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Absorptionsmaschine.
Bei bekannten Absorptionsmaschinen wird die angereicherte Lösung aus dem Absorber durch eine Pumpe in einen Raum höheren Druckes gefördert, in dem sie durch Wärmezufuhr entgast wird. Diese Pumpe ist der empfindlichste Teil der Maschine ; sie entbehrlich zu machen, ist der Zweck der Erfindung. Diese besteht darin, dass der erforderliche Druckunterschied zwischen den beiden Gefässen, in deren einem absorbiert, in deren anderem entgast wird, durch die Höhe der Flüssigkeitssäule in demjenigen Rohr hervorgerufen bzw. aufrechterhalten wird, das die Flüssigkeit von dem Gefäss niederen Druckes in das räumlich darunter angeordnete Gefäss höheren Druckes leitet.
In den Zeichnungen sind drei verschiedene Ausführungsformen der Erfindung in Querschnitten dargestellt.
In Fig. 1 ist der Absorber mit 1, der Entgaser mit 2 bezeichnet. Beide sind durch ein Rohr 3 miteinander verbunden. Ein zweites Rohr 114, das zum Absorber 1 hinauf führt, taucht in die im Entgaser 2 befindliche Flüssigkeit ein. Der Absorber 1 ist von einem Kühler 4 umgeben mit einem Einlass 5 und Auslass 6 für das Kühlmittel. Der Entgaser 2 liegt in einem Heizraum 7 mit Eintrittsöffnung 8 und Austrittsöffnung 9 für das Heizmittel. Neben dem Entgaser 2 ist der Kondensator 13 angeordnet.
Zwischen ihnen befindet sich eine Wand 101, die so hoch ist, dass keine Flüssigkeit aus dem einen in den andern Raum übertreten kann, wobei aber die Gasräume in Verbindung stehen. Der Kondensator 13 ist von einer Kühleinrichtung 73 umgeben mit Einlass 16 und Auslass 17 für das Kühlmittel. Neben dem Absorber 1 liegt der Verdampfer 19., Die Wand 102 zwischen bei den verhindert einen Flüssigkeitsaustausch, aber nicht einen übertritt der Gase oder Dämpfe. Eine Verbindungsleitung 18, die in den
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ein und bei 22 aus. Als Arbeitsflüssigkeit können irgendwelche binären Gemische verwendet werden, die je nach den Drücken, mit denen gearbeitet werden soll, und nach den zu erzielenden Temperaturen, auszuwählen sind. Werden z. B.
Schwefelsäure und Wasser verwendet, so befindet sich im Absorber 1 und im Entgaser 2 ein Gemisch von Schwefelsäure und Wasser, im Kondensator 13 und im Verdampfer 19 hingegen reines Wasser.
Die Vorrichtung arbeitet folgendermassen : Infolge der Erwärmung der verdünnten Schwefelsäure im Entgaser 2 wird Wasserdampf ausgetrieben, der in den Kondensator 13 übertritt und hier infolge der Kühlung kondensiert wird. Einige Dampfblasen werden aber auch im unteren Teil des Rohres 114 entstehen und in diesem Rohre emporsteigen. Infolgedessen tritt eine wenn auch zunächst nur langsame Aufwärtsbewegung der Flüssigkeit im Rohre 114 ein. Wenn dabei die erhitzte Flüssigkeit in die oberen Teile dieses Rohres gelangt, nimmt ihr Druck ab und infolge dieser Druckverminderung bilden sich weitere Dampfblasen, die ebenfalls im Rohr 114 emporsteigen und den Flüssigkeitsauftrieb unterstützen.
Sobald dabei die entgaste Schwefelsäure in den Absorber 1 gelangt, wird sie durch die Kühlvorrichtung 4 gekühlt. Infolgedessen absorbiert sie den aus dem Verdampfer 19 kommenden Wasserdampf und sinkt dann durch das Rohr 3 wieder in den Entgaser hinab. Das im Kondensator 1. 3 durch Kondensation des Wasserdampfes gebildete
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diedas Austeigen der Flüssigkeit noch unterstützen. Im Verdampfer 19 wird dann das Wasser verdampft, und der Verbrauch von Verdampfungswärme dient zur Kühlung des durch das Gefäss 20 strömenden Mittels. Eine Pumpe oder irgendwelche Drossel- oder Regelventile sind, wie die Darstellung zeigt, nicht erforderlich.
Bei diesem Ausführungsbeispiel gelangen eine Anzahl Dampfblasen durch das Rohr 114 unmittelbar in den Absorber 1 und werden wieder absorbiert, ohne dass sie zur Kälteleistung irgendwie beigetragen haben. Dieser Verlust lässt sich vermeiden. Eine derartige Anordnung ist in Fig. 2 dargestellt. Der Absorber 1, der Entgaser 2, der Kondensator 13 und der Verdampfer 19 mit ihren Kühl-und Heiz- einrichtungen sind im wesentlichen dieselben wie nach Fig. 1. Der Entgaser 2 und der Kondensator 73 sind jedoch durch eine Wand 111 vollkommen voneinander getrennt. Über dem Entgaser liegt der Gasabseheideraum 10.
Von ihm führt eine Leitung 12 für das Gas in den Kondensator 13. Ein Rohr 14.
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des Absorbers besitzt eine Erweiterung 44, so dass auch der obere Teil des Rohres 14 mit gekühlt wird.
Diese Vorrichtung arbeitet folgendermassen : Das im Entgaser 2 entstehende Gemisch aus Wasserdampf und Flüssigkeit steigt durch das Rohr 11 in den Gasabscheideraum 10 hinauf, wobei die ausgeschiedenen Dampfbläschen in dem verhältnismässig engen Rohr 11 einen kräftigen Auftrieb veranlassen. Der ausgetriebene Wasserdampf, der sich im Gasabscheideraum 70 über dem Flüssigkeitsspiegel ansammelt, strömt durch das Rohr 12 in den Kondensator 13. Die entgaste Schwefelsäure anderseits steigt durch das Rohr 14 in den Absorber 1 empor.
Der Gasabscheideraum 10 ist genügend hoch angeordnet, so dass der Druckunterschied in 10 und 1 den Druck der Flüssigkeitssäule und die Reibung im Rohr 14 sicher überwindet, obwohl in diesem Rohre keine Gasblasen mehr auftreten, was durch die Kühlung mit Hilfe der Kühlwasserleitung 44 erreicht wird. Da der durch die Temperatur im Kondensator 13 bedingte Druck auch im Gasabscheideraum 10 herrscht, so ist der Druck im Entgaser 2 ent-
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im Verbindungsrohr 3 diesem grösseren Druck das Gleichgewicht hält, muss sie entsprechend länger, der Höhenabstand zwischen Absorber 1 und Entgaser 2 also entsprechend grösser sein als bei der Absorptionsmaschine nach Fig. 1.
Der Flüssigkeitsauftrieb im Rohr 11, der durch die aufsteigenden Blasen des gesamten ausgetriebenen Wasserdampfes verursacht wird, ist so erheblich, dass der Gasabseheideraum 10 auch oberhalb des Absorbers angeordnet werden kann. Unter Umständen hat eine derartige Konstruktion besondere Vorteile, die in dem folgenden Ausführungsbeispiel erläutert sind.
Dieses ist in Fig. 3 dargestellt. Alle'Teile des Apparates, in denen Schwefelsäure und Wasser umlaufen, bestehen hier aus Glas und sind miteinander verschmolzen, so dass keinerlei Abdichtungen erforderlich sind. Undichtwerden ist daher ausgeschlossen. Der Apparat kann aber auch namentlich. wenn andere binäre Gemische als Schwefelsäure und Wasser verwendet werden, aus Metall oder anderem Material gebaut sein. Aus dem Absorber 30 führt ein Rohr 31 in ein kugelförmiges Gefäss, in dessen
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durch ein Rohr 37 mit dem Kondensator 38 verbunden ; ausserdem durch das Rohr 39 und die Kapillare 40 mit dem Absorber 30. Im Absorber 30 liegt eine Kühlschlange 49 und im Kondensator 3S eine Kuhl- schlange 50.
Beide sind durch das Rohr 51 miteinander verbunden. Das Kühlwasser tritt bei 52 ein
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Aus dem Kondensator 38 führt eine Kapillare- ? in den darunter liegenden Verdampfer J4, in dessen Innern eine gewundene Rohrleitung 55 liegt. Aus dem Verdampfer 54 führt ein Rohr 57 in den Absorber 30, ausserdem ist einer der tiefsten Punkte des Verdampfers 54 mit dem Absorber 30 durch eine Kapillare 43 verbunden. Das kugelförmige Gefäss 41 steht durch das Rohr 47 mit einem Gasputi'er- raum 48 in Verbindung. Dieser ist mit dem Rohr 37 durch ein Rohrstüek 42 verbunden. Das Rohr 81 ist mit einem Fuss 58 und der Heizzylinder 33 mit einem Fuss 59 versehen.
Diese Vorrichtung arbeitet folgendermassen : Aus dem Absorber 30 fliesst die mit Wasser angereicherte Lösung durch das Rohr 31 in das kugelförmige Gefäss il und aus diesem in den Entgaser 32.
Im Entgaser wird die Lösung durch den elektrisch geheizten Heizzylinder 33 erhitzt, so dass der Wasserdampf ausgetrieben wird. Die ausgeschiedenen Wasserdampfbläschen steigen im Rohr 32 empor : an dieser aufsteigenden Bewegung nimmt auch die im Entgaser vorhandene Flüssigkeit teil. Der Entgaser 32 ist also selbst als aufsteigendes Rohr ausgebildet im Gegensatz zu Fig. 2, wo beide Teile, nämlich Ent- gaser 2 und Rohr 11, einzeln ausgebildet sind. Die Ausführung nach Fig. 3 hat den Vorteil, dass jedes ausgeschiedene Wasserdampfbläschen sofort bei seiner Entstehung mit zur Aufwärtsbewegung de'r Flüssigkeit beiträgt.
Ausserdem bietet die schraubenartige Form eine reichliche Heizfläche dar und gibt dem Rohr eine gute Elastizität, was wichtig ist, da die wässerige Schwefelsäure einen nicht unerheblichen Siedeverzug hat, so dass die Entgasung oft plötzlich und unter heftigen Stössen vor sich geht.
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Die Länge des Rohres und seine elastische Beweglichkeit tragen überdies dazu bei, dass die zu entgasende Flüssigkeit in dauernder Bewegung ist. Dadurch wird der Siedeverzug herabgesetzt und allzu heftige Stösse treten nicht auf.
Trotzdem kann es namentlich bei Inbetriebnahme des Apparates, wenn eine Bewegung noch nicht vorhanden ist, vorkommen, dass durch den ersten, oft sehr heftig erfolgenden Siedestoss die Flüssigkeit nicht nur in den Raum 36 getrieben, sondern auch in den Absorber 30 zurück- geworfen wird. Im allgemeinen stört eine solche vorübergehende Erscheinung nicht, besonders wenn sie nur zu Anfang des Betriebes auftritt. Um sie trotzdem zu vermeiden, ist zwischen dem Rohr 31
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zurückgeworfen werden, können in das Rohr 31 nicht eindringen, da dieses, wie die Figur zeigt, nach unten gebogen ist. Die Gasmengen steigen vielmehr im Rohr 47 empor und gelangen in das Puffergefäss 48 und von hier durch das Rohr 42 und das Rohr 37 in den Kondensator 38.
Aus dem Gasabscheideraum 36 gelangt die entgaste Schwefelsäure durch das Rohr 39 und die Kapillare 40 in den Absorber 30. Die Einschaltung der Kapillare 40 hat folgenden Zweck : Im Gasabscheideraum 36 herrscht während des Betriebes derselbe Druck wie im Kondensator 38. Um den Druckunterschied gegenüber dem geringeren Druck im Absorber 30 aufrecht zu erhalten, muss in die Verbindungsleitung zwischen Gasabscheideraum und Absorber ein Flüssigkeitswiderstand eingeschaltet sein. Dieser wird durch die Kapillare 40 gebildet.
Die Bewegung der Flüssigkeit durch diese Kapillare ist aber nicht allein die Folge des höheren Gasdruckes im Raum 36, sondern auch eine Folge des höheren Flüssigkeitsstandes, der sich im Gasabscheideraum 36 oder im Rohr 39 im allgemeinen einstellt, vorausgesetzt natÜrlich, dass der Apparat mit genügend Flüssigkeit gefüllt ist. Durch die doppelte Druckwirkung wird eine besondere Gleichmässigkeit des Umlaufes erzielt. Wenn z. B. aus irgendeinem Grund der Druck im Kondensator 38 und damit auch im Gasabscheideraum 36 vorübergehend sinkt, so hält doch der statische Flüssigkeit- druck im Rohr 39 gleichwohl den Flüssigkeitszulauf in den Absorber 30 aufrecht.
Wie Fig. 3 zeigt, bildet das Rohr 39 zusammen mit der Kapillare 40 ein U-Rohr, das verhindern soll, dass Wasserdampf unmittelbar aus dem Gasabscheiderohr 36 in den Absorber 30 gelangen kann, wenn aus irgend einem Grunde nicht genügend entgaste Säure nachströmt. Sobald nämlich der Raum 36 infolge irgend welcher Störungen einmal vollständig von Flüssigkeit entleert und der Flüssigkeitsspiegel auch im Rohre 39 genügend weit gesunken ist, hält der Überdruck der Flüssigkeitssäule, die dann noch in der Kapillare 40 steht, dem Gasdruck im Gasabscheideraum 36 das Gleichgewicht. Infolgedessen tritt ein Stillstand der Flüssigkeit ein, und ein Übertritt von Wasserdampf in den Absorber 30 ist daher un- möglich.
Aus dem Gasabscheideraum 36 gelangt der ausgetriebene Wasserdampf in den Kondensator 38 und wird hier wieder kondensiert. Das Kühlwasser, das durch die Kühlschlange 50 strömt und bei 53 austritt, führt die Kondensationswärme ab.
Das niedergeschlagene Wasser fliesst aus dem Kondensator 38 in den Verdampfer 54 durch die
Kapillare 56. Der durch diese Kapillare gebildete Strömungswiderstand ist so gross, dass der zwischen dem Kondensator 38 und dem Verdampfer 54 notwendige Druckunterschied aufrecht erhalten wird. Das
Wasser wird durch die Kapillare 56 nicht allein infolge des höheren Gasdruckes im Kondensator hindurch- gedrückt, sondern auch durch die Schwerkraft, da ja der Kondensator 38 höher liegt als der Verdampfer 54.
Diese räumliche Anordnung hat einen besonderen Vorteil. B ? i der Anordnung nach Fig. 2 ist sowohl
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säuremenge allmählich nach der Oberfläche befördert und behindern die weitere Verdampfung des Wassers immer mehr. Als Reserve ist also der Wasservorrat im Kondensator wertvoller. Um ihn aber unter allen Umständen nutzbar machen zu können, muss er auch mit Sicherheit in den Verdampfer befördert werden u. zw. auch dann, wenn der Druck im Kondensator vorübergehend einmal nachlässt.
B'i der Einrichtung nach Fig. 2 würde bei ungenügendem Druck der Wasservorrat im Kondensator n
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Der Wasserdampf gelangt aus dem Verdampfer 54 durch die Leitung 57 zurück in den Absorber wo er von der entgasten Schwefelsäure aufgenommen wird und den Kreisprozess von neuem beginnt. Die dabei frei werdende Wärme wird durch die Kühlschlange J. 9 abgeführt.
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m @n kann vielmehr, wie dies auch bei ändern Absorptionsmaschinen bereits bekannt ist, die bei der höheren Temperatur abgelieferten Wärmemengen nützlich verwenden. Man schickt dann durch die Rohrschlangen 49 und 50 nicht ein Kühlwasser, dessen aufgenommene Wärme verloren geht. sondern irgend ein Mittel, das man erwärmen und weiter verwerten will, z. B. zu Heizungs-, Reinigungs-. chemischen oder andern Zwecken.
Die so zu nützlicher Verwendung gewonnene Wärme ist dann grösser als diejenige, die zur Heizung des Rohres 32 erforderlich ist. Der in Fig. 3 dargestellte Apparat wird dadurch zu einem elektrischen Heizapparat, bei dem die Energie der abgelieferten Wärmemengen grösser ist als die Energie des verbrauchten Stromes.