DE970146C - Verfahren zum Betriebe von mit Hilfsgas arbeitenden Absorptionskaelteapparaten - Google Patents

Description

• Verfahren zum Betriebe von mit Hilfsgas arbeitenden Absorptionskälteapparaten Im Patent 963 779 ist ein Verfahren zum Betriebe von mit Hilfsgas arbeitenden Absorptionskälteapparaten geschützt, in denen Kältemittel zeitweise dem normalen Umlauf der Absorptionslösung durch das Kocher- und Absorbersystem entzogen und in einem Speichergefäß aufgespeichert wird, das mit einem Behälter für Absorptionslösung, zweckmäßig dem Absorbergefäß des Apparates, in Verbindung steht, um eine Anpassung der Kältemittelkonzentration in der Absorptionslösung an veränderliche Betriebsverhältnisse, besonders aber Veränderungen der Kühllufttemperatur zu schaffen, und dadurch gekennzeichnet ist, daß die bei Zu- und Abschaltung der Flüssigkeitsumlaufpumpe des Apparates auftretenden Veränderungen in der Verteilung der Absorptionslösung im Umlaufsystem zur Rückführung des aufgespeicherten Kältemittels in die umlaufende Absorptionslösung benutzt werden.
• Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung und eine weitere Ausbildung dieses Verfahrens und besteht im wesentlichen darin, daß während des Betriebes durch Speicherung dein Umlauf entzogenes Arbeitsmittel nach Stillsetzung der Pumpe durch kapillar wirkende Mittel dem Kreislauf des Arbeitsmittels wieder zugeführt wird.
• In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch ein luftgekühlter, mit Hilfsgas arbeitender kontinuierlicher Absorptionskälteapparat dargestellt, dessen Arbeitsmittel Ammoniak, Wasser und Wasserstoff seien.
• In diesem Apparat ist das Flüssigkeitsumlaufsystem für eine Aufspeicherung von flüssigem Kältemittel so eingerichtet, daß die Kältemittelkonzentration in der Absorptionslösung automatisch in Abhängigkeit von auftretenden Veränderungen der Betriebsbedingungen verändert, z. B. bei Erhöhung , der Kühllufttemperatur herabgesetzt wird.
• Der Apparat enthält ein Heizrohr io mit beliebiger, z. B. elektrischer oder Gasbeheizung, das wärmeleitend, z. B. durch Schweißnähte mit einem Rohrkocher i i und einer Flüssigkeitsumlaufpumpe 12 verbunden ist. Um das untere Ende des Heizrohres io ist ein spiralförmiger Flüssigkeitstemperaturwechsler 13 herumgewunden. Mit 14 ist ein luftgekühlter Kondensator, mit 15 ein Verdampfersystem bezeichnet, das die bei verschiedenen Temperaturen arbeitenden Hochtemperaturverdampfer i5a und Tieftemperaturverdampfer i5b umfaßt. An das Verdampfersystem ist über den Gastemperaturwechsler 16 der luftgekühlte Absorber 17 angeschlossen, der mit dem Absorbergefäß 18 des Apparates in Verbindung steht. Das Hilfsgas läuft in bekannter Weise um, nämlich vom Absorbergefäß 18 durch den Absorber 17 zum Gastemperaturwechsler 16, dann im Gegenstrom zum Kältemittel durch das Verdampfersystem 15 und vom Verdampferteil 15 a durch den Gastemperaturwechsler 16 und eine Verbindungsleitung ig zurück zum Absorbergefäß 18. Das Kältemittelkondensat wird dem Verdampfersystem vom Kondensator 14 durch eine Leitung 2o zugeführt. Der Kondensator steht mit dem Gasumlaufsystem durch eine Entlüftungsleitung 2i in Verbindung.
• Die reiche Absorptionslösung fließt vom Absorbergefäß 18 über eine Leitung 22 zum Flüssigkeitstemperaturwechsler 13 und aus diesem zur Pumpe 12, welche die Lösung zum oberen Teil des Kochers i i fördert. Hier steht eine so hohe Flüssigkeitssäule, daß die arme Lösung infolge ihrer Eigenschwere vom Kocher i i durch den Flüssigkeitstemperaturwechsler 13 und eine Steigleitung 23 zum Absorber 17 überströmen kann.
• Das Absorbergefäß 18 ist durch eine Scheidewand 2.4 in zwei Behälter 26 und 27 unterteilt. In dem oberen Teil der Scheidewand ist ein Durchlaß 28 angeordnet, durch den die Gasräume der beiden Behälter 26 und 27 miteinander in Verbindung stehen. Auch die Flüssigkeitsräume sind miteinander verbunden, und zwar durch den oberen Teil der Leitung 22 und eine Leitung 29, die in den Behälter 26 oberhalb seines Bodens einmündet. Dieser bildet einen Aufspeicherungsbehälter für flüssiges Kältemittel, das durch die Leitung ig eintreten kann. Der Behälterteil 27 bildet das Absorbergefäß des Apparates, das die reiche Lösung aus dem Absorber 17 aufnimmt und sie durch die Leitung 22 und den Temperaturwechsler 13 an die Pumpe 12 abgibt.
• Die Temperaturregelung des Apparates erfolgt in an sich bekannter Weise mittels eines nicht dargestellten Thermostaten, der, von der Verdampfertemperatur beeinflußt, bei Unterschreitung einer bestimmten Betriebstemperatur die Heizung abschaltet. Wenn der Thermostat unter normalen Betriebsverhältnissen. periodisch die Wärmezufuhr abstellt und einschaltet, wird alles dein Verdampfer zugeführte Kältemittel dort oder im Gastemperaturwechsler verdampft. Das Absorbergefäß 27 wird in der gewöhnlichen bekannten Weise arbeiten und die Kältemittelkonzentration in den beiden Behältern 26 und 27 im wesentlichen die gleiche bleiben.
• Bei erhöhter Kühlluftemperatur ist gewöhnlich der Partialdruck des Kältemitteldampfes nicht niedrig genug, um eine vollständige Verdampfung des Kältemittelkondensats zu ermöglichen, und so muß in diesem Fall ein Überschuß an flüssigem Kältemittel durch den Temperaturwechsler 16 und die Leitung ig zum Speicherbehälter 26 fließen und die Konzentration der hier befindlichen Absorptionslösung steigern. Dies führt eine Senkung des spezifischen Gewichtes der Absorptionslösung mit, so daß das Flüssigkeitsniveau A im Raum 26 etwas höher stehen wird als das Niveau Bim Raum 27. Selbstverständlich wird wegen der Flüssigkeitsverbindung zwischen den Räumen 27 und 26 eine Flüssigkeitszufuhr zum Raum 26 auch eine gewisse Vergrößerung des Flüssigkeitsinhaltes im Raum 27 ergeben. Diese Flüssigkeitszufuhr vom Raum 26 durch das Absorbergefäß 27 zum Umlaufsystem ist ohne praktische Einwirkung auf das Arbeiten des Apparates.
• Wird dagegen der Überschuß an nicht verdampftem flüssigem Kältemittel gespeichert und damit dem Umlauf entzogen, so erfolgt eine Herabsetzung der Konzentration der Absorptionslösung. Nach einer gewissen Zeit wird dann die Absorptionslösung und auch das arme Gas so arm, daß der Absorptionsprozeß wieder verbessert wird und schließlich wieder eine vollständige Verdampfung der gesamten in den Verdampfer einfließenden Kältemittelmenge stattfindet. Der neue Beharrungszustand dauert bis zu einer neuen Änderung der Betriebsverhältnisse an.
• Wenn z. B. die Kühlluftemperatur in der Nacht sinkt, dann wird auch die Verdampfertemperatur sinken und der Thermostat schaltet schließlich die Wärmezufuhr aus. Damit hört die Förderung der Pumpe 12 auf, nicht aber die Flüssigkeitsströmung, denn die Flüssigkeitssäule zwischen den Niveaus I und II im Kocher und der Eintrittsstelle zur Absorberschlange 17 drückt Flüssigkeit zum Absorber und damit zum Absorbergefäß 27 und verursacht hier eine Erhöhung des Flüssigkeitsstandes. Da nun von Anfang an das Niveau A im Raum 26 höher steht als das Niveau B im Raum 27, so wird die Flüssigkeit im Raum 26 die Niveaukante C am Durchlaß 28 früher erreichen als die Flüssigkeit im Raum 27, d. h. Flüssigkeit wird durch die Offnung 28 zum Raum 27 hinüberströmen. Die im Raum 26 stehende Flüssigkeit wird gewissermaßen durch die Flüssigkeit verdünnt, die durch die Flüssigkeitsverbindung in den Leitungen 29, 22 zugeführt wird, d. h. die Kältemittelkonzentration in den beiden Flüssigkeitsräumen wird ausgeglichen. Nach einer gewissen Zeit muß die Verdampfertemperatur wieder ansteigen, so daß der von der Verdampfertemperatur gesteuerte Thermostat die Wärmezufuhr zum Kochersystem wieder einschaltet und damit die Pumpe wieder in Betrieb bringt. Nun wird wieder Flüssigkeit vom Raum 26 abgesaugt. Es ist indessen zu beachten, daß zu Beginn einer jeden neuen Arbeitsperiode für die Pumpe eine gewisse Zeit vergehen wird, ehe wieder ein Rückfluß der geförderten Flüssigkeit durch den Kocher i i und den Absorber 17 zum Raum 27 einsetzt. Demzufolge wird der Flüssigkeitsinhalt in dein ganzen Behälter i8 angenähert auf eine Menge reduziert, die dem Speichervermögen des Kochers und des Absorbers entspricht. Der obere Teil des Kochers zwischen den Höhen I und II ist zu Beginn der neuen Pumpenperiode leer und auch der Absorber nimmt infolge seiner kapillaren Kräfte und Adhäsionskräfte eine gewisse Flüssigkeitsmenge auf, bevor wieder ein Flüssigkeitsstrom durch die ganze Schlange läuft. Ein gewisser Teil der im Gefäßteil 26 befindlichen und anfangs reichen Lösung wird also in das Umlaufsystem eingeführt.
• Unter Umständen kann nun die Flüssigkeitsmenge, die bei herabgesetzter Pumpenwirkung zum Absorbergefäß strömt, nicht ausreichend sein, um die gewünschte Mischung und Konzentration zu schaffen. Um diese Flüssigkeitsmenge zu vergrößern, ist daher gemäß der Erfindung zwischen dem Absorber 17 und dem Absorbergefäß 27 ein Speichergefäß 3o angeordnet, in das die Absorberschlange 17 mit ihrem unteren Ende einmündet. Das Gefäß 30 ist mit dem Absorbergefäß 27 durch eine offene Leitung 31 verbunden, deren obere Mündung in der Höhe D gelegen ist, die mit der tiefsten Kante der Absorberschlange 17 zusammenfällt. Auf diese Weise wird ein Überlauf in der Höhe D gebildet, so daß während normalen Betriebes reiche Absorptionslösung vom Absorber 17 zunächst das Speichergefäß 3o bis zur Höhe D füllt und erst danach zum Absorbergefäß 27 überläuft. Das Absorbergefäß 27 erhält dann praktisch dieselbe Lösungsmenge zugeführt, wie sie von der Pumpe 12 gefördert wird.
• Wird nun die Wärmezufuhr z. B. mittels des Thermostaten zur Pumpe ausgeschaltet oder vermindert, so daß die Pumpenförderung aufhört oder wesentlich reduziert wird, so wird die weitere Zufuhr von Lösungsflüssigkeit zum Absorbergefäß 27 dadurch gesichert, daß das Speichergefäß 30 seinen Inhalt an reicher Lösung zum Absorbergefäß entleert, und zwar mittels des Dochtes 32, der die Flüssigkeit durch die Leitung 31 nach unten fördert. Der Docht ist so bemessen, daß die von ihm übergesaugte Flüssigkeitsmenge immer kleiner ist als die von der Pumpe im vollen Betrieb hochgepumpte Menge. Anderenfalls würde nämlich das Speichergefäß 30 nicht immer wieder aufs neue gefüllt werden und bis zur nächsten Verminderung der Pumpenleitung gefüllt bleiben.
• Die Veränderungen der Konzentration in der Absorptionslösung ermöglichen eine Herabsetzung des Heizbedarfes des Apparates, und zwar dadurch, daß infolge der Anordnung des Speichergefäßes der Apparat besonders während des Thermostatbetriebes mit reicherer Lösung arbeiten kann.
• Indessen gibt es hinsichtlich der Kältemittelkonzentration in der Lösung eine obere Grenze, oberhalb welcher der Energieverbrauch wieder steigt. Dies hängt damit zusammen, daß bei reicherer Absorptionslösung die Wirksamkeit des Absorbers sinkt, was zur Erhöhung der Verdampfertemperatur und somit zur Verlängerung der Einschaltperioden der Heizung führt, wenn eine bestimmte Schranktemperatur aufrechterhalten werden soll, Dabei fällt im Verdampfer ein Überschuß von flüssigem Kältemittel an, der zum Speichergefäß abdräniert wird, d. h. ein Teil des im Kocher ausgetriebenen und im Kondensator verflüssigten Kältemittels wird den Verdampfer ohne zu verdampfen und Kälteleistung abzugeben passieren. Gemäß der Erfindung wird deshalb vorgeschlagen, das Verdampfersystem derart auszubilden, daß ein in ihm sich bildender Überschuß an flüssigem Kältemittel in diesem System verbleibt, solange die Wärmequelle arbeitet, um während der nachfolgenden Perioden, wenn die Wärmezufuhr ausgeschaltet ist, zu verdampfen.
• Der Tieftemperaturverdampfer 15 b ist zu diesem Zweck als ein Rohr ausgebildet, das einen etwas größeren Durchmesser oder eine größere Querschnittsfläche als der darüber gelegene Hochtemperaturverdampfer 15 a besitzt. Ferner ist er an seinem Austrittsende mit einem Flüssigkeitsstau versehen, z. B. in Form einer Scheidewand 34 zwischen dem Tieftemperaturverdampfer und dem Gastemperaturwechsler 16. Werden die Abmessungen richtig gewählt, dann wird alles gesammelte Kältemittel während einer »Aus«-Periode verdampft. Während der folgenden »Ein«-Periode wird wieder eine gewisse Menge flüssigen Kältemittels in dem Tieftemperaturverdampfer 15 b gesammelt. Während der folgenden »Aus«-Periode geht die Verdampfung so lange weiter, als der Gasumlauf andauert.
• Über die zur Herabsetzung des Energieverbrauches wertvolle Ersparnis an Kältemittel beim Thermostatbetrieb hinaus ergibt die Erfindung die Möglichkeit der Aufspeicherung von Kältemitteln, wenn der Kälteapparat in vollem Betriebe ist. Diese bedeutet eine gewisse regulierende Einwirkung auf die Konzentration in der Absorptionslösung und ermöglicht eine Erhöhung des prozentualen Inhaltes an Kältcmittel im Apparat.
• Die Erfindung ist nicht auf die als Beispiel gezeigte Ausführungsform beschränkt. So kann z. B. das Speichergefäß im Verhältnis zu den übrigen Apparatteilen in anderer Weise angeordnet, z. B. dem wirksamen Teil des Absorbers 17 vorgeschaltet sein.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Betriebe von mit Hilfsgas arbeitenden Absorptionskälteapparaten nach Patent 963 779, dadurch gekennzeichnet, daß während des Betriebes durch Speicherung dem Umlauf entzogenes Arbeitsmittel nach Stillsetzung der Pumpe durch kapillar wirkende Mittel dem Kreislauf des Arbeitsmittels wieder zugeführt wird.
2. 2. Kontinuierlicher Absorptionskälteapparat zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, gekennzeichnet durch ein Speichergefäß (30), das durch kapillar wirkende Mittel (32) mit der Ansaugseite der Pumpe (I2) in Verbindung steht.
3. 3. Kontinuierlicher Absorptionskälteapparat nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen oder mehrere mit dem Umlaufweg des Arbeitsmittels in Verbindung stehende Flüssigkeitsspeicher (30), die die während des Betriebes darin gespeicherte Lösung bei Stillsetzung der Umlaufpumpe (i2) in den Flüssigkeitskreislauf wieder abgeben.
4. 4. Absorptionskälteapparat nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein in dem Gasumlaufsystem mit einem Überlauf (32) zum Absorber oder Absorbergefäß angeordnetes Speichergefäß (30).
5. 5. Kontinuierlicher Absorptionskälteapparat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichergefäß (30) zwischen dem Absorber (I7) und einem Absorbergefäß (I8) angeordnet ist und gegebenenfalls ein Teil des letzteren ausmacht.
6. 6. Absorptionskälteapparat nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichergefäß (30) mit einer Fördereinrichtung (32) versehen ist, die aus diesem Gefäß in der Zeiteinheit weniger Lösung zum Absorbergefäß überführt, als während des normalen Pumpens in das Speichergefäß eingeführt wird.
7. 7. Absorptionskälteapparat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung aus einem in die Lösung im Speichere gefäß (3o) eintauchenden Docht (32) besteht, der die, bei abgestellter Pumpe, gespeicherte Lösung über einen Randablauf zum Absorbergefäß (I8) saugt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 556 47, 575 681, 584 525, 647 358, 659391, 681 173, 685 9o9, 698599 701419, 731 6o8.