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Verfahren und Vorrichtung zum Rektifizieren von Dämpfen, insbesondere
für den Betrieb von Absorptionskälteapparaten Die Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum Rektifizieren von Dämpfen, insbesondere zum Betrieb
von Absorptionskälteapparaten. Sie bezweckt, die Rektifizierung der aus binären
Gemischen durch Beheizung ausgetriebenen Dämpfe zu verbessern, und besteht im wesentlichen
darin, daß die ausgetriebenen Dämpfe vor ihrer Verflüssigung im Verflüssiger mehrfach
gekühlt werden zum Zwecke, eine Abscheidung der Dämpfe des schwerer siedenden Mittels
zu erreichen.
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Es ist bereits bekannt, den vom Kocher eines Absorptionskälteapparates
kommenden Dampf in einem oberhalb des Kocherspiegels angeordneten Analyser mit reicher
Absorptionslösung in Wärmeaustausch zu bringen. Diese Anordnung hat den Vorteil,
die reiche Lösung vor dem Eintritt in den Kocher gut vorzuwärmen, hat aber andererseits
den Nachteil, daß sich der Wärmeaustausch bei hoher Temperatur vollzieht, was einer
guten Trocknung des Dampfes hinderlich ist: Man hat ferner bereits vorgeschlagen,
den Kocherdampf außerhalb des Kochers mit reicher vom Absorber kommender Lösung
in Wärmeaustausch zu führen. Hierbei darf einerseits die Temperatur der reichen
Lösung nicht zu stark steigen, weil sie auf ihrem Weg sonst großen Wärmeverlusten
ausgesetzt ist, andererseits darf die Rektifizierung nicht bei zu niedriger Temperatur
erfolgen, weil sonst bereits Kältemitteldämpfe kondensieren.
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Ein weiteres bekanntes- Verfahren der Rektifizierung, nämlich die
durch Kältemittelkondensat, ergibt die beste Trocknung des Dampfes, arbeitet aber
mit Wärmeverlusten, weil die bei dieser Kühlung dem Dampfgemisch entzogene Wärme
nicht zur Vorwärmung der reichen Lösung benutzt wird.
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Die Erfindung vereinigt die drei vorerwähnten Rektifikationsverfahren,
und zwar in der Weise, daß der vom Kocher kommende Dampf zuerst in Gegenstrom zur
binären Flüssigkeit nach Art der bekannten Analyser geführt wird, wodurch eine gewisse
Trocknung des Dampfes und eine, gute Vorwärmung der binären Flüssigkeit gewährleistet
wird. Dann wird der Kocherdampf nach dieser teilweisen Trocknung ganz oder teilweise
zum
Durchperlen der binären Flüssigkeit bei einer gegenüber der
ersten Rektifikation niedrigeren Temperatur gebracht und endlich in seiner gesamten
Menge von seinem eigenen Kondensat gekühlt.
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Gemäß weiterer Erfindung werden die entsprechenden Dämpfe beim Betriebe
von Absorptionskälteapparaten dabei derart geführt, daß ein gleichmäßiges und sicheres
Fördern der Absorptionslösung auch bei schwankender Wärmezufuhr zum Kocher gewährleistet
ist.
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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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Abb. i stellt schematisch als Ausführungsbeispiel einen Teil eines
Kälteapparates dar, bei dem der gesamte beim Kocher erzeugte Dampf zum Pumpen benutzt
wird.
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Abb. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem nur ein Teil
des Kocherdampfes zum Pumpen benutzt wird.
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Abb. 3 zeigt einen Teil der Pumpanordnung (der Pumpkammer 13) mit
einer Nebenleitung, so daß bei großer Beanstandung der Anlage nur ein Teil des Kocherdampfes
zum Pumpen benutzt wird.
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In der Abb. i bezeichnet io den Kocher des Apparates, der eine Lösung
von Kältemitteln in einem Absorptionsmittel enthält und in beliebiger Weise, z.
B. durch ein elektrisches Heizelement i i, beheizt werden kann. Der Oberteil des
Kochers steht mit einem Analyser ioa in Verbindung, der als besonderes Gefäß ausgebildet
sein kann, vorzugsweise aber, wie dargestellt, im eigentlichen Dampfraum des Kochers
angeordnet wird. Der obere Teil des Analysers steht durch eine Leitung 12 mit einer
Pumpkammer 13 in Verbindung. In diese Kammer mündet eine Steigleitung 14, deren
anderes Ende mit einem Gasabscheideraum 15 versehen ist. Der untere Teil des Abscheideraums
15 steht mit dem oberen Teil des Analysers ioa durch eine Leitung 16 in Verbindung,
die U-förmig ausgebildet ist. Der obere Teil des Abscheideraums 15 steht mit dem
Abscheider für Absorptionsmitteldämpfe 18 durch eine Leitung 17 in Verbindung. Der
Abscheider 18, an den sich der Kondensator 2o schließt, der Absorber 35, der Gastemperaturwechsler
23 und der nicht dargestellte Verdampfer entsprechen dem an sich bekannten und üblichen
Teil von Kälteapparaten, die beispielsweise mit Wasser als- Absorptionsmittel, Ammoniak
als Kältemittel. und Wasserstoff als druckausgleichendem Gas arbeiten. Die Arbeitsweise
der Vorrichtung ist wie folgt: Das bei der Beheizung des Kochers i o gebildete Dampfgemisch
tritt aufwärts durch den Analyser ioa hindurch, und zwar auf einem Zickzackweg,
der dem Dampfgemisch durch gegeneinander versetzte Öffnungen 34 in den Einsatzplatten
33 des Analysers aufgezwungen wird.
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Vom Analyser tritt der Dampf durch Leitung 12 zu der Pumpkammer 13,
der reiche Absorptionslösung vom Absorber 35 durch eine Leitung 29 zuströmt. Wie
üblich, steht diese Leitung 29 im Temperaturwechsler 31 im Wärmeaustausch mit der
armen vom Kocher io zum Absorber 35 durch Leitungen 30 und 32 tretenden Lösung.
Die durch Leitung 29 in die Pumpkammer 13 einlaufende reiche Lösung wird durch den
vom Kocher kommenden Dampf in bekannter Weise durch Leitung 14 in den Abscheideraum
15 gefördert, in dem sich Flüssigkeiten und Gas trennen. Die Flüssigkeit läuft durch
die Leitung 16 und deren Flüssigkeitsschloß 16a in den oberen Teil des Analysers
ioa. Wenn die Länge der Flüssigkeitssäule oberhalb des Eintritts der Leitung 16
in dem Analyser ioa größer ist als die Höhe der Flüssigkeitssäule zwischen dem Absorberspiegel
und den Pumplöchern der Leitung 14, im Pumpgefäß 13, so fließt die in das Gefäß
15 geförderte Flüssigkeit durch Leitung 16 in den Analy ser über und rinnt durch
die Öffnungen 34 in den Einsatzplatten 33 im Gegenstrom _ zu dem aufsteigenden Dampfgemisch
in dem Kocher. Der Kocherspiegel liegt so weit unterhalb des Eintritts der Leitung
32 in den Absorber wie der Absorberspiegel über den Pumplöchern der Leitung 14.
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Der zum Pumpen benutzte Dampf aus der Leitung 14 tritt durch den Abscheideraum
15 hindurch und durch Leitung 17 zu dem Abscheider 18, wo eine weitere Abscheidung
von Absorptionsmittel in an sich bekannter Weise durch Kältemittelkondensat erfolgt.
Das dabei entstehende Kondensat des Absorptionsmittels fließt durch die etwas geneigte
Leitung 17 zum Abscheider 15, und der Kältemitteldampf tritt durch Leitung i9 in
den Kondensator 20, wo er verflüssigt. Das Kondensat läuft in bekannter Weise in
den einen Schenkel 21 des Abscheiders 18 und dann weiter durch Leitung 22 und den
Gastemperaturwechsler 23 in den Verdampfer, wo es wieder verdampft und dabei Kälte
leistet.
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Die im Verdampfer entstehende Mischung von Kältemitteldampf und indifferentem
Gas tritt durch den Wärmeaustauscher und Leitung 25 in den Absorber, wo in bekannter
Weise der Kältemitteldampf ausgewaschen wird, durch die durch Leitung 32 kommende
arme Lösung, während das indifferente Gas durch Leitung 26 und Gastemperaturwechsler
23 zum Verdampfer zurückkehrt. Die Absorptionswärme wird in bekannter Weise
durch
Kühlwasser in einem den Absorber umgebenden Kühlmantel27 abgeführt. Das Kühlwasser
tritt darauf durch Leitung 28 zum Kondensator 2o, von dem aus es abläuft.
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Im Analyser ioa wird Dampf des Absorptionsmittels aus dem aufsteigenden
Dampfgemisch durch die herabrieselnde reiche Lösung ausgewaschen, und zwar wird
die reiche Lösung dabei nahe - an die Konzentration der Lösung im Kocher vermindert.
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Um eine ordnungsgemäße Flüssigkeitszirkulation zu erhalten, muß der
Zutritt von Dampf derart geregelt werden, daß die Leistung der Pumpe innerhalb bestimmter
Grenzen unabhängig von der Wärmezufuhr ist. Es ist wünschenswert, die Fördermengen
der Pumpe bei höchster Beheizung des Apparates größer werden zu lassen, aber sehr
unerwünscht, die Fördermengen dabei zu verringern, was bei einer bestimmten Größe
der Wärmezufuhr eintreten kann wegen des Widerstandes in der Pümpleitung. Ist die
Gasmenge, die durch die Pumpleitung 14 geht, zu groß, so muß die Flüssigkeit mit
sehr hoher Geschwindigkeit hindurchgedrückt werden. Hierbei aber erhöht sich notwendig
der Widerstand, und die Pumpleistung sinkt deswegen relativ. Dies läßt sich vermeiden
durch eine Nebenleitung, die von der Pumpkammer bei einer bestimmten Höhe - abzweigt,
durch die überschüssige Dampfmengen unmittelbar zu dem Absorber treten können; ohne
durch die Pumpleitung zu gehen.
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Wie in Abb. 3 gezeigt, ist eine Nebenleitung 36 an der Pumpkammer
13 vorgesehen. Das andere Ende dieser Leitung kann zu dem Gasabscheider 15 oder
unmittelbar zum Abscheider i8 geführt werden. Wenn sich bei dieser Anordnung die
Menge der Förderdämpfe stark vergrößert und der Flüssigkeitsspiegel in der Pumpkammer
13 deshalb sinkt, so wird ein immer größerer Teil des Mündungsquerschnitts der Nebenleitung
36 frei, und wegen des. Unterschiedes im Querschnitt der Pumplöcher und der Nebenleitung
wird eine entsprechende größere Menge Dampf direkt zum Abscheider geführt.
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In Abb. 2 ist eine Vorrichtung gezeigt, bei der nur ein Teil des Kocherdampfes
zum Pumpen benutzt wird, und zwar werden sowohl -die Förderdämpfe als auch die direkt
zum Abscheider gehenden Dämpfe im Analyser mit reicher Lösung zusammengeführt, um
Absorptionsmitteldämpfe auszuwaschen. Der Kocher besteht aus einem liegenden Zylinder
37 mit einem Standrohr 38, dessen oberer Teil mit Stoßblech 39 versehen ist und
den Analyser 4o bildet. Der Kocher wird in beliebiger Weise, z. B. mittels eines
Schornsteins 41, beheizt. In den unteren Teil des Kocherstandrohres 38 ragt eine
Leitung 42 hinein, deren oberes Ende in einen zweiten Analyser 43 endet. Der Boden
des Analysers 43 ist mit dem oberen Teil des Analysers 40 durch eine Leitung 44
verbunden, die ein Flüssigkeitsschloß 45 aufweist. Der obere Teil des Analysers
4o ist mit der Pumpkammer 13 durch eine Leitung 46 verbunden, und die Pumpleitung
47 mündet in das obere Ende des Analysers 43. Im übrigen .gleicht der Apparat dem
der Abb. i.
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Im Betrieb tritt ein Teil des durch die Beheizung des Kochers ausgetriebenen
Dampfgemisches durch Leitung 42 aufwärts zum Analyser 43. Der übrige vom Kocher
kommende Dampf tritt durch den Analyser 4o und dann durch Leitung 46 in die Pumpkammer
13. Die dieser vom Absorber zulaufende reiche Lösung wird durch Leitung 47 am oberen
Teil des' Analysers 43 gehoben. Die so geförderte Lösung fließt im Gegenstrom zu
den Kältemitteldämpfen, die durch diesen Analyser gehen. Vom Boden des Analysers
43 fällt die Lösung durch Leitung 44 und (J-Rohr 45 in den oberen Teil des Analysers
40, wo sie über die Platten 39 im Gegenstrom zu den aussteigenden Dämpfen geführt
wird. Bei dieser Ausführungsform werden Absorptionsmitteldämpfe im Analyser 43 aus
dem durch Leitung 42 aufsteigenden Gasgemisch und im Analyser 4o aus den Förderdämpfen
ausgewaschen.
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Um die Wirkung des neuen Verfahrens weiter zu erläutern, sei nochmals
ein Temperaturbeispiel angegeben: Die reiche Lösung trete mit 9o1 aus dem Temperaturwechsler
31. Diese Lösung von 9o1 tritt im Gefäß 13 mit Kocherdampf von 1201 in Berührung.
Dieser Kocherdampf reißt die Lösung in der Leitung 14 empor, worauf sich Dampf und
Flüssigkeit im Gefäß 15 scheiden. Bei diesem Transport nehmen beide Mittel die Temperatur
von ioo° an. Der i000-Dampf tritt jetzt zum Abscheider 18, während die Flüssigkeit
von ioo° Temperatur durch die Leitung 16 in den oberen Rektifikationsteil des Kochers
fällt. Hier läuft sie in Gegenstrom zum Kocherdampf abwärts, wobei sie sich beispielsweise
auf 12o° erhitzt, wenn mit einer Kochertemperatur von etwa 15o° gerechnet wird.
In dem, Rektifikatorteil des Kochers werden also die Dämpfe um 30' gekühlt
und die Flüssigkeit um 2o1 gewärmt. Im Gefäß 13 und der Leitung 14. wird der Kocherdampf
um 2o1 gekühlt und die Lösung um etwa 1o1 erwärmt. Der Vorteil der vorliegenden
Kombination ist folgender Es ist an sich bekannt, den Kocherdampf durch eigenes
Kondensat zu kühlen. Diese Kühlung ist unbedingt die allerbeste, um ein Kondensat
in dem Verdampfer zu bekommen,
das ein Minimum von Absorptionsmittel
enthält. Wird aber Kocherdampf von etwa i50° direkt zu dem bekannten Abscheider
gesandt, so wird die überschüssige Wärme des Dampfes sowie die Kondensationswärme
der Absorptionsmitteldämpfe im Grunde genommen im Kondensator vernichtet, ohne daß
diese Wärme bisher praktisch Verwendung gefunden hat. Rektifikatoreinrichtungen
sind an sich in den verschiedensten Formen bekannt; die vorliegende Erfindung sucht
aber die Kombination der praktisch besten Abscheidung durch Kältemittelkondensat
mit bisher bekannten Anordnungen zur Rektifikation zu schützen. Wie aus dem oben
angeführten Beispiel ersichtlich, erreicht man durch die vorliegende Anordnung,
daß die reiche Lösung statt mit go° mit i2o° Temperatur, also wesentlich besser
vorgewärmt in den Kocher tritt und andererseits, daß der Kocherdampf statt mit i5o°
mit nur ioo° in den Abscheider tritt, so daß zu seiner weiteren Kühlung und weiteren
Rektifikation weniger Kondensat verdampft werden muß, als dies bisher üblich war.