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Wirkungsweise einer Absorptions - Kältemaschine

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Absorptions-
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Nach der Entwicklung der Kompressionsmaschine geriet die Absorptionsmaschine in Europa ins Hintertreffen, bis der Berliner Kälteingenieur Rudolf Habermann mit dem Einsatz des Gegenstromprinzips zu einem neuen wirtschaftlichen Durchbruch verhalf. In der Eisfabriken der Norddeutschen Eiswerke waren zunächst Absortionsmaschinen im Einsatz.
Rudolf Habermann wurde gegen 1910 Direktor der Norddeutschen Eiswerke.

Das Wesen der Absorptionsmaschine



Aus: Die Eis u. Kühlmaschinen F. W. Hoffmann, II. Auflage, Halle 1921

Die Absorptionsmaschine wird recht oft von Fachleuten, die noch nicht mit ihr gearbeitet haben, als etwas Kompliziertes und Mysteriöses betrachtet, der man gerne aus dem Wege geht.
Und doch ist ihre Arbeitsweise und ihr Betrieb sehr einfach und erklärlich, wenn man den physikalischen Prozeß im Betrieb nur genauer verfolgt.

Schema einer Absorptionskältemaschine
Schema einer Absorptionskältemaschine


Die ganze Absorptionsmaschine setzt sich aus folgenden Organen zusammen, in welchen die einzelnen Perioden des Kälteerzeugungsprozesses vor sich gehen:


Am verständlichsten wird das Wesen einer Absorptionsmaschine, wenn man sie mit einer gewöhlichen Dampfanlage vergleicht.

Der Kocher A mit dem turmartigen Aufbau des Rektifizierapparats B ist mit dem Dampfkessel zu vergleichen, in welchen statt des Kohlenfeuers Dampf als Heizmittel benutzt und Ammoniakgas anstatt Wasserdampf erteugt wird. Die Flüssigkeitspumpe P ist wiederum als Speisepumpe zu betrachten, welche dem Kocher A die zur Gasbildung nötige Flüssigkeit zuführt.

Ferner entspricht der Temperaturwechsler G dem Wesen eines Vorwärmers.

In ihm streicht die aus dem Kocher kommende arme, aber heiße Lösung im Gegenstrom an der vom Absorber F und der Flüssigkeitspumpe P gesättigten, reichen aber kalten Lösung vorüber.
Letztere wird dadurch stark angewärmt in den Kocher gelangen, während die arme aber heiße Lösung stark abgekühlt in den Absorber tritt.

Sie ist nun im kalten Zustand wieder fähig, sich mit dem aus dem Verdampfer kommenden Dämpfen zu vereinigen.

Das Absorptionsgefäß oder kurz Absorber F hat nun den selben Zweck wie der Kompressor einer Kompressionsmaschine, in dem er die aus dem Verdampfer kommenden Ammoniakdämpfe, fortleitet.

Wasser und Ammoniakdämpfe besitzen große Neigung, sich zu verbinden, und auf ihrer Affinität oder Verwandschaft beruht die Wirkung des Absorbers.

Je kälter die arme Lösung also das Ammoniakwasser je mehr Ammoniakgas kann es aufnehmen absorbieren.

Es ist dadurch die Absorption oder Verschlucken eine momentane, wodurch im Gefäß ein Vakuum entsteht, welche wiederum frische Dämpfe aus dem Verdampfer an sich reißt.

Zur Erhöhung der Wirkung des Absorbers der besseren Abkühlung der Flüssigkeit hat man noch das vom Kondensator abfließende Kühlwasser in geschlossener Rohrschlange durch den selben geleitet.
Senssenbrenner ordnet ihm gar über dem Rieselkondensator an, so daß das Kühlwasser ihn zuerst berieselt (siehe Figur 71a).

Abdampf Kaltmaschine System Senssenbrenner
„Abdamos" Abdampf Kaltmaschine System Senssenbrenner

Durch die Vereinigung der Ammoniakkaltdämpfe mit der wässrigen armen Lösung entsteht eine reichgesättigte Lösung, welche nun wieder von der Flüssigkeitspumpe durch den Temperaturwechsler nach dem Destilierkessel (Kocher) gedrückt wird, um von hier aus den Kreisprozeß von neuem zu beginnen.


Die Kältemaschinen und ihre Anlagen, vierte Auflage, Georg Göttsche , Hamburg 1910

B. Die Absorptionsmaschinen.



Die Absorptions Kältemaschinen haben grösseren Anspruch auf Beachtung.

Das frühere schwache Interesse für dieses System ist in neuerer Zeit wieder sehr gehoben.

Bei den Absorptionsmaschinen werden kondensierbare Dämpfe als Kältemedium verwendet und zwar fast ausschließlich Dämpfe von Ammoniak (NH3).

Das Ammoniak ist wegen seiner Eigenschaft, von Wasser gut absorbiert zu werden und durch Wärmezufuhr wieder leicht austreibbar zu sein, besonders für diese Zwecke geeignet.

Die Maschinen brauchen meist nur ein geringen motorischen Antrieb und werden durch Kohle, heisses Wasser oder Dampf geheizt.

Das G r u n d p r i n z i p, auf welchem die Konstruktion der Absorptions Kältemaschinen beruht, ist nun kurz folgendes:

Aus Salmiakgeist, d. (as) i. (st) eine käufliche Lösung von Ammoniak, wird durch Erhitzen das Ammoniak in Dampfform ausgetrieben.

Die NH3-Dämpfe werden mit Hilfe von Wasser in einem Oberflächen Kondensationsapparat unter ihrem eigenem Druck in den flüssigen Zustand überführt und dieses kondensierte NH3 schnell verdampfen gelassen, wobei es grösse Wärmemengen aus seiner Umgebung bindet, also Kälte erzeugt.

Diese NH3 Dämpfe werden alsdann wieder von der ursprünglichen Lösungsflüssigkeit absorbiert, nachdem diese vorher abgekühlt worden ist, um dann wieder mit Hitze ausgetrieben zu werden; dieser Kreisprozess wiederholt sich immer wieder von neuem.


.... Mit Hilfe des in Fig. 92 dargestellten Schemas soll das der Carrè'schen Absorptionsmaschine zugrunde liegende Prinzip näher erläutert werden.

Ein geschlossenes zylindrisches Gefäss, der Kocher K, ist bis zu 2/3 seines Inhalts mit starkem Salmiakgeist von zirka 0,88 spez. Gewicht gefüllt.

In denselben liegt eine Dampfschlange, in welche unten Heizdampf eintritt.

Durch die Erwärmung scheidet sich das Ammoniak dampfförmig aus und sammelt sich in dem domartig ausgebildeten oberen Teil des Kochers K an.

Hier werden die NH3 Dämpfe um so mehr gespannt, je mehr bei zunehmender Erwärmung die Dampfentwicklung den Abzug der Dämpfe nach dem Kondensator C übersteigt. - Da das spezifische Gewicht des im Kocher zurückgeblieben Salmiakgeistes um so grösser wird, je ärmer dieser an Ammoniak wird, so sammelt sich in demselben während des Ganges der Maschine die schwere Lösung unten an.

Der schwere NH3- Dampf wird in einer dünnen Rohrschlange, die in dem Kondensator C von Kühlwasser umspült wird, verflüssigt, und das entstandene flüssige NH3 nach dem Verdampfer V gelassen.

Dieser letztere enthält, ähnlich dem Kondensator, eine Rohrschlange, welches von einer Salzwasserlösung umgeben ist.

Während nun innerhalb dieser Schlange das flüssige NH3 verdampft, entzieht es die hierzu erforderliche Wärmemenge der umgebenden Salzlösung, wodurch letztere stark gekühlt und zur Kühlung von Räumen oder zur Eiserzeugung Verwendung finden kann.

Schema einer Absorptionsmaschine
Schema einer Absorptionsmaschine


Nach dem Verlassen der Verdampferschlange tritt der expandierte NH3-Dampf in den Absorber E oben ein, in welchem geringerer Druck herrscht als im Kondensator.

Während die Ammoniakdämpfe diesen Absorber betreten, spielt sich nun folgernder Vorgang ab:

Durch den in dem Kocher K herrschenden hohen Druck wird die schwächere Salmiakgeistlösung unten aus demselben heraus und in der Fig.92 angedeuten Richtung durch das Gefäss W in den Absorptionskessel E gedrückt.

In letzerem vereinigen sich nun der NH3-Dampf und die schwache Salmiakgeistlösung zu der ursprünglichen reicheren Lösung.
Diese erneuerte Lösung wird aber mit Hilfe einer Rohrschlange, durch welches das Kühlwasser fliesst, ehe es nach dem Kondensator kommt, ständig abgekühlt.

Eine kleine Speisepumpe P saugt die Salmiaklösung an, um sie dann in den Kocher K zu drücken, damit der Kreislauf wieder von neuem beginnen kann;
jedoch passiert die Salmiakgeistlösung vorher noch das Temperaturwechsel-Gefäss W, in welchem sich demnach die warme , aus dem Kocher K kommende schwache Lösung, welche im Absorber E abgekühlt werden muss, und die ammoniakreiche, aber kalt aus dem Absorber kommende Lösung, die im Kessel K wieder erwärmt wird, begegnen.

Dadurch findet natürlich, ohne das die Lösungen sich mischen ein Temperaturaustausch statt, welcher möglichst vollkommen zu geschehen hat; er bildet einen wichtigen Faktor des Wirkungsgrades der Maschine.


Absorptionsmaschine System Carre
Schema einer Absorptionsmaschine System Carrè



In der heutigen Zeit finden Absorptionskälteanlagen in der Klimatisierung von Gebäuden einen wichtiges Einsatzgebiet


Absorptionskältemaschinen bei Wikipedia

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