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Verfahren zur Steigerung des Umlaufs von durch Wärmezufuhr in geschlossenen
Systemen umgewälzten binären Flüssigkeiten Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Steigerung des Umlaufs von durch Wärmezufuhr in geschlossenen
Systemen umgewälzten Flüssigkeiten, insbesondere auf die Umwälzung der Absorptionslösung
in Absorptionskälteapparaten, die ohne mechanische Ventile arbeiten. Sie ist besonders
für kleine Apparate bedeutungsvoll.
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Es ist bereits bekannt, die Absorptionslösung in ventillosen Absorptionskälteapparaten
dadurch in Umlauf zu bringen, daß man den einen Schenkel des Umlaufsystems durch
die im Kocher des Apparates auftretende Erwärmung leichter macht, so daß sich der
Spiegel im Kocher auf eine größere Höhe einstellt als im Absorber, weshalb die so
gehobene Lösung zum Absorber ablaufen kann.
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Die Erfindung bezweckt, derartige Anlagen zu verbessern, insbesondere
die Förderhöhe in solchen Apparaten zu erhöhen.
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Erhitzt man ein binäres Gemisch, z. B. eine Absorptionslösung, so
wird zunächst aus ihm das Mittel mit dem niederen Kochpunkt ausgetrieben, was bei
geeigneter Stoffwahl verhältnismäßig ruhig in Form von Gasblasen vor sich geht.
Ist nun noch keine Zirkulation im System vorhanden, so daß also das ausgetriebene
Mittel nicht ersetzt wird, so daß die Lösung verarmt, so erhöht sich durch die Beheizung
allmählich die Temperatur des Gemisches, bis auch das Mittel mit dem höheren Kochpunkt
zum Sieden kommt. Dieses Sieden nun geht bei geeigneter Stoffwahl, z. B. bei Ammoniaklösungen,
in plötzlichen Stößen gewissermaßen explosionsartig vor sich, und die so erzeugten
kleinen »Explosionen« heben die Flüssigkeit um einen recht hohen Betrag, beispielsweise
um qo cm, wodurch die Förderhöhe nahezu viermal so groß wird wie bei dem bekannten
Verfahren.
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Diese Hochförderung der Lösung wird nun erfindungsgemäß dazu benutzt,
den Umlauf der zu fördernden Lösung hervorzurufen, was bei Absorptionskälteapparaten
noch den weiteren Vorteil mit sich bringt, daß die so gehobene Lösung sehr arm ist,
also gut absorbiert.
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Die Erfindung soll näher unter Hinweis auf die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben werden, wobei sich weitere kennzeichnende Merkmale der Erfindung ergeben
werden.
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In der Abb. x ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an einem mit
druckausgleichendem Gas arbeitenden Absorptionskälteapparat gezeigt, der besonders
für kleine Haushalte geeignet ist, in denen die Abmessungen der Kühlkammer klein
sein sollen. Es sei angenommen, daß der Apparat mit Wasser als Absorptionsmittel,
Ammoniak als Kältemittel und Wasser-. Stoff als druckausgleichendem Gas betrieben
wird. In der Abbildung ist der beispielsweise durch einen Gasbrenner beheizte Kocher
mit zo bezeichnet. Das aus der Absorptionslösung im Kocher durch die Beheizung ausgetriebene
Gas geht durch die Leitung 12 zu einem beispielsweise luftgekühlten Wasserabscheider
25, von dort zu einem Kondensator 26 bekannter Bauart, der gleichfalls mit Luft
gekühlt sein
kann, und das verflüssigte Kältemittel tritt von hier
aus durch eine Leitung 27 in den als Schlange ausgebildeten Verdampfer 28. An der
Eintrittsstelle des flüssigen Ammoniaks in den Verdampfer 28 wird durch eine Leitung
29 in an sich bekannter Weise das aus dem Absorber kommende Hilfsgas zugeführt,
in das hinein das flüssige Kältemittel verdampft. Das entstehende schwerere Gasgemisch
sinkt im Verdampfer nach unten und über einen Temperaturwechsler 30 zu dem
beispielsweise liegend ausgebildeten Absorber 31, der mit Kühlrippen versehen sein
kann, von denen zur Entlastung der Figur nur einige dargestellt sind. Der Absorber
31 ist zweckmäßig im Innern mit mindestens einer Platte 32 versehen. Von dem einen
Ende dieser Platte läuft ein kapillarwirkendes Drahtgeflecht 33 an der inneren Wandung
des zylinderförmigen Absorbers entlang, und zwar etwa um 3/,, seines Umfangs herum,
wie aus Abb. 2 ersichtlich. Auf die Platte 32 tretende Absorptionslösung wird durch
die kapillare Wirkung dieses Drahtgeflechtes an der Absorberwandung entlang und
nach dem unteren Absorberteil hinübergehebert. Dadurch, daß man der Platte 32 eine
entsprechende Länge und Breite gibt, kann man mit ihr den Absorber gleichzeitig
derart unterteilen, daß das vom Verdampfer kommende schwerere Gas, das bei 34 unterhalb
der Platte 32 eintritt, im wesentlichen erst durch die ganze Länge des unteren Teiles
des Absorbers in der Längsrichtung strömt und dann über die ganze Länge der Platte
32 hinweg zur Austrittsstelle des gereinigten Hilfsgases bei 35 zum Temperaturwechsler
30 zurücktritt, von wo es durch Leitung 29 zum Verdampfer zurückgeführt wird.
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Zweckmäßig wird die Leitung, die den Verdampfer darstellt und zum
Absorber weitergeführt ist, derart ausgeführt, daß sich ihr Neigungswinkel von der
Eintrittsstelle des flüssigen Ammoniaks bis zur Eintrittsstelle 34 der Gasmischung
in den Absorber vergrößert. Die das ausgewaschene Hilfsgas von der Austrittsstelle
35 aus dem Absorber zum oberen Verdampferteil zurückführende Leitung wird zweckmäßig
so ausgeführt, daß sich auf dem Wege von unten nach oben, den das gereinigte Hilfsgas
zurücklegt, auch der Neigungswinkel in der Richtung nach oben vergrößert. Im Temperaturwechsler
30 überschneiden sich daher die beiden Rohre, d. h. die das ausgewaschene
Hilfsgas zum Verdampfer führende Leitung liegt im unteren Teil des Temperaturwechslers
zuerst unterhalb der Leitung, die das Gasgemisch vom Verdampfer zum Absorber führt;
am oberen Teil des Temperaturwechslers jedoch liegt die Leitung 29 für das arme
Gas oberhalb der das Gasgemisch zum Absorber führenden Leitung. In das Innere der
Verdampferschlange 28 ist, die Verdampferschlange berührend, ein Kühlbehälter 36
eingesetzt, der mit einer Isolierung 37 umkleidet und oben offen ist. Die obere
Öffnung des Kühlbehälters wird durch einen gleichfalls aus Isoliermaterial bestehenden
abnehmbaren Deckel 38 abgeschlossen.
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Bei kleineren Apparaten, in denen sowohl der Kocher als auch der Absorber
verhältnismäßig kleine Abmessungen haben, oder bei Apparaten, bei denen die Niveauunterschiede
gering sind, empfiehlt es sich, in das Umlaufsystem der Absorptionsflüssigkeit einen
Sammelbehälter für eine größere Flüssigkeitsmenge einzubauen. Ein solcher Behälter
ist bei 39 dargestellt. Er ist mit einer Entlüftungsleitung 40 versehen, die ihn
nach der Leitung 29 für das arme Gas entlüftet.
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Die im Absorber 31 stehende Lösung fällt durch ein Fallrohr 41 in
den Sammelbehälter 39 und strömt von hier aus durch eine Leitung 42 zum Temperaturwechsler
für die Flüssigkeit 43, von wo sie durch die Leitung rz dem unteren Kocherteil zugeführt
wird.
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Der Kocher besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einem einfachen
zylindrisch geformten Gefäß, in das unten die Leitung für die reiche, vom Absorber
kommende Lösung zweckmäßig mittels einer U-förmigen Schlinge eingeführt ist- und
von dessen mittlerem Teil die Leitung 13 für die arme Lösung abgeht. Der
Spiegel des Köchers hebt sich von der mit a bezeichneten Linie bis zu der mit b
bezeichneten Höhe bei der Beheizung wegen des geringeren Gewichtes der erwärmten
Lösung. Da aber die Ablaufleitung 13 höher liegt als die Linie des so erreichten
Kocherspiegels, kann noch kein Umlauf der Lösung zwischen Absorber und Kocher zustande
kommen. Ist nahezu alles Kältemittel aus der Lösung ausgetrieben, so steigt die
Kochertemperatur durch die fortdauernde Beheizung bis zu dem Kochpunkt, bei dem
unter den bestehenden Druckverhältnissen auch das Absorptionsmittel, d. h. das Wasser,
im Apparat zu kochen beginnt. Sobald dies eintritt, bilden sich im Kocher große
Gasblasen, die die über ihnen stehende Flüssigkeit explosionsartig sehr hoch reißen,
so daß sie weit höher steigt, als nötig ist, um das Niveau c zu erreichen, bei dem
die dargestellte Ablaufleitung 13 überflutet wird, so daß es zu einer Zirkulation
der Lösung im Apparat kommt. Ist eine bestimmte Menge der Lösung durch die Leitung
13 zum Absorber übergelaufen, so tritt durch Leitung zz reiche und kältere Lösung
in den Kocher, und zwar dicht an seiner Heizfläche ein, wodurch das Hochkochen der
Lösung plötzlich aufhört, bis die reiche, neu in den Kocher getretene Lösung wieder
so weit entgast und so erhitzt ist, daß das explosive Kochen der Absorptionslösung
von neuem beginnt und wieder ein Teil der im Apparat enthaltenen Lösung zwischen
Absorber und Kocher umgepumpt wird, Die in die Leitung 13 eintretende, gut entgaste
Lösung
läuft durch den Temperaturwechsler 43 auf die Absorberplatte 32, von der
aus sie durch das Drahtgeflecht nach dem unteren Absorberteil gehebert wird, womit
sich der Kreislauf der Absorptionslösung schließt.
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Um bei dieser Art der Förderung der Absorptionslösung nicht zu viel
Absorptionsmittel in den Kondensator und demzufolge auch in den Verdampfer zu bekommen,
ist es zweckmäßig, den Wasserabscheider 7,5 in an sich bekannter Weise durch
flüssiges Kondensat zu kühlen, was zur Entlastung der Figur jedoch nicht dargestellt
ist. Besonders große Steighöhen erhält man, wenn man den Kocher derart ausführt,
daß sein unterer Teil aus einem senkrecht stehenden zylindrischen Gefäß, sein mittlerer
Teil aus einem waagerechten oder wenig gegen die Waagerechte geneigten zylindrischen
Gefäß und sein oberer Teil wieder aus einem senkrecht stehenden Gefäß besteht, an
das sich unter Umständen nochmals ein waagerechter Teil anschließt, so daß der Kocher
die ungefähre Form eines liegenden S, einer Treppenstufe oder eines Zickzacks
erhält.
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Vorteilhaft ist es, den Kocher so klein wie möglich zu machen, so
daß nur jeweilig eine geringe Flüssigkeitsmenge auf die hohe Temperatur gebracht
wird.