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Verfahren und Vorrichtung zum Betriebe von Absorptionskälteapparaten
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb von
Absorptionskälteapparaten mit druckausgleichendem Hilfsgas. Sie bezweckt, einen
Kälteapparat zu schaffen, bei dem die Wärmeausnutzung besonders günstig ist, dessen
Gasblasenpumpe sicherer als bisher läuft und dessen Kocher besonders trocknen Kältemitteldampf
liefert.
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Die Erfindung besteht im wesentlichen in der Kombination von drei,
teilweise an sich bekannten Schritten, und zwar soll die reiche, vom Absorber kommende
Absorptionslösung zuerst in bekannter Weise durch arme, vom Kocher kommende Lösung
in einem Temperaturwechsler erwärmt werden. Dann soll die so erwärmte Lösung in
gleichfalls bekannter Weise durch schon rektifizierten Kocherdampf auf einen höheren
Ort gefördert werden, jedoch ohne Wärmeverluste, zweckmäßig sogar unter weiterer
Wärmezufuhr. Drittens soll ;die Lösung nach ihrer Förderung, jedoch vor ihrem Eintritt
in den Kocher, durch Abwärme der Heizgase des Apparates noch weitererwärmt werden.
An sich ist es bekannt, Absorptionskälteapparate durch Abwärme, beispielsweise mittels
Was,serdampfes,, zu betreiben. Neu ist jedoch, die Abwärme der Heizgase des Apparates
zu verwenden, um die geförderte Lösung noch vor ihrem Eintritt in den Kocher zu
erwärmen.
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Die Kombination dieser drei Schritte verbessert zunächst die Wärmeausnutzung.
Die im Temperaturwechsler vorgewärmte Lösung wird ohneAbkühlung, zweckmäßig sogar
unter Wärmezufuhr, gehoben, nach der Hebung nochmals durch die Abwärme der Heizgase
erhitzt, so daß sie mit einer besonders hohen
Temperatur in den
Kocher eintritt. Daher ist im Kocher selbst nur noch wenig Wärme zuzuführen, um
das Abkochen zu vollenden.
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Bei den bisher üblichen Gasblasenpumpen, die durch rektifizierten
Kocherdampf betrieben wurden, sank die Temperatur. durch Stral'-lungsverluste in
der aufsteigenden Lösung. Der sinkenden Temperatur wegen aber mußte ausgetriebener
Kocherdampf in der kühler werdenden Lösung zurückabsorbiert werden, was sowohl einen
wärmetechnischen Verlust bedeutet, weil ausgetriebener Kocherdampf nicht zum Verflüssiger
ging, als auch das Arbeiten der Pumpe verschlechterte, weil eben Fördergas während
des Pumpvorganges verschwand. Erfindungsgemäß wird dieser Übelstand verhütet, insbesondere
wenn der Lösung während ihrer Förderung noch zusätzlich Wärme zugeführt wird.
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Dadurch, daß die Lösung erfindungsgemäß bereits durch rektifizierten
Kocherdanipt gefördert wird, wird eben dieser Kocherdampf noch besser rektifiziert,
weil er noch einmal beim Pumpvorgang zum Durchperlen von reicher Absorptionslösung
gebracht wird, bevor er in den V erflüssiger tritt. Zweckmäßig wird der Kocher liegend
ausgebildet und an ihn ein im wesentlichen senkrecht stehendes Standrohr angeschlossen,
das Kocherlösung enthält. Dieses Standrohr wird vom Pumprohr durchzogen und ist
seinerseits von einem die geförderte reiche Lösung -enthaltenden Mantelrohr umgeben.
Uni dieses Mantelrohr werden dann die Abgase der Heizquelle geführt.
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Die Erfindung soll näher unter Hinweis auf die beiliegende Zeichnung
beschrieben werden, wobei sich weitere kennzeichnende 'Merkmale der Erfindung ergeben
werden.
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In der Zeichnung bezeichnet io den Kocher. i i den Kondensator und
12 den in einem isolierten Kühlraum 1.1 angeordneten Verdampfer und 15 den Absorber.
Der Apparat arbeit beispielsweise mit Wasser, Ammoniak und Wasserstoff.
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Der Kocher io wird in beliebiger Weise, z. B. durch einen Gasbrenner
16, beheizt. Der aus der Lösung ausgetriebene Dampf tritt vom Kocherdampfraum zu
einem luftgekühlten Wasserabscheder 1;, von dort durch eine Leitung i 8 in den Kondensator
i i. Das dort v erflüssigte Kältemittel läuft durch die U-förmig gestaltete Leitung
1g in den Verdampfer 12. Hier verdampft das flüssige Kältemittel in -das Hilfsgas,
das durch Leitung 2o in den Verdampfer eintritt. Die reiche Gasmischung tritt vom
oberen Teil des Verdampfers durch Leitung 21, die innere Leitung des- Gastemperaturweclis1ers
2 : und Leitung 23 in den unteren Teil des Absorbers 15.
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Im Absorber 15 steigt das reiche Gas ini Gegenstrom zur armen Absorptionslösung.
die durch Leitung 2.1. in den Absorber tritt, aufwärts.. Das ausgewaschene arme
Gas tritt durch Leitung 25, den Außenmantel des Gasteniperaturwechslers und Leitung
2o zum Verdampfer zurück. Die Gaszirkulation kommt in bekannter Weise durch Schweredifferenzen
der Gassäulen zustande.
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Die rin Absorber gebildete reiche Lösung fließt vom unteren 1e'1 des
Absorbers dein Kocher zu. Der Absorber 13 wird in bchebiger Weise, beispielsweise
durch eine Kühlschlange 26, die den Verdampfer eines Hilfssysteins darstellen kann,
gekühlt.
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An das untere: Ende des Kondensators i i ist über eine Leitung
27 das übliche Druckgefäß 28 angeschlossen, das durch eine Leitung-29 zum
Üasumlaufskreis, z. B. zum obeien feil dir Leitung 21, entlüftet wird, so da1; das
im Druckgefäli enthaltene Hilisgas in den Gaskreis gedrückt werden kann, um bei
steigender Kühlluftteinperatur die umlaufende Hiltsgasinenge zu erhöhen.
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Der obere Teil des Verdampfers 12 ist mit Kühlrippen 30 versehen
und dient als Rauinluftkühler, während der untere "feil des \-erdampfers 12 in bekannter
`'eise als Eisbereiter ausgebildet ist und eine angedeutete Umhüllungswand 31 aufweist.
Vom untersten Teil des Verdampfers 12 führt eine Lntwässerungsleitung 32 in die
Leitung für das reiche Lias.
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Im Ausführungsbeispiel ist der Fliissigkeitstemperaturwechsler 33,
in dem reiche und arme Lösung Wärme tauschen, um den Koclicio lieruin gewickelt.
Der Kochei- :ellat ')-steht aus einem Mantelrohr 3.1, das von einem Schornstein
35 durchzogen ist, in den die Flamme des Brenners 16 hineinschlagt. Der Kocher 1o
ist iiti wesentlichen horizontal. jedoch ein wenig geneigt. Von seinem in der Figur
rechten Ende gJht eine schräg liegen au Leitung 36 aus, die in ein senkrechtes Standrohr
37 mündet. Dieses Standrohr wird durch eine Platte 38 in zwei Kammern
39 und .1o geteilt. Eine im wesentlichen senkrechte Leitung .11 verbindet
den oberen Teil der 1.-Zainmer 39 itiit der Kammer .1o. Eine zweite senkrechte Leitung
42, die als Pumprohr dient, durchziJit die Mitte der Iiaininer .hi und 39,
und dieses Puniprohr mündet in ein Mantelrohr .13 in der Höhe, in der die Steigleitung
2.1 in den Absorber 15 mündet. Das Mantelrolir d3 umgibt das Standrohr 39. Von :einen'
oberen Teil, der mit Stol'plattell 1I versehen ist und der den Gasraum des Kochers
darstellt, geht die Gasleitung zum luftgekühlten Wasserabscheider 17 aus.
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Das, untere Ende des @lantelgifäl:@es .13 ist durch eine Leitung .15
finit dein in der Figur rechten Ende des Kochers io verbniiden. Das
tiefgelegene
linke Ende des Kochers ist durch eine Leitung 46 mit dem einen Ende des äußeren
Rohres des Flüssigkeitstemperaturwechslers 33 verbunden. Das andere Ende dieses
Außenrohres steht mit der unteren Mündung der Leitung 24 in Verbindung. Der Absorberboden
ist durch Leitung 47 mit dem Innenrohr des Flüssigkeitstemperaturwechslers verbunden,
das durch eine Leitung 4.8 iri die Kammer 4o des Standrohres führt.
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Das Mantelrohr 43 ist von dem . Schornstein 49 des Kälteapparates
umgeben. In diesen Schornstein mündet das Zentralrohr 35 des Kochers. Die vom Brenner
16 kominenden Heizgase treten durch diesen Schornstein hindurch und bespülen dabei
das Mantelrohr 43. Der Schornstein 49 kann aus beliebigem feuerfestem Material,
z. B. Asbest, bestehen.
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Der Kocher io, der Flüssigkeitsteinperaturwechsler 33 und die Kammer
40 sind alle von einer gemeinsamen Isolation So umgeben, die durch eine metallische
Umhüllung 51 festgehalten wird.
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Bei der Beheizung wird Kältemitteldampf im Mantelraum 34 des Kochers
io ausgetrieben. Die Gasblasen steigen durch die schräge Leitung 36 auf und gelangen
in das Standrohr 37. Die Flüssigkeit in diesem Standrohr wird von den Kocherdampfblasen
durchperlt, wobei der Kocherdampf rektifiziert wird. Dieser rektifizierte Dampf
tritt vom oberen Teil der Kammer 39 durch Leitung 41 abwärts in die Kammer 4o. In
diese Kammer tritt die reiche Absorptionslösung vom Absorber über das Innenrohr
47 des Flüssigkeitstemperaturw echslers über Leitung 48 ein. Diese reiche Lösung
wird nun durch den rektifizierten Kocherdampf aus der Leitung 41 in dem Pumprohr
42 gehoben, so daß die reiche Lösung oben aus der Mündung des Pumprohres 42 in das
Mantelrohr 43 fällt. Der bereits im Standrohr 37 rektifizierte Kocherdampf wird
durch das Heben der reichen Lösung in der Pumpleitung .I2 noch weiter rektifiziert
und tritt vom oberen Teil des Mantelrohres 43 zum luftgekühlten Wasserabscheider
17 und von dort zum Kondensator.
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Die gepumpte reiche Lösung fällt im Mantelrohr 43 abwärts, wobei sie
das Standrohr 37 umspült und läuft dann durch Leitung 45 in den in der Figur rechten
Teil des Kochers io, wo sie verarmt wird. Die arme Lösung wird an dem in der Figur
linken Teil des Kochers durch Leitung 4.6 abgezogen, fließt in das Außenrohr des
Flüssigkeitstemperaturwechslers und durch Steigleitung 24 in den Absorber.
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Der Spiegelunterschied zwischen dem Absorberspiegel und der Flüssigkeit
am Pumploch der Pumpleitung .I2 in der Kammer 4o ist in der Figur mit 1a1 bezeichnet.
Dieser Spiegelunterschied stellt die Reaktionshöhe für die Gasblasenpumpe dar. Der
Unterschied der Spiegelhöhe im Standrohr 37 und im .L\lantelrohr 43 ist in der Figur
mit h= bezeichnet. Dieser Höhenunterschied ist der gleiche wie 1a1.
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Der im Kocher io ausgetriebene Kocherdampf enthält auch Absorptionsvjitteldämpfe.
Im Standrohr 37 perlt dieser Kocherdanipf durch die im Standrohr enthaltene Absorptionslösung.
Da die -Lösung im Kocher io heißer ist als im Standrohr 37, wird der aufsteigende
Dampf im Standrohr rektifiziert. Die Kammer 39 des Standrohres kann daher als Analpser
bezeichnet werden. bie bei der Wiederverflüssigung der Absorptionsmitteldämpfe frei
werdende Wärme bleibt im wesentlichen der Flüssigkeit ini Standrohr 37 erhalten,
da dieses Standrohr durch die Flüssigkeit im Mantelrohr .I3 gewissermaßen isoliert
wird. Diese Wiederverflüssigungswärme der Absorptionsmitteldämpfe treibt daher entsprechende
Mengen Kältemitteldämpfe aus der.Lösung aus.
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Der sich im oberen Teil der Kammer 39 sammelnde, bereits rektifizierte
Kocherdampf tritt nun nach unten in die Kammer 40, wo dieser Dampf im Pumprohr 4.2
in innige Verbindung mit der reichen Lösung tritt. Hierbei wird weiterer Absorptionsmitteldampf
verflüssigt, während kein Kältemitteldampf durch die reiche Lösung absorbiert wird.
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DerKältemitteldampf, der also noch weitergereinigt ist, tritt dann
über die Stoßbleche 44 zum Wasserabscheider 17- Hier wird noch weiter Absorptionsmitteldampf
abgeschieden, so daß fast reiner Kältemitteldampf durch Leitung 18 zum Kondensator
ii tritt.
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Die Absorptionslösung ist am heißesten an dem in der Figur linken
Teil des Kochers io nahe der Austrittsleitung .I6 der armen Lösung. Die Wärme der
den Kocher durch Leitung 46 verlassenden armen Lösung wird zunächst auf verhältnismäßig
halte reiche Lösung, die vom Absorber kommt, übertragen. Der Flüssigkeitstemperaturwechsler
33 ist daher der erste Ort, an dein Wärme von armer Lösung auf reiche Lösung übertragen
wird. Nach der Erwärmung im Temperaturwechsler 33 tritt die reiche Lösung durch
Leitung 48 in die Kammer 4.o und wird von hier durch das Pumprohr 4.2 durch den
gesamten Kocherdampf, der durch Leitung ,I1 in die Kammer tritt, nach einer Gasblaseripumpe
gefördert. Das Pumprohr 42 wird durch die heiße Flüssigkeit im Standrohr 37, die
ihrerseits wieder durch die Flüssigkeit im Mantelrohr 4.3 isolert ist, warm gehalten.
Die Flüssigkeiten im Standrohr 37 und vor allem im Mantelrohr 43 werden beheizt
durch die Heizgase, die durch
den Schornstein 49 abziehen; und zwar
ist die Flüssigkeit im Mantelrohr 43 am wärmsten, weil sie den Heizgasen am stärksten
ausgesetzt ist. Die Flüssigkeit in der oberen Kammer 39 ist etwas kühler als die
im Mantelrohr 43, und die Flüssigkeit im Pumprohr 42 ist etwas kühler als die in
der Kammer 39. Es ist daher klar, daß die reiche Lösung nach ]Durchtreten des Flüssigkeitstemperaturwechslers
33 weitererwärmt wird im Purnprohr 42 und danach noch weitererhitzt wird im Mantelrohr
43.
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Da die Temperatur der Flüssigkeit im Mantelrohr 43 beim Absinken der
Flüssigkeit steigt, so tritt sie am unteren Ende des Mantelrohres 43 durch Leitung
45 mit einer recht hohen Temperatur in den Kocher ein. Durch diese Ausführungsform
der Erfindung wird daher die Wärme im System sehr gut erhalten, -und die Strahlungsverluste
«-erden auf ein Minimum verringert. - Da die Verbrennungsgase das Mantelrohr 43
umspülen, ist es nicht nötig, den Schornstein 49 zu isolieren, obgleich auch dies
unter gewissen Umständen ratsam sein kann.
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Da der Flüssigkeitstemperaturwechsler 33 eine ziemlich hohe Temperatur
hat, wird er zweckmäßig um den Kocher io herum gewickelt, weil dadurch die Wärmeverluste
des Kochers geringer werden. Durch diesen Schutz vor Wärmeverlusten kann die Gesamtanlage
mit weniger Wärmezufuhr als bisher die gleiche Kälteleistung liefern, weil eben
in dieser Weise gemäß der Erfindung die Wärmeverluste des Systems wesentlich verringert
werden.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt.
Z. B. kann man das Mantelrohr 43 bereits etwas höher oberhalb der Mündung der Leitung
36 in das Standrohr 37 enden lassen, wodurch eine wesentlichere Vereinfachung beim
Zusammenschweißen aller Teile entsteht. Die Leitung 45 kann in diesem Falle auch
durch ein einfaches Loch in der Wandung des Standrohres 37 ersetzt werden, so daß
die im Mantelrohr 43 abfallende Lösung durch das Loch hindurch in das Standrohr
37 und von dort durch Leitung 36 in den Kocher läuft.