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Kontinuierlich wirkende Niederdruck-Absorptionsmaschine mit einem
gemeinsamen, mit neutralem Gas gefüllten Absorptions- und Verdampfungsraum Bei kontinuierlich
wirkenden Absorptionsmaschinen mit beigemischtem neutralem Gas ist es bekannt, die
Dämpfe des unter Wärmeaufnahme aus der -Umgebung verdampfenden Arbeitsmittels im
wesentlichen nur durch Diffusion zur Absorptionslösung gelangen zu lassen. Die bekannten
Absorptionsmaschinen dieser Art enthalten im Diffusionsraum so viel -neutrales-
Gas, daß der Unterschied zwischen Verdampfungs- und Kondensationsdruck praktisch
völlig ausgeglichen ist. Ihr Wirkungsgrad ist, selbst wenn sie mit der bisher allein
vorgesehenen Wasserkühlung der wärmeabgebenden Teile, also mit verhältnismäßig niedriger
Absorbertemperatur, betrieben. werden, ungünstig und erweist sich als völlig unzureichend,
ja -die Lösung der Aufgabe wird unmöglich, wenn bei höheren Absorbertemperaturen,
insbesondere also bei Luftkühlung des Kondensators und Absorbers, verhältnismäßig
tiefe Verdampfertemperaturen erreicht werden sollen.
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Die Sachlage ist jedoch von Grund aus eine andere beim Gegenstande
der Erfindung. Bei diesem ist nämlich davon ausgegangen, da.ß in einer kontinuierlich
wirkenden. Niederdruck - Absorptionsmaschine mit einem gemeinsamen, mit neutralem
Gas. gefüllten Ab@sorptions- und Verdampf ungsraum (Diffusionsraum), bei welcher
der Arbeitsmitteldampf von der Verdampferflüssigkeit im wesentlichen nur durch Diffusion
(also unter Verzicht - auf die Umwälzung des Gasgemisches zwischen Absorber und
Verdampfer in getrennten Leitungen) zur Absorptionslösung gelangt, ein Teil des
Unterschiedes zwischen. dem Druck im Diffusionsraum einerseits und dem Druck im
Kondensator (oder Resorber) und Austreiber andererseits durch Flüssigkeitssäulen
aufrechterhalten wird. Die Erfindung besteht nun bei. einer Absorptionsmaschine
dieser Art -darin, daß dem Arbeitsmitteldampf im Diffusionsraum. neutrales Gas nur
in so geringer Menge beigemischt ist, daß der Gesamtdruck des Gemisches nicht höher
ist als sein Viertel des Druckes im Kondensator (bzw. Resorber). Die Erfindung läuft
also. darauf hinaus, daß trotz der Beimischeng neutralen Gases der Druckunterschied
zwischen dem Diffusionsraum und den Räumen, in welch-en :der Arbeitsmitteldampf
ausgetrieben und verflüssigt wird, in der Hauptsache bestehen bleibt. Dieser überwiegende
Teil des Druckunterschiedes wird durch Flüssigkeitssäulen aufrechterhalten, die
einerseits zwischen dem Diffusionsraum und dem Verflüssiger, andererseits zwischen
dem Diffusionsraum und dem Austreiber angeordnet
sind. Mit dieser
Maßnahme ist eine außerordentliche Erhöhung der Leistung und des Wirkungsgrades
der Absorptionsmascbineverbunden. Diese hat ihren Grund darin, daß die Diffusionsgeschwindigkeit
proportional mit der Abnahme während des Gesamtdruckes zunimmt, während die den
Wirkungsgrad bedingenden Verluste durch Wärmeleitung im Diffusionsraum konstant
bleiben.
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Um trotz der Beibehaltung verhältnismäßig hoher Flüssigkeitssäulen
eine insbesondere für Haushaltskühlschränke erwünschte mäßige Bauhöhe zu erzielen,
venv endet man zweckmäßig als Arbeitsmittel Stoffe, die bei normalen Verdampfertemperatureneinen
Druck von weniger als zo cm Wassersäule aufweisen. Solche Stoffe sind z. B. Wasser
(Absorptionsmittel: Schwefelsäure oder Alkalilauge), Toluöl (Absolptionsmittel:
Chinolin oder Paraffinöl) u. a. m.
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Die gleichzeitige Verwendung von neutralem Gas und Flüssigkeitssäulen
ist bei Absorptionsmaschinen an sich bekannt. Sie diente bisher aber lediglich zur
Schaffung eines verhältnismäßig geringen überdrucks zwischen dem Austreiber und
dem Verflüssiger ein@erseits und -einem durch Absorber und Verdampfer gebildeten
Gasumlaufsystem andererseits und hatte lediglich den Zweck, in dem letztgenannten
System das Gasgemisch durch eingeleiteten Arbeitsmitteldampf in B wegung zu halten.
Dagegen war @es bei Absorptionsmaschinen mit neutralem Gas nicht bekannt, den Unterschied
zwischen VerfLüssigungs-und Verdampfungsdruck des Arbeitsmittels zum überwiegenden
Teil durch Flüssigkeitssäulen aufrechtzuerhalten und nur einen verhältnismäßig geringen-Bruchteil
dieses Druckunterschiedes durch das beigemengte neutrale Gas auszugleichen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
an einer zur Kälteerzeugung dienenden Ab,soTptionsmaschine schematisch veranschaulicht,
In einem Aastreiber i, dem durch eine elektrische Heizpatrone z Wärme zugeführt
wird, wird Abs:orptionslösung (wasserreiche Natronlauge) erhitzt. Die dabei sich
entwikkelnden Wasserdampfblasen heben die wasserärmer gewordene Lösung in einem
aufsteigenden Rohre 3 zu einem Dampfabscheider 4 -em.-por, wo der Dampf und die
Absorptionslösung sich trennen. Während der Wasserdampf durch eine Leitung 5 einer
luftgekühlten Kondensatorschlange 6 zugeführt und in dieser verflüssigt wird, gelangt
die Absorptionslösung mittels einer U-förmig gebogenen Leitung 7 -in ,einen ringförmigen
Sammelbiehälter 8, der in dem ebenfalls ringförmigen Gasraum 9 eines den Absorber
und Verdampfer umfassenden geschlossenen Gefäßes angeordnet und auf der Innenseite
seiner Bodenfläche mit ringsherum angeordneten Durchtrittsöffnungen io für die Absorptionsflüssigkeit
versehen ist. Das den Gasraum 9 enthaltende Gefäß. hat im wesentlichen die Form
eines aufrecht stehenden Zylinders. Es ist doppelwandig in der Weise ausgeführt,
daß zwischen der äußeren Wandung i i und der inneren, einen kaminartigen Raum 13
umschließenden Wandung 12 der erwähnte ringförmige Hohlraum 9 frei bleibt, der von
dem neutralen Gase . (Stickstoff), in welches das verdampfende Arbeitsmittel hineindiffundiert,
erfüllt ist. Der Hohlraum 9, der im folgenden als Diffusionsraum bezeichnet werden
soll, besitzt oben und unten je eine Erweiterung 14 bzw. 15. Der :oben angeordnete
erweiterte Raum 14 i-unschließt den bereits erwähnten ringförmigen Sammelbehälter
8 für die Absorptionslösung und enthält außerdem eine als Sammelbehälter für Kondensat
dienende ringförmige Vertiefung i6, deren Bodenfläche an dien .oberen Teil eines
die Gefäßwandung i i umgebenden -und durch. wärmeisolierende Masse 2 i umhüllten
Kühlraumes ,a angrenzt. Das Kondensat fließt dem Sammelbehälter 16 durch eine Leitung
17. zu, -die von einem Ausgleichbehälter i 8 herkommt. Der Ausgleichbehälter 18
ist durch eine U-förmig gebogene untere Leitung 19 und eine obiere Leitung 2o in
der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise mit dem Iiondens,ator 6 verbunden. Die
Leitung 2o enthält in ihrem unteren Teile einige Schlangenwindungen, in denen im
Kondensator 6 .etwa nicht veerflüssigter Wasserdampf kondensiert werden kann. Der
untere :erweiterte Raum 15 dient zur Aufnahmeeines Vorrates 23 von Absorptionslösung,
die aus dem Ringraum 8 durch die öf-tnun_ gen io hindurch :auf die Gefäßwandung
1 z gelangt und über diese herabrieselt. Die' Gefäßwandung 12 ist von toben. bis
unten mit einem Vcrtezlungsgebilde (z. B. einem porösen Stoff) 24 bedeckt, wodurch
möglichst günstige Verhältnisse für die Aufnahme des -Arbetsmittel.-dampfes geschaffen
sind, der innerhalb des Diffusionsraumes 9 aus dem in dem ringförurigen Sammelhehälber
16 enthaltenen Kondensat beim Herabneseln desselhen über die Gefäßwandung i i und
ein diese bedeckendes Verteilungsgebilde 25 @ehtsbeht und dabei in das neutrale
Gas hineindiffundiert. Etwa nicht verdampftes Arbeitsmittel gelangt in den Flüssigkeitsvorrat
23. Von diesem führt eine U-förmig gebogene Leitung 26, die mit der Leitung
7 einen .Temperaturwechsler bildet, die reiche Absorptionslösung zürn- Äustreiber-i
zurück.
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Die 'bei der Absorption des Wasserdampfes aus dem . im Diffusionsraum
9 befindlichen Gasgemisch heraus entstehende Ab,soiptionswärme
wird
durch den Luftzug abgeführt, der sich in dem von der Gefäßwandung 12 umschlossenen
kammartigen Raum 13 bildet.
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Der konzentrisch zum Diffusionsrauen 9 angeordnete Kühlraum 22, der
durch die bei der Verdampfungerzeugte Kälte auf niedriger Temperatur gehalten wird,
ist durch die Isoliermasse 21 vor der Einstrahlung vorn Wärme aus der Umgebung geschützt.
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Die vorsehend beschriebene Einrichtung arbeitet wie folgt: Der durch
Wärmezufuhr zum Austreibür aus der Absorptionslösung entwickelte Wasserdampf gelangt
nach seiner Trennung von der wasserärmer gewordenen Lösung im D,ampfabscheider ¢
zum Kondensator 6, wo er unter Annahme einer Kühltemperatur von q.0° C bei einem
Dampfdruck von etwa 75 cm Wassersäule kondensiert wird. In dem mit Stickstoff angefüllten
Diffusionsraum 9 bildet sich bei der Verdampfung des - Kondensats unter Annahme
.einer Verdampfungstemperatur von -5° ein Gemisch aus Wasserdampf und Stickstoff,
dessen Gesamtdruck etwa, 15 cm Wassersäule beträgt. Der Gefahr des Festwerdens des
Kondensats karg man dadurch leicht vorbeugen, daß man ihm eine geringe Menge Natronlauge
beimischt. Dies kann z. B. durch geeignete Anordnung und Bemessung des Dampfabscheiders
q. und der Dampfleitung 5 geschehen. Die bei der AbsöYption an der Wandung 12 entstehende
Wärme wird durch den den Raum 13 durchziehenden Luftstrom bei etwa. q.5° C abgeführt.
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Der durch Flüssigkeitssäulen aufrechtzuerhialtende Druckunterschied
beträgt nach dem Vorstehenden 75 - 15 = 6o cm Wassersäule. Da der Verdampfungsdruck
des reinen Wassers bei - 5° C 4,3 cm Wassersäule beträgt, so liegt der Gasdruck
des Stickstoff-Wasserdampf-Gemisches mit 15 cm nur wenig höher als der Dampfdruck
des reinen Arbeitsmittels.. Er ist dagegen wesentlich niedriger als der 75 cm Wassersäule
betragende Kondensationsdruck des Arbeitsmittels.
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Die vom Spiegel des Flüssigkeitsvorrates 23
bis zur Mitte des
Austreibers 2 gemessene Höhe der Flüssigkeitssäule ist, wie aus der Zeichnung zu
ersehen isst, größer als die Höhe der Flüssigkeitssäule zwischen der Vereinigungsstelle
des Kondensators 6 und der Leitung i Seinerseits und der Ablaufstelle dies Kondensats
aus dem Ausgleich sehälter i 8 andererseits. Dadurch wird die zum ungestörten Betriebe
des Austreibers erforderliche Eintauchtiefe sichergestellt.
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Anstatt den Kühlraum 22 konzentrisch zum Diffusionsraum 9 anzuordnen,
kann man auch ,eine exzentrische Anordnung wählen. Man kann ferner den Kondensator
6 innerhalb des kaminartigen Raumes 13 unterbringen und auf diese Weise nicht nur
an Platz sparen, sondern zugleich auch für eine besonders gute Kühlung des Kondensators
sorgen.
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Schließlich kann man ,auch in an sich bekannter Weise den ausgetriebenen
Arb eitsmitteldampf in einem Resorber statt in,einem Kondernsatorvei-flüssigen und
dementsprechend die Verdampfung in einem Entgaser, der mit der vom Resorber herkommenden
reichen Absorptionslösung beschickt wird,-- -statt in einem mit Arbeitsmitbelkondensat
beschickten Verdampfer vornehmen.