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Verfahren, bei einem Kälteerzeugungsprozess den Kreislauf von Gasen und Dämpfen in einem geschlossenen System hervorzurufen und aufrechtzuerhalten.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, bei einem Kälteerzeugungsprozess die Umwälzung von Gasen, Dämpfen oder deren Mischung in geschlossenen Kreisläufen hervorzurufen und aufrechtzuerhalten. Sie besteht im wesentlichen darin, dass auf beiden Seiten einer in einen Kreislauf der umzuwälzenden Gase eingeschalteten porösen Wand ein für die Umwälzung dieser Gase ausreichender Partialdruckunterschied dadurch geschaffen und aufrecht erhalten wird, dass auf der einen Seite der porösen Wand ein im folgenden als Hilfsgas bezeichnetes Gas, das im Apparat einen vom Kreislauf der genannten umzuwälzenden Gase verschiedenen Kreislauf durchläuft, zugeführt und wieder fortgeleitet wird.
Dies Hilfsgas kann von den umzuwälzenden Gasen, mit denen es sich gemischt hat, in beliebiger Weise wieder getrennt werden, z. B. durch Absorption, Kondensation, Destillation, Atmolyse oder ähnliche Verfahren. Es können auch zwei oder mehrere dieser Verfahren gemeinsam zum Zwecke der Trennung der ineinander diffundierten Gase verwendet werden.
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Apparat ausgenutzt werden, beispielsweise um dieses von einem niedrigeren auf ein höheres Niveau zu fördern oder einen Umlauf dieses Mittels durch einen geschlossenen Kreislauf zu erzielen.
Die Erfindung soll näher unter Hinweis auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben werden.
In Fig. 1 ist schematisch ein mit einem druekausgleichenden Gas arbeitender Kälteapparat dargestellt, bei dem das druckausgleichende Gas auch das gemäss der Erfindung umzuwälzende Gas darstellt. In
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umzuwälzenden Gases gleichzeitig zum Transport eines anderen Mittels, u. zw. der Absorptionsflüssigkeit benutzt wird. Der Einfachheit halber wird in der folgenden Beschreibung für die gezeigten Beispiele
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die Absorptionslösung Wasser und das gemäss der Erfindung umzuwälzende Gas der druckausgleichende Wasserstoff im Apparat sei. Das Hilfsgas, in diesem Falle Ammoniak, hat also ein höheres Molekulargewicht als das umzuwälzende Gas, der Wasserstoff.
In dem zylinderförmig ausgeführten Verdampfer Gist eine zylindrische, poröse Wand V, die etwas vom oberen Ende des Verdampfers entfernt endet, konzentrisch angebracht. Der ringförmige Raum zwischen der Wand V und der Wand des Verdampfers wird oben durch einen Boden 36 abgeschlossen, so dass der Verdampfer G durch die poröse Wand V und den Abschlussboden 36 in einen inneren Raum und einen äusseren Raum R2geteilt ist. An dem Boden 36 ist noch ein Ring 35 aus nicht porösem Material
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bildet.
Der Absorber A wird durch einen ebenfalls mit Flüssigkeitsversehluss 40 ausgerüsteten Zwischen- boden, 39 in zwei Räume geteilt. Der untere Teil des oberen Raumes steht durch das Rohr 43 in Verbindung mit dem unteren Teil des Raumes Ri innerhalb der porösen Wand V im Verdampfer G. Der obere Teil des oberen Absorberraumes ist durch das Rohr 44 mit dem Verdampfer G oberhalb des Bodens 36 verbunden. In dieses Rohr 44 mündet ein Rohr 45 ein, das den oberen Teil des Verdampfers G mit dem oberen Teil des unteren Raumes des Absorbers A verbindet, während der untere Teil dieses Raumes durch das Rohr 46 in Verbindungmit dem unteren Teil des Raumes Ausserhalb der porösen Wand Vim Verdampfer 6*
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-steht.
Absorber A und Verdampfer G sind in bekannter Weise mit Verteilungsscheiben zur Erleichterung der Absorption, bzw. Verdampfung des Ammoniaks versehen. Der untere Teil des Absorbers A steht ferner in Verbindung mit dem Kocher 0 durch das Rohr 47, das durch den Kocher über dessen Flüssigkeitsspiegel hinausragt und erhitzt werden kann, z. B. durch eine elektrische Heizpatrone 48. Kocher 0 und Absorber A stehen weiter durch ein Rohr 49 miteinander in Verbindung, das zweckmässig in Wärmeaustausch mit dem Rohr 47 steht. Eine weitere Verbindung, u. zw. durch das Rohr 31, besteht zwischen Kocher 0 und Kondensator K, der durch ein Rohr 33 mit dem oberen Raum des Verdampfers G verbunden ist.
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strömt durch Rohr 31 in den Kondensator K, wo es kondensiert.
Das flüssige Ammoniak fliesst durch Rohr 33 in den oberen Teil des Verdampfers G, rinnt über die Verteilungsscheiben und sammelt sich in dem von dem Teil 35, dem Boden 36 und der Wand des Verdampfers G gebildeten ringförmigen Behälter sowie im Flüssigkeitsabschluss 37. In dem ringförmigen Raum R2 unter dem Boden 36 verdampft das Ammoniak infolge des dort herrschenden niedrigen Partialdruckes. Auf der anderen Seite der porösen Wand V vorhandener Wasserstoff diffundiert durch die Wand V und die Mischung von Ammoniakgas und Wasserstoff geht durch Rohr 46 nach dem unteren Teil des Absorbers A. Hier stösst der Gasstrom auf verhältnismässig ammoniakarme Lösung, von der das Ammoniakgas absorbiert wird.
Der nicht absorbierte Wasserstoff strömt durch Rohr 45 in den oberen Teil des Verdampfers G zurück, von wo aus er durch die Wand V diffundiert und den Kreislauf von neuem beginnt.
Diejenigen Mengen Wasserstoff, die nicht durch die Wand V diffundieren, strömen zusammen mit geringen Mengen Ammoniak, die durch die Wand V vom äusseren Raum R2 in den inneren Raum hineindiffundiert sind, durch Rohr 43 in den unteren Teil des oberen Raumes des Absorbers. Die durch die poröse Wand diffundierenden Mengen Ammoniak sind wesentlich geringer als die in entgegengesetzter Richtung diffundierenden Mengen Wasserstoff, da ja die Diffusionsgeschwindigkeiten umgekehrt proportional der Quadratwurzel der Molekulargewichte der beiden Gase sind. Das durch Rohr 43 strömende Gasgemisch trifft im Absorber die vom Kocher durch Rohr 49 kommende arme Absorptionslösung, die das Ammoniak aus der Mischung absorbiert. Der nicht absorbierte Wasserstoff tritt durch Rohr 44 in den oberen Teil des Verdampfers G zurück.
Infolge des Unterschiedes im spezifischen Gewicht zwischen der Mischung von Ammoniakgas und Wasserstoff im Verdampfer G und dem Wasserstoff im Absorber A und dem Rohr 44 wird der Gasumlauf in diesem Hilfskreislauf aufrecht erhalten. Die Bewegung des umzuwälzenden Wasserstoffes im Hauptkreislauf, der aus dem unteren Raum des Absorbers A, dem Rohr 45, dem oberen Teil des Verdampfers G, dem Raum R2 ausserhalb der porösen Wand V und dem Rohr 46 besteht, wird gemäss der Erfindung dadurch hervorgerufen, dass der im Raum unter höherem Partialdruck stehende Wasserstoff nach dem Raum R2 von niederem Wasserstoffpartialdruck diffundiert und dieser niedere Partialdruck des Wasserstoffes in diesem Raum dadurch aufrecht erhalten wird,
dass im Raum R ständig durch Verdampfung des Kondensats neuen Ammiakdämpfe auf der Aussenseite der porösen Wand V zugeführt werden, und, da sich wegen des durch die Wand V diffundierenden Wasserstoffes im Raum R2 und im unteren Teil des Absorbers ein höherer Druck als im oberen Teil des Verdampfers bildet, zum Absorber gebracht und dort wieder durch Absorption fortgeschafft werden.
Der durch die Rohre 44 und 45 in den oberen Teil des Verdampfers G eintretende Wasserstoff wird dadurch von etwa mitgerissenem Wasserdampf befreit, dass er mit dem durch Rohr 33 in den Verdampfer eintretenden flüssigen Ammoniak in innige Berührung kommt. Dies ist von grosser Bedeutung, weil die poröse Wand nicht feucht werden darf, weil sonst ihre Wirkung verschlechtert werden oder sogar aufhören würde.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist die poröse Wand im Verdampfer angebracht. Sie kann jedoch auch an beliebiger anderer Stelle des Kreislaufes, z. B. im Absorber, angeordnet werden.
Wie oben angegeben, kann die gemäss der Erfindung hervorgerufene Bewegung des umzuwälzenden Gases für den Transport eines anderen Mittels eines mit Ammoniak, Wasser und Wasserstoff arbeitenden Absorptionskälteapparates, z. B. zur Erzielung des Umlaufes der Absorptionsflüssigkeit im Apparat, ausgenutzt werden. Dies ist in der Fig. 2 gezeigt.
Die poröse Wand V ist im oberen Teil des Verdampfers G angebracht. Sie ist unten von einem Behälter 62 aus nicht porösem Material abgeschlossen und oben mit einer Haube 60 bedeckt, die zusammen mit dem Behälter 62 und der porösen Wand V den Verdampfer in zwei Räume teilt, einen äusseren und einen inneren, die den früher genannten Räumen RI und R2 entsprechen. Die vom Kondensator K kommende Rohrleitung 33 geht durch die Haube 60 hindurch und endigt in einem U-förmigen Teil, der einen Flüssigkeitsverschluss bildet. Vom Behälter 62 geht eine U-förmige Rohrleitung 63,64 hinunter in den unteren Raum Rl des Verdampfers G. Der Behälter 62 steht durch eine Rohrleitung 65 in Verbindung mit einer im unteren Teil des Absorbers A angebrachten, unten offenen Glocke 66.
In deren Inneres mündet ein von einem im oberen Teil des Absorbers A angebrachten Gefäss 67 kommendes Rohr 68, das im Gefäss 67 über dem Spiegel der darin befindlichen Flüssigkeit ausmündet. Vom Gefäss 67 geht die zum Kocher 0 leitende Rohrleitung 47 für reiche Ammoniaklösung aus. Vom Boden des Verdampfers G
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führt das Rohr 46 in den unteren Teil des Absorbers A und endigt hier über dem Spiegel der darin befindlichen Flüssigkeit.
Der Apparat arbeitet in der folgenden Weise : Das im Kondensator K kondensierte Ammoniak strömt in flüssiger Form durch das U-Rohr 3. 3 in den oberen Teil des Raumes R2, wo es durch eine trichterförmige Platte 61 in den Raum R2fliesst, ohne die poröse Wand V zu berühren. Hier wird das Ammoniak teilweise verdampft, weil von dem vom Absorber A durch die Rohrleitung 44 kommenden Wasserstoffgas ein Teil durch die Wand V in den Raum R hineindiffundiert. Dadurch wird im Raum Tein Überdruck
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entsteht, der der Ammoniaksäule im Rohr 33 entspricht.
Die Flüssigkeitsoberfläche in der Glocke steht ungefähr in Höhe der Unterkante des Rohres 68 und die Ammoniaklösung wird im Rohr 68 auf dasselbe
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Raum R2 und der Glocke 66 geschieht ein Transport von Flüssigkeitspfropfen durch das Steigrohr 68 hinauf in das Gefäss 67, von wo die ammoniakreiche Lösung durch die Rohrleitung 47 in den Kocher 0 strömt. Diese Bewegung von ammonaikreicher Lösung von der Glocke 66 hinauf in das Gefäss 67 geschieht in Form von Flüssigkeitspfropfen aus Ammoniaklösung, die mit Gasblasen abwechseln, da die untere Öffnung des Rohres 68 abwechselnd freigelegt und von der im unteren Teil der Glocke befindlichen Flüssigkeit wieder verschlossen wird.
Der die Ammoniaksäule im Rohr 38 aufwiegende Niveauunterschied im Absorber entspricht der Summe der Flüssigkeitspfropfen im Rohr 68.
Von der trichterförmigen Platte 61 fliesst flüssiges Ammoniak in den Behälter 62 und das U-Rohr 63 hinunter, wo es sich so einstellt, dass der Höhenunterschied zwischen der Flüssigkeitsoberfläche im Schenkel 63 und der oberen Mündung des Schenkels 64 ebenso gross wie die Ammoniaksäule im Rohr 33 wird. Das Ammoniakfliesst durch den Schenkel 64 ab, verteilt sich über die im Verdampfer a angebrachten Verteilungsscheiben und wird verdampft.
Die Mischung dieser Ammoniakdämpfe mit durch die poröse Wand nicht diffundiertem Wasserstoff geht durch die Rohrleitung 46 in den Absorber A, wo dieser Gasstrom vom Rohr 49 herunterfliessende arme Ammoniaklösung trifft, die das Ammoniak absorbiert, wogegen der vom Ammoniak befreite Wasserstoff durch die Rohrleitung 44 zurück in den Verdampfer strömt, so dass sich der Kreislauf wiederholt.
Bei dieser Ausführungsform wird also der im inneren Raum R2 herrschende höhere Druck dazu ausgenutzt, die Bewegung der Ammoniakflüssigkeit durch den Absorber und Kocher aufrecht zu erhalten. Die Druekglocke 66, die hier im Absorber liegt, könnte auch an einen anderen beliebigen Punkt des Flüssig- keitszirkulationssystems verlegt werden, z. B. in den Kocher 0 oder in den von den Rohrleitungen 47 und 49 gebildeten Wärmeaustauscher. Weiter kann auch die poröse Wand V an einem anderen Ort im Zirkulationssystem angebracht werden, wo ein Partialdruckuntersehied herrscht.