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Verfahren zum Umwälzen der Absorptionslösung in Absorptionskälteapparaten
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Umwälzung
von Absorptionslösung in Absorptionsapparaten, insbesondere Kälteapparaten, die
ausschließlich mit Wärme .betrieben werden, d. h. solchen, die keine Pumpen o. dgl.
besitzen, tun Druckunterschiede des Kältemittels zu erzeugen. Wenn man in derartigen
Apparaten den zur Kälteleistung erforderlichen Druckunterschied des Kältemittels
beispielsweise durch Flüssigkeitssäulen aufrechterhält oder ihn durch ein indifferentes
Gas ausgleicht, so erspart man bekanntlich die Druckpumpe, muß aber noch eine Vorrichtung
vorsehen, die die Absorptionslösung zum Umlauf bringt. `Wollte man im Absorber von
der Absorptionslösung mehr als nur die oberste Schicht der Lösung wirksam machen,
so baute man den Absorber bisher als Rieselabsorber aus: d. h. im Absorber entstand
eine gewisse Fallhöhe der Lösung, die eben der Höhe der Rieselung entsprach. Die
die Lösung zum Umlauf zwischen Kocher und Absorber brnläeilde Vorrichtung mußte
dann außer der Arbeit, die zur Erzeugung des Umlaufs nötig war, auch noch diese
Förderhöhe iiberwinden.
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Die zur überwindung dieser Förderhöhe nötige Arbeit kommt aber der
Kälteleistung nicht zugute, sondern stellt einen unbedingten Verlust an Arbeit dar.
Die Erfindung bezweckt, diese Verluste wesentlich herabzusetzen, und besteht im
wesentlichen darin, daß Kapillaritätserscheinungen, beispielsweise Kapillarheber,
benutzt werden, die die Lösung zur L'inwälzung bringen bzw. derart heben, daß große
und wirksame Absorptionsflächen entstehen.
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Die Erfindung soll näher unter Hinweis auf die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben werden, wobei sich auch weitere kennzeichnende Merkmale der Erfindung
ergeben werden. In den Zeichnungen stellt Abb. i schematisch einen mit einem druckausgleichenden
Gas arbeitenden Absorptionskälteapparat dar und Abb.2 einen nuerschriitt durch einen
zum Verfahren gemäß der Erfindung besonders geeigneten Absorber.
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In der Abb. i ist ein Absorptionskälteapparat dargestellt, von dem
angenommen sei, daß er mit Ammoniak als Kältemittel, Wasser als Absorptionsmittel
und Wasserstoff als druckausgleichendem Gas arbeitet. Er besteht im «-es,ntlichen
aus einem Kocher io, einem Wasserabscheider i i, Kondensator 12, Verdampfer 13,
Gastemperaturwechsler 1:I, Absorber 15 und Temperaturwechsler IG für die zwischen
Kocher und Absorber umlaufende Lösung. Die Arbeitsweise derartiger Apparate ist
genügend bekannt, so daß im folgenden nur die neue Umwälzung der Absorptionslösung
beschrieben werden soll.
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-Um einen Umlauf der Lösung in einer bestimmten Richtung zu erzielen,
muß man im Umlaufsystem Schweredifferenzen bilden. Da bei den üblichen Konzentrationen
der reichen
und der armen Lösung und den üblichen Temperaturen im
Kocher und Absorber nur eine geringe Schweredifferenz zwischen der armen heißen
Lösung im Kocher und der reichen kalten Lösung im Absorber besteht, so pflegt sich
das Niveau im Kocher bei der Beheizung nur um einen praktisch geringen Betrag höher
als im Absorber einzustellen. Die Schweredifferenzen und damit die Umlaufskraft
vergrößert man jedoch, wenn man die Leitungen zwischen Kocher und Absorber derart
führt, daß sie je ein (J-Rohr bilden, von denen der eine Schenkel eine andere Temperatur
als der andere hat. Dann wird die Gewichtsdifferenz zwischen kalter und warmer reicher
Lösung bzw. zwischen warmer und kalter armer Lösung für den Umlauf wirksam.
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Die sich am Boden des Absorbers 15 sammelnde gekühlte reiche Lösung
wird daher zunächst in einem absteigenden Ast 17 geführt, der, falls erforderlich,
mit Wasser gekühlt sein kann und der dann zu einem aufsteigenden Ast 18 zurückgebogen
ist, der als Temperaturwechsler 16 ausgebildet ist, so daß die reiche Lösung hier
von der aus dem Kocher kommenden armen Lösung erwärmt und leichter gemacht wird.
Die in dieser Weise etwas gehobene reiche Lösung tritt bei i9 in den Kocher io ein,
der mit einer Scheidewand :2o versehen ist, die erzwingt, daß die reiche Lösung,
bevor sie aus dem Kocher wieder austreten kann, an .der Heizquelle des Apparates,
beispielsweise einem Gasbrenner, vorbei muß.
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Die arme Lösung wird bei 21 dem Kocher entnommen. Ihre Leitung wird
zunächst in einem absteigenden Ast 22 zum Temperaturwechsler 16 geführt, und zwar
ist erfindungsgemäß ein Teil dieses absteigenden Astes 22 mit einer kapillar wirkenden
Oberfläche, beispielsweise mit einem Docht aus Drahtgaze 5o, versehen, der etwas
in den Kocher hinabragt, so daß er von der Kocherflüssigkeit unmittelbar oder durch
die sich beim Abkochen bildenden Spritzer benetzt wird.
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Zweckmäßig ist es, den absteigenden Ast :22 für eine kurze Strecke
zu kühlen, z. B. mit Kühlwasser, wie bei 23 gezeigt, denn der armen, zum Absorber
gehenden Lösung wird zweckmäßig Wärme entnommen, da sie mit möglichst wenig Wärmeinhalt
in den Absorber eintreten soll und da die Entziehung an dieser Stelle umlaufbeschleunigend
wirkt. Der im Kocher liegende Schenkel des Kapillarhebers, der etwa i2o bis 13o°
C hat, wird durch eine derartige Kühlung des Außenschenkels durch Kühlwasser beispielsweise
bis auf ioo° C leichter, so daß eine Umlaufkraft entsteht, die die Lösung aus dem
Kocher hebt. In dem an den Ast 22 anschließenden Temperaturwechsler 16 wird die
reiche, vom Absorber mit etwa 35° C kommende Lösung auf etwa 9o° C erwärmt und die
arme, vom Kocher kommende Lösung auf etwa 45' C gekühlt. An den Ast 22 und den Temperaturwechsler
16 schließt sich darauf der aufsteigende Ast 23, der oben überhalb des Absorberspiegels
wieder zu einem absteigenden Ast 24 zurückgebogen ist. Dieser Ast 24 wird zweckmäßig
in Wärmewechsel mit dem kalten, vom Verdampfer kommenden Gas geführt, so daß sich
die Temperatur in ihm auf etwa io° C erniedrigt.
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Auch zwischen dem Ast 23 und dem Ast 24 ist wieder ein Kapillarheber
5 1 vorgesehen, der die Lösung zum Absorber überhebert, weil sie auf dem
aufsteigenden Ast eine Temperatur von etwa 45° und auf dem absteigenden Ast etwa
io° C hat.
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Die kapillar wirkende Oberfläche, z. B. der kapillare Docht, die an
den beiden Heberstellen notwendig ist, kann auch durch die ganze Länge der Leitung
geführt werden.
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Da bei derartigen Apparaten die Leitungen mit den Gefäßen durch Schweißurig
verbunden zu werden pflegen und die Drahtdochte bei der Schweißurig zerstört werden
könnten, empfiehlt es sich, die Leitung zunächst mit einer kleine Platte, Scheibe
o. dgl. zu verschweißen, dann den Docht einzuziehen und endlich die Platte in das
Gefäß einzuschweißen. Eine Gefährdung des Dochtes durch die Hitze des Schweißens
wird dadurch verhindert. Geht der Docht nicht ganz durch die Leitung hindurch, so
kann er naturgemäß auch erst nach der Einschweißung des Rohres in die Leitung eingeführt
werden. Zweckmäßig wird das Verfahren gemäß der Erfindung auch innerhalb des Absorbers
selbst angewandt. Ein dazu besonders geeigneter Absorber ist in der Abb. 2 als Beispiel
dargestellt.
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Der Absorber gemäß Abb.2 besteht im wesentlichen aus einem einfachen
Rohr 25, das im Innern mit einer durchgehenden Leiste 26 versehen ist, die auch
als Platte mit Näpfchen ausgebildet sein kann. Der Absorber ist mit einer Eintrittsöffnung
27 für das vorn Verdampfer kommende Hilfsgas und einer Austrittsöffnung 28 für das
zum Verdampfer rückkehrende Hilfsgas versehen. Die vom Kocher kommende arme Absorptionslösung
wird durch Leitung 24, die zweckmäßig einen Kapillardocht enthält, zugeführt, die
angereicherte Lösung verläßt den Absorber durch Leitung 17. Die vom Kocher kommende
Lösung wird durch die Leiste 26 daran gehindert, unmittelbar zur Ausflußleitung
17 zu treten. Die Innenseite des Rohres 25 ist mit einer oder mehreren Schichten
Drahtgaze 52 belegt, die die sich an der Leiste 26 sammelnde
Lösung
hochsaugt und nach der tiefsten Stelle des Rohres 25 hinabhebert. Diese Ausführung
hat bei der Verwendung von Ammoniak und Wasser den weiteren Vorteil, daß in der
hebernden Flüssigkeit die bereits gesättigten Schichten, größtenteils des geringeren
Gewichtes wegen, nach der Rohrwand diffundieren, so daß dem den Absorber durchziehenden
Gasgemisch im wesentlichen ungesättigte Lösung an der dem Gas zugekehrten Seite
der Gaze geboten wird. Die bei der Absorption frei werdende Wärme wird durch eine
das Rohr 25 umgebende Kühlwasserschlange 3o abgeführt.
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Die zweckmäßig flach an der Rohrwandung anliegende Gaze kann einfach
in geeigneter Abmessung zugeschnitten und in das Rohr hineingeschoben werden, wo
sie sich oben und unten gegen die Leiste 26 anlegt, wobei sie durch geringe Eigenspannung
in dieser Lage gehalten wird. Doch kann sie auch durch Punktschweißung oder durch
Lötung mit gegen die Betriebsmittel des Apparates indifferenten Mitteln (z. B. Zinn
im Beispiel) festgemacht werden.
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Will man die Oberfläche des Absorbers noch weiter erhöhen, so kann
man in das Innere des Absorberrohres 25 noch ein zweites Rohr 29 einsetzen, das
beispielsweise durch den ganzen Absorber hindurchgeführt und mit den beiden Abschlußdeckeln
verschweißt ist. Auch dieses Rohr kann mit einer oder mehreren Drahtgazeschichten
53 versehen und die frei werdende Wärme durch eine das Innere des Rohres 29 durchziehende
Kühlwasserleitung 3 i, z. B. aus Kupfer, abgeführt werden.
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Das Einsatzrohr 29 ist zweckmäßig einerseits gegen die Leiste 26 gelagert
und ruht andererseits gegen ein oder mehrere kleine Zapfen 32, so daß das Rohr bis
zur Verschweißung in der Vorder- und Rückplatte des Absorbers gehalten ist. Der
gegen die Leiste 26 liegende Teil des Innenrohres 29 wird zweckmäßig von Gaze frei
gelassen, damit die Lösung nicht durch diese Gaze hindurch unmittelbar zur Abflußstelle
der Leitung 17 gelangen kann. Im allgemeinen wird die metallische Auflage des Innenrohres
29 gegen die Leiste 26- bereits genügen, das Durchfließen von Lösung durch die Stoßfuge
zu verhindern. Man kann jedoch auch für eine besondere Dichtung sorgen, indem man
z. B. die Fuge wieder mit einem für die Betriebsmittel indifferenten Stoff verlötet
oder z. B, durch Abschleifen oder in anderer geeigneter Weise dichtsetzt.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt.
Zum Beispiel kann man besonders bei Luftkühlung des Absorbers, in der das Innenrohr
also nur schwer von außen Kühlung erhält, auch das umlaufende druckausgleichende
Gas durch das Innenrohr führen, um die am Innenrohr frei werdende Absorptionswärme
abzuführen, oder man kann beispielsweise das Innenrohr mit einem Schlitz oder einer
Bohrung versehen, durch die Absorptionslösung hineintreten kann, es innen mit einem
Kapillarheber versehen und das Gasgemisch im Außenrohr in einer Richtung und im
Innenrohr in Gegenstrom dazu führen.
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Wird die Eigenschaft des Kapillarh.ebers sowohl im Absorber wie in
seiner Zufluß-oder Abflußleitung benutzt, so empfiehlt es sich, den Kapillarheber
der Rohrleitung mit den kapillar wirkenden Flächen des Absorbers in unmittelbare
Kapillarv erbindung zu bringen. Statt des Absorbers können auch andere Gefäße .des
Systems mit entsprechenden kapillar wirkenden Flächen versehen werden.
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Zweckmäßig läßt man bei derartigen Apparaten, die mit geringen Steighöhen
und Kapillarhebern arbeiten, das Kondensat in den Verdampfer derart einmünden, daß
sich in der Zuflußl.eitung des Kondensats eine Flüssigkeitssäule bilden kann. Diese
bewirkt dann, daß im Verdampfer-Absorber-System eine geringe Erhöhung des Druckes
gegenüber dem Kocher-Kondensator-System entsteht, die eben dieser Flüssigkeitssäule
entspricht. Der im Absorber auftretende Überdruck hilft dann, die reiche Lösung
in den Kocher zu drücken und die Reibungswiderstände im Leitungssystem zu überwinden,
während der Überdruck auf die Kapillarheber von geringerem Einfluß ist.
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Endlich kann man in derartigen Anlagen das im Wasserabscheider ausfallende,
also gegenüber dem Absorber gehobene Wasser über ein [)-Rohr zurückführen, das dann
zweckmäßig dem absteigenden Schenkel 2d. zugeführt wird, wo es weiter wegen seines
spezifischen Gewichts und nach zweckmäßiger Kühlung die abwärts gerichtete Tendenz
verstärkt.