Absorptionskühlappar at. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Absorptionskühlapparat, bei dem ein Kältemittel in einem. Kocher ausgetrie ben wird, um dann in. verflüssigter Form einem Verdampfer zugeführt zu werden, in welchem es in Gegenwart eines druckaus gleichenden Hilfsmittels unter Wärmeauf nahme aus der Umgebung zum Verdampfen gebracht wird, welches Hilfsmittel durch den Verdampfer und einen Absorber zirku liert, in welch letzterem es in Berührung mit der Absorptionsflüssigkeit gelangt.
Durch die Erfindung soll verhindert werden, dass Dämpfe der Absorptionsflüssig keit in den Verdampfer gelangen.
Um diesen Zweck zu erfüllen, ist gemäss der Erfindung in einer zum Verdampfer füh renden Leitung eine Kondensationsvorrich tung für die Dämpfe der Äbsorptionsflüs- sigkeit derart angeordnet, dass darin gebilde tes Kondensat zu demjenigen Gefäss zurück fliesst. aus welchem diese Dämpfe der ge nannten Vorrichtung zugeführt werden. Der Apparat ist zweckmässig luftgekühlt, indem derselbe mit der atmosphärischen Luft aus gesetzten Kühlflauschen versehen ist.
Durch die Erfindung wird es auch mög lich, bei Apparaten, die beim normalen Be trieb durch Kühlflüssigkeit gekühlt werden, den Druck innerhalb des Apparates zu be grenzen, wenn die Kühlung des Apparates durch Kühlflüssigkeit aus irgend einem Grunde aufhören würde. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die der atmosphärischen Luft ausgesetzte Kühlfläche derart bemes sen wird, dass die Kühlung durch Luft hin- reichend ist.- um eine unzulässig hohe Druck steigerung innerhalb des Apparates bei Auf hören der Kühlung durch Kühlflüssigkeit zu verhindern.
Die Erfindung soll anhand der beilie genden Zeichnung näher beschrieben werden, in welcher mehrere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht sind. Fig. 1 zeigt mehr oder weniger schematisch einen Absorptionskühlapparat gemäss der Er findung in einer ersten Ausführungsform;
Fig. 2 ist ein Querschnitt eines) Teils des in Fig. 1 dargestellten Apparates in grösserem Massstabe; Fig. 3 und 4 zeigen einander be nachbarte Stauscheiben, die bei dem in Fig. 1 dargestellten Apparat verwendet werden;
in Fig. 5, 6 und 7 ist eine andere Ausfüh rungsform in verschiedenen Schnitten dar gestellt, und Fig. 8 stellt eine abgeänderte Ausführungsform einer Einzelheit des Appa rates dar; Fig. 9 zeigt eine Abänderung des in Fig. 1 dargestellten Apparates;. Fig. 10 zeigt eine weitere Abänderung, bei welcher ein Kühlwassermantel verwendet wird.
In Fig. 1 ist 10 ein Kocher, der Absorp tionsflüssigkeit 11 enthält. Diese Flüssigkeit enthält ein Kältemittel, zum Beispiel Am moniak, aufgelöst. Der Kocher wird durch einen elektrischen Heizkörper 12 erhitzt, der sich in eine mit dem Kochermantel fest ver bundene Tasche 13 erstreckt. Ammoniak- dämpfe werden aus der im Kocher befind lichen Lösung ausgetrieben und strömen durch die Leitung 14 in den Kondensator 15 hinein, in welchem sie kondensiert werden, wonach das Kondensat durch die Leitung 16 in den Verdampfer 17 einströmt. Der Kon densator ist mit einem Kühlmantel 18 ver sehen, durch welchen kaltes Wasser zum Zirkulieren gebracht wird.
Dem Verdampfer wird in dieser Weise flüssiges Ammoniak zugeführt; gleichzeitig tritt auch ein Hilfsmittel, zum Beispiel Was serstoff, in den Verdampfer durch die Lei tung 19 ein, die mit dem Absorber 20 ver bunden ist. Das Ammoniak wird im Ver dampfer unter Diffundieren in den Wasser stoff verdampft und nimmt hierbei Wärme von der Umgebung auf, wodurch Kälte er zeugt wird. Die dadurch gebildete Mischung von Ammoniakdämpfen und Wasserstoff strömt durch den Verdampfer herab un7 durch die Leitung 9 in den untern Teil des Absorbers.
Arme Absorptionsflüssigkeit wird dem Absorber durch die Leitung 21 zugeführt. Diese Absorptionsflüssigkeit, die bei Ver wendung von Wasserstoff und Ammoniak aus Wasser bestehen kann, absorbiert das mmoniak, äber nicht den Wasserzt,)f "_'. Reiche, mit Ammoniak gesättigte Absorp tionsflüssigkeit verlässt den untern Teil des Absorbers und strömt durch die Leitung 22 in den obern Teil der, Kochers hinein. Ein Teil der Leitung 22 hat die Form eines Schlangenrohres 23, das den, Heizkörper 12 umgibt und dadurch. erhitzt wird.
Die Flüs sigkeitsoberfläche ist zufolge der Wärmezu fuhr zum Schlangenrohr 23 höher im Kocher als im Absorber. Die arme Absorptionsflüs sigkeit strömt daher unter Einwirkung der Schwerkraft vom Kocher zum Absorber.
Da Wasserstoffgas viel leichter als Am moniakgas ist, wird eine Zirkulation vom untern nach dem obern Teil des Absorbers, durch die Leitung 19, vom obern nach dem untern Teil des Verdampfers und zum Ab sorber zurück zufolge. des Unterschiedes im spezifischen Gewicht zwischen den verwen deten Stoffen hervorgerufen.
Beim Absorbieren von Ammoniakgas im Absorber wird Wärme abgegeben, die durch den Kühlmantel 24 weggeführt wird. Die Kühlmäntel 2-1 und 18 sind miteinander ver bunden. Zwecks Verhinderung von Wärme verlusten sind der Kocher 10, das Schlangen rohr 23 und ein Teil der Leitungen 21 und 22 durch ein wärmeisolierendes Material 25 umgeben, wie in der Zeichnung dargestellt ist. Der Verdampfer und der Absorber sind mit tellerähnlichen Führungsplatten 28 ver sehen, die zur Schaffung einer grossen Ver- dampfungs- bezw. Absorptionsfläche dienen.
Die Leitungen 21 und 22 sind teilweise so angeordnet, dass sie einen Temperatur wechsler 31 bilden, dessen Zweck ist, Wärme von der armen Absorptionsflüssigkeit auf die reiche Absorptionsflüssigkeit überzuführen.
Bei Apparaten dieser oder ähnlicher Art ist es sehr wünschenswert, dass keine Dämpfe der Absorptionsflüssigkeit in den Ver dampfen hineinströmen, da solche Dämpfe ein Absorptionsmittel für das Kältemittel bilden und die Verdampfung herabsetzen. Es ist festgestellt, dass nur eine verhältnismässig kleine Menge von Dampf der Absorptions flüssigkeit ausreicht, um die Kühlwirkung des Apparates erheblich herabzusetzen.
Um eine Einführung von Absorptions flüssigkeit in den Verdampfer vom Kocher zu verhindern, ist die vom Kocher zum Kon densator 15 sich erstreckende Leitung 14 in wärmeübertragender Berührung mit einem Kühlmittel bezw. mit der Aussenluft, ange ordnet, so dass Dämpfe der Absorptionsflüs- si"-heit, im vorliegenden Fall Wasser,.kon- densiert werden, und die Leitung ist ferner so angeordnet, dass' das Kondensat zum Ko cher 10 zurückfliesst.
Da die Absorptionsflüs sigkeit einen höheren Siedepunkt als das Kältemittel hat, so werden bei einem gege benen, Gesamtdruck im Apparat die Dämpfe der Absorptionsflüssigkeit bei einer höheren Temperatur als. die Dämpfe des KäItemit- tels kondensiert. Es ist deshalb von grossem Vorteil, für die Dämpfe der Absorptionsflüs sigkeit ein anderes Kühlmittel, und zwar ein Mittel höherer Temperatur, als das für die Dämpfe des Kältemittels verwendete Kühl mittel zu verwenden, da die Gefahr der Kon densation eines Teils der Dämpfe des Kälte mittels im Kondensator für die Dämpfe der Absorptionsflüssigkeit dadurch erheblich ver mindert wird.
Wenn Wasser als Kühlmittel für das Kältemittel verwendet wird, ist es deshalb gewöhnlich am zweckmässigsten, at mosphärische Luft für die Dämpfe der Ab sorptionsflüssigkeit zu verwenden.
Der in Fig. 1 dargestellte Kondensator für die Dämpfe der Absorptionsflüssigkeit besitzt mehrere mit Flanschen versehene Ringe 26, die auf die Leitung 14 aufgepresst sind. -Diese Anordnung geht aus Fig. 2 klar hervor. Diese mit Flanschen versehenen Ringe 26 bilden Wärmestrahlungsflächen und können selbstverständlich in verschie dener Weise ausgeführt werden, indem nur die Bildung einer grossen Wärmestrahlungs- fläche und einer guten Berührung mit der Leitung 14 wesentlich ist.
Der mit diesen Ringen versehene Kondensator ist der atmo sphärischen Luft ausgesetzt, die somit die Dämpfe der Absorptionsflüssigkeit konden siert, die etwaigenfalls durch das verdampfte Ammoniak mitgerissen worden sind; wobei das gebildete Kondensat durch die geneigte Leitung in den Kocher zurückfliesst.
Um, zwecks Erhöhung der Kondensationswir- kung, die Geschwindigkeit der Dämpfe in dem Teil der'Leitung 14 zu erhöhen, der von den Ringen 26 umgeben ist, sind Stauschei ben 1 und 2 (siehe Fig. 3 und 4) innerhalb der Leitung 14 vorgesehen, welche Scheiben zweckmässig auch mit Ansätzen versehen sind, die gegen die innere Fläche der Lei tung anliegen. Jede dieser Scheiben ist mit einem Loch 3 versehen, wobei die Löcher be nachbarter Scheiben abwechselnd aneinander gegenüberliegenden Seiten der Leitung an geordnet sind, so dass, wenn der Apparat zu sammengebaut ist, ein gewundener Weg für die Dämpfe gebildet wird, wodurch die Kon densationswirkung verbessert - wird.
Die Scheiben 1 und 2 sind in ihren untern Tei len mit Ausnehmuugen 4 versehen, die einen Kanal für die kondensierte, zum Kocher zu rückfliessende Absorptionsflüssigkeit bilden.
Die den obern Teil des Absorbers mit dem obern Teil des Verdampfers verbindende Lei tung 19 ist geneigt und ebenfalls als ein Kondensator für Dämpfe der Absorptions flüssigkeit ausgeführt" die etwaigenfalls durch den vom obern Teil des Absorbers zum Verdampfer strömenden Wasserstoff mitgerissen werden. Diese Leitung 19 ist mit Wärmestrahlungsflanschen 26 versehen und erstreckt sich in den Verdampfer in Form eines Spiralrohres 27. Beide diese Anordnun gen dienen zur Kondensation der Dämpfe, aber selbstverständlich kann auch nur die eine derselben allein verwendet werden. Das Rohr 27 bildet einen Kondensator zufolge der niedrigen Temperatur des umgebenden Raumes innerhalb des Verdampfers.
Wenn die Leitung 19 mit Flanschen 26 versehen ist, ist es zweckmässig, innerhalb der Lei tung strömungshemmende Mittel vorzusehen, die wie in Fig. 2 dargestellt, ausgeführt sein können.
Eine weitere Ausführungsform des Kon densators für die aus dem Kocher entwei chenden Dämpfe der Absorptionsflüssigkeit ist in Fig. 5, 6 und 7 dargestellt. Dieser Kondensator besitzt mehrere Ringe 33, die mit radial angeordneten senkrechten Flan schen versehen sind, die an den Ringen be festigt oder mit denselben in einem Stück ausgeführt sind. Die Ringe 33 sind auf einen senkrechten Teil der Leitung 14 aufgepresst oder aufgestochen. Stauscheiben 34 und 35 können wie in Fig. 6 dargestellt angewendet werden; aber häufig kann es zweckmässig sein, ihnen die in Fig. 8 dargestellte konische Form zu geben, um die Zurückströmung der Flüssigkeit zum Kocher zu erleichtern.
Abgesehen davon, dass die Wärmestrah- lungsflansehen zur Kondensation verdampf ter Absorptionsflüssigkeit dienen,, erfüllen sie auch den Zweck, den Höchstdruck im Apparate zu begrenzen. Der Höchstdruck wird selbstverständlich erreicht, wenn die Wärmezufuhr beibehalten wird, während die Kühlflüssigkeit für den Absorber und den Kondensator 15 abgestellt ist. Wenn die Zu fuhr von Kühlwasser zufälligerweise aufhört und der Kondensator 15 nicht mehr als Kon densator wirken würde, während die Ver dampfung von Ammoniak im Kocher durch die Wärmezufuhr andauert, so würde der ganze Apparat als ein Dampferzeuger von stetig steigendem Druck arbeiten. Es ist nun wünschenswert, eine Grenze für die Druck erhöhung zu haben, über welche der Druck nicht steigen kann.
Die Gesamtfläche der der Atmosphäre ausgesetzten Flanschen zu sammen mit der Oberfläche aller andern Teile des Apparates, durch welche Wärme an die Atmosphäre übergeführt wird, dienen zur Erfüllung dieses Zweckes. Zur Bestimmung der gesamten Wärmestrahlungsfläche, die hierfür erforderlich ist, kann die folgende Formel verwendet werden: Q=k. <I>Y.</I> (tl-t,2). In dieser Formel ist:
Q diejenige Wärmemenge, die dem Appa rat durch den Heizkörper 12 oder irgend eine andere Wärmequelle zugeführt wird, 1e eine Konstante, und zwar der Wärme durchgangskoeffizient, welcher für die oben angegebenen Verhältnisse bekannt ist und leicht bestimmt werden kann, Y die der Atmosphäre ausgesetzte Ober fläche des Apparates, von der ein grosser Teil durch die Oberfläche der Flanschen gebildet wird, t, die dem Druck des verdampfenden Kältemittels, in diesem Falle demjenigen des gesättigten Ammoniakes, entsprechende Tem peratur,
welcher Druck dem zulässigen Höchstdruck des Apparates entspricht, und t2 die höchste Temperatur der Atmo sphäre, -bei welcher der Apparat noch arbei ten wird.
Wenn der maximale Grenzdruck gegeben ist, kamt die Temperatur t. leicht anhand eines Dampfdiägrammes oder anderer be kannter thermodynamischer Daten berechnet werden. Wenn somit die Faktoren Q, k, t, und il bekannt sind, kann die Formel nach Y gelöst werden.
Wenn dann Y als eine be stimmte Fläche, -zum Beispiel in Quadrat zentimetern, erhalten wird, kann durch Rech nung die Zahl der erforderlichen Flanschen leicht bestimmt werden, wobei dem Teil des Apparates, der ohne solche Flanschen ist und durch welchen Wärme auch ausstrahlt, Rechnung getragen werden soll. Wenn der Apparat in solcher Weise mit der bestimm ten Anzahl von Flanschen versehen ist, kann der Druck im Apparat über den für die Lö sung der Gleichung angenommenen Druck nicht steigen. Um der Festigkeit des bei Her stellung des Apparates verwendeten Mate rials Rechnung zu tragen, kann ein Grenz- sicherheitsdruck im voraus bestimmt werden, der soweit unter der Bruchbelastung des Ma terials liegt, dass keine unzulässig hohe Drucksteigerung im Apparat eintritt.
Die in dieser Weise bestimmte Anzahl von Flanschen kann etwaigenfalls für die Kondensation der Dämpfe der Absorptions flüssigkeit unnötig gross und sogar so gross ausfallen, dass unter gewissen Verhältnissen die Ammoniakdä.mpfe teilweise schon im Kondensator der Leitung 14 kondensieren und zum Kocher zurückströmen, was natürlich einen Energieverlust bedeutet.
Um (lies zu verhindern, kann der Überschuss an Wärme stra.hlungsoberfläche über die für die Kon- densation der Dämpfe der Absorptionsflüssig keit erforderliche Grösse hinaus in Form von Flanschen 36 (Fig. 5) auf dem gegen den Kondensator 15 geneigten Teil der Leitung 14 angebracht werden. Dadurch wird erreicht, da,ss eine etwaige Kondensation von Ammo- niakdämpfen keinen Energieverlust verur sachen kann, da das kondensierte Ammoniak dem Kondensator 15 -zuströmen wird.
Die oben beschriebene Sicherheitseinrich tung ist praktisch geprüft worden, wobei es sich herausgestellt hat, dass bei einer kon stanten Wärmezufuhr und bei einer be stimmten Anzahl von Flanschen gegebener Grösse die Temperatur und der Druck auf eine gegebene Höhe steigen werden, und dass keine weitere Erhöhung möglich ist.
Ein Apparat. der beschriebenen Art wurde beispielsweise wie folgt geprüft: Der Apparat war mit keiner Isolierung versehen und wurde mit der richtigen Lö sung von Ammoniak in Wasser, sowie mit Wasserstoff bis auf einen absoluten Druck von 9 kg pro cm' gefüllt und wie gewöhn lich angelassen. Der Druck wurde mit Hilfe eines Manometers gemessen, das am Apparat während der ganzen Probe beibehalten wurde. Der Apparat arbeitete normal bei einem ab soluten Druck von 12,5 kg pro cm'. Das Kühlwasser für die den Absorber und den Kondensator umgebenden Mäntel wurde dann abgestellt, wobei der Druck bis, auf 18 kg pro cm' stieg. Es stellte sich heraus, dass die ser Druck einem Gleichgewichtszustand ent sprach.
Der Apparat wurde unter diesen Ver hältnissen durch Wärmezufuhr, aber ohne Wärmeabführung, während zwölft Stunden betrieben. Dann wurden der Kocher und der Temperaturwechsler isoliert, während der Verdampfer unisoliert beibehalten wurde. Der absolute Druck stieg dann auf 23 kg pro em2, welcher Druck einem neuen Gleichge wichtszustand entsprach. Die Temperatur stieg im Kocher bis auf 122 C und im Ver dampfer bis. auf 50 C. Die Zufuhr von elek trischem Strom wurde zu 290 Watt gemes sen.
Nachdem der Apparat in dieser Weise während zwölft Stunden gearbeitet hatte, wurde das Kühlwasser aufs neue angelassen, worauf der Apparat nach wenigen Minuten seine normale Wirkung wieder aufnahm, was dadurch festgestellt wurde, dass am Ver- dämpfer Frostbildung eintrat.
Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher Flanschen 26 an der Leitung 19 vor gesehen sind, die sich aber nicht in den Ver dampfer erstreckt. Bei dieser Ausführungs form sind die strömungshemmenden Fülh- rungsscheiben weggelassen.
Bei der in Fig. 10 dargestellten Abände rung ist die zwischen dem Absorber und dem Verdampfer sich erstreckende Leitung 19 mit einem Kühlmantel 32 versehen, der mit dem Kühlmantel 18 verbunden ist. Diese Anord= nung wirkt selbstverständlich nicht als eine druckbegrenzende Vorrichtung, sondern es wird durch Verwendung des um die Leitung 19 herum angeordneten Kühlmantels .die den Druck begrenzende Wärmestrahlungs- oberfläche ausschliesslich auf die an der Lei tung 14 angeordneten Flanschen beschränkt.
Die Wärmestrahlungsflanschen können auch an der Leitung 14 allein verwendet und alle Kühlvorrichtungen an der Leitung 19 weggelassen werden.