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Absorptionsmaschine. In bekannten Absorptionsmaschinen wird das Arbeitsmittel
in einem Raum höheren Druckes aus der Absorptionsflüssigkeit ausgetrieben und dann
verflüssigt, in einem Raum niedrigeren Druckes wieder in Gasform übergeführt und
dann absorbiert.- Es ist auch bekannt, den Druckunterschied zwischen. beiden Räumen
durch -Flüssigkeitssäulen aufrechtzuerhalten. Dabei kann es vorkommen, daß Gasmengen
sich einen Ausweg
aus dem Raum höheren Druckes durch diejenigen
Rohre suchen, in denen die Flüssigkeitssäulen stehen. Die Flüssigkeit wird dann
leicht aus diesen Rohren durch die hindurchströmende Gasmenge ganz und gar hinausgeworfen.
Die Folge ist ein Druckausgleich, und die Kältemaschine kann nichtmehr arbeiten.
Diese Erscheinung tritt z. B. dann auf, wenn infolge stärkerer Heizung des Austreibers
.oder zu geringer Kühlung des Verflüssigers mehr Gas ausgetrieben wird, als verflüssigt
werden kann. Aber auch solche Gase, die in der Anlage überhaupt nicht in den Flüssigkeitszustand
übergehen, wie z. B. Spuren von Luft, die von außen .eingedrungen sind, oder neutrale
Gase, die dem Arbeitsmittel im System geringeren Druckes absichtlich beigemischt
sind und von der Absorptionsflüssigkeit in geringen Mengen auch in den Raum höheren
Druckes mitgeschleppt werden, können diese Erscheinung hervorrufen.
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Gemäß der Erfindung werden zur Vermeidung eines unbeabsichtigten Druckausgleiches
Gasmengen, die im Verflüssigungsraum nicht verflüssigt werden und daher überschüssig
sind, in ein besonderes Drucksicherungsgefäß unterhalb des in diesem Gefäß gebildeten
Flüssigkeitsspiegels eingeleitet. Dieses Drucksicherungsgefäß ist vom Verflüssigungsraum
getrennt und mündet in den Raum geringeren Druckes. Die Erfindung ist sowohl bei
solchen Absorptionsmaschinen anwendbar, bei denen das ausgetriebene Gas durch Abkühlung
auf seine Kondensationstemperatur kondensiert wird, wie auch bei solchen, bei denen
es durch Absorption in einer zweiten Absorptionslösung verflüssigt wird.
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Die Abb. i und 2 zeigen Ausführungsbeispiele der ersten Art, Abb.3
zeigt ein Ausführungsbeispiel der zweiten Art. In Abb. i ist der Verdampfer, in
dem die Kälte erzeugt wird, mit 1 o i bezeichnet. Hier verdampft das flüssige
Arbeitsmittel, und der Dampf gelangt durch ein Rohr io2 in den Absorber 103, in
dem er mit Absorptionslösung in Berührung kommt, durch die er absorbiert wird. Die
entstehende Absorptionswärme wird durch eine Kühlschlange 104 aufgenommen. Die angereicherte
Absorptionslösung fließt durch ein Rohr io5 in den Austreiber io6, .der beispielsweise
durch elektrische Heizpatronen 107 geheizt wird. Das ausgetriebene Gas reißt
in dem aufsteigenden Rohr io8 Absorptionslösung mit empor in einen Gasabscheideraum
i o9. Hier trennen sich Gas und Flüssigkeit. Die Flüssigkeit kehrt durch das Rohr
i io zum Absorber io3 zurück, während das Gas durch das Rohr i i i in den Kondensator
i 12 geleitet wird. Dieser wird durch eine Rohrschlange 113 gekühlt, so daß das
Arbeitsmittel kondensiert. Durch eile Rohr i 14 gelangt es in den Verdampfer i o
1, der die zu der Verdampfung notwendige Wärmemenge der zu kühlenden Umgebung entzieht.
Damit dies bei einer geringeren Temperatur geschieht als die Kondensation im Kondensator
112, muß auch der Druck im Verdampfer i o i entsprechend geringer sein. Dieser Druckunterschied
wird durch die Flüssigkeitssäule im Rohr 114 aufrechterhalten. Der gleiche Druckunterschied
wird zwischen dem Gasabscheideraum iog und dem Absorber 103 durch die Flüssigkeitssäulen
in den Rohren i io und 105 aufrechterhalten. Wenn nun während des Betriebes
infolge erhöhter Heizung im Austreiber io6 oder infolge mangelhafterKühlung im Kondensator
i 12 mehr Gas ausgetrieben wird, als kondensieren kann, so steigt allmählich der
Druck im Gasabscheideraum iog und im Kondensator 112. Infolgedessen wird die Flüssigkeitssäule,
die im Rohr io8 über dem Austreiber io6 steht, immer mehr herabgedrückt. Je kleiner
sie wird, um so weniger Flüssigkeit wird von dem ausgetriebenen Gase in den Gasabscheideraum
iog hinaufgeschafft. Der Umlauf wird immer kleiner, und da immer weniger gasreiche
Absorptionslösung nachströmt, hört die Gasentwicklung allmählich auf. Bei weiter
andauernder Beheizung kann es dann sogar zur Verdampfung des Lösungsmittels kommen.
Auch in dem vom Kondensator 112 abwärts führenden Teil des Rohres 114 sinkt die
Flüssigkeit immer mehr. Wenn sie bis zum Knie des Rohres 114 sinkt, steigt das Gas
in dem aufwärts steigenden Schenkel des Rohres 114 empor und reißt die Flüssigkeit
mit sich. Damit ist die Flüssigkeitssäule- in diesem Rohr zerstört, und der notwendige
Druckunterschied wird nicht mehr aufrechterhalten. Anderseits ist es unzuträglich,
das Rohr i 14 so weit zu machen, daß das Gas in ihm aufsteigen kann, ohne nennenswerte
Flüssigkeitsmengen mitzureißen; denn bei längeren Betriebspausen wird im allgemeinen
die gesamte Menge des flüssigen Arbeitsmittels von der Absorptionslösung absorbiert,
so daß iln Rohr 114 keine Flüssigkeit mehr vorhanden ist. Diese muß beim
neuen Be= triebsbeginn durch Kondensation erst wieder neu gebildet werden. Damit
dies nicht zu lange dauert, darf -das Rohr 114 nicht zu weit sein. Es kommt hinzu,
daß bei Stillstand des Betriebes die Temperaturen im Verdampfer sowohl wie im Absorber
und Kondensator im allgemeinen steigen; enthält die Maschine dann eine zu große
Menge des Arbeitsmittels im Verhältnis zur Absorptionslösung, so steigt der Druck
in der Maschine unzulässig hoch.
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Gemäß der Erfindung ist daher das Drucksicherungsgefäß i i#5 angeordnet,
das mit seiseinem oberen Teile durch das Rohr i 16 mit
dem Rohr
io:! verbunden ist. In dem Drucksicherungsgefäß i 15 ist irgendeine Flüssigkeit,
z. B. eine solche mit hohem spezifischen Gewicht, etwa Quecksilber, eingefüllt.
Ein vom Gasraum des Kondensators i 12 her kommendes Rohr 117 mündet in das Drucksicherungsgefäß
i 15 so weit unterhalb des Flüssigkeitsspiegels, daß die über der Mündung dieses
Rohres stehende Flüssigkeitssäule genau dem Druckunterschied das Gleichgewicht hält,
der zwischen dem Verdampf erraum i o i und dem Kondensatorraum 112 aufrechterhalten
werden soll. Wird im Austreiber io6 mehr Gas ausgetrieben, als im Kondensator i
12 kondensiert werden kann, oder gelangen fremde Gase in den Kondensator, die hier
überhaupt nicht flüssig werden können, so treten sie durch das Rohr 117 in das Drucksicherungsgefäß
i 15 ein, steigen innerhalb der Flüssigkeit auf und gelangen durch Rohr I16 in das
Rohr 102. Schlimmstenfalls wird durch Druckerhöhung im Verdampfer ioi die Kälteleistung
beeinträchtigt. Der Druckunterschied in der Maschine kann aber weder zu groß werden
noch durch Verdrängung einer Flüssigkeitssäule durch das Gas etwa gar verschwinden.
Das Drucksicherungsgefäß 115 kann ohne Nachteil leicht so weit gemacht werden, daß
die hier aufsteigenden Gasblasen die Flüssigkeit nicht mitreißen können.
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Es kann unerwünscht sein, in der Absorptionsmaschine eine fremde Flüssigkeit,
wie z. B. Quecksilber, zu haben. Man könnte daher das Drucksicherungsgefäß mit dem
Kondensat des Arbeitsmittels anfüllen und es dann auch unmittelbar mit dem Kondensator
I12 verbinden. Das würde aber den oben schon erwähnten "Nachteil haben, daß dann
die Menge des Arbeitsmittels im Verhältnis zur Absorptionslösung in der Maschine
zu groß wird. Es ist daher vorzuziehen, das Drucksicherungsgefäß 115 mit Absorptionslösung
anzufüllen. Diese muß entsprechend ihrem geringeren spezifischen Gewicht im Gefäß
115 höher stehen als das Quecksilber, etwa bis zum Flüssigkeitsspiegel I19, der
punktiert angedeutet ist, tut im übrigen aber dieselben Dienste.
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:Ulan kann auch das Drucksicherungsgefäß unmittelbar unterhalb des
Absorbers anordnen, wie bei dem Ausführungsbeispiel Abb. 2 dargestellt ist. Das
Drucksicherungsgefäß besteht hier aus zwei Rohren, von denen das engere i 2o innerhalb
des weiteren 121 angeordnet ist. Die Leitung 117, durch welche die überschüssigen,
nicht kondensierten Gasmengen abgeleitet werden, ist in das innere Rohr i 2o kurz
über dessen unterem offenen Ende eingeführt. Wenn der Gaszustrom durch das Rohr
I17 so lebhaft werden sollte, daß die im Rohr i 2o stehende Flüssigkeit dadurch
nach oben hinausgeworfen wird, so strömt sie außerhalb des Rohres i 2o durch. das
Rohr 121 sofort von unten wieder nach. Ein großer Teil des Gases, soweit es nicht
fremde Beimischungen sind, wird jedoch von der Absorptionslösung sofort absorbiert;
denn diese ist gesättigt bei dem im Absorber 103 herrschenden geringen Druck, während
das Gas durch das Rohr I 17 mit dem höheren Druck ankommt. Die dadurch angereicherte
Lösung steigt dann infolge ihres geringeren spezifischen Gewichtes im Rohr i 2o
langsam empor, und frische Lösung strömt durch das Rohr 121 von unten nach.
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Die Anreicherung der Absorptionslösung im Rohre 12o könnte unter Umständen
die Wirkung des Absorbers toi etwas beeinträchtigen. In solchen Fällen ist es vorteilhaft
dafür zu sorgen, daß die angereicherte Absorptionslösung sofort zum Kessel geleitet
wird, damit sie nicht die Absorptionsfähigkeit der Lösung im Absorber herabsetzen
kann. Ein Ausführungsbeispiel dieser Art ist in Abb.3 dargestellt. Hier wird das
Arbeitsmittel durch eine zweite Absorptionslösung verflüssigt; außerdem ist der
Druckunterschied durch Beimischung eines neutralen Gases im System niederen Druckes
herabgesetzt. Bei einer derartigen Maschine ist die Drucksicherung gemäß der Erfindung
von besonderer Bedeutung; denn kleine Mengen des beigemischten neutralen Gases gelangen
immer in den Verflüssiger un-d sind hier ganz besonders störend, weil sie die Berührung
des gasförmigen Arbeitsmittels mit der Absorptionslösung hindern.
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Als binäres Gemisch dient bei der Maschine gemäß Abb. 3 Wasser und
Ammoniak. Der Druck im Innern braucht sich vom Atmosphärendruck nicht wesentlich
zu unterscheiden. Die Kälte wird in einem Entgaser i erzeugt und durch dessen Wandungen
nach außen abgegeben. Die Absorptionslösung wird durch ein Rohr 2 zugeführt, das
in den oberen Teil des Entgasers mündet. Sie sickert durch Zwischenwände 3, die
aus irgendwelchem flüssigkeitsdurchlässigen Material bestehen, allmählich herab.
Durch ein Rohr q. strömt ammoniakarme Luft oder Stickstoff oder ein anderes Gas
in den unteren Teil des Entgasers i ein und wird durch gegeneinander versetzte Öffnungen
5 in den Zwischenwänden 3 nach oben geführt, wo sie den Entgaser durch das Rohr
6 wieder verläßt. Sie kommt dabei in innnige Berührung mit der Absorptionslösung,
aus der sie den Ammoniakdampf aufnimmt. Die mit Ammoniak angereicherte Luft gelangt
durch das Rohr 7 in den unteren Teil des Absorbers 8, aus dem sie durch das Rohr
q. im Kreislauf zum Entgaser i zurückkehrt. Im Absorber 8
ist eine
Kühlschlange- 9 angeordnet, über welche Absorptionslösung herabrieselt, die durch
das Rohr io zugeführt wird. Diese Lösung ist wesentlich ammoniakärmer als diejenige,
die durch das Rohr 2 in den Entgaser gelangt. Infolgedessen wird schon bei der Temperatur
der die Rohrschlange 9 durchströmenden Kühlflüssigkeit das Ammoniak aus dem hindurchströmenden
Gasgemisch wieder absorbiert. Die mit Ammoniak angereicherte Absorptionslösung gelangt
durch die beiden Schenkel i i und 12 eines U,Rohres und durch die Rohre 13 und 14
in den Rektifikator 15. In diesem sind Zwischenwände 16 angebracht, über welche
die Lösung herabrieselt, so daß sie in den zu einem Vorratsbehälter 25 ausgebildeten
unteren Teil des Rektifikators 15 gelangt. Durch die Rohre 17 und 18 wird sie in
den Austreiber i9 geleitet, der beispielsweise durch die elektrischen Heizpatronen
2o geheizt wird. Das durch die Wärmezufuhr ausgetriebene Gas steigt mit Absorptionslösung
gemischt in einem aufsteigenden Rohr 21 hinauf in den Gasabscheideraum 22. Hier
trennen sich Gas und Absorptionsflüssigkeit. Die Flüssigkeit gelangt durch das Rohr
io zurück in den Absorber 8, während das Gas durch ein Rohr 23 in den Rektifikator
15 geleitet wird. Hier strömt das Gas im Gegenstrom an der herunterrieselnden -Absorptionsflüssigkeit
vorbei, wobei es einen wesentlichen Teil-seines Gehaltes an Wasserdampf abgibt,
um dann den Rektifikator 15 durch das Rohr 24 wieder zu verlassen.
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Die in dem Entgaser i herabrieselnde Absorptionslösung gelangt durch
das Rohr 26 in ein Zwischengefäß 27, bildet im unteren, Teile dieses Gefäßes einen
Flüssigkeitsvorrat 28 und fließt durch das Rohr 29 in das Mischgefäß 3o. Diesem
Mischgefäß wird außerdem das Gas zugeführt, das aus dem Rektifikator 15 durch das
Rohr 24, den Gasraum 31, quer durch -das Rohr 33 und schließlich durch das Verbindungsrohr
34 zuströmt. Gas und Flüssigkeit steigen zusammen in dem Rohr 35 empor, und sowohl
die Absorptionslösung wie das - Gas treten in den oberen Teil des Resorbers 35 ein.
Die Flüssigkeit rieselt innerhalb dieses Gefäßes über die von Kühlwasser durchströmte
- Rohrschlange 37 und absorbiert dabei das Gas. Die .entstehende Absorptionswärme
wird durch die Kühlflüssigkeit abgeführt. Die angereicherte Absorptionslösung fließt
aus dem- unteren Teile des Resorbers 36- - durch das Rohr 2 in den Entgaser i, wo
sie das Gas wieder abgibt, so daß nunmehr der Umlauf durch das Rohr 26 von neuem
beginnen kann.- Der Gasraum oberhalb der emporgestiegenen und am Boden des Resorbers
36 sich sammelnden Absorptionsflüssigkeit ist durch eine Gasleitung 38 mit dem Zwischengefäß
27 verbunden.
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Für den Fall nun, daß die im Rohr 3 5 hinaufgeführte Absorptionslösung
nicht imstande ist, die gesamte Gasmenge im Resorber 36 zu absorbieren, ist erfindungsgemäß
das Zwischengefäß 27 durch ein Rohr 39 mit dem Schenkel 12 des U-Rohres verbunden,
das unterhalb des Absorbers 8 angeordnet ist. Von der in diesem Schenkel aufwärts
steigenden Absorptionslösung wird das aus dem Zwischengefäß 27 durch das Rohr 39
hinzukommende Gas in der Regel sofort absorbiert; denn diese Lösung ist wesentlich
ärmer als die Lösung im Resorber 36, da ihre Sättigung dem im Absorber herrschenden
geringen Pai-daldruck des Ammoniaks entspricht. Es kann zweckmäßig sein, die entstehende
Absorptionswärme durch eine besondere Kühlvorrichtung abzuführen. Wirtschaftlicher
ist es aber, bei fühlbarer Erwärmung des Rohres 12 die Heizung 2o herabzusetzen.
Das Rohr 12 ist überdies so weit bemessen, daß etwa emporsteigende Luft- oder Gasblasen
die Flüssigkeit aus diesem Rohr nicht hinauswerfen können. Sie gelangen in das Rohr
7, in dem das Gasgemisch von Luft und Ammoniak umläuft. Die überschüssigen Gasmengen
werden nicht unmittelbar - dem Resorber 36 entnommen, sondern erst durch das Zwischengefäß
27 geführt, damit hier keine abgeschlossenen Gasmengen stehenbleiben und die starke
Absorptionsfähigkeit des Flüssigkeitsvorrates im Zwischefigefäß ausgenutzt wird.
Wenn die Lösung schon im Zwischengefäß etwas angereichert und erwärmt wird, so hat
das auch den Vorteil, daß sie im aufsteigenden Rohr 3 5 weniger Gas absorbiert,
also der Auftrieb des Gases besser ausgenutzt wird.
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Die in dem Schenkel 12 des U-Rohres oberhalb der Mündung des Rohres
39 stehende Flüssigkeitssäule sorgt dafür, daß im Rohr 39 stets der erforderliche
höhere Druck aufrechterhalten bleibt.
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An der Verbindungsstelle zwischen den Rohren 6 und 7 ist eine Düse
43 eingebaut, durch die Gas aus dem Raum höheren Druckes in den Raum niederen Druckes
überströmt. Das Gas - bringt beim Austritt aus der Düse das Gasluftgemisch im Rohr
7 wie bei einer Strahlpumpe in Bewegung und erzeugt so den Gasumlauf durch den Absorber
8 und den Entgaser i. Die Zuleitung zur Düse 43 ist vom Gasgefäß 31 abgezweigt.
Während der größte Teil der Gasmenge durch das Rohr 34 weitergeleitet wird, strömt
ein verhältnismäßig geringer Teil durch das Rohr 33 und das "Verbindungsrohr 40
in eine Entwässerungskammer 41 und von hier aus durch
das Rohr 42
zur Düse 43. Durch die Entwässerungskammer 41 ist das aus dem kalten Entgaser i
kommende Rohr 6 hindurchgeführt, damit das Ammoniakgas noch weitergehend entwässert
wird. Das Kondensat fließt durch das Rohr 44 ab, das innerhalb des weiteren. Rohres
43 nach unten geführt ist und unten offen ist. Die sich ansammelnden Flüssigkeitsmengen
fließen durch das Rohr 34 das Mischgefäß 3o.
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Im Zwischengefäß 27 ist ein Überlauf vorgesehen, der durch das offene
Ende des Rohres 45 gebildet wird. Etwa überschüssige Flüssigkeit gelangt durch dieses
Rohr in den Absorber B. Um die Zeichnung zu entlasten, ist von dem Rohr 45 nur der
Anfang und das Ende gezeichnet. Das Gefäß 46 dient als Schlammsammler und soll außerdem
verhüten, daß aus den Rohren 13 und 14 die Lösung hinausgeworfen werden kann, wenn
in einer Betriebspause der Druck im Absorber 8 größer wird als im Rektifikator 15.
Damit nicht aus demselben Anlaß die Flüssigkeit aus dem weiten Rohrschenkel 12 durch
das Rohr 39 in das Resorbersystem gedrückt werden kann, ist das Gefäß 48 vorgesehen,
in dem dasl Gas durch die angesammelte Flüssigkeit hindurchtreten kann.
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Aus ähnlichen Gründen ist das am Ende des .Rohres 24 vorgesehene Gasgefäß
31 so groß bemessen, daß es nötigenfalls die gesamte Flüssigkeit aus dem Zwischengefäß
27 und den höher liegenden Teilen der Rohre 2 und 26 aufnehmen kann.
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Ein Gefäß 47 zwischen den Rohren 17 und 18 soll verhindern, daß bei
besonders lebhafter Gasentwicklung im Kessel i9 Gasblasen durch die Rohre 18 und
17 hindurch in den Rektifikator 15 zurückschlagen. Das Gefäß 47 ist so groß, daß
es vorübergehend erhöhte Gasentwicklung aufnehmen kann.