DE1751333B2

DE1751333B2 - Absorptions-kaelteanlage und verfahren zu ihrem betrieb

Info

Publication number: DE1751333B2
Application number: DE19681751333
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Stierlin, Hans, Dipl.-Ing. Dr, Schlieren, Zürich (Schweiz)
Priority date: 1967-05-26
Filing date: 1968-05-13
Publication date: 1977-12-08
Also published as: US3516264A; SU361589A3; FR1565999A; DE1751333C3; GB1232707A; CH475527A; DE1751333A1; SE342499B; JPS4844426B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Absorptions-Kälteanlage mit druckausgleichendem Hilfsgas sow ie ein Verfahren tu deren Betrieb. Sie bezweckt üie Verbesserung des Anlagewirkungsgrades. Wesentliche Verbesserungen von Anlagewirkungsgraden von Absorptions-Kälteanlasen sind heute praktisch nur noch im Kochersystem moelich da die Verluste in den übrigen Anlageteilen hereits auf sehr kleine Werte reduziert sind.

Die Analyse der Temperatur- und Wärmeverhältnisse in vielen der bisherigen Kocher ergibt als Hauptfehler einen Wärmemengenfehlbetrag im Flüssigkeitswärmeaustauscher, indem die zum Aggregat zurückfießende arme Lösung die reiche Lösung nur auf etwa zwei Drittel der Eingangs-Temperatur der armen Losung in Hiesem Wärmeaustauscher aufzuheizen vermag. Dementsprechend treten große Temporaturdifferenzen auf die einen unbefriedigenden Wirkungsgrad ergeben. Der Grund für diesen Sachverhalt besteht unter anderem darin, daß die Menge der zu erwärmenden reichen Lösung pro Kilogramm erzeugten Kältemitteldampf immer um ein Kilogramm größer ist als d.e Menge der die Wärme abgebenden zum Aggregat . ."..-kiließenden, armen Lösung.
'"Weiterhin weist der vom Kocher bzw. Rektifikator austretende Kältemitteldampf noch einen beträchthrhen Wärmeinhalt auf, der ungenutzt an die Umgebung abeeführt werden muß. Man hat also, auf ein bestimmtes Temperaturniveau bezogen, im Flüssigkeitswärmeaustauscher zu wenig Wärmemenge zur Verfügung und im Abdampfrohr zuviel Wärmemenge.

Es liegt nahe, anzustreben, diese negativen und nositiven Wärmebilanzen gegenseitig auszugleichen In der Praxis läuft dies darauf hinaus, daß man den Abdampf der bereits bis zum Siedepunkt der reichen Lösung hinunter völlig rektifiziert sein soll, nun auch noch längs dem Flüssigkeitswärmeaustauscher mit möglichst vollkommenen Gegenstrom führt. Damit kann man im praktisch in Frage stehenden Konzentrationsbereich eine nahezu verlustlose Wärmeb.lanz ^ ^er Neben'dieser eben geschilderten Bauart gibt es noch eine zweite Möglichkeit, Irreversibilitäten des Flussig keitswärmcaustauschers auszuschalten. Sie besteht nnnzipiell darin, daß man die Flüss.gke.tsmengen-Bifanz in Ordnung bringt Praktisch läßt sich dies bewerkstelligen, indem man die Vorlaufmenge so stark SSrtdle keine Temperaturdifferenzen entstehen. Die Differenz zwischen der benoteten Menge an refcher Lösung und der durch den Wärmeaustauscher

äcnlicS geführten Menge wird direkt, aus dem kaken Zustand heraus, durch den Abdampf auf die Temperatur des Kochers gebracht Thermodynamisch ist diese Bauweise der erstgeschilderten gleichwertig.

Tide Arten dieser thermischen Kochverbesserungen sind im Großabsorptions-Maschinenbau bekannt. Die bietet keine allzu großen Schwierigkeiten, da be. solchen Anlagen mechanische Lösungspumpen yorhar, den sind, mit deren Hilfe man von den geometrischen Höhenverhältnissen völlig unabhängig wird.

Bei kleinen Absorptionsaggregaten, wie sie fur Kühlschränke verwendet werden, ist das Problem «.rhpbüi-h schwieriger. Hier steht nur eine in der Förderhöhe sehr beschränkte Thermosiphonpumpe zur Verfügung, die zudem erst dort, wo der Siedepunkt de reichen llung erreicht wird, in den Kreislauf angefügt werden kann. Überdies ist man in den räumlichen Verhältnissen sehr eingeschränkt. Außerdem muß sich iede Leitung, falls nötig, nach dem Transport eines solchen Aggregates, allein durch die Schwerkraft selbst entlüften oder entleeren können. Die erwähnte Tatsache, daß die Thermosiphonpumpe erst dort, wo der Siedepunkt der reichen Lösung erfolgt, in den Kreislauf eingefügt werden kann, stellt die Hauptschwierigkeit des Problems dar. Dadurch wird es schwierig, den Flüssigkeitswärmeaustauscher oberhalb des tiefsten Flüssigkeitsarbeitsniveaus im Aggregat einzubauen. Da umgekehrt der Abdampf nicht unterhalb dieses Niveaus gebracht werden sollte, da sonst sich bildendes Kondensat nicht mehr abfließen kann, ist es weiterhin schwierig, die beiden Medien in geschlossenen Wärmeaustausch, insbesondere in Gegenstrom-Wärmeaustausch, zu bringen.

Auch bei der zweiten grundsätzlichen Lösungsmöglichkeit des Problems mit der Abzweigung eines Teiles der reichen Lösung entstehen beim Versuch, sie in die Praxis umzusetzen, bei solch kleinen Apparaten große Schwierigkeiten. Es ist, ohne daß ein größerer Druckverlust zugelassen werden darf, nahezu unmöglich, eine strömende Flüssigkeitsmenge dauernd in zwei in ihr;r Größe vorgegebene Teilströme zu teilen.

Überdies müßte das Verhältnis dieser Aufteilung stets automatisch den gegebenen Betriebsbedingungen angepaßt werden, was ebenfalls zu Schwierigkeiten führt.

Aus der Patent-Literatur ist ersichtlich, daß bereits eine Reihe von Versuchen unternommen wurde, diese Verbesserungsmöglichkeiten bei solch kleinen Aggregaten in die Tat umzusetzen. Bisher sind wenige praktische Erfolge bekanntgeworden, was sich aus dem oben Gesagten erklärt

Forschungstätigkeit Berechnungen und Überlegungen haben es ermöglicht, eine brauchbare Lösung des Problems zu finden.

Die erfindungsgemäße Absorptions-Kälteanlage zeichnet sich dadurch aus, daß man in bekannter Weise den den Kocher verlassenden Kältemitteldampf, kurz »Abdampf«, in geschlossenem Wärmeaustausch mit mindestens einem Teil der dem Kocher zuströmenden reichen Lösung treten läßt wobei man neuerdings dafür sorgt, daß die Wärmeabgabe des Abdampfes oberhalb des Arbeitsniveaus der Flüssigkeit liegt. Dabei kommt der Abdampf, wie vorausgesetzt ist, weder mit der Wärmetauschflüssigkeit in offene Berührung noch wird er unterhalb des Flüssigkeitsarbeitsniveaus im Aggregat gebracht, so daß sich bildendes Kondensat also abfließen kann.

Bei der Absorptions-Kälteanlage nach der DT-PS 7 31 608 mit druckausgleichendem Gas und einem Speichergefäß für eine Absorptionslösungsmenge, die dem normalen Umlauf der Lösung zwischen Kocher und Absorber mindestens zeitweilig entzogen ist, ist der Flüssigkeitsinhalt dieses Speichergefäßes vom zwischen Verdampfer und Absorber umlaufenden druckausgleichenden Gas überstrichen. Der den Kocher verlassende Abdampf steht dabei zwar im Wärmetausch mit der dem Kocher zuströmenden reichen Lösung, doch findet dieser Wärmetausch unterhalb des Arbeitsniveaus der Flüssigkeit statt Auch handelt es sich hier um einen offenen Wärmeaustausch mit den bekannten damit verbundenen Nachteilen.

Im gleichen — wie zuletzt genannten — Sinne ist der inhalt der US-PS 22 51 314 zu beurteilen. In der US-PS 22 66 783 ist bereits eine Anlage beschrieben, bei der dem Abdampf im Abdampfrohr über eine Wärmebrükke Wärme entzogen wird.

Die Erfindung wird anschließend anhand der Zeichnungen beispielsweise erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung des Kreislaufes eines bekannten einstufigen NFtyH^-Kühlschrank-Absorptionsaggregates mit druckausgleichendem Hilfsgas,

F i g. 2 den Kocher eines Absorptionskühlaggregates gemäß F i g. 1 in schematischer Darstellung,

F i g. 3 eine diagrammatische Darstellung von zu- und abgeführten Wärmemengen bei entsprechenden Temperaturen in einem Kocher gemäß F i g. 2,

Fig.4 ein Diagramm analog demjenigen gemäß F i g. 3 für eine Kocheranlage unter mindestens teilweiser Rückgewinnung der Deflegmationswärme.

Zu den F i g. 3 und 4 wird bemerkt: Die Fläche NHJK entspricht der Deflegmationswärme (Rückgewinnung);

die Fläche NMOO' entspricht der durch Wärmeaustausch zurückgewonnenen Wärmemenge; Punkt A stellt den thermischen Zustand der reichen

Lösung beim Verlassen des Reservoirs dar; B ist der Erhitzungspunkt der reichen Lösung; C ist der Verdampfungspunkt (Beginn der

Verdampfung);
D ist der Punkt, ab welchem der Pumpe Wärme

von außen zugeführt wird; E ist der Punkt, bei dem weiter Dampf aus dem Flüssigkeits-Dampf-Gemisch durch Rektifikationswärme ausgeschieden wird; F ist der Punkt, an dem die Erhitzung wieder

durch die Heizpatrone erfolgt; G ist der Punkt bei dem die arme Lösung aus dem Kocher in die Kühlleitung fließt.

Es bedeuten:

Qrekt = Rektifikationswärme,
Qpu — der Dampfblasenpumpe zugeführte Wärme, Qko = dem Kocher zugeführte Wärme, ab — nach außen abgeführt,
zu = von außen zugeführt
Ferner zeigt

F i g. 5 einen Ausschnitt aus einem Kocher, bei welchem erfindungsgemäß die Deflegmationswärme des Kältemitteldampfes im Flüssigkeits-Wärmeaustauscher durch eine wärmeleitende Brücke in den Kreislauf zurückgeführt wird,

Fig.6 eine Anordnung analog Fig.5, jedoch mit spiralförmig um den Kocher angeordnetem Wärmeaustauscher,

F i g. 7 einen Ausschnitt aus einem Kocher, bei welchem die Deflegmationswärme mit Hilfe eines Sekundärmediums im geschlossenen Kreislauf in den Flüssigkeits-Wärmeaustauscher zurückgeführt wird,

F i g. 8 eine weitere Ausführung, bei welcher der Flüssigkeits-Wärmeaustauscher und der Rektifikator oberhalb des tiefsten Flüssigkeitsarbeitsniveaus liegen,

F i g. 9 -11 schematische Darstellungen von Varianten von Schaltungen analog F i g. 8, mit verschiedenen Anordnungen von Reservoirs,

F i g. 12 eine schematische Darstellung eines Kochers mit Aufspaltung der reichen Flüssigkeit vor dem Flüssigkeits-Wärmeaustauscher, zum Zwecke der Erreichung einer ausgeglichenen Wärme- und Mengenbilanz, F i g. 13 eine Variante der Ausführung gemäß F i g. 12,

Fig. 14—17 verschiedene Ausführungen zum Konzentrations-Ausgleich zwischen dem Hauptbehälter und dem Pumpenansaugbehälter zwecks Erreichung einer einheitlichen Konzentration von Schutz- und Kältemittel in der Lösung.

In Fig. 1 ist das Schema eines bekannten Absorptionskälteaggregates mit druckausgleichendem Hilfsgas dargestellt. Ein derartiges Aggregat umfaßt einen Kocher 1, in welchem der Kältemitteldampf ausgetrieben wird. Dieser Dampf gelangt durch eine Dampfleitung 2 in einen Kondensator 3. Hier kondensiert der Kältemitteldampf. Das Kondensat fließt durch eine Kondensatleitung 5 in einen Verdampfer 7, wo es unter Wärmeaufnahme verdampft Eine Leitung 9 führt vom Verdampfer 7 in einen Gaswärmeaustauscher 11. Hier nimmt das durch die Leitung 9 strömende, reiche Gas Wärme auf und kühlt das arme Gas in der Leitung 17 sowie das Kondensat in der Leitung 5 ab. Die Leitung 9 für das reiche Gas mündet in ein Hauptreservoir 13, welches mit reicher Lösung teilweise angefüllt ist, wobei deren Niveau das Betriebs- oder Flüssigkeitsarbeitsniveau der Anlage festlegt Das durch die Leitung 9 strömende Gas gelangt über das Reservoir 13 in den Absorber *5, worin ein Teil des Kältemitteldampfes durch die im Gegenstrom durch den Absorber 15 fließende arme Lösung aufgenommen wird. Der Rest des Gases strömt durch die Leitung 17 zum Verdampfer 7. Das Reservoir 13 ist über eine Leitung 21 mit dem Eingang des Kochers 1 verbunden, wobei ein Teil dieser Leitung 21 als Flüssigkeits-Wärmeaustauscher ausgebildet ist, der von einer Rücklaufleitung 23 durchsetzt wird. Diese Rücklaufleitung 23 führt die arme Lösung aus dem Kocher in den obersten Teil des Absorbers 15.

Eine Druckausgleichsleitung 19 verbindet das Ende des Kondensators 3 mit dem untersten Teil des Absorbers 15.

Da die Erfindung eine Verbesserung des Wirkungsgrades am Kochersystem bezweckt, wird in der Folge anhand weiterer Figuren nur der Bereich des Kochers und mit diesem zusammenhängende spezielle Schaltungen erläutert

Es werden anhand der Fig.2 die thermischen

Verhältnisse in einem Kocher, wie dieser beispielsweise in F i g. 7 der CH-PS 3 57 419 dargestellt ist, erläutert.

Das Diagramm gemäß F i g. 3 zeigt auf der Abszisse die pro kg erzeugten Kältemittel und pro ^CC Temperaairänderung benötigten Wärmemengen in kcal/kg, woDei

die positive Seite der X-Achse die zugeführte Wärme in kcal/°C/kg darstellt und die negative X-Achse die abgeführte Wärme. Die Ordinate zeigt die Temperatur steigend von oben nach unten.

Der Punkt A stellt den thermischen Zustand der reichen Lösung beim Verlassen des Reservoirs 13 dar (F i g. 1 und 3). Diese Lösung wird im Wärmeaustauscher 25 erhitzt (B) und in geringen Mengen verdampft (von C bis D) Im Punkte C beginnt die Verdampfung. Aus dem Flüssigkeits-Dampf-Gemisch wird weiterhin Dampf ausgeschieden (E), worauf die Dampfblasen in der Thermosiphonpumpe die Flüssigkeit hochfördern. Dabei wird aus der Umgebung, erwärmt durch die Heizpatrone im Kocher 1, dem System Wärme zugeführt Das Dampf-Flüssigkeits-Gemisch weist in der Pumpe den Zustand gemäß Punkt E auf. Während der Dampf nach oben abströmt, gelangt die Flüssigkeil im konzentrischen Außenrohr (F i g. 2) durch das Rektifikations-Gitter 4 nach unten und wird dort durch die Heizpatrone erhitzt Der Zustand wird durch den Punkt F dargestellt. Durch weitere Wärmeaufnahme der hinunterströmenden Lösung wird im unteren Tei des Kochers von dieser der Punkt G erreicht In diesen-μ Zustand fließt die arme Lösung aus dem Kocher 1 in die Rücklaufleitung 23.

Diese Wärmemengen müssen dem System zugeführ werden, damit es funktioniert.

Ein Teil dieser Wärme kann, wie anschließend im einzelnen erläutert wird, durch Wärmeaustauscher zurückgewonnen werden.

Diese von der armen Lösung durch Wärmeaustausch aufgenommene, zurückgewonnene Wärme wird durch das Rechteck NMOO'm F i g. 3 dargestellt.

Diese thermodynamischen Zustände sind in den F i g. 1 und 2 mit den entsprechenden Buchstaben bezeichnet. Aus dem Diagramm gemäß F i g. 3 ist ersichtlich, daß die Deflegmationswärme, dargestellt durch die Fläche NHJK, mit dem Kältemitteldampf durch die Dampfleitung 2 abströmt und nicht wieder genutzt werden kann. Es ergibt sich daher beim bekannten Kocher für eine arme Lösung mit 10% Ammoniak und eine reiche mit 40% Ammoniak bei einer total zugeführten Wärmemenge von 570 kcal/kg NH₃-Dampf ein Wärmeverlust von 170 kcal/kg NH₃, und bei einer Netto-Kälteleistung von 280 kcal/kg NH₃ ein Wärmeverhältnis von ca. 0,49. Die vorliegende Erfindung bezweckt, die Ausnutzung der durch die Fläche NHJK in F i g. 3 dargestellten Wärmemenge im Kälteprozeß mindestens teilweise nutzbar zu machen.

In Fig.4 ist ein derartiger Prozeß im Diagramm dargestellt. In diesem Diagramm, welches grundsätzlich gleich aufgebaut ist wie derjenige nach Fig.3, ist ersichtlich, daß es — thermodynamisch betrachtet — möglich ist, den Wärmeinhalt des Dampfes bis zum Kondensationspunkt nutzbar zu machen, indem man diesen in Wärmeaustausch mit der kälteren Flüssigkeit bringt und diesen Dampf beispielsweise durch den Flüssigkeitswärmeaustauscher 25 schickt. Dann kann im Flüssigkeitswärmeaustauscher 25 die arme Lösung sowie der Dampf Wärme an die reiche Lösung abgeben, so daß man bei sonst gleichen Verhältnissen bezüglich Ammoniakkonzentrationen, Temperaturen usw., wie diese anhand der F i g. 3 erläutert wurden, bei einer total zugeführten Wärmemenge von 399 kcal/kg NH₃ infolge des Absinkens der Verluste auf 19 kcal/kg NH₃ theoretisch ein Wärmeverhältnis von 0,70 anstelle des bisherigen theoretischen Wertes von 0,49 erreichen kann. Diese Werte stellen theoretische Werte dar, während die praktischen entsprechend tiefer liegen. Für den bekannten Kocher gemäß F i g. 2 werden gemessene Werte von 0,37 erreicht, während sich für die erfindungsgemäße Ausführung praktische Werte von über 0,50 ergeben sollen.

In der Folge werden einige konstruktive Möglichkeiten zur Verwirklichung dieses verbesserten thermischen Prozesses im Kochersystem von Absorptionskälteanlagen mit druckausgleichendem Hilfsgas erläutert.

Bei der Ausführung gemäß F i g. 5 schließt sich dem Kocher 1 eine Dampfleitung 30 an, welche nach kurzer Steigung in scharfem Bogen 31 den Kältemittel-Dampf um 180° umlenkt und nach unten einem Wärmeaustauschteil 32 zuführt; dieser Wärmeaustauschteil 32 ist genickt, so daß eine tiefste Stelle 34 entsteht, in welcher sich Kondensat ansammelt. Anschließend an den Wärmeaustauschteil 32 steigt die Dampfleitung 30 wieder an und führt zum Kondensator 3 (entsprechend Fig. 1).

In F i g. 5 ist ferner ein Teil des Reservoirs 13 mit dem normalen tiefstliegenden Niveau, dem Flüssigkeitsarbeitsniveau 36, ersichtlich. Der Flüssigkeitswärmeaustauscher 25, welcher dieses Reservoir 13 mit dem Kocher 1 verbindet, ist schematisiert dargestellt. Eine Kondensatablaufleitung 38 führt von der tiefsten Stelle 34 des Wärmeaustauschteiles 32 in den Flüssigkeitswärmeaustauscher 25, wobei der Eintritt in diesen derart gewählt ist, daß die Konzentration des Kondensates aus dem Teil 34 demjenigen im Flüssigkeitswärmeaustauscher 25 an dieser Stelle entspricht.

Der Wärmeaustauschteil 32 ist mit dem Flüssigkeitswärmeaustauscher 25 über lamellenartige Wärmeleitorgane 40 verbunden, welche vorzugsweise derart geformt und angeordnet sind, daß ein bestmöglicher Wärmeaustausch gesichert wird. Diese Organe 40 bestehen aus einem gut leitenden Werkstoff, beispielsweise Aluminium. Auf diese Weise kann mindestens ein Teil der Deflegmationswärme des Kältemitteldampfes zurückgewonnen werden, so daß der thermodynamische Prozeß demjenigen gemäß F i g. 4 angenähert entspricht.

Während der in Fig.5 dargestellte Wärmeaustauscher mit Wärmeleitorganen 40 ebener Konstruktion arbeitet, ist in F i g. 6 schematisch eine Ausführung dargestellt, in welcher der Wärmeaustauschteil 32' und der Flüssigkeitswärmeaustauscher 25' spiralförmig um den Kocher 1 gewunden sind, so daß der heiße Kocher 1 im Innern der Spirale liegt, womit eine bemerkbare Verminderung der Wärmeverluste des Kochers 1 erreicht wird.

Es ist grundsätzlich auch möglich, mit Hilfe einer bezüglich spezifischem Gewicht und Temperaturabhängigkeit, wie eine solche das Wasser zwischen 0 und + 4° darstellt, eine anomale Charakteristik aufweisenden Flüssigkeit die Wärme dem Dampf am Austritt des Kochers 1 zu entnehmen und aufgrund der Konvektionsströmung, bedingt durch diese Anomalie, die durch diese Hilfsflüssigkeit aufgenommene Wärme dem Flüssigkeitswärmeaustauscher 25 zuzuführen und anschließend die abgekühlte leichter gewordene Flüssigkeit selbsttätig wieder aufsteigen zu lassen, bereit, dem Dampf neue Wärme zu entnehmen. Ein derartiger Hilfskreis 42 ist in F i g. 7 dargestellt.

In F i g. 8 ist eine Kälteanlage mit einer Gegenstrom-Rektifikation 96 und dem Flüssigkeits-Wärmeaustauscher oberhalb des normalen Flüssigkeitsarbeitsniveaus 36 ersichtlich. Eine Heizstelle 85 ist mit einem Pumpenrohr 87 verbunden, welches am Ende mit einer seitlich ausmündenden Austrittsöffnung 89 versehen ist Koaxial zum Pumpenrohr 87 befindet sich ein Dampfrohr 91 und ein Flüssigkeitsrohr 93 sowie, außer abschließend, ein Isolationsrohr 95. Das Pumpenrohr 8> begrenzt den Pumpenraum 97, während sich zwischer dem Pumpenrohr 87 und dem Dampfrohr 91 eir Dampfraum 99 befindet. Als Flüssigkeitsraum 101 wire der Raum zwischen dem Dampfrohr 91 und den Flüssigkeitsrohr 93 bezeichnet. Der Isolierraum 103 innen begrenzt durch das Flüssigkeitsrohr 93 und außei durch das Isolationsrohr 95, kann praktisch luftlee gesaugt sein oder nach Füllung mit einer isolierender pulverförmigen Masse evakuiert werden.

Koaxial zum Pumpenrohr 87 verlaufen unter Windungen 105 kleinerer Windungsdurchmesser, wel ehe in obere Windungen 107 größeren Windungsdurch messers übergehen. Eine Rücklaufleitung 109 verbinde das Ende der höchsten Windung 107 mit dem Eintril des Absorbers. Ebenfalls koaxial zu den Rohranordnur gen sind Rektifikatorwindungen 111 vorgesehen, übe denen im Windungs-Durchmesser größere Windungei als Deflegmator 113 bezeichnet, angeordnet sind.

Im untersten Teil des Absorbers 15, unmittelbar ve dessen Ende, befindet sich ein Stauorgan 115, währen ein flüssigkeitführender Bogen 117 vom Absorber in ii Querschnitt abgeplattete Windungen 119 übergeht. S enden in einem Abflußrohr 121, das in die obers

ίο

Windung 111 des Rektifikators führt. Das Dampfrohr91 mündet unten in einen Ansaugbehälter 123, welcher seinerseits mittels eines Bogens 124 mit dem Pumpenrohr 87 verbunden ist. Das Reservoir 13 ist über eine Konzentrations-Ausgleichsvorrichtung 125 mit dem Ansaugbehäiter 123 verbunden.

Der beschriebene Anlageteil gemäß Fig.8 funktioniert folgendermaßen:

Die Heizstelle 85 gibt Wärme an den untersten Τεϋ des Pumpenrohres 87 ab, so daß ein Teil der Lösung verdampft und die aufsteigenden Dampfblasen die Flüssigkeit durch das Pumpenrohr 87 nach oben fördern. Das Dampf-Flüssigkeitsgemisch strömt durch die Austrittsöffnung 89 aus, wobei die Flüssigkeit in den Flüssigkeitsraum 101 nach unten fließt, während der Dampf nach oben in den Dom 94 entweicht und von dort in den Dampfraum 99 gelangt. Die Flüssigkeit wird am unteren Ende des geschlossenen Rohres 93 abgenommen und in den Windungen 105 als arme Lösung nach oben geführt. Die Windungen 105 sind mit den Rektifikatorwindungen 111 thermisch gut leitend verbunden, so daß die in den Windungen 105 fließende arme Lösung ihre Wärme an das in den Rektifikatorwindungen 111 strömende Flüssigkeits-Dampf-Gemisch abgibt. Die arme Lösung strömt anschließend durch die größeren Windungen 107, wobei sie weiterhin Wärme an die reiche, in den Windungen 119 nach unten fließende Lösung abgibt. Die abgekühlte arme Lösung fließt herauf durch die Rücklaufleitung 109 in den oberen Teil des Absorbers 15.

Um ein Rückfließen der aus dem Absorber anfallenden Flüssigkeit in das Reservoir 13 zu verhüten, ist das Sperr- oder Stauorgan 115 vorgesehen, welches die durch den Absorber fließende Flüssigkeit vor dem Flüssigkeitsbogen 117 staut und praktisch die ganze Menge anfallender Flüssigkeit über diesen Bogen 117 durch die Windungen 119 abführt. In diesen Windungen 119 wird die reiche Lösung bis zum Siedepunkt erhitzt. Die Auslegung der Windungen ist derart, daß die Lösung nach Erreichen des Siedepunktes in die Rektifikatorwindungen 111 weiterströmt und dort im Gegenstrom mit dem aufsteigenden Dampf aus dem Dampfraum 99 rektifiziert wird. Die Flüssigkeit ergießt sich anschließend aus den Rektifikatorwindungen Ul in den Ansaugbehälter 123, aus welchem sie, wie erläutert, durch den Bogen 124 ins Pumpenrohr 87 gesaugt wird.

Der in den Windungen 111 im Gegenstrom mit der Flüssigkeit rektifizierte Dampf gelangt hierauf in den Deflegmator 113, wo er seine Wärme an die Windungen 119 und die darin fließende Flüssigkeit abgibt. Dieser dreiteilige Wärmeaustauscher umfaßt die größeren Windungen 107, die abgeplatteten Rohrwindungen 119 sowie die innenliegenden Windungen des Deflegmators 113, welche miteinander thermisch leitend verbunden sind.

Im Reservoir 13 befindet sich in der Lösung eine als Inhibitor wirkende Substanz zur Verhütung von Korrosionen, beispielsweise Natriumchromat. Um auch der Flüssigkeit im Ansaugbehälter 123 die verlangte Schutzkomponente zu schaffen, ist dieser Behälter über die Konzentrations-Ausgleichvorrichtung 125 in Form eines Rohres mit dem Reservoir 13 verbunden. Auf diese Weise ist es möglich, daß die Konzentration des Natriumchromats in den beiden Gefäßen 13 und 123 ungefähr gleich ist. Beim Anlaufen wird im übrigen der Ausgleichsbehälter 123 arm an Ammoniak, so daß Ammoniak aus dem Reservoir 13 nachströmen muß.

Zur Erniedrigung der Wärmeverluste des Systems ist das Isolationsrohr 95 vorgesehen, welches das Pumpen rohr 87 mit den beiden andern koaxialen Rohrer umschließt und dafür sorgt, daß möglichst wenig Wärme das System nutzlos verläßt. Dieses Isolationsrohr 95 erstreckt sich bis an das untere Ende des Flüssigkeitsrohres 93.

Die Rektifikationswindungen 111 können zwecks Verbesserung und Vermeidung von Unregelmäßigkeiten im Zulauf mit Querrillen, einer schraubenlinienförmigen Drahtschlange oder ähnlichen Elementen versehen bzw. ausgerüstet sein.

In den F i g. 9 bis 11 sind weitere Schaltmöglichkeiten angegeben, bei welchen anstelle des großen Reservoirs 13 ein Reservoir 13' vorgesehen wird. Dieses weist zwar eine sehr große Oberfläche zwecks Gewährleistung des Flüssigkeitsarbeitsniveaus auf, hat jedoch eine äußerst geringe Tiefe, so daß sein Volumen klein wird. Bei der Ausführung gemäß F i g. 9 ist zusätzlich ein Rücklauf-Reservoir 127 in der Rücklaufleitung 23 der armen Lösung vorgesehen, während Fig. 10 eine Ausführung zeigt, bei welcher ein Vorlauf-Reservoir 129 unmittelbar am Auslauf des Absorbers 15 eingeschaltet ist. In der Anordnung gemäß Fig. 11 ist ein Absorber-Reservoir 131 in den Absorber 15 selbst geschaltet.

Die in Fi g. 12 dargestellte Lösung basiert grundsätzlich auf einer andern Lösungsmöglichkeit, die Wärme- und Mengenbilanz in diesem Teil der Anlage im Gleichgewicht zu halten. Bei den bisher besprochenen Ausführungen wird die Deflegmationswärme im Sinne der Diagramme Fig.3 und 4 mindestens teilweise wiedergewonnen. Da im Flüssigkeits-Wärmeaustauscher die reiche Lösung mengenmäßig größer ist als die rücklaufende arme Lösung, wird bei der Lösung nach F i g. 12 ein Teil der reichen Lösung abgezweigt und im Wärmeaustauscher mit der armen Lösung in Berührung gebracht. Die abgezweigte Menge entspricht derjenigen des ausgetriebenen Kältemittels. Der abgezweigte Teil der reichen Lösung wird mit dem Dampf im Wärmeaustauscher in Verbindung gebracht, so daß die Deflegmationswärme an diesen abgeschiedenen Teil der reichen Lösung überführt wird, womit man thermodynamisch den gleichen Effekt erzielt, wie bei den vorbesprochenen Ausführungen.

Die in Fig. 12 dargestellte Konstruktion weist wiederum einen Kocher 1 auf, welcher grundsätzlich ähnlich beschaffen ist wie der Kocher gemäß Fig.2. Diesem Kocher 1 schließt sich ein Dampfrohr 135 an, das in die zum Kondensator (nicht dargestellt) führende Dampfleitung 2 übergeht. Im untersten Teil des

so Absorbers 15 ist ein Aufteilelement 137 zur Teilung der Flüssigkeitsströme angeordnet, wobei der Flüssigkeitsspiegel 139 sich derart einstellt, daß durch das Ansaugrohr 145 derjenige Anteil der Flüssigkeit fließt, welcher mengenmäßig dem Anteil des ausgetriebenen

Kältemittels entspricht. Der Rest, als Rückflußanteil bezeichnet, ergießt sich ins Reservoir 13. Ein Pumpenrohr 147 einer zweiten Thermosiphonpumpe steht in den oberen Abschlußteil des Ansaugrohres 145 in der dargestellten Weise vor. Das Pumpenrohr 147 endet im Bereiche der Ausmündung des Pumpenrohres des Kochers 1, welches, wie in Fig.2, mit Ebezeichnet ist. Der Raum 149 zwischen dem Pumpenrohr 147 und dem Bodenteil des Ansaugrohres 145 wirkt isolierend auf das Pumpenrohr 147. Das Kondensat-Abflußrohr 151 verbindet die tiefste Stelle des Dampfrohres 135 mit dem Flüssigkeitswärmeaustauscher 25.

Die dem ausgetriebenen Kältemittel mengenmäßig entsprechende, durch das Ansauerohr 145 «mmpn/ii>

ii

reiche Flüssigkeit wird durch die Thermosiphonpumpe mit dem Pumpenrohr 147, wärmemäßig angetrieben durch den Kältemitteldampf im Dampfrohr 135, in die Höhe gepumpt und gelangt als Dampf-Flüssigkeitsgemisch in den Raum E. Der Flüssigkeitsanteil ergießt sich in den äußeren Teil des Kochers 1, während die Dampfphase durch das Dampfrohr 135 abströmt. Auf diese Weise wird im Wärmeaustauscher 25 die Wärmebilanz korrigiert.

Diese Anlage ist selbstregulierend. Wird beispielsweise die Leistung des Kochers 1 erhöht, so strömt entsprechend mehr Dampf durch das Dampfrohr 135 und die Thermosiphonpumpe für die reiche Lösung arbeitet ebenfalls schneller.

Es ist auch möglich, die zwei Teilströme 141 und 143 durch zwei verschiedene Absorber fließen zu lassen. In diesem Falle muß das Aufteilelement 137 in die Rücklaufleitung vor dem Eintritt in den Absorber 15 eingebaut werden (nicht dargestellt). Es ist ferner möglich, die zweite Thermosiphonpumpe, dargestellt durch das> Pumpenrohr 147, anstatt durch den Kältemitteldampf direkt durch die Heizstelle zu beheizen. Diese Lösung, im übrigen ohne Aufteilelement, ist in Fig. 13 dargestellt. Wärmebilanzmäßig bildet sie die gleichen Vorteile wie die Lösung gemäß Fig. 12.

In der Fig. 14 bis 17 sind Schaltungen dargestellt, welche Konzentrationsausgleichs-Vorrichtungen verschiedener Art zeigen, um zu verhüten, daß in den flüssigkeitsarbeitsniveauhaltenden Reservoirs i3 bzw. 13' die Konzentration des Inhibitors zur Verhütung von Korrosionen in unerwünschter Weise steigt und um sicherzustellen, daß in der Anfahrphase genügend Ammoniak in den Ansaugbehälter nachgeführt wird.

Zum Zwecke der Erzeugung einer Zirkulation zwischen dem Reservoir 13 bzw. 13' und dem Ansaugbehälter sind gemäß der Ausführung nach F i g. 14 zv/ei koaxiale oder parallel zueinander laufende Verbindungsrohre. 155 und 157 mit dem Ansaugbehälter 123 verbunden, wodurch im Sinne eines Gegenstrom-Wärmeaustausches der Flüssigkeiten auch ein konzentrationsausgleichender Flüssigkeitstransport erfolgt.

In Fig. 15 ist das Reservoir 13 bzw. 13' über eine einzige Verbindungsleitung 155 mit dem Ansaugbehälter 123 verbunden, wobei diese Leitung 155 in möglichst steilem Anstiege das Reservoir mit dem Behälter 123 verbindet. Durch natürliche Konvektion entsteht durch diese Leitung 155 ein Flüssigkeitstransport, welcher einerseits die Konzentration ausgleicht und andererseits die nötige Ammoniakmenge beim Anfahrprozeß in den Kreislauf bringt.

Bei der Ausführung gemäß Fig. 16 erfolgt der Konzentrationsausgleich durch die Thermosiphonpumpe, welches in der Weise bewirkt wird, daß durch den Bogen 124 und den Abflußkanal 163 aus dem Hauptreservoir 13 bzw. 13' Lösung angesaugt wird, wobei aus dem Ansaugbehälter 159 die Flüssigkeit dem Zuflußkanal 161 und damit dem Reservoir 13 bzw. 13' zuströmt, so daß sich dort eine Mischung einheitlicher Konzentration ergibt und damit dem System fortwährend eine Lösung gleicher Konzentration ζ igefühn wird. Die beiden Kanäle 161 und 163 sind durch eine Trennwand 160 voneinander getrennt.

Die Konstruktion gemäß F i g. 17 beruht ebenfalls au! einem Konzentrationsausgleich auf Zwangszirkula tionsbasis mit Hilfe der Thermosiphonpumpe, welch« durch ein verlängertes Pumpenrohr 165 einen geringfü gigen Teil aus dem Reservoir 13 bzw. 13' und der größeren Teil der Flüssigkeit aus dem Ansaugbehältei 123 durch eine öffnung 166 im Rohr 165 ansaugt. Aucl auf diese Art wird ein Ausgleich der Konzentration un< eine Zufuhr von Ammoniak im Anfahrstadium de Anlage erreicht.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Absorptions-Kälteanlage mit druckjusgleichendem Hilfsgas und mit Wärmeabgabe vom den Kocher verlassenden Kältemitteldampf (Abdampf) in geschlossenem Wärmetausch an mindestens einen Teil der dem Kocher zuströmenden reichen Lösung, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeabgabe des Abdampfes oberhalb des Arbeitsniveaus (36) der Flüssigkeit liegt

2. Verfahren zum Betrieb der Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens einem Teil des Kältemitteldampfes vor dem Kondensator (3) Wärme entzieht und diese '5 Wärme der kalten, reichen Lösung zuführt

3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein oberhalb des Flüssigkeitsarbeitsniveaus (36) im Reservoir (13) liegende Kocher-Abdampfrohr (32) mit dem unterhalb des Flüssigkeitsarbeitsniveaus (36) liegenden Flüssigkeitswärmeaustauscher (25) durch eine aus wärmeleitendem Material bestehende Wärmebrücke (40) verbunden ist (F ig. 5).

4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebrücke lamellenartig ausgebildet ist (F ig. 5).

5. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Flüssigkeitswarmeaustauscher (25'), Abdampfrohr (32') und Wärmebrücke (40) in Form einer Spirale angeordnet sind, wobei der Kocher (1) im Innern der Spirale liegt (F i g. 6).

6. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, welche die oberhalb des Flüssigkeitsarbeitsniveaus (3S) zur Verfugung stehende Wärmemenge des Abdampfes durch eine in einem Sekundärkreis (42) strömende Hilfsflüssigkeit zum unterhalb des Flüssigkeitsarbeitsniveaus liegenden Flüssigkeitswärmeaustauscher (25) übertragen (F i g. 7).

7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsflüssigkeit durch Konvektionskräfte gefördert wird.

8. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitswärmetauscher (107, 113, 119) und der Rektifikator (105, 111) oberhalb des Flüssigkeitsarbeitsniveaus (36) liegen (F i g. 8).

9. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu einem Pumpen-Ansaugbehälter (123) ein Reservoir (13) kommunizierend geschaltet ist und so daß sich diese beiden Behälter (13, 123) im Betrieb im Temperaturniveau unterscheiden.

10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (125) vorgesehen sind, die einen Ausgleich der Konzentration in beiden Behältern ermöglichen (F i g. 14 bis 17).

11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß diese Mittel (125) in Form von zwei koaxialen Rohren (155, 157) ausgeführt sind (Fig. 14).

12. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet; daß die dem Konzentrationsausgleich dienenden Leitungen (155, 157) zum Zwecke eines Gegenstrom-Wärmeaustausches miteinander wärmeleitend verbunden sind (F i g. 16).

13. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Serie zu einem Pumpen-Ansaugbehälter (159) ein Reservoir (13,13') geschaltet ist, das sich vom Behälter (159) durch das Temperatur-Niveau unterscheidet (F i g. 16).

14. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß Mittel (165, 166) vorgesehen sind, die einen Teil der Lösung durch das mit einem Pumpen-Ansaugbehälter kommunizierende Reservoir (13, 13') zirkulieren lassen (F i g. 17).

15. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pumpen-Ansaugbehälter (123) durch ein stetig auf ihn zu ansteigendes Rohr (155) mit dem Reservoir (13,13') kommuniziert (F i g. 15).

16. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Kreislauf außer dem das Flüssigkeitsarbeitsniveau (36) haltenden Reservoir (13, 13') mindestens noch ein weitere Flüssigkeit speicherndes Organ (127,129, 131) befindet (Fig.9 bis 11).

17. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitswärmeaustauscher (96) um das Pumpenrohr (87) angeordnet ist (F i g. 8 bis 11).

18. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Rektifikator (111) und Flüssigkeitswärmeaustauscher (107, 113, 119) in Form von schraubenlinienförmigen Windungen ausgebildet sind (F i g. 8).

19. Anlage nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Windungen des Mehrfach- (z. B. Dreifach-)Wärmeaustauscher (107, 113,119) größer ist als derjenige der Windungen des Rektifikators(lll)(Fig.8).

20. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rücklaufrohr (93) und das Dampfrohr (91) des Kochers das Pumpenrohr (87) umschließen (F i g. 8).

21. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rektifikatorrohr (111) mit Vorrichtungen, z. B. schraubenlinienförmigen Nuten, Kerben oder Querrillen, versehen ist, welche Unregelmäßigkeiten im Zulauf oder Ablauf ausgleichen.

22. Anlage nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung in Form einer Drahtschlange ausgebildet ist.

23. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die reiche Lösung mit Hilfe von zwei verschiedenen Thermosiphonpumpen (1, 147) in zwei Teilströme (141,143) aufgeteilt ist (F i g. 12).

24. Anlage nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Teilströme der Lösung zwei verschiedenen Absorbern zuströmen.

25. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der reichen Lösung durch eine durch den Abdampf (135) des Gesamtkochers betriebene Thermosiphon-Pumpe (147) in den Kocher (1) bzw. Rektifikator gefördert wird (Fig. 12).

26. Anlage nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermosiphonpumpe (147) oberhalb des Flüssigkeitsarbeitsniveaus (36) im Reservoir (13) liegt

27. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Teil der reichen Lösung von kaltem Zustande aus in Gegenstrom-Wärmeaustausch mit dem Abdampf bringt (F i g. 12).