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Absorptionsmaschine Es ist bekannt, bei Absorptionskältemaschinen
dem Arbeitsmedium im Verdampfer und Absorber ein anderes Gas beizumischen. Dieses
erhöht den Druck, so daß er dem im Austreiber und Kondensator herrschenden Druck
gleich wird, ohne indessen die Verdampfung des Arbeitsmediums zu verhindern.
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Gemäß der Erfindung soll nun das Arbeitsmittel aus einer Absorptionslösung
heraus in das andere Gas hinein verdampfen. Das gibt dem Konstrukteur die Möglichkeit,
sich vom Dampfdruck des reinen Arbeitsmediums freizumachen und den in der ganzen
Maschine herrschenden Druck zu erniedrigen. Besonders wertvoll ist, daß man denDruck
ungefähr auf Atmosphärendruck bringen kann, obwohl die gebräuchlichen Arbeitsmedien,
wie Ammoniak, schweflige Säure, Kohlensäure und andere, gewöhnlich hohen inneren
überdruck erfordern. Mit Hilfe der Erfindung läßt sich dagegen eine Maschine ohne
inneren überdruck bauen; ihre Gefäße und Rohrleitungen brauchen also nicht einmal
gegen die Atmosphäre abgeschlossen zu sein. Dazu kommt noch der bekannte Vorteil,
daß man solche gasgefüllten Absorptionsmaschinen ohne mechanisch angetriebene Pumpe
betreiben kann. Das dem zu absorbierenden Gase beigemischte Gas kann Luft, aber
auch irgendein anderes Gas sein.
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Ein Ausführungsbeispiel einer Absorptionskältemaschine gemäß der Erfindung
ist in Fig. i schematisch .dargestellt. Die Kälte wird in einem Entgaser i erzeugt
und beispielsweise an eine zu kühlende Flüssigkeit abgegeben, die durch die Rohrschlange
:2 fließt. Im Entgaser befindet sich eine wäßrige Lösung von Ammoniak. Durch das
Rohr 3 wird ammoniakarme Luft in den Entgaser i eingeleitet. Diese kommt mit der
Ammoniaklösung in Berührung, nimmt dabei gasförmiges Ammoniak auf und verläßt den
Entgaser wieder durch das Rohr ¢. Die verarmte Ammoniaklösung fließt durch das Rohr
5 ab und kommt mit Ammoniakgas in Berührung, das durch das Rohr 6 hinzuströmt. DieFlüssigkeit
steigt von Gasblasen getragen durch das schräg liegende, schraubenförmig gewundene
Rohr i empor, ohne daß wesentliche Mengen des Ammoniakgases absorbiert werden, da
das Rohr 7 nicht gekühlt ist. Erst im Resorber 8, der mit der Kühlschlange 9 versehen
ist, wird das Ammoniakgas von der Lösung aufgenommen, und die so angereicherte Lösung
steigt durch das Rohr io wieder hinauf in den Entgaser i.
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Die mit Ammoniakgas angereicherte Luft gelangt aus dem Entgaser i
durch das Rohr 4 in den Absorber i i, dem durch das Rohr i2 arme Lösung zugeführt
wird. Diese nimmt aus dem Gasgemisch Ammoniak auf; die dabei entstehende Absorptionswärme
wird durch die Kühlschlange 13 abgeleitet. Die des Ammoniakgases größenteils beraubte
Luft kehrt
durch das Rohr 3 in den Entgaser i zurück. Die Absorptionslösung,
die -im Absorber i i mit Gas angereichert worden ist, wird durch das Rohr
14 dem unteren Ende eines schraubenförmig gewundenen, schräg liegenden Siederohres
15 zugeführt, das durch einen elektrischen Heizstab 16 geheizt wird. Infolge der
Erhöhung der Temperatur wird das Ammoniakgas aus der Lösung ausgetrieben. Die aufsteigenden
Gasblasen reißen die Flüssigkeit mit empor in einen Gasabscheideraum 17, in dem
Gas und Flüssigkeit sich trennen. Das Gas wird durch das Rohr 6 in das schraubenförin:ige
Rohr 7 geleitet, während die entgaste Lösung durch das Rohr 12 in den Absorber i
i hinaufsteigt. Vergasung und Absorption. gehen in den Gefäßen i und 8 bei geringeren
Temperaturen vor sich als in 15 und 1i. Demgemäß ist die Konzentration .der Ammoniaklösung
in jenen höher als in diesen.
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Der Flüssigkeitsspiegel im Absorber i i liegt um die Höhe H über dem
Flüssigkeitsspiegel im Gasabscheideraum 17. Infolgedessen herrscht hier ein höherer
Druck. Dieser Druck wird benutzt, um eine Düse 18 zu betreiben, deren Zuführungsrohr
i9 vom Gas führenden Rohre 6 abgezweigt ist. Die Düse mündet in einen Diffusor 2o,
der in das Gasrohr 4 eingeschaltet ist, und hält das in diesem Rohre strömende Gasgemisch
in Bewegung. Zum Betriebe .dieser Düse genügt schon ein Druckunterschied von weniger
als o,i Atm. Die Höhe H braucht also i m nicht zu überschreiten.
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Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Konzentrationen
so gewählt werden können, daß die Absorption im Resorber 8 und die Austreibung im
Austreiber 15 ungefähr bei Atmosphärendruck vor sich geht. Die Menge des im Entgaser
i und Absorber i 1 beigemischten Gases wird so bemessen, daß hier ungefähr derselbeDruck
herrscht, bis auf den geringen Druckunterschied, der bei der hier gewählten Art
des Gasumlaufes zum Betriebe der Düse 18 erforderlich ist, wie oben erläutert.
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An einer Stelle des Rohres 3 ist ein [)-Rohr 21 angeschlossen, und
dieses ist in seinem unteren Teil mit Flüssigkeit gefüllt, die einen Verschluß gegen
die Atmosphäre bildet, so daß aus der Maschine kein Ammoniak in die atmosphärische
Luft diffundieren kann. Dagegen bietet dieses offene [)-Rohr 21 die Gewähr dafür,
daß keine wesentlichen Druckunterschiede gegenüber der Atmosphäre auftreten können.
Damit bei unvermeidlichen Volumenänderungen innerhalb der Maschine möglichst geringe
Druckänderungen durch Verschiebung der Flüssigkeitssäulen im [)-Rohr 21 auftreten,
ist es mit zwei Flüssigkeitsbehältern 22 und 23 ausgestattet. Die ganze Maschine
wird zweckmäßig aus eisernen Gefäßen und Rohrleitungen zusammengeschweißt; -das
[)-Rohr 21 dagegen kann aus Glas sein oder wenigstens durchsichtige Teile besitzen,
um eine Beobachtung des Flüssigkeitsstandes und damit- des Druckes innerhalb der
Maschine zu ermöglichen.
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Den Bau eincr Maschine gemäß der in Fig. i gegebenen schematischen
Darstellung zeigt beispielsweise Fig. 2. Der Austreiber besteht aus zwei schraubenförmig
gewundenen, mit schräger Achse angeordneten Rohren 6o und 61, die durch die elektrischen
Heizstäbe 62 und 63 geheizt werden. Die schraubenförmigen Rohre münden in den Gasabschneider
64, an dem ein vertikales Rohr 65 angebaiit ist, das als Rektifikator dient und
in Fig. i o und i i mit seinen Einzelheiten in vergrößertem Maßstabe dargestellt
ist. Die gasarme Lösung fließt durch.das Rohr 66 in einen Temperaturwechsler, der
aus dem inneren Rohre 67 und dem äußeren Rohre 68 gebildet wird. Aus dem Temperaturwechsler
wird die Lösung durch das Rohr 69 in den oberen Teil des Absorbers 70 geleitet.
Dieser ist in Fig. 3 bis 6 mit sein-en Einzelheiten in vergrößertem Maßstabe .dargestellt.
Aus seinem unteren Teile fließt die mit Gas angereicherte Lösung durch das Rohr
71 und das äußere Rohr 68 des Temperaturwechslers in die Austreiberrohre 6o und
61 zurück. Das in diesen ausgetriebene Gas verläßt den Rektifikator 65 durch das
Rohr 72 und gelangt in das untere Ende des Heberohres 73, das gleichfalls schraubenförmig
gewunden und mit schräg liegender Achse angeordnet ist. Gleichzeitig fließt diesem
Rohre verarmte Absorptionslösung durch das Rohr 74 zu. Das Gas nimmt die Flüssigkeit
durch das Heberohr und das daran angeschlossene gerade Rohr 75 mit in den Resorber
76, der' in Fig. 13 und 14 .eingehend dargestellt ist. Nächdem die Lösung hier das
Gas absorbiert hat, gelangt sie durch das Rohr 77 in einen Temperaturwechsler, der
durch das äußere Rohr 78 und das innere Rohr 79 gebildet wird. Sie fließt durch
das äußere Rohr 78 und das Rohr 8o in den Entgaser 81. Dieser ist in Fig. 7, 8,
und 9 mit seinen Einzelheiten dargestellt. Nachdem die Lösung hier entgast ist,
gelangt sie durch das Rohr 82, das innere Rohr 79 des Temperaturwechslers und das
Rohr 74 wieder in das Heberohr 73. Der Resorber 76 ist mit einem vertikalen Rohre
83 versehen, dessen oberes Ende durch ein Verbindungsrohr 84 mit dem Rohre 85 verbunden
ist. In diesem Rohre 85 strömt das Gasgemisch aus dem Entgaser 81 in den Absorber
7o. In dem vertikalen Rohr 83 steht die Flüssigkeit in derselben Höhe, lyis zu der
sie im Rohre 8o innerhalb des Entgasers 81 ansteigt (s. Fig. 7). Gasblasen, die
in dem
Resorber 76 etwa nicht von der Flüssigkeit absorbiert worden
sind, steigen in dem vertikalen Rohre 83 empor und können durch das Verbindungsrohr
84. entweichen. Der .mit Ammoniakdampf angereicherte Luftstrom nimmt seinen Weg
aus dem Entgaser8i durch (las. Rohr 85, das Rohr 86 in den Absorber 70 und
durch das Rohr 87 zurück in den Entgaser 81. Im Rohre 86 ist die Düse angeordnet,
wie Fig. 12 in vergrößertem Maßstabe zeigt. Sie wird aus dem Rektifikator 65 durch
die Rohre 88 und i 14 gespeist. An das obere Ende des Entgasers 81 ist das [)-Rohr
89 angeschlossen, das den Flüssigkeitsverschluß gegen die Atmosphäre enthält. Wenn
der Rektifikator 65 den Wasserdampf nicht restlos zurückhält,. so wandert allmählich
ein Teil des Wassers aus den Austreiberrohren 6o und 61 in den Resorbcr 76 und von
da in den Entgaser 81. Sobald der Flüssigkeitsspiegel in diesem so weit steigt,
daß die Flüssigkeit in (las Gasumlaufrohr 87 gelangt, kann sie durch das Reinigungsrohr
go in das andere System zurückfließen. Vor dem Eintritt in das Rohr 9o ist sie mit
ammoniakarmer Luft auf längerem Wege im Rohre87 in Berührung, wobei das Ammoniak
vergast, so daß vorwiegend nur Wasser in das andere System zurückgelangt.
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Der Absorber 70 ist in Fig.3 im Querschnitt. und in Fig. 4.
im Grundriß mit abgenommenem Deckel dargestellt. Er besteht aus dem Gehäuse gi,
das durch den Boden 92 und den Deckel 93 nach außen abgeschlossen ist. Ein
vom Kühlwasser durchströmtes Rohr 96 ist innerhalb des Absorbers in zahlreichen
Ebenen schlangenförmig gewunden. Das Kühlwasser tritt oben ein und unten aus. Die
gasarme Absorptionslösung tritt durch das Rohr 69 ein, das innerhalb des Absorbers
kreisförmig gebogen und an der Unterseite mit einer Reihe von Löchern versehen ist,
die in Fig. 4. punktiert angedeutet sind. Aus ihnen tropft die Lösung auf das Kühlrohr
96. Damit die Lösung sich über eine möglichst große Fläche ausbreitet, ist über
die Windungen des Rohres 96 ein breiter Docht geflochten, der in Fig. 3 und
4. nicht dargestellt ist. Fig.5 zeigt die Schlangenwindungen des Rohres 96 in einer
Ebene in Aufsicht, Fig. 6 in Seitenansicht. Der um die Windungen geflochtene Docht
97 ist in diesen Figuren eingezeichnet. Das ammoniakreiche Gasgemisch tritt durch
das Rohr 86 ein und durchströmt den Absorber, wobei es innige Berührung mit dem
feuchtigkeitsgetränkten Docht 97 kommt. Das ammoniakarme Gasgemisch verläßt den
Absorber .durch das Rohr 87.
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Der Entgaser 81 ist in vergrößertem Maßstabe in Fig. 7 im Querschnitt
dargestellt. Fig. 8 und 9 zeigen Einzelteile in Ansicht. Er besteht aus einem zylindrischen
Gehäuse 98 mit den Stirnwänden 99 und ioo. Er ist in seinem Innern mit Einlagen
ioi und io2 ausgerüstet, die in Fig. 9 in Ansicht gezeichnet sind. Jede Einlage
besteht aus zwei kreisförmigen Scheiben aus Drahtgeflecht, zwischen. denen eine
Tuchscheibe liegt. Sie hat ein Loch 104. in der Mitte, das dem Rohre 8o Raum gibt,
und zwei Löcher 103, die auf einem Durchmesser der Kreisfläche liegen. Jede Einlage
ioi ist gegen die benachbarten io2 um go° verdreht. wie in Fig. 9 punktiert angedeutet
ist. Über den Einlagen liegt ein Blechteller i o5, der. in Fig. B in Ansicht gezeichnet
ist. Er ist mit zahlreichen Bohrungen io6 versehen, die gerade so groß sind, (laß
die im Teller io5 vorhandene Flüssigkeit tropfenweise austreten kann. Die Flüssigkeit
wird durch das zentrale Rohr 8o dem Teller zugeführt. Sie tropft von Einlage zu
Einlage durch den Entgaser hindurch und fließt durch das Rohr 82 ab. Der ammoniakarme
Gasstrom tritt durch das Rohr 87 ein und durch das Rohr 85 aus. Da er durch die
gegeneinander versetzten Löcher 103 seinen Weg nehmen muß, bestreicht er die flüssigkeitsgetränkten
Einlagen und nimmt- dabei aus der Flüssigkeit Ammoniak auf. Die hierzu erforderliche
Verdampfungswärme wird der zu kühlenden Umgebung des Entgasers 81 durch seine Wandung
98 entzogen. Durch das Rohr 89 steht das Innere des Entgasers mit der Atmosphäre
in Verbindung, nur durch einen Flüssigkeitsverschluß von ihr getrennt. Wesentlich
ist, daß der unten eintretende Gasstrom den Entgaser in umgekehrter Richtung durchströmt
wie die von oben herabtropfende Absorptionslösung. Denn die unten angelangte Lösung
ist ammoniakärmer und kann daher weiteres Ammoniakgas nur bei geringerem. Druck
abgeben. Der gerihgere Partialdruck ist aber durch das unten eintretende ammoniakarme
Gas gegeben.
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Der Rektifikator 65 ist in Fig. io im Querschnitt dargestellt. Er
besteht aus einem vertikalen Rohre, in dem kreisförmige Blechscheiben,107 angeordnet
sind. In Fig. ii ist eine solche Blechscheibe in Ansicht gezeichnet. Wie aus der
Zeichnung erkennbar, ist den Scheiben ein Kreisabschnitt weggeschnitten, so daß
Raum für das vorbeiströmende Gas bleibt. Je zwei aufeinanderfolgende Scheiben
107 sind gegeneinander um i8o° verdreht. Im oberen Teil des Rektifikators
65 ist eine Kühlschlange 1o8 angeordnet.
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Fig. 12 zeigt das Rohr 86 und einen Teil des Rohres 85 im Querschnitt.
In das Rohr 86 ist ein Diffusor iog eingesetzt, in den die Düse i io bläst. Die
Düse wird durch das Rohr i i i mit Ammoniakgas gespeist, das aus dem Rohr 88 zunächst
in einen Mantel i 12, gelangt,
der das Rohr 85 umgibt. Dieses
wird von dem aus dem Entgaser 81 kommenden kalten Gasgemisch durchströmt, kühlt
also. das durch das Rohr 88 kommende Ammoniakgas noch weitergehend ab, als dies
im Rektifikator 65 der Fall ist, und schlägt somit noch weitere Mengen an beigemischtem
Wasserdampf nieder. Das kondensierte Wasser kann durch das Rohr 88 zurückfließen.
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Der Resorber 76 ist in Fig. 13 im Längsschnitt und in Fig. 14 im -Querschnitt
A-B dargestellt. Er besteht aus einem zylindrischen Gehäuse, in das eine Kühlschlange
113
eingesetzt ist, und. aus dem aufgesetzten vertikalen Rohre 83. Das Kühlwasser
tritt bei 114 ein, durchströmt zunächst den geraden Teil 95 des Kühlrohres,
der innerhalb des vertikalen Rohres 83 liegt, dann die Kühlschlange 113 und tritt
bei i15 wieder aus. Die Kühlung des vertikalen Rohres 83 hat den Zweck, eine Entgasung
in der hier stehenden Flüssigkeitssäule zu vermeiden. Gas und Absorptionsflüssigkeit
strömen durch ein Rohr 75 in den Resorber 76 ein,- wo beide durch Bohrungen 116
austreten. . Die angereicherte Lösung verläßt den Resorber durch das Rohr 77. Gasmengen,
die etwa nicht absorbiert sind, können durch das Rohr 84 entweichen.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die in Fig.15 schematisch
dargestelle Absorptionsmaschine. Sie hat den Zweck, vorhandene Wärmemengen mittlerer
Temperatur auf eine höhere Temperatur zu bringen, bei der sie verwertbar sind. Diese
Wärmemengen seien beispielsweise in Abwässern mittlerer Temperatur vorhanden. Die
:Xbwässer'werden durch die Rohrschlange 31 und durch das Heizgefäß 32 hindurchgeleitet.
Ein Teil der von ihnen abgegebenen Wärme sinkt auf eine tiefere Temperatur. Dadurch
wird es möglich, den anderen Teil der Wärme auf .eine höhere Temperatur zu heben.
Die Wärme niedriger Temperatur wird von dem Kühlwasser in der Rohrschlange 35 aufgenommen.
Die nutzbare Wärme von .der gewünschten höheren Temperatur wird an eine Flüssigkeit
abgegeben, die zwecks. Erwär= mung durch die Rohrschlange 34 "geleitet wird. Diese
Rohrschlange liegt im Innern eines Resorbers 35, in den ein Gemisch von Ammoniakgas
und Wasser geleitet wird. Durch die Absorption des Ammoniakgases entsteht die an
die Rohrschlange 34 abzugebende Wärme höherer Temperatur. Die so mit Gas angereicherte
Absorptionslösung steigt durch das Rohr 36 in den Entgaser 37. Hier wird ihr Wärme
mittlerer Temperatur durch die Heizschlange-31 zugeführt. Außerdem kommt sie in
Berührung mit einem arnmoniakarmen Luftstrom, der durch das Rohr 38 in das Gefäß
37 eintritt. Der Partialdruck des Ammoniaks in diesem Gasgemisch ist so gering,
daß die Flüssigkeit entgast wird. Die iliit:Ammoniak nunmehr angereicherte Luft
verläßt das Gefäß 37 durch das Rohr 39. Die ammoniakärmere Lösung fließt durch das
Rohr 40 und kommt von neuem mit gasförmigem Ammoniak in Berührung, das durch das
Rohr 41 zuströmt. Gas und Flüssigkeit steigen durch .ein schraubenförmig gewundenes
Rohr 42 in den Resorber 35.
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Die im Entgaser 37 mit Ammoniak angereicherte Luft gelangt durch das
Rohr 39 in einen Absorber 43. Die durch die Rohrschlange 33 gekühlte Absorptionslösung
entzieht dem Gasgemisch wieder einen Teil des Ammoniaks, und das an Ammoniak verarmte
Gasgemisch strömt durch das Rohr 38 wieder ab. Die ammoniakreiche Lösung verläßt
den Absorber 43 -durch ein Rohr 44 und tritt in ein schraubenförmig gewundenes Siederohr
45 ein. Dieses liegt, wie erwähnt, in dem Heizmantel 32, und durch die zugeführte
Wärme mittlerer Temperatur wird das Gas ausgetrieben. Gas und Flüssigkeit steigen
zusammen in den Gasabscheideraum 46 empor, von wo die gasarme Lösung .durch das
Rohr 47 wieder in den Absorber 43 .gelangt, während das ausgetriebene Gas durch
das Rohr 41 der Absorptionslösung des Rohres 4o zugeführt wird. Vom Rohre 41 ist
die Gasleitung 48 abgezweigt, die zu der Düse 49 führt. Das hier austretende Gas
hält den Umlauf des Gasgemisches in den Rohren 38 und 39 aufrecht. Ähnlich wie bei
Fig. i steht die Vorrichtung durch ein [J Rohr 5o mit der Atmospäre in Verbindung,
nur durch einen Flüssigkeitsverschluß von ihr getrennt.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es das Gefäß 37, in welchem gemäß
der Erfindung das Arbeitsmedium aus der absorbierenden Lösung heraus in -das Gasgemisch
hinein verdampft.