<Desc/Clms Page number 1>
Absorptionskältemaschine.
Eine der Ursachen des geringen Wirkungsgrades von Absorptionskältemaschinen besteht darin, dass die latente Absorptionswärme von 1 kg gasförmigem Ammoniak in Wasser viel grösser ist, als die Verdampfungswärme von 1 kg wasserfreiem, flüssigen Ammoniak ; so sind zur Erzeugung von 1 kg Ammol1iakdampf durch Verdampfung in einem Heizkessel nahezu 450 kg-Kalorien nötig, währehd 1 kg verdampfendes Ammoniak praktisch nur 250 kg-Kalorien absorbieren kann.
Dieser niedrige Wirkungsgrad kann dadurch verbessert werden, dass von einer Verflüssigung des Ammoniaks abgesehen wird, indem statt eines Kondensators ein zweiter Absorber (Resorber) gewählt und dem Verdampfer statt flüssigem Ammoniak eine starke Ammoniakwasserlösung aus diesem zweiten Absorber zugeführt wird. Eine solche Maschine (Resorptionsmaschine) hat somit zwei Absorber mit verschiedenen Ammoniakdrücken und zwei Gefässe mit verschiedenen Ammoniakdrücken, denen Wärme verschiedener Temperatur zugeführt wird. Bei einer solchen Einrichtung musste bei den üblichen Maschinen mit zwei Pumpen und zwei Druckreglern gearbeitet werden.
Ein solcher Kreislauf ist für gewöhnliche Absorptionsmaschinen bekannt und eine gleiche Methode wurde auch für die üblichen Kompressionsmaschinen vorgeschlagen und ausgeführt, wobei jedoch der Kompressor statt auf den Verflüssigungsdruck des Ammoniaks, nur auf irgendeinen Druck verdichtet und sohin nur die Absorption des Ammoniaks in einem Absorber unter Bildung einer starken Lösung erhalten wird.
Bei beiden Maschinenarten wird aus dieser starken Lösung von Ammoniak in Wasser, die als starke Amoniakflüssigkeit bezeichnet werden mag, das in ihr enthaltene Ammoniak bei niedrigem Druck und bei niedriger Temperatur in der Kühlschlange verdampfen.
Die Absorptionskältemaschine nach der Erfindung arbeitet nach dem vorerwähnten Prinzip, kann aber kontinuierlich ohne irgendwelche mechanische Einrichtungen, ohne jegliche Druckdifferenz, u. zw. bei jedem gewünschten Druck-auch bei atmosphärischem-betrieben werden und ergibt einen höheren Wirkungsgrad als die üblichen Absorptionskältemaschinen.
Dies wird dadurch erreicht, dass die die Absorptionsflüssigkeit enthaltenden Rohre, Gefässe u. dgl. zu einem einzigen geschlossenen Kreislaufsystem der Absorptionsflüssigkeit verbunden sind, in dem die letztere mindestens vier Konzentrationsgrade annimmt, wobei das Arbeitsmittel (Ammoniak), das aus der umlaufenden Absorptionslösung in Gasgemisch hinein verdampft, von dieser Absorptionslösung, die vier verschiedene Konzentrationsgrade hat, aber einen einzigen Konzentrationsbereich darstellt, aus dem Gasgemisch heraus innerhalb der gleichen Partialdruekzone, jedoch innerhalb eines andern Temperaturbereiches wie bei der Verdampfung, wieder absorbiert und somit erneut dem Verdampfer zugeführt wird, ohne auf Koehertemperatur gebraeht Zll werden.
Unter "Konzentrationsbereich" wird die mittlere Konzentration einer in einem geschlossenen Kreislauf umlaufenden Lösung verstanden.
Es waren nämlich bei den bisher bekannten Resorptionsmaschinen stets zwei Umläufe von Absorptionsflüssigkeit von untereinander verschiedener mittlerer Konzentration, somit zwei verschiedene Konzentrationsbereiche, vorhanden, wobei das aus der Absorptionslösung des einen Konzentrationbereiches in Gasgemisch hinein verdampfte Kältemittel von der Absorptionslösung des andern Konzentrationsbereiches aus dem Gasgemisch heraus wieder absorbiert wurde. Demgegenüber erfolgt gemäss der Erfindung die Absorption des verdampften Kältemittels im gleichen Flüssigkeitsumlauf, somit auch im gleichen Konzentrationsbereich.
Die in Fig. 1 dargestellte Maschine nach der Erfindung besteht aus einem bei 18 elektrisch beheiztem Kocher (Austreiber) 1, in dem Ammoniakdampf aus der Lösung durch Verdampfung erzeugt
<Desc/Clms Page number 2>
wird, was wasserfreies Ammoniak bei einer höheren Temperatur (70-120 C) ergibt. Dieser Ammoniak- dampf, der durch fliessendes Wasser gekühlt wird und im Vergleich zu dem Partialdruek des Kälte- mittels im Verdampfer (Kühler) 4 und Absorber 7 den höchsten Druck hat, geht durch Rohr 2 zu einem
Absorber 3, in dem er bei der Temperatur des Kühlwasser (20 C) absorbiert wird.
Die dabeiim Absorber 3 entstehende starke Lösung geht durch eine Wärmeaustauschvorrichtung 5 hindurch zu einem Ver- dampfer oder Kühler 4, in dem das Ammoniak und auch etwas Wasser bei niedriger Temperatur (10 C oder weniger) und bei niedrigem Partialdruck aus der starken Lösung verdampft, wobei die Druck- ergänzung durch ein inertes Gas geliefert wird.
Der im Verdampfer 4 freiwerdende Ammoniakdampf diffundiert in das inerte Gas, das ihn in den zweiten Absorber 7 mitnimmt, wo das Kältemittel bei der höheren Temperatur des Kühlwassers, also in einem andern Temperaturbereich, aber innerhalb der gleichen Partialdruckzone wie im Ver- dampfer 4, von der umlaufenden Absorptionslösung wieder absorbiert wird. Der Partialdruck im
Verdampfer 4 und im Absorber 7 ist jedoch, allein der Anwesenheit des Hilfsgases wegen, niedriger als der Druck, bei dem das Arbeitsmittel (Ammoniak) im Kocher 1 ausgetrieben und im Absorber 3 verflüssigt wird. Um diese Verdampfung und Absorption zu erhalten, wird das inerte Gas einem kräftigen Kreislauf unterworfen, u. zw. durch Erhitzen desselben in einem Rohr 8 und Kühlen in einem
Rohr 9 oder vermittels eines Ventilators 12 (Fig. 2).
Die Lösung aus dem Verdampfer 4 geht über eine
Leitung 6 zum Kocher 1.
Die schwache Lösung aus dem Kocher 1 kehrt zum Absorber 7 zurück, u. zw. durch eine Leitung 10 hindurch, die mit der Leitung 6 im Wärmeaustausch steht ; die Leitung 6 bildet desgleichen mit der Leitung 5 eine Wärmeaustauschvorrichtung. Die beiden Absorber 3 und 7 stehen unterhalb des Flüssigkeitsniveaus miteinander in Verbindung.
Ein Hauptmerkmal dieser Maschine liegt darin, dass nur ein einziger Kreislauf von Absorptionsflüssigkeit an Stelle von zweien vorhanden ist, wodurch sie sich von den früher erwähnten Typen von Maschinen unterscheidet, dieser Umstand lässt es zu, dass die Flüssigkeit durch Thermosyphonwirkung - normal oder beschleunigt-in Kreislauf versetzt wird, u. zw. vom Kocher 1 zum Absorber 7, in dem die Lösung Arbeitsmittel (Ammoniak) aus Gasgemisch aufnimmt, von diesem zum Absorber 3, in dem die Flüssigkeit mit dem vom Kocher 1 kommenden Ammoniak von hohem Druck übersättigt wird, und vom Absorber 3 zum Kühler 4, in dem Ammoniak wieder an Gasgemisch abgegeben wird und der als zweiter, bei niedriger Temperatur arbeitender Kocher (Austreiber) angesehen werden kann.
Da die beiden Absorber 3 und 7 gleiche Temperatur haben, d. h. gegenüber dem Kocher einerseits und dem Kühler anderseits einen mittleren Temperaturbereich darstellen, und die Flüssigkeit von dem einen Absorber zum andern fliesst, können die beiden Absorber 3 und 7 auch zu einem einzigen vereint werden. Dies kann ausgeführt werden, sofern man nur den Dampf getrennt hält, die Zirkulation der Flüssigkeit aber, wie gezeigt, durch die vorerwähnte Verbindung ermöglicht, wobei die Flüssigkeit allmählich angereichert wird und dann zum Verdampfer 4 gelangt, so dass sie also nacheinander alle drei Temperaturbereiche, den hohen, mittleren und tiefen durchläuft.
Vom Verdampfer 4 kehrt die Flüssigkeit durch die erste Wärmeaustauschvorrichtung 5, 6hindurch zum Kocher 1 zurück ; die schwache Lösung aus diesem Kocher 1 fliesst zum Absorber 7, wobei in der Wärmeaustauschvorrichtung 10, 6 Wärme rückgewonnen wird.
Der Umlauf des inerten Gases kann, wie aus Fig. 1 ersichtlich, durch Erwärmen desselben im Rohr 8 mittels des im Kocher 1 freiwerdenden Ammoniakdampfes erzielt werden, ohne also hiezu irgendeine andere Wärmequelle benutzen zu müssen.
In dieser Maschine befindet sich die Ammoniakflüssigkeit in vier verschiedenen Konzentrationen, die von der ursprünglichen Beschickung abhängen und durch diese und durch Änderung der einzelnen Abmessungen der Maschine gewählt werden können.
Es ist daher die erfindungsgemässe Absorptionskältemaschine nicht auf bestimmte Betriebs- drücke beschränkt, wie die üblichen Maschinen mit Verflüssigung des Ammoniaks, in denen der Druck von der Temperatur des zur Verfügung stehenden Kühlwassers und von den Abmessungen des Konden- sators abhängt. Bei der Maschine nach der Erfindung kann sich im Gegensatz hiezu im Kocher eine Lösung befinden, die Ammoniak bei 800 C und bei einer Atmosphäre absolutem Druck abdampft und wobei die Lösung bis zu einem Höchstwert geschwächt wird. Anderseits kann im Verdampfer eine so konzentrierte Lösung vorhanden sein, dass sie bei einer niedrigen Temperatur und bei einem Partialdruck, der nur einen kleinen Bruchteil einer Atmosphäre ausmacht, verdampft.
Absorptionsmaschinen der beschriebenen Art können daher bei jedem gewünschten Druck betriebsfähig gemacht werden, indem man nur den Rauminhalt des Kochers und des ersten Absorbers im Verhältnis zu den Inhalten des zweiten Absorbers und des Verdampfers entsprechend wählt.
Es kann wünschenswert werden, dass zwischen Absorber 7 und Kocher 1 ein kräftigerer Umlauf stattfindet, als zwischen Absorber 3 und dem Verdampfer 4 ; hiezu kann ein Nebenrohr 11 dienen, das den Absorber 7 und die Leitung 6 zwischen den Rohren 10 und 5 verbindet. Dieses einen Nebenschluss bildende Rohr 11 bewirkt eine Erhöhung des Umlaufes im Kreislauf 1, 10,'i, 6 und eine entsprechend Herabsetzung des Umlaufes im Kreislauf 11, 5, 4, 6. Durch diese Nebenschlussleitung 11 wird die umlaufende Absorptionslösung in zwei Konzentrationsbereiche aufgeteilt, in denen verschiedene
<Desc/Clms Page number 3>
Mengen des Lösungsmittels umlaufen.
Und zwar läuft ein Teil der Absorptionslösung durch den gesamten Konzentrationsbereich aller vier Konzentrationsgrade, während der durch die Nebenschluss- leitung 11 gehende Teil nach seiner Sättigung im Absorber 7 bei einem mittleren Konzentrationsgrad abgezweigt wird und einen kleineren Konzentrationsbereich durchläuft. Der Umlauf der Lösung sowohl in dem kleineren Bereich, der aus Kocher 1 und Absorber 7 besteht, als auch der Umlauf in dem gesamten Konzentrationsbereich, der aus Kocher 1, Absorber 7, Absorber 3 und Kühler 4 besteht, wird durch Erwärmen der Lösung in einem aufsteigenden Schenkel des Zirkulationssystems bewirkt. Zweckmässig ist es, diesem aufsteigenden Teil einen geringen Querschnitt zu geben, wie dies insbesondere in der Fig. 2 dargestellt ist. Von dem mittleren Temperaturbereich des.
Absorbers 7 fliesst also die Absorptionslösung zum hohen Temperaturbereich des Kochers in zwei getrennten Strömen, einerseits durch die Nebenschlussleitung 11 und anderseits durch den Absorber 3 und den Kühler 4.
In Fig. 2 ist eine Maschine dargestellt, bei der der Umlauf des inerten Gases durch einen von aussen angetriebenen Ventilator 12 und der Umlauf der Flüssigkeit durch Flügel13 auf der gleichen Welle gefördert wird..
Das inerte Gas zieht im Gegenstrom durch die Wärmeaustauschvorrichtung 16, 17, bevor es zum Verdampfer 4 gelangt. Der Kessel wird wie früher durch einen Widerstand 18 elektrisch beheizt.
Ein Vorteil des Bestehens nur eines Kreislaufs liegt in der Möglichkeit der maximalen Wärmerückgewinnung in den Wärmeaustauschern, da nahezu keine Unterbrechung in der fortschreitenden Erhöhung der Temperatur stattfindet, der die Flüssigkeit im Wärmeaustauscher 6 ausgesetzt ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Absorptionskältemaschine, die mit druckausgleichendem neutralen Hilfsgas nach dem Resorptionsprinzip arbeitet, dadurch gekennzeichnet, dass Arbeitsmittel, das aus einer Absorptionslösung heraus in Gasgemisch hinein (in 4) verdampft, von einer Absorptionslösung desselben Konzentrationsbereiches innerhalb der gleichen Partialdruckzone, jedoch innerhalb eines andern Temperaturbereiches wie bei der Verdampfung, aus Gasgemisch heraus fin wieder absorbiert und somit erneut dem Verdampfer zugeführt wird, ohne auf Kochertemperatur gebracht zu werden.