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Ein- und mehrstufige Absorptionskältemaschinen
| 1>ie Entgast iigsbrcite von Absorptionskältc- |
| rnasc hinen ist durch die Temperaturen und Drücke |
| im Kocher und Al)sorl)er festgelegt. Die Wärmewirt- |
| schaft des Kreisprozesses erfordert größtes Tempe- |
| ratur- hei kleinsten I)rtrckgcfälle zur Erzielung großer |
| hntgcisur@gsl)rcite. |
| Durch die Erfindung wird für ein- und niehrstnfige |
| Absorptionskälteniaschinen zur Erzielung einer vcr- |
| griiß"rieir Entgasungsbreite dein natürlichen Tempe- |
| raturgefälle zwischen der armen Lösung im Kocher |
| und der reichen Lösung im Absorber ein kleineres |
| Druckg, fälle, als durch den Zustand im Kondensator |
| und Verdampfer der Kältemaschine festgelegt ist, |
| durch die Entspannung der armen Lösung aus dem |
| Koch(r in einer Zwischendruckstufe, in der die Lösung |
| ,in fg(@li(izt w, r(I) n kann, oder durch die Erhöhung des |
| :1bs(>rlx rdrnckcs d)irch die Erreigie des in einer |
Zwischen- oder Niederdruckstufe entwickelten Dampfes, sowie auch durch die Transformation
des Niederdruckdampfes in Dampf höheren Druckes für kontinuierlichen oder intermittierenden
Betrieb zugeordnet. Auch wird die Konzentration und gleichmäßige Mischung durch
Umwälzen der reichen Lösung im Absorber unter Ausnützung der Energie des in einer
Zwischen- oder Niederdruckstufe erzeugten Dampfes oder Dampfgemisches, sowie auch
der einströmenden Lösung oder durch die Einspritzung und Ausbreitung der armen Lösung
in dem Dampfraum des Absorbers erhöht.
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Um den Druck der armen Lösung aus dem Kocher zu senken, wird sie durch
ein Drosselorgan unter Dampfentwicklung auf einen Zwischendruck entspannt und in
einen Lösungssammler geleitet, in dem sie zur weiteren Entgasung aufgeheizt werden
kann.
I>ic Erhöhung des Absorberdruckes kann durch Transformation
des Dampfes niederer, in Dampf lt<iherer Spannung in einem Absorber erreicht
werden, dessen Lösung durch bei einem Zwischendruck in einem Kühlkörper des Absorbers
verdampfendes Kältemittel zur Absorption des Niederdruckdampfes gekühlt wird und
somit für den Niederdruckdampf Dampf höheren Druckes im Kühlkörper des Absorbers
entwickelt wird.
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Zur Erhöhung des Absorberdruckes kann ein Strahlab,orber (Injektor)
eingesetzt werden, der .von in einer Zwischen- oder Niederdruckstufe entwickeltem
Dampf beaufschlagt wird und die zugeleitete, gekühlte arme Lösung auf einen höheren
Druck fördert als im Mischraum des Strahlabsorbers herrscht. Dabei wird der Dampf
im Mischraum des Strahlabsorb°rs und weiterhin unter Druckanstieg im Diffusor des
Strahlabsorbers teilweise oder total absorbiert. Zur Absorption des noch im Strahl
restierenden Dampfes bei nur teilweiser Absorption im Strahlabsorb@r kann ein "Zusatzabsorber
oder G:genstromkiihler . bekannter Art nachgeschaltet werden.
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Es kann auch in einem Strahlverdichtcr durch die Energie des in einer
Zwischendruckstute entwickelten Dampfes der Dampf aus dem Verdampfer der Niederdruckstufe
vor dem Absorber verdichtet werden.
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Zur Erzielung einer gleichmäßigen Mischung im Strahlquerschnitt dieser
Strömungsmaschinen kann eine turbulente Strömung durch die Wahl der Reynoldsschen
Zahl gleich oder größer der kritischen Zahl
vorgesehen werden.
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Bekannte Konstruktionselemente, wie Temperatur-,#%@echsler, Rektifikator,
werden in den folgenden Abbildungen nicht dargestellt.
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In Abb. i wird die Lösung im Kocher i durch die Rohrschlange 2 geheizt,
wodurch Kältemitteldampf ausgetrieben und im Kondensator 3 verflüssigt wird. Das
tliissige Kältemittel wird durch das Regelventil 4 auf den Druck des Verdampfers
5 entspannt und in diesem zur Kühlung des Objektes verdampft. Die arme Liisting
wird durch den Kühler 6 gekühlt und auf den Mischungsdruck des Strahlabsorbzrs 7
in ihrem Eintrittsquerschnitt entspannt, so daß das Druckgefälle der Lösung in kinetische
Energie umgesetzt wird. Infolge der Tempcrattirdifferenz zwischen Dampf und Lösung
expandiert auch der Dampf aus dem Vcrdampfer 5 unter Energieentwicklung im Strahlabsorber
7 auf den Mischungsdruck, der so tief gewählt @serdcn kann, <laß mindestens die
aus der Rcynoldsschen Zahl sich ergebende kritische Geschwindigkeit zur Erzielung
einer gleichmäßigen Mischung im Strahld1icr;chnitt erreicht wird.
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Infolge der Unterkühlung der arm-,n Lösung wird ein Teil des Dampfes
bei der Mischung absorbicri und der R,-st des Dampfes teilweise oder total im Diffi;sor
des Strahlabsorl>crs 7 infolg-" des Druckanstieges. Bei teilweis-r Absorption strömt
das G-misch der reichen Lösung mit Datnpf aus (lern Strahlal)sorber 7 durch den
mit Wasser beaufschlagten (@:ge:i;trornkühler 8, in dem durch die Abkühlung die
letzten Dampfblas--n in der Lösung absorbiert w; rclen. Die Pumpe g fördert die
reiche, Lösung acs dc in Grg"iatrornkiihler 8 in dun Koclicr i. An Stelle der Pumpe
g kann auch ein durch Dampf aus dem Kocher beaufschlagter Injektor eingebaut werden.
Wird durch den Strahlabsorber 7 der Kocherdruck erreicht, kann auf den Gegenstromkühler
8 und die Pumpe g verzichtet werden. Bei totaler Absorption des Niederdruckdampfes
im Strahlabsorber 7 entfällt der Gegenstromkühler B.
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Zur Verwandlung des Niederdruckdampfes in Dampf höheren Druckes durch
einen als Transfornlator eingesetzten Absorber wird in Abb. 2 die mit Niederdruckdampf
aus dem Verdampfer 5 gemischte atme Lösung im Absorber io durch das in der Kühlschlange
ii mit einem Zwischendruck verdampfende Kältemittel zur Absorption des Niederdruckdampfes
aus dem Verdampfer 5 tief gekühlt. Der Zwischendruckdampf aus der Kühlschlange i
i wird dem Absorber 12 zugeleitet und durch die aus dem Absorber io durch eine Pumpe
geförderte reiche Lösung absorbiert, wobei auch arme Lösung aus dem Kocher zugesetzt
werden kann. An Stelle der Förderpumpe der Lösung ist der Strahlabsorber 7 eingesetzt,
der reit Zwischendruckdampf aus der Kühlschlange ii beaufschlagt wird. Der für den
Strahlabsorber 7 nicht benötigte Dampf wird durch die Umgehungsleitung
13 dem Zwischendruckabsorber 12 zugeleitet. Die reiche Lösung aus dem Absorber
12 fördert die Pumpe g in den Kocher i.
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In Abb. 3 ist der Stralilverdichtcr 14, der von Zwischendruckdampf
aus der Kühlschlange ii des Absorbers io beaufschlagt wird, zur Verdichtung des
Niederdruckdampfes aus dem \"erdampfer 5 dem Absorber io vorgesetzt, so daß der
Absorberdruck erhöht wird.
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Abb. 4 zeigt die Entspannung der siedenden armen Lösung aus dem Kocher
i durch das Drosselorgan 15,
wodurch sich im Zwischendrucklösungssammler 16
Dampf entwickelt, der im Strahlabsorber 7 die reiche Lösung aus dem Niederdruckabsorbcr
17 ansaugt und der Pumpe g zur Förderung in den Kocher i zuführt. Durch die Mischung
mit der reichen Lösung unter Druckanstieg im Strahlabsorber 7 wird der Dampf aus
dem Lösungssammler 16 absorbiert. Durch die Strömungsenergie und den Auftrieb
des Dampfes aus dem Niedcrdruckvcrdampfer 5 wird die Lösung des Niederdruckabsorbers
17 umgewälzt. Die Umwälzung kann durch das Steigrohr 18 gelenkt werden. Die arme
Lösung aus <lern Zwischendrucksammler 16 wird durch den Zerstäuber ig im Dampfraum
des Absorbers 17 verteilt. Der Zwischendruckabsorber ist hier als Gegenstromkühler
12 ausgebildet.
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Zur Verringerung der Konzentration im Lösungssammler 16 wird in Abb.
5 die arme Lösung aufgeheizt. Im Lösungssammler 16 sind die höchsten Temperaturen
zur Erzielung geringer Konzentration zulässig, da der dabei entwickelte Dampf niederer
Konzentration nicht dem Kondensator zugeleitet wird und somit der mitentwickelte
@-@'asserdampf urschädlich ist. Durch die Energie des Dampfes aus dem Lösungssammler
16 wird im Strahlverdichter 14 der Dampf aus dem Niederdruckverdampfcr 5 zur Erhöhung
des Druckes im Absorberi7 verdichtet. Durch die Strömungsenergie des Dainpfgeinisches
aus dem Strahlverdichter 14 wird die Lösung irn Absorber i7
umgewälzt.
Dic gckülilte arme Lösung aus dem Lösungssammler 16 wird durch den Zerstäuber ig
dem Absorber 17 zugeführt und die Auffangplatte 20 im Dampfraum des Absorbers
17 zur Absorption des Dampfe: ausgebreitet.
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In Abb. 6 wird durch die Energie des Dampfs aus der Kühlschlange iz
des Absorb;rs io der Dampf aus dem Verdampfer 5 im Strahlverdichter 14 verdichtet
und (las Dampfgemisch im Absorber io absorbiert. Der durch Dampf aus dem Lösungssammler
16 beaufschlagte Strahlabsorber 7 tührt die reiche Lösung unter Absorption des Dampfes
bei Druckerliöliting in (11e Ptimpe g zur Förderung in den Kocher i. Es kann auch
der Strahlverdichter 14 durch Dampf aus dein Lösungssammler 16 und der Strahlabsorber
7 durch Dampf aus der Kühlschlange ii des Absorbers ro beaufschlagt werden.
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Nach Abt). 7 wird die reiche Lösung aus (lern Niederdruckabsorber
io durch die Pumpe 21 in den Zwischendruckabsorber 12 gefördert, in (lern der Dampf
aus der Kühlschlange rr des Absorbers io und der Dampf aus (lern Lösungssammler
16 absorbiert wird, wobei auch gekühlte arme Lösung aus dem Lösungssammler 16 und
aus (lern Kocher i zugeführt werden kann.
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In Abb. 8 wird der Dampf aus der Kühlschlange des Absorbers io vom
Strahlverdichter 14, der durch Dampf aus dem Lösungssammler 16 beaufschlagt wird,
verdichtet und (lern Absorber 12 zugeführt. Die reiche Lösung aus (lern Absorber
io wird durch den Strahlabsorber 22, der durch Dampf aus der Kühlschlange des Absorbers
io oder aus dem Lösungssammler 16, sowie auch durch das aus dem Strahlverdichter
14 austretende Dampfgemisch beaufschlagt werden kann, in den Absorber 12 gefördert.
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Abt>. d zeigt eine einstufige Absorptionskälteinaschine mit intermittierendem
Betrieb. Durch den mit Dampf aus dem Verdampfer 5 beaufschlagten Strahlabsorber
7 wird die unterkühlte arme Lösung -ins (lern Kocher i in den Speicher 23 unter
Druckanstieg und Absorption (lcs Dampfes gefördert. Sobald durch das Absinken des
Lösungsspiegels im Kocher i der Querschnitt 24 der Leitung 25 freigelegt ist, tritt
Dampf aus (lern Kocher i in den Speicher 23 über und gleicht den Druck zwischen
Kocher i und Speicher 23 aus, so (laß die Schwimmer 'der Ventile 26 'lud 27 abfallen
und die Leitungen 28 und 29 geöffnet werden. Die Ventile 26 und 27 öffnen auch,
wenn ein Druckausgleich durch volle Füllung des Speichers 23 durch die Lösung erreicht
ist, wobei ein Übertritt der Lösung in den Verdampfet 5 durch ein Rückschlagventil
verhindert wird. Durch die Leitung 28 fließt die reiche Lösung aus (lern Speicher
23 infolge des statischen Druckgefälles in den Kocher i zurück. Nach f"berflutung
(lcs Qucrsclinittes 24 wird der Druckausgleich zwischen Kocher i und Speicher 23
durch die Leit,lEg 29 erhalten. Durch die Füllung des Kochers t werden die Schwimmerventile
26 und 27 geschlossen, so (laß die Kütilp, riode infolge der Drucksteigerung in
Kocher t wieder beginnt. Die Leitungen 2;i und 2o können auch durch elektromagnetische
oder nicclianiscli 1)(\N-cgte Ventile abhängig vom Druck, '1'(ml)er-itiir oder Flüssigkeitsstand
im Speicher 23 oder l@o(-liur- t geöffnet und geschlossen werden. Durch den Gegenstromkühler
6 wird das Kühlwasser auf hohe Temperatur gebracht, so daß es als heißes Wasser
für den Betrieb gewonnen wird.
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In Abb. g sind während der Kühlperiode die Ventile 26 und 27 geschlossen.
Die arme Lösung wird durch den Kühler 6 unterkühlt und absorbiert im Strahlabsorber
7 den Dampf aus dem Verdampfer 5. Die Kühl- und Absorptionsperiode fallen zeitlich
zusammen. Die reiche Lösung füllt allmählich den Speicher 23. Sobald der Spiegel
der Lösung im Kocher so weit abgesunken ist, daß der Querschnitt 24 der Leitung
25 frei wird, tritt Dampf in den Speicher 23 über, so daß keine Absorption
des Dampfes aus dem Verdampfer mehr stattfindet und die Kühlperiode beendet ist,
die entsprechend der Größe des Speichers 23 eine große Zeitspanne umschließt. Der
Druck zwischen Kocher i und Speicher 23 ist nun ausgeglichen, so (laß die nicht
mehr in der Kocherlösung eintauchenden Schwimmerventile 26 und 27 durch ihr Gewicht
abfallen. Durch die Leitung 28 fließt die reiche Lösung in den Kocher zurück, wobei
der Querschnitt 24 der Leitung 25 überflutet wird. Der Druckausgleich zwischen Kocher
i und Speicher 23 wird während des Rückflusses durch die Leitung 29 aufrechterhalten.
Mit steigendem Spiegel der Lösung im Kocher werden die Schwimmerventile 26 und 27
geschlossen, so daß die Kühlperiode wieder einsetzt. Die Zeit des Rückflusses der
Lösung aus dem Speicher 23 in den Kocher i ist gegenüber der Kühlperiode außerordentlich
klein, i bis 2°/", so daß die Unterbrechung der Heizung oder der Einspritzung in
den Verdampfer 5 während des Rückflusses der Lösung nicht nötig ist.
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In Abb. io ist der Speicher 23 als Absorb°r ausgebildet, im Falle
im Verdampfer 5 mehr Dampf entwickelt wird, als die Lösung durch ihre Druck- und
Temperatursteigerung aufnehmen kann. Die gekühlte reiche Lösung wird von dem Strahlabsorber
7 durch die Leitung 3o angesaugt und unter Drucksteigerung umgewälzt, wobei der
Dampf aus dem Verdampfer 5 absorbiert wird. Die gekühlte arme Lösung aus dem Kocher
i wird durch den Zerstäuber ig im Dampfraum des Speichers 23 eingespritzt. Die im
Kocher i zurückgebliebene arme Lösung wird durch die Platte 31 gegen unmittelbare
Mischung mit der aus dem Speicher 23 zurückfließenden reichen Lösung abgeschirmt,
damit bei Einsetzen der Kühlperiode sofort arme Lösung durch den Zerstäuber ig dem
Dampfraum des Speichers 23 zur Absorption des Dampfes zufließt, wodurch im Speicher
23 Unterdruck entsteht und der Strahlabsorber 7 in Betrieb kommt. Für kleine Anlagen
genügt es, den Dampf aus dem Verdampfer 5 und die arme Lösung aus dem Kocher i unmittelbar
in die Lösung des Absorbers 23 zu leiten, so daß die Lösung durch den Auftrieb und
die Strömungsgeschwindigkeit des Dampfes und der armen Lösung umgewälzt wird.
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Abb. ii zeigt die Ausführungsform einer zweistufigen Absorptionskältemaschine
mit Speicher für intermittierenden Betrieb. Die arme Lösung aus dem Kocher i wird
durch das Drosselorgan 15 entspannt und im Lösungssammler 16 aufgeheizt. Durch den
im Lösungssammler 16 gebildeten Dampt wird der
Strahlver(iichter
14 beaufschlagt und der Dampf aus (lern Verdampfer 5 verdichtet, so daß das Dampfgemisch
dein Absorber 23 mit erhöhtem Druck zur Speicherung zugeleitet wird und durch seine
Strömungsenergie die Lösung des Speichers 23 unter Absorption des Dampfgemisches
umwälzt. Die arme Lösung aus dem Lösungssammler 16 wird unterkühlt durch den Zerstäuber
ig im Dampfraum des Speichers 22 eingespritzt. Wird durch das Absinken des Flüssigkeitsspiegels
in Kocher i der Rohrquerschnitt 2.1 freigelegt, so wird zunächst der Dampfdruck
zwischen <lein Kocher i und Lösungssammler 16 ausgeglichen. Wird auch der Rohrquerschnitt
32 im Lösungssammler 1l> frei, so gleicht sich der Dampfdruck zwischen dem 1_ö;tiiig,sammler
16 und (lern Speicher 23, somit auch rum Kocher i aus, so daß die Ventile 26 und
27 geöffnet werden und die reiche Lösung aus dein Speicher 23 in den Kocher i zurückfließt.
Nach Beendigung des Rückflusses schließen die Ventile 26 und 27, so (laß die Kühlung
infolge des steigenden Druckes im liocher i und Sammler 16 infolge: der Beheizung
wieder einsetzt. Weitere Ausführungsformen für interinittierenden Betrieb sind durch
Abb. 2, 4, 6, 7 und 8 gegeben, wenn der Absorber 12 als Speicher ausgebildet wird
und die Pumpe 9 entfällt.