Verfahren und Vorrichtung zur Entfernung von Lösungsmitteln aus Verdampfern von mit Flüssigkeitsgemischen periodisch arbeitenden Absorptionskältemaschinen. Vorliegende Erfindung betrifft ein Ver fahren zur Entfernung von Lösungsmitteln aus Verdampfern von mit Flüssigkeitsgemi schen periodisch arbeitenden. Absorptions- kältemaschinen. Bei bekannten Maschinen dieser Art gelangt das Lösungsmittel sowohl beim normalen Betrieb, als auch beim Trans port in den Verdampfer.
Ohne Anwendung von Absperrventilen ist die Entfernung daraus sehr schwierig, da die Verdampfer dieser Maschinen topfähnliche Gefässe bil den, die Entfernung aber automatisch erfol gen soll, ebenso wie die Steuerung des Ileiz- und Kühlmittels durch Temperatur- oder Zeitsteuerung automatisch erfolgt.
Die auto matische Entfernung ist aber dadurch er schwert, dass die Menge des im Verdampfer anwesenden Lösungsmittels niemals konstant ist und zwischen, 1 bis -100% schwankt, so dass eine quantitative Erfassung unmöglich ist. Eine quantitative Erfassung ist aber er- wünscht, da jeder kleine Prozentsatz zusätz lichen Lösungsmittels im Verdampfer die Verdampfung ungünstig beeinflusst.
Bisher suchte man dieser Forderung dadurch nach zukommen, dass man ein bestimmtes Quan- tum, beispielsweise 1/1o des Flüssigkeits inhaltes, entleerte, was naturgemäss nur einem bestimmten Betriebsfall entsprach, in andern. Fällen entweder zu viel oder zu wenig war.
Vorliegende Erfindung betrifft nun ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ent fernen von Lösungsmitteln aus Verdampfern von mit Flüssigkeitsgemischen periodisch ar beitenden Absorptionskältemaschinen, um die Rückführung des Lösungsmittels sicher und verlustlos zu gestalten. Zu diesem Zwecke wird das Lösungsmittel automatisch aus dem aus einem System von Einzelverdampfern bestehenden, Verdampfer während der Kon- densatnonsperiode entfernt und in den Ko- cherabsorber übergeführt.
Eine Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens ist in der Zeichnung in mehreren Ausführungsbeispielen schematisch darge stellt.
Fig. 1 und 2 zeigen Ausführungen eines Verdampfersystems mit getrennten Einzel- verdampferi. Die Förderung des Lösungs mittels erfolgt hier durch Überlauf infolge des herrschenden Gefälles. Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform mit einer Förderung durch äussere Beheizung des Lösemittels, und Fig. 4 zeigt eine Förderung durch den zum Kondensator strömenden Kältemitteldampf.
Bei dem vorliegenden Verfahren kann der bisherige einfache Verdampferbehälter aufgegeben und durch ein System von Ein zelverdampfern ersetzt werden, deren Ge- samtinhalt mindestens so gross ist wie das Volumen der maximal ausgetriebenen ver flüssigten Kältewnittelmenge.
In Fig. 1 und 2 bedeutet 1 ein solches System von Einzelverdampfern, das beispiels weise aus den Behältern a bis<I>g</I> besteht, wel che in Fig. 1 die Form von Schlangenrohr- windungen, in Fig. 2 die Form zylindrischer Behälter haben.
Diese verschiedenartige Formgebung hat keinen Einfluss auf die innern Vorgänge, sondern soll nur zeigen, dass die Ausführung in verschiedener Weise und, wie nach Fig. 2, mit einfachsten Mit teln möglich ist. Die Einzelverdampfer a bis g sind durch Stutzen 2 und 3 an ein ge meinsames Rohr 4 zwecks Druckausgleiches angeschlossen.
Während die Stutzen 3 der Einzelverdampfer b bis g möglichst weit in das Druckausgleichrohr 4 hineinragen, setzt das Rohr 2 des Einzelverdampfers a stumpf an, so dass durch das Kondensatorrohr 12 eintretendes Kondensat nur durch das Rohr 2 in das System der Einzelverdampfer ge langen kann.
Da nur die Dampfräume der Einzelverdampfer miteinander in offener Verbindung stehen, die Flüssigkeitsräume jedoch nach Fig. 2 durch besondere Zirkula- tionsrohre 17 oder nach Fig. 1 durch die ge- wundenen Behälter selbst verbunden sind und da somit die Einzelverdampfer, von a beginnend, nur nacheinander gefüllt werden können, ist es auf diese Weise möglich, das in den Einzelverdampfern vorhandene Lö sungsmittel beim Füllvorgang während der Kondensationsperiode nach dem letzten Ein zelverdampfer g zu fördern.
Ist das ganze System wenigstens teilweise gefüllt, so kommunizieren die Flüssigkeiten, so dass bei weiterem Zufluss zum ersten Einzelverdamp fer Austritt aus dem letzten Einzelverdamp fer erfolgt. Der Austritt erfolgt nach Fig. 1 und 2 direkt in den Kocherabsorber, nach Fig. 3 und 4 zunächst in eine Fördervor- richtung.
Die Auflösung des Verdampfers in die beschriebenen Einzelverdampfer ist eine wirksame Massnahme gegen die Betriebs schwierigkeiten, welche sieh daraus ergeben, dass bei Temperatur- oder Zeitsteuerung die pro Heizperiode ausgetriebenen Kondensat mengen schwanken, der Verdampfer also un gleichmässig gefüllt wird, und zwar bei hohen Kondensatordrucken weniger als bei niedrigen, wobei ausserdem die mitver- dampften Lösungsmittelmengen entsprechend schwanken.
Zur Überwindung dieser Schwie rigkeiten wird der Gesamtinhalt des Systems der Einzelverdampfer a bis g mindestens so gross gewählt, wie das Volumen der maximal ausgetriebenen, verflüssigten Kältemittel- menge. Dadurch wird ein wirtschaftlicher Betrieb erzielt, da sich bei geringer Füllung erhebliche Lösungsmittelmengen im Ver dampfer ansammeln, jedoch nur in den letz ten Einzelverdampfern.
Die schädlichen Ein flüsse des Lösungsmittels erstrecken sich daher nur auf die letzten Einzelverdampfer und werden durch die durchgeführte, räum liche Trennung von den ersten mit reinem Kältemittel gefüllten Einzelverdampfern ferngehalten.
Ebenso gestattet die Beschrän kung der wärmeleitenden Verbindungen des die Flüssigkeit enthaltenden Verdampfer teils auf die Verbindungsleitungen zwischen den Flüssigkeitsräumen der Einzelverdamp fer, das bei der Förderung durch Mischung in das Lösungsmittel übergegangene Kälte mittel während der Kühlperiode wieder rest los zu verdampfen, wobei bekanntlich die Lösungen je nach ihrer Konzentration ver schiedene, durch den Absorberdruck be stimmte Temperaturen haben. Nachstehend sind die Vorgänge während der Heiz- und Kühlperiode geschildert.
Die aus der Lösung des Kocherabsorbers 7 (Fig. 1 und 2) durch Beheizung mit der Heizvorrichtung 9 ausgetriebenen Dämpfe strömen durch das Rohr 10 in eine Vorlage 11, in welcher sich mitgerissenes Wasser mechanisch; abscheidet und durch das Rohr 13 in den Kocherabsorber zurückläuft.
Nach Passieren der Vorlage 11 treten die Dämpfe in einen nicht gezeichneten Rektifikator, in welchem der Lösungsmittelgehalt bis auf wenige Prozent erniedrigt wird, und dann im Kondensatorrohr 12, welches hier durch einen Wasserbehälter 16 führt, verflüssigt zu werden. Das Kondensat tritt durch das Druckausgleichrohr 4. und den Stutzen 2 in das Einzelverdampfersystem und durch strömt nacheinander die Einzelverdampfer, bei a beginnend.
Da die Einzelverdampfer miteinander kommunizieren, wird bei diesem Füllvorgang auch die in den Einzelverdamp fern befindliche Restlösung durch das Sy stem gefördert und befindet sich am Ende dieses Prozesses im äussersten Falle in den Einzelverdampfern f und g. Die in diesem Falle in g befindliche Lösung füllte bei der vorangehenden Kühlperiode den Einzelver dampfer f und ist weitgehendst von Kälte mittel befreit, so dass sie für die neue Kühl periode wertlos ist und entfernt werden kann.
Ausser der betriebssicheren Rückführung des Lösungsmittels im allgemeinen, erfüllt die Vorrichtung, wie vorstehend angedeutet, die an sie gestellten Anforderungen in bezug auf die Entfernung des Lösemittels rest los., weil das zurückgeführte Lösungsmittel nicht als reiche Lösung, als die es ursprüng lich eingeleitet worden ist, sondern als arme Lösung zurückgeführt wird, indem das über schüssig gelöste Kältemittel unter nutzbarer Kälteerzeugung verdampft wird,
was durch die Beschränkung der Wärmeleitung von Einzelverdampfer zu Einzelverdampfer durch deren räumliche Trennung erreicht wird. Wie aus der vorbeschriebenen Arbeitsweise ersichtlich, können nach Fig. 1 und 2 zum Beispiel die ersten vier Einzelverdampfer das Kältemittel erhalten, wie es aus dem Kondensator kommt.
In den restlichen Ein- zelverdampfern überwiegt dann infolge der schwankenden Kondensationsmengen ab wechselnd der Kältemittel- oder der Lö- sungsmittelgehalt. Der Hauptvorteil der be schriebenen Verdampfer liegt also an sich schon darin, da-ss das in den letzten Einzel verdampfern anwesende Lösungsmittel vom frischen Kondensat getrennt ist und weder durch Diffusion noch beim Sieden während der Kühlperiode in dieses übergehen kann.
Darüber hinaus gestatten die Verdampfer aber noch die Ausnutzung des gelösten Kältemittels im letzten Einzelverdampfer g, soweit die Konzentration die der Lösung im gocherabsorber übersteigt, was einen nicht unerheblichen Vorteil bedeutet. Die Ver dampfung des Kältemittels erfolgt zwar bei höheren Temperaturen als die des reinen Kältemittels, dagegen ist die Verdampfungs- wärme um die Lösungswärme grösser.
Bei nicht beschränkter Wärmeleitung zwischen den Einzelverdampfern wäre diese Verdamp fung nur mit Hilfsmitteln. wie zum Beispiel Gegenströmung des gekühlten Mittels er reichbar. Bei normaler Luftkühlung, also bei freier Strömung, wie sie zum Beispiel in Kühlschränken stattfindet, oder bei Kühlung ruhender Flüssigkeiten, erfolgt die Verdamp fung bei den beschriebenen Verdampfern mit beschränkter Wärmeleitung während der ganzen.
Kühlperiode. Nach Fig. 3 und 4 liegt der Verdampfer tiefer als der Kocherabsor- ber, so dass eine Förderung des aus dem letz ten Einzelverdampfer austretenden Lösungs mittels vorgenommen werden muss. Diese Förderung erfolgt durch die Pumpwirkung aufsteigender Gasblasen, entsprechend den Verdampfungsvorgängen in senkrechten Heizrohren bezw. der Arbeitsweise- der Mam- mutpumpe.
Es können hier folgende Verfahren zur Anwendung gelangen.
1. Das noch Kältemittel enthaltende Lö sungsmittel tritt aus dem Verdampfer in ein senkrecht stehendes Rohr von engem Quer schnitt über, welches von aussen beheizt wird, wodurch das Lösungsmittel weiter entgast und durch die Wirkung der aufsteigenden Gasblasen in einzelnen Flüssigkeitskolben auf das Niveau des Kocherabsorbers gehoben wird. Die Beheizung kann dabei erfolgen: a) durch eine zusätzliche Wärmequelle, b) durch die heisse Kocherlösung.
2. Das Lösungsmittel tritt wie zuvor in ein senkrecht stehendes Rohr von engem Quer schnitt über, in welches der aus der Lösung des Kocherabsorbers ausgetriebene Kälte mitteldampf eingeleitet wird, der beim Auf wärtsströmen zum Kondensator das Lösungs- mittel in gleicher Weise wie bei 1 fördert. Wie bereits erwähnt, kann die Erhitzung des rückzuführenden Lösungsmittels auch durch eine zusätzliche Wärmequelle erfol gen, welche zum Beispiel direkt am Förder- rohr angebracht werden kann.
Die Rückführung in den Kocherabsorber geschieht bei der Ausführung nach Fig. 3 durch die Förderungseinrichtungen 6, 8 und 5. In dem Förderrohr 6 kommuniziert die Flüssigkeit mit derjenigen in g, steht also so hoch, dass sie durch die in der Umlauf vorrichtung 8 und 5 zirkulierende heisse Ko- cherabsorberlösung erhitzt, werden kann.
Durch diese Beheizung wird Kältemittel in Dampfform ausgetrieben und reisst bei ge nügender Stärke der Dampfentwicklung und genügend kleinem Querschnitt des Förder- rohrs die Flüssigkeit in den Abscheider 14 hoch. Aus diesem Abscheider 14 könnte man den Dampf direkt in den Kondensator ab führen. Davon ist jedoch hier Abstand ge nommen und vorgesehen, dass' Dampf und Lösungsmittel gemeinsam durch das Rohr 15 in den Kocherabsorber .abströmen.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Vorrich tung ist mit dem Verfahren die Fördervor- richtung geändert. Das Lösungsmittel fliesst hier wieder vom letzten Einzelverdampfer durch die Leitung 6 dem Förderrohr 6' zu. Der Dampf, welcher das Lösungsmittel durch das Förderrohr 6' in den Flüssigkeitsab- scheider 14 fördert, kommt aus dem Kocher absorber 7.
Aus diesem geht der Dampf durch die Leitung 10 und die Vorlage 11, welche gleichzeitig als Rektifikator dient, und strömt dann durch das Rohr 10' in das Förderrohr 6' und aus diesem durch den Ab- scheider 14 nach dem Kondensatorrohr 12. Das im Abscheider 14 zurückbleibende Lö sungsmittel fliesst durch das Rohr 5 nach dem Kocherabsorber ab.
Tritt der Fall ein, dass die Steuerung der Heizvorrichtung versagt, und die Heizung fortgesetzt wird, so wird nachgerade reines Kondensat in die Fördervorrichtung eintre ten. Es ist klar, dass das Kondensat- in glei cher Weise gefördert wird wie das Lösungs mittel und es stellt sich in diesem Zustande bei gleichbleibendem Kondensatordruck fol gender ungefährlicher Beharrungszustand ein Zuführung von Wärme im Kocherabsor- ber, Austreibung von Dampf, Verflüssigung desselben unter Entziehung der zugeführten Wärme und Eintritt der gebildeten Flüssig keitsmenge in den Verdampfer.
Übertritt der gleichen Flüssigkeitsmenge aus dem Ver dampfer in die Fördervorrichtung und För derung in den Kocherabsorber, das heisst Druck, Temperatur und Konzentration der armen Lösung im Kocherabsorber bleiben konstant.