Abb. i betrieben werden. Gleiche Bezugszeichen haben die gleiche Bedeutung in beiden
Abbildungen. Die Leitungen 16 und 21 sind teilweise zu einem Temperaturwechsler
ausgebildet, um die warme, vom Kocher kommende Flüssigkeit durch die kalbe, vom
Verdampfer kommende Flüssigkeit zu kühlen. Auch die Leitungen 14 und i c" bilden
einen Temperaturwechsler, um die Kälte von dem aus dem Verdampfer 15 kommenden Mittel
an das durch Leitung 14 in den Verdampfer tretende Mittel abzugeben. Verteilungsgebilde
oder Platten 2q. und 34 werden zweckmäßig im Absorber und Verdampfer vorgesehen,
um eine bessere Berührung der Mittel miteinander zu erhalten. Die Platten 3q. im
Verdampfer sind mit abwärts gerichteten Krempen um ihre Öffnungen herum versehen,
um eine innige Berührung von Gas und Flüssigkeit zu erreichen. Der obere Teil des
Verdampfers in Abb.2 dient als Gastrenner. Flüssigkeit wird den Verdampfer im wesentlichen
ausfüllen, während der Absorber nur auf seinen Platten 24 Flüssigkeit enthält.
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Die Apparatteile können verschiedenartige Ausbildungen erfahren, z.
B. können die Wärmeaustauscher in beliebiger Weise ausgeführt sein. Ferner können
Hilfseinrichtungen am Apparat angeordnet werden, um den Wirkungsgrad der Anlage
noch zu erhöhen.
Das Apparatsystem ist hermetisch geschlossen und
arbeitet mit dem gleichen Druck in allen Teilen mit Ausnahme des durch die sich
im Betrieb des Apparates bildenden Flüssigkeitssäulen bedingten kleinen Druckunterschiedes.
Die Kräfte zum Umwälzen der Mittel werden im Apparat selbst erzeugt. Der Umlauf
zwischen dem Absorber und Verdampfer wird durch Gewichtsunterschiede hervorgerufen.
Der Umlauf zwischen dem Kocher und dem Absorber-Verdampferkreis wird hervorgerufen
durch Gewichtsunterschied und die Wirkung der Thermosiphoneinrichtung 22. Das Austreiben
von Gas im Kocher und seine Verflüssigung im Verflüssiger 12 schafft das ausgetriebene
Mittel vom Kocher zum Verdampfer.
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In der Anlage können auch andere Kombinationen von Mitteln verwendet
werden, z. B. i. Äthylamin, Wasser und Ammoniak und 2. Diäthylamin, Lösung von Borsäure
im Wasser und Methylamin. In diesen beiden Gruppen ist das zuerststehende Mittel
das ausgetriebene Mittel, das zweiterwähnte das Lösungsmittel und das dritterwähnte
das Kältemittel. In beiden Fällen hat das ausgetriebene Mittel einen niedrigeren
Kochpunkt als das Lösungsmittel und beide Mittel zusammen einen höheren Kochpunkt
als das Kältemittel.
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Die in der Abb.3 dargestellte Anlage ist der der Abb. 2 ähnlich. Es
sind jedoch einige zusätzliche Teile dargestellt, um den Wirkungsgrad der Anlage
zu verbessern. Gleiche Bezugszeichen haben wieder gleiche Bedeutung wie in den vorhergehenden
Abbildungen.
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Unter der Annahme, daß die gleichen Mittel gemäß Abb.3 und i verwendet
werden, wird Diäthylamin dann im Kocher ausgetrieben und durch Leitung i i meinen
stehend angeordneten Trenner 29 geführt. Von hier tritt der Dampf weiter durch eine
Leitung i ia, in der der Abscheider 27 hegt, und dann weiter zum Verflüssiger 12.
Verflüssigtes Diäthylamin fließt durch die Leitung 14, wie schon bei Abb.2 beschrieben,
in den Verdampfer.
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An Diäthylamin armes Wasser tritt durch Leitung 16 aus dem
Kocher aus, tritt durch einen Temperaturwechsler mit Leitung 2 i und dann zu einem
Mantel 3o, der einen stehenden Trenner 3 i umgibt. Von hier geht das Wasser weiter
durch eine Leitung 16a zu dem oberen Teil des Absorbers 17. Flüssigkeit fließt vom
Absorber zum Verdampfer durch eine Leitung 2oa. Diese Leitung hat verhältnismäßig
großen Querschnitt und läß.t daher auch gasförmiges Ammoniak nach oben in den Absorber
treten. Eine Leitung 33 fängt die aus dem Absorber von oben durch Leitung 2oa kommende
Lösung auf und führt sie nach dem unteren Teil. des Verdampfers. Die im Verdampfer
wiedergewonnene Diäthylaminlösung verläßt den Verdampfer durch Leitung 2 ia und
tritt in den Trenner 3 i . In diesem Trenner 3 i wird noch weiteres Ammoniak abgegeben,
da seine Temperatur höher als die des Verdampfers ist. Das im Trenner 3 i abgeschiedene
Ammoniak tritt durch Leitung 36 in den Absorber.
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Die Diäthylaminlösung tritt durch Leitung 21 in Temperaturwechsel
mit Leitung 16. Hierdurch wird etwas Diäthylamin aus der Lösung ausgetrieben. Der
so ausgetriebene Diäthylamindampf steigt im Trenner 29 aufwärts und von dort in
Leitung I ia. Vom Trenner 29 tritt die Diäthylaminlösung durch eine Leitung
2 i b in eine Pumpkammer 3 $, die durch eine in den Schornstein 39 des Kochers hineinragende
Heizquelle beheizt wird. Die Lösung wird durch ein Steigrohr ¢o in die Hauptkammer
¢i des Kochers, die gleichfalls vom Schornstein 39 aus beheizt wird, gefördert.
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Bei diesen Anlagen wird der Verdampfer zweckmäßig ganz .oder teilweise
unterhalb der übrigen Teile gelegt, so daß sich die Anlage leicht auf der Decke
eines Kühlschrankes anbringen läßt.