-
Verfahren zum Betriebe von Kälteapparaten Die Erfindung bezieht sich
auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betriebe von Absorptionskälteapparaten,
insbesondere solcher, die mit einem druckausgleichenden Mittel arbeiten.
-
Die wärmeabgebenden Teile derartiger Apparate müssen durch ein Kühlmittel,
beispielsweise Kühlwasser oder Luft, gekühlt werden. Die Temperatur des Kühlmittels
ist aber nicht nur in den verschiedenen Breiten stark verschieden, sondern schwankt
auch mit den Jahreszeiten. Besonders wenn der Apparat mit Luft gekühlt wird, kann
die Temperatur der Kühlluft um große Beträge schwanken. Werden nun keine besonderen
Vorkehrungen getroffen, so muß der Apparat derart gebaut und gefüllt werden, daß
der bei der höchsten Temperatur, die das Kühlmittel annehmen kann, für die Verflüssigung
des Kältemittels notwendige Druck während des Betriebes im Apparat herrscht. Im
allgemeinen wird dieser Druck höher sein, als der, der während der größten Zeit
des Betriebes erforderlich wäre. Ein hoher Druck im Apparat hat aber Nachteile.
Einmal vergrößern sich bei steigenden Drücken die Verluste, die im Abscheider für
die Dämpfe des Absorptionsmittels entstehen, da auch die Kochertemperatur mit steigendem
Druck steigt. Zweitens muß bei gesteigerten Drücken für einen bestimmten Kälteeffekt
mehr Hilfsmittel im Apparat umgewälzt werden, was gleichfalls zu Verlusten führt.
-
Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile zu beseitigen und einen Apparat
zu schaffen, in dem sich der Innendruck selbsttätig den Temperaturen des Kühlmittels
anpaßt. Sie besteht im wesentlichen darin, daß bei übernormalen Temperaturen des
Kühlmittels des Apparates Kältemitteldämpfe in dampfförmigem Zustand im Apparat
gespeichert werden, wobei durch besondere Mittel die Kondensation der gespeicherten
Dämpfe verhindert wird.
-
Die Erfindung soll näher unter Hinweis auf die beiliegende Zeichnung
beschrieben werden, wobei sich weitere kennzeichnende Merkmale der Erfindung ergeben
werden.
-
In der Zeichnung ist teilweise im Schnitt ein Absorptionskälteapparat
gezeigt, der mit Luft gekühlt ist und von dem angenommen sei, daß er mit Ammoniak
als Kältemittel, Wasser als Absorptionsmittel und Wasserstoff als druckausgleichendes
Gas betrieben sei.
-
In der Abbildung bezeichnet io den Kocher des Kälteapparates, der
in bekannter Weise durch zwei miteinander in Temperaturwechsel stehende Leitungen
i i und 12 mit dem Absorber 13 verbunden ist. Die Leitung 12
endet,
wie üblich, in einer Pumpkammer 1q., von der aus ein Steigrohr 15 zum oberen Teil
des Kochers io führt. Der Flüssigkeitsumlauf in derartigen Apparaten ist hinreichend
bekannt und braucht daher nicht näher beschrieben zu werden.
-
Der Absorber 13, der im Beispiel mit Kühlflanschen 16 versehen ist,
die waagerecht oder senkrecht verlaufen können, ist mit dem Verdampfer 17 in gleichfalls
bekannter Weise durch zwei in gegenseitigem Wärmeaustausch stehende Leitungen 18
und i9 verbunden, durch deren eine das im Verdampfer entstandene Gasgemisch zum
Absorber, durch deren andere das arme Hilfsgas zum Verdampfer durchtritt. Auch dieser
Gasumlauf ist in derartigen Apparaten so bekannt, daß ein weiteres Eingehen darauf
überflüssig ist.
-
Das im Betrieb des Apparates durch die Beheizung im Kocher io ausgetriebene
Gemisch aus Kältemitteldämpfen and mitgerissenen Dämpfen des Absorptionsmittels
steigt in einer Leitung 2o aufwärts, die mit Stoßplatten 21 mit gegeneinander versetzten
Durchtrittsöffnungen versehen ist, die bereits eine gewisse Abscheidung der Absorptionsmitteldämpfe
bewirken. Leitung 2o endet in einem Abscheidergefäß 22, das teilweise mit flüssigem
Kondensat gefüllt ist, derart, daß im obersten Teil der Leitung 2o eine nahezu vollständige
Abscheidung der Absorptionsmitteldämpfe erfolgt. Vom oberen Teil des Abscheidergefäßes
22 treten die gereinigten Kältemitteldämpfe zum Verflüssiger 23, der mit einer Kühlvorrichtung
24., z. B. aus Kühlflanschen, versehen ist. Das hier verflüssigte Kältemittel fließt
einem Flüssigkeitsabscheider 25 zu, der über eine Leitung 26 mit dem das Ende der
Leitung 20 ummantelnden Abscheidergefäß 22 in kommunizierender Verbindung steht.
Das sich im Abscheidergefäß 22 und im Flüssigkeitsabscheider 25 sammelnde verflüssigte
Kältemittel läuft, sobald es in den genannten Gefäßen einen genügend hohen Spiegel
erreicht hat, durch eine Leitung 27, die zweckmäßig durch den Gastemperaturwechsler
der Leitungen i8 und i9 geführt ist, dem Verdampfer 17 zu, wo es in bekannter Weise
verdampft und Kälte erzeugt.
-
Erfindungsgemäß ist nun zwischen den Flüssigkeitssammler 25 und das
Umlaufsystem des Hilfsgases ein Gassammler 28 eingeschaltet, der über eine Leitung
29 mit dem Gasraum des Flüssigkeitsabscheiders 25 und durch eine Leitung
30 mit dem Gaszirku-Lationssystem, beispielsweise mit der Leitung 18, die
das arme Hilfsgas zum Verdampfer führt, in Verbindung steht. Der Gassammler 28 ist
in seinem Innern mit Unterteilungsgebilden 31, z. B. Platteneinsätzen, versehen,
die gegeneinander versetzte Durchtrittsöffnungen aufweisen. Zweckmäßig ist der Gassammler
28 mit der Leitung 2o in wärmeleitende Verbindung gebracht, wodurch einerseits die
vom Kocher kommenden Dämpfe im Interesse der Abscheidung gekühlt werden, andererseits
der Gassammler warm gehalten wird.
-
Bei einer bestimmten Lufttemperatur, die den Kondensator 23 kühlt,
tritt bei einem gewissen Innendruck im Apparat ein Gleichgewichtszustand ein, in
dem der Gassammler 28 mit Hilfsgas angefüllt ist, das in diesem Sammler bewegungslos
steht. Sobald aber die Temperatur der Kühlluft um einen gewissen Betrag steigt,
wird gasförmiges Kältemittel, ohne sich zu verflüssigen, in den Flüssigkeitsabscheider
25 eintreten, da die Temperaturerniedrigung im Kondensator bei dem bestehenden Innendruck
nicht ausreicht, alle Kältemitteldämpfe zu verflüssigen. Da dieses gasförmig gebliebene
Kältemittel mehr Volumen beansprucht als seine entsprechende Flüssigkeitsmenge,
tritt das gasförmig gebliebene Ammoniak durch Leitung 29 in den Gassammler 28 und
drückt dabei das darin stehende Hilfsgas von einer der durch die Einsatzplatten
31 gebildeten Kammern nach der nächsten. Hierbei weicht der im Gassammler 28 stehende
Wasserstoff allmählich durch Leitung 30 nach dem Gastemperaturwechsler aus.
Der Ammoniakdampf im Gassammler 28 kann nicht zur Kondensation kommen, da er durch
seine wärmeleitende Verbindung mit der Leitung 2o auf verhältnismäßig hoher Temperatur
gehalten wird.
-
Um die Veränderung der dabei auftretenden Druckverhältnisse klar zu
machen, sei angenommen, daß das Volumen des Gassammlers beispielsweise 1 1, das
Volumen von Absorber, Verdampfer und Gastemperaturwechsler beispielsweise 21 und
der normale Druck im Apparat, bei dem der Gassammler mit Hilfsgas gefüllt ist, beispielsweise
2o Atm. betrage, wobei die entsprechenden Zahlen gewählt sind, um die Rechnung schnell
übersichtlich zu machen. Wird nun das Hilfsgas durch Kältemitteldämpfe aus dem Gassammler
in den Absorberverdampfungskreis gedrückt, so muß bei den angenommenen Volumenverhältnissen
der Gesamtdruck im Apparat auf rund 3o Atm. steigen. Da aber dabei nur mehr Hilfsgas
in den Absorberverdampferkreis gedrückt wird, das den Gesamtdruck erhöht, so bleibt
der Partialdruck des Ammoniaks im Verdampfer annähernd konstant, und die Erhöhung
des Gesamtdrucks im Verdampfer wird durch die Erhöhung des Partialdrucks des Hilfsgases
geliefert. Die Erhöhung des Gesamtdrucks im Apparat wirkt sich dahin aus, daß nun
auch
bei der erhöhten Temperatur des Kühlmittels des Kondensators wieder größere Kältemittelmengen
kondensiert werden können. Der Apparat arbeitet also jetzt weiter unter erhöhtem
Druck, und zwar so lange, wie die Temperatur der Kühlluft hoch ist. Wenn jedoch
die Außentemperatur wieder sinkt, so wird die Kondensierung des Kältemittels im
Kondensator bescheunigt, so daß in dem Flüssigkeitsabscheider -25 ein gewisser Unterdruck
entsteht. Dieser bewirkt, daß das dampfförmige Kältemittel aus dem Gassammler 28
durch die Leitung 29 in den Flüssigkeitssammler 25 hochgesaugt wird, von wo es zum
Kondensator 23 tritt, in dem es verflüssigt wird. Der Raum im Gassammler 28, der
vorher von dem dampfförmigen Kältemittel eingenommen war, wird jetzt wieder vom
Hilfsgas erfüllt, das durch Leitung 3o aus dem Gastemperaturwechsler angesaugt wird.
Die Unterteilung des Gassammlers durch die Platten 3 i in kleinere Einzelkammern
hat den Zweck, die gegenseitige Vermischung von Kälternitteldampf und Hilfsgas möglichst
zu verringern.
-
Ohne den Gassammler 28 oder einen entsprechenden anderen Raum für
das Hilfsgas würde der Druck im ganzen Apparat bei einer Steigerung der Temperatur
der umgebenden Luft nur wenig gesteigert. Nimmt man z. B. an, daß die Leitung 29
unmittelbar mit der Leitung 30 ohne die Zwischenschaltung des Gefäßes 28 verbunden
wäre, so würde bei einer Zunahme der Außentemperatur gasförmiges Ammoniak unverflüssigt
durch den Kondensator nach - dem Flüssigkeitsabscheider 25 und von dort nach Leitung
.29 und 30 unter Herausdrücken der in diesen Leitungen stehenden geringen
Hilfsgasmengen nach dem Gastemperaturwechsler ziehen. Von hier würde es nach dem
Verdampfer treten und von dort zum Absorber geführt werden, wo es von der Absorptionslösung
aufgenommen wird. Diese Absorption würde aber die Tendenz zu der Druckerhöhung im
Svstem neutralisieren, die sich aus der Nichtverflüssigung des Kältemittels im Verflüssiger
ergibt.
-
Dadurch, daß man den Gassammler 28, der eine verhältnismäßig große
Menge Gas aufnehmen kann, zwischen die Leitungen 29 und 30 schaltet, wird
der Ammoniakdampf, der nicht verflüssigt worden ist, in diesem Gassammler in dampfförmigem
Zustand gehalten, wobei dieser Dampf Hilfsgas aus dem Sammler herausdrückt. Dieses
Hilfsgas, das in den Gaskreislauf zwischen Verdampfer und Absorber eintritt, wird
im Absorber nicht absorbiert, und infolgedessen wird der durch die Nichtverflüssigung
von Kälteniitteldämpfen erhöhte Druck nicht durch eine nachträgliche Absorption
dieser Dämpfe wieder neutralisiert. Mit anderen Worten, das Hilfsgas wird dazu benutzt,
das dampfförmige Kältemittel von der Absorptionsflüssigkeit fernzuhalten. Das Kältemittel
im Gassammler 28 bleibt in seinem dampfförmigen Zustand und braucht daher mehr Raum
im System als gewöhnlich, wodurch sich der Druck im Gesamtsystem erhöht.
-
Ein weiterer Vorteil wird in diesem Apparat dadurch gewonnen, daß
sich die Konzentration der Absorptionslösung selbsttätig verringert, wenn die Temperatur
der Kühlluft steigt. Dies ergibt sich daraus, daß Kältemittel dem Umlaufsystem entzogen
und im Gä,ssammler 28 gespeichert wird. Die um diesen Betrag ärmer werdende Absorptionslösung
gibt dem Apparat eine größere Kapazität, was besonders zweckmäßig ist, weil in Perioden
von hoher Außentemperatur im allgemeinen auch mit stärkeren Anforderungen an den
Kälteapparat gerechnet werden muß.
-
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt.
Z. B. kann Leitung 3o auch an irgendeiner anderen Stelle des Gaskreislaufes, z.
B. im Verdampfer selbst, münden. Auch kann die Erfindung an Apparaten Verwendung
finden, die durch andere Mittel als Luft, z. B. Wasser, gekühlt werden, dessen Temperatur
sowohl in verschiedenen Jahreszeiten wie in verschiedenen Gegenden verschieden ist.
-
Wie aus vorstehendem ersichtlich, ist der Apparat außer mit den Leitungssystemen,
in denen die Betriebsmittel im Kälteprozeß in bekannter Weise umlaufen, mit einem
besonderen Leitungssystem versehen, das aus dem Gassammler -28 und seinen beiden
Verbindungsleitungen besteht, in dem ein Transport von Mitteln nur dann eintritt,
wenn sich der Gleichgewichtszustand, den der Apparat iiii Betrieb abnimmt, durch
Schwankungen der Temperatur des Kühlmittels verändert.