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Diffusionsabsorptionskältemaschine Kältemaschinen, welche ein Mittel
auf tiefe Temperaturen abzukühlen haben, arbeiten oft unwirtschaftlich, weil die
Kälte bei der tiefen Temperatur, auf die das Mittel abzukühlen ist, erzeugt wird
und infolgedessen zu Anfang des Abkühlungsvorganges der Unterschied zwischen der
Temperatur des noch warmen Mittels und der Temperatur der Kälteerzeugung viel größer
ist, als zum Wärmeübergang erforderlich wäre. Dieser unnötige Temperaturabfall ist
ein Verlust, der das Arbeiten der Kältemaschine unwirtschaftlich macht.
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Klan hat, um diesen Verlust zu verringern, derartige Abkühlungsvorgänge
in mehrere Temperaturstufen unterteilt. Indessen ist auch dabei noch die Anpassung
der erzeugten Temperatur an die des zu kühlenden Mittels unvollkommen. Außerdem
sind entweder mehrere Kältemaschinen oder eine mehrstufige Kältemaschine erforderlich,
und diese Unterteilung in kleinere Einheiten verursacht auch wieder höhere Kosten.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Kältemaschine -zu schaffen,
welche die Wärmemengen, die einem abzukühlenden Mittel entzogen werden sollen, möglichst
in der Nähe derjenigen Temperaturen aufnimmt, bei denen das Mittel sie abgibt, wobei
lediglich der Temperaturabfall in Kauf genommen werden muß, der durch den Übergang
der Wärme entsteht. Da die Temperatur des abzukühlenden Mittels stetig sinkt, muß
also die Kälte bei stetig sich ändernder Temperatur erzeugt werden. Es ist bekannt,
daß Diffusionsabsorptionskältemaschinen diese Eigenschaft haben, d. h. Maschinen,
bei denen das flüssige Kältemittel in ein neutrales Gas hinein verdampft. Der Partialdruck
des Kältemitteldampfes in dem entstehenden Gasgemisch steigt in dem Maße, wie sich
das Gemisch mit Kältemitteldampf anreichert, und damit nimmt die Temperatur der
Kälteerzeugung in stetigem Anstiege zu.
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Die Erfindung macht nun derartige Diffusionsabsorptionskältemaschinen
dem gewünschten
Zwecke dadurch dienstbar, daß die :Menge des neutralen
Gases, die bei den bekannten Diffusionsabsorptionskältemaschinen während der Anreicherung
mit Kältemitteldampf im V erdampfungsraum die gleiche bleibt, veränderlich gemacht
wird. Das kann beispielsweise in der Weise durchgeführt werden, daß das neutrale
Gas, das an dem einen Ende des Verdampfungsraumes eintritt, nicht in voller Menge
bis zum anderen Ende geleitet wird, sondern dem Verdampfungsraume während der Zunahme
des Kältemittelpartialdruckes allmählich entzogen wird.
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Welcher Art die Fortschritte sind, die hierdurch erzielt werden können,
ergibt sich aus folgenden Überlegungen. Wenn zum Zwecke der Kälteerzeugung flüssiges
Kältemittel in ein neutrales Gas hinein verdampft, so nimmt der Partialdruck des
Kältemittels im Maße der Verdampfung zu, und mit dem Partialdruck wächst die Temperatur,
bei der die Verdampfung stattfindet, oder, mit anderen Worten, die Temperatur, bei
der die Uälte erzeugt wird. Eine Eigentümlichkeit dieses Vorganges besteht nun darin,
daß diejenige Kältemittelmenge, durch welche der Partialdruck um so viel erhöht
wird, daß die Temperatur der Kälteerzeugung um i° C steigt, nicht bei allen Temperaturen
dieselbe ist, sondern bei der tiefsten Temperatur am kleinsten ist und mit dem Ansteigen
der Temperatur der Kälteerzeugung immer größer wird.
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Während z. B. die Temperatur, bei der Ammoniak als Kältemittel verdampft,
von-75° C auf - 7q.° C ansteigt, verdampfen in 1 cbm umlaufenden Gasgemisches 5,66
g Ammoniak bei einem Totaldruck von 5 Atm. Bis dagegen die Temperatur von -
30' C auf - 29' C gestiegen ist, müssen 63 g verdampfen. Bei einem
Totaldruck von 2 Atm. abs. betragen die entsprechenden Zahlen 5,88 g und 127.g.
Da die nutzbar erzeugten Kältemengen (in Calorien) den verdampften Kältemittelmengen
proportional sind, wie in hierfür genügend genauer Annäherung angenommen werden
kann, steigen auch die je Grad Temperaturanstieg erzeugten Kältemengen in demselben
Verhältnis wie die genannten Kältemittelmengen.
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Ein abzukühlendes Mittel dagegen, dessen spezifische Wärme sich innerhalb
des in Frage kommenden Temperaturbereiches nicht nennenswert ändert, bedarf zu seiner
Abkühlung für gleiche Temperaturabsenkungen auch gleiche Kältemengen. Die bekannte
Diffusionskältemaschine stellt daher bei den verschiedenen Temperaturen nicht die
richtigen Kältemengen zur Verfügung. Entweder sind die Kältemengen, die sie zu Anfang
des Abkühlungsvorganges, d. h. bei höheren Temperaturen, liefert, zu groß, oder
die Kältemengen reichen bei fortschreitender Abkühlung nicht mehr aus. Dadurch aber,
daß gemäß der Erfuidung die Menge des neutralen Gases während des Anstieges der
Temperatur immer mehr verringert wird, läßt sich die Kältemenge für jeden Temperaturintervall
in derjenigen Menge erzeugen, die zur Abkühlung des r-littels benötigt wird. Hierzu
muß die Menge des neutralen Gases so verändert werden, daß je Grad Temperaturanstieg
immer dieselbe Kältemittelmenge verdampft. Um z. B. Zoo g Ammoniak stündlich für
jeden Grad Celsius Temperaturanstieg zu verdampfen, müssen bei einem Totaldruck
von 5 Atm. abs. 1,59 cbm Gasgemisch für den Temperaturintervall von -
30' C auf - 29' C zur Verfügung stehen; für den Temperaturintervall von -
75' C auf - 74' C dagegen 17,6 cbm. Bei einem Totaldruck von 2 Atm. betragen
die entsprechenden Zahlen 0,79 cbm bzw. 17,o cbm.
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Das neutrale Gas wird dem Verdampfungsraum gemäß der Erfindung dadurch
allmählich entzogen, daß der Verdampfungsraum mit einer passenden Anzahl von Ausströmungsöffnungen
versehen ist, durch die das Gasgemisch entweichen. kann, und zwar wird der Verdampfungsraum
nahe der Eintrittsstelle des neutralen Gases mit den zahlreichsten oder größten
Ausströmungsöffnungen versehen, während sie im weiteren Verlaufe immer größeren
Abstand haben oder immer kleiner werden.
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Sind solche Mittel abzukühlen, deren spezifische Wärme sich bei der
Abkühlung stark verändert, so sind die abzuführenden Wärmemengen für jeden Temperaturintervall
nicht mehr die gleichen. Daher ist das neutrale Gas in anderer Verteilung aus dem
Verdampfungsraum abzuführen; die Auslaßöffnungen sind dementsprechend anders zu
bemessen. Es kann sogar Fälle geben, in denen der Kältebedarf bei den höheren Temperaturen
noch stärker ansteigt, als es bei gleichbleibender Menge des neutralen Gases der
Fall ist. Dann muß die Menge des durch den Verdampfungsraum geführten neutralen
Gases nicht fortschreitend verringert, sondern vergrößert werden. Zu diesem Zwecke
werden nicht die Auslaßöffnungen, sondern die Einlaßöffnungen für das neutrale Gas
längs des Verdampfungsraumes verteilt.
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Der Gehalt des entweichenden Gasgemisches an Kältemittel ist natürlich
um so größer, je länger es im Verdampfungsraume mit flüssigem Kältemittel in Berührung
gewesen. ist. Die Kältemittelströme, die den Verdampfungsraum an verschiedenen Stellen
verlassen, haben also verschiedenen Gehalt an Kältemitteldampf, und die Kältemaschine
gemäß der Erfindung arbeitet daher am wirtschaftlichsten, wenn die entweichenden
Gasgemische in möglichst getrennten Strömen dem Absorber zugeleitet werden, und
zwar jeder Strom zu demjenigen Punkte des Absorbers, wo der Partialdruck des Kältemitteldampfes
mit dem Dampfdruck des
Kältemittels in der Absorptionslösung möglichst
gut übereinstimmt. Indessen ist in dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel
der Einfachheit wegen das Gasgemisch aus den verschiedenen Ausströmungsöffnungen
durch eine einzige Rohrleitung dem Absorber zugeführt.
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Wird das neutrale Gas durch verteilte Einlaßöffnungen dem Verdampfungsraume
zugeführt, so empfiehlt 'es sich, es an solchen Stellen des Absorbers zu entnehmen,
daß die in den Verdampfungsraum eintretenden Gasgemische mit dem Gasgemisch im Verdampfungsraum
an der betreffenden Eintrittsstelle möglichst gut übereinstimmen.
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Um bei Kältemaschinen gemäß der Erfindung möglichst tiefe Temperaturen
zu erreichen, empfiehlt es sich, das neutrale Gas und das flüssige Kältemittel in
an sich bekannter Weise, bevor sie miteinander in Berührung kommen, vorzukühlen,
damit nicht das Kältemittel, das bei niedrigstem Partialdruck verdampft und daher
die tiefste Temperatur liefern soll, zur Kühlung des eintretenden neutralen Gases
und womöglich auch der eintretenden Kältemittelflüssigkeit dienen muß, anstatt seine
Kälte nützlich abzugeben. Um ferner das neutrale Gas im Absorber möglichst weitgehend
von Kältemitteldampf zu befreien, ist es zweckmäßig, die Absorptionslösung in an
sich bekannter Weise durch die Dämpfe des Kältemittels abzukühlen. Dies wird gemäß
der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht, daß die arme Lösung vor Eintritt in
den Absorber durch das im Verdampfer verdampfende Kältemittel abgekühlt wird.
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Die Anpassung der Temperatur der Kälteerzeugung an die Temperatur
des zu kühlenden Mittels ist von wesentlichem Einfluß auf die Wirksamkeit und Wirtschaftlichkeit
nur in den tieferen Temperaturbereichen, deren Erzeugung einen größeren Energieaufwand
erfordert. Zu Beginn der Abkühlung jedoch, also z. B. bis zu Temperaturen von -
2o' C hinab, kann ein größerer Temperaturabfall in Kauf genommen werden. Daher ist
auch in dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel der Totaldruck im Verdampfer auf 2
Atm. abs. bemessen. Bei diesem Druck, bei dem das Ammoniak bei - 20' C verdampft,
wird in Abwesenheit von neutralem Gas genügend Kälte zusätzlich erzeugt, um das
abzukühlende Mittel von seiner Anfangstemperatur auf etwa - i9 ° C abzukühlen.
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In den Zeichnungen Fig. i bis 3 ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung
eine Diffusionskältemaschine dargestellt, die dazu dient, ein Mittel mit gleichbleibender
spezifischer Wärme auf tiefe Temperaturen herunter zu kühlen.
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Fig. i ist eine Übersichtszeichnung der ganzen Diffusionsabsorptionskältemaschine,
Fig.2 ein Längsschnitt durch den Verdampfer, Fig. 3 ein Längsschnitt durch den Absorber.
Der Kocher a, Fig. i, wird durch den Gasbrenner b geheizt. In Höhe des Flüssigkeitsspiegels
ist der Querschnitt des Kochers a durch einen horizontalen zylindrischen Teil a'
verbreitert, um eine größere Flüssigkeitsoberfläche herzustellen. Nach oben schließt
sich an den Kocher a ein Rektifikator c an, der durch eine Kühlschlange gekühlt
ist. Das Kühlwasser tritt bei e' ein und fließt bei c2 ab. Vom Rektifikator c führt
eine Rohrleitung zum Kondensator d.
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Die Pumpe g fördert die reiche Lösung aus dem Absorber e durch das
Rohr g' und das äußere Rohr h eines Temperaturwechslers und durch ein Verbindungsrohr
h' in den horizontal liegenden Teil a' des Kochers a.
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Die arme Lösung fließt aus dem Kocher a durch das innere Rohr i des
Temperaturwechslers und ein Rückschlagv entil i' zu einem Vorkühler im Verdampfer
f . Aus diesem gelangt sie zu dem Absorber e, wie weiter unten beschrieben ist.
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Vom Kondensator d gelangt das - flüssige Kältemittel, z. B. Ammoniak,
in den Verdampfer fdurch ein Rohr d'. Vor dem Eintritt in den Verdampfungsraum durchfließt
das flüssige Kältemittel eine Kühlschlange L im oberen Teil des Verdampfers f (Fig.
2), wo es ungefähr auf die hier herrschende Temperatur abgekühlt wird. Das abgekühlte
Kältemittel fließt dann aus der Rohrschlange j in ein Rohr k und verteilt sich von
hier aus in die beiden Rohre k' und k2, die mit Regelventilen k3 und k4 versehen
sind und in verschiedenen Höhenlagen in den Verdampfer f einmünden.
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Das aufwärts führende Rohr k' fördert das Kältemittel in einen ringförmigen
Trog i, der mit einem Überlauf i' versehen ist. Ein Ring i2 aus Drahtgewebe taucht
auf der einen Seite in den Trog i ein und hängt auf der anderen Seite über den Überlauf
derart herab, daß die daran entlang laufende Flüssigkeit auf die Barunterliegenden
Rohrschlangen tropft. Die eine Rohrschlange i ist bereits erwähnt; sie wird von
dem zu kühlenden flüssigen Kältemittel durchflossen. Eine zweite Rohrschlange in
läuft parallel mit ihr; durch sie wird -die durch das Rohr i eintretende arme Lösung
vorgekühlt. Infolge dieser Vorkühlung entwickelt die durch das Rohr na in den Absorber
e gelangende arme Lösung eine wesentlich größere Absorptionsfähigkeit.
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Der Kältemitteldampf strömt aus dem oberen Teile des Verdampfers
f durch ein Rohr f' in den oberen Teil des Absorbers e (Fig. 3). Über
einer Rohrschlange ya im unteren Teil des Verdampfers f (Fig. 2) wird ein ringförmiger
Trog o durch einen Überlauf o' gebildet, über den ein Ring aus Drahtgaze o2 herabhängt.
Dieser läßt das flüssige Kältemittel über die Barunterliegenden Rohrschlangen herabtropfen.
Der
Absorber e und der Verdampfer f sind mit neutralem Gas gefüllt, z. B. mit Stickstoff.
Dieses 'wird durch einen Ventilator e2 durch das Rohre' und die unten offene Rohrschlange
n in den Verdampfer gedrückt. Bevor es in das untere Ende des Verdampfers f austritt,
wird es durch das verdampfende Kältemittel, das über die Kühlschlange n herabtropft,
gekühlt.
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Der untere Teil des Verdampfers f ist von einem Mantel p umgeben.
In diesen münden eine Anzahl von Ausströmungsöffnungen q, die in der Wand des Verdampfungsraumes,
einer Schraubenlinie folgend, angebracht sind. - Aus dem Mantel p führt ein Rohr
y in einen schmalen Ringraum, der durch die Wandung des Absorbers e (Fig. 3) und
einer innerhalb angeordneten zylindrischen Trennwand s gebildet wird. Dieser Ringraum
ist oben durch den Boden eines ringförmigen Troges t verschlossen, während er unten
offen ist.
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Innerhalb des Absorbers e ist ein zylindrischer Füllkörper u angeordnet.
Eine Rohrschlange v, die ihn umgibt, ist von Kühlwasser durchflossen und wird von
der armen Absorptionslösung betropft, die über den Ring t2 aus Drahtgaze herabrieselt.
Diese hängt über den Überlauf t' des Trogest herab.
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Im unteren Ende des Verdampfers f, wo das vorgekühlte neutrale Gas
aus der Rohrschlange 7z austritt, beginnt die Verdampfung bei sehr geringem Pärtialdruck
des Kältemittels und ermöglicht daher die Erzeugung einer sehr tiefen Temperatur.
Beim Aufsteigen nimmt das neutrale Gas immer mehr verdampftes Kältemittel auf, und
mit dem steigenden Partialdruck steigen auch die erzeugten Kältetemperaturen an.
Indessen strömt nicht die gesamte Menge des neutralen Gases innerhalb des Verdampferraumes
aufwärts. Ein Teil des Gasgemisches verläßt diesen Raum bereits durch die unterste
Reihe der Öffnungen q. Weitere Mengen des Gasgemisches treten durch die darüberliegenden
Öffnungen q aus und werden durch den Mantel p und das Rohr r zu dem Absorber zurückgeführt.
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Die Entfernungen zwischen den benachbarten Bohrungen q vergrößern
sich nach oben hin immer mehr, und zwar in dem Maße, daß sie den Austritt des Gasgemisches
derart regeln, daß die gewünschte Verdampfung gleichbleibender Mengen des Kältemittels
von unten nach oben erreicht wird.
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Am oberen Ende der Lochreihe ist praktisch das gesamte neutrale Gas
aus dem Verdampferraum in den Mantelraum P übergetreten, und die nun vor sich gehende
Verdampfung ist ein reiner Siedevorgang unter dem vollen Druck des verdampften Kältemittels.
Die Temperatur, die zwischen der obersten Lochreihe und dem Boden des Troges o erzeugt
wird, entspricht daher der Dampfdruckkurve des Ammoniaks. Bei dieser Temperatur
wird ein Überschuß an Kälte erzeugt und in der weiter unten erläuterten Weise ausgenutzt.
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Auch in dem Vorkühlraum zwischen den beiden Trögen l und o verdampft
das durch die Regelventile k3 und k4 entspannte Kältemittel unter dem herrschenden
Totaldruck, also bei der höchsten Temperatur der Kälteleistung, und dient, wie oben
beschrieben, zur Vorkühlung der armen Lösung in der Rohrschlange m und des flüssigen
Kältemittels in der Rohrschlange j.
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Die beiden parallel nebeneinanderliegenden Rohrschlangen w, die neben
der Rohrschlange n für das neutrale Gas parallel laufen, leiten das zu kühlende
Mittel durch den Verdampferraum, also z. B. den Stickstoff einer Sauerstoffverflüssigungsanlage.
Dieser wird hier, während er durch die Rohrschlangen w abwärts strömt, bis zu den
tiefsten im unteren Teile des Verdampfers erzeugten Temperaturen abgekühlt.
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Der Totaldruck im Verdampfer f beträgt beispielsweise 2 Atm. abs.
Die höchste Temperatur, bei welcher das Ammoniak dabei noch verdampft, ist etwa
- 2o' C. Der zu kühlende Stoff muß indessen von der Temperatur der Umgebung, die
beispielsweise -[- 2o' C betragen möge, auf ungefähr - zg ° C heruntergekühlt werden,
bevor er durch den Teil des Verdampfers geleitet werden kann, in dem die Verdampfungstemperatur
des Ammoniaks der immer tiefer absinkenden Temperatur des zu kühlenden .Mittels
angepaßt sein soll. Die erste Abkühlungsstufe von -f- 2o' C auf - z9 ° C wird durch
denj enigen Teil des Kältemittels geleistet, der bei dem Totaldruck, also ohne beigemischtes
neutrales Gas, verdampft.
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Das verdampfte Kältemittel, das nicht mit dem neutralen Gas zusammen
durch die Öffnungen q entwichen ist, tritt in den oberen Teil des Verdampfers f
über und strömt durch das Rohr f' in den Absorber e. Der Strömungswiderstand in
diesem Rohre f' verursacht einen leichten Überdruck im Verdampfer f, der erforderlich
ist, um die Gesamtmenge des neutralen Gases durch Öffnungen q entweichen zu lassen.
Es empfiehlt sich, diesen Überdruck durch ein nicht gezeichnetes Drosselventil im
Rohre f ` regelbar zu machen.
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Flüssiges Kältemittel, das nicht verdampft ist, sammelt sich auf dem
Boden des Verdampfers f und fließt durch ein Rohr x (Fig. z) in einen Kühlmantel
y, der die Rohrleitung g' für die reiche Lösung umgibt. Das flüssige Kältemittel
nimmt aus der reichen Lösung Wärme auf und gerät infolgedessen ins Sieden. Durch
die aufsteigenden Gasblasen entsteht ein Auftrieb in dem Mantel y, der die Flüssigkeit
durch ein Rohr z in den unteren Teil des Absorbers e fördert, wo sie von der reichen
Lösung absorbiert wird. x' ist ein Rückschlagventil im Rohre x.
Die
Abkühlung der reichen Lösung, die durch das Kältemittel im Mantel y bewirkt wird,
verhindert
eine vorzeitige Verdampfung des Kältemittels aus der
reichen Lösung, was sonst unter der Saugwirkung der Pumpe g leicht eintritt.
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Der Druck des Gasgemisches beträgt 2 Atm. abs., ist also nicht so
hoch gewählt, daß die Drücke überall in der Maschine ausgeglichen wären. Vielmehr
ist der Druck im Kocher und im Kondensator erheblich größer als der Druck im Absorber
und im Verdampfer. Die reiche Lösung muß daher durch eine Pumpe g in den Kessel
gefördert werden. Bei Ammoniak als Kältemittel muß der Druck im Kocher und im Kondensator
etwa g Atm. abs. betragen, damit die Kondensation bei einer Kühlwassertemperatur
von 2o' C zustande kommt.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Diffusionskältemaschine gemäß
der Erfindung ist in Fig. q. dargestellt. Diese Maschine kann als zweite Stufe zu
der in Fig. i bis 3 dargestellten Maschine dienen, um den Abkühlungstemperaturbereich
beispielsweise auf ioo ° C fortzusetzen.
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Zu diesem Zweck wird ein Kältemittel, wie z. B. Äthan, und eine Absorptionslösung,
wie z. B. Butan oder Toluol, verwendet. Auch Äthylen als Kältemittel mit Dichloräthylen
als Absorptionsmittel eignet sich, da auch dieses binäre Gemisch bei der tiefsten
auftretenden Temperatur nicht erstarrt. Man kann auch, wie es bei mehrstufiger Kälteerzeugung
gebräuchlich ist, verdampfendes Kältemittel der höheren Temperaturstufe (Ammoniakgas)
benutzen, um den Kondensator und auch den Absorber der zweiten Temperaturstufe zu
kühlen.
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Die Maschine kann jedoch auch als unabhängige Kältemaschine benutzt
werden, bei der das Kältemittel bei atmosphärischer Temperatur kondensiert.
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Im Kocher a wird die Absorptionslösung mit Dampf geheizt, der in dem
Dampfraum a2 durch einen . Gasbrenner b erzeugt wird. Der entwickelte Kältemitteldampf
strömt durch einen Rektifikator c in den Kondensator d, der durch Ammoniak gekühlt
wird, das in einem Rohre i verdampft.
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Der Verdampfer f ist oberhalb des Absorbers e angeordnet und durch
das Verbindungsrohr 2 mit ihm verbunden. Durch dieses Rohr 2 strömt "das kalte Gasgemisch
aus dem Verdampfer f abwärts, und zwar im Wärmeaustausch mit aufwärts strömendem
neutralen Gas, das im Absorber e von gasförmigem Kältemittel praktisch befreit ist
und aufwärts in den Ver-, dampfen f strömt.
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Das flüssige Kältemittel gelangt aus dem Kondensator d durch
ein Rohr d' in die Rohrschlange y im Verdampfer f und von dort durch ein
Rohr h mit dem Regelventil k5 in den ringförmigen Trog o, der oben im Verdampfer
f angeordnet ist. Das flüssige Kältemittel wird durch ein dochtartig wirkendes Drahtgewebe
o2 aus dem Trog o über den Überlauf o' abgesaugt und tropft auf die Rohrschlangen
y und w. Dabei kühlt es die durch die Rohrschlange j nachströmende Kältemittelflüssigkeit
und das zu kühlende Mittel, das durch die beiden Rohrschlangen w geleitet wird.
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Das Verbindungsrohr 2 ist in den Verdampfer f hinein verlängert und
bildet hier eine oben geschlossene Scheidewand q.. Diese ist mit einer Reihe von
Öffnungen q versehen, die auf einer Schraubenlinie angeordnet sind und durch die
das Gasgemisch in fortschreitendem Maße aus dem Verdampfungsraum in den von der
Scheidewand q. umschlossenen Raum hineinströmt. Je tiefer' eine Öffnung q liegt
um so größer ist der Gehalt des hindurchtretenden Gasgemisches an Kältemittelgas.
Die allmähliche Entziehung des neutralen Gases aus dem Verdampfungsraum hat auch
hier den Zweck, in gleichen Temperaturintervallen gleiche Kältemengen zu erzeugen,
wie oben erläutert.
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Unterhalb der Öffnungen q siedet das flüssige Kältemittel bei dem
herrschenden Totaldruck, und der entstehende Dampf gelangt durch die Durchlaßöffnungen
5 ebenfalls in das Verbindungsrohr 2.
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Das sich hier bildende Gasgemisch wird durch eine Verlängerung 6 des
Verbindungsrohres 2 bis zum Boden des Absorbers e geleitet.
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Die arme Lösung fließt aus dem Kocher a durch den Temperaturwechsler
h und das Rohr i
in einen Trog t, der im oberen Teile des Absorbers
e das verlängerte Rohr 6 umgibt. Sie fließt an einem Drahtgewebe t2 entlang, welches
die Lösung auf die Rohrschlange v verteilt. Diese wird von einer Kühlflüssigkeit
durchströmt, bei diesem Beispiel von verdamipfendem Ammoniak. B ei einer gewöhnlichen
enstufigen Maschine wird Kühlwasser verwendet.
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Nachdem die Lösung sich mit Kältemittel aus dem Gasgemisch angereichert
hat, wird sie von einer Pumpe g durch das Rohr g' angesaugt und durch den Temperaturwechsler
h und das Rohr h' in den Kocher a gefördert.
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Die Erfindung ermöglicht es, eine besonders wirtschaftliche Maschine
zu bauen, weil, wie eingangs dargelegt, die Kältemengen möglichst nahe derjenigen
Temperaturen erzeugt werden, bei denen sie von dem zu kühlenden Mittel aufgenommen
werden. Die Kälteerzeugung kann daher dem idealen, umkehrbaren Kreisprozeß weitgehend
angenähert werden; unnötiger Temperaturabfall beim Wärmeübergang läßt sich vermeiden.
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Versuche haben ferner gezeigt, daß in manchen Fällen die Erfindung
es überhaupt erst ermöglicht, die erstrebten tiefen Temperaturen zu erreichen. Bei
einer Kältemaschine gemäß der Erfindung steigt nämlich die Temperatur im Verdampfer
allmählich und gleichmäßig an, oder, mit anderen Worten, das Temperaturgefälle in
der Wandung des Verdampfers ist ziemlich
konstant und nimmt daher
an keiner Stelle der Wandung besonders hohe Werte an. Würde man aber die gesamte
-Menge des neutralen Gases beispielsweise durch einen Verdampfer nach Fig. 2 von
unten bis zum Auslaßrohr r hindurchleiten und es entstünde infolge der erheblich
zu großen Gasmenge in den höher liegenden Teilen eine wesentlich zu tiefe Temperatur,
so würde in der Höhe des Rohres y ein unverhältnismäßig hohes Temperaturgefälle
auftreten, da der unmittelbar darüberliegende Teil der Wandung des Verdampfers auf
einer Temperatur von etwa - 2o ° C, also auf einer bedeutend höheren Temperatur,
gehalten wird. Von diesem Wandungsteil würde sich daher eine starke Wärmeströmung
zu den unmittelbar darunterliegenden wesentlich kälteren Wandungsteilen ausbilden.
Der Verlust infolge Wärmeleitung durch die Metallwand würde also erheblich größer
als beider Erfindung.
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Ein Verdampfer mit gleichbleibender neutraler Gasmenge leidet außerdem
unter dem Übelstand, daß die Diffusion in den Bereichen der höheren Temperaturen
schlechter ist. Denn es liegt auf der Hand, daß man eine geringere Gasmenge leichter
mit Kältemitteldampf gleichmäßig sättigen kann als eine zwanzig- bis dreißigmal
größere.
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Zur Erreichung der gewünschten tiefen Temperatur trägt auch die Vorkühlung
des durch das Rohr n strömenden neutralen Gases bei. Zunächst einmal braucht, wie
oben bereits dargelegt, kein flüssiges Kältemittel bei tiefsten Temperaturen verdampft
zu werden, nur um das neutrale Gas auf die tiefste Temperatur zu bringen. Ferner
aber hat die intensive Vorkühlung die Wirkung, daß Kältemittel und Absorptionsmittel,
die das neutrale Gas aus dem Absorber stets dampfförmig mitschleppt, größtenteils
kondensiert werden. Das Flüssigkeitsgemisch wird durch die Leitung x abgeführt,
und das neutrale Gas gelangt mit um so geringerem Kältemittelpartialdruck in den
Verdampferraum.
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Auch der Verzicht auf einen völligen Druckausgleich innerhalb der
Kältemaschine, d. h. die Beschränkung des Druckes im Absorber und Verdampfer auf
etwa 2 Atm. abs. erleichtert das Erreichen tiefster Temperaturen; denn nach bekannten
physikalischen Gesetzen geht die Diffusion des Kältemittels in neutrales Gas von
geringerem Druck leichter und schneller vor sich als in solches von höherem Druck.