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Verfahren zur Rektifikation der im Kocher von Absorptionskälteapparaten
aufsteigenden Dämpfe Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Betriebe von Absorptionskälteapparaten und bezweckt, den Wirkungsgrad derartiger
Betriebe zu verbessern.
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Wird ein Kocher eines Absorptionskälteapparates beheizt, so treten
in der Absorptionslösung zufolge der Gasaustreibung und der Konvektion turbulente
Strömungen auf, die selbst bei größeren Kocherabmessungen den Konzentrationsgrad
und die Temperatur der im Kocher enthaltenen Flüssigkeit gleichmäßig machen. Da
die Menge der vom Kocher austretenden, mit den Kältemitteldämpfen mitfolgenden Absorptionsmitteldämpfen
von der Konzentration undTemperatur der Kocheroberfläche abhängig ist, so folgt,
daß in solchen Fällen der Prozentsatz der mit den Kältemitteldämpfen mitgerissenen
Dämpfe des Absorptionsmittels groß sein muß. Zum Beispiel bei mit Ammoniak als Kältemittel
und Wasser als Absorptionsmittel arbeitenden Absorptionskälteapparaten war es daher
bisher praktisch unvorteilhaft, die im Kocher enthaltene Lösung schärfer als bis
zu etwa 2o % Ammoniakgehalt abzukochen, da dannbereits die Menge dermit denAmmoniakdämpfen
mitfolgenden Wasserdämpfe so groß wurde, daß der Wirkungsgrad der Anlage stark litt.
Um den Wirkungsgrad derartiger Apparate zu verbessern, hat man bereits vorgeschlagen,
im Dampfraum des Kochers eine Füllmasse vorzusehen, über die reiche, vom Absorber
kommende Lösung rieselt, wobei sie mit den aus der Kocherflüssigkeit aufsteigenden
Dämpfen in Wärmeaustausch tritt. Derartige Anlagen erhöhen die -Bauhöhe des Apparates,
was insbesondere für Haushaltkälteapparate unerwünscht ist. Die größere Bauhöhe
bedingt ferner vermehrtes Isolationsmaterial des Kochers und größere Wärmeverluste
durch Strahlung. Die aus der Oberfläche des Kocherspiegels tretenden Dämpfe haben
bei derartigen Anlagen wegen der gleichmäßigen Konzentration der Kocherflüssigkeit
einen hohen Gehalt an Absorptionsmitteldämpfen. Demgegenüber erreicht die Erfindung
ohne Vergrößerung der Bauhöhe des Apparates eine ausgezeichnete Rektifikation des
*Kocherdampfes, indem sie den mit Flüssigkeit gefüllten, von außen beheiztenRaum
des Kochers durch eingeschüttete Füllmassen in eine Vielzahl kleiner Räume unterteilt.
Durch die Unterteilung werden die sich sonst im Flüssigkeitsraum des Kochers durch
die Beheizung bildenden turbulenten Konvektionsströmungen, die die Konzentration
der Kocherlösung gleichmäßig machen wollen, gedämpft. Der ausgetriebene Dampf
wird
dadurch gezwungen, durch diese Widerstände hindurchzutreten. - Hierdurch wird es
möglich, die im Kocher enthaltene Lösung in Schichten verschiedener Konzentration
und Temperatur zu unterteilen, wobei dann gemäß weiterer Erfindung der Dampf der
wärmsten undniedrigstkonzentriertenFlüssigkeitschichten zur Beheizung der kälteren
und konzentrierteren Schichten benutzt wird. Werden bei der Beheizung des Kochers
gebildete Dämpfe und in den Kocher eintretende Absorptionslösung in Gegenstrom durch
die im Kocher enthaltenen Widerstände geführt, so wird der Wirkungsgrad der Anlage
gemäß der Erfindung noch weiter erhöht, indem man den Unterschied in der Viskosität
der Absorptionslösung und der aus ihr ausgetriebenen Dämpfe benutzt, um den ausgetriebenen
Dampf zu rektifizieren. Ferner kann man, um die Rektifikation zu verbessern, den
an seinem unteren Teil beheizten Kocher noch an anderen Stellen mit anderen Apparatteilen
in Wärmeaustausch setzen und dadurch eine odermehrere derFlüssigkeitsschichten im
Kocher in bezug auf ihre Temperatur und damit ihre Konzentration beeinflussen. Als
Vorrichtung, die Bildung turbulenter Strömungen im Kocher zu verhindern, werden
erfindungsgemäß Strömungswiderstände im Flüssigkeitsraum des Kochers benutzt. Die
den Widerstand erzeugende Füll-
masse kann aus kleinen, in den Kocher eingefüllten,
z. B. lose eingeschütteten, festen Körpern bestehen. Hierfür kommen beispielsweise
Glaskugeln, Glasstückchen, Schrot, Kies, sogenannte Raschigringe in Frage. Besonders
vorteilhaft ist es dabei, die Füllmasse durch mit zweckmäßig gegeneinander versetzten
Durchbrechungen versehene Trennwände zu unterteilen. An Stelle mehrerer Trennwände
kann auch ein spiralförmiger Einsatz Verwendung finden, der den Weg der ausgetriebenen
Gase bis zur Kocheroberfläche verlängert. Doch kann der Widerstand auch durch eine
Menge von Metallspänen, Stücken aus poröser, zweckmäßig grobporiger Tonmasse o.
dgl. oder einer Folge von mit feinen Durchbrechungen versehenen Metallwänden, etwa
von fein geschlitzten Blechen, gebildet werden.
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Die Erfindung soll näher unter Hinweis auf die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben werden, wobei sich weitere kennzeichnende Merkmale der Erfindung ergeben
werden.
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In der Abb. i ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an einem kontinuierlich
arbeitenden Absorptionskälteapparat, der mit druckausgleichendem Gas arbeitet, dargestellt,
doch ist die Erfindung nicht auf diese Apparattype beschränkt. .
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Abb. 2 zeigt eine andere Ausführungsform des Kochers eines solchen
Apparates und Abb. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kochers und der Einrichtung
für den Flüssigkeitsumlauf. In der Abb. = bezeichnet io den Kocher oder Entgaser,
der an seinem unteren Teil durch eine beliebige Heizquelle, beispielsweise einen
Gasbrenner ii, beheizt wird. Bei der Beheizung im Kocher ausgetriebener Kältemitteldampf
tritt aufwärts in eine Kammer 12, in der der Dampf in Wärmeaustausch mit einer Leitung
13 tritt, die indifferentes Gas führt. Der Kältemitteldampf gibt an dieses seine
überschüssige Wärme ab und bewirkt dabei gleichzeitig in bekannter Weise die Zirkulation
des druckausgleichenden Gases. Danach tritt der Kältemitteldampf in den luftgekühlten
Kondensator 1q., wo er verflüssigt wird. Das so verflüssigte Kältemittel tritt durch
das Flüssigkeitsschloß 15 in den Verdampfer. i6, wo in bekannter Weise die Verdampfung
des Kältemittels in Gegenwart des indifferenten druckausgleichenden Gases erfolgt.
Die Umlaufrichtung des Gases ist in der Abbildung durch Pfeile dargestellt. Das
druckausgleichende Gas strömt also abwärts gerichtet und in gleicher Richtung wie
das Kältemittel durch die Verdampferschlange i6. Dann tritt es durch den Gastemperaturwechsler
17, i8 zu dem aufsteigenden Schenkel 13 des Zirkulationssystems, in dem es, wie
erwähnt, erwärmt wird. Von hier tritt das indifferente Gas durch eine abwärts führende,
luftgekühlte und gleichzeitig, wie später erläutert, als Kondensator dienende Leitung
ig und einen abwärts führenden Schenkel 2o zum Absorber 2,1. Diesen durchströmt
das Hilfsgas in Gegenstrom zu der armen Lösung, die den Kältemitteldampf, mit dem
sich das indifferente Gas im Verdampfer beladen hat, aus dem druckausgleichenden
Gas auswäscht. Vom Absorber kehrt das indifferente Gas durch den Gasteniperaturwechsler
17 zum oberen Teil des Verdampfers 16 zurück.
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Der Kocher io besteht aus einem zylindrischen Gefäß, dessen Flüssigkeitsraum
in der Nähe seines oberen und unteren Endes mit durchbrochenen Trennwänden 22 und
23 versehen ist. Zwischen diesen Trennwänden ist eine Masse 24 von kleinen Körpern
eingepackt, wie z. B. Glasperlen oder Glasstücke, schmale Röhren, deren Durchmesser
gleich ihrer Länge .ist und die aus Eisen oder porösem Material bestehen können,
sogenannte Raschigringe, Schrot, Kies oder andere künstliche oder natürliche Körper.
Doch können auch andere geeignete Mittel vorgesehen werden, um den Flüssigkeitsraum
des Kochers io in kleine Abschnitte zu unterteilen, z. B. eine MengevonMetallspänen,
Stücke aus porösemTon mit großen Poren oder eine Folge von mit feinen Durchbrechungen
versehenen Metallplatten.
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Eine derartige Kocherkonstrukiion gestattet es, die reiche Absorptionslösung
in den oberen Teil des Kochers io einzuführen, in. den die Lösung durch eine Leitung
25, vom Absorber 2i kommend, tritt. Die Lösung sinkt allmählich im Kocher nach unten,
und zwar im Verhältnis
des Umlaufs der Flüssigkeit zwischen dem
Kocher =o und dem Absorber 21. Wegen der Viskosität der Flüssigkeit und der Strömungshindernisse
im Kocher treten trotz der Wärmezufuhr keine turbulenten Strömungen in der Flüssigkeitauf.
Siebehältvielmehrverschiedene Konzentrationen in. den verschiedenen Schichten der
im Kocher =o stehenden Flüssigkeitssäule bei. Die dem Kocherboden durch den Brenner
=i zugeführte Wärme entwickelt Dampf, der durch die schmalen Durchtrittsöffnungen
der Füllmasse 24 -aufwärts tritt. Jede einzelne Dampfblase kommt dabei während ihres
Aufwärtssteigens in längeren und innigen Kontakt mit den an Konzentration immer
steigenden Schichten der Absorptionsflüssigkeit.
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Da die Viskosität der Flüssigkeit im Vergleich zu der des Dampfes
wesentlich (etwa zoomal) größer ist, macht das Füllmaterial 24 im Flüssigkeitsraum
des Kochers jede turbulente Strömung mit Ausnahme von Strömungen im kleinsten Raum
unmöglich. Gleichzeitig wird durch die Füllmasse die Bildung großer Dampfblasen
verhindert, wodurch sich die Berührungsfläche zwischen Dampf und Flüssigkeit vergrößert.
Besteht z. B. die Flüssigkeit am Boden des Kochers im wesentlichen aus reinem Wasser,
so kommen aufsteigende Bläschen aus reinem Wasserdampf in Berührung mit übereinanderliegenden
Flüssigkeitsschichten von zunehmender Kältemittelkonzentration. Hierbei wird der
Wasserdampf allmählich kondensiert, und die Kondensationswärme treibt eine entsprechende
Menge von Kältemitteldampf, z. B. Ammoniak, aus der Lösung. In jeder Höhenschicht
des Kochers ist die Zusammensetzung jeder Dampfblase bestimmt durch das thermodynamische
Gleichgewicht, das bedingt ist durch die Temperatur der Flüssigkeit, die einerseits
durch Kondensation von Wasserdampf erhitzt und andererseits durchVerdampfungvonKältemittel
gekühlt wird. Hierdurch erhält man eine Temperatur der Flüssigkeit, die durch ihre
Konzentration bestimmt ist.
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Am oberen Teil des Kochers, an dem die reiche Lösung eintritt, herrscht
in der Flüssigkeit eine Temperatur, die der Verdampfungstemperatur der reichen Lösung
entspricht, und der aus ihr entwickelte Dampf enthält daher auch nur einen sehr
geringen Betrag an Absorptionsmitteldampf entsprechend den Bedingungen des thermodynamischen
Gleichgewichts.
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Am entgegengesetzten Ende des Kochers, wo die Wärme zugeführtwird,
besteht die Flüssigkeit im wesentlichen aus reinem Wasser. Diese wird einer aufsteigenden
Leitung 26 zugeführt, in der sie einer weiteren Wärmezufuhr durch einen regulierbaren
Brenner 27 ausgesetzt wird. Hierdurch wird das Wasser zum Kochen gebracht und zu
einem Abscheidergefäß 28 gehoben. Die heiße und sehr arme Lösung, die im Gefäß 28
abgeschieden wird, läuft durch eine Leitung 29 in den äußeren Mantel 3o des Flüssigkeitstemperaturwechslers
und von da zum oberen Teil desAbsorbers 21. Der im Gefäß 28 abgeschiedene Förderdampf
kann durch eine Leitung 31 dem schon erwähnten Kondensator =g zugeführt werden.
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Der Kocher gemäß Abb. 2 unterscheidet sich von dem der Abb. x im wesentlichen
dadurch, daß er im Inneren mit einer Mehrzahl von Zwischenwänden 32 versehen ist,
die zweckmäßig gegeneinanderversetzteDurchbrechungen aufweisen. Die begrenzenden
Wände 22 und 23 sind ebenso wie in der Abb. i vorgesehen.
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Die Abb. 3 zeigt eine Ausführungsform des Kochers, bei der der abwärts
gerichtete Strom der Flüssigkeit und der- aufwärts gerichtete Strom des Dampfes
durch einen schraubenförmigen Einsatz 33 verlängert sind. Zwischen den Schraubengängen
ist wieder die Füllmasse gemäß Abb. = eingefüllt. Ferner ist, um nach Möglichkeit
Gasblasenbildung in der inneren Leitung 25 des Flüssigkeitstemperaturwechslers zu
verhindern, die aus dem Gefäß a8 kommende arme heiße Lösung in ihrer Leitung 29
in Form einer Spirale 3¢ in wärmeleitender Verbindung um die Außenfläche des Kochers
=o herumgeführt. Hierdurch tritt eine Zusatzheizung des Kochers über seine Bodenbeheizung
hinaus ein.
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Es ist ersichtlich, daß man nach dem Verfahren und den Vorrichtungen
gemäß der Erfindung eine außerordentlich arme Lösung im Kocher und gleichzeitig
eine sehr starke Gasaustreibung erreichen kann, d. h. man erhält ein Maximum. an
ausgetriebenem Kältemitteldampf für eine gegebene Wärmezufuhr.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte Ausführungsform eines
stehenden zylindrischen Kochers beschränkt, die Kocherform kann vielmehr beliebig
sein, z. B. eine Spirale oder ein schräg liegendes Rohr. Auch kann der Kocher aus
zwei oder mehreren Teilen bestehen, denen die Flüssigkeit- hintereinander zugeführt
wird, z. B. kann der Kocher aus zwei oder mehreren aufrechtenZylindern bestehen,
wobei die Flüssigkeit dem ersten Zylinder oben zugeführt wird, worauf sie von dessen
unterem Teil zum oberen Teil des zweiten Zylinders usw. tritt. Durch eine solche
Ausbildung verkleinert man die Höhenabmessungen des Kochers und teilt den Rektifikationsvorgang
zwischen den einzelnen Zylindern des Kochers auf.
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Besonders vorteilhaft ist die Erfindung für duftgekühlte Apparate.