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Kontinuierlich arbeitende Absorptionskältemaschine Die vorliegende
Erfindung bezieht sich auf kontinuierlich arbeitende Absorptionskältemaschinen.
Bei Absorptionskälteanlagen ist normalerweise die Heizendtemperatur im Austreiber
durch den Druck des Heizdampfes (Abdampf oder Frischdampf) gegeben und daher gleichbleibend.
Außerdem wird aus Betriebsgründen meist eine unveränderliche Verdampfungstemperatur
des Verdampfers verlangt, so daß damit auch dessen Druck und der Druck im Absorber
stets gleichbleiben. Veränderlich sind dagegen je nach der Jahreszeit die Kühlwassereintrittstemperaturen
des Verflüssigers und des Absorbers. Mit steigender Kühlwassertemperatur nimmt also
die Absorberendtemperatur und die Verflüssigungstemperatur und damit auch der Druck
im Verflüssiger und im Austreiber zu. Dieser Umstand ist von bedeutendem Einfluß
auf die Kälteleistung der Anlage.
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Welche Wirkungen die steigende Kühlwassertemperatur hat, ist aus dem
Drucktemperaturdiagramm für wäßrige Ammoniaklösungen (Abb. i) erkennbar, in das
der Lösungskreislauf eingezeichnet ist.
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Die Verdampfungstemperatur im Verdampfer betrage - io ° C, die Absorberendtemperatur
sowie die Verflüssigungstemperatur 2o' C, die Heizendtemperatur im Austreiber ioo
° C. In diesem Falle ist der Lösungskreislauf durch die Punkte i, 2, 3, q. bestimmt.
Während die arme Lösung hinter dem Austreiber (Punkt q.) bzw. vor dem Absorber (Punkt
i) eine Konzentration von 28 °/o hat, weist die reiche Lösung hinter dem Absorber
(Punkt 2) ' bzw. vor dem Austreiber eine Konzentration von 52% auf. Der Unterschied
der
Konzentration der armen und der reichen Lösung beträgt 240/,. Diese Differenz, die
auch mit Entgasungsbreite bezeichnet wird, ist ein Maß für die erzielbare Kälteleistung
je kg umlaufender Lösung. .-7 a
Beträgt die Endtemperatur im Absorber
und: die Verflüssigungstemperatur 30 ' C unter Bei=: behaltung der Verdampfungstemperatur
von - =o ° C und der Heizendtemperatur im Austreiber von zoo ° C, so ist der Lösungskreislauf
durch die Punkte 5, 6, 7, 8 gekennzeichnet. Die Konzentration der armen Lösung beträgt
3q.o/o, die Konzentration der reichen Lösung 45 % und somit die Entgasungsbreite
nur =z "/o. Die Entgasungsbreite ist also infolge der Erhöhung der Absorberendtemperatur
und der Verflüssigungstemperatur von 2o ° C auf 30'C erheblich kleiner geworden,
und es hat die Kälteleistung der Maschine trotz des gleichen Lösungsumlaufes erheblich
abgenommen.
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Es sind verschiedene Maßnahmen möglich; um den durch höhere Kühlwassertemperaturen
bedingten Rückgang an Kälteleistung wieder auszugleichen. So könnte z. B. die Heizendtemperatur
des Austreibers gesteigert und dadurch die Konzentration der armen Lösung so weit
verringert werden, daß die gleiche Entgasungsbreite wie bei normaler Kühlwassertemperatur
erreicht wird. Das ist jedoch, wenn mit Abdampf gearbeitet wird oder der höchste
vorhandene Dampfdruck - schon erreicht ist (Frischdampf) nicht möglich. Durch eine
solche Arbeitsweise würde auch eine Vergrößerung des Rektifikators und des Temperaturwechslers
notwendig werden, so daß die Anlagekosten erhöht und die Wirtschaftlichkeit herabgesetzt
werden.
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Eine andere Möglichkeit, die ursprüngliche Leistung der Anlage wieder
zu erreichen, besteht darin, daß bei geringerer Entgasungsbreite der Lösungsumlauf
erhöht wird. Hierdurch ist. eine größere Lösungspumpe und ein größerer Temperaturwechsler
bedingt, wodurch ebenfalls die Anlagekosten erheblich steigen. Ist an sich schon
die Entgasungsbreite klein, so kann infolge der Erhöhung der Kühlwassertemperatur
die Entgasungsbreite auf einen ganz geringen Bruchteil der ursprünglichen herabgehen,
unter Umständen sogar Null werden. Dieser Fall tritt dann ein, wenn es sich um Absorptionskältemaschinen
für tiefere als -übliche Temperaturen handelt. So ist z. B. bei einer Absörberendtemperatur
und einer Verflüssigungstemperatur von 3o ° C und einer Heizendtemperatur des Austreibers
von zoo°C schon bei einer Verdampfungstemperatur im Verdampfer von etwa -26'C die
Entgasungsbreite gleich Null.
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Die Entgasungsbreite läßt sich auch durch Einschaltung eines Verdichters
zwischen Verdampfer und Absorber vergrößern, so daß der Absorber mit einem höheren
Druck als der Ver-3ampfer arbeitet und infolge dieses höheren Absorberdruckes die
Sättigung mit dem Kältemittel zu einer, stärkeren Konzentration der reichen Lösung
führt. Da das spezifische Vo--lumen des Ammoniakdampfes bei niederen - Mücken sehr
groß -ist, benötigt man dazu Verdichter von sehr großen Abmessungen, welche entsprechend
teuer sind und eine verhältnismäßig große Antriebsleistung verlangen.
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Zur Beseitigung der oben dargelegten Mängel wird demgegenüber erfindungsgemäß
vorgeschlagen, einen Zusatzverdichter zwischen Austreiber und Verflüssiger einzuschalten
und seine Saug- und Druckseite durch eine Umgehungsleitung zu verbinden, in der
ein Absperrorgan vorgesehen ist. Durch den Zusatzverdichter wird der Druck im Austreiber
herabgesetzt, so daß die Entgasung bei gleicher Heizendtemperatur weitergetrieben
werden kann und somit die Konzentration der armen Lösung verringert wird. Da der
Zusatzverdichter die dem Austreiber entnommenen, bereits hochgespannten Gase auf
den nur etwas höheren Druck im Verflüssiger zu verdichten hat, genügt ein Verdichter
mit verhältnismäßig kleinen Abmessungen und entsprechend geringem Leistungsbedarf.
Die erfindungsgemäß vorgesehene Umgehungsleitung wird bei niedrigen Kühlwassertemperaturen
geöffnet, wobei der Verdichter außer Betrieb gesetzt ist. Nur bei hohen Kühlwassertemperaturen,
also vornehmlich während der Sommermonate, wird diese Umgehungsleitung geschlossen
und der Verdichter eingeschaltet. Dadurch kann auf verhältnismäßig einfache Weise
die volle Kälteleistung der Anlage ohne Vergrößerung der dazugehörigen Apparate,
wie Verdampfer, Austreiber, Verflüssiger, Absorber, und auch der Lösungspumpe bei
wechselnden Betriebsverhältnissen aufrechterhalten werden.
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Es ist zwar bekannt, zwischen Austreiber und Verflüssiger einen Verdichter
einzuschalten. Die bekannte Anlage arbeitet jedoch mit einem ungekühlten Strahlabsorber,
bei dem wegen der fehlenden Wärmeabfuhr nur eine verhältnismäßig geringe Konzentration
der Lösung erreichbar ist. Um mit einer solchen Anlage nennenswerte Kälteleistungen
erhalten zu können, wird ein sehr großer Lösungsumlauf notwendig, und es muß außerdem
durch Vorschalten eines Verdichters für einen möglichst geringen Austreiberdruck
gesorgt werden, um überhaupt eine Entgasung der Lösung im Austreiber zu erreichen:
Der Verdichter zwischen Austreiber und Verflüssiger ist auf alle Fälle, d. h. unabhängig
von den Kühlwassertemperaturen, erforderlich und kann nicht durch eine Umgehungsleitung
überbrückt werden.
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Die Abb. 2 zeigt das Schema einer kontinuierlich wirkenden Absorptionskältemaschine
gemäß der Erfindung. Hierin bezeichnet a den Verdampfer, aus dem das verdampfte
Kältemittel
dem Absorber b zuströmt, in dem bei gleichzeitiger Kühlung
die Anreicherung der armen, dem Austreiber c entnommenen Lösung erfolgt. Die Lösungspumpe
d drückt die angereicherte Lösung über den Temperaturwechsler c in den Austreiber
c. Dieser wird durch ein geeignetes Heizmittel, z. B. Abdampf, beheizt. Oberhalb
des Austreibers c ist in bekannter Weise ein Rektifikator f angeordnet. Die ausgetriebenen
Kältemitteldämpfe werden durch einen Verdichter g abgesaugt und dem Kondensator
k zugeführt.
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Durch die Einschaltung des Zusatzverdichters kann die Kälteleistung
der Kältemaschine auch bei veränderlichen Kühlwassertemperaturen gleichgehalten
werden. Der Zusatzverdichter wird im allgemeinen nur während der heißen Jahreszeit
erforderlich sein oder wenn aus anderen Gründen die Kühlwassertemperatur steigt.
Um die Kälteanlage mit oder ohne Zusatzkompressor betreiben zu können, ist eine
Umgehungsleitung i vorgesehen, welche die Saugseite mit der Druckseite des Kompressors
verbindet. In dieser Umgehungsleitung ist ein Absperrorgan k eingeschaltet. Bei
niedrigen Kühlwassertemperaturen ist der Zusatzverdichter g stillgesetzt und das
Abschlußorgan k in der Umgehungsleitung i geöffnet, so daß die Absorptionskältemaschine
in normaler Weise arbeitet.
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Steigt die Kühlwassertemperatur, so wird das Abschlußorgan k geschlossen
und der Zusatzverdichter g in Betrieb genommen. Die Wirkung des Zusatzverdichters
ist aus dem Diagramm gemäß Abb. i zu erkennen. Ist der Verdichter gerade so groß
gewählt, daß der ursprüngliche Austreiberdfuck entsprechend einer Verflüssigungstemperatur
von 2o ° C erreicht wird, so ist der Lösungskreislauf durch die Punkte i, 6, g q.
bestimmt. Die Konzentration der armen Lösung beträgt dann wieder 28 °/o, die der
reichen Lösung 45 °/o. Wählt man den Verdichter etwas größer, so daß der Austreiberdruck
auf einen Druck von beispielsweise 7 at gesenkt wird, so ergibt sich ein Lösungskreislauf,
der durch die Punkte 6, io, 1i, 12 gekennzeichnet ist. Die arme Lösung besitzt dann
eine Konzentration von 2q.°4, während die reiche Lösung eine Konzentration von 4504
hat. Durch Wahl der Größe des Verdichters hat man es also in der Hand, die Kälteleistung
bei allen vorkommenden Betriebsverhältnissen konstant zu halten.