Absorptionskälteanlage mit druckausgleichendem Gas, bei welcher der Umlauf des Kältemittels durch Thermosiphonwirkung erzielt wird. Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Absorptionskälteanlage mit druckaus gleichendem Gas. bei welcher der Umlauf des Kältemittels durch Thermosiphonwir- kung erzielt wird, wobei ein Wärmeaustau- scher für das druckausgleichende Gas und das Kältemittel und ein solcher für arme und reiche Lösung vorgesehen ist.
Bei Kälteerzeugungsanlagen dieser Art ist die Ausbildung und Anordnung .der ein zelnen Anlageteile, wie Kocher, Wasser abscheider, Kondensator, Verdampfer, Ab sorber und der Wärmeaustauscher für das einwandfreie und zuverlässige Arbeiten der Anlage von besonderer Bedeutung, weil die einwandfreie Zirkulation des Kältemittel trägers und des Kältemittels sowie ein der Erzeugung der optimalen Kältemenge ent sprechender, minimaler Wärmeverbrauch ,,v eitgehend von diesen Punkten abhängig sind.
Es ist nun üblich, diese Anlagen mit einem Kocher, der zugleich mit einer Heiz- spirale ausgestattet ist, durch welche der Flüssigkeitsumlauf zustande kommt, zu versehen. Derartige Absorptionskälteanlagen sind im Vergleich zu Anlagen mit Kompres sor bekanntlich in bezug auf ihre Wirtschaft lichkeit etwas unterlegen. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, diese Wirtschaft lichkeit zu erhöhen.
Die Erfindung besteht darin, dass mindestens ein Teil des Wärme austauschers für arme und reiche Lösung und die an diesen Wärmeaustauscher an geschlossene, von der reichen, das auszutrei bende dampfförmige Kältemittel enthalten den Lösung durchflossene Hebereinrichtung, die zugleich als Kocher dient, übereinander und im Bereiche einer Wärmequelle angeord net sind.
In der beiliegenden Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform des Erfin dungsgegenstandes dargestellt. Es zeigt: Abb. 1 eine schematische Ansicht der Kälteerzeugungsanlage, zum Teil im Schnitt, Abb. 2 eine Einzelheit, der Anlage nach Abb. 1 und Abb.3 eine weitere Einzelheit in grösse rem Massstab.
Die gezeichnete Kälteerzeugungsanlage weist einen Kondensator 1, bestehend aus mit Kühlrippen besetzten Rohren, einen Verdampfer 2 und einen Absorber 3 auf. Zwischen Absorber 3 und Kondensator 1 ist eine Hebereinrichtung 4, welche hier zugleich die Arbeit eines Kochers über nimmt, also zugleich als Kocher dient, ein geschaltet. In einen Behälter 5 für die arme Lösung mündet an dessen oberem Ende eine vom Heber 4 kommende Leitung 6 aus, und anderseits führt eine Leitung 8 vom Behäl ter 5 zum Kondensator 1.
Die Leitung 8 ent hält eine mit Kühlrippen versehene Erwei terung 9 und in derselben einen Teil 1 0 von Becherform, der oben offen ist und als I'rall- körper sowie zur Vergrösserung der wärme abgebenden Oberfläche dient. Das Ganze bil det einen Wa.sserabscheider 9, 10, welcher die mitgerissene arme Lösung von dein dem Kondensator zuströmenden Gas trennt und "velcher zwischen Hebereinriehtung 4 und Kondensator 1 eingeschaltet ist. 10 ragt in das Innere des Wasserabseheiders 9, 10 hin ein.
Der Verdampfer 2 enthält Scheiben 1l mit aufgebogenem Rand und Durchbrechun- gen 12, welche ebenfalls mit einem nach oben ragenden Rand versehen sind. Ein. Rohr 13, das vom Kondensator 1 herkommt, endet in einem Bogenstück im obern Ende des Ver dampfers 2. Zwischen Verdampfer 2 und Ab sorber 3 ist ein Wärmeaustauseher TV, für das druclzausgleichende Gas und den Kälte mitteldampf angeordnet.
Dieser @Värmeaus- tauselier besteht aus drei konzentrisch inein- anderliegenden Rohren, nämlich dem inner sten Rohr 13, einem doppelwandigen Rohr 14, das mittels eines im obern Ende des Ver dampfers 2 endenden Rohres 15 mit dem Innenraum dieses letzteren und mittels eines Rohres 16 mit dem obern Ende des Absor bers 3 verbunden ist, sowie einem äussersten Rohr 17,
das einerends mit dem untern Ende des Verdampfers 2 und anderends mittels einer Leitung 18 mit dem untern Raum des Absorbers 3 in Verbindung steht. 17 ist mit dem Verdampfer direkt verschweisst. 13, 14 verlaufen auch an der Einführungsstelle von 17 in den Verdampfer innerhalb von 17, so dass getrennte, (licht zu verschliessende Einführungsstellen für die Rohre 13, 14 vermieden sind. Damit. sich im Rohr 14 bil dendes Kondensat;
ablaufen kann, ist in dem selben eine kleine Bohrung 19 vorgesehen.
Am Absorber 3 sind in üblicher Weise Kühlrippen 21 vorgesehen. Eine Rohrleitung 22 für nicht kondensierten Kälteinittel- dampf verbindet das Austrittsende des Kon- densators 1 mit dem Raum im Rohr 17 (Abb. 2). Ein rohrförmiger Einfüllstutzen 23 ist am untern Ende des Absorbers an geordnet.
Die Hebereinriclitung 4 besteht aus einem schraubenlinienförmig gewundenen Rohr, an welches sieh unterhalb dieser Windungen weitere Windungen 24 anschliessen. Diese Windungen 24 und das Rohrstück 4' von dein untern Ende der Windungen 24 zum Absorber 3 sind von einem Rohr 25 umgeben, das mit dem Rohr 4' innerhalb des Absor bers 3 endet. Das eine Ende des Rohres 25 steht: über die Leitung 7 mit dem Behälter 5 und das andere Ende mit einem Rohr 27 in leitender Verbindung, wobei das Rohr 27 oben im Absorber 3 ausmündet.
Die Teile 24, 25 bilden einen Wärmeaustauscher W_ für arme und reiche Lösung, der teilweise aus gewundenen Rohren besteht.
Innerhalb des von den Windungen der Rohre 4. 24 eimgeschlossenen Hohlraumes ist ein beiderends konisch verjüngter SVärme- übertragungskörper 28, der in seiner Längs richtung durchbohrt ist. verstellbar angeord net. Der zweekmässigerweise aus Metall be stehende Körper 28 trägt einen seitlichen Arin 29, welcher zwischen den Windungen des Hebers 4 durehragt und zur Verdrehung des Körpers 28 dient. Der Körper 28 über trägt die Wärme von der Wärmequelle auf die Teile<U>W.,</U> und 4.
Bei dieser Verdrehung des Körpers 28 läuft der Arm 29 längs der Windungen der Hebereinrichtung 4 und schraubt dadurch den Körper 28 hoch oder nach unten. Als Heizquelle dient ein elek- trischer Heizkörper, eine Gasflamme oder dergleichen, die in nicht dargestellter Weise feststehend in der Bohrung des Körpers 28 angeordnet ist. Das Rohr 25 ist dicht in die Wandung des Absorbers 3 eingeschweisst, so dass sich eine Schweissstelle für das innere Rohr 24 am Absorber 3 erübrigt.
Im Absorber 3 sind, wie im Verdamp fer 2, Teller 30 angeordnet mit Bohrungen 31, wobei Teller und Bohrungen von einem nach oben ragenden Rand umgeben sind.
Wie ersichtlich, tritt das Rohr 16 etwas unterhalb des obern Endes des Absorbers 3 in denselben ein.
Die Arbeitsweise der beschriebenen An lage ist die folgende: Der untere Teil des Absorbers 3 ist mit einem flüssigen Kältemittelträger, z. B. Wasser, für das Kältemittel, z. B. Ammo niak, gefüllt, und zwar ist dieses Wasser mit Ammoniak an dieser Stelle mindestens an nähernd gesättigt. Es ist also hier reiche Lösung vorhanden. Dieselbe Lösung füllt auch das Rohr mit der Hebereinrichtung 4. Im obern Teil des Absorbers befindet sich ein Gasdampfgemisch, enthaltend Ammo- niakdämpfe und ein inertes Gas, z. B.
Wasserstoff, Stickstoff, sauerstofffreie Luft <B>USW.</B>
Wird nun die Wärmequelle eingeschaltet, so überträgt der Körper 28 die Wärme auf die Hebereinrichtung 4 und die in derselben enthaltene reiche Lösung. Dadurch steigt diese Lösung im Rohr 6 hoch, wobei zufolge der erhöhten Temperatur der Ammoniak dampf ausgetrieben wird. Dieser Dampf ge langt durch das Rohr 8 in den Konden sator 1, nachdem eventuell mitgerissenes Wasser am Prallkörper 10, wo der Dampf sich abkühlt, abgeschieden wurde. Im Kon densator 1 kühlt sich das verdampfte Ammo niak weiter ab und wird dabei flüssig. In diesem Zustand gelangt das Ammoniak durch das Rohr 13 in den Verdampfer 2.
Hier tritt es durch den Rohrbogen 13 aus und tropft auf die erste Schale 11 und durch die Löcher 12 in dieser und den weiteren Schalen 11 von einer zur andern. Die durch das Ausbreiten. des flüssigen Ammoniaks be wirkte Oberflächenvergrösserung der Ver- dampfungsfläche beschleunigt die Verdamp fung des Ammoniaks, wobei der Verdamp fer 2 der Umgebung die erforderliche Ver- dampfungswärme entzieht und diese Um gebung dadurch abkühlt.
Das sich im obern Ende des Absorbers 3 ansammelnde inerte Gas strömt durch die Leitung 16 in .das Rohr 14 und durch das Rohr 15 in den Verdamp fer, wo es sich mit dem Ammoniakgas ver mischt. Das entstehende schwerere Gas gemisch tritt unten aus dem Verdampfer 2 aus und strömt durch das Rohr 17 und das Rohr 18 in den Absorber zurück, in den es über der Oberfläche des Lösungsmittels ein tritt. Während das inerte Gas wieder nach oben steigt, diffundiert das.
Ammoniak in die arme Lösung hinein, die vom Gefäss 5 her durch die Rohre 25 und 27 oben in den Ab sorber 3 eintritt. Die Schalen 30 vergrössern dabei die Oberfläche der armen Lösung im Absorber, und das Ammoniak kann daher besser in die durch die Öffnungen 31 von Schale zu Schale fliessende Lösung hinein diffundieren.
Damit kein stärkerer Wärme austausch zwischen der angereicherten Lö sung und den Gasen im Absorber stattfindet, ist eine Trennwand 20 vorgesehen, die einige kleinere Durchbrechungen aufweist für den Durchtritt der angereicherten Lösung in den untern Teil des Absorbers. Die dadurch ent stehende starke Ammoniaklösung fliesst nun wieder der Hebereinrichtung 4 zu, und der beschriebene Kreislauf beginnt von neuem.
Um nun die Wirtschaftlichkeit bei der beschriebenen Kälteerzeugungsanlage zu er höhen, sind einzelne Teile derselben so aus gebildet, dass der Wärmeaustausch und die Wärmeausnützung möglichst vorteilhaft wer den. Dadurch konnte erreicht werden, dass bei gleichzeitiger Kälteleistung die Heiz- leistung gegenüber bekannten Anlagen dieser Art um bis zu 50 % erniedrigt werden konnte. Die erste diesbezügliche Verbesserung wird dadurch bewirkt, dass die Hebereinrieli- tung 4 zugleich als Kocher dient.
Die erfor derliche Isolation des Hebers 4 und des @'Värmeausta.uschers 11'. für die arme und die reiche Lösung sowie der Rohre 8, 7 und des Gefässes 5 gegen Wärmeverluste ist sehr ein fach geworden, da. sieh diese Teile der An lage auf der gleichen Seite derselben befin den und da der gewundene Teil des @@'ärme- austauschers W2 sowie die Ile-bereinrieh- tung 4 übereinander im Bereiche der Wärme quelle angeordnet sind.
Dadurch, dass die Windungen 24 des Wärmeaustauschers 11T2 für die Lösungen sieh dicht unterhalb der Windungen der Hebereinrichtung 4 befin den, wird- die Abwärme des Wärmeaustau- sehers angenähert an die Stelle verlegt, an welcher die. reiche Lösung in der Heberein richtung 4 erwärmt .wird.
Der einstellbare Wärmeübertragungskörper 28 gestattet, die Übertragung der Wärme auf die Windungeli der Hebereinriehtung an solcher Stelle er folgen zu lassen, dass die günstigste Wirhung erzielt wird bei geringstem "#ÄTärmea.ufwand.
Die Ausbildung des Wärmea.ustauschers TV, und dessen Verbindung mit dem Ver dampfer ist so, da.ss die Anzahl der frei liegenden Schweissstellen mögliebst gering wird, indem einige der Schweissstellen in den Wärmeausta.useher hineinverlegt worden sind.
Die Entnahmestelle für das inerte. Gas am obern Ende des Absorbers erfolgt etwas unterhalb der Decke dieses letzteren, so dass die Gase schon etwas abgekühlt sind, wenn sie in das Rohr 16 gelangen. Die Entnahme stelle für die arme Lösung aus dem Rohr<B>25</B> liegt innerhalb des Absorbers, so dass auch diese Schweissstelle nicht für den vollen Druck der Anlage gegenüber der Umgebung dicht geschweisst werden muss. Endlich er folgt das Abschliessen der Anlage nach dein Einbringen der Gase und Flüssigkeiten durch Anbringen einer Quetschung im rohr- förmigen Einfüllstutzen 23 und dem Zu schweissen des freien Endes desselben.
Die Anordnung von Verdampfer und Hebereinriehtung 4 sowie der Wärmeaus- Zn <I>TV"</I> W.. auf derselben Seite der An lage ermöglicht die Anordnung von verhält nismässig grossen Kühlrippen 21 an dem auf der andern Seite der Anlage liegenden Ab sorber.
Um die Kälteleistung regeln zii können, z. B. für Sommer- und Winterbetrieb, können zwei oder mehr Wärmequellen vorgesehen sein, wobei alle Teile der Anlage bis auf Verdampfer und Absorber doppelt bezw. mehrfach vorhanden sind.
Absorption refrigeration system with pressure-equalizing gas, in which the circulation of the refrigerant is achieved by a thermosiphon effect. The present invention relates to an absorption refrigeration system with pressure equalizing gas. in which the circulation of the refrigerant is achieved by thermosiphon action, a heat exchanger being provided for the pressure-equalizing gas and the refrigerant and one for the poor and rich solution.
In refrigeration systems of this type, the design and arrangement of the individual system parts such as cookers, water separators, condensers, evaporators, absorbers and heat exchangers are of particular importance for the proper and reliable operation of the system, because the proper circulation of the refrigerant carrier and of the refrigerant, as well as a minimum heat consumption corresponding to the generation of the optimal amount of refrigeration, are largely dependent on these points.
It is now common practice to equip these systems with a cooker which is also equipped with a heating coil through which the liquid is circulated. Such absorption refrigeration systems are known to be somewhat inferior in terms of their economic efficiency compared to systems with Kompres sor. The present invention makes it possible to increase this economy.
The invention consists in that at least part of the heat exchanger for poor and rich solution and the siphoning device that flows through the solution, which also serves as a digester, above each other and in the area, is closed to this heat exchanger, from the rich, the vaporous refrigerant to be expelled a heat source are angeord net.
In the accompanying drawing, an example embodiment of the subject invention is shown. It shows: Fig. 1 a schematic view of the refrigeration system, partly in section, Fig. 2 a detail, the system according to Fig. 1 and Fig. 3 a further detail on a larger scale.
The refrigeration system shown has a condenser 1 consisting of tubes fitted with cooling fins, an evaporator 2 and an absorber 3. Between the absorber 3 and the condenser 1 is a lifting device 4, which here at the same time takes over the work of a cooker, so also serves as a cooker, switched on. A line 6 coming from the lifter 4 opens into a container 5 for the poor solution at its upper end, and on the other hand a line 8 leads from the Behäl ter 5 to the condenser 1.
The line 8 ent holds a widening 9 provided with cooling fins and in the same a part 10 of cup shape, which is open at the top and serves as a baffle and to enlarge the heat-emitting surface. The whole forms a water separator 9, 10, which separates the poor solution that has been entrained from the gas flowing into the condenser and is connected between the siphon device 4 and condenser 1. 10 protrudes into the interior of the water separator 9, 10.
The evaporator 2 contains disks 11 with a bent-up edge and openings 12, which are also provided with an upwardly protruding edge. One. Tube 13, which comes from the condenser 1, ends in a bend in the upper end of the Ver evaporator 2. Between evaporator 2 and from sorber 3 is a heat exchanger TV, arranged for the pressure equalizing gas and the refrigerant vapor.
This @ Värmeausausauselier consists of three concentric tubes, namely the innermost tube 13, a double-walled tube 14, which by means of a tube 15 ending in the upper end of the evaporator 2 with the interior of the latter and by means of a tube 16 with the upper end of the absorber 3 is connected, as well as an outermost tube 17,
which is connected at one end to the lower end of the evaporator 2 and at the other end by means of a line 18 to the lower space of the absorber 3. 17 is welded directly to the evaporator. 13, 14 also run at the point of introduction from 17 into the evaporator within 17, so that separate introduction points for the tubes 13, 14 that have to be closed off are avoided. So that condensate forms in tube 14;
can run, a small bore 19 is provided in the same.
Cooling fins 21 are provided on the absorber 3 in the usual manner. A pipe 22 for uncondensed refrigerant vapor connects the outlet end of the condenser 1 with the space in the pipe 17 (Fig. 2). A tubular filler neck 23 is arranged at the lower end of the absorber.
The lifting device 4 consists of a helically wound tube to which further turns 24 are connected below these turns. These turns 24 and the pipe section 4 'from your lower end of the turns 24 to the absorber 3 are surrounded by a tube 25 which ends with the tube 4' within the absorber 3. One end of the pipe 25 is in conductive connection via the line 7 with the container 5 and the other end with a pipe 27, the pipe 27 opening out in the absorber 3 at the top.
The parts 24, 25 form a heat exchanger W_ for poor and rich solution, which partially consists of coiled pipes.
Inside the cavity enclosed by the windings of the tubes 4, 24 there is a conically tapered S heat transfer body 28 which is drilled through in its longitudinal direction. adjustable. The two-way body 28 be made of metal carries a lateral Arin 29 which protrudes between the turns of the lifter 4 and is used to rotate the body 28. The body 28 transfers the heat from the heat source to the parts <U> W., </U> and 4.
During this rotation of the body 28, the arm 29 runs along the turns of the lifting device 4 and thereby screws the body 28 up or down. An electrical heating element, a gas flame or the like, which is arranged in a fixed manner in the bore of the body 28 in a manner not shown, serves as the heating source. The tube 25 is welded tightly into the wall of the absorber 3, so that a weld point for the inner tube 24 on the absorber 3 is unnecessary.
In the absorber 3, as in the evaporator fer 2, plates 30 are arranged with bores 31, the plate and bores being surrounded by an upwardly protruding edge.
As can be seen, the tube 16 enters the absorber 3 somewhat below the upper end thereof.
The operation of the system described is the following: The lower part of the absorber 3 is with a liquid refrigerant carrier, for. B. water, for the refrigerant, e.g. B. Ammo nia, filled, and this water is at least approximately saturated with ammonia at this point. So there is a rich solution here. The same solution also fills the pipe with the lifting device 4. In the upper part of the absorber there is a gas vapor mixture containing ammonia vapors and an inert gas, e.g. B.
Hydrogen, nitrogen, oxygen-free air <B> ETC. </B>
If the heat source is now switched on, the body 28 transfers the heat to the lifting device 4 and the rich solution contained therein. As a result, this solution rises up in the pipe 6, the ammonia vapor being expelled as a result of the increased temperature. This steam ge reaches through the pipe 8 in the condenser 1, after possibly entrained water on the impact body 10, where the steam cools down, was deposited. In the condenser 1, the evaporated ammonia cools down further and becomes liquid. In this state, the ammonia passes through the pipe 13 into the evaporator 2.
Here it exits through the pipe bend 13 and drips onto the first shell 11 and through the holes 12 in this and the other shells 11 from one to the other. The one by spreading. The increase in the surface area of the evaporation surface caused by the liquid ammonia accelerates the evaporation of the ammonia, the evaporator 2 extracting the required heat of evaporation from the environment and thereby cooling the environment.
The accumulating in the upper end of the absorber 3 inert gas flows through line 16 in .das pipe 14 and through pipe 15 in the evaporator where it mixes ver with the ammonia gas. The resulting heavier gas mixture exits the bottom of the evaporator 2 and flows through the tube 17 and the tube 18 back into the absorber, in which it occurs above the surface of the solvent. As the inert gas rises again, it diffuses.
Ammonia into the poor solution, which enters the sorber 3 from the vessel 5 through the tubes 25 and 27 above. The shells 30 increase the surface area of the poor solution in the absorber, and the ammonia can therefore better diffuse into the solution flowing through the openings 31 from shell to shell.
So that no stronger heat exchange takes place between the enriched solution and the gases in the absorber, a partition 20 is provided which has some smaller openings for the passage of the enriched solution into the lower part of the absorber. The resulting strong ammonia solution now flows back to the lifting device 4, and the cycle described begins anew.
In order to increase the efficiency of the refrigeration system described, individual parts of the same are formed so that the heat exchange and the heat utilization are as advantageous as possible. This made it possible to achieve a situation in which the heating output could be reduced by up to 50% compared to known systems of this type with simultaneous cooling output. The first improvement in this regard is brought about by the fact that the lifting device 4 also serves as a digester.
The required insulation of the lifter 4 and the @ 'Värmeausta.uschers 11'. for the poor and the rich solution as well as the tubes 8, 7 and the vessel 5 against heat loss has become very simple because. see these parts of the system are on the same side of the same, and because the winding part of the arm exchanger W2 and the Ile installation 4 are arranged one above the other in the region of the heat source.
Because the windings 24 of the heat exchanger 11T2 for the solutions are located just below the windings of the lifting device 4, the waste heat from the heat exchanger is moved approximately to the point at which the. rich solution in the lifting device 4 warmed .wird.
The adjustable heat transfer body 28 allows the transfer of heat to the Windungeli of the lifting device to follow at such a point that the most favorable effect is achieved with the least amount of heat.
The design of the heat exchanger TV and its connection with the evaporator is such that the number of exposed welding points is as small as possible by relocating some of the welding points into the heat exchanger.
The extraction point for the inert. Gas at the upper end of the absorber takes place a little below the ceiling of the latter, so that the gases have already cooled down somewhat when they get into the pipe 16. The extraction point for the poor solution from the pipe <B> 25 </B> lies within the absorber, so that this welding point does not have to be welded tightly to the environment for the full pressure of the system. Finally, after the gases and liquids have been introduced, the system is closed by applying a pinch seal in the tubular filler neck 23 and welding the free end thereof.
The arrangement of evaporator and lifting device 4 as well as the heat dissipation Zn <I> TV "</I> W .. on the same side of the system enables the arrangement of relatively large cooling fins 21 on the absorber located on the other side of the system .
To regulate the cooling capacity zii can, for. B. for summer and winter operation, two or more heat sources can be provided, with all parts of the system up to the evaporator and absorber double BEZW. are present several times.