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Kontinuierlich wirkende Resorptionsmaschine Es ist bekannt, bei kontinuierlich
wirkenden Absorptionsmaschinen den Kondensator durch einen Resorber zu ersetzen;
in welchem der ausgetriebene Arbeitsmitteldampf durch eine Absorptionslösung aufgenommen
wird, worauf man in einem Entgaser aus der so angereicherten Lösung den Arbeitsmitteldampf
unter geringerem Druck oder, falls im Absorber und Entgaser ein neutrales Hilfsgas
beigemischt ist, geringeren Partialdruck wieder' ausdampfen läßt. Es ist auch bekannt,
bei einer derartigen Resorptionsmaschine .die Absorptionslösung in einem einheitlichen
Kreislauf durch den Absorber, den Resorber, den Entgaser und den Austreiber hindurchzuführen,
wobei sie also ihren Konzentrationsgrad während des Ümlaufs viermal ändert. ,Bei
der zuletzt erwähnten Einrichtung hat man zwecks Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades
vorgeschlagen, die vom Entgaser zum Austreiber strömende Absorptionslösung sowohl
mit der vom Austreiber zum Absorber als auch mit der vom Resorber zum Entgaser fließenden
Absorptionslösung in Wärmeaustausch zu bringen. Die Kälteerzeugungstemperatur, die
sich mittels einer derartigen Vorrichtung erreichen läßt, liegt aber trotz Anordnung
des erwähnten zweifachen Temperaturwechsels nicht sö tief unter der Absorptionstemperatur,
wie es in vielen Fällen erwünscht ist. Das hat seinen Grund darin, daß bei der erwähnten
bekannten Einrichtung die erreichbare Temperaturabsenkung unter die Absorptionstemperatur
durch den Konzentrationsgrad bestimmt ist, mit welchem die Absorptionslösung den
Absorber verläßt und in den Resorber eintritt, während bei der Resorptionsmaschine
mit getrenntem Flüssigkeitsumlauf im Absorber- und Resorbersystem die Konzentration
der aus dem Absorber austretenden und zum Austreiber zurückströmenden Absorptionslösung
wesentlich geringer zu sein pflegt als die Konzentration der vom Entgaser kommenden
und in den Resorber eintretenden Absorptionslösung. Je größer aber dieser Konzentrationsunterschied
ist, eine desto größere Temperaturabsenkung unter die Absorptionstemperatur läßt
sich, gleiche Kühlungsverhältnisse für Absorber und Resorber sowie gleiche Endkonzentration
im Austreiber vorausgesetzt, im Entgaser erzielen.
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Durch die Erfindung wird bezweckt, bei kontinuierlich wirkenden Resorptionsmaschinen
mit einheitlichem Lösungsumlauf durch Absorber, Resorber, Entgaser und Austreiber
eine erhebliche Verbesserung der Wärmeökonomie herbeizuführen. Dies wird gemäß der
Erfindung dadurch erreicht, daß die vom Absorber abgeführte Absorptionslösung nicht
wie bei der bekannten Einrichtung unmittelbar dem Resorber zugeführt, sondern zunächst
mit
der vom Entgaser kommenden Lösung, die sich auf dem Wege zum Austreiber befindet,
in Wärmeaustausch gebracht wird, der mit Voraustreibung bzw. Vorresorption verbunden
ist. Das bedeutet, daß durch diesen Wärmeaustausch vor der Resorption im Resorber
bereits die Teilresorption stattfindet und daß ferner vor der Austreibung im Austreiber
bereits eine Teilaustreibung stattfindet. Dieser Wärmeaustauseh findet zweckmäßig
im Zuge der vom Absorber zum Resorber strömenden Absorptionslösung hinter der Stelle
statt, an welcher ausgetriebener Arbeitsmitteldampf mit der Absorptionslösung zusammengeführt
wird.
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Fig. i zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Mit i ist der
Austreiber der Maschine bezeichnet, welcher durch eine Heizpatrone 2 beheizt wird.
Hierdurch wird aus der Absorptionsflüssigkeit, die beispielsweise eine wäßrige Ammoniaklösung
sein kann, Arbeitsmitteldampf ausgetrieben. Dieser gelangt durch eine oben an den
Austreiber angeschlossene Leitung 3, die sich zunächst aufwärts wendet über Punkt
5 in eine nach unten führende Leitung 6, die in eine vom Absorber 8 der Maschine
herkommende Flüssigkeitsleitung 7 einmündet. Der aufwärts führende Teil der Leitung
3 ist mit Kühlrippen q. versehen, so daß etwa mitverdampftes Apsorptionsmittel dort
wieder niedergeschlagen werden kann und in den Austreiber i zurückkehren kann. Die
Leitung 6 mündet in den aufsteigenden Teil der Flüssigkeitsleitung 7 an einer so
tief gelegenen Stelle, daß das dampfförmige Arbeitsmittel die über der Einmündungsstelle
in. der Leitung 7 befindliche Absorptionslösung emporheben kann. Die Lösung gelangt
mit dem Arbeitsmitteldampf in einen als Rohrschlange ausgebildeten Vorresorber 9,
der innerhalb eines GefäßWio angeordnet ist, dessen Bedeutung später beschrieben
werden soll. Unter Wärmeabgabe an den Flüssigkeitsinhalt des Behälters io wird im
Vorresorber 9 schon ein Teil des Arbeitsmitteldampfes von der Lösung absorbiert.
Vom Vorresorber aus wird die Lösung dann weiter durch eine Leitung i i zusammen
mit dem noch nicht absorbierten Arbeitsmitteldampf in einen mit Kühlrippen versehenen
schlangenrohrförmigen Hauptresorber 12 gefördert, in welchem der restliche Arbeitsmitteldampf
von der Lösung aufgenommen wird. Die hierdurch. weiter angereicherte Lösung gelangt
vom Resorber 12 in einen Gasabscheideraum i3, wo der etwa noch vorhandene Arbeitsmitteldampf
von der Lösung getrennt wird. Die reiche Lösung fließt durch eine unten an den Gasabscheideraum
13 angeschlossene U-förmige Leitung 1q. zum horizontal angeordneten Entgaser 15,
in welchem sie über Auffangschalen 16 geleitet wird. Die hier durch Ausdampfung
ärmer gewordene Absorptionslösung strömt durch eine an den Entgaser unten angeschlossene
U-förmige Leitung 17 zu dein schon erwähnten Gefäß io zurück, in welches sie unten
eintritt. Die Flüssigkeitsleitungen 14 und 17 bilden miteinander einen Temperaturwechsler.
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Der Behälter io dient als Voraustreiber, d. h. es wird hier aus der
zum Austreiber i zurückströmenden Absorptionslösung bei einer verhältnismäßig niedrigen
Temperatur bereits ein Teil des Arbeitsmitteldampfes ausgetrieben. Die hierzu nötige
Wärme wird vom Vorresorber 9 geliefert, der, wie bereits erwähnt, mit dem Voraustreiber
io in Wärmeaustausch steht. Der im Voraustreiber io entwickelte Dampf gelangt durch
eine oben an ihn angeschlossene Leitung 18 zum Punkt 5, vereinigt sich dort mit
dem vom Austreiber i kommenden, durch die Leitung 3 zugeführten Arbeitsmitteldampf
und gelangt weiter über die Leitung 6 in den Kreislauf des Absorptionsmittels. Die
an Arbeitsmitteldampf immer noch verhältnismäßig reiche Absorptionslösung fließt
vom Voraustreiber io durch eine U-förmige Leitung 2q. zum Austreiber i. Von hier
aus wird die arme Absorptionslösung über eine unten an den Austreiber i angeschlossene
Leitung i9, die zunächst bis zu einem oberhalb der Heizfläche des Austreibers liegenden
Punkte aufwärts und dann wieder abwärts geführt ist, nach Durchströmen eines U-förmigen
Teiles der Leitung i9 zum oberen Teil des Absorbers 8 geführt. Eine Leitung 2o,
welche den Gasraum des Austreibers i mit dem höchsten Punkt der Leitung i9 verbindet,
bewirkt, daß durch unvorhergesehene Druckänderungen im System die Absorptionslösung
aus dem Austreiber niemals so weit herausgedrückt werden kann, daß die Lösung die
Heizfläche nicht mehr völlig bedeckt. Die vom Austreiber i zum Absorber 8 führende
Flüssigkeitsleitung i9 bildet in ihrem mittleren Teil einen Temperaturwechsler mit
der vom Absorber 8 zum Vorresorber 9 führenden Leitung 7. Die Absorptionslösung
vollführt, wie aus dem Vorstehenden hervorgeht, einen in sich geschlossenen Kreislauf,
der durch den Absorber 8, den Vorresorber 9, den Resorber 12, den Entgaser 1s, den
Voraustreiber io und den Hauptaustreiber i hindurchführt.
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Der Absorber 8 und der Entgaser 1s, die beide zwecks Verbesserung
des Wärmeüberganges mit Rippen versehen sind, stehen miteinander durch zwei Gasleitungen
2o und 21 in Verbindung. In dem dadurch gebildeten Gasumlaufsystem befindet sich
ein neutrales Hilfsgas, welches in an sich bekannter Weise,
beispielsweise
durch den Unterschied der spezifischen Gewichte, die das Gasgemisch im Entgaser
und Absorber .hat, in der Pfeilrichtung in selbsttätigem Umlauf gehalten wird. Der
im Entgaser 15 entwickelte Arbeitsmitteldampf strömt zusammen mit dem Hilfsgas durch
die Leitung Pzi zum Absorber 8, in welchem das Gasgemisch im Gegensatz zu der von
oben her durch die Leitung ig zuströmenden armen Absorptionslösung aufsteigt. Hierbei
wird der in dem Gasgemisch enthaltene Arbeitsmitteldampf von der Absorptionslösung
absorbiert, und die reiche Lösung sammelt sich, nachdem sie einen Ringarm 22 passiert
hat, einten im Absorber 8, von wo sie in der beschriebenen "Weise durch die Leitung
7 in den Kreislauf der Lösung zurückgeführt- wird. Das leichter gewordene Gasgemisch
steigt durch die Leitung 2o wieder ,zum Entgaser 15 auf, in welchem, wie aus der
Figur- ersichtlich, ebenfalls ein Gegenstrom zwischen dem Gasgemisch und der Absorptionslösung
stattfindet. Der Gasabscheideraum 13 steht durch eine Gasleitung 23 mit dem unteren
Teil des im Absorber 8 angeordneten Ringraumes 22 in Verbindung, in welchem die
Absorptionslösung aufgefangen wird, bevor sie in den unteren Teil des Absorbers
8 fließt. Der nach erfolgter Resorption möglicherweise-noch in der Absorptionslösung
vorhandene Arbeitsmitteldampfwird auf diesem Wege dem Absorber zugeführt, in welchem
er unter Überwindung der im Behälter 22- stehenden Flüssigkeitssäule eintritt.
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Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Die aus dem Austreiber
1 durch die Leitung ig abgeführte Absorptionslösung hat die geringste Konzentration.
Die Lösung fließt zum Absorber 8, wobei sich ihre Temperatur durch den Wärmeaustausch
im Temperaturwechsler 7, ig erniedrigt. Im Absorber wiid -bei im wesentlichen gleichbleibender
Temperatur der Konzentrationsgrad der armen Lösung durch Aufnahme von Arbeitsmitteldampf
aus dem Gasgemisch gesteigert. Die Lösung gelangt mit dieser erhöhten Konzentration
durch die Leitung 7 zum Vorresorber io. Ihre Temperatur steigt hierbei, da die Lösung
ein Temperaturwechsler 7, 19 Wärme aufnimmt. Im Vorresorber io wird durch Aufnahme
von Arbeitsmitteldampf bei praktisch gleichbleibendem Druck der Konzentrationsgrad
der Lösung gesteigert, wobei in dieser infolge des Wärmeaustausches mit der im Vorresorber
io befindlichen Absorptionslösung eine Temperatursenkung eintritt. Die im Vorresorber
9 angereicherte Lösung gelangt dann in den Hauptresorber 12, wo sie bei gleichbleibendem
Druck ihre höchste Konzentrationsstufe erreicht. Mit dieser Konzentration gelangt
die Lösung in die Leitung 14. Sie gibt im Temperaturwechsler 14, 17 so viel Wärme
ab, daß sie genügend vorgekühlt im Entgaser 15 ankommt. Dort wird durch Ausdampfen
von Arbeitsmittel der Konzentrationsgrad der Lösung bei im wesentlichen gleichbleibender
Temperatur verringert. Die entgaste Lösung fließt von dem Entgaser 15 durch die
Leitung 17 ab und nimmt im Temperaturwechsler 14,17 Wärme auf. Sie tritt daher vorgewärmt
in den Voraustreiber io ein, wo ihr Konzentrationsgrad sich infolge der Austreibung
eines Teiles des Arbeitsmittels bei gleichbleibendem Druck verringert. Die im Voraustreiber
io ärmer ge= wordene Lösung fließt durch Leitung 24 zum Hauptaustreiber i zurück,
wo ihr Konzentrationsgrad unter Zuführung von Heizwärme bei praktisch gleichem Druck
ihre niedrigste Konzentrationsstufe erreicht. Damit ist der Kreislauf der Lösung
geschlossen.
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Durch die beschriebene Anordnung eines mit einem Voraustreiber in
Wärmeaustausch stehenden Vorresorbers wird erreicht, daß trotz Anwendung eines einheitlichen
Lösungsumlaufs durch Austreiber, Resorber, Entgaser und Absorber der Temperaturbereich
der Kälteerzeugung so tief unter die Absorbertemperatür herabgedrückt werden kann,
wie es bei Resorptionsmaschinen sonst nur mittels getrennter Lösungskreisläufe im
Absorber-und Resorbersystem möglich wäre.
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Um die fortschrittliche Wirkung des Erfindungsgegenstandes noch deutlicher
hervortreten zu lassen, sei dieser an Hand' der Dampfdruckdiagramme der Fig.2 mit
der Wirkungsweise bisher bekannter Resorptionsmaschinen verglichen.
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Bei den bekannten, mit Resorption (statt Kondensation) arbeitenden
kontinuierlich wirkenden Absorptionsmaschinen sind hinsichtlich des Flüssigkeitsumlaufs
grundsätzlich zwei voneinander verschiedene Arten zu unterscheiden. Die eine Art
ist diejenige, bei der für die Absorptionslösung im Absorber-und im Resorbersystem
zwei getrennte Kreisläufe vorgesehen sind.
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Bei der anderen Art zirkuliert die Absorptionslösung in einem einheitlichen
Strom durch den Verdampfer, den Kocher, den Absorber und den Resorber, wobei sie
vier unterschiedliche Konzentrationsgrade erreicht.
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Die Unterschiede, welche sich hieraus für die Konzentrationsänderungen
in den einzelnen Gefäßen und für die Temperatur der Verdampfung und .Kälteerzeugung
ergeben, sind aus dem Dampfdruckdiagrammen I und II der Fig.2 zu erkennen, von denen
sich I auf den ersten, II auf den zweiten der vorstehend erwähnten Fälle bezieht.
Die Diagramme I und II sind ebenso wie das noch zu erwähnende Diagramm III in einem
Koordinatensystem
aufgetragen, dessen Ordinaten die Druckwerte
p in logarithmischer Skala und dessen Abszissen die Temperaturwerte T auf einer
reziproken Skala wiedergeben. Die Dampfdruckkurven erscheinen daher in den Diagrammen
als gerade Linien.
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Die Diagramme I und II stimmen darin überein, daß bei ihnen gleicher
Druck im Austreiber oder Kocher K (sowie im Resorber R) und gleicher niedrigster
Partialdruck im Absorber A vorausgesetzt ist. Es ist ferner angenommen, daß die
Absorptionstemperaturen übereinstimmen und daß im Austreiber K gleiche Höchsttemperaturen
herrschen. Unter diesen Annahmen läßt sich nun, wie man beim Vergleich der beiden
Diagramme I und II ohne weiteres erkennt, bei der ersten Art eine erheblich größere
Temperaturabsenkung des Verdampfers h (unter die Temperatur der Absorberkühlung)
erzielen als bei der zweiten Art. Bezüglich dieses Punktes sind also Absorptionsmaschinen
der ersten Art solchen der zweiten Art grundsätzlich überlegen.
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An Hand des Diagramms III der Fig. a soll nun gezeigt werden, daß
es erfindungsgemäß möglich ist, eine Resorptionsmaschine der zweiten Art (also mit
einheitlichem Absorptionslösungsumlauf) so auszugestalten, daß sie hinsichtlich
der erreichbaren Temperaturabsenkung der Resorptionsmaschine der ersten Art gleichwertig
wird, die Vorteile beider Systeme also vereinigt. Dies gelingt eben durch die Zwischenschaltung
eines Voraustreibers VK zwischen Verdampfer h und Austreiber K und eines Vorresorbers
VR zwischen Absorber A und Resorber R und durch eine derartige Anordnung des Voraustreibers
und des Vorresorbers, daß die sie durchfließenden Absorptionslösungen miteinander
in Wärmeaustausch stehen.
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Durch die Voraustreibung wird die Konzentration der vom Verdampfer
V kommenden Lösung so weit erniedrigt, und zugleich wird diese Lösung durch den
Wärmeaustausch so weit erwärmt, daß nunmehr die Anfangstemperatur des Austreibers
K gegenüber dem Diagramm II in die Höhe gerückt und die Entgasungsbreite (Unterschied
der Anfangs-und Endkonzentration) des Austreibers entsprechend vermindert ist. Gleichzeitig
wird die Konzentration der vom Absorber A kommenden Lösung durch den Vorresorber
V R
so weit erhöht und infolge des Wärmeaustausches ihre Temperatur so weit
vermindert, daß Druck und Temperatur der Verdampfung und Kälteerzeugung wesentlich
tiefer liegen als bei dem bekannten Resorptionssystem zweiter Art (Diagramm II)
und mit den entsprechenden Werten beim Resorptionssystem erster Art (Diagramm I)
übereinstimmen.