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Verfahren zum Betriebe von Absorptionskälteapparaten Die Erfindung
bezieht sich auf Absorptionskälteapparate. Es ist bei derartigen Apparaten bereits
bekannt, das im Kocher des Apparates durch die Beheizung ausgetriebene Gas, das
aus Kältemitteldämpfen und Absorptionsmitteldämpfen besteht, dadurch zu rektifizieren,
daß man diese Gasmischung mit reicher, vom Absorber kommender Lösung in wärmeleitende
Verbindung bringt. Es ist ferner bekannt, die Rektifikation in Absorptionskälteapparaten
mit Hilfe;von im Apparat selbst erzeugtem flüssigem Kältemittel durchzuführen.
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Bei einer bekannten Ausführungsformdieser Art umgibt ein vom Kondensator
aus gespeistes Gefäß @etine vom Kocher zum Kondensator führende Leitung, in welcher
infolge der Wirkung des die Leitung umgebenden Kondensators seine so weitgehende
Herabkühlung des vom Kocher kommenden Dampfgemisches erfolgt, daß die Absorptionsmitteldämpfe
niedergeschlagen werden, während die Kältemitteldämpfe von den Absorptionsmitteldämpfen
befreit zum Kondensator gehen.
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Die Erfindung bezweckt, die Rektifikation noch zu verbessern, und
besteht im wesentlichen darin, daß die Rektifikation in dem Trenner (Kocher) selbst
durchgeführt wird, und zwar so, daß eine im. Trenner stehende Flüssigkeitssäule
im unteren Teil des Trenners beheizt und im oberen Teil des Trenners zwecks Rektifikation
der im unteren Teil des Trenners entstehenden Dämpfe gekühlt wird. Dadurch wird
der Kocher zugleich zu einem Trenner, indem die in ihn eintretende, vom Absorber
kommende Lösung in ihre Bestandteile zerlegt wird, derart, daß sich an der heißen
Stelle des Trenners praktisch reines Absorptionsmittel, an der kalten Stelle des
Trenners praktisch reines Kältemittel findet. Die an der heißen Stelle aus dem Inhalt
des Trenners ausgetriebenen Gasblasen werden dabei auf ihrem Wege aufwärts durch
den Trennerinhalt gekühlt und wechseln dabei ihren Inhalt. Bei Apparaten, die mit
druckausgleichendem Gas arbeiten und beispielslweise mit Ammoniak als Kältemittel,
Wasser als Absorptionsmittel und Wasserstoff als druckausgleichendem Mittel betrieben
werden, bestehen die am Boden -eines solchen Trenners ausgetriebenen Gasblasen zunächst
aus Wasserdampf. In der aufsteigenden Wasserdampfblase wird aber während ihres Steigens
allmählich durch die in der Rektifikationssäule auftretende Kühlung Wasser kondensiert,
wobei die frei werdende Kondensationswärme Ammoniak aus den höheren Schichten des
Trennerinhalts austreibt, so daß die aufsteigende Gasblase zum Schluß ,nahezu nur
noch aus Kältemitteldampf besteht, während der ursprüngliche Wasserdampf kondensiert
wurde.
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Die Erfindung soll näher unter Hinweis auf die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben. werden, wobei sich weitere kennzeichnende Merkmale der Erfindung ergeben
werden.
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In der Abb. i ist schematisch, teilweise im Schnitt, ein mit druckausgleichendem
Gag
arbeitender Absorptionskälteapparat gezeigt, der die Merkmale
der Erfindung erläutert. Abb.2 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform .eines derartigen-
Apparates. Abb. 3 zeigt die Anwendung der Erfindung für einen nach dem Resorptionsprinzip
arbeitenden Kälteapparat.
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In der Abb, i ist der Trenner gemäß der Erfindung mit - i bezeichnet.
Er stellt ein langes, sich zweckmäßig oben verjüngendes zylindrisches Gefäß dar,
das an seinem unteren Teil durch eine beliebige Heizquelle, z. B. eine Heizpatrone
25, beheizt und oben durch eine Kühlvorrichtung, z. B. einen von Kühlwasser durchstrichenen
Kühlmantel 2o, gekühlt wird.
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Vom unteren Teil des Trenners i aus führt eine Leitung 6 die im unteren
Teil des Trenners arm gemachte Absorptionslösung zum oberen Teil eines Absorhers
5, der beispielsweise durch einen Kühlmantel 16 gekühlt wird, dessen Kühlwasser
weiter zum Kühlmantel 20 des Trenners fließt. Der Absorber 5 kann im Innern in bekannter
Weise mit Einsätzen versehen sein. Vom Boden des Absorbers läuft die angereicherte
Lösung durch eine Leitung i i einer Hebevorrichtung, z. B. einer durch beliebige
Mittel beheizten Thermosiphonschlinge 2, zu, die die angereicherte Lösung zu :einem
Gefäß 13 'hebt, in dem die Dämpfe, die die Lösung gefördert haben, wieder kondensiert
werden können, beispielsweise dadurch, daß man das Gefäß 13 kühlt, indem man ;es
etwa mit dem Kühlmantel !20 in wärmeleitende Verbindung bringt. Die geförderte Lösung
wird durch eine Leitung 4 dem Trenner zugeführt, und zwar an einer Stelle, an der
die Temperatur des Trenners derart ist, daß die Konzentration. seines Inhalts an
dieser Stelle möglichst die gleiche wie die der reichem, durch Leitung 4 kommenden
Lösung ist.
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Der Trenner i kann, um I#',onvektiansströmungen in seinem Innern zu
vermeiden, mit Glasperlen, Schrot oder ähnlichen Einsätzen gefüllt werden, die gleichzeitig
Strö= mungen der Flüssigkeit erschweren und durch die Beheizungentstandene Gasblasen
fein unterteilen.
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Der obere Teil des Trenners i und des Fördergefäßes 13 ist
durch eine Druckausgleichleitung 14 mit dem Umlaufsystem des druckausgleichenden
Gases, und zwar mit der vom Verdampfer 8 zum Absorber 5 führenden Leitung 12 verbunden.
Vom oberen Teil des Trenners i, verhältnismäßig dicht unter dem Flüssigkeitsspiegel,
führt eine Leitung 7 zum oberen Teil des Verdampfers 8, durch die die oben im Trenner
stehende Flüssigkeit in den Verdampfer einläuft, um dort in das Hilfsgas zu verdampfen,
worauf die Gasmischung in. bekannter Weise durch Leitung 12 zum Absorber geschafft
wird, in dem das Kältemittel durch die durch Leitung 6 kommende arme Lösung aus
dem Gasgemisch ausgewaschen wird, worauf das gereinigte Hilfsgas in b:ekanäter Weise
durch Leitung io, die mit der Leitung 12 in Wärmeaustausch steht, zum Verdampfer
zurückkehrt.
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Da der Trenner seiner Temperaturunterschiede wegen Beine verhältnismäßig
große Höhenausdehnung haben muß, wird die Leitung 6, die die arme Lösung zum unteren
Teil des Trenners nach dem Absorber 5 führt, zweckmäßig mit einer U-Schleife hochgezogen,
damit nur die für den -Absorptionsverlauf passende Menge armer Lösung in den Absorber
läuft.
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Bei der Beheizung des Apparates werden aus der beim Starten noch gleichmäßigen
Lösung im Trenner i in der Nähe der Heizpatrone 2 5 Gasblasen entwickelt, die durch
die Lösung hindurch nach oben steigen. Diese aufsteigenden. Blasen verändern bei
diesem Aufsteigen ihre Zusammensetzung. jede aufsteigende Gasblase gelangt nämlich
in eine kältere Zone des Triers, was bewirkt, daß die in der Blase enthaltenen.
Wasserdampfpartikel zur Kondensation kommen, wobei die so frei werdende Kondensationswärme
des Wassers aus der umgebenden Lösung Ammoniak austreibt, so daß zum Schluß - die
in den oberen Trennerteil gelangende Blase aus im wesentlichen reinem Ammoniak besteht.
Der Erfolg der Beheizung ist also der, daß die Lösung am Boden des Tnmners immer
ärmer an Ammoniak wird, so daß sie nach einiger Zeit praktisch nahezu reines Wasser
ist, wodurch sich anderseits im obersten Teil des Trenners, der durch den Kühlmantel,
20 gekühlt wird, praktisch reines Ammoniak vorfindet.
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Der Trenner stellt also im Grunde einen als Rektifikationssäule ausgebildeten
Kocher dar, wodurch man gegenüber den. vorbekannten Einrichtungen den Vorteil gewinnt,
daß die Verluste fortfallen, die in der Anlage durch die Wiederverflüssigung der
Absorptionsmi.tteldämpfe bei den bisherigen Maschinen entstehen. Denn Beben gerade
die bei dieser Wiederverflüssigung der Absorptionsmitteldämpfe frei werdende Wärme,
die sonst verlorengeht, wird in diesem Falle dazu benutzt, Kältemittel aus etwas
reicherer Lösung auszutreiben und in Dampfform auf ein höheres Niveau zu heben,
bis diese Dämpfe ,zum Schluß im oberen Teil des Trenners wieder kondensieren.
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Das im obersten Teil des Trenners kondensierende Kältemittel fließt
an den Wandungen des Trenners entlang und bildet auf der im Trenrner stehenden Flüssigkeitssäule
eine sich
mit der übrigen Flüssigkeitsmenge nicht mischende Schicht.
Das so gewonnene reine Ammoniak fließt in. bekannter Weise durch Leitung 7, die
zweckmäßig mit der Leitung 12 in Wärmeaustausch steht, zum Verdampfer 8, wo,es in
üblicher Weise zur Verdampfung gebracht wird.
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Die Anlage arbeitet auch, wenn die Beheizung gegenüber dem Nörmalbetrieb,
in dem die oberste Spiegelschicht des Trenners reines Kältemittel enthält, umgrößere
Beträge verringert wird. In diesem Falle kann man nicht immer damit rechnen, daß
die oberste Flüssigkeitsschicht, die durch Leitung 7 zum Verdampfer tritt, praktisch
reines Ammoniak enthält. Doch ist auch in gewöhnlichen Absorptionskältemaschinen,
in denen das Kältemittel meinem Kondensator verflüssigt wird, besonders bei hohen
Temperaturen des Kühlmittels das Kondensat nicht praktisch rein, sondern enthält
oft, wenn keine besonderen Abscheiden für die Absorptionsmitteldämpfe vorgesehen
sind, bis zu 2o % Verunreinigungen durch Absorptionsmittel. Inn diesem Falle ist
es erforderlich, die im Verdampfer übrigbleibenden Rückstände aus dem Verdampfer
zu entfernen. Hierzu ist die Leitung g vorgesehen, die zweckmäßig von einem vertieften
Sammelbecken im Verdampfer Rückstände von Absorptionsflüssigkeit und im Verdampfer
nicht verdampfte Kältemittelmengen aus dem Verdampfer fortschafft. Zweckmäßig, wird
diese Leitung 9 an die Leitung i i angeschlossen, die die angereicherte Absorptionslösung
aus dem Verdampfer nach der Thermosiphönschlange 2 und dann nach dein, Fördergefäß
13 hebt.
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Die Gaszirkulation wird in diesem Ausführungsbeispiel in bekannter
Weise durch Schweredifferenzen in den Leitungen, durch die das Hilfsgas zum Absorber
und zum Verdampfer geführt wird, hervorgerufen. Zweckmäßig wird die Anlage so ausgeführt,
daß Kältemittel und Hilfsgas im Verdampfer, der im Ausführungsbeispiel die Formeines
liegenden Zylinders hat, in Gegenstrom geführt werden. Dies ist besonders vorteilhaft
in den Zeiten, in denen die Anlage mit geringerer Bebeizung als normal läuft, d.
h. wenn das Kältemittel durch Leitung l eine schon zu beachtende Menge von Absorptionsmitteln.
enthält.
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Auch die Leitung 9, die überschüssiges Kältemittel vom Verdampfer
zum Fördergefäß 13 schafft, kann in. Wärmeaustausch mit dem Gastemperaturwechsler
gesetzt werden, so daß die vier Leitungen i o, 12, 7 und 9 in gegenseitigem Wärmeaustausch
stehen.
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An Stelle der dargestellten Wasserkühlung für den Absorbier 5 und
den obere, Teil des Trenners i kann auch.eine indirekte Kühlung, beispielsweise
durch ein in sich geschlossenes Verdampfungs- und Kondensationssystem, vorgesehen
werden. Auch können die wärmeabgebenden Teile des App,ärates -durch Luft gekühlt
sein.
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Die Abb. 2 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung. Gleiche
Bezugszeichen haben gleiche Bedeutung wie in der Abb. i. Die Ausführungsform nach
Abb. 2 unterscheidet sich von der der Abb. i zunächst dadurch, daß der Verdampfer
8 sowie der Absorber 5 in Form von Rohrschlangen ausgebildet sind. Der rohrschlangenförmige
Absorber 5 wird in .einem Kühlgefäß von Kühlwasser umspült. Im Absorber angereicherte
Lösung sammelt sich m einem unterhalb des Absorbers 5 angeordneten Sammelbecken
26, von dem die Lösung durch Leitung i i und Pumpvorrichtung 2 wieder zu einem Fördergefäß
13 geschafft wird. Ein weiterer Unterschied gegen die Abb. i ist der, daß der Temperaturwechsler
der vom Trennen kommenden und zum Trennen gehenden Lösung fortgelassen ist. Die
arme Lösung, die am Boden des Trenners entsteht, wird vor ihrem Eintritt in den
Absorber dadurch gekühlt, daß diese Lösung in der Leitung 6 durch das Innere des
Trenners selbst hochgeführt wird, wobei diese Lösung also durch die kälteren oberen
Schichten des Trenners gekühlt wird und die von der armen Lösung abgegebene Wärme
anderseits dazu dient, in den mittleren Schichten des Trenners Ammoniakgas aus der
Lösung auszutreiben. Anderseits ist die kalte, vom Absorber kommende reiche Lösung
auch in Wärmeaustausch mit dem Inhalt des Trenners i gesetzt, derart, daß sie vor
ihrem Eintritt in die Fördervorrichtung 2 bereits erwärmt ist.
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Im Ausführungsbeispiel ist diese Kühlung der armen und Erwärmung der
reichen Lösung derart dargestellt, daß die entsprechenden Leitungen durch das Innere
des Trenners verlaufen. Doch ist es selbstverständlich möglich, die beabsichtigte
wärmeleitende Verbindung zwischen diesen Leitungen und dem Trennerinhalt auch dadurch
herzustellen, daß die Leitungen außen um den Trennen herumgeführt sind.
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Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die zum Kocher gehende reiche
Lösung benutzt wird, den mittleren Teil. des Trenners zu kühlen. Der so auftretende
Wärmeaustausch verbessert den sonst üblichen Temperaturwechsler, in dem stets Verluste
auftreten müssen, weil stets eine größere Menge Flüssigkeit vom Absorber zum Kocher
als vom Kocher zum Absorber läuft.
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Die Vorrichtungen mach den Abb. i und 2 haben den Vorteil, daß sie
bei niedriger Temperatur des Kühlmittels und normaler Beheizung
gewissermaßen
als Kondensatormaschinen arbeiten, während sie je nach der Menge der Beheizung
und der Temperatur des Kühlmittels statt mit reinem Kondensat auch mit -einer starken
Absorptionslösung im Verdampfer arbeiten können, aus der dann das Kältemittel im
Verdampfer verdampft. In letzterem Falle kann der Druck in der Maschine wesentlich
geringer sein, als wenn sie mit reinem Kondensat arbeitete, was @esonders bei luftgekühlten
Apparaten von sehr großem Vorteil sein kann. Es sei z. B. angenommen, daß der Apparat
mit i o kg absolutem Druck arbeitet und die Temperatur an der höchsten Stelle des
Tnenners durch das Kühlmittel auf 2 5° C gehalten wird. In diesem Falle würde praktisch
reines Ammoniak in den Verdampfer treten. Ist jedoch in warmen. Gegenden oder während
Hitzeperioden nur ,eine Kühlung des oberen Trennerteils auf 45° C möglich, so würde
eine 56%ige reiche Lösung zu dem Verdampfer gehen. Der Verdampfer könnte eine Temperatur
von - io° annehmen und die reiche Lösung im Verdampfer auf 38%ige Konzentration
fallen, ohne dadurch den Wirkungsgrad der Maschine wesentlich gegen das Arbeiten
bei .einer Kühlmitteltemperatur von +25°C zu "andern.
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In der Abb.3 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an einem Kälteapparat
gezeigt, der nach dem Resorptionssystem arbeitet. Gleiche Bezugszeichen haben wieder
die gleiche Bedeutung wie in den vorhergehenden Figuren. Vom obersten Teil des Trenners
i aus führt die Leitung 7 die im oberen Trennerteil stark angereicherte Lösung ,einem
Resorber 27 zu, der im unteren Teil des Absorbers 5 angeordnet ist, so daß also
in diesem Resorber sowohl die im Absorber angereicherte Lösung als auch die im obersten
Teil des Trenners gebildete reiche Lösung zusammentrifft. Von diesem Resorber aus
geht die reiche Lösung durch eine Leitung 28 zum Verdampfer 8, von dessen Sammelbecken
aus sie durch eine Leitung 9, die zweckmäßig in Wärmeaustausch mit Leitung 28 steht,
zur Pumpvorrichtung 2 und zum Fördergefäß 13
geschafft wird. Von. hier aus
tritt sie durch Leitung 4 in den Trenner zurück an der Stelle, an der die Konzentration
im Trenner gleich der der eintretenden Lösung ist. Die am Boden cles Tnenners arm
gemachte Lösung tritt durch Leitung 6 in Temperaturwechsel mit der Leitung 9 zum
Absorber 5.
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Die Gaszirkulation wird ixi diesem Falle dadurch hervorgerufen, daß
der eine Schenkel des Gaszirkulationssystems durch den mittleren Teil des Trenners
geführt wird, wo das umlaufende Hilfsgas zu Zirkulationszwecken erwärmt und gleichzeitig
der Trenn erinhalt gekühlt wird. Die ,dem umlaufenden Hilfsgas durch den Trenner
zugeführte Wärme wird dem Hilfsgas vor seinem Eintritt in den Absorber durch einen
Kühlmantel 29 an einem absteigenden Ast des Gaszirkulationssystems wieder entzogen.
Dieser Kühlmantel ist an die übliche Kühlvorrichtung 2o :des Trenners und 16 des
Absorbers in beliebiger Weise angeschlossen.
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Die Entlüftungsleitung 14 für den. oberen Trennerteil und das Fördergefäß
13 wird zweckmäßig in diesem Falle in den Resorber 27 gieführt. _ In diesem Falle
braucht man den obersten Teil des Fördergefäßes 13 nicht zu kühlen, um die Kondensation
der Förderdämpfe zu erzwingen, sondern führt diese Förderdämpfe durch Leitung 14
eben dem Resorber 27 zu, in dem sie durch die reiche, vom Absorber kommende Lösung
noch absorbiert werden. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß sie auch bei
armen Kühlmitteln bei niedrigen Drucken arbeiten kann, was besonders bei luftgekühlten
Apparaten von Vorteil ist. Es sei beispielsweise angenommen, daß der Apparat mit
5 kg Druck arbeitet und das Kühlmittel die Temperatur des Absorbers und Resorbers
nur auf 45° C bringen kann. Tritt die angereicherte Lösung in den Verdampfer mit
einer Konzentration von 40 % Ammoniak ein und verläßt den Verdampfer mit einer Konzentration
von 2o %, so ist unter der Annahme, daß die vom Verdampfer kommende Lösung auch
mit 20 % in den Trenner eintritt und am Bodendes Trenners zu nahezu reinem Wasser
wird, die Temperatur im obersten Ende des Trenners 97° und am Boden des Trenners
15 i ° C. Unter diesen Verhältnissen ist die latente Verdampfungswärme ungefähr
370 Kal. pro Kilogramm verdampften Kältemittels im Verdampfer und die latente
Verdampfungswärme im obersten Teil des Trenners bei 97°C nur 33o Kal. pro Kilogramm
Dampf.