Verfahren zum Betriebe von Absorptions-Kälteapparaten lind Apparat zur Ausführung des Verfahrens. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betriebe von Absorptionskälteapparaten, sowie einen Apparat zur Ausführung des Verfahrens und bezweckt, den Wirkungsgrad derartiger Apparate zu verbessern.
Wird ein Kocher eines Absorptionskälte apparates beheizt, so treten in der Absorp tionslösung zufolge der Gasaustreibung und der Konvektion turbulente Strömungen auf, die selbst bei grösseren Kocherabmessungen den Konzentrationsgrad und die Tempera tur der im Kocher enthaltenen Flüssigkeit durchgehends ausgleichen.
Dies ist im all gemeinen unerwünscht, weil die Menge der aus dem Kocher austretenden, mit den Kältemitteldämpfen abströmenden Absorp- tionsmitteldämpfe von der an der Oberfläche der Lösung vorhandenen Konzentration und Temperatur abhängt, woraus folgt, dass un ter solchen Umständen der Prozentsatz der mit den Kältemitteldämpfen abströmenden Dämpfe des Absorptionsmittels gross sein wird.
Die turbulenten Strömungen, die bei der Beheizung des Kochers in der in ihm enthaltenen Absorptionslösung aufzutreten pflegen, werden nun nach der vorliegenden Erfindung durch Widerstände im Absorp- tionslösungsraum des Kochers gedämpft oder verhindert. Zweckmässig wird dabei der im Kocher ausgetriebene Dampf gezwungen, durch diese Widerstände hindurch zu treten.
Hierdurch lässt es sich erreichen, dass die 1111 Kocher enthaltene Absorptionslösung 111 Schichten verschiedener mittlerer Konzentra tion und Temperatur unterteilt wird, wobei dann der Dampf der wärmsten und niedrigst konzentrierten Absorptionslösungsschichten zur Beheizung der kälteren und konzen trierteren Schichten benutzt wird.
Werden bei der Beheizung des Kochers gebildete Dämpfe und in den Kocher eintretende Ab sorptionslösung in Gegenstrom durch die im Kocher enthaltenen Widerstände geführt, so wird der Wirkungsgrad der Anlage noch weiter erhöht, da der Gegenstrom von Dampf und Absorptionslösung die Rektifizierung verbessert. Ferner kann man, um die Rektifi kation zu verbessern, den an seinem untern Teil beheizten Kocher noch an andern Stellen mit andern Apparatteilen in Wärmeaustausch setzen, und dadurch eine oder mehrere der Absorptionslösungsschichten im Kocher in bezug auf ihre Temperatur und damit auch in bezug auf ihre Konzentration beeinflussen.
Die im Absorptionslösungsraum des Kochers vorhandenen Widerstände können durch eine Füllmasse gebildet werden, die aus kleinen, in den Kocher eingefüllten, zum Beispiel lose eingeschütteten festen Körpern besteht. Hier für kommen beispielsweise Glaskugeln, Glas stückchen, Schrot, Kies, Raschigringe in Frage. Besonders vorteilhaft ist es dabei, die Füllmasse durch mit zweckmässig gegenein ander versetzten Durchbrechungen versehene Trennwände zu unterteilen. An Stelle meh rerer Trennwände kann auch ein schrauben förmiger Einsatz Verwendung finden, der den Weg der ausgetriebenen Gase bis zur Lösungsoberfläche im Kocher verlängert.
Doch kann der Widerstand auch durch eine Menge von Metallspänen, von Stücken aus poröser, zweckmässig grobporiger Tonmasse oder dergleichen oder durch eine Folge von mit feinen Durchbrechungen versehenen Me tallwänden, etwa von fein geschlitzten Ble chen gebildet werden.
Die Erfindung soll unter Hinweis auf die anliegende Zeichnung näher beschrieben wer den.
In der Fig. 1 ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung ein kontinuierlich arbeitender Absorptionskälteapparat, der mit druckaus gleichendem Gas arbeitet, dargestellt. Doch ist die Erfindung nicht auf diese Art von Absorptionskälteapparaten beschränkt; Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform des Kochers eines solchen Apparates, und Fig.3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kochers und der Einrichtung für die Erzielung des Flüssigkeitsumlaufes.
In der Fig. 1 bezeichnet 10 den Kocher, der an seinem untern- Teil durch eine be liebige Heizquelle, beispielsweise einen Gas brenner 11, beheizt wird. Bei der Beheizung im Kocher ausgetriebener Kältemitteldampf strömt nach oben in eine Kammer 12, in der der Dampf in Wärmeaustausch mit einer Leitung 13, tritt, die druckausgleichendes indifferentes Gas führt. Der Kältemittel- dampf gibt an dieses seine überschüssige Wärme ab und bewirkt dabei gleichzeitig in bekannter Weise die Zirkulation des druck ausgleichenden Gases.
Darnach tritt der Kältemitteldampf in den luftgekühlten Kon densator 14, wo er verflüssigt wird. Das so verflüssigte Kältemittel tritt durch den Flüssigkeitsverschluss 15 in den Verdampfer 16, wo in bekannter Weise die Verdampfung des Kältemittels in Gegenwart des indiffe renten druckausgleichenden Gases erfolgt. Die Umlaufrichtung des Gases ist in der Ab bildung durch Pfeile dargestellt. Das druck ausgleichende Gas strömt also abwärts und in gleicher Richtung wie das Kältemittel durch die Verdampferschlange 16.
Dann tritt es durch den Gastemperaturwechsler 17, 18 in den aufsteigenden Schenkel 13 des Zirkulationssystems, indem es, wie erwähnt, erwärmt wird. Von hier tritt das indiffe rente Gas durch eine abwärtsführende luft gekühlte und gleichzeitig, wie später erläu tert wird, als Kondensator dienen-de Leitun.- 19 und einen abwärtsführenden Schenkel 20 in den Absorber 21.
Diesen durchströmt das Hilfsgas in Gegenstrom zu der armen Lö sung, die den Kältemitteldampf, mit .dem sich das indifferente Gas im Verdampfer be laden hat, aus dem druckausgleichenden Gas auswäscht. Vom Absorber kehrt das indiffe rente Gas durch den Gastemperaturwechsler 17 zum obern Teil des Verdampfers 16 zu rück.
Der Kocher 10 besteht aus einem zylin drischen Gefäss, dessen Absorptionslösungs- raum in der Nähe seines obern und untern Endes mit durchbrochenen Metallplatten 22 und 29 versehen ist. Zwischen diesen Metall platten ist eine Masse 24 von kleinen Kör- gern eingepackt, wie zum Beispiel Glasperlen oder Glasstücke, kurze Röhren, deren Durch messer gleich ihrer Länge ist und die aus Eisen oder porösem Material bestehen kön nen, sogenannte Easchigringe, Schrot, Kies oder andere künstliche oder natürliche Kör per.
Doch können auch andere geeignete Mittel vorgesehen werden, um den - Absorp- tionslösungsraum des Kochers 10 in kleine Abschnitte zu unterteilen, zum Beispiel eine Menge von Metallspänen, Stücke aus porösem Ton mit grossen Poren oder übereinander an geordnete, mit feinen Durchbrechungen ver sehene Metallplatten, zum Beispiel fein geschlitzte Bleche.
Eine derartige Kocherkonstruktion ge stattet es, die reiche Absorptionslösung in den obern Teil .des Kochers 10 einzuführen, in den die Lösung durch eine Leitung 25, vom Absorber 21 kommend, tritt. Die Lö sung sinkt allmählich im Kocher nach unten, und zwar im Verhältnis des Umlaufes der Flüssigkeit zwischen dem Kocher 10 und dem Absorber 21. Wegen der Viskosität der Flüssigkeit und der Strömungshinder nisse im Kocher werden trotz der Wärme zufuhr die turbulenten Strömungen in der Flüssigkeit gedämpft oder verhindert. Die Flüssigkeit behält vielmehr verschiedene Konzentrationen in den verschiedenen Schich ten der im Kocher 10 stehenden Lösungs säule bei.
Die dem Kocherboden durch den Brenner 11 zugeführte Wärme entwickelt Dampf, der durch die kleinen Durchtritts- öffnungen der Füllmasse 24 aufwärts tritt. Jede einzelne Dampfblase kommt dabei während ihres Aufwärtssteigens in längeren und innigen Kontakt mit den an Konzentra tion immer steigenden Schichten der Absorp tionsflüssigkeit.
Da die Viskosität der Flüssigkeit im Ver gleich zu der des Dampfes wesentlich (etwa <B>100</B> Mal) grösser ist, dämpft oder verhindert das Füllmaterial 24 im Flüssigkeitsraum des Kochers jede turbulente Strömung, die einen Konzentrationsausgleich im Kocherinhalt hervorrufen könnte. Gleichzeitig wird durch die Füllmasse die Bildung grosser Dampf blasen verhindert, wodurch sich die Berüh- rungsfläche zwischen Dampf und Flüssig keit vergrössert.
Besteht zum Beispiel die Flüssigkeit am Boden des Kochers im wesent lichen aus reinem Wasser, so kommen auf steigende Bläschen aus reinem Wasser dampf in Berührung mit übereinanderliegen- :len Flüssigkeitsschichten von zunehmender Kältemittelkonzentration. Hierbei wird der Wasserdampf allmählich kondensiert. und die Kondensationswärme treibt eine entspre chende Menge von Kältemitteldampf, zum Beispiel Ammoniak, aus .der Lösung.
In jeder Höhenschicht des Kochers ist die Zu sammensetzung jeder Dampfblase bestimmt durch das thermodynamische Gleichgewicht, das bedingt ist .durch die Temperatur der Flüssigkeit, die einerseits durch Konden sation von Wasserdampf beheizt und ander seits durch Verdampfung von Kältemittel -gekühlt wird. Hierdurch erhält man eine Temperatur der Flüssigkeit, die durch ihre Konzentration bestimmt ist.
Im obern Teil des Kochers, wo die reiche Lösung eintritt, herrscht in der Flüssigkeit eine Temperatur, die der Verdampfungstem- peratur der reichen Lösung entspricht, und der aus ihr entwickelte Dampf enthält daher auch nur einen sehr geringen Betrag an Ab sorptionsmitteldampf entsprechend den Be dingungen des thermodynamischen Gleich gewichtes.
Am entgegengesetzten Ende des Kochers, wo die Wärme zugeführt wird, besteht die Flüssigkeit im wesentlichen aus reinem Wasser. Dieses wird einer aufsteigenden Lei tung 26 zugeführt, in der es einer weiteren Wärmezufuhr durch einen regulierbaren Brenner 2'7 ausgesetzt wird. Hierdurch wird das Wasser zum Kochen gebracht und in ein Abscheidergefäss 28 gehoben. Die heisse und sehr arme Lösung, die im Gefäss 28 ab geschieden wird, läuft durch eine Leitung 29 in den äussern Mantel 30 des Flüssigkeits- temperaturwechslers und von da in den obern Teil des Absorbers 21.
Der im Gefäss 28 ab- geschiedene Förderdampf kann durch eine Leitung 31 dem schon ,erwähnten Konden- sator 19 zugeführt werden.
Der Kocher gemäss Fig.2 unterscheidet sich von dem der Fig. 1 im wesentlichen da durch, dass er im Innern mit einer Mehrzahl von Zwischenwänden 32 versehen ist, die zweckmässig gegeneinander versetzte Durch brechungen aufweisen. Die Metallplatten 22 und 23 sind ebenso wie in der Fig. 1 vor gesehen.
Die Fig.3 zeigt eine Ausführungsform des Kochers, bei der die Längen des ab wärtsgerichteten Stromes der Absorptions lösung und des aufwärtsgerichteten Stromes des Dampfes durch einen schraubenförmigen Einsatz 33 verlängert sind. Zwischen den Schraubengängen ist wieder die Füllmasse gemäss Fig.1 eingefüllt. Ferner wird, um nach Möglichkeit Gasblasenbildung in der innern Leitung 25 des Flüssigkeitstempera turwechslers zu verhindern, die aus dem Ge fäss 28 kommende arme, heisse Lösung durch die eine schraubenförmige Rohrschlange 34 bildende Leitung<B>29</B> in wärmeleitender Ver bindung um die Aussenfläche des Kochers 10 herumgeführt.
Hierdurch tritt eine Zusatz heizung des Kochers über seine Bodenbehei- zung hinaus ein.
Es ist ersichtlich, dass man nach dem Verfahren und mit der Vorrichtung gemäss der Erfindung eine ausserordentlich arme Lö sung im Kocher und gleichzeitig eine sehr starke Gasaustreibung erreichen kann, das heisst man kann ein Maximum an ausgetrie benem Kältemitteldampf bei einer gegebenen Wärmezufuhr erhalten.
Die Erfindung ist nicht auf die dar gestellten Ausführungsformen stehender zy lindrischer Kocher beschränkt; der Kocher kann vielmehr von beliebiger Form sein; er kann zum Beispiel die Form eines schrauben förmig gewundenen oder eines geraden schrägliegenden Rohres haben. Auch kann der Kocher aus zwei oder mehreren Teilen be stehen, denen die Absorptionslösung hinter einander zugeführt wird; er kann zum Bei spiel aus zwei oder mehreren aufrechten Zy- lindern bestehen, wobei die Absorptions lösung dem ersten Zylinder oben zugeführt wird, worauf sie von dessen unterem Teil zum obern Teil des zweiten Zylinders usw. tritt.
Durch eine solche Ausbildung ver kleinert man die Höhenabmessungen des Kochers und teilt den Rektifikationsvor- gang zwischen den einzelnen Zylindern des Kochers auf.
Besonders vorteilhaft ist die Erfindung für luftgekühlte Apparate.
Process for operating absorption refrigerators and apparatus for carrying out the process. The invention relates to a method for operating absorption chillers and an apparatus for carrying out the method and aims to improve the efficiency of such apparatus.
If a cooker of an absorption refrigeration apparatus is heated, turbulent flows occur in the absorption solution due to the expulsion of gas and convection, which consistently balance the degree of concentration and the temperature of the liquid contained in the cooker, even with larger cooker dimensions.
This is generally undesirable because the amount of the absorber vapors exiting the cooker and flowing off with the refrigerant vapors depends on the concentration and temperature present on the surface of the solution, from which it follows that under such circumstances the percentage of the refrigerant vapors outflowing vapors of the absorbent will be large.
The turbulent flows that tend to occur when the cooker is heated in the absorption solution contained therein are now dampened or prevented according to the present invention by resistances in the absorption solution space of the cooker. The steam expelled in the cooker is expediently forced to pass through these resistances.
In this way it can be achieved that the absorption solution containing 1111 digesters is divided into layers of different average concentration and temperature, with the steam of the warmest and lowest concentrated absorption solution layers being used to heat the colder and more concentrated layers.
If vapors formed during the heating of the cooker and sorption solution entering the cooker are passed in countercurrent through the resistors contained in the cooker, the efficiency of the system is increased even further because the countercurrent of steam and absorbent solution improves rectification. Furthermore, in order to improve the rectification, the cooker, which is heated at its lower part, can be put into heat exchange at other points with other parts of the apparatus, and thereby one or more of the absorption solution layers in the cooker with regard to their temperature and thus also with regard to theirs Affect concentration.
The resistances present in the absorption solution space of the digester can be formed by a filling compound which consists of small solid bodies filled into the digester, for example loosely poured into it. For example, glass balls, pieces of glass, shot, gravel, Raschig rings come into question. It is particularly advantageous to subdivide the filling compound by dividing walls which are expediently provided with openings that are offset against one another. Instead of several partitions, a screw-shaped insert can also be used, which extends the path of the expelled gases to the solution surface in the cooker.
But the resistance can also be formed by a lot of metal chips, pieces of porous, appropriately coarse-pored clay mass or the like, or by a sequence of metal walls provided with fine openings, such as finely slotted metal sheets.
The invention is to be described in more detail with reference to the accompanying drawings who the.
In Fig. 1, as an embodiment of the invention, a continuously operating absorption chiller that works with pressure equalizing gas is shown. However, the invention is not limited to this type of absorption refrigeration apparatus; Fig. 2 shows another embodiment of the digester of such an apparatus, and Fig. 3 shows a further embodiment of a digester and the device for achieving the liquid circulation.
In Fig. 1, 10 denotes the cooker, which is heated at its lower part by any heat source, such as a gas burner 11. The refrigerant vapor expelled during the heating in the cooker flows upwards into a chamber 12, in which the vapor enters into heat exchange with a line 13, which carries pressure-equalizing inert gas. The refrigerant vapor gives off its excess heat to this and at the same time causes the pressure-equalizing gas to circulate in a known manner.
The refrigerant vapor then enters the air-cooled capacitor 14, where it is liquefied. The refrigerant liquefied in this way passes through the liquid seal 15 into the evaporator 16, where the evaporation of the refrigerant takes place in a known manner in the presence of the indifferent pressure-equalizing gas. The direction of circulation of the gas is shown in the figure by arrows. The pressure-equalizing gas thus flows downwards and in the same direction as the refrigerant through the evaporator coil 16.
It then passes through the gas temperature changer 17, 18 into the ascending leg 13 of the circulation system by being heated, as mentioned. From here, the indifferent gas enters the absorber 21 through a downwardly leading air cooled and, as will be explained later, serving as a condenser line 19 and a downwardly leading leg 20.
The auxiliary gas flows through it in countercurrent to the poor solution, which washes the refrigerant vapor, with which the inert gas has been charged in the evaporator, from the pressure-equalizing gas. From the absorber, the indifferent gas returns through the gas temperature changer 17 to the upper part of the evaporator 16.
The cooker 10 consists of a cylindrical vessel whose absorption solution space is provided with perforated metal plates 22 and 29 near its upper and lower ends. A mass 24 of small bodies is packed between these metal plates, such as glass beads or pieces of glass, short tubes whose diameter is equal to their length and which can consist of iron or porous material, so-called Easchig rings, shot, gravel or other artificial or natural bodies.
However, other suitable means can also be provided in order to divide the absorption solution space of the digester 10 into small sections, for example a lot of metal chips, pieces of porous clay with large pores or metal plates arranged one above the other with fine perforations, for example finely slotted sheets.
Such a digester construction enables the rich absorption solution to be introduced into the upper part of the digester 10, into which the solution passes through a line 25 from the absorber 21. The solution gradually sinks in the digester downwards, in proportion to the circulation of the liquid between the digester 10 and the absorber 21. Due to the viscosity of the liquid and the flow obstacles in the digester, the turbulent flows in the liquid are dampened despite the supply of heat or prevented. Rather, the liquid retains different concentrations in the various layers of the solution column in the digester 10.
The heat supplied to the bottom of the digester by the burner 11 develops steam which passes upwards through the small openings in the filling compound 24. As it rises, each individual vapor bubble comes into long and intimate contact with the layers of the absorption liquid, which are constantly increasing in concentration.
Since the viscosity of the liquid in comparison to that of the steam is substantially (about 100 times) greater, the filling material 24 in the liquid space of the digester dampens or prevents any turbulent flow that could cause a concentration equalization in the digester contents. At the same time, the filling compound prevents the formation of large steam bubbles, which increases the contact area between steam and liquid.
If, for example, the liquid at the bottom of the cooker consists essentially of pure water, rising bubbles of pure water vapor come into contact with superimposed layers of liquid of increasing refrigerant concentration. The water vapor is gradually condensed. and the heat of condensation drives a corresponding amount of refrigerant vapor, for example ammonia, from the solution.
In every elevation of the cooker, the composition of every vapor bubble is determined by the thermodynamic equilibrium, which is due to the temperature of the liquid, which is heated on the one hand by the condensation of water vapor and on the other hand is cooled by the evaporation of refrigerant. This gives a temperature of the liquid that is determined by its concentration.
In the upper part of the digester, where the rich solution enters, the liquid has a temperature that corresponds to the evaporation temperature of the rich solution, and the vapor developed from it therefore contains only a very small amount of absorbent vapor, depending on the conditions the thermodynamic equilibrium.
At the opposite end of the digester, where the heat is applied, the liquid consists essentially of pure water. This is fed to an ascending line 26, in which it is subjected to a further supply of heat from an adjustable burner 2'7. This brings the water to a boil and lifts it into a separator vessel 28. The hot and very poor solution, which is separated in the vessel 28, runs through a line 29 into the outer jacket 30 of the liquid temperature changer and from there into the upper part of the absorber 21.
The conveying steam separated in the vessel 28 can be fed through a line 31 to the already mentioned condenser 19.
The cooker according to FIG. 2 differs from that of FIG. 1 essentially in that it is provided on the inside with a plurality of partition walls 32 which expediently have openings that are offset from one another. The metal plates 22 and 23 are as seen in Fig. 1 before.
3 shows an embodiment of the digester in which the lengths of the downward flow of the absorption solution and the upward flow of steam through a helical insert 33 are extended. The filling compound according to FIG. 1 is filled in again between the screw turns. Furthermore, in order to prevent the formation of gas bubbles in the inner line 25 of the liquid temperature changer as far as possible, the poor, hot solution coming from the vessel 28 is in a thermally conductive connection through the line 29 forming a helical pipe coil 34 the outer surface of the cooker 10 led around.
This results in additional heating of the cooker beyond its floor heating.
It can be seen that with the method and with the device according to the invention, an extremely poor solution in the cooker and at the same time a very strong gas expulsion can be achieved, that is to say a maximum of expelled refrigerant vapor can be obtained with a given heat input.
The invention is not limited to the embodiments presented standing zy-cylindrical cooker; the cooker can be of any shape; it can for example have the shape of a helically wound or a straight inclined tube. The cooker can also be made up of two or more parts, to which the absorption solution is fed one behind the other; it can consist, for example, of two or more upright cylinders, with the absorption solution being fed to the first cylinder at the top, whereupon it passes from its lower part to the upper part of the second cylinder and so on.
Such a design reduces the height dimensions of the digester and divides the rectification process between the individual cylinders of the digester.
The invention is particularly advantageous for air-cooled apparatus.