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Verfahren zur Kälteerzeugung durch Kompression und Absorption Bei
den bekannten, mit Vakuum und Absorption arbeitenden Verfahren zur liälteerzeugung
wird die Abkühlung des Kältemittels dadurch bewirkt, daß ihm im Vakuum Dampf oder
gelöstes Gas entzogen wird, der in einem zweiten Behälter unter höherem Druck unter
Wärmeabgabe wieder kondensiert wird. Das Kondensat bzw. die stärkere Lösung floß
unter dem zwischen den beiden Behältern - herrschenden Druckunterschied wieder in
den ersten Behälter zurück. Damit die zurückströmende Flüssigkeit bei .möglichst
tiefer Temperatur in diesen gelangte,'wurdeein Teil der kalten Flüssigkeit aus diesem
über eine Wärmeaustauschverrichtung, in" der er der zurückfließenden Flüssigkeit
Wärme entzog, in den zweiten Behälter zurückgeleitet. Da dieser Flüssigkeitsstrom
sich von einem Raum mit niedrigem Druck zu einem Raum mit höherem Druck bewegte,
war für ihn eine zweite Pumpe erforderlich. ' 'Nach der Erfindung ;wird eine zweite
Pumpe entbehrlich gemacht und die erforderliche Apparatur vereinfacht dadurch, daß
der Dampf oder .das: Gas nicht durch Anwendung eines Vakuums dem Kältemittel entzogen,
sondern von einem starken Strom eines indifferenten Gases, beispielsweise Luft,
im Kreislauf durch den Apparat geführt wird. Hierdurch wird es ermöglicht, innerhalb
des ganzen Systems angenähert denselben Druck aufrechtzuerhalten, so daß der Austausch
der Flüssigkeit lediglich unter Einwirkung der Schwerkraft ohne besondere Hilfsmittel
erfolgt. Der Kreislauf vollzieht sich dann folgendermaßen: Der durch einen Kompressor
erzeugte Strom des indifferenten Gases, der sich in dem Verdampfer (dem vorgenannten
ersten Behälter) mit dem Dampf oder dem Gas des Kältemittels gesättigt bat, tritt
von unten in den Kondensator (den vorgenannten zweiten Behälter) und durchströmt
die in diesem enthaltene Flüssigkeitssäule, wobei sich der Dampf zum größten Teil
kondensiert bzw. Gas sich in der Flüssigkeit löst und dabei Wärme abgibt. Der Luftstrom,
dem so der größte Teil des Dampfes oder Gases entzogen ist, strömt von dort zu dem
Verdampfer, in den er von unten eintritt und durch dessen Flüssigkeit hindurch er
expandiert. Da bei der Expansion Arbeit verbraucht wird, wird diese der Flüssigkeit
im Verdampfer entzogen. In dem Maße, in dem in den Luftblasen der Luftdruck bei
der Expansion abnimmt, nimmt der Partialdruck des Dampfes des Gases darin zu, d.
h., die Luft sättigt sich wieder mit Dampf bzw. Gas und wird so wieder von dem Kompressor
angesaugt.
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Der Kondensator ist dabei als hohes, enges
Gefäß ausgestaltet,
so daß die Flüssigkeitssäule in ihm durch den Luftstrom zum Aufsteigen gebracht
wird. Da auf diese Weise der Flüssigkeitsspiegel im Kondensator höher steht als
im Verdampfer, strömt die überlaufende Flüssigkeit durch den Wärmeaustauscher zum
Verdampfer, während umgekehrt ein Teil der kälteren und darum schwereren Flüssigkeit
vom Verdampfer zum Kondensator zurückfließt. Die Anordnung kann auch so getroffen
werden, daß letztere Strömung durch den Kompressor aufrechterhalten wird.
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Die Zeichnung stellt praktisch anwendbare Ausführungsformen des Verfahrens
dar. Der Deutlichkeit der Darstellung halber sind nur einfache Kombinationen von
Elementen dargestellt. In den Zeichnungen ist Abb. i eine Ausführungsform einer
Wärmeübertragungsv orrichtung nach der Erfindung, Abb. a eine vereinfachte -und
zweckmäßigere Anordnung der Vorrichtung.
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Der Deutlichkeit halber sind in beiden Abbildungen einzelne Teile
geschnitten-Das System wird zum Teil mit einer Flüssigkeit in der Art des Ammoniumhydroxyds
gefüllt, die eine Lösung oder eine unbeständige Verbindung eines Gases mit einer
Flüssigkeit darstellt. Der übrige Teil des Systems ist mit einem Gas gefüllt, das
sich nicht mit der Flüssigkeit verbindet und nicht in ihr löslichist. Ist dieFlüssigkeitAmmoniaklösung,
so kann Luft als inertes Gas verwendet werden.
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Die Arbeitsweise des in Abb. i dargestellten Apparats ist folgende.
Ein Gefäß i nebst einer Verbindungsleitung, die eine Wärmeaustauschvorrichtung 8
enthält, sowie eine Säule 5, in der die Flüssigkeit von der Luft gehoben wird, werden
bis zu der gestrichelten Linie mit Ammoniaklösung gefüllt. Hierauf wird ein Zentrifugalkompressor
3 in Gang gesetzt, der aus seiner Ausstoßöffnung die Luft .durch ein Rohr q. in
die Säule 5 drückt, wo sie gesättigten Dampf aufnimmt. Dieses Gemisch strömt durch
ein Rohr 6 und expandiert plötzlich in die Flüssigkeitssäule im Gefäß i, wobei der
Dampf überhitzt und die in dem Rohr befindliche Flüssigkeit vor ihm her ,gedrückt
wird. Das nunmehr überhitzte Dampf-Luftgemisch verteilt sich fein in der Fliissigkeit,
wodurch seine Oberfläche sehr groß wird und die Flüssigkeit in die Blasen hinein
verdampft. Hierdurch wird die Temperatur der Flüssigkeit tiefer ;erniedrigt als
bis zu dem Punkt, den man dadurch erreichen kann, daß man nach dem üblichen Verfahren
den Dampf lediglich absaugt. Sobald die Blasen an der Oberfläche platzen, wird das
Ammoniak schnell durch die. Wärmeaustauschvorrichtung in den Ventilator 3 geführt.
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Wenn der Lösung im Gefäß 1 Dampf entzogen wird, kühlt sie sich ab
und wird zugleich schwächer und dadurch schwerer. Die schwere Lösung wird durch
ein Rohr 8, das zusammen mit dem Rohr 7 einen Doppelrohrwärmeaustauscher bildet,
in die Säule 596-leitet. In dieser wird die Flüssigkeit durch .das aus dem Ventilator
3 kommende Gemisch aus Luft und dampfförmigem Ammoniak nach dem bekannten Prinzip
des *fischluftflüssigkeitshebers bis zu der Öffnung am oberen Ende der Säule 5 ,gehoben.
Gleichzeitig wird dadurch, daß die schwache Lösung in Berührung mit dem Ammoniakdampf
kommt, das durch den vom Ventilator erzeugten Druck auf die Flüssigkeitsoberfläche
eine kleine Volumenverminderung erfahren bat, Dampf gelöst. Die Flüssigkeit in der
Säule 5 wallt nicht über, sondern wird in Berührung mit den Wänden des Gefäßes sanft
nach oben getrieben, wobei jedes ihrer Teilchen infolge einer Umlaufbewegung mit
Gas in Berührung kommt. Die Lösungswärme, die das Komplement zu der dem Gefäß i
lentzogenen Wärme bildet, wird den Wänden des Gefäßes 5 mitgeteilt und kann hier
nutzbar verwendet oder vernichtet werden. Am oberen Ende des Gefäßes 5 fließt die
nunmehr starke Ammoniaklösung unter dem Einfluß der Schwere durch den Wäxmeaustauscher
7, 8 zurück zu dem Gefäß i. Das Gemisch aus Luft und nicht absorbiertem Ammoniak
wird durch ein Rohr 6 in der vorher angegebenen Weise in die Ammoniaklösung im Gefäß
i und -durch dieselbe hindurch ;gedrückt, womit der Kreislauf vollständig äst.
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Um den in Abb. a dargestellten Apparat in Betrieb zu setzen, wird
die Kühlschlange i i und die als Kondensator wirkende Säule 15 bis zu. einer geeigneten
Höhe mit Ammoniaklösung .gefüllt und hierauf eine Flügelpumpe 13 von irgendeiner
bekannten Bauart, die zur Beförderung von Gas und Flüssigkeit geeignet ist, in Betrieb
gesetzt. Die. Luft und der Dampf mit etwas Flüssigkeit werden über ein Rohr 123
mit dem das Rohr 16 einen, Wärmeäustauscher bildet, von der Flügelpumpe angesaugt
und mit einem etwas höheren Druck in das- Kondensationsgefäß 15 gedrückt. Von hier
strömt die Flüssigkeit in ein Rohr 16 über und wird mit dem Luft-Dampfg.emisch zusammen
durch die Wärmeaustauschvorrichtung hindurch in die Schlange i i zurückbefördert.
Der in der Schlange i i auf die Flüssigkeit wirkende Totaldruck ist höher als der
Druck auf die Flüssigkeit im Rohr 12, und zwar um einen Betrag, der dem Widerstand
des Rohres 12 entspricht. Reicht dieser für bestimmte Temperaturbedingungen nicht
aus, so kann er durch eine Drosselung bei 17 erhöht werden. Die Aufwärtsbewegung
der Ammoniaklösung durch die Schlange i i wird durch das Gemisch aus Dampf und Luft
verursacht,
mit dem sich die Ammoniaklösung dabei innig mischt. Sie gibt hierbei Ammoniak ab
und kühlt sich ab. Diese abgekühlte und verdünnte Lösung kühlt die starke Lösung,
die aus dem Kondensator 15 kommt, auf die Kondensationstemperatur und geht alsdann
mit dem Dampf-Luftgemisch zur Pumpe. Auf diese Weise wird ein Kreislauf der Ammoniaklösung
in Berührung mit Luft zwischen den beiden Flüssigkeitssäulen aufrechterhalten,-
und die Ammoniaklösung wird abwechselnd in den Gefäßen i i bzw. 15 verdünnt und
konzentriert. Hierbei nimmt sie in dem ersteren Gefäß Wärme auf und ;gibt sie in
dem letzteren wieder ab. Es ist zu bemerken, daß der Partialdruck des Ammoniaks
längs des Teiles i i abnimmt und längs des Teiles 15 steigt, jedoch bleiben die
Totaldrucke darin konstant infolge der Zeit, die das Ammoniak zum Ausscheiden aus
der Lösung und zu seinem Eintritt in die Luft und zu seiner Absorption in der Flüssigkeit
gebraucht.
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@Vird die Erfindung zu Heizzwecken gebraucht, so wird die Säule 5
der Abb. i bzw. 15 der Abb. 2 in den zu erwärmenden Raum und das Gefäß i der Abb.
i bzw. die Schlange i i der Abb. 2 außerhalb desselben angebracht. Auf diese Weise
wird ein sehr ökonomisches Heizsystem hergestellt, da die erforderliche Arbeitsenergie
derjenigen entspricht, die durch den Unterschied der inneren und äußeren Temperatur
bestimmt wird, und die äußere Wärme einfach durch mechanische Kraft auf die gewünschte
Temperatur gesteigert wird. Die Verluste, die bei der Erzeugung der hohen Temperatur
durch Verbrennung von Brennstoff als Quellen der niedrigen Temperatur unvermeidlich
sind, werden hier vermieden.
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Bei seiner Anwendung zur Kühlung ist dieses Verfahren einfacher als
alle früheren Verfahren. Da hier praktisch überall mit Atmosphärendruck gearbeitet
wird, werden nicht nur die Kosten der Anlage verbilligt, sondern das Verfahren ist
auch ökonomisch und gewährleistet eine bisher noch nicht erreichbare Sicherheit.