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Einrichtung zum Betrieb kontinuierlich arbeitender Absorptions-Kälteanlagen
Die Erfindung betrifft Einrichtungen zum Betriebkontinuierlich arbeitender Absorptions
Kälteanlagen, bei denen die flüssigen Arbeitsmittel aus den Räumen hohen Druckes
(Kocher, Kondensator) nach den Räumen niedrigen Druckes (Verdampfer, Absorber) nach
Patent 840 249 volumenmäßig hiniibergeschleust werden, und besteht im wesentlichen
darin, daß die durch äußere Betriebsverhältnisse (Änderungen der Verdampfungs- und
Kondensationstemperaturen, der Heizleistungen od. dgl.) bedingten Schwankungen in
den volumenmäßigen Umlaufmengen durch elastische Ausgestaltung der Umlaufsteuerungen
(Schleusen, Lösungsmittelpumpe) ausgeglichen werden. Bei veränderlichen äußeren
Betriebsbedingungen (Änderungen der Verdampfer- oder Kondensatortemperaturen, der
Heizleistungen od. dgl.) können zwecks Erzielung optimaler Betriebsverhältnisse
mehr oder weniger geringe Änderungen in den Verhältnissen der umlaufenden Arbeitsmittel
zueinander eintreten. Diesen Erfordernissen kann durch eine gewisse elastische -Anpassung
der einzelnen umlaufenden Arbeitsmittelmengen Rechnung getragen werden. Am einfachsten
wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß der Verdränger für die arme Lösung, die Pumpe
für die reiche Lösung und die Schleusenkammer für das verflüssigte Kältemittel für
die jeweils relativ höchstmöglichen Leistungen
ausgeführt werden,
wobei bei geringeren Umlaufmengen die überschüssigen Räume dieser Bemessungsmittel
durch Kältemitteldampf ausgefüllt werden. Die Wirtschaftlichkeit des Betriebes wird
durch diese Maßnahmen nur wenig beeinträchtigt, wie aus den bei den einzelnen Teilen
ausgeführten Zahlenbeispielen hervorgeht.
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In der Zeichnung ist in Abb. i eine Gesamtanordnung einer Anlage mit
Berieselungskocher und -absorber, in Abb.2 eine Sonderanordnung für einen überflutungskodher
gezeigt. Die in Abb. i schematisch dargestellte Anlage stimmt in allen Einzelheiten
mit der in. Abb. i des Patents 840 249 überein bis auf die zusätzlichen erfindungsgemäßen
Einrichtungen. Kocher und Absorber sind jedoch, wie gesagt, hier als Berieselungsapparate
gedacht. Auch ist hier der Vorkühler (Vk) fortgelassen. Es bedeuten hier wieder
K den Kocher, St den Steuerapparat, Vf den Verflüssiger, Vd den Verdampfer,
A den Absorber und T den Temperaturwechsler. Insbesondere stimmt der
Steuerapparat St in allen Einzelheiten mit dem in dem Patent 840 249 dargestellten
überein; es erübrigt sich daher hier eine nochmalige Darstellung dieses. Die einzelnen
Bezugszeichen aus dem Patent 840 249 sind in dieser folgenden Beschreibung in Klammern
angedeutet, während sie in den Ansprüchen mit Doppelklammern versehen sind. Für
die in der neuen Zeichnung hinzugekommenen Bezugszeichen sind zum Unterschied von
denen in dem Patent 840 249 kleine Buchstaben gewählt.
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Nach Maßgabe der Lösungsbereiche kann sich das Verhältnis der umlaufenden
armen Lösung zu dem der reichen innerhalb gewisser Grenzen ändern. Man wird daher
den Querschnitt des Verdrängerkolbens (20) für die arme Lösung so wählen, daß er
der mäximalen Fördermenge im Verhältnis zur reichen Lösung entspricht. Im Grenzfall
kann man den Verdrängerdurchmesser (20) _ dem Kolbendurchmesser (3) für die reiche
Lösung wählen. Bei geringeren Umlaufmengen armer Lösung wird, wie bereits angedeutet,
die Differenz durch mitbeförderten Dampf ausgefüllt. Die Abflußleitung für die arme
Lösung, a, mündet in dem unteren Teil des Kochers K in Höhe des zu haltenden Spiegels.
Die sich im unteren Raum des Kochers ansammelnde arme Lösung fließt über die Überlaufniündung
a, Temperaturwechsler T, Leitung c nach der Schleusenkammer (6) ab.
Da das Fördervolumen der letzteren jedoch im allgemeinen größer ist als die der
Abflußmündung b zufließende arme Lösung, so wird eine entsprechende Dampfmenge aus
dem Kocher mitgerissen.
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Es sei beispielsweise mit einer NH3-Konzentration in der reichen Lösung
von 37 0/0, für die arme Lösung von 33 % gerechnet. Für eine umlaufende N H3 Menge
von i kg ergibt sich dann ein Umlaufvolumen von v, = 18,15 1, für die arme ein solches
von 16,71. Der Volumenunterschied betrüge also prozentual (18,15-16,7) ' i oo/i
8, i 5 = 8%. `'Wählt man den Verdrängerdurchmesser (20) maximal - dem Pumpenkolbendurchmesser
(3), so würde sich mithin der mitzubefördernde Dampf zu 8 Volumprozent ergeben.
Gewichtsmäßig würden diese 8 Volumprozent Dampf frei einem Dampfdruck von 13 ata
1,15 % bezogen auf das Lösungsgewicht betragen.
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Es ist nun zu beachten, daß sich diese 8 Volumprozent auf den Zustand
beim Eintritt in den Schleusenraum (6) beziehen. Da sich die arme Lösung auf dem
Weg durch den Temperaturwechsler T abkühlt, so würde in diesem bereits eine teilweise
Absorption stattfinden, die Lösung würde sich also bereits hier unter gleichzeitiger
Wärmeentwicklung anreichern, wodurch der Betrieb sowohl leistungsmäßig als auch
wärmewirtschaftlich beeinträchtigt werden würde. Um diesen Übelstand zu vermeiden,
wird nach Abb. 1 eine besondere Dampfleitung d als Umgehungsleitung zum Temperaturwechsler
T angeordnet, die einerseits über den Lösungsspiegel im Kocher K in Höhe des zu
haltenden Flüssigkeitsspiegels, anderseits in die Leitung c für die arme Lösung
hinter dem Temperaturwechsler T, möglichst kurz vor Eintritt in die Schleusenkammer
(6) mündet. Im stationären Betrieb tritt hierbei der den Raumunterschied ausgleichende
Dampf unmittelbar durch diese Leitung d in den Schleusenraum.
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Hierbei ist ferner zu beachten, daß ohne besondere Maßnahmen die Möglichkeit
bestände, daß bei zeitweiser Überflutung der unteren Mündung der Leitung d direkt
Lösung aus dem Kocher unter Umgehung des Temperaturwechslers T über Leitung d in
den Schleusenraum übertritt. Um dies zu verhüten, mündet die Leitung d nicht unmittelbar
in der Schleusenkammer (6), sondern in einem oberhalb der Schleusenkammer (6) angeordneten
Flüssigkeitsabscheider e, dessen Dampfraum sodann an die Leitung c vor Eintritt
in die Schleusenkammer (6) anschließt. Der Flüssigkeitsabscheider ist so hoch anzuordnen,
daß eine Heberwirkung vermieden ,wird. Zunächst ist hierbei zu beachten, daß sich
in der Steigleitung d nach dem Mammutpumpenprinzip ein leichtes Flüssigkeit-Dampf-Gemisch
bildet. Außerdem findet in der Leitung d infolge Abkühlung eine Anreicherung der
Lösung statt, wodurch diese gleichfalls leichter wird. Diese Umstände sind bei der
Bestimmung der Höhenlage zu berücksichtigen. Bei genügender Höhenlage des Flüssigkeitsabscheiders
e entsteht in der Steigleitung d sodann eine stagnierende Flüssigkeitssäule, durch
die der Zusatzdampf hindurchperlt. Ein Rückfluß in den Kocher K oder ein Übertritt
in die Schleusenkammer (6) ist sodann nicht zu befürchten.
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Bezüglich des umlaufenden verflüssigten Kältemittels wäre gleichfalls
zu beachten, daß das Volumen bei schwankendem Kondensatordruck im Verhältnis zum
Dampfvolumen gleichfalls relativ schwanken kann. Das maximale Flüssigkeitsvolumen
würde bei maximalem Dampfdruck eintreten. Für diesen Zustand (maximaler Dampf-bzw.
Kondensatordruck) wäre die Schleusenkammer für die Kältemittelflüssigkeit zu bestimmen.
Auch hier wäre der Einfluß auf die Betriebsverhältnisse nur belanglos.
Es
sei mit Schwankungen der Kondensationstemperaturen zwischen 20 und 40° C gerechnet.
Damit verändert sich das Dampfvolumen pro Kilogramm N H, zwischen o,1494
und o,0833 ms oder I494 und 83.3 1. Für den ersten Grenzfall errechnet sich der
erforderliche Schleusenraum pro Liter Arbeitsraum (im Dampfzylinder) zu 0,0415,
für den zweiten Grenzfall zu 0,022 1, Differenz mithin o,oi95 1, die durch mitübergeschleusten
Dampf ausgefüllt wird. Gewicht dieser Dampfmenge = 0,1305 g gegenüber dem geschleusten
Flüssigkeitsgewicht von 13,5 g. Größte mitgeschleuste Dampfmenge mithin etwa i Gewichtsprozent.
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Der erforderliche Lösungsmittelumlauf im Verhältnis zum umlaufenden
Dampfvolumen kann sich einmal etwas ändern infolge Änderung des Kondensationsdruckes,
sodann infolge Änderung der Heizleistung und der Verdampfungstemperatur und damit
der ausnutzbaren Lösungsmittelbreite.
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Auch hier wird man die volumetrische Pumpenleistung für den maximalen
Fall, bezogen auf das umlaufende Dampfvolumen, bestimmen. Bei geringerem Flüssigkeitsumlauf
wird man auch hier die Differenz durch mitgeführten Dampf ausgleichen. Zu dem Zweck
wird man die Pumpensaugleitung f in dem Flüssigkeitsraum des Absorbers A in Höhe
des zu haltenden Flüssigkeitsspiegels im Absorber münden lassen. Bei geringerer
Umlaufmenge wird das überschüssige Pumpvolumen wieder durch Dampf ausgefüllt, der
bei vermindertem Zufluß im Absorber mit übergesaugt wird. Die fv`berlaufmündung
g wird in der Höhenlage verstellbar ausgeführt, z. B. durch Verschraubungen od.
dgl., wodurch der Flüssigkeitsvorrat im Absorber und damit die Umlaufmenge verändert
werden kann, sei es von Hand oder automatisch durch irgendwelche Betriebsgrößen
(Temperaturen, Drücke od. dgl.). Diese Veränderung des Flüssigkeitsvorrats bzw.
der Umlaufmenge kann auch durch einen in den Flüssigkeitsraum ragenden bzw. einschiebbaren
Verdränger oder durch ähnliche Maßnahmen erreicht werden.
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Die hierbei mitgesaugten Dampfvolumen dürften sich in der Größenordnung
wie bei der armen Lösung bewegen. Gewichtsmäßig werden sie insofern günstiger, als
hier der mitgesaugte Dampf nur unter dem niedrigen Absorberdruck steht. Eine etwaige
Nachabsorption in der Leitung f würde sich nur günstig auswirken können.
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Die der Pumpe durch Leitung f zufließende reiche Lösung wird durch
Pumpenkolben (3) über Druckleitung le nach dem. Temperaturwechsler T
gedrückt
und gelangt aus diesem über Einspritzleitung i in den Kocher.
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Durch die obigen Maßnahmen (verstellbarer Überlauf g, Verdränger od.
dgl.) kann mithin die Umlaufmenge verändert werden. Der hierdurch veränderte Flüssigkeitsvorrat
im Absorber stellt hierbei eine Lösungsreserve dar. Ähnliche Maßnahmen sind für
etwaige Veränderungen der Lösungskonzentrationen bzw. der Lösungsbreite erforderlich.
Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, daß unterhalb des Verflüssigers Vf ein
Speicherbehälter k für verflüssigtes Kältemittel angeordnet wird, in dem sich das
verflüssigte Kältemittel aus dem Verflüssiger Vf ansammelt. In diesen Flüssigkeitsvorrat
taucht wieder bis zur Höhe des zu haltenden Flüssigkeitsspiegels eine Überlaufmündung
1, über die im stationären Betriebszustand das im Verflüssiger verflüssigte Kältemittel
über Leitntng m der Schleusenkammer (19) zufließt und aus dieser über Leitung n
dem Verdampfer Vd. Soll in dem Kältemittelumlauf eine Änderung vorgenommen werden,
so muß die Überlaufmündung l im Speicherbehälter k in ihrer Höhenlage verändert
werden, z. B. nach der Zeichnung durch einen schräg gelagerten schwenkbaren Überlaufarm,
durch eine Verschraubung od. dgl. Durch diese Maßnahmen kann also Kältemittelflüssigkeit
aus dem Speicher k dem Umlauf zugeführt oder abgezapft werden. Auch hier kann diese
Veränderung der umlaufenden Kältemittelmenge statt durch einen verstellbaren Überlauf
durch einen Verdränger ersetzt werden.
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In Abb. i ist ein Kocher K mit einer Berieselungsvorrichtung angenommen,
bei dem sich die arme Lösung im unteren Teil ansammelt, von wo sie ohne weiteres
in der beschriebenen Weise nach der Schleusenkammer (6) abfließen kann. Bei überfluteten
Verdampfern nach Abb. 2 wird iu Höhe des im Kocher zu haltenden Flüssigkeitsspiegels
ein besonderer Überlauf o angeordnet, der durch die Dampfleitung p mit dem Dampfraum
des Kochers K verbunden ist. Der Flüssigkeitsspiegel in o 'kommuniziert also mit
dem im Kocher. d deutet wieder die zum Flüssigkeitsabscheider e hochführende Dampfleitung
an.