DE386863C

DE386863C - Anlage zum Heben von Waerme auf hoehere Temperaturen mittels zweier zusammengeschalteter Kaeltemaschinen

Info

Publication number: DE386863C
Application number: DES53376D
Authority: DE
Inventors: Erich Zander
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG
Priority date: 1920-06-17
Filing date: 1920-06-17
Publication date: 1923-12-17

Description

Anlage zum Heben von Wärme auf höhere Temperaturen mittels zweier zusammengeschalteter Kältemaschinen. Durch einen thermodynamischen Kreisprozeß können unter Aufwendung mechanischer Arbeit Wärmemengen auf eine höhere Temperatur gebracht werden. Es ist bekannt, größere Temperaturdifferenzen dadurch zu überwinden,.daß zwei Kreisprozesse durchgeführt werden, von denen jeder nur einen Teil der gesamten Temperaturdifferenz zu überbrücken braucht. Thermodynamische Anlagen mit zwei solchen Kreisprozessen sind jedoch ziemlich verwickelt und unbequem im Betriebe, weil im allgemeinen verschiedene Arbeitsflüssigkeiten bei ihnen verwendet werden müssen. Denn wollte man denselben Wärmeträger für beide Prozesse verwenden, so müßten entsprechend den verschiedenen Temperaturstufen auch verschiedene Druckstufen durchlaufen werden. Das ergibt aber Schwierigkeiten für die Kompressoren, da entweder der eine von ihnen für sehr hohe Drücke oder der andere für unbequem große Volumina gebaut werden müßte.
Die Zusammenarbeit zweier Kreisprozesse wird erheblich einfacher, wenn gemäß der Erfindung eine Kompressions- und eine Absorptionsmaschine miteinander thermisch gekuppelt werden. Dadurch wird es möglich, für beide Kreisprozesse dieselben oder gleichwertige Arbeitsflüssigkeiten zu verwenden und trotzdem die Kompressoren für dieselben Druckstufen zu bauen, und diese Möglichkeit führt, wie an den Ausführungsbeispielen unten erläutert werden wird, zu weiteren wesentlichen Vereinfachungen.
Beiden gebräuchlichen Absorptionsmaschinen wird das .als Arbeitsflüssigkeit dienende Gas bei geringerem Druck und geringerer Temperatur absorbiert, bei .höherem Druck und höherer Temperatur durch Wärmezufuhr wieder ausgetrieben. Eine derartige Absorp ionsni schine ist bei der Durchführung der Erfindung gemäß den Abb. 3, q und 5 verwendet. Diese Ausführungsformen eignen sich insbesondere dann, wenn mit sehr geringen Anfangsdrücken gearbeitet wird, wie dies beispielsweise bei der Verwendung von Wasserdampf als Arbeitsflüssigkeit der Fall sein kann. Bei den Ausführungsbeispielen nach Abb. r und 2 dagegen, die zunächst beschrieben werden sollen, dient Ammoniak als Arbeitsflüssigkeit. Hierbei treten unbequem niedrige Anfangsdrücke nicht auf, dagegen müssen hohe Enddrücke vermieden werden. Für diese Betriebsbedingungen ist eine Absorptionsmaschine besonderer Art verwendet, bei der nämlich die Absorption bei der höheren Temperatur, die Austreibung dagegen bei der niedrigeren Temperatur stattfindet.
Die Anlage gemäß Abb. z soll dazu dienen, die Wärme fließenden Wassers von 15 bis 2o ° C zur Erzeugung von Wasserdampf von etwa 2 Atin. Überdruck auszunutzen. Ein KompreSsor fkomprimiert gasförmiges Ammoniak von 6 auf 3o Atm., die einer Kondensationstemperatur des reinen Gases von 66° C entsprechen würden. Das komprimierte Ammoniak wird aber in einen Kessel h gefördert, in dem sich eine wäßrige Ammoniaklösung mit 40 Prozent Ainmoniak@ehalt befindet. Diese Lösung absorbiert die Ammoniakdämpfe bei einer Temperatur von iSo° C. Die bei dieser Temperatur frei werdende Wärme wird an einen Wasserkessel i abgegeben, der den gewünschten Wasserdampf von etwa 2 Atm. entwickelt. Um die angereicherte Lösung im Kessel h durch ärmere Lösung wieder ersetzen zu können, ist ein zweiter Kessel e, aus dem der Kompressor f das Ammoniak ansaugt, ebenfalls mit 4oprozentiger Ammoniaklösung gefüllt. Aus dieser entwickelt sich unter einem Druck von 6 Atm. das Ammoniakgas bei einer Temperatur von 6o` C. Die hierzu erforderliche Verdampfungswärme wird nun mit Hilfe des zweiten Kreisprozess^s geliefert, nämlich durch eine Kompressionsmaschine. Das mit einer Temperatur von 15 bis 2o `' zur Verfügung s:chende fließende Wasser gibt seine Wärme an eine Rohrschlange a ab, in der flüssiges Ammoniak bei 6 Atm. und g° C verdampft. Der Dampf wird von einem Kompressor b auf ,;o Atm. komprimiert und durch die Rührschlange d gedrückt. Die hier erzielte Kon'.ensationstemperatur von 66° C genügt, urn dein Kessel e auf der erforderlichen Temperatur von 66c> C zu erhalten. Durch eit-,en Kondenstopf g wird das Kondensat in die Rohrschlange a zurückbefördert.
Das Ausführungsbeispiel zeigt, daß es ohne weiteres möglich ist, die Drücke der beiden Iiom;,rca@oren b und f sowohl auf der Saug-:;e:te wie auf der Druckseite einander gleich zu halten. Daher sind zwei getrennte Kompressoren gar nicht erforderlich, beid_. Kreisprozesse können vi<Imehr durch e=nen einzigen Kompressor bewältigt werden. Das Schema einer so entstehenden Anlage zeigt Abb. 2. Die Saugleitungen aus der Rohrschlange a und aus dem Kessel e sind miteinander vereinigt; die vereinigte Saugleitung ist an den Kompressor p angeschlossen. Die Druckleitung führt sowohl in den Kessel 1a als auch in die Rohrschlange d. Die wärmetechnischen Vo-gänge sind genau dieselben wie bei Abb. i. Vorteilhalt hierbei ist, daß eine besondere Regelung der nach dem Kessel lt und nach der Rohrschlange d übertretenden Teile des Ammoniakdampfes nicht erforderlich ist. Würde beispielsweise zuwenig Dampf in die Rohrschlange: d gelangen, so müßte eine entsprechend größere Menge in den Kessel h übertreten. Hier würde infolgedessen die Lösung zu stark an-Bereichert werden und der Druck entsprechend steigen. Die Folge des erhöhten Gegendruckes ist aber ein geringeres Zuströmen von Ammoniakdampf und ein entsprechend vermehrter Übertritt in den Kessel d.
Die Anlage gemäß Abb. 3 soll dazu dienen, die zur Verfügung stehende Wärmemenge fließenden Wassers von i5° bis 2o° C zur Erzeugung von Wasserdampf von etwa o, 15 Atm. absoluten Druckes auszunutzen. Dabei soll aber Wasserdampf auch als Wärmeträger dienen. Da die vorhandene Temperatur nur 15 bis 2o' C beträgt, so müßte der Wasserdampf bei einem absolu! en Druck von ungefähr o,o2 Atm. angesaugt werden. Bei so gering-n Drücken werden die Kompressoren jedoch kostspielig und arbeiten unsicher. Aus diesem Grunde wird der Dampf durch ein Rohr r in einen Kessel t geleitet, in dem sich eine 6oprozentige Natronlösung unter einem Druck von o,o2 Atm. absolut befindet. Diese absorbiert den Wasserdampf, wobei ihre Temperatur auf 67' C steigt. Bei dieser Temperatur wird die ent« ickelte Wärme an einen eingebauten Kessel u abgegeben, in dem infolgedessen reines Wasser bei etwa o,i5 Atm. verdampft. Der Kompressor f komprimiert den Wasserdampf auf 2 Atm. und drückt ihn in die Rohrschlange w. Diese befindet sich in e nem Kessel v, der ebenfalls mit 6oprozentiger Natronlösung gefüllt ist und unter einem Druck von 0,15 Atm. steht. Bei diesem Druck gibt die Natronlcsung den Wasserdampf ab, sobald die Temperatur iii° C beträgt. Die Kondensationstemperatur des Dampfes in der Rohrschlangew (iig° C) reicht also aus, um im Kessel v Wasserdampf zu erzeugen, der durch die Leitung x der Verbrauchsstelle zugeführt wird. Das in 2c, niedergeschlagene Wasser wird durch den Kondenstopf g in den Kessel i( zurückgedrückt. Ebenso wie bei der Anordnung nach Abb. i wird durch einen Flüssigkeitsaustausch zwischen den Kesseln t und v dafür gesorgt, daß die ärmer werdende Lösung im Kessel t und die angereicherte im Kessel v sich dauernd ausgleichen.
Die Zeichnung stellt die Anordnung nur schematisch dar. In Wirklichkeit wird man den Wasserdampf aus dem Steigrohr r nicht unmittelbar in die Lösung des Kessels t eintreten lassen, da er alsdann den statischen Druck der Flüssigkeit kaum überwinden könnte, sondern man wird die Absorption durch einen Rieselkondensator o. dgl. durchführen, so daß der Dampf von der in Strahlen herabrieselnden Flüssigkeit aufgenommen wird.
Dampf von 0,15 Atm. absoluten Druckes wird in den meisten Fällen zu Heizungszwecken nicht genügen. Es empfiehlt sich dann, ehe er dem Verbraucher zugeführt wird, ihn durch einen Kompressor b. in an sich bekannter Weise auf einen höheren Druck, beispielsweise 2 Atm. absolut, zu komprimieren, wie Abb. q. zeigt. Abb. 5 zeigt die entsprechend vereinfachte Anordnung ähnlich Abb. 2, wobei die beiden Kompressoren b und f durch einen einzigen Kompressor P ersetzt sind, der sowohl denDampf aus dem Kessel u wie den aus dem Kessel v komprimiert. Ein Teil des komprimierten Dampfes wird in die Rohrschlange w gedrückt, der übrige Dampf wird durch die Leitung y dem Verbraucher zugeführt.
Abb. 6 zeigt, wie die Temperaturerhöhung gemäß der Erfindung wiederholt werden kann, um einen Dampf von io Atm. Spannung zu erzeugen. Durch die Leitung y wird der Dampf in einen Kessel o gedrückt, in dem sich ebenso wie in t und v 6oprozentige Natronlösung befindet. Hier entwickelt sich infolgedessen eine Temperatur von 18g° C. Der eingebaute Wasserkessel q kann bei dieser Temperatur Nutzdampf von etwa io Atm. Druck erzeugen. Der Absorptionskessel o steht zur Konstanthaltung der Konzentration seiner Lösung mit dem Kessel v in Flüssigkeitsaustausch. Dieser Kessel v sowohl wie der Kompressor f müssen dann entsprechend größer ausgeführt werden denn das aus dem Kessel o kommende überschüssige Wasser muß ebenfalls im Kessel v verdampft und vom Kompressor P komprimiert werden.
Die Abbildung ergibt ohne weiteres, daß man auch den Kompressor als oberste Stufe und die zweite Lösungsstufe (o, q) als mittlere Stufe anordnen kann. Die Druck- und Konzentrationsverhältnisse müßten dementsprechend etwas geändert werden, und der Kompressor hätte etwa einen Druckunterschied zwischen 1,3 und io Atm. zu überwinden. Das Beispiel zeigt jedenfalls, daß man gemäß der Erfindung mit einem einzigen Kompressor Druckunterschiede zwischen o,o2 und io Atm. überwinden, also eine fünfhundertfache Kompression durchführen urd die erheblichen Mehrkosten von Kompressoren für unbequem niedrige oder unbequem hohe Drücke vermeiden kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Anlage zum Heben von Wärme auf höhere Temperatur mittels zweier zusammengeschalteter Kältemaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Maschine eine Kompressions- und die andere eine Absorptionsmaschine ist.
2. Anlage nach Anspruch i, bei der ein Gas von einem Lösungsmittel unter Wärmeentwicklung absorbiert und bei geringerem Druck und geringerer Temperatur wieder ausgetrieben und verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Austreibung erforderliche Wärme durch Kondensation (in d) eines Dampfes gewonnen wird, der aus einer Flüssigkeit (in a) abgesaugt und verdichtet worden ist (Abb. i).
3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zu absorbierende Gas und -der zu kondensierende Dampf aus demselben Stoff bestehen, und durch ein und denselben Kompressor (P) verdichtet werden (Abb. 2). q..
Anlage nach Anspruch i, bei welcher aus einer Flüssigkeit entwickelter Dampf von einem Lösungsmittel (in t) unter Abführung der Wärmemenge (Q@ absorbiert und bei höherem Druck und höherer Temperatur unter Zuführung der Wärmemenge (Q2) wieder ausgetrieben wird (in v), dadurch gekennzeichnet, daß die zuzuführende Wärmemenge (Q2) durch Kondensation (in w) von Dampf gewonnen wird, der vermittels der Wärmemenge (Q,) aus einer zweiten Flüssigkeit (in u) entwickelt und dann (durch f) verdichtet worden ist (Abb. 3).
5. Anlage nach Anspruch q., dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem Lösungsmittel (in v) bei höherem Druck wieder ausgetriebene Dampf durch einen Kompressor (b) weiterverdichtet wird (Abb. q.).
6. Anlage nach Anspruch q. und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem Lösungsmittel (in v) wieder ausgetriebene Dampf und der vermittels der Wärmemenge (Q1) (in u) entwickelte Dampf aus demselben Stoff bestehen und durch ein und denselben Kompressor (P) verdichtet werden (Abb. 5).
7. Anlage nach Anspruch q. bis 6 unter Verwendung von Wasserdampf, dadurch gekennzeichnet, daß der zu absorbierende Wasserdampf aus offenen Wassermengen abgesaugt wird, derart, daß diese gleichzeitig die Verdampfungswärme liefern. B. Anlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der weiterverdichtete Dampf abermals von einem Lösungsmittel (in o) absorbiert wird, und daß die dabei frei werdende Wärme zur Verdampfung einer weiteren Flüssigkeit (in q) dient (Abb. 6). g. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf aus beiden Lösungsmitteln in einem einzigen Gefäß (v) wieder ausgetrieben wird (Abb. 6).