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Verfahren zur Erzeugung von Kälte mit Hilfe eines kontinuierlich arbeitenden Absorptionsprozesses.
Für die Erzeugung von Kälte bei grossem Unterschied zwischen der Temperatur der Kälte und der des Kühlwassers hat man bisher nur das Kompressionsverfahren angewendet. Man hat nämlich für das ausserdem in Frage kommende Absorptionsverfahren bisher meist wasserhaltige Absorptionsflüssigkeiten in Betracht gezogen. Diese sind aber bei grossen Temperaturunterschieden zwischen der Kälte und dem Kühlwasser und somit zwischen dem Verdampfer und dem Absorber der Kälteanlage nicht brauchbar. In solchen Fällen wird auch der Temperaturunterschied zwischen Absorber und Austreiber gross und die Austreibungstemperatur so hoch, dass neben dem Kältemitteldampf, meist Ammoniak, noch Wasserdampf in erheblicher Menge ausgetrieben wird. Hoher Wärmeverbrauch und Absinken der Kälteleistung sind die Folge.
Man hat nun bereits für Kleinkältemaschinen wasserfreie Absorptionsmittel vorgeschlagen, die lediglich aus einem Salz und dem Kältemittel bestehen. Hiebei handelt es sich meist um trockene Ammoniakate, aber auch um flüssige Verbindungen.
Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, dass derartige wasserfreie Flüssigkeiten, die aus einem oder mehreren Salzen und dem Kältemittel zusammengesetzt sind, sieh dann besonders gut als Absorptionsmittel eignen und besondere Vorteile bieten, wenn der Salzgehalt der Flüssigkeit so hoch gewählt wird, dass der Dampfdruck des Kältemittels über der Absorptionsflüssigkeit niedriger ist als der Dampfdruck des flüssigen Kältemittels bei einer um mindestens 50 tieferen Temperatur als die Temperatur der Absorptionsflüssigkeit im Absorber.
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Mit Hilfe dieser Absorptionsflüssigkeiten gelingt es, Absorptionskältemaschinen für tiefe Temperaturen-auch für industrielle Zwecke-zu bauen und die Vorteile der Absorptionsmasehinen gegenüber den Kompressionsmaschinen-nämlich geringe Betriebskosten, geringer Schmiermittelbedarf und geringer Verschleiss-auch für dieses Gebiet nutzbar zu machen.
Als Absorptionsmittel für derartige Kältemaschinen eignen sich besonders die wasserfreien, überchlorsauren Salze der Alkalimetalle, wie Natrium und Lithium und auch andere Lithiumsalze, wie z. B. Lithiumnitrat. Diese Salze bilden mit Ammoniak oder Aminen Flüssigkeiten, die auch bei hohen Temperaturen von 200 und darüber nur reines Gas abgeben, da die Salze selbst unflüchtig sind und sich nicht zersetzen. Mit Ammoniak bilden sie bei 1 at abs zum Teil erst bei über 100 feste Verbindungen.
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strömt zum Absorber 8 und wird hier von flüssigem Lithiumnitratammoniakat absorbiert. Die Affinität dieser Flüssigkeit zum Ammoniakdampf ist so gross, dass der Dampf bei einer Temperatur von +300 aufgenommen wird. Die entstehende Wärme wird durch die Schlange 9 auf Kühlwasser übertragen.
Die ammoniakreiche Flüssigkeit wird mittels der Pumpe 10 durch den Wärmeaustauscher 11 in den Austreiber gepumpt. Hier wird der aufgenommene Ammoniakdampf ausgetrieben und die ammoniak- arme Flüssigkeit fliesst über Leitung 14, den Wärmeaustauscher 11 und Drosselventil 12 dem Absorber 8 wieder zu. Damit die ammoniakreiche Flüssigkeit im Wärmeaustauscher 11 nicht zum Sieden kommt, kann noch das Drosselventil 13 zwischen Wärmeaustauscher 11 und Austreiber 1 eingeschaltet werden.
Mit Hilfe der Pumpe 10 kann der Druck der Flüssigkeit im Wärmeaustauscher 11 dann so hoch gesteigert werden, dass ein Sieden im Wärmeaustauscher vermieden wird.
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natürlich alle die Hilfsmittel anwenden, wie z.
B. Vorkühlung des flüssigen Ammoniaks u. dgl. mehr, wie sie für die mit Ammoniak und Wasser arbeitenden Maschinen bekannt sind. Ebenso kann man auch hier die bekannten Konstruktionen für den Austreiber und Absorber anwenden. Rektifiziereinrichtungen, wie sie für den Verdampfer sonst notwendig sind, fallen allerdings gänzlich fort, was natürlich ein grosser Vorteil ist.
Wie man sieht, ist es ohne weiteres möglich, mit Hilfe von Lithiumnitratammoniakat Kälte von -500" bei Kühlwassertemperaturen von +20 zu erzeugen. Ebenso gelingt es auch, unter Anwendung der entsprechenden Drücke und Temperaturen Kälte von-20 bei einer Kühlwassertemperatur bis zu 40 zu erzeugen, wie dies in den Tropen erforderlich ist. Dies alles bedeutet also eine wesentliche Verbesserung für das Absorptionsverfahren, der Betrieb wird wirtschaftlicher, und in
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die Absorptionsmaschine mit Erfolg betrieben werden und sogar mit besserem wirtschaftlichen Wirkungsgrad als der Kompressor.
Dies wird immer dann der Fall sein, wenn als Betriebskraft Dampf oder eine andere Wärmequelle zur Verfügung steht, da dann die Erzeugung der für den Kompressor notwendigen mechanischen Energie fortfällt und die Wärme unmittelbar verwendet werden kann.
Die genannten Absorptionsflüssigkeiten eignen sich natürlich nicht nur für die Kälteerzeugung, sondern auch für andere Verfahren, bei denen ein Dampf oder ein Gas absorbiert und sodann wieder ausgetrieben wird.
Führt man das Verfahren mit Flüssigkeiten, wie z. B. Zinkchloridammoniakat durch, so kann man die Temperatur im Absorber sogar so hoch steigern, dass man diesen nicht mehr mit Kühlwasser zu kühlen braucht, sondern man kann mit Hilfe der freiwerdenden Wärme gespannten Wasserdampf erzeugen, der zur Energieerzeugung oder zur Beheizung ausgenutzt werden kann. Man kommt so zu einer gleichzeitigen Erzeugung von Kälte und gespanntem Wasserdampf.
In Fig. 2 ist eine Ausführungsform einer derartigen Anlage dargestellt. Im Austreiber 1 be- findet sich z. B. geschmolzenes Zinkchlorid-Diammoniakat bei einer Temperatur von etwa 450 und einem Druck von 12 at abs. Dieses wird durch die Wärme der Feuerung 15 zum Teil in Zinkehlorid-
Monoammoniakat und Ammoniakdampf gespalten. Der Ammoniakdampf von 12 at abs Druck und
450'Temperatur gelangt durch das Drosselventil 16 und den Temperaturwechsler 17, in dem er sich z. B. auf etwa 50 abkühlt, in den Kondensator 3. Durch die Kühlschlange 4 wird dem Ammoniak- dampf hier Wärme entzogen, so dass er kondensiert. Das flüssige Ammoniak von etwa 300 strömt darauf durch das Drosselventil a in den Verdampfer 6, wo es unter niedrigem Druck, z.
B. 3 at abs bei - 100 wieder verdampft. wird. Die hiefür erforderliche Wärme stellt die Kälteleistung der Anlage dar, und sie kann entweder der Wärme der Umgebung oder der Wärme einer die Rohrschlange 7 durchströmenden, abzukühlenden Flüssigkeit entnommen werden. Je nach der gewünschten Temperatur der Kälteleistung wird der Druck im Verdampfer 6 verschieden sein ; je niedriger der Druck, um so tiefer die Temperatur der erzeugten Kälte. Der dem Verdampfer 6 entweichende Ammoniakdampf wird in dem Temperaturwechsler 17, entsprechend der vorherigen Abkühlung, wieder erwärmt (z.
B. bei einer Verdampfungstemperatur von -100 im Verdampfer 6 würde er auf 3900 erwärmt werden) und wird sodann dem Absorber 8 zugeführt. Hier wird er mit flüssigem Zinkchlorid-Monoammoniakat in Berührung gebracht (Verteiler 18), wodurch sich unter Wärmeentwicklung die ursprüngliche Verbindung (Zinkehlorid-Diammoniakat) zurückbildet. Bei den angegebenen Verhältnissen tritt diese Wärmeentwicklung bei einer Temperatur von etwa 350'ein. Die Flüssigkeit wird durch die Pumpe 19, Heizschlange 20 und Rohrleitung 21 im Kreislauf geführt, wobei sie die im Absorber 8 freiwerdende Wärme an den Wasserverdampfer 22 abgibt und in ihm gespannten Wasserdampf, z.
B. von 100 Atm. erzeugt.
Zur Aufrechterhaltung konstanter Gemische von Zinkchlorid-Monoammoniakat und Zink- chlorid-Diammoniakat (also konstanter Konzentrationen) im Austreiber 1 und im Absorber 8 stehen beide durch eine Ringleitung miteinander in Verbindung. Dieim Absorber 8 befindliche Flüssigkeit wird durch die Pumpe 10 in den Temperaturwechsler 11 und weiter über das Drosselventil l,') in den Austreiber 1 geführt, während gleichzeitig eine entsprechende Flüssigkeitsmenge durch die Rohrleitung 14, den Temperaturwechsler 11 und weiter durch das Drosselventil 12 zum Absorber 8 zurückgelangt.
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Durch die Überhitzung im Temperaturwechsler 17 wird der Wirkungsgrad der Anlage beträchtlich erhöht. Ohne sie müsste die Wärmemenge, die im Temperaturwechsler 17 dem vom Austreiber 1 zum Kondensator 3 strömenden Dampf entzogen wird, auf das Kühlwasser des Kondensators 3 übertragen und somit nutzlos abgeführt werden, während jetzt diese Wärmemenge im Absorber 8 frei und zur Erzeugung von gespanntem Wasserdampf verwendet wird.
Für den Fall, dass der Wasserdampf der Krafterzeugung dient, aber noch weitere Kraftmengen benötigt werden, oder dass man die Erzeugung von Kraft und Kälte zum Zwecke der Belastungsreglung gegeneinander abgleichen will, kann man zu der zwischen Drosselventil 16 und Absorber 8 angeordneten Kälte erzeugenden Apparatur 3, 4,5, 6,7, 17 eine Ammoniakdampfturbine 23 parallel schalten und so den im Austreiber 1 erzeugten Ammoniakdampf abwechselnd ganz oder teilweise die Kälteanlage oder die Kraftanlage betreiben lassen.
Ohne das Wesen der Erfindung zu ändern, ist es auch möglich, die im Absorber 8 freiwerdende Wärme nicht nur zur Erzeugung von Wasserdampf, sondern auch anderweitig, z. B. für Beheizung von Apparaten od. dgl. zu verwenden.
Neben Zinkchloridammoniakat kommen für dieses Verfahren noch die Ammoniakate von andern Metallhalogeniden in Frage, wie z. B. Zinkbromid, Aluminiumchlorid, Magnesiumjodid, Kaliumbromid, Lithiumchlorid, bzw. Gemische von diesen Salzen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Erzeugung von Kälte mit Hilfe eines kontinuierlich arbeitenden Absorptions- prozesses, bei dem eine aus einem oder mehreren unflüchtigen Salzen und dem Kältemittel zusammengesetzte wasserfreie Flüssigkeit verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Salzgehalt der Flüssig- keit so hoch gewählt wird, dass der Dampfdruck des Kältemittels über der Absorptionsflüssigkeit gleich oder niedriger ist als der Dampfdruck des flüssigen Kältemittels bei einer um mindetens 50 tieferen
Temperatur als die Temperatur der Absorptionsflüssigkeit im Absorber.