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Kontinuierlich arbeitender Absorptionskälteapparat Die Erfindung bezieht
sich auf kontinuierlich arbeitende Absorptionskälteapparate mit druckausgleichendem
Hilfsmittel, insbesondere für Luftkühlung.
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In derartigen Kälteapparaten ist es für den Wirkungsgrad wünschenswert,
daß der innere Druck mit der Temperatur des Kühlmittels schwankt. Insbesondere wenn
der Apparat mit Luft gekühlt wird, kann deren Temperatur innerhalb recht weiter
Grenzen schwanken. Ist nun der Druck im Apparat durch entsprechende Beimengung eines
druckausgleichenden Hilfsgases derart bestimmt, daß der Kondensationsdruck für die
höchsten auftretenden Kühltemperaturen ausreicht, so ist er bei niedrigeren, d.
h. günstigeren Kondensationstemperaturen relativ zu groß, d. h. für diesen Fall
ist eine zu große Menge Hilfsgas im Apparat vorhanden. Hierdurch verschlechtert
sich etwas der Wirkungsgrad, und gegen den von der großen Hilfsgasbeimengung bedingten
hohen Druck muß der Kocher seinen Kältemitteldampf entwickeln. Der Kocher muß also
unter höheren Temperaturen arbeiten, als bei der Kondensationstemperatur an sich
erforderlich wäre. Hierdurch ,erhöht sich wiederum die Korrosionsgefahr im heißen
Köcher.
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Um diesen Nachteil zu beseitigen, hat man bereits vorgeschlagen, am
Kondensator des Apparates oder seiner Ablaufleitung eine Verlängerungskammer anzubringen,
um eine bestimmte Menge des druckausgleichenden Hilfsmittels zu speichern. Ist nun
die Kondensatortemperatur niedrig, so bleibt das Hilfsgas ruhig in der Verlängerungskammer
stehen, und der Druck im Apparat ist niedrig. Steigt jedoch die Kondensatortemperatur,
so drücken in ihm nicht kondensierte Kältemitteldämpfe das Hilfsgas aus der Verlängerungskammer
in den Verdampferabsorberkreis. Demzufolge erhöht sich automatisch der Druck im
Gesamtapparat sowie im Kondensator, so daß sich die Kondensation selbsttätig verbessert.
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Es ist ferner bereits vorgeschlagen worden, bei Apparaten,. bei denen
druckausgleichendes Hilfsgas zwischen einer Absorptionsstelle und einer Verdampfungsstelle
umläuft, einen Nebenschlußkreislauf für das Hilfsgas zwischen der Absorptionsstelle
und anderen Apparatteilen vorzusehen.
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Die Erfindung kombiniert die Vorteile beider Anlagen und besteht im
wesentlichen darin, daß in dem Nebenschlußkreislauf des Hilfsgases ein gewissermaßen
.eine Verlängerungskammer des Kondensators darstellendes Druckgefäß eingeschaltet
ist, das bei normaler Temperatur des den Kondensator kühlenden Mittels mit Hilfsgas
und bei höheren Kühlmitteltemperaturen ganz oder teil-
| weise mit Kältemitteldampf gefüllt ist. Durch |
| diese Anordnung des Druckgefäßes erreicht |
| man eine besonders gute Resonanz der im,: |
| Apparat vorhandenen: drei Kreisläufe bei a11." |
| Druckveränderungen im Apparat. Die fk |
| beziehung des Druckgefäßes in die GaszirX_ |
| lation, d. h. in den Nebenschlußkreislauf, bp, |
| wirkt, daß das Hilfsgas im Druckgefäß außer- |
| ordentlich rein ist. Bei Apparaten, deren |
Gasumlauf durch Schweredifferenzen zustande kommt, ist aber die Reinheit des Hilfsgases
für die Gaszirkulation von wesentlicher Bedeutung. -Die Erfindung bietet den weiteren
Vorteil, die Geschwindigkeit der Drucksch#vankungen im Apparat zu vergrößern. Das
Druckgefäß kann ferner bei hohen Temperaturen des Kühlmittels als Kondensator benutzt
werden, wenn man darauf achtet, es derart anzuordnen, daß in ihm ausfallendes Kondensat
dem Verdampfer zugeführt wird.
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Die Erfindung soll näher unter Hinweis auf die beiliegende Zeichnung
beschrieben werden, wobei sich weitere kennzeichnende Merkmale der Erfindung ergeben
werden.
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In der Abbildung bezeichnet io den Kocher des Apparates, in dem Kältemitteldampf
aus Absorptionslösung durch Wärmezufuhr ausgetrieben wird. Der Apparat -wurde beispielsweise
mit Ammoniak als Kältemittel und Wasser als Absorptionsmittel betrieben. Vom oberen
Teil des Kochers i o gehen die ausgetriebenen Dämpfe durch eine Leitung 12 durch
einen luftgekühlten -Rektifikatorii zu dem oberen Teil eines Abscheiders 13. Von
hier gehen die Kocherdämpfe zu einem luftgekühlten'Kondensator i¢, in dem- sie verflüssigen
und von dem aus das Kondensat durch eine Leitung 15 in den oberen Teil eines Behälters
16 tritt. Vom unteren Teil dieses Behälters 16 fließt flüssiges Kältemittel durch
eine Leitung 17- zu der Kühlschlange 18 des Absorbers. Diese Kühlschlange 18 arbeitet
nach Art eines Gasblasensiedehebers.
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Die Kühlung des Absorbers 22 vollzieht sich durch Verdampfung eines
Teils des Kältemittels in der Kühlschlange 18, wobei der auftretende Dampf das flüssige
Kältemittel aufwärts in einer Leitung i g zurück zum Abscheider 13 hebt. Die Förderdämpfe
treten in den Kondensator zurück, und das flüssige Kältemittel, das sich im unteren
Teil des Abscheiders 13 sammelt, fließt durch eine Leitung 2o in einen Verdampfer
21 über, wo es in ein druckausgleichende's Hilfsmittel, beispielsweise Wasserstoff,
hineindiffundiert. Dieses Gemisch zirkuliert in bekannter Weise zwischen dem Absorber
22 und dem Verdampfer 21 über einen Gastemperaturwechsler 23.
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Arme Absorptionslösung fließt in an sich bekannter Weise vom unteren
Teil des Kochers io durch den-Flüssigkeitstemperatur-Wechsler 24 zum Absorber 22,
in dem sie Kältemitteldämpfe aus der Gasmischung ab-:',-rbiert. Die angereicherte
Absorptionslösung ,,Sammelt sich im unteren Teil des Absorbers, ".Aii wo aus die
Lösung durch den F lüssigkeitstemperaturwechsler 24 über eine Pumpvorrichtung 2,5
zum Kocher i o zurückgefördert wird.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Druckgefäß 26 im Apparat
vorgesehen, das durch Leitungen 27 und 28 mit dem Gaskreislauf des Apparates verbunden
ist. Diese Verbindungsleitungen sind. im Ausführungsbeispiel an den Temperaturwechsler
23 angeschlossen, wobei die Leitung 27 den oberen Teil des Druckgefäßes 26 mit dem
armes Gas führenden Teil des Temperaturwechslers und die 'Verbindungsleitung 28
den unteren Teil des Druckgefäßes mit dem reiches Gas führenden Teil des Temperaturwechslers
verbindet. Die Gasverbindung, die durch die Leitung 27, das Druckgefäß 26 und die
Leitung 28 gebildet wird, stellt eine Nebenschlußverbindung zum Gaskreislauf zwischen
Verdampfer und Absorber dar, wobei der Absorber beiden Gaskreisläufen gemeinsam
ist. Die Leitung 27 kann jedoch wahlweise mit der armen. oder reichen Gasseite des
Gasumlaufes - verbunden werden. Eine' Verbindung mit der armen Gasseite ist jedoch
zweckmäßiger, weil sie die Menge des im Hilfskreislauf gespeicherten Wasserstoffes
bei geringen Raumtemperaturen vergrößert, wie im folgenden näher beschrieben wird.
Andererseits würde der Anschluß an die reiche 'Gasseite den Vorteil bieten, daß
der Eintritt von Kältemitteldampf in die arme Gasseite verhindert -wird, wenn der
Apparat im Gebiet seines höchsten Druckes arbeitet.
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In der bereits vorgeschlagenen Verlängerungskammer des Kondensators
beträgt der Betrag des Wasserstoffes bei niederen Lufttemperaturen etwa 3o bis 4o%
des Kammervolumens, da die Temperaturdifferenz zwischen dem Kondensator und der
Kammer durchschnittlich nur etwa io° C beträgt. In dem Gaszirkulationssystem hingegen
findet man eine arme Gasmischung, die etwa goo/o Wasserstoff ,enthält. Benutzt man
nun in Verbindung mit der Kondensatorverlängerungskammer oder dem Druckgefäß einen
Hilfskreislauf, der mit dem Gasumlaufsystem kommuniziert, so läuft -durch das Druckgefäß;
wenn in ihm- keine Kondensation eintritt, eine Gasmischung, die beinahe ausschließlich
aus Wasserstoff besteht.
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Die Zirkulation findet statt aufwärts durch Leitung 27 und abwärts
durch Leitung 28, da das Gas im Druckgefäß 26 und in der Leitung 28 spezifisch schwerer
ist als in Leitung
27. Erreicht die Wasserstoffkonzentration im
Druckgefäß 26 die Konzentration des Gaskreislaufes, so tritt eine sehr langsame
Zirkulation ein, die gerade ausreicht, überschüssigen Kältemitteldampf fortzuschaffen.
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Wenn die Kühllufttemperatur steigt und der Druck nicht ausreicht,
eine vollständige Kondensation im Kondensator hervorzurufen, so treten überschüssige
Ammoniakdämpfe durch Leitung 29, Leitung 28 und das @Flüssigkeitsschloß 3o zuni
Absorber. Da die Leitung 28 und das Flüssigk eitsschloß 36 der Luftkühlung
ausgesetzt sind, kondensiert Kältemitteldampf, und sein Kondensat sammelt sich im
Schloß 3o, wodurch die Gaszirkulation in dieser Richtung verstopft wird. Weitere
Ammoniakdämpfe müssen daher in das Druckgefäß 26 eintreten und drücken den in ihm
enthaltenen Wasserstoff durch Leitung 27 in den Gasumlauf ein, wodurch sich der
Druck in diesem Umlaufsystem erhöht. Bei hohen Außentemperaturen wirkt daher das
Druckgefäß 26 als eine Verlängerungskammer des Kondensators, wobei das sich in ihm
bildende Kondensat durch Leitung 29 zum Gefäß 16 läuft, wo es sich mit den zum Verdampfer
tretenden Kältemittelmengen verbindet.
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Sinkt darauf wieder die Temperatur der Kühlluft, so tritt. keine weitere
Kondensation in Leitung 28 ein, und das im Flüssigkeitsschlot 3o gespeicherte Kältemittel
verdampft wieder unter Diffusion in das Gassystem. Wenn in dieser Weise das Flüssigkeitsschlot
30 geöffnet wird, tritt wieder eine Gaszirkulation durch das Gefäß 26 ein.
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Die vorliegende Erfindung bietet also nicht nur den Vorteil, daß das
Druckgefäß 26 im Normalfall mit Hilfsgas gefüllt ist, während bei steigender Kondensatortemperatur
dieses Hilfsgas in den Verdampferabsorberkreis gedrückt wird, so daß sich der Druck
dort und demzufolge auch im Kondensator erhöht, so daß man also das Druckgefäß als
Konden- ` satorverlängerungskammer bezeichnen kann, sondern es tritt ein zweiter
wesentlicher Vorteil ein. Bei Anlagen, die mit Hilfsgas ohne Pumpen und Ventile
arbeiten, müssen, um einen guten Wirkungsgrad zu erreichen, der Kreislauf des Absorptionsmittels,
des Kältemittels und des Hilfsmittels in gegenseitiger Resonanz sein. Diese gegenseitige
Resonanz bei schwankender Kondensatortemperatur und also bei schwankenden Totaldrucken
läßt sich selbsttätig erreichen, wenn man bei normaler Kondensatortemperatur und
normalem Totaldruck einen Teil der Gaszirkulation vom Ver-_ dampfer fernhält, d.
h. einen Teil der Gaszirkulation in einem Nebenschlußkreislauf durch den Absorber
laufen läßt. Hierdurch erhält man den weiteren Vorteil, daß das Hilfsgas im Behälter
26 im Normalbetriebe außerordentlich rein bleibt, weil die in dieses Gas hineindiffundierten
Kältemitteldämpfe bei der Zirkulation durch den Absorber immer wieder ausgewaschen
werden.
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Steigen aber die Anforderungen an die Leistung des Apparates, weil
die Kondensatortemperatur und damit zugleich der Druck im Apparat und die Absorbertemperatur
steigen, so ist es vorteilhaft, diesen Nebenschluß automatisch aufzuheben, was durch
die selbsttätige Füllung des Flüssigkeitsschlosses 3o hervorgerufen wird, da es
dann darauf ankommt, die Gaszirkulation relativ zu verbessern. Denn bei erhöhtem
Druck und bei gesteigerter Absorbertemp.eratur ist das arme Gas weniger gut ausgewaschen.
Es hat also weniger Auftriebstendenz, und es verschlechtert sich dadurch an sich
die Umlaufskraft der Zirkulation. Nun muß der Apparat so gebaut sein, daß er auch
bei hohen Temperaturen und hohem Druck eine praktisch ausreichende Gaszirkulation
hat. Damit ist aber notwendig gegeben, daß bei sogenannten normalen Verhältnissen
die Gaswiderstände zu gering sein müssen, so daß die Gaszirkulation bei normalen
Verhältnissen relativ zu stark wäre, um in guter Resonanz mit den anderen Kreisläufen
zu stehen, und eben hierfür ist der Nebenschlußgaskreislauf besonders günstig, weil
er dem in normalen Verhältnissen sonst zu kräftigen Gasumlauf Energie entzieht.
Das arme Gas, das durch Leitung 27 abgezweigt wird, würde sich sonst im Verdampfer
mit Kältemitteldampf beladen und durch seinen Gewichtsunterschied die Zirkulation
durch den Verdampfer und Gastemperaturwechsler verstärken.
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Weiterhin ist es von besonderem Vorteil, das Druckgefäß 26 so hoch
anzuordnen, daß in ihm bei hohen Temperaturen des Kühlmittels ausfallendes Kondensat
zu Kälteleistungszwecken dem Verdampfer zugeführt werden kann. Dies ist im Ausführungsbeispiel
dadurch erreicht, daß das im Druckgefäß 26 ausfallende Kondensat in die Leitung
15 läuft und über den Behälter 1 6 und Leitungen 17, 18, i 9 sowie
2o dem Verdampfer zugeführt wird. Naturgemäß kann die Führung des Kondensats, das
im Druckgefäß 26 ausfällt, auch anders ausgebildet sein.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt.