-
Absorptionskältemaschine Die Erfindung bezweckt hauptsächlich, die
Absorptionsmaschine ohne mechanisch bewegte Teile bei hohen Temperaturen des zur
Verwendung kommenden Kühlmediums noch wirkungsvoll betreiben zu können.
-
Die hierbei auftretenden Schwierigkeiten liegen insbesondere in folgenden
Punkten: a. Die Kondensation des Kältemitteldampfes, speziell bei Inbetriebsetzung
der Apparatur.
-
b. Die Absorption bei den vorhandenen hohen Temperaturen des Kühlmediums.
-
c. Die Erreichung genügend tiefer Verdampfertemperaturen.
-
Es sind schon verschiedene Vorschläge gemacht worden, welche den Zweck
verfolgen, vermittels Strahldüsen die entspannten Kältemitteldämpfe anzusaugen.
-
So sind Hochdruckabsorptionskältemaschinen vorgeschlagen worden, bei
denen ein Wasserstrahlsaugapparat vorgesehen ist, welchem durch eine Hochdruckpumpe
geförderte, arme Kältemittellösung als Treibmittel dient und welcher die Kältemitteldämpfe
aus dem Verdampfer saugt und sie während dieses Vorganges direkt in den Kocher drückt.
Indessen ist die Verwendung eine Hochdruckpumpe bei einer Absorptionskältemaschine
als Nachteil anzusehen.
-
Weiter wurde der Vorschlag gemacht, durch einen Teil des hochgespannten
Kältemitteldampfes eine Düse zu betreiben, in welcher dann sowohl die abgekühlte
arme Lösung als der angesaugte übrige entspannte Kältemitteldampf unter Druck zur
Absorption gebracht werden sollte. Es wurde auch vorgesehen, eine Apparatur ohne
Treibdampf nur mit Hilfe der gekühlten armen Lösung zu betreiben. Indessen haben
diese Arbeitsweisen drei besondere Nachteile: Erstens bedeutet die Verwendung von
Kältemitteldampf als Treibmittel thermisch eine wesentliche Verschlechterung des
Wirkungsgrades der Kälteanlage. Zweitens muß der als Treibmittel verwendete Teil
des Kältemittels nach der Düse absorbiert werden, so daß die Bildung einer reicheren
Lösung stattfindet, als es der Kälteprozeß allein erfordern würde. Die Steigerung
der Konzentration hat aber zur Folge, daß die Temperatur des Absorptionsprozesses
tiefer gehalten werden muß. Dadurch geht im mindesten ein wesentlicher Teil des
Vorzuges der Hochdruckabsorptionsmaschine verlören. Drittens steht im Falle des
Verzichts auf Triebdampf als Strahlenenergie nur die Strömungsenergie der gekühlten
armen Lösung, hervorgerufen durch die Thermosyphonwirkung, zur Verfügung. Das würde
bei den heute üblichen Kältestoffen, um einen größeren Absorptionsdruck zu bekommen,
eine praktisch unausführbare Bauhöhe (bei Ammoniakwasser z. B. über ro m) ergeben',
weshalb in diesem Zusammenhang. mechanische Pumpen als Triebmittel zur Förderung
der bereicherten Lösung in den Kocher eingeschaltet worden sied.
-
Bei einer anderen bekannten Anordnung mit Strahldüsen gelangt arme
Lösung (Absorptionsmittel
) in einen oberhalb der Strahldüsen angeordneten,
Behälter und wird den verschiedenen Öffnungen Behälter Düsenplatte verteilt, von
welcher aus die arme Lösung durch die Schwere zu den untenliegenden Düsen herunterfließt,
wobei der Kältemitteldampf angesaugt, mit der Absorptionsflüssigkeit vermischt und
in einem unter den Düsen vorgesehenenBehälter absorbiert wird. Diese Anordnung hat
den Nachteil, daß die Saugwirkung mit Rücksicht auf die verhältnismäßig kleine Geschwindigkeit
des Flüssigkeitsstrahles entsprechend klein ist und weiter, daß der Absorptionsdruck
auch klein ist. Um die bereicherte Lösung von dem genannten unteren Behälter in
den Kocher zu führen, ist hierbei ein weiterer Saugapparat vorgesehen. Statt einem
Saugapparat wird bei einer anderen Anordnung zum gleichen Zweck eine Pumpe verwendet.
-
Bei einer ähnlichen bekannten Anordnung wird arme Absorptionsflüssigkeit
vom Kocher über eine Leitung ohne Zwischenbehälter einer Strahldüse zugeführt, welch
letztere den Kältemitteldampf aus dem Verdampfer ansaugt und ihn in den Absorber
leitet. Hierbei steht der Absorber wieder unter nur schwachem Druck, und es ist
wieder ein Strahlapparat nötig, um die bereicherte Lösung vom Absorber in den Kocher
zu führen.
-
Es ist ferner eine Anordnung -bekannt, bei welcher ein von Kältemittel
und von Absorptionsflüssigkeit verschiedenes Mittel zum Fördern der reichen Lösung
durch einen oder mehrere Strahlverdichter benutzt wird.
-
Bei diesen bekannten Absorptionskältemaschinen ist nun, wie bereits
erwähnt, die Verwendung einer Pumpe zum Fördern der reichen Lösung als Nachteil
anzusehen. Außerdem ergibt die Verwendung einer Flüssigkeitsstrahldüse bei gleichem
Druckgefälle eine geringere Saugwirkung des Kältemitteldampfes aus dem Verdampfer
als eine Dampfstrahldüse. Ferner bedeutet der Umstand, daß bei einem relativ niederen
Absorptionsdruck gearbeitet wird, einen Nachteil, indem die Absorption bei hohen
Temperaturen nicht mehr möglich wird. Schließlich ist bei Verwendung eines von Kältemittel
und von Absorptionsflüssigkeit verschiedenen Mittels zum Fördern der reichen. Lösung
ein besonderer Kreislauf für dieses Mittel nötig, was die Anlage bedeutend verteuert.
-
Sämtliche erwähnten Nachteile werden bei der Absorptionskältemaschine
mit mindestens einer Strahldüse zum Ansaugen der Kältemitteldämpfe aus dem Verdampfer
gemäß der Erfindung dadurch beseitigt, daß mindestens eine Strahldüse mit aus der
armen Lösung erzeugtem Dampf als Treibmittel gespeist wird und daß der einerseits
mit der Strahlseite dieser Strahldüse in Verbindung stehende Absorber anderseits
derart unxpttelbar mit dem Kocher in Verbindung `steht, daß der Absorber im wesentlichen
auf derb Kocherdruck steht. _ Dadurch, daß als Treibmittel für die Strahldüse zweckmäßigerweise
der im Kocher erzeugte Dampf der Absorptionsflüssigkeit bzw. der armen Lösung benutzt
wird, ergibt sich dank der großen Geschwindigkeit des Dampfstrahls eine gute Saugwirkung
des Kältemittels aus dem Verdampfer und dadurch kann eine tiefe Temperatur im letzteren
erzielt werden, und dadurch, daß der einerseits mit der Strahlscite der Strahldüse
in Verbindung stehende Absorber anderseits unmittelbar mit dem Kocher in Verbindung
steht, erfolgt die Absorption unter dem hohen Kocherdruck, so däß letztere auch
bei verhältnismäßig hohen Temperaturen vor sich gehen kann, wobei die Absorption
noch dadurch begünstigt wird, daß der als Treibmittel verwendete Dampf der Absorptionsflüssigkeit
sich in der Strahldüse innig mit dem "angesaugten Kältemittel vermischt.
-
. In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Absorptionskältemaschine
gemäß der Erfindung dargestellt, und zwar zeigen: Fig. i eine erste Ausführungsform
im Aufriß, teilweise im Schnitt, Fig. a eine weitere Ausführungsform im Aufriß,
im Schnitt, und Fig.3 eine konstruktive Strahldüsenanordnung.
-
In sämtlichen Figuren ist i der wärmeisolierte Kocher, a der Kondensator,
3 der Verdampfer und 4 der Absorber der Kältemeschine. In sämtlichen dargestellten
Ausführungsbeispielen ist im Kocher i ein elektrisches Heizelement 5 vorgesehen,
obwohl Gas-, Öl- u. dgl. Heizungen auch in Frage kommen.
-
In der Ausführungsform nach Fig. i ist um das Heizelement 5 ein äußerer
Mantel 6 gelegt, der bis fast an den Boden des Kochers i reicht. Oben ist der Innenraum
des Mantels 6 durch eine Leitung 7 mit einer Dampfdüse 8 verbunden. In der Leitung
7 wird mit Vorteil ein Reiniger 9 eingebaut, um Verstopfungen der Dampfdüse 8 zu
vermeiden.
-
Die Wirkungsweise der Maschine nach Fig. i ist folgende: Im unteren
Teil des Kocherbehälters i befindet sich die arme Kocherlösung (Absorptionsflüssigkeit)
dank ihres größeren spezifischen Gewichtes. Bei eingeschaltetem Heizelement 5 wird
die zwischen Heizmantel und äußeren Mantel 6 befindliche Lösung erwärmt,
so
daß dieselbe verdampft und zwischen den beiden genannten Mänteln steigt. Die aufsteigende
Kocherlösung wird stets durch im unteren Teil des Kocherbehälters i befindliche
arme Lösung ersetzt, so daß im Betrieb im Inneren des Außenmantels 6 nur arme Kocherlösung
(Absorptionsflüssigkeit) vorhanden ist. Die aufgeheizte arme Lösung und ihr Dampf
geben durch den Mantel 6 Wärme an die außerhalb des Mantels 6 befindliche reiche
Lösung ab, so daß aus dieser das Kältemittel ausgetrieben wird. Der Kältemitteldampf
wird durch die Leitung io dem mit Kühlrippen versehenen Kondensator 2 zugeführt,
wo er bei zunehmender Abkühlung nach und nach kondensiert. Die Kondensation von
Teilen des Kältemitteldampfes beginnt schon bei hohen Temperaturen des Kühlmediums,
und zwar je höher, je mehr Wasser im Dampf mitgeführt wird, um bei einer tieferen
Temperatur vollständig beendigt zu sein. (Dies im Gegensatz zu der Kondensation
von einem einfachen Stoff, welcher bei einem bestimmten Druck nur auf einer fest
bestimmten und wesentlich niedriger liegenden Temperatur plötzlich vollumfänglich
erfolgt. Es birgt diese Tatsache einen Vorteil z. B. gegenüber einer Kompressinonsmaschine
in sich). Nach der Verflüssigung wird das Kondensat durch den Gegenströmer i i dem
Verdampfer 3 über das Druckreduzierventil Vd zugeführt. Im degenströmer i i wird
dem Kondensat durch die den Verdampfer 3 bei tiefen Temperaturen verlassenden Kältemitteldämpfe
weiter Wärme entzogen. Dadurch wird das Kondensat- bis auf die Verdampfertemperatur
unterkühlt. Im übrigen ist der Gegenströmer i i so bemessen, daß auf alle Fälle
der gesamte Kältemitteldampf verflüssigt wird, auch wenn der Kondensator :2 durch
Wasser gekühlt wird und dieses verhältnismäßig hohe Temperaturen erreicht. Um dies
zu erreichen; muß in Spezialfällen auch im Gegenstromer i i noch Wärme nach außen
abgeführt werden. Um zu verhindern, daß das vorhandene Kondensat beim Ende einer
Kühlperiode wieder itexdampft und .rückwärts im Kocher absorbiert, wird ein Rückschlagventil
Vrl eingebaut. Dies hat noch den Vorteil, daß bei der neuen Kühlperiode immer schon
am Anfang genügend Kondensat vorhanden ist, um beim Anfahren ein einwandfreies Arbeiten
des Gegenstromers i i und ein Verflüssigen des ganzen Kältemitteldampfes sicher
zu stellen. Um auch dieses Kondensat beim Anfang auf tiefen - Temperaturen dem Regelventil
Vd zuführen zu können, kann die den Gegenstromer verlassende Kondensatleitung 12
mit ihrem letzten Teil unter Umständen im Verdampferraum bzw. Kühlraum selbst untergebracht
sein. Im Regelventil Vd wird das Kondensat vom Kocherdruck auf den V erdampferdruck
entspannt. Durch diese Drosselung verdampft ein Teil des - Kondensates, was eine
Temperaturabnahme desselben zur Folge hat. Im Verdampfer 3 nimmt nun das Kältemittel
Wärme auf. Nachdem dies geschehen ist, verläßt es den Verdampfer 3 bei immerhin
noch tiefer Temperatur. Im Gegenströmer 1i erwärmt sich der Kältemitteldampf durch
Wärmeaufnahme aus dem im Gegenstrom fließenden Kondensat. Hierbei wird der Kältemitteldampf
überhitzt,- was ein großes spezifisches Volumen bedingt. Durch das mitgerissene
Absorptionsmittel wird das spezifische Volumen aber in annehmbaren Grenzen gehalten.
Die Rückleitung des Gegenströmers I i ist durch die Leitung 13 mit der Saugseite
der Dampfdüse 8 verbunden. Die Strahlseite der Düse 8 ist mit dem mit Kühlrippen
versehenen Absorber q. verbunden. Durch die Dampfdüse 8 werden nun durch die Leitung
13 die Kältemitteldämpfe aus dem Verdampfer 3 angesogen und im Absorber q. unter
Druck gesetzt. Der Absorber q. steht andernends durch eine Leitung 14 mit dem Kocherbehälter
i in Verbindung, welche die aus dem Absorber zurückströmende reiche Lösung bis oben
in den Kocher hinaufführt. Um das mitgerissene Wasser wieder aus dem Verdampfer
zu entfernen, ist ein Flüssigkeitsheber 15 in der Saugleitung 13 eingebaut. Da beim
Anfahren die Düse 8 noch keine Saugwirkung hat, ist in der Saugleitung 13 ein Rückschlagventil
V r2 eingebaut, um zu verhindern, daß der Verdampfer 3 unter Kocherdruck gesetzt
werden kann. Zu bemerken ist, daß sofort nach der Düse 8 Wärme abgeführt werden
muß, und zwar so viel, daß sich das Gemisch aus dem Düsenbetriebsdampf (Absorptionsmitteldampf)
und dem angesogenen Kältemitteldampf kondensiert. Nur dadurch ist. es möglich, daß
eine gute Strahlwirkung und daß der Kocherdruck wieder erreicht wird. -- Durch diese
Absaugung und diese Kompression wird der Verdampferdruck unabhängig gemacht von
dem Absorber, und es ist möglich, die Absorptionswärme bei hohen Temperaturen abzugeben.
Die Intensität des Kältemittelkreislaufes kann auch durch Veränderung der
Ab-
kühlung nach dem Düsenstrahl und damit des Düsenbetriebsdruckes geregelt
werden. Das Gemisch wird nach der erfolgten Kondensation durch Thermosyphonwirkung
wieder dem Kocher i zugeführt.
-
Der Gegenstromer i i ist - jedoch nicht unbedingt notwendig. Durch
genügend große Bemessung der Zuleitung zu dem Verdampfer in einem kühleren Medium
(umgebende Luft)
als dem aufzuheizenden ergibt 'sich die Sicherstellung
der Kondensation. .des Kältemittels. Hierbei kann allerdings das Kondensat nicht
mehr auf die Verdampfertemperatur unterkühlt werden. -Auch im Falle eines Gegenströmers
i i können daselbst Kühlrippen iid vorgesehen werden, durch welche noch Wärme- nach
außen abgeführt wird.
-
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 wird nur ein Teil der armen Lösung
verdampft und den Flüssigkeitsdampfdüsen 80, 8d (Fig, 2) zugeführt, während der
andere Teil der armen Lösung durch eine oder mehrere Wasserstrahldüsen der Dampfdüse
bzw. Dampfdüsen zufließt.
-
Nach Fig. 2 verdampft ein Teil der armen Lösung innerhalb des Mantels
6 und gelangt durch die Leitung 7 in zwei kombinierte Flüssigkeitsdampf düsen 8c,
8d, welche derart angeordnet sind, daß die Strahlseite der Düse 8@ mit der Saugseite
der Düse 8d verbunden ist. Ein anderer Teil der armen Lösung gelangt durch eine
Leitung 23 zu zwei Flüsigkeitsstrahldüsen 24a und 24b, welche derart angeordnet
sind, daß die Strahlseite der Düse 24a mit der Saugseite der Düse 24U verbunden
ist. Mit der Saugseite der Strahldüse 24a ist durch die Saugleitung 13 der
Verdampfer 3 verbunden. Die Strahldüsen 8c, 8d, 24a und 24b sind auf der
Strahlseite mit Kühlrippen versehen oder in anderer Weise zur Wärmeabgabe nach außen
ausgebildet, zum Zwecke, eine gute Strahlwirküng zu erzielen. Durch die erste Strahldüse
24a wird das entspannte Kältemittel durch die Saugleitung 13 aus dem Verdampfer
3 angesogen und das gebildete Gemisch der armen Lösung mit dem Kältemittel auf die
Saugseite der zweiten Strahldüse--24P gebracht. Von _der Strahlseite der zweiten
Strahldüse 24b gelangt das Gemisch aus armer Lösung und Kältemittel in die in bekannter
Weise als Doppelkegel ausgebildete Saugseite der Düse 8d und durch diese in den
unter Druck stehenden Absorber 4, aus welchem die bereicherte Lösung durch die Leitung
14 in Wärmeaustausch mit der armen Lösung der Leitung 23 wieder 'dem Kocher i zufließt.
Strahldüsen- der Art wie 8c und 8d haben den Vorteil, daß sie selbstregulierend
und anpassungsfähig sind und daß sie einen größeren Querschnitt als die gewöhnlichen
Dampfdüsen 8 nach Fig. i aufweisen können, so daß keine Verstopfungsgefahr besteht.
-
Ein solches mehrstufiges Düsensystem nach Fig.2 ergibt eine bessere
Saug- und Druckwirkung für das Kältemittel und damit einen besseren Wirkungsgrad
der Kältemaschine als ein einstufiges Düsensystem und kommt voraussichtlich hauptsächlich
- für gi-äßere- Aggregate zur Anwendung, w o die Verbesserung des Wirkungsgrades
eine wesentliche Rolle spielt: Es könnte auch in ähnlicher Weise ein Düsensystem
mit drei Stufen vorgesehen sein.
-
Das Austreiben des Kältemittels im Kocher z und sein Zuströmen zum
Verdampfer 3 über den Kondensator 2- erfolgen in ähnlicher Weise wie in Fig. i.
-
Fig.3 zeigt die konstruktive Ausbildung einer Düsenanordnung und der
Leitungen, an welche die Düsen angeschlossen sind. ia ist die- Kocherwandung, welche
mit einer Isolationsschicht 25 beispielsweise aus Korkschrot umgeben ist, die durch
einen äußeren Mantel 26 zusammengehalten ist. Die Fig. 3 zeigt insbesondere, wie
die kombinierte Flüssigkeitsdampfdüse 8e in der Isolationsschicht angeordnet ist.
Die Bewegungsrichtung der Flüssigkeiten und Dämpfe in den verschiedenen Leitungen
sind durch Pfeile angedeutet. Ebenfalls sind die Flüssigkeitsspiegel im Kocher i
und im Absorber 4b in üblicher Weise angedeutet.
-
Wird davon abgesehen, nach der Dampfdüse zu kühlen, so muß die heiße
arme Lösung vorgekühlt werden, was in dem Beispiel durch Kühlungen der Rohrleitungen
4.9, und 23 sowie der Düse 24 erfolgt.