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Verfahren zum Betriebe von intermittierend arbeitenden Absorptionskälteapparaten
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur beschleunigten
Herabsetzung des Druckes und der Verdampfertemperatur am Ende der Kochperiode von
intermittent arbeitenden Absorptionskälteapparaten, d. h. Apparaten, bei denen das
Kältemittel in einer Periode bei hohem Druck aus einem Absorptionsmittel ausgetrieben
wird und in einer anderen Periode das ausgetriebene Kältemittel bei niedrigem Druck
verdampft und vom Absorptionsmittel wieder aufgenommen wird.
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Bei derartigen Apparaten ist es bereits bekannt, bei niedrigem Druck,
d. h. in der Absorptionsperiode, das im Verdampfer entwickelte Gas mit Absorptionslösung
zu vermischen, die durch eine außerhalb des Kochers liegende Kühlvorrichtung gekühlt
ist.- Es ist ferner bereits bekannt, in derartigen Apparaten das Verdampfergas zu
benutzen, um die im Kocher enthaltene warme Lösung in den Gasraum des Kochers zu
pumpen und dadurch die warme Kocherlösung mit dem über dem Kocherspiegel stehenden
Kocherdampf im Gasraum des Kochers in Berührung zu bringen. Hierdurch wird bereits
eine gewisse Absorption der im Gasraum des Kochers stehenden Dämpfe und damit eine
etwas beschleunigte Herabsetzung des Kocherdruckes am Abschluß der Kochperiode erreicht.
-Die Erfindung beabsichtigt, die letztgenannte Vorrichtung zu verbessern, was sie
im wesentlichen dadurch erreicht, daß sie die am Abschluß der Kochperiode oberhalb
des Kocherspiegels stehenden Kocherdämpfe von hoheru Druck mit ständig nachströmender
Absorptionslösung vermischt, die durch eine außerhalb des Kochers liegende Kühlvorrichtung
gekühlt wird, zu dem Zweck, die Kocherdämpfe im Gasraum des Kochers beschleunigt
durch die ständig nachströmende kalte Lösung zu absorbieren, so daß eine sehr schnelle
Herabsetzung des Druckes im Apparat und damit eine schnelle Temperaturerniedrigung
entsteht. Besonders vorteilhaft ist es dabei, die in die Kocherdämpfe gepumpte kalte
Lösung derart auf einen von den Kocherdämpfen berührten Flüssigkeitsspiegel fallen
zu lassen, daß die herabfallende Flüssigkeit den sich auf dem Flüssigkeitsspiegel
bildenden Film zerstört, so daß die Spiegelflüssigkeit sich wieder an der Absorption
beteiligen kann. 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 Abbildung bezeichnet =3 den Kocher und zr den Absorber eines
intermittent arbeitenden Kälteapparates. Der Kocher 13 ist in Form eines
verhältnismäßig engen Rohres ausgeführt.
Die in ihm entgaste Absorptionslösung,
die beispielsweise aus Wasser und Ammoniak besteht, tritt durch Leitung 2o in den
Temperaturwechsler 12 ein und danach durch das Ende der Leitung- 2o in den unteren
Teil des Absorbers. Kocher und Temperaturwechsler können mittels .einer geeigneten
Isolation, zweckmäßig einer Isolation von geringer Wärmekapazität, z. B. also mittels
Folien o. dgl., isoliert sein. Im Absorber angereicherte Lösung kann vom oberen
Teil des Absorbers zz durch eine Leitung zg und den Temperaturwechsler 12 zu der
Pumpspirale z311 laufen, von der aus die Lösung in einem Steigrohr in den oberen
Teil des Kochers 13 geführt wird. Wegen der Ausbildung des Kochers 13 als . enges
Gefäß ist es vorteilhaft, die Entgasung der im Kocher enthaltenen Lösung durch eine
besondere Heizspirale =3b vorzunehmen, die ebenso wie die Pumpspirale 1311 um einen
Schornstein 31 gewickelt ist, der in beliebiger, an sich bekannter. Weise,
z. B. durch Elektrizität, Gas oder flüssige Brennstoffe, beheizt wird. Die in der
Pumpspirale z311 und der Kochspirale 13b ausgetriebenen Dämpfe steigen aufwärts
in der an den Kocher 13 anschließenden Leitung 16 nach einem Gefäß 38, das zweckmäßig
innen mit Stoßplatten und gegebenenfalls außen mit Kühlflanschen versehen ist. Vom
Behälter 38 aus tritt das Gas sowie etwaige Kondensationsprodukte durch eine Leitung
39, die teilweise das Rohr =6 umgibt, in einen Behälter 41 ein, in dem sich
Kondensationsprodukte der Leitung 39 sammeln. Da die Leitung 39 am Boden
des Gefäßes 41 mündet; wird das vom Kocher kommende Gas gezwungen, durch die Flüssigkeitssäule
im Gefäß 41 hindurchzutreten. Vom Gasraum des Gefäßes 41 aus steigt das Kochergas
durch eine Leitung 18 zu einem Abscheider 6o, der im Innern mit Stoßplatten und
außen mit einem Kühlbehälter versehen ist. Nach Austritt aus dem Abscheider 6o treten
die Dämpfe in den Kondensator 14, der zweckmäßig im Innern mit durchlochten Stoßblechen
57 versehen und außen beispielsweise von einer Kühlwasserspirale 56 umgeben ist.
Das im Kondensator gebildete Kondensat läuft in bekannter Weise in den Kühlmantel
des Abscheiders 6o, in welchem mitgerissene Absorptionsdämpfe abgeschieden werden,
die durch Leitung 18 in das Gefäß 41 zurücklaufen. Das gereinigte Kondensat fließt
in den Verdampfer oder Kondensatsammelbehälter =511, von dem aus es durch Fallrohre
in den Hauptverdampfer 44 abläuft. Der Hauptverdampfer 44 ist im Ausführungsbeispiel
mit einer Höhlung 58 versehen, in die Eiskästchen, Flaschen .o. dgl. eingelegt werden
können. Zur Entwässerung des Verdampfers 44 dient eine Leitung 59, die in
einem Ausgleichsgefäß 21 mündet. In dieser Leitung 59 wird zweckmäßig ein
Ventil 61 angeordnet, um die Entwässerung des Verdampfers nach Belieben vornehmen
zu können. Das Ausgleichsgefäß 21 kann isoliert sein öder mit dem Kocher
13 bzw. dem Schornstein 3= in wärmeleitender Verbindung stehen. Sein Inhalt
entspricht ungefähr dem Inhalte des Sammelbehälters r511 und des Verdampfers 44.
Es ist einerseits durch eine Leitung 49 mit dem Absorber, anderseits durch eine
Leitung 51
mit dem Behälter 38 verbunden. Unter Umständen kann eine besondere
Verbindungsleitung 49 fortfallen und das Ausgleichsgefäß domartig auf dem Absorber
angeordnetksein. Vom Gasraum des Behälters 2z e führtferner eine Leitung zxd, die
zweckmäßig mit einem U-Verschluß versehen sein kann, nach dem unteren Teil des Absorbers
zz. In dieser Leitung rzd mündet eine Leitung 42, die vom Gasraum des. Behälters
41 abzweigt.
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Der Absorber ist im Ausführungsbeispiel durch eine Kupferschlinge
55 gekühlt; doch kann diese Kühlschlinge sowie die Kühlschlinge des Kondensators
auch durch Luftflanschen ersetzt- werden. Da die reiche Lösung bei den vorgeschlagenen
Betriebsmitteln leichter als die arme Lösung ist, ist die Leitung =g nach dem oberen
Teil des Absorbers geführt, weil durch sie reiche Lösung zum Kocher treten soll,
während die Leitung 2o für die schwere arme Lösung im unteren Teil des Absorbers
mündet.
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Die Ausführung des Kochers 13 als enges Rohr, dem Wärme nur in der
Heizspirale F3b zugeführt wird, ergibt die Vorteile, daß nur immer sehr geringe
Lösungsmengen gleichzeitig auf hohe Temperatur gebracht werden und daß dabei das
Kocherniveau auch bei veränderlicher Beheizung durch Gasblasenaustreibung keine
vom Normalen abweichende Höhenlage einnimmt.
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Es sei angenommen, daß der Apparat bis zur Niveaulinie I mit einer
35prozentigen Ammoniak-Wasserlösung gefüllt war. Die höchste Niveaulinie I muß unterhalb
der Mündung der Leitung 39 in dem Gefäß 41 liegen. Beim An stellen der Beheizung
wird durch die Pumpe z311 sofort die Umwälzung der Lösung zwischen Kocher und Absorber
vorgenommen. Die im Kocher ausgetriebenen Gase treten vom Gefäß 38 aus nicht nur,
wie bereits erwähnt, durch Leitung 39 und Gefäß 41 zum Kondensator, sondern
ein Teil der im Kocher ausgetriebenen Dämpfe tritt auch durch Leitung 51 zum Ausgleichsgefäß
21, in dem eine geringe Menge des Kochergases absorbiert wird. Da aber reiche Lösung
leichter ist als arme Lösung, tritt sehr schnell eine Filmbildung auf der Spiegelfläche
im Gefäß 21 ein, die eine weitere Absorption von Kochergas im Gefäß 21 unmöglich
macht. Die eigentliche Spiegelfläche im Gefäß 21 wird in der Praxis aus reicher
Ammoniaklösung bestehen. Da der Kondensator
kälter ist als das
Gefäß 21, kann jedoch im Gefäß 2i praktisch keine Kondensation von Kochergasen stattfinden.
Insbesondere bei Apparaten mit 'Wasserkühlung wird daher niemals Kondensation im
Gefäß 21 eintreten können. Wegen der Verbindungsleitung 51 ist der Gasdruck im Gefäß
21 und im Kocher stets der gleiche. Da die Kochergase durch das Flüssigkeitsschloß
in Behälter 41 treten, werden sie um die Druckhöhe der Flüssigkeitssäule H entlastet.
Infolgedessen muß im Kocher und im Ausgleichsgefäß 21 während der Kochperioden ein
Überdruck H gegenüber dem Kondensator herrschen. In der Leitung 42, die mit dem
Absorber und infolgedessen über Leitung 49 mit dem Ausgleichsgefäß 21 kommuniziert,
, muß daher eine Drucksäule Hl stehen von gleicher Größe wie die Säule H, wie in
der Abbildung gezeigt. Deswegen muß, wie erwähnt, das Flüssigkeitsniveau I unterhalb
der Mündung der Leitung 39 stehen, da sonst die Säule H größer werden könnte als
die Gegendrucksäule Hl.- Wenn die Säule Hl nämlich so hoch steigt, daß Flüssigkeit
aus der Leitung 42 in das Gefäß 41 laufen kann, würde dabei auch die Höhe der Flüssigkeitssäule
H steigen, so daß allmählich die Flüssigkeit in Leitung 18 aufwärts gedrückt und
in den Verdampfer gelangen würde. Erst wenn dann durch Überlauf von Flüssigkeit
in den Verdampfer der Spiegel im Gefäß 21 so tief gefallen wäre wie die Mündung
der Leitung 39, würden sich die richtigen Säulen H und Hl wieder bilden. Sollte
durch Kondensation in der Leitung 39 und durch den Rücklauf des im Absorber 6o abgeschiedenen
Absorptionsmittels der Flüssigkeitsvorrat im Gefäß 41: vergrößert werden, so läuft
die überschüssige Flüssigkeit durch Leitungen 42 und iid in den Absorber zurück.
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Der Druck im Apparat während der Kochperiode hängt von der Kondensatortemperatur
ab. Ist die Kondensatortemperatur beispielsweise 24'C, steigt der Druck im Apparat
auf 10,5 kg.
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Um die sich im Verdampfer 44 und im Sammelbehälter 15" sammelnde Kondensatmenge
sinkt während der Kochperiode der Flüssigkeitsspiegel im Ausgleichsgefäß 21 und
im Kocher 13. Die Länge der Kochperiode kann beliebig gewählt werden. Obwohl beim
Abstellen der Beheizung evtl. infolge der schnell eintretenden Drucksenkung noch
ein kurzes Nachkochen eintreten kann, wird die Absorption sehr rasch beginnen.
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Sobald die Abkühlung des Kochers beginnt, tritt eine Absorption der
im Kocher ausgetriebenen Dämpfe auf der Spiegelfläche des Kochers sowie in den Leitungen
13 und 16 und gegebenenfalls auf den Stoßblechen des Gefäßes 38 ein. Hierdurch wird
ein geringer Druckabfall bewirkt. Der Verdampferdruck sowie der Druck im Kondensator
und Leitung 18 wird also etwas größer als der Druck im Kocher und im Ausgleichsgefäß
21. Infolgedessen wird die Flüssigkeit aus dem Gefäß 41 in der Leitung 39 hochgedrückt,
während die Flüssigkeit in der Leitung 42 entsprechend unter das Flüssigkeitsniveau.II
im Gefäß 2i sinkt. Der dargestellte Unterschied zwischen den Spiegelhöhen I und
II ist bedingt durch die Füllung des Verdampfers 44 und Kondensatsammelbehälters
i5a. Ist die Flüssigkeit in der Leitung 42 durch den relativen Überdruck des Verdampfers
bis auf die Höhe gefallen, die in der Abbildung mit X bezeichnet ist, so hat sich
eine entsprechende Säule in der Leitung 39 gebildet. Der obere Teil der Leitung
39 ist ringförmig gestaltet. Hierdurch erreicht man, daß nicht Flüssigkeit durch
die Saugwirkung des Kochers in die Leitung 39 derart hochgesaugt werden kann, daß
die Flüssigkeitssäule in der Leitung 39 aufreißt. Sollte trotzdem Flüssigkeit in
dem ringförmigen Raum hochgesaugt werden, so wird sie durch den Raum 38 und dessen
Stoßplatten verhindert, in den Kocher überzutreten. Viehmehr muß sich die Säule
in der Leitung 39 auch nach Ausstoß stets wieder bilden.
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Ist der Flüssigkeitsspiegel in der Leitung 42 um die Differenz X gefallen,
so daß Gas vom Gefäß 41 in die Leitung Iid übertreten kann, so bewirkt dieses Gas
ein Fördern der Lösung aus der Leitung 11d in das Gefäß 21, und damit setzt die
eigentliche Absorption und Kühlwirkung ein. Das durch Leitung 42 in die Leitung
iid übertretende Gas wird teilweise bereits in dieser Leitung absorbiert, da diese
Leitung iid kalte Lösung aus dem Absorber saugt und hochfördert. Durch das Eintreten
dieser nicht voll gesättigten kalten armen Lösung in die Ammoniakatmosphäre des
Gefäßes 21 wird Ammoniak gierig absorbiert, was eine weitere erhebliche Drucksenkung
im Gefäß 21 und in dem mit ihm verbundenen Kocher zur Folge hat. Außerdem wird durch
das Niederfallen der geförderten Lösung im Gefäß 21 auf dessen Spiegelfläche bewirkt,
daß dadurch der auf der Spiegelfläche des Gefäßes 21 liegende, die Absorption verhindernde
Film zerstört wird, wodurch eine weitere wesentliche Verbesserung der Absorption
und der damit Hand in Hand gehenden Drucksenkung im Gefäß 21 hervorgerufen wird.
Die Zerstörung des Oberflächenfilms im Gefäß 21 und die Absorption von Ammoniakdämpfen
durch die vom Absorber kommende Lösung ist nicht etwa nur für die noch durch Leitung
iid eintretenden Dämpfe wichtig, sondern vor allem dafür von Wichtigkeit, daß dadurch
das im Drucksystem des Kochers stehende Gas absorbiert wird, um dadurch eine kräftige
Drucksenkung im Apparat
und eine verstärkte - Verdampfung im Verdampfer
zu erzeugen. Diese erhebliche Drucksenkung im Gefäß 2i bewirkt ferner, daß das vom
Verdampfer durch die Leitung 18 strömende Gas sehr kräftig in die Leitung iia gesaugt
wird, in der somit eine starke Thermosyphon- bzw. Gasblasenförderwirkung zustande
kommt. Mit dieser Anordnung ist es möglich, den Druck im Apparat in sehr kurzer
Zeit ganz erheblich zu senken und infolgedessen bereits sehr kurze Zeit nach Abstellung
der Beheizung eine sehr starke Kühlwirkung des Verdampfers zu erhalten. Bei ausgeführten
Anlagen wurde in dieser Weise der Druck in weniger als eine Viertelstunde von 8
auf i kg herabgemindert und bald danach Verdampfertemperaturen von - 38'
erreicht. Während der ganzen Verdampfungsperiode bleibt der niedrige Druok und infolgedessen
die niedrige Verdampfertemperatur bestehen. Naturgemäß ist aber der Druck im Apparat
und die Verdampfertemperatur durch die Konzentration der Absorptionslösung und ihre
Temperatur bedingt.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt,
vielmehr können alle Apparatteile beliebig andere bekannte Ausführungen erhalten.
Auch können die Apparatteile in anderen gegenseitigen Höhenlagen angeordnet werden
und gegebenenfalls zwischen den anders angeordneten Gefäßen U-Schlösser vorgesehen
werden, um die für den Betrieb erforderliche Flüssigkeitssäulen zu erhalten.