DE640006C - Vorrichtung zur Vergasung von fluessigem Kaeltemittel oder zur Anreicherung von Absorptionsfluessigkeit in Absorptionskaeltemaschinen - Google Patents

Description

In Absorptions- oder Resorptionskältemaschinen ist einer der wichtigsten Teile der Absorber. Das flüssige Absorptionsmedium, wie z. B. Wasser oder arme Ammoniaklösung, erwärmt sich infolge der Absorption des Kältemittels, z. B. des Ammoniaks, und es ist notwendig, diese latente Absorptionswärme durch Kühlwasser wieder zu entfernen. Die Bedingungen, die für einen guten Absorber erfüllt sein müssen, sind: reichliche Berührungsfläche zwischen der armen Ammoniaklösung und den zu absorbierenden Ammoniakdämpfen und reichlicher Wärmeübergang zwischen dieser Ammoniaklösung und dem umlaufenden Kühlwasser.

Eine der vorteilhaftesten Absorberbauarten ist die Berieselungsbauart, bei der die arme Ammoniaklösung über die Oberfläche von Kühlwasserrohren fließt. Das Ganze ist in einem gasdichten Gefäß eingeschlossen, in das der vom Verdampfer kommende Ammoniakdampf geleitet wird. Diese Absorberbauart ist sehr wirksam, wenn die Menge der umlaufenden Ammoniaklösung ausreicht, um so verteilt zu werden, daß sie beim Herabtropfen die gesamte Oberfläche der Röhren befeuchtet. Wenn dagegen die Menge der Ammoniaklösung gering ist, wie es meistens der Fall ist, so ist es überaus schwierig, eine gute Verteilung und damit gute Absorption zu erreichen.

Die Erfindung ermöglicht eine völlige Beseitigung dieser Schwierigkeit und damit den Bau sehr wirksamer Absorber selbst in denjenigen Fällen, in denen eine sehr geringe Menge umlaufender Absorptionslösung die Anwendung gewöhnlicher Berieselungsabsorber unmöglich machen würde. Gemäß der Erfindung lassen sich daher einfache oder mehrstufige Absorptionsmaschinen zur Erzielung sehr niedriger Temperaturen bauen, wie z. B. — 65 ° oder — 70° C. In solchen Fällen muß nämlich die Verdampfung unter einem Druck von 75 bis 60 mm Quecksilbersäule (d. h. unter einem Vakuum von 685 bis 700 mm Quecksilbersäule) vor sich gehen, und unter solchen Bedingungen ist es unmöglich, flüssigkeitsgefüllte Absorber zu verwenden, da diese einen unzulässigen Druckverlust verursachen würden. Der Berieselungsabsorber allein gestattet infolge des Fehlens jeglichen Druckveiiustes die Erreichung eines so weitgehenden Vakuums im Verdampfer. Damit er aber wirksam arbeitet, ist es notwendig, daß

die gesamte Rohroberfläche befeuchtet wird, so gering auch die zur Verteilung stehende Flüssigkeitsmenge sein möge.

Dasselbe Erfordernis der vollständigen Benetzung der Wärmeaustauschflächen auch mit nur geringen, hierfür zur Verfügung stehenden Flüssigkeitsmengen macht sich, wenn auch möglicherweise nicht so dringend, in den Verdampfern von Absorptions- und anderen ίο Kältemaschinen und in den Austreibern von Absorptionskältemaschinen geltend, und auch für diese Teile derartiger Maschinen ist die Erfindung anwendbar.

Zur Lösung der obengenannten Aufgabe wird gemäß der Erfindung in dem Absorber, Resorber, Verdampfer oder Austreiber einer Absorptionskältemaschine Flüssigkeit gleichmäßig über eine Wärmedurchgangsfläche vermittels eines Dochts verteilt, der in die Flüssigkeit eintaucht und sie auf die Wärmedurchgangsfläche tropfen läßt.

Der Docht taucht in einen Teller, Kanal oder Trog ein, in den die Flüssigkeit im Innern des Absorbers, Resorbers, Verdampfers oder Austreibers gefördert wird, und der Docht hängt über den aufrecht stehenden Rand, der den Teller, Kanal oder Trog umgibt, herab; Der herabhängende Teil des Dochtes reicht bis nahe an die Wärmedurchgangsfläche hinab, die beispielsweise die Oberfläche einer von Kuhlwasser zu kühlenden Flüssigkeit oder Heizdampf durchströmten Rohrschlange ist.

Es ist bereits bekannt, dochtartig wirkende, poröse Stoffe in Absorbern von Kältemaschinen zu verwenden. Bei den bekannten Anordnungen ist aber der poröse Stoff nicht, wie es die Erfindung vorschreibt, oberhalb der Kühlflächen angeordnet, sondern die Kühlrohre selbst sind mit dem porösen Stoffe bezogen. Dieser saugt sich mit Absorptionslösung voll und umgibt die Kühlrohre wie ein dicker, feuchter Pelz. Zugeführt wird die Flüssigkeit durch eine Brause, die durch mit Ausflußöffnungen versehene Rohre gebildet wird. Die Gleichmäßigkeit der Verteilung wird dadurch erreicht, daß reichliche Mengen Flüssigkeit der Brause unter Druck zugeführt werden, so daß ein sehr ausgiebiger Regen die poröse Umhüllung der Flüssigkeitsrohre überschwemmt. Bei der Erfindung soll aber gerade im Gegensatz dazu eine möglichst dünne Flüssigkeitshaut die nackte Kühlfläche bedecken, damit jedes gasberührte, absorbierende Flüssigkeitsteilchen gleichzeitig auch die Kühlfläche berührt und somit die Absorptionswärme unmittelbar an der Kühlfläche entsteht und von ihr abgeführt werden kann. Die Feinheit der Flüssigkeitshaut ent-6q steht durch äußerst sparsame Betropfung der nackten Kühlfläche. Um trotz dieser erschwerten Bedingungen die Gleichmäßigkeit der Verteilung zu gewährleisten, wird nicht eine Brause verwendet, sondern die kapillare Wirkung der dochtartig wirkenden Stoffe wird zur Verteilung der Flüssigkeit oberhalb der Kühlfläche ausgenutzt.

Die Erfindung und eine Resorptionskältemaschine mit Einzelteilen gemäß der Erfindung sind als Ausführungsbeispiele in der beiliegenden Zeichnung im wesentlichen schematisch dargestellt. Hierin ist:

Fig. ι der senkrechte Schnitt eines Absorbers, Fig. 2 ein senkrechter Schnitt eines etwas anders gebauten Absorbers, Fig. 3 die schematische Darstellung einer Resorptionsmaschine gemäß der Erfindung im Querschnitt.

Der in Fig. 1 dargestellte Absorber besteht aus einem zylindrischen Gefäß A, in dem ein schraubenförmig gewundenes Rohr a mit vertikaler Achse angeordnet ist. Es wird innen von Kühlwasser durchflossen, welches bei a¹ eintritt und bei ar austritt. Innerhalb des Gefäßes A befindet sich oben über der Rohrschlange ein ringförmiger Kanal e, dessen Rand einen Überlauf bildet und den Verteiler für die arme Ammoniaklösung darstellt, die auf die Rohrschlange α herabrieselt.

Über den Rand des Kanals ist ein doppel- go tes Metallgewebe/ gefaltet, das auf einer Seite bis auf den Boden des Kanals e eintaucht und auf der anderen Seite bis unmittelbar über die Rohrschlange α herabreicht, annähernd konzentrisch mit ihr, und ihre oberste Windung beinahe berührt.

Das Gewebe f, das stark genug ist, um irgendwelche Zerstörung durch Korrosion auszuschließen, ist doppelt gelegt (zwei Gewebe übereinander), so daß es, wenn es erst too einmal befeuchtet ist, wie ein Docht wirkt. Bei Beginn des Betriebes füllt die arme Lösung, die bei e¹ eintritt, schließlich den ganzen Kanal e und fließt über seinen Rand hinweg, wodurch der Docht befeuchtet wird und die Flüssigkeit aus dem Kanal e wie ein Flüssigkeitsheber aufsaugt und sie gleichmäßig über die Schlange α verteilt. Der Flüssigkeitsspiegel in dem Kanal e sinkt, bis die Flüssigkeitsmenge, die durch die Kapillarwirkung des Metalldochtes hochgesaugt wird, ebenso groß wird wie die Flüssigkeitsmenge, die bei e¹ zuströmt.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß sogar bei einem Zustrom von nur 0,5 1 stündlicher Flüssigkeitsmenge auf das laufende Zentimeter des Kanals e die Einrichtung gut arbeitet und die Schlange α über ihre ganze Oberfläche vollständig befeuchtet wird, wogegen ein gewöhnlicher Berieselungsabsorber mindestens die zehnfache Flüssigkeitsmenge braucht, um wirksam zu arbeiten.

Das zu absorbierende Ammoniakgas tritt in das Gefäß A unten bei g ein, könnte aber ebensogut oben zugeführt werden. Die angereicherte Lösung sammelt sich auf dem S Boden des Gefäßes A und wird durch die übliche Umlaufpumpe abgesaugt.

Fig. 2 zeigt dieselbe Absorberanordnung, jedoch mit mehreren Rohrschlangen α, und zwar besitzt die dargestellte Konstruktion

ίο sieben Rohrschlangen, von denen nur drei in dem gezeichneten Längsschnitt sichtbar sind. Die verschiedenen Teile sind durch dieselben Bezugszeichen wie in Fig. ι bezeichnet. Der Kanal e hat jedoch sieben Überlauf ränder, von denen im Schnitt nur drei sichtbar sind, konzentrisch zu den Rohrschlangen a. Über jeden Überlaufrand ist doppeltes Metallgewebe/ als Docht übergefaltet. Die Wirkungsweise ist dieselbe, wie oben beschrieben.

Im vorstehenden ist ein Apparat mit zylindrischen Rohrschlangen beschrieben, aber die Anordnung gemäß der Erfindung ist ebensogut anwendbar, wenn die Kühlwasserrohre in geraden Reihen senkrecht übereinander angeordnet sind statt in der Form von Rohrschlangen. Die Verteilungskanäle verlaufen in diesem Falle geradlinig, und die Dochte reichen auf die oberen Rohre der senkrechten Reihen herab. Bisher war von Dochten die Rede, die durch zwei dicht nebeneinander liegende Metallgewebe gebildet sind, aber ebensogut können auch andere Stoffe verwendet werden, z. B. Hanfgewebe, welches sich in Ammoniakflüssigkeit fast unbegrenzt lange hält. ·

Der oben beschriebene Apparat arbeitet als Absorber,, kann aber ebensogut als Verdampfer verwendet werden, um Sole durch verdampfende Ammoniaknüssigkeit zu kühlen, welche die durch die Sole durchflossene Rohrschlange berieselt. Er kann auch als Resorber einer Resorptionsmaschine benutzt werden und auch als Austreiber einer Absorptions- oder Resorptionsmaschine. Eine Resorptionskältemaschine kann aus vier der oben beschriebenen Apparate gemäß der Erfindung bestehen.

Fig. 3 zeigt die schematische Darstellung einer solchen Resorptionskältemaschine zur Kühlung· von. Wasser oder Sole unter Benutzung von Abfallwärme, wie z. B. der Wärme des Abdampfes oder des heißen Wassers, das aus Ekonomisern von Dampfkesseln abgezapft wird. Diese Kältemaschine besteht aus vier ganz gleichen oder fast gleichen Apparaten, die gemäß der obigen Beschreibung gebaut sind. A ist der Absorber, der durch den Kühlwasserumlauf a^-a-a? gekühlt wird. Die reiche Lösung, die sich im Boden des Gefaß es A ansammelt, wird durch eine Pumpe P abgesaugt und in den mit. Dochten/ ausgerüsteten Kanal e eines Austreibers C gefördert. Hier rieselt sie über eine Rohrschlange ^-c-c², in der Dampf oder heißes Wasser fließt. Die reiche Ammoniaklösung wird erhitzt und scheidet Ammoniak ab. Die arme Lösung fließt durch ein Reduzierventil R und kehrt zu dem Absorber A zurück. Der Ammoniakdampf, der in dem Austreiber C entwickelt wird, strömt durch eine Verbindungsleitung h in ein Gefäß B, welches den Resorber darstellt. Hier wird er durch Ammoniaklösung absorbiert, die von dem mit Dochten f ausgerüsteten Kanal e herabtropft. Hierdurch bildet sich eine sehr konzentrierte Lösung, die durch ein Reduzierventil R¹ in den mit Dochten / ausgerüsteten Kanal eines Gefäßes D strömt, das den Verdampfer darstellt. Diese sehr reiche Lösung läßt der Docht auf eine Schlange (P-d-d² tropfen, in der das Wasser oder die Sole fließt, die abgekühlt werden soll. Das Ammoniak verdampft unter Kälteerzeugung, und die Ammoniakdämpfe gelangen in das Gefäß A und werden dort absorbiert. Die verarmte Lösung wird aus dem Verdampfer D von einer Pumpe P¹ abgesaugt und in den Resorber B gefördert. Eine Kühlwasserschlange b-b¹ führt die Absorptionswärme aus der Flüssigkeit ab, die auf sie vom Docht/ in dem Re- go sorber B herabtropft.

Statt zweier Pumpen kann man manchmal mit einer einzigen auskommen unter Mischung der beiden Flüssigkeiten.

Wärmeaustauscher und derartige Vorrichtungen zur Wiedergewinnung von Wärme, durch welche die oben beschriebene Äbsorptionsmaschine in eine Maschine verwandelt werden kann, die einen umkehrbaren Wärmekreispr >ozeß verwirklicht, wie es schon vor langer Zeit von Altenkirch vorgeschlagen ist, sind bisher nicht beschrieben worden. Da alle Wärmeübergänge in dieser Maschine bei gleitenden Temperaturen vor sich gehen, läßt sich der Apparat gemäß der Erfindung leicht mit Wärmerückgewinnung ausführen. Beispielsweise kann die reiche Lösung, die von der Pumpe P unten aus dem Absorber A gefördert ist, zum oberen Teile dieses Absorbers^! zurückgeführt werden, und zwar in eine Rohrschlange, welche die oberen Windungen der Rohrschlange αϊ-α-αϊ ersetzt. Diese letztere würde in zwei übereinanderliegende getrennte Teile geteilt werden, derart, daß die reiche Lösung· durch Absorptionswärme vorgeheizt wird.

Die arme Lösung aus dem Austreiber C kann durch eine Rohrschlange geführt werden, welche die oberen Windungen der Rohrschlange c^-c-c² ersetzt, so daß ein Teil der Wärme der austretenden armen Lösung an die eintretende reiche Lösung abgegeben und

zur Austreibung von Ammoniakgas ausgenutzt wird. Ähnliche Vorkehrungen zur Wärmerückgewinnung können in geeigneten Fällen in D und B getroffen werden. Diese Anordnung ermöglicht es, die Vorteile der Wärmekreisprozesse auszunutzen, die von Altenkirch, vorgeschlagen sind, um Maschinen mit einem Wärmeverhältnis zu erhalten, das gleich oder größer ist als eins, ίο Die beschriebene Maschine ist sehr geeignet, um Wasser, das den Eiszellen der Gefrieranlage einer Eisfabrik zugeleitet wird, um ungefähr ein Dutzend Grad abzukühlen. Diese Kälteleistung kann erzielt werden, indem man in der Rohrschlange c^c-c² heißes Wasser verwendet, das aus den Ekonomisern des Dampfkessels abgezapft wird. Dieses heiße Wasser wird nur einige Grad abgekühlt und zu den Ekonomisern zurückgeleitet. Da jedoch das Wasser, das durch die Rohrschlangen b-b¹ und αϊ-α-α² fließt, erheblich erwärmt wird, können die Ekonomiser mit diesem erwärmten Wasser gespeist werden und so ein großer Teil der Wärme wiedergewonnen werden. Unter solchen Bedingungen kann die Herabkühlung des Wassers unter äußerst vorteilhaften Umständen durchgeführt werden, und eine beträchtliche Vermehrung der Eiserzeugung wird erzielt.

Die Anordnung gemäß der Erfindung kann auch mit Erfolg bei Maschinen angewendet werden, die ein neutrales Gas zum vollständigen oder teilweisen Ausgleich der Drücke enthalten. In solchem Falle werden in dem von den Rohrschlangen umgebenen Raum Sperrwände vorgesehen, welche das Gasgemisch, mit dem das Ammoniakgas zirkuliert, dazu zwingen, mit der durch die Lösung befeuchteten Rohrschlange in inniger Berührung zu bleiben. In der Resorptionsmaschine, die unter Zuhilfenahme der Fig. 3 beschrieben ist, kann das neutrale Gas angewendet werden, um die Drücke in den Gefäßen C und JS einerseits und in den Gefäßen A und D andererseits auszugleichen. Zu diesem Zweck wird- zwischen den betreffenden beiden Gefäßen, z. B. zwischen A und D, eine zweite Verbindung vorgesehen, die in bekannter Weise den Umlauf eines neutralen Gases zwisehen den beiden Gefäßen ermöglicht. Hierbei kann das neutrale Gas auch dazu dienen, den Druckunterschied zu verringern, ohne ihn gerade auszugleichen.

Für Maschinen geringer Abmessungen mit einheitlichem Druck und ohne bewegte Teile kann die beschriebene Form eines Absorbers, Verdampfers oderResorbers beträchtlicheVorteile bieten wegen des geringen Widerstandes für den Umlauf des neutralen Gases und der sehr wirkungsvollen Absorption.

Für die obige Beschreibung ist Ammoniak als Kältemittel und Wasser als Absorptionsmittel gewählt worden. Die Erfindung mit allen ihren Vorteilen kann aber auch ausgeführt werden, wenn irgendein binäres Gemisch mit ähnlichen Eigenschaften verwendet wird, z. B. Dichloräthylen und Paraffinöl, Äthylchlorid und Fuselöl o. a.

Claims (3)

1. Patentansprüche: _yo

   i. Vorrichtung zur Vergasung von flüssigem Kältemittel oder zur Anreicherung von Absorptionsflüssigkeit in Absorptionskältemaschinen zum Zwecke der Erzeugung besonders tiefer Temperaturen, dadurch gekennzeichnet, daß Dochte oder dochtartig wirkende Elemente oberhalb einer Wärmedurchgangsfläche, die einen Wärmeaustausch mit einer Kühl- oder Heizflüssigkeit vermittelt, derart angeordnet sind, daß sie das flüssige Kältemittel bzw. die Absorptionsflüssigkeit über derWärmedurchgangsfläche verteilen, so daß diese von der herabrieselnden oder herabtropfenden Flüssigkeit gleichmäßig benetzt wird. ·
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmedurchgangsfläche durch senkrecht übereinander angeordnete, von Kühl- oder Heiz- 9<flüssigkeit durchströmte Rohrleitungen gebildet wird, die so angeordnet sind, daß die vom Docht verteilte Flüssigkeit von Leitung zu Leitung abwärts tropft.
3. 3. Resorptionskältemaschine mit einem Absorber gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Wärmedurchgangsfläche bildende Rohrleitung aus übereinander angeordneten Abschnitten besteht, von denen der obere von der Flüssigkeit durchströmt wird, von der die Rohrleitung bereits berieselt worden ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.