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Verfahren zur Kühlung wärmeabgebender Teile von Absorptions-, insbesondere
Kälteapparaten Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung wärmeabgebender
Teile von Absorptionsapparaten. Sie besteht im -#vesentlichen darin, daß man in
einem besonderen geschlossenen Kreislaufsystem eine Flüssigkeit in Gegenwart eines
indifferenten Gases zur Kühlung der wärmeabgebenden Teile verdampfen läßt und die
so entstandenen Dämpfe wieder kondensiert. Zweckmäßig ist es hierbei, daß die Dämpfe
der Flüssigkeit in dem geschlossenen System so geführt werden, daß sie ein selbsttätiges
Umlaufsystem ergeben. Besonders vorteilhaft ist die Erfindung dort, wo es sich darum
handelt, Teile des Apparates auf eine bestimmte Temperatur zu kühlen, wie es z.
B. bei dem Abscheider von Absorptions-oder Kälteapparaten wünschenswert ist. Der
Druck des zusätzlichen indifferenten Gases im geschlossenen System wird der gewünschten
Temperatur des wärmeabgebenden Teiles des Hauptapparates und der dieser entsprechenden
Verdampfungstemperatur der Flüssigkeit entsprechend gewählt.
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Die Kühlwirkung eines im selbsttätigen Kreislauf verdampfenden und
wieder kondensierten Kältemittels durch Hinzufügung eines indifferenten Gases unter
Druck zu ändern, ist bei Kältemaschinen bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren
handelt es sich aber um die nach Belieben abzustufende Kühlung des Kühlgutes durch
Einpressen des indifferenten Gases in die durch das Kühlgut hindurchgeführte Kühlschlange,
in der das expandierende Kühlmittel zirkuliert. Die Erfindung besteht in der Anwendung
des an und für sich bekannten Verfahrens zur Kühlung wärmeabgebender Teile von Absorptionsapparaten,
insbesondere zur Kühlung des Abscheiders, in dem das Kältemittel (z. B. Ammoniak)
von dem mitgerissenen Absorptionsmittel (z. B. Wasser) getrennt wird. Durch Anwendung
des Verfahrens auf die wärmeabgebenden Teile des Kälteapparates sollen diese Teile
auf einer bestimmten regulierbaren Temperatur gehalten werden.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausfilir ungsbeispiele der Erfindung
gezeigt.
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Abb. i zeigt die Gesamtanlage des Kälteapparates im Schnitt.
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Abb. ? zeigt eine weitere Ausfübrungsforin des Abscheiders allein.
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In Abb. i bezeichnet io den Entgaser, der von einem Schornstein 14
für die Verbrennungsgase der Gasbeheizung mittels des Brenners 15 durchzogen ist.
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Der Abscheider ist mit 16 bezeichnet. Er besteht nach der Abb. i aus
einem aufrecht stehenden, oben und unten geschlossenen zylindrischen Gefäß 17, das
im Inneren mit Stoßblechen 18 versehen ist. Das Gefäß t 7
wird außen
von einem Mantelgefäß ig umgeben. Dieses Mantelgefäß steht über die Leitungen 2o
und 7 mit der zweckmäßig von der Kühlwasserleitung 2,1 gekühlten Kühlschlange 22
in Verbindung. Die obere Leitung 2o muß dabei vorn Dampfraum des Mantelgefäßes ig
ausgehen. Diese Teile ig, 20, 22 und 7 bilden nun ein in sich selbst geschlossenes
und vom Hauptapparat unabhängiges Verdampfungs-und Umlaufsystem einer Flüssigkeit
in Gegenwart eines indifferenten Gases. Dieses System steht in wärmeleitender Verbindung
mit dem Abscheider 17.
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Der Apparat arbeitet im allgemeinen in an sich bekannter Weise: Das
aus dem Entgaser i i aus der Absorptionslösung, beispielsweise Wasser, ausgetriebene
Kältemittel bzw. Ammoniak gelangt durch die Leitung 23 zum Abscheider 17, wo, wie
später genau beschrieben. die mitgerissenen Absorptionsmitteldämpfe abgeschieden
werden. Dann tritt das Kältemittel weiter durch die Leitung 24 und den Verflüssiger
25 in ein Sammelgefäß 26, von wo aus das verflüssigte Kältemittel über Leitung 27
über Temperaturwechsler 2g in den im strichpunktierten Kühlraum 55 gelegenen Verdampfer
31 tritt, wo es in Gegenwart eines Hilfsgases, z. B. Wasserstoff, auf den mit Kanten
34 und Löchern 33 versehenen Platten 32 verdampft. Das Gasgemisch fällt in bekannter
Weise durch Stutzen 35 in die Zwischenräume 36 des Temperaturwechslers, wo es vom
Sammelgefäß 26 über die Leitung 45 kommendes Hilfsgas aufnimmt, und weiter über
Stutzen 46 in den Absorber 47. Hier wird das Kältemittel durch die vom Köcher i
i über die Leitung 53 über den Temperaturwechsler 52 und die Leitung 54 durch den
Absorberkü'hlmantel48 kommende arme Lösung beim Überlaufen über die Platten 56 ausgewaschen.
Die angereicherte Lösung fließt durch die Leitung 51 zum Hilfsentgaser 12
zurück und wird von hier durch die Leitung 9 in bekannter Weise zum Hauptentgaser
i i gehoben, während das vom Kältemittel befreite Hilfsgas über die Leitung 28,
die Kammer 41 mit Entwässerungsloch 43, Rohre 4o, die Kammer 42 mit Entwässerungsloch
44 und die Leitung 30 zum Verdampfer zurücktritt. Das bei 49 in den Absorberkühlmantel
48 eintretende Kühlwasser wird durch das Rohr 50 zum Verflüssiger 25 und
dann durch das Rohr 21 zur Kühlung der Kühlschlange 22 benutzt.
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Der bei der Austreibung des Kältemittels im Entgaser mitgerissene
Dampf des Lösungsmittels wird im Abscheider 17 verflüssigt und läuft durch die geneigt
angeordnete Leitung 23 zum Entgäser zurück. Um eine vollkommene Abscheidung zu erhalten,
wird nun erfindungsgemäß die Temperatur irii Ab- j scheider um einen geringen Betrag,
z. B. 5 bis io° C, höher gehalten als der Siedepunkt des Kältemittels bei dem im
Apparat herrschenden Druck. Diese Temperatur im Abscheider unabhängig von der Temperatur
des 'Kühlwassers zu erhalten, ist ein für die Erfindung wesentlicher Punkt.
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Um dies zu erreichen, bilden das Mantelgefäß ig, die Leitungen 2o
und 7 und die Kühlschlange 22 ein geschlossenes System, das mit einem indifferenten,
nicht kondensierenden Gas, einer Flüssigkeit und deren Dampf angefüllt ist. Beispielsweise
sei angenommen, die Flüssigkeit sei Ammoniak und das indifferente Gas Wasserstoff,
obgleich auch beliebige andere Kombinationen von Stoffen genommen werden können.
Es haben sich auch Stickstoff oder Methan in Verbindung mit Propan, Butan, Äthylchlorid
oder anderen Flüssigkeiten mit niedrigem Siedepunkt, die spät gefrieren, als günstig
erwiesen. Die Temperatur, bei der das Ammoniak oder die andere gewählte Flüssigkeit
zu verdampfen beginnt und damit auch die Temperatur, mit der die Dämpfe vom oberen
Teil des Abscheidermantels ig in die Leitung 2o treten,' wird durch den Gesamtdruck
im System bestimmt. Die Anwesenheit des nicht kondensierenden indifferenten Gases
(Wasserstoff oder anderes Gas) hält nun diesen Totaldruck annähernd konstant, unabhängig
von den Schwankungen der Kühlwassertemperatur. Diese annähernde Gleichmäßigkeit
des Drucks im System ist wesentlich dadurch bedingt, daß der Druck des nicht kondensierenden
Gases während des Betriebes den größten Betrag des Gesamtdruckes im System ausmacht
und sich während des Betriebes die Temperatur dieses Gases nur unbedeutend ändert.
Ohne Zusatz des nicht kondensierenden Gases würde die Temperatur des Kühlwassers
im wesentlichen den Druck im System und damit auch die Verdampfungstemperatur der
Flüssigkeit (Ammoniak) im System, damit aber auch die Kühlung des Abscheiders 17
bedingen. Das Zusatzgas ändert aber die Verhältnisse. Der dadurch erzeugte Druck
bedingt, daß die Flüssigkeit erst bei einer bestimmten Temperatur zum Kochen kommen
kann - vorher tritt nur geringfügige Diffusion ein -, so daß eben erst von einer
bestimmten Temperatur an eine Kühlwirkung zustande kommen kann. Andererseits wird
dem Abscheidermantel während des Betriebes dauernd von den heißen; durch den Abscheider
17 strömenden Dämpfen ihrer Temperatur entsprechend Wärme zugeführt, die die Flüssigkeit
im Mantel zum Sieden bringt und dadurch den Abscheider 17 auf eine gewisse Minimaltemperatur
herunterkühlt.---Diese Minimaltemperatur im Abscheider
17 ist bedingt
durch den Siedepunkt der Flüssigkeit im Abscheidermantel ig und dieser wieder hauptsächlich
durch den Druck des zusätzlichen Gases. Dieser Druck wird nun erfindungsgemäß so
gewählt, daß die Temperatur im Abscheider 17 ein wenig höher ist als die Kondensationstemperatur
des Kältemittels im eigentlichen Kälteapparatsystem bei dem dort herrschenden Druck.
Die größten Beträge des den Abscheider durchziehenden Gasgemisches, die Dämpfe des
Kältemittels, können also noch nicht kondensieren, der geringere Betrag der mitgeführten
Lösungsmitteldämpfe wird verflüssigt. Die Stoßbleche 18 dienen dazu, die Dämpfe
des Lösungsmittels so langsam durch den Abscheider laufen zu lassen, daß ausreichende
Zeit zum Wärmeaustausch und damit zur Kondensation sichergestellt ist.
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Wenn die Flüssigkeit im Abscheidermantel ig verdampft (wie hier angenommen
Ammoniak), tritt dieser Dampf in die Leitung 2o und die Kühlschlange 22 und wird
hier wieder verflüssigt durch die Kühlwasserkühlung. Die Mündung des Rücklaufrohres
7 in den Abscheidermantel kann an sich beliebig angeordnet sein, nur muß sie tiefer
liegen als der Ausgangspunkt der Leitung 2o, um einen sicheren Umlauf der Flüssigkeitsdämpfe
zu erzielen. Durch geeignete Abmessung der Beschickungsmengen des in sich geschlossenen
Abscheidersystems kann man eine- genauere selbsttätige Abscheidung erhalten, als
wenn man das Kältemittel des eigentlichen Kälteapparates selbst zur Kühlung des
Abscheiders verwendet.
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Die so im Abscheider von den Lösungsmitteldämpfen befreiten Kältemitteldämpfe
«-erden nun im Kondensator verflüssigt und treten dann in das Hilfsgefäß 26 ein,
wo sie noch von etwa vorhandenen Teilen des Hilfsgases befreit werden, die z. B.
während des Transportes beim Kippen des Apparates in den Entgaser gelangen können.
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Die Abb. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform des Abscheiders. Der
Abscheider 17 ist hier zum Teil mit einem Kühlmantel 57 umgeben. Die Kühlwasserleitung
21 ist schlangenförmig um den Kühlmantel 57 herumgelegt. Um gute Wärmeübertragung
zu sichern, kann die Kühlwasserleitung mit dem Mantel verschweißt oder verlötet
werden. Ein unten und oben offener, von Stützen 59 getragener Zylinder 58 ist innerhalb
des Kühlmantels 57 um den Abscheider 17 herumgelegt. Im Kühlmantel 57 befindet sich
ein kondensierbares und' ein nichtkondensierbares Gas, z. B. Ammoniak und Wasserstoff.
Der Zylinder 58 reicht so tief in den Kühlmantel hinein, daß der Boden des Zylinders
stets in Flüssigkeit steht. Die Beifügung des nichtkondensierenden Gases (Wasserstoff)
hat wieder wie bei Abb. i den Zweck, den Druck im Mantel 57 konstant zu halten.
Die Kondensationswärme der Dämpfe des Lösungsmittels im Abscheider 17 bringt Flüssigkeit
im Mantel 57 zum Verdampfen. Der sich so bildende Dampf steigt im ringförmigen Raum
zwischen Zylinder 58 und Abscheider 17 auf und tritt in den äußeren Ringraum zwischen
Zylinder 58 und Mantel 57 über. Im oberen Teil dieses Ringraumes tritt nun wegen
der Kühlung durch das Kühlwasser wieder Verflüssigung der gebildeten Dämpfe ein.
Die sich bildende Flüssigkeit läuft im äußeren Ringraum hinab.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Beispiele beschränkt,
insbesondere nicht auf die dargestellte Kühlung des geschlossenen Kühlsystems durch
Kühlwasser, die auch z. B. durch Luftkühlung ersetzt werden kann.
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Auch auf die Art der Absorptionsmaschinen, bei denen die Erfindung
Anwendung findet, kommt es nicht an. Ebensogut wie bei Absorptionsapparaten, welche
mit einem indifferenten Hilfsgas arbeiten, kann die Apparatkühlung gemäß der Erfindung
auch bei anderen Absorptionsmaschinen Anwendung finden, welche kein indifferentes
Gas besitzen. Die Anwendung der Erfindung ist auch nicht auf kontinuierlich arbeitende
Absorptionsapparate beschränkt.