DE2145794A1

DE2145794A1 - Ammoniakkuhlsystem mit offenem Kreislauf und katalytischem Ammoniakbrenner

Info

Publication number: DE2145794A1
Application number: DE19712145794
Authority: DE
Inventors: Harry C Royal Oak Fischer, Md (V St A) F25b 49 00
Original assignee: Allied Chemical Corp
Current assignee: Allied Corp
Priority date: 1970-09-25
Filing date: 1971-09-14
Publication date: 1972-03-30
Also published as: GB1360782A; GB1360781A; CA941630A; SE7407028L; NL7112858A; US3685310A; AU463466B2; FR2107569A5; AU3298371A; SE7110758L; BE772577A

Description

Hans-Heinridi Willrath Dr. Dieter Weber

PATENTANWÄLTE

TdetnwudKMt: WILLPATENT FoMKkRk: Fnakftnt/Mai> «7 ex Buk: Dn*dMr IUk AG., Wicsbadca Koato Nr.

D - 62 WIESBADEN PortfaA 1327

13. Sep.

I/Go Flit 6V00-719

2U5794

Allied Chenical Corporation, Morris town /Hew -Jersey (USA)

Ammoniakktihlsystem mit offenem Kreislauf und katalytischem

Ammoniakbrenner

Priorität» vom 25.September 1970 in USA, Ser. >To. 75 646

Das im T rana it verkehr heuti'gentaga am meisten verwendete Kühlsystem ist das übliche, geechlossene Kreielaufeyatem mit einem Kompreoor. Ua hat jedoch mehrere Nachteile, darunter hohe Herstellunga- und Betriebskosten, die eich aus der erforderlichen Unterhaltung und dem Bedarf einer äußeren Kraftquelle ftlr den Kompreeaorantrieb ergeben. Um diese Fachteile zu beheben, wurden Versuche zur Entwicklung besserer Iranait-KUhleysteme entwiofcelt. Bei vielen dieser

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Versuche wurden offene Kreislaufsysteme, d. h. eolohe verwendet, bei denen das Kühlmittel verbraucht atatt rezykliert wird. Ein solcher Versuch unter Verwendung von Ammoniak in einem offenen Kreislaufsystem ist in den USA-Patentschriften 2 504 689 und 2 533 5*3 feeschrieben. In diesen Systemen wird Ammoniak, nachdem es ala Kühlmittel gedient hat, in Wasser absorbiert. Ein Hauptmangel dieses Systems besteht darin, daß es sperrige Absorbertanks* erfordert, aus denen periodisch wässriges Ammoniak abgelas-•en werden mufl, um es durch frisches Wasser zu ersetzen. Auch bittet die Beseitigung dee abgelassenen Ammoniaks, ' das «ine Verunreinigung sein kann, ein erhebliches Problem.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein kompaktes, leistungsfähiges und wirtschaftliches Kühlsystem, insbesondere für Transit-Verkehr, zu entwickeln.

Das Kühlsystem nach der Erfindung besitzt eine Kühlanlage mit offenem Ammoniakkreielauf in Kombination mit Einrichtungen zur Verbrennung de« verbrauchten, d.h. verdampften, Ammoniakkühlaittels. Die Verbrennungeprodukte, die keine wesentlichen Mengen an störenden Substanzen enthalten, werden in die Atmosphäre entlaeeen. Durch Beseitigung des verbrauchten Ammoniaks in dieser Weise ist die Erfindung frei von den Nachteilen, die mit den rorbekannten Kühlaystemen mit offenem Ammoniakkreielauf ver~

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bunden sind, welche sperrige Absorberbehälter haben und periodisch abgelassen und wieder gefüllt werden müssen. Auch ist durch die Erfindung das Problem der Beseitigung des aus den Absorbertankß abgezogenen,wässrigen Ammoniaks ausgeschaltet.

Die Kühlanlage dee Systems besitzt einen Verdampfer, worin flüssiges Ammoniak durch Absorbtionswärme aus d«r Umgebung des Verdampfers, d. h. aus dem zu kühlenden Abteil, verdampft wird. Dem Verdampfer wird flüssiges Ammoniak durch eine Leitung von einem Vorratsbehälter zugeleitet, der normalerweise unter autogenem Druck steht. Das verdampfte Ammoniak wird aus dem Verdampfer durch eine Leitung zu einer Verbrennungeeinrichtung befördert. Die Kühleinrichtung besitzt auch einen Regler für den Ammoniakdurchflufl durch das System, um die Temperatur des zu kühlenden Abteils zu kontrollieren.

Das verdampfte Ammoniak kann unmittelbar in Luft verbrannt werden. Aus verschiedenen Gründen ist es jedooh schwierig, es unmittelbar in Luft zu verbrennen. Erstens erfordert es eine sehr hohe Zündtemperatur von 850° 0 (1562° F), zweitens hat es ein· langsam· Flammenfortpflanzungsgeschwindigkeit, so daß man eine niedrige Flielrate aufrecht erhalten aufl, um ein Verlosohen der Flamme zu verhindern. Um eine direkte Verbrennung von Ammoniak in Luft zu zünden und aufrecht zu erhalten, ist normalerweise

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eine Hilfsflamme erforderlich. Wenn eine Hilfsflamme ohne weiteres zur Verfügung steht, z. B. in einem benachbarten Ofen oder unter einem Kessel,, kann das Ammoniak bequem auf diese Weise verbrannt werden. Gewöhnlich ist jedoch eine Hilfsflamme nicht zur Verfügung, insbesondere in Traneportfahrseugen.

Die Entflammbarkeit von Ammoniak kann durch Zusatz W eines leichter entflammbaren Gases, wie Methan, Acetylen, Propan oder sonstigem Erdölgas, verbessert werden. Bin Vorteil dieses Mittels für die Verbrennung des verdampften Ammoniaks feesteht darin, daß es die Benutzung üblicher Gasbrenner gestattet. Ein Hauptnachteil dieses Mittels ist jedoch, daß es den Aufwand eines leichter entflammbaren Gases erfordert.

Das wirksamste Gas für den Zusatz zu Ammoniak zwecks

_k Verbesserung seiner Entflammbarkeit ist Wasserstoff, der

durch katalytisch^ Dissoziation von Ammoniak erzeugt werden kann. Ammoniak zerfällt in Stickstoff und Wasserstoff in Gegenwart bekannter Katalysatoren bei Temperaturen von mindestens etwa 480° C (etwa 900° P). Vollständiger Zerfall ist nicht erforderlich, weil Ammoniak, daa nur etwa ? Gewichts-^ Wasserstoff enthält, genügend entflammbar ist, um ohne unterstützung in Luft au brennen. Durch Ausnutzung der Verbrennungswärme zur Haltung d«s Katalysators auf Betriebstemperatur kann das verdampfte Ammoniak l«icht

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in einer Anlage verbrannt werden, die aich selbst in Betrieb hält.

Daher besteht eine bevorzugte Einrichtung zur Verbrennung des verdampften Ammoniaks in einem Ammoniakspaltungsbrenner, der in einem isolierten Gehäuse eine Leitung mit einem Amrrioniakzerfallskatalysator enthält, dessen Ende in eine Auetrittsoffnung ausmündet* die Verbrennung dee teilweise dissoziierten Ammoniaks erfolgt derart, da8 die Verbrennungewärme den Katalysator auf einer Temperatur hält, bei der Ammoniak in Gegenwart des Katalysators dissoziiert wird*

Weitere Einrichtungen zur Verbrennung des verdampften Ammoniak« bestehen in Maschintη rait innerer Verbrennung, die entweder mit teilweise diseoziiertem oder mit undissoziiertem Ammoniak als Brennstoff arbeiten* Ein Hauptvorteil solcher Einrichtungen ist, daS die Maschinen eine Kraftquelle zur Auenutzung in dem Kühlsystem, z. B. für die Luftumwälzung in dem gekühlten Abteil oder für sonstige Zwecke, liefern.

Eine Torteilhafte Aueführungeform der Erfindung ist in der Zeiohnung dargestellt.

Pig. 1 iet eine isometrische Ansieht einer Ausführungβίο rm de· Kühleyeteme naeh der Erfindung auf einen Motorlaetwagen, wobei ein Teil aufgeschnitten iet,

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Pig. 2 iat eine Schema-Ansicht für die Aueführungsform der Erfindung nach Pig. 1,

Pig. 3 zeigt in achematiacher Darstellung eine andere Auaführungaform dea Kühlsystems nach, der Erfindung,

Pig. 4 iat eine achematiache Darstellung des Ammoniakapaltbrennera.

Bei der bevorzugten Ausführungsform ist gemäß Pig. .das Kühlsystem auf einem Lastwagen installiert. Ein Tank zur Aufbewahrung flüssigen, wasserfreien Ammoniaks als Kühlmittel ist an der Unterseite des Lastwagens befestigt. Das flüssige Ammoniak fließt vom Tank 10 durch ein· Leitung 11 zu einem Ansaugtank 12. Aue diesem fließt das flüssige Ammoniak durch Leitung 1? zu einem Verdampfer 14, worin das Ammoniak in Dampf übergeht, während es aus dem Inneren des Ladeabteile des Lastwagens Wärm· aufnimmt. Das verdampfte Ammoniak verläßt den Verdampfer H durch Leitung 15 und kehrt zum Ansaugtank 12 zurück. Ammoniakdampf fließt vom Ansaugtank durch ein Leitungsnetz 16 und ein thermostatiaches Drosselventil 17 zu einem Ammoniakspalter-Verbr.enner 18, worin der Ammoniakdampf teilweise dissoziiert und verbrennt. Die Verbrennungsprodukt· werden in die Atmosphäre entlassen.

Fig. 2 zeigt das Kühlsystem n*oh Fig. 1 tcfeeaatlaeh im einzelnen. Der Speichert·»* 10 für fltieeige· Aemoniek

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ist mit einem Füllstutzen 19 ausgerüstet. Ein Plüseigkeiteepiegelanzeiger 20 zeigt die ?Tenge flüssigen Ammoniaks im !Tank an. Der Tank 10 ist so gebaut, daß er den darin bei Umgebungstemperaturen autogen entwickelten Drücken standhält. Bei-einer Außentemperatur von beispielsweise 38 C (100° P) würde der Druck im !Dank 10 etwa 13,85 kg/cm² (etwa 198 paig) und bei etwa -18° C (0° P) würde der Druck etwa 1,10 kg/cm" (etwa 15,7 psig) betragen. Ea entwickelt sich ein auereichender Druck, um das flüssige Ammoniak zum Ansaugtank 12 fließen zu lassen. Vor Eintritt in diesen geht das flüssige Ammoniak durch einen Wärmeaustauscher 21, worin ea durch den den Ansaugtank 12 verlassenden Ammoniakdampf gekühlt wird.

Der Spiegel des flüssigen Ammoniaks im Ansaugtank wird durch ein Schwimmerventil 22 auf der tief liegenden Seite geregelt. Statt eines Schwimmerventils 2? kann auch ein nicht dargestelltes Solenoidventil verwendet werden, da« durch einen nicht dargestellten Schwimmerschalter betätigt wird. Ein zweckmäßiger Schwimmerschalter, wie *r benutzt werden kann, besteht aus einem inneren Schwimmer, der magnetisch auf einen außen liegenden Schalter einwirkt.

Das flüssige Ammoniak flißt durch Schwerkraft vom Aneaugtank 12 durch Leitung 13 zum Verdampfer 14» der au« durch Walstn verbundenen Platten mit inneren KanBltn besteht, duroh dl« dai Ammoniak flieit. Solche Plattender-

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dämpfer sind leicht und billig erhältlich und mit Vorteil in Kühlsystemen zu benutzen, die auf kleineren Transportfahrzeugen, z. "B. Ortsaus teilwagen, installiert werden. Die Platten sind an den Wänden des Wagens derart montiert, daß eine Luftkonvektion um die Platten eintreten kann. Aua der umlaufenden Luft wird Wärme vom Ammoniak abeorbiert, das aus dem flüssigen in den Saszustand innerhalb des Verdampfera übergeht. Das verdampfte Ammoniak kehrt zum'Ansaugtank 12 durch das Leitungsnetz 15 zurück. Der Ansaugtank 12 gestattet die Abtrennung etwa mitgerissener Flüssigkeit von dem zurückkehrenden Dampf.

Der Ammoniakdruok im Verdampfer 14 wird durch ein thermostatisches Drosselventil 17 geregelt, das auf die Temperatur im Lastwagen entsprechend einem Sastkolben 23 einwirkt. Das thermostatisch^ Drosselventil 17 sorgt für ein veränderliches Ansprechen auf die Kühlungaanforderungen an das Syatem. Beispieleweise wird ein auf 0° C (32⁰P) eingeetelltes thermoatatisches Drosselventil den Ammoniakdruck ao einatellen, dafl im Laatwagen eine- Temperatur von 0° C aufrecht erhalten wird. Wenn die Laatwagentüren geöffnet werden, beaufschlagt die einströmende warme Luft den Tastkolben 23 und bewegt die öffnung dee thermoatatischen Drosselventil· 17, ao daß mehr Ammoniak flielt, waa zu einer Temperaturerniedrigung im Verdampfer 14 führt. Wenn die Türen wieder geachloaaen werden,aefiLieSt daa thermoatatisehe Droaaelventil 17 allmählich, wenn die Tempera-

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tür im Wagen auf 0° C fällt. Bei schließendem Ventil steigt der Druck dee Ammoniakdampfes und liebt die Temperatur im Verdampfer 14 an. Da der Siedepunkt des Ammoniaks bei Luftdruck etwa -33° G (-2S⁰ P) beträgt, kann das Drosselventil 17 umgangen werden, wenn man die tiefstnögliche Temperatur aufrecht erhalten will, s. B. wenn die Ladung .im Abteil aus gefrorenen Lebensmitteln besteht. Das Nebensehlußventil 24 gestattet Arrjnoniakdampf, das Drosselventil 17 umgehen zu lassen.

Ein Hauptvorteil des Kühlsystems nach der Erfindung besteht darin, daß es ein veränderliches Ansprechen auf den Ktihlbedarf gestattet. Übliche geschlossen· Kreislaufsysteme nit einem Kompressor sind hierzu nicht in der Lage, weil sie entweder mit voller Leistung bei laufendem Kompressor oder ohne Leistung bei stillstehendem Kompressor arbeiten. Infolgedessen liefern solche Systeme keine befliedigende Kühlung für verderbliche Produkte, die auf der tiefstmöglichen Temperatur gehalten werden sollen, ohne daß sie gefrieren können. Die durch solche Systeme gelieferte Kühlung ist unbefriedigend, weil die Temperatur der Kühlschlangen dee Verdampfers weit unter den Gefrierpunkt sinkt und gewöhnlich, di· am nächsten zu den Kühlschlangen gelagert· Ware zum Gefrieren bringt. Das Kühlsystem nach· der Erfindung liefert dagegen ein unmittelbar τβrandβrlieheβ

Ansprechen, statt sich nur ein- und auszuschalten, so daß

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den Kühlerfordernissen genau entsprochen wird, ohne daß eine eingestellte Temperatur unterschritten wird.

Fach "Durchströmen oder Umgehung des thermostat!— so*ien "Drosselventils 17 fließt der A~;moniakdampf weiter durch das Leitungsnetz 16 zu einem Ammoniakspalter-Brenner 18. Der Ammoniak tritt in diesen durch einen Verteilerkopf 25 ein, wo der Dampf auf mehrere Leitungen 26\ d. h. Eatalysatorrohre, verteilt wird, die einen Katalysator ζητ teilweisen Zersetzung des Ammoniakdampfea enthalten. Katalysatoren für die Ammoniakspaltung sind in der Technik bekannt. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und Bequemlichkeit wird Eisen einschließlich aktiviertem Eisen,

dae mit Al?⁰^ ^o4er sonstigen Metalloxiden, wie A„0_f

^O., TigO und GaO gefördert ist, bevorzugt. Ammoniak zerfällt in Gegenwart von Eisenkatalysator bei Temperaturen oberhalb etwa 480° C (900° i¹), wobei ein Temperaturbereich von etwa 650 bis 930° 0 (etwa 1200 Ma 1700° F) bevorzugt ist.

Ein teilweise dissoziiert·« Ammoniak tritt au· jedem Rohr 26 durch öffnungen 28 aus, die «ich an den Rohrenden befinden. Nach Verlassen der Rohre 26 wird da· teilweise zerfallene Ammoniak in Gegenwart von Luft verbrannt, so daß die Verbrennungewärme den Katalysator 27 auf einer Temperatur halt, bei der Ammoniak in Gegenwart des Katalysators zersetzt wird. Wie au· Pig. 2 entchtlich, kann

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dies dadurch, erreicht werden, daß man die Hohre 26 vertikal anordnet, so daß die Verbrennung zunächst am Boden jedes Rohrea 26 einsetzt und die heißen Verbrennungsgasβ im Wärmeaustausch mit den Rohren 26 emporsteigen. Um ausreichende Verbrennungswärme für die Haltung des Katalysators 27 auf Betriebstemperatur zu konservieren, sind die Bohre 26 in einem isolierten Gehäuse 29 enthalten, das eine Verbrennungskammer umgrenzt. Das isolierte Gehäuse 29 enthält Löcher 30 zur Vermischung von Luft mit dem austretenden, teilweise zersetzten Ammoniak in annähernd stöchiometrischem Verhältnis. Die Verbrennungsgase werden duroh dan isolierte Gehäuse zu einem Nach-Verbrennungeabechnitt 31 des Spalter-Brenners 18 geleitet. Wenn die Verbrennungsgase durch öffnungen 32 an der Oberseite des Uach-Verbrennerabschnittes 21 ausgetragen werden, sind sie mit der durch kalibrierte öffnungen 33 eingesaugten Luft verdünnt und gekühlt. Durch Konstruktion des Gehäuses ?9 und des ITach-Verbrennerabschnittes 21,in T-Form in Fig. 1 und ?. gezeigt, kann das Kühlsystem derart installiert werden, daß kein Teil über die Höhe des Lastwagens hinausreicht.

Nach dem Anlassen muß die Temperatur des Katalysators 27 so weit erhöht werden, daß Zerfall des Ammoniakdampfes eintritt. Wenn man Eisen als Katalysator verwendet, wird es vorzugsweise auf eine Temperatur von mindestens etwa 540° C (etwa 1000° F) angehoben. Der Katalysator kann mittels elektrischer Heizkörper 34, die in den

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Katalysator 26 eingebettet sind, auf diese Temperatur angehoben werden. Die Elemente 34 werden erhitzt, indem man einfach den elektrischen Stöpsel 35 in eine geeignete Zuleitung einsteckt, wenn der Lastwagen steht. Foch einfacher kann die Temperatur des Katalysators auf die gewünschte Höhe angehoben werden, indem man die Flamme einer tragbaren Fackel ge^en die den Katalysator enthaltenden Rohre richtet.

nachdem der Eatalysa-tor ?7 auf Temperatur gebracht worden ist, läßt-nan Ammoniakdampf durch die Rohre 26 mit dem Katalysator 27 fließen. Gewünsohtenfalls kann der während des Anlassens verwendete Anmoniakdampf unmittelbar aus dem "Vorratstank 10 verwendet werden. In diesem Fall läßt man den Dampf durch Leitung 36 zum Spalter-Verbrenner 18 strömen. Beim Kontakt mit dem Katalysator ?7 wird der Ammoniakdampf teilweise in Stickstoff und Wasserstoff gespalten. Ein ausreichender Zerfall zur Erzeugung von mindestens 2 Gewichte-^ Wasserstoff ist erforderlich, um eine befriedigend« Verbrennung hervorzurufen. Wenn das teilweise zersetzte Ammoniak durch die Löcher 28 austritt, entzündet es sich durch kontinuierliche Zündung, die durch eine Zündeinrichtung 37 erzeugt wird. Die Zündung ist nur während des Anlassern erforderlich. Statt einen Funken zu ericugen, könnte die Zündeinrichtung 37 auch einfach einen Draht auf die Zündtemperatur, des teilweise zersetzten Ammoniaks erhitzen. Eine -^aokel flamme kann ebenfalls zur Startung des "Brenners benutzt werden.

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?Tach dem Anlassen .unterhält aich der Spalter-Verbrenner 18 selbst. Wenn er'eich i« selbsthaltenden Betrieb befindet, liegt die günstigste Temperatur des Katalysators und des teilweise zersetzten Ammoniaks beim Austritt aus den Rohren 26 ungefähr bei 650 bis 930° C (etwa 1200 bis 1700 P). Die günstigste Temperatur innerhalb dea Spalter-.Verbrenners 18 an den Wänden der Verbrennungskammer litgt bei etwa 820 bis 1040° C (etwa 1500 bie 1900° P).

Bin Betrieb de« Spalter-Brenners 18 mit stetigem AmmoniakfluS würde ideal sein, aber in der Praxis schwankt die Fließrate erheblich, da sie den Ktthlbedtirfnisaen innerhalb dee Systeme entspricht. Der Ammoniakzersetzer 18 muß also in der Lage eein, das gesamte Ammoniak zu verbrennen, das ihm unter höchsten wie unter geringsten Strömungsbedingungen augeliefert wirdj d. h. der Spalter-Brenner 18 muß in der Lage eein, alles Ammoniak, das mit der Höohsträte fließt, im wesentlichen vollständig zu verbrennen, und dooh darf die Verbrennung nicht aufhören, wenn Ammoniak mit der Mindeetrate verbraucht wird.

Falls der Ammoniakfluf durch das Kühleyitem unter die Mindeetmenge fällt, die zur Unterhaltung der Flamme in dem Spalter-Brenner 18 erforderlieh iet, kann ausreichend Ammoniak für die Haltung der Flamme unmittelbar aus dem Vorratsbehälter 10 zugebracht werden, indem man ein Druekregelventil 38 in die Leitung 36 einschaltet. Bei Blnetel-

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lung dee Ventils 38 auf "offen" und Einhaltung »ines Mindestdruckee in der leitung 16, die den Anaaugtank 1 2 mit dem Spalter-Bretnner 18 verbindet, wird das Ventil 38 sich öffnen,um. den notwendigen Mindestdruck zur Aufrechterhaltung der flamme einzuhalten, wenn der "Druck unter, die Höhe fällt, die der zur Unterhaltung der Flamme notwendigen Mindestfließrate entspricht.

Wenn unter Bedingungen der FlußhÖchsträte iaa gesamte Ammoniak durch die Rohre 26 mit dem Katalysator 27 f liessen gelassen wird, könnte die Folge sein, daß der Katalysator 27 durch den eintretenden Dampf auf einen Punkt abgekühlt wird, daß die erzeugte Waeseratoffmenge nicht mehr zur Unterhaltung der Verbrennung ausreicht. Un diese Situation auszuschalten, wird Ammoniaküberschuß gegenüber der zur Aufrechterhaltung des Spalter-Brenners 1B auf günstigsten Arbeitstemperaturen erforderlichen Menge unmittelbar " " in den Spalter-Brenner ohne Kontakt mit dem Katalysator 27 eingeführt. Ein Nebenschlußventil 39 zweigt dae überschüssige Ammoniak aua den Rohren 26 mit dem Katalysator 27 zu einer Leitung 40 ab, die unmittelbar zur Verbrennungskammer führt. Das ^ebenschlußventil ^9 öffnet bei dem Druck, der einer Fließrate entspricht, bei der Ammoniak irr. Überschuß über di· zur Aufrechterhaltung der günstigsten Arbeitstemperatur des Katalysators 27 erforderlichen Menge fließt. Da unter günstigsten Bedingungen die Temperatur innerhalb der Verbrennungekamiutr oberhalb der Zündtemperatur von un-

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gespaltenen A^nonlak liegt, verbrennt der Ammoniaküberschuß ohne Schwierigkeit mit den teilweise geapaltenen Ammoniak.

TJm einen stetigen, gleichförmigen Ammoniakfluß zu den Eatalysatorrohren 26 aufrecht zu erhalten, ist ein Gasregelventil 41 in die Leitnng 16 eingeschaltet. Das Regelventil A1 begrenzt den Ammoniakdampffluß auf die Menge, die zur Haltung des Spalt er-"Brenn er s 18 auf günstigsten Betriebstemperaturen erforderlich 1st. Wenn beispielsweise diese Menge einem Druck von etwa 13 cm (etwa 5 Zoll) Wassersäule entspricht, wie dies für ein Lastwagenktihlsystem typisch ist, würde das Nebenschlußventil 39 so eingestellt werden, daß es bei etwa 25 cm (etwa 10 Zoll) Wässtrsäul· öffnet, und das (Jasregelventil 41 würde so eingestellt, daß es den Druck auf der Abstromseite auf etwa 13 cm (5 Zoll) Wassersäule begrenzt.

Wenn der Lastwagen warm ist, könnte während des Anlassens die Erzeugung von Ammoniakdampf im Verdampfer 14 die Leistung des Spalter-Brenners 18 überschreiten, um Ammoniak zu beseitigen, ohne daß Flammen auf der Außenseite sichtbar sind. Diese Situation kann dadurch ausgeschaltet werden, daß man einem Abschnitt der Leitung 11 die Tonn eines Kapillarrohres 42 gibt, das den Strom des flüssigen Ammoniaks auf die Rat· begrenzt, bei der der Spalter-Brenner 18 beauem den von der Flüssigkeit erzeugten Dampf bewältigen kann. Ein Kapillarrohr von ,etwa 3,18 mm (1/ß Zoll)

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äußeren Durchmesser und 1,07 mm (0,04? Zoll) liehter Weite und einer Länge von etwa 91 cm (3 Fuß) wird für ein übliches Lastwageriktihleystem vorgeschlagen,■aber die Bemessung dea Rohres kann natürlich entsprechend der Leistung des jeweils verwendeten Spalter-Brenners- zweckmäßig eingestellt we rίen.

Das handeleübliche, wasserfreie Ammoniak kann eine geringe Menge Wasser und Öl enthalten. Die ölmenge überschreitet selten 30 ppm, aber je nach der Herkunft kann der Wassergehalt von 0,2 bis zu mehreren $ schwanken. Dieses Wasser und öl sammeln sich bei der Ammoniakverdampfung ala Rückstand im Verdampfer 14. Wenn man ihn sich ansammeln läßt, würden Wasser und öl schließlich den Betrieb des Kühl systems beeinträchtigen. Um diee zu verhindern, werden Wasser nnd Öl kontinuierlich durch Leitung 43 zur Falle 44 abgezweigt, die nahe dem Ammoniakvorratetank 10 liegt, wo sie bequem durch Ventil 45 sun Boden der Falle abgezogen werden können. Die Bntlüftungsleitung 46 führt Ammoniakdampf von der Falle zu einem Anschluß an die Leitung 16 aufstromeeltig vom Drosselventil 17. Der Waaeerfluß durch die Leitung 43 kam ferner auf eine geeignete Fließrate,entsprechend etwa der Anaammlungsrat« dee Wassers, dadurch begrenzt werden, daß man ein Kapillarrohr als Leitung 43 benutzt. Die Animoniakmenge, die durch Leitung 43 verloren geht, iet zu vernachläaaigen.

In gewissen Fällen kann es wirtschaftlloher sein,

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das verdampfte Ammoniak zurückzugewinnen, statt es zu verbrauchen. Solche Situationen liegen vor, wenn Kühlung über ausgedehnte Zeiträume erforderlich ist, während deren das' Transportfahrzeug mit dem Kühlsystem naht einer Ammoniakgewinnung sanlage steht." Beispielsweise kann ein Speiseeialieferwagen im örtlichen Verkehr, der eich nur während der Hauptverkehrestunden auf der Straße "befindet, auch eine Kühlung während der anderen Stunden erfordern. Kontinuierliche Kühlung ist nicht nur erforderlich, um den Lastwagen zu Beginn jedes Tages betriebsbereit zu haben, sondern auch, um die Schwierigkeit des Entladens und Wiederbeladens dea Wagens zwischen Auslieferungstagen auszuschalten. Das Ammoniak kann zur Wiederverwendung zurückgewonnen werden, indem man das verdampfte Ammoniak zu einer Rttckgewinnungsanlage statt zn dem Spalter-Brenner 18 befördert. Ein anderes Beispiel besteht im Container-Verkehr, bei dem die Container per Schiff sowie per Bahn (Huckepack) sowie durch Anhänger transportiert werden. Wenn solch· Container sich an Bord eine· Schiffes im Hafen oder auf einem Kopf-Bahnhof befinden, können sie in ähnlicher Weise an eine Ammoniakrttckgewinnungsanlage angeiohlosaen werden. Mehrere Transporteinheiten können an eine zentrale Rückgewinnungeeinheit angeschlossen werden.

Durch Tnetallierung eine· handbetätigt·η lieben· chi ußventils in Leitung 16 kann der Ammoniakdampf von dem Spalt·*- Brenner 18 zu einer Rüokgewinnungeanlag· abgelenkt werden.

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Die Hiickgewinnungsanlage verflüssigt den Ammoniakdampf und speichert ihn für snätere Verwendung. Dae·verflüssigte Ammoniak kann jedoch auch, statt es zu speichern, direkt zum Kühlsystem zurückgeführt werden; in diesem ?all wird in 'Leitung 11 ein anderes Umgehungsventil eingebaut, um das verflüssigte Ammoniak aufzunehmen.

Statt dae Kühlsystem an eine Rückgewinnungsanlage anzuschließen, kann das verdampfte Ammoniak auoh zurückgewonnen werden, indem man es innerhalb des Systems,z.B. im Ansaugtank 12, kondensiert. Durch Kondensierung des Ammoniakdampfes im Ansaugtank 12 mittels Kühlechlangen, die an ein anderes Kühlsystem angeschlossen sind, kann beispielsweise das Ammoniak zurückgeleitet statt verbraucht werden.

Pig. 3 erläutert schematisch eine andere AusfUhrungs-" form des Kühlsyeteme nach der Erfindung. "Flüssiges Ammoniak fließt vom Vorratstank 10 durch Leitung 11 zum Wärmeaustauscher 47, worin das flüssige Ammoniak gekühlt wird, bevor es durch ein theraostatisches Ausdehnungsventil 48 zu einem Verdampfer 14 geschickt wird, worin das Ammoniak in Dampf übergeht, wenn es von dem zu kühlenden Abteil Wärme aufnimmt. ffach Verlassen des Verdampf en 14 flieflt das v«rdaapfte Ammoniak durch Leitung 15 zum Wärmeaustaueeher 47» worin der Dampf Tom eintretenden, flüssigen Ammoniak Wärm· aufnimmt. Vom Wärmeaustauscher 47 geht der Ammoniakiampf

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durch ein thermostatiaches Drosselventil 17, bevor er in den Spalter-Brenner 18 eintritt. Um letzteren auf Betriebstemperatur zu bringen und nötigenfalls auf Betriebstemperatur zu halten, wird verflüssigtes Erdgas dem Spalter-Brenner 18 durch Leitung 49 zugeleitet.

Der Vorratstank 10 für flüssiges Ammoniak ist identisch mit dem Tank 10 in Fig. 1 und 2. Das im Wärmeaustauscher 47 ohne direkten Kontakt mit dem Ammoniakdampf gekühlte, flüssige Ammoniak geht durch ein thermostatisch.ee Ausdehnung«ventil 48, das den flüssigen Ammoniakfluß zum Verdampfer 14 entsprechend der Temperatur des verdampften Ammoniaks beir. Verlassen des Verdampfers 1A regelt. Diese Temperatur, die dnrch ein Tastgerät 50 gemessen wird, steigt, wenn die FlieSrate an flüssigem Ammoniak zum Verdampfer 14 nicht mehr angemessen ist, und, auf die höhere Temperatur ansprechend, Iä3t das Ausdehnungsventil 48 eine größere Meng· durch, um die Fließrate zu steigern. Wenn umgekehrt die Temperatur des abfließenden Kühlmittels sinkt, schließt sich das Ausdehnunssventil 48 allmählich, um die ?ließrate herabzusetstn.

Beim Durchgang durch das Ausdehnungsventil 48 tritt da· Ammoniak in den Verdampfer 14 ein, wo es verdampft _t während es Wärme aus dem Inneren dta au kühlenden Abteiles aufnimmt. Gemäß Fig. 3 besitzt der Verdampfer 14 Übliche

Rippen - Rohre, die normalerweise von der Deck· des Abteils herabhängen.

■' -^k-. nm 2 ί "9 8 H / 0 91 3 " ²⁰ "

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"Das verdampfte Ammoniak verläßt den Verdampfer 14 h T-eitung 15 und kehrt zum Wärmeaustauscher 47 zurück. Abgesehen davon, daß Wärme zwischen dem verdampften Ammoniak und der eintretenden Flüssigkeit ausgetauscht wird, wirkt der Wärmeaustauscher 47 auch als Sammler und gestattet die Abtrennung von Flüssigkeit, die etwa von dem verdampften Ammoniak mitgerissen sein könnte.

Tom Wärmeaustauscher 47 fließt der Ammoniakdampf durch Leitung 16, die ein thermostatisches "Drosselventil enthält, welches dieselbe funktion hat wie das in Pig. 1 und ? dargestellte Drosselventil 17. "Durch Verwendung eines einzigen Solenoidventiles, das sowohl auf die Temperatur innerhalb des gekühlten Abteils als auch auf die Temperatur des den Verdampfer verlassenden Ammoniaks anspricht, erhält man ein vereinfachtes Kühlsystem für solche Fälle, wo eine Iiurchschnittstemperatur vor. ? bie 7 C (35 bis 45 ?) aufrecht erhalten werden soll.

Nach Durchgang durch das Drosselventil .17 fließt der Ammoniakdampf weiter durch Leitung 16 zum Anmoniakspalter-"3renner 18, der dieselbe Konstruktion hat wie in Fig. 1 und 2, abgesehen davon, daß er statt elektrischer Heizeinrichtungen zur anfänglichen Erhitzung dee Katalysators einen Brenner 51 aufweist, der an eine Quelle verflüssigten Erdgases 52 angeschlossen ist. Per Brenner 49 let derart angeordnet, iaö die Verbrennungswärme des flüssigen Srdgaten den

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Katalysator 27 auf eine Temperatur erhitzt, bei der Ammoniak an dem Katalysator gespalten wird.

Das verflüssigte Erdgas kann außer zur erforderlichen Erhöhung der Katalysatortemperatur während der Anlaßstufe auch benutzt werden, um*den Katalysator 2? und den Spalter-Brenner 18 auf den bevorzugten Betriebstemperaturen zu halten, falls der Ammoniakfluß hierfür nicht ausreichend ist. Di#e erreicht man, indem man zwischen den Brenner 51 und die Erdgasquelle 52 ein Solenoidventil 53 einsetzt, das durch einen Schalter 54 betätigt wird, der auf den Druck dea zum Spalter-Brenner 18 gehenden Ammoniakdampfee· in Leitung 16 reagiert. Wenn der Druck unter die Höhe entsprechend der Mindeetflieirate dee zur Aufrechterhaltung der Verbrennung erforderlichen Ammoniak· fällt, spricht der Schalter 54- auf den niedrigeren Druck an und öffnet das Solencidventil 53, so dad Erdgas zum Brenner 51 fließen kann, wo das Gas verbrannt wird. Statt durch den Druck in Leitung 16 betätigt zu werden, kann das Solenoidventil 55 auch durch andere An~ zeigen einer ungenügenden Flieflrate von Ammoniak, z. B. durch die Temperatur innerhalb des Spalter-Brenner« 18, betätigt werden*

Ein Teil oder die Gesamtheit des verdampften Ammoniaks kann auch benutet werden, um eine Brennkraftmaschine 55 zu betreiben. Brennkraftmaschinen, die als Brennstoff ungeepaltenes Ammoniak ausnutzen, eind in Veröffentlichungen

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■beschrieben worden, die vom U.S.Department of Commerce (Clearinghouse for Scientific and Technical Information) unter den Bezeichnungen AD 624,565, AD 633.W, AT) 633.633 und AD 634«681 zu beziehen sind. Brennkraftmaschinen, die gewöhnlich mit Benzin laufen, arbeiten befriedigend mit Ammoniak, das ao weit gespalten worden ist, daß es etwa 2,5 bis TO Gewichts-*^ Wasserstoff enthält, Der Ausgang der Brennkraftmaschine 55 kann :ur Arbeitsleistung, ζ. ¹B. sum Betrieb einer hydraulischen Pumpe 56, benutzt werden, die einen an das Luftumwälzgebläee 59 im zu kühlenden Abteil angeschlossenen hydraulischen Motor 57 treibt. Die hydraulische Pumpe 56 und der ?!otor 57 können auch durch, einen nicht dargestellten elektrischen Generator ersetzt werden. Ferner kann die Brennkraftmaschine 55 durch eine nieht dargestellte Gasturbine ersetzt werden. Geeignete Gasturbinen mit Ammoniakverbrennung sind in der Veröffentlichung AD 657.585 des Ü.S.Department of Commerce beschrieben.

Ein Kühlsystem, im wesentlichen entsprechend Fig. 3, bei dem jedoch die Brennkraftmaschine an den Auslaß der Katalysatcrrohre dee Spalter-Brenners angeschlossen war, wurde unter' Bedingungen niedriger, mäßiger und hoher Kühlleistungen, bezogen auf übliche Erfordernisse für die Lastwagenktihlung,betrieben. Der verwendete Katalysator bestand aus gefördertem Bisen auf Tonerde-Träger und wurde im Handel von der ?irma Girdler, Inc. unter der Bezeichnung 5-47

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"bezogen. Die Brennkraftmaschine war ein 10-P8 -Briggs und Stratton-Benzinmotor mit für Treibstoffgas modifiziertem Vergaser. "Die Abgase des Spalter-Brenners und der Brennkraftmaschine wurden auf-ungespaltenes Ammoniak und Stickstoffoxide duroh Waschen eines abgeraeaaenen Abgangsvolumens durch eine angesäuerte, wässrige Lösung von Kaliumpermanganat analysiert, um Ammoniak zu absorbieren und Släokoxid und Stickstoffdioxid zu Nitrat zu oxidieren. Die Waschlö^ung wurde dann auf Ammoniak und Nitrat analysiert. Die Ergebnisse finden aioh in der folgenden Tabelle.

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Ver such Nr.	analy sierter Strom	Etihl- bedin- gun3en	Ammonii am Spa] Zoll	ikdruck .ter cm	Armonit brauch Pfund	■ucver- je Stunde kg	Motorbe- triebe- bedin- gungen	Probe zeit . in \ Fin. ■	33 54	Stiok- oxide 1n PPni	ungespal tenes Ammoniak in ppm
1	Spalter-	niedrig	8	20	i>- 6	1,4- 2,7	aua		30	\ ".	' 75
	Abgae							1	34	35 97
κ» 2 ο S '	η η	mäßig hoeh	15 30-60	38 76-152	10-14 20-30	4,5r- 6,4 9,1-13,6	au 3 aus	33	194	90 153
	fcotor- Abgäs	mäßig	15	33	10-14	4,5- 6,4	unbe lastet	30	1150	125
ο <ο 5	N	mäßig	15	38 .	10-14	4,5- 6,4	belastet	357	1250
«* 6	n '	hoch	30-45	76-114	20-30	9,1-13,6	unbe lastet	1163	438
7	η	hoch	27-35	69- 89	20-30	9,1-13,6	belastet	' 637

Die vorstehenden Versuche erläutern übliche Arbeitsbedingungen für einen durchschnittlichen Kühllastwagen von etwa 9 m (30 Fuß), und sie zeigen auch, daß das Kühlsystem so betrieben werden kann, daß nur zu vernachlässigende Kengen gefährlicher Stoffe erzeugt werden. Beispielsweise enthält zum Vergleich Automobilabgas normalerweise etwa 1500 ppm Stickoxide als Verunreinigungen aus Kohlenwasserstoffen.

Pig. 4 erläutert eine andere Ausführungsform des Ammoniakspalter-Brenners. Br besitzt hier eine Leitung 26 mit drei hintereinander liegenden Abschnitten. Eintretender Ammoniakdampf geht zunächst durch den Vorheizabschnitt 26A, wo die Amiaoniaktemperatur vor Eintritt in den zweiten Abschnitt £6B angehoben wird, der den Ammoniakspaltkatalysator 27 enthält, !fach 'teilweiser Spaltung im Eatalysatorabschnitt tritt das Ammoniak in den Brennerabeohnitt 26C ein. Dieser enthält mehrere öffnungen 28, durch die das teilweise gespaltene Aimoniak ausgetragen wird. Nach dem Austritt wird das teilweise gespaltene Ammoniak in Gegenwart von-so viel Luft verbrannt, daß die Verbrennungswärme den Katalysator 27 auf einer Temperatur hält, bei der Ammoniak in Gegenwart dee Katalysators gespalten wird. Zwecke Konservierung ausreichender Verbrennungswärme für die Haltung des Katalysators auf einer solchen Temperatur iet die Leitung 26 von einem isolierten Gehäuse 29 umechloeeen.

Wie vorstehend angegeben, beträgt die günstigefce Temperatur dee teilweise geepaltenen Ammoniak· beim Auetritt

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aus der leitung 26 etwa 650 bis 9?0° C (etwa 1200 bis · 1700° F), und die Temperatur innerhalb des SpaHier-Bren-. ners an den Wänden der Verbrennungskammer beträgt vorzugsweise etwa «ή5 bis 1040° C (etwa 1500 bis 1900° FK Wenn die Aramonialcfließrate durch das Kühlsystem großer ist als zur Haltung dieser günstigsten Betriebsbedingungen erforderlich ist. wird Arm&oniaküberschuß zu einer Leitung 40 abgezweigt, die den Ammoniaküberscliuö unmittelbar zu dem Spalter-Brenner abführt, wo ungeaüaltenee Ammoniak leicht verbrannt wird. Der Fluß deaAmmoniaküberschusses wird durch ein TTebenschlußventil- 39 abgezweigt, das ein aienibranbetätigtee Differentialventil sein kann und sich. bei Druckanstieg über einen eingestellten Wert öffnet.

Obgleich das Kühlsystem nach der Erfindung unter besonderer Bezugnahme auf die Lastwagenkühlung beschriebenworden ist, kann es auch benutzt werden, un in ähnlicher Weise andere Traneportfahrzeuge, wie Eisenbahnwaggons und W Schiffe, zu kühlen, und ferner ist es für ortsfeste Anlagen geeignet. Beispielsweise kann das Kühlsystem nach der Erfindung benutzt werden, um eine JTotktihlung für den Fall dee Stromauafalles oder einer mechanischen Beschädigung im Hauptsystem vorzusehen. In ähnlicher Weise kann das System für eine Hilfekühlung während Perloden von Spitzenkühlbedarf benutzt werden, wie er an besondere heiflen Somaiertagen auftritt. In ähnlicher Weise kann das Kühlsystem ._■ ale eineige Kühlquelle gebraucht werden, wo Kühlung nur für

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eine Kurse Zeitapanne während jedes Jahres erforderlich ist^ Ba das Kühlsystem nach der Erfindung keine äußere Kraftquelle'"benötigt,- kann es beispielsweise im Freien für eine Schnellkühlung von frischen,- verderblichen Waren, wie Beeren, Lachs, sonstigen Obst oder Fisch, benutzt werden, die nur während kurzer Jahreszelten erhältlich sind.

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Claims

Patentansprüche

f) Regeleinrichtungen für den Ammoniakfluß durch das Kühlsystem.

2. Kühlsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Ammoniakspalter-Brenner, der innerhalb ei res isolierten, eine Verbrennungskammer bildender Sehäusea eine Leitung, enthaltend einen Katalysator für teilweise Spaltung des verdampften Ammoniaks mit einer öffnung für den Austritt, und eine solche Verbrennung des teilweise gespaltenen Ammoniaks aufweist, da8 die Verbrennungswärme den Katalysator auf einer Temperatur halt, bei der Ammoniak in Gegenwart des Katalysators gespalten wird.

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3. Kühlsystem nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Abzweigung für überschüssiges, verdampftes Ammoniak gegenüber der zur Haltung des Spalter-Brenners auf günstigsten Betriebβtemperatüren erforderlichen Menge aus der den Katalysator enthaltenden leitung su einer unmittelbar zur Verbrennungskammer führenden leitung unter Umgebung des Katalysators.

4. Kühlsystem nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Leitung zur Abzapfung angesammelten Wassers aus dem Verdampfer.

5. Kühlsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daS die Hegeleinrichtungen für den AmmoniakfluS einen Aneaugtank zwischen dem Verdampfer und aera Vorratstank in solcher Anordnung aufweisen, daß das flüssige Ammoniak unter autogenem Druck vom Vorratstank zum Aneaugtank und unter Schwerkraft vom Aneaugtank zum Verdampfer flielt, und der Ansaugtank eine Regeleinrichtung für seinen Awnoniakspieg·! aufweist.

6. Xtihlsystta naeh Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, da8 die Regeleinrichtung für den AraraoniakfluS ein thermostatisch·* Drosselventil aufweist_r das zwischen Verdampf tr und Spelter-Brenner angeordnet ist und den Ammoniafcdruok im Verdampfer naeh dem Kühlbedarf dts 8ys-

teas einstellt.

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T. Kühlsystem nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Anfangs-Heizeinrichtung für den Ammoniakspaltkatalysator auf die Amüioniakspalttemperatur am Katalysator.

8. Kühlsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,daß die Heizeinrichtung aus einem elektrischen Heizelement besteht.

9. Kühlsystem nach Anspruch 7_r dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung für den Aimnoniakspaltkatalysator einen Brenner aufweist, der an eine Quelle verflüssigten Erdgases angeschlossen und derart angeordnet ist, daß die Verbrennungswärme des verflüssigten Erdgases den AmmoniPkspaltkatalysator auf Spaltteraperatur erhitzt.

10. Verfahren zur Haltung eines Abteils auf einer gewählten Temperatur mittels eines offenen Ammoniakkühlkreisea, wobei man

a) eine Quelle flüssigen Ammoniaks vorsieht,

b) Wärme aus dem Abteil durch Verdampfung dee fltiseigen Ammoniaks innerhalb »ine» Verdampfers absorbiert,

c) den AmmoniakfluS zur Aufrechterhaltung der gewählten Temperatur im Abteil regelt und

d) verdampftes Ammoniak beseitigt-,

dadurch gekennzeichnet, daß daa. verdampfte Ammoniak durch

Verbrennen beseitigt wird.

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11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch ge^ennse.lehnet, daß man das verdampfte Ammoniak durch Überleitung über einen Ammoniakspaltkatalysator unter Erzeugung von mindestens 2 Gewichts-^ Wasserstoff spaltet und das teilweise gespaltene Ammoniak so weit verbrennt, da<3 die Verbrennungswärme den Katalysator auf Spalttemperatur hält.

1?. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,daß äaä Ar.Toniak in Überschuß über die zur Erhaltung des Katalysators auf einer Temperatur zwischen etwa 650 und 9?0° C (1200 und 1700° F) erforderlichen Menge unmittelbar mit der. teilweise c©spaltenen Ammoniak verbrennt.

13. Verfahrer) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß "?an kontinuierlich angesammeltes Wasser aus dem Verdampfer abzieht.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß -nan das angesammelte Wasser mit dem verdampften Ammoniak abzieht.

15. Verfahren nach Anspruch H. dadurch gekennzeichnet, daß man das verdampfte Ammoniak als ^mreibetoff für eine Brennkraftmaschine oder Gasturbine ausnützt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch mehrere den Katalysator enthaltende senkrechte

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BAD ORIGINAL

Leitungen, die an ihren oberen Enden mit einem Verteilerkopf für eintretenden Ammoniakdampf verbunden eind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die unmittelbar zur Verdampfungskammer führende Leitung einen senkrechten, gelochten Abschnitt aufweist, der parallel zu den katalyaatorhaltigen Leitungen ausgerichtet ist.

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