-
Kontinuierlich wirkender Absorptionskälteapparat Bei kontinuierlich
wirkenden Absorptionskälteapparaten, in denen alle Teile in stets offener Gas- oder
Flüssigkeitsverbindung miteinander stehen und in denen ein umlaufendes indifferentes
Gas den Transport der Arbeitsmitteldämp,fe vom Orte ihrer Entwicklung (Verdampfer,
Entgaser oder Austreiber) zum Orte ihrer Wiederverflüssigung (Kondensator, Resorber
oder Absorber) bewirkt, ist häufig zwischen den Gefäßen, die von dem indifferenten
Gas durchströmt werden, eine große Temperaturdifferenz zu überbrücken. Diese Temperaturdifferenz
kann zwischen Verdampfer und Absorber bei Luftkühlung des Absorbers leicht 4o° C
und mehr betragen. Es ist in solchen Fällen meist unvermeidlich, daß in dem Gasgemisch,
das sich vom wärmeren zum kälteren Apparatteil bewegt, Dämpfe des Lösungsmittels
mitgeführt werden, das mit dem Kältemittel zusammen die Absorptionslösung bildet.
Diese Dämpfe kondensieren bei der tiefen Temperatur des kälteren Apparatteils und
verursachen dadurch nicht unerhebliche thermische Verluste. Zugleich beeinträchtigen
die verschleppten Lösungsmittejdämpfe auch noch den Verdampfungs- oder Entgasungsvorgang
im kälteerzeugenden Apparatteil, da sie in den Lösungskreislauf, dem sie entstammen,
zurückgeführt werden müssen. Hierbei aber binden sie notwendigerweise einen Teil
des Arbeitsmittels, der somit nicht zur Verdampfung und Kälteerzeugung gelangt.
-
Die erwähnten nachteiligen Wirkungen lassen sich nicht etwa dadurch
vermeiden, daß man das vom wärmeren zum kälteren Apparatteil strömende Gasgemisch
mit dem Gasgemisch, das in der entgegengesetzten Richtung, also vom kälteren zum
wärmeren Apparatteil, strömt, in Wärmeaustausch bringt. Denn bei einigermaßen starkem
Gehalt des wärmeren Gasgemischstromes an Lösungsmitteldämpfen reicht die Wärmeaufnahmefähigkeit
des kälteren Gasgemischstromes nicht aus, um außer der zur Abkühlung des Gasgemisches
aufzuwendenden Wärme auch noch die Kondensationswärme der Lösungsmitteldämpfe zu
decken.
-
Gemäß der Erfindung werden diese Nachteile dadurch beseitigt, daß
der vom wärmeren zum kälteren Apparatteil fließende Gasgemischstrom in wärmeaustauschende
Berührung mit demjenigen Ende des kälteren Apparatteiles gebracht ist, an welchem
der andere Gasgemischstrom diesen Apparatteil verläßt, nachdem er ihn im Gegenstrom
zum Kältemittel durchlaufen hat. Zweckmäßig wird dabei das verflüssigte Kältemittel
nicht
unmittelbar dem kälteren Apparatteil zugeführt, sondern in
denjenigen Teil der Gasgemischleitung eingeleitet, durch welchen das Gasgemisch
zum wärmeren Appgratteil strömt, wobei dieser Teil der Gasgemischleitung in Richtung
auf den kälteren Apparatteil hin so viel Gefäße hat, daß das im Gegenstrom zum Gasgemisch
sich durch ihn hindurchbewegende Kältemittel den kälteren Apparatteil frei zufließen
kann.
-
Man hat bereits vorgeschlagen, das vom Absorber kommende Gasdampfgemisch
in den Verdampfer durch ein Rohr einzuführen, das im oberen Teil des Verdampfers,
d. h. da, wo das Kältemittelkondensat in diesen eintritt, eine Spirale bildet, aus
deren Ende das Gasdampfgemisch ausströmt. Hierdurch wird zwar auch ein Wärmeaustausch
zwischen dem kälteren Apparatteil und dem zu ihm hinfließenden Gasgemischstrom herbeigeführt,
der eine Kondensation mitgerissener Lösungsmitteldämpfe zur Folge haben kann. Es
wird jedoch, da dieser Wärmeaustausch an demjenigen Verdampferende stattfindet,
wo der Gasstrom nicht aus-, sondern eintritt, zur Abkühlung des Gasdampfgemisches
eine Kälte benutzt, deren Temperatur für den vorliegenden Zweck unnötig tief liegt,
die also dafür zu wertvoll ist. Führt man dagegen gemäß der Erfindung den Wärmeaustausch
so durch, daß er an demjenigen Ende des Kälteapparates stattfindet, an welchem ihn
der zum wärmeren Apparatteil fließende reichere Gasgeinischstroin verläßt, nachdem
er ihn im Gegenstrom zum verflüssigten Kältemittel durchlaufen hat, so wird dieser
Nachteil vermieden, und es kommt überdies der thermische Vorteil der Gegenstromführung
zur Geltung. Darüber hinaus wird der weitere wichtige Vorteil erreicht, daß durch
die Wärmezufuhr zum Verdampfer, die diese Art Wärmeaustausch mit sich bringt, die
Kältemittelverdampfung eine kräftige Anregung erfährt, .ohne daß es hierzu, wie
sonst üblich, eines sonderlich starken Gasumlaufs bedarf. je geringer aber der Gasumlauf
gehalten werden kann, um so besser ist es für den thermischen Wirkungsgrad des ganzen
Apparates. Von besonderer Bedeutung ist der angegebene Vorteil bei Absorptionskältemaschinen
mit luftgekühltem Absorber, und zwar vor allein dann, wenn bei hoher Raumtemperatur
eine verhältnismäßig tiefe Temperatur der Kälteerzeugung erreicht werden soll.
-
Den Gasgemischstrom und das verflüssigte Kältemittel im Gegenstrom
durch den Verdampfer zu führen ist bei Absorptionskältemaschinen mit umlaufendem
indifferentem Gas an sich bekannt. Neu ist demgegenüber die Verbindung dieser Maßnahme
mit dem dem Erfindungsgegenstand eigentümlichen Wärmeaustausch.
-
Das Kältemittelkondensat vorgekühlt in den Verdampfer hineinzubringen
ist an sich bekannt. Neu ist jedoch, die das Kältemittelkondensat dem Verdampfer
zuführende Leitung in denjenigen Teil des Gasuinlaufsystems einmünden zu lassen,
durch welchen das vom Verdampfer kommende reiche Gasgemisch dem Absorber zugeführt
wird., was eine Vereinfachung in konstruktiver Hinsicht bedeutet.
-
In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung ein kontinuierlich
wirkender Absorptionskälteapparat dargestellt, in welchem das indifferente Gas,
das dem gasförmigen Arbeitsmittel im Verdampfer und Absorber beigemischt ist, nicht
selbsttätig umläuft, sondern durch eine elektromechanische Antriebsvorrichtung umgewälzt
wird. Diese Bauart ist darum besonders zweckmäßig, weil sie erstens dem Konstrukteur
völlige Freiheit in der Höhenanordnung des Verdampfers in bezag auf den Absorber
läßt, wodurch die Möglichkeit einer besonders geringen Bauhöhe des Absorptionskälteapparates
gegeben ist, und weil sich zweitens die Stärke des Gasgemischumlaufes unabhängig
von der Menge der dem Austreiber zugeführten Heizwärme leicht regeln läßt.
-
Im Austreiber i, der durch eine elektrische Heizpatrone 2 beheizt
wird, wird das gasförinige Kältemittel aus der reichen Äbsorptionslösung, beispielsweise
einer wäßrigen Ammoniaklösung, ausgetrieben und gelangt über ein enges Steigrohr
3 in einen Gasabscheider 4., in den der Kälteinitteldampf auch die entgaste Lösung
mit hinaufreißt. Durch eine das Steigrohr 3 umschließende Leitung 5, die sich in
dem Rohre 6 fortsetzt, gelangt die Absorptionslösung aus dem Gasabscheider 4. in
den luftgekühlten mit Kühlrippen 8 versehenen Absorber 7, in welchem sie über eingebaute
Verteilungsschalen 9 herabrinnt. Die im Absorber angereicherte Absorptionslösung
strömt über eine Leitung i o, die mit der Leitung 6 einen Temperaturwechsler bildet,
einem Rektifikator i i zu und gelangt von hier aus durch die Leitung 12 zum Austreiber
i zurück. Der Rektifikator i i besteht aus einem unten offenen weiten Rohr, das
mit seinem unteren Ende in ein mit Absorptionslösung gefülltes Gefäß,
13 eintaucht, und aus einem mit dem Gasraum des Gasabscheiders 4 in Verbindung
stehenden engeren Rohr 1d., dessen unten offenes Ende bis unter den im Rohre i i
stehenden Flüssigkeitsspiegel hinabreicht. Die vom Gasabscheideraum 4. kommenden
Kältemitteldämpfe können daher, wie die beigefügten Pfeile zeigen, durch das Rohr
14 hindurch in die im Rohre i i befindliche
Absorptionsflüssigkeit
gelangen und dann zum oberen Teil des Rohres i i aufsteigen, an welchen sich eine
Gasleitung 15 anschließt. Diese führt zu einem mit Kühlrippen 17 versehenen luftgekühlten
Kondensator 16, wo die im Rektifikator i i getrockneten Kältemitteldämpfe verflüssigt
werden. Das Kondensat fließt über eine Leitung 18 und ein geneigtes Rohr i9 dem
oberen Ende des Verdampfers 2o zu, in welchem es im Gegenstrom zu dem von unten
her durch das Rohr 2i eintretenden indifferenten Gase (beispielsweise Stickstoff)
über eingebaute Verteilungsplatten 22 herniederrieselt. Das untere Ende des Verdampfers
ist durch eine Rückführungsleitung 23 mit der dem Flüssigkeitsumlaufsystem des Absorbers
angehörenden Leitung io verbunden. Durch die Leitung 23 können daher im Verdampfer
2o nicht verdampfte Flüssigkeitsreste ins Absorbersystem zurückgelangen.
-
Der obere Teil des Verdampfers 2o ist von einem Man.tel2¢ umgeben,
dessen unterer Teil durch die bereits erwähnte Gasleitung 21 mit dem unteren Ende
des Verdampfers und dessen oberer Teil durch ein Gasrohr 25 mit dem oberen Teil
des Absorbers 7 verbunden ist. Das Gasrohr i9 führt zu einer auf dem Absorber angeordneten
Kammer 26, die durch eine Gasleitung 27 mit dem unteren Teile des Absorbers verbunden
ist. Die Teile 7, 25, 24., 2i, 2o, i9, 26 und. 27 bilden ein Umlaufsystem für das
indifferente Gas bzw. das Gemisch aus diesem und dem gasförmigen Kältemittel, das
in Richtung der beigefügten: Pfeile durch Absorber und Verdampfer umgewälzt wird.
-
Um das Gasgemisch vom Verdampfer 2o zum Absorber 7 und wieder zurück
zum Verdampfer 2o zu befördern und dabei im Gegenstrom zur herabrieselnden Flüssigkeit
durch diese Gefäße hindurchzuführen, ist in der Kammer 26 eine Leitung 28 angeordnet,
deren düsenförmig ausgbildetes freies Ende der Gasleitung 27 zugekehrt ist, während
ihr anderes Ende mit einem eine bewegliche Membran 29 enthaltenden Gehäuse
30 verbunden ist, das sich oberhalb der Kammer 26 befindet. Die bewegliche
Membran 29 ist so angeordnet, daß sie bei Erregung eines am Gehäuse außen angebrachten,
mitseinen Polen in das Gehäuse 3o hineinragenden Wechselstrommagneten 31 entsprechend
der Frequenz des den Magnetwicklungen 32 zugeführten Wechselstromes schwingt. Dies
hat zur Folge, daß das in der Kammer 26 befindliche Gasgemisch durch die düsenförmige
Mündung des Rohres 28 in Richtung auf das Gasrohr 27 in kontinuierlicher Strömung
ausgestoßen wird. Infolgedessen bewegt sich das Gasgemisch durch das Gasumlaufsystem
im Sinne der beigefügten Pfeile. Es gelangt zunächst unten in den Absorber, wird
hier von der herniederrieselnden Absorptionslösung seines Kältemittelgehaltes größtenteils
beraubt, strömt durch das Rohr 25 zu dem den oberen Verdampferteil umgebenden Mantel
24., gelangt darauf durch das Rohr 2, 1 in den unteren Teil des Verdampfers,
durchströmt diesen von unten nach oben im Gegenstrom zu dem herniederrinnenden verflüssigten
Kältemittel und gelangt durch das Gasrohr i9 zur Kammer 26 zurück. Dabei wird das
durch die Leitung 18 in das Gasrohr i9 eintretende Kondensat durch den vom Verdampfer
2o kommenden kalten Gasgemischstroin, mit dem es sich in Gegenstromführung berührt,
vorgekühlt. Das vom Absorber herkommende, die Gasleitung 25 durchströmende indifferente
Gas hat eine höhere Temperatur als das den Verdampfer oben verlassende, das Gasrohr
i9 durchströmende Gasgemisch. Außerdem ist das vom Verdampfer kommende indifferente
Gas mit Lösungsmitteldämpfen beladen, die, wenn sie unmittelbar in den Verdampfer
gelangen würden, hier den Verdampfungsvorgang beeinträchtigen und erhebliche thermische
Verluste verursachen würden. Dadurch aber, daß an das Rohr 25 der den oberen Verdampferteil
umgebende Mantelteil 24. angeschlossen ist, findet im oberen Verdampferteil ein
Wärmeaustausch zwischen dem den Verdampfer von unten nach oben, also im Gegenstrom
zum herniederrieselnden Kondensat, durchströmenden kalten Gasgemisch und dem vom
Absorber kommenden warmen Gasgemisch statt. Dabei schlägt sich das Kondensat der
vom warmen Gasgemisch mitgeführten Lösungsmitteldämpfe im Mantel '224 nieder und
wird durch eine mit einem Flüssigkeitsverschluß versehene Leitung 33 in den Gasraum
des Rektifikators i i abgeleitet, wo die Flüssigkeit zur Verbesserung der Rektifikation
beiträgt. Der so getrocknete und gleichzeitig vorgekühlte Gasstrom gelangt dann
über das Gasrohr 21 unten in den Verdampfer ao und ist nun in der Lage, hier eine
besonders lebhafte Verdampfung hervorzurufen.
-
Es ist nicht unbedingt notwendig, das Kältemittelkondensat in die
Gasleitung einzuführen, welche den Verdampfer 2o mit der Kammer 26 verbindet. Man
könnte vielmehr auch die Kondensatleitung i 8 unmittelbar in den oberen Teil des
Verdampfers 2o einmünden lassen. Die beschriebene und abgebildete Ausführung hat
jedoch den Vorteil, daß das Kondensat bereits vor seinem Eintritt in den Verdampfer
mit kaltem Gasgemisch im Gegenstrom in Berührung kommt und an dieses seine Flüssigkeitswärme
abzugeben vermag, so daß es in vorgekühltem Zustande in den Verdampfer gelangt.