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Periodische Absorptionskältemasehine.
Die Erfindung betrifft eine periodische Absorptionskältemaschine mit einer in einer in sich geschlossenen Leitung umlaufenden Flüssigkeit, die mit dem Kocherabsorber in Wärmeaustausch steht. Das Wesen der Erfindung besteht dalin, dass diese Hilfsflüssigkeit eine leicht siedende ist und in der in sich geschlossenen Leitung eine Heizvorrichtung zum Erhitzen der Hilfsflüssigkeit sowie ein Kondensator zur Kondensation der verdampften Hilfsflüssigkeit vorgesehen ist, derart, dass die Hilfsflüssigkeit während der Erwärmungsperiode durch die Heizvorrichtung verdampft und auf dem Kocherabsorber unter Abgabe latenter Wärme kondensiert wird, und während der Kühlperiode durch den Kocherabsorber unter Aufnahme latenter Wärme verdampft und ausser Berührung mit letzterem durch den Kondensator kondensiert wird.
Es wird dadurch erreicht, dass die Temperatur in dem von dem Kältemittel gekühlten Raum praktisch konstant gehalten wird, wobei der Wärmeverbrauch auf ein Mindestmass herabgedrückt wird, und die Druckunterschiede der Dämpfe der leicht siedenden Flüssigkeit und des Kältemittels in mässigen Grenzen gehalten werden. Ausserdem werden Verluste von leicht siedender Flüssigkeit und Kältemittel hintangehalten. Der Betrieb ist somit ein durchaus zuverlässiger, gleichmässiger und sparsamer.
Auf der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise veranschaulicht.
Fig. 1 stellt schematisch eine Kältemaschine gemäss der Erfindung dar. Fig. 2 gibt eine graphische Darstellung der Arbeitsweise der Kältemaschine, Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch den Kondensator.
Der Kocherabsorber 58 ist in Fig. 1 durch ein Rohr 60 mit dem Kondensator 56 verbunden. Dieser wird durch eine Rohrschlange 62 gekühlt und ist durch eine Leitung 64 mit dem Verdampfer 52 verbunden, der den Kühlraum 54 kühlt. Die Anordnung der Fig. 1 ist rein schematisch. In der Praxis liegt der Kondensator über dem Niveau des Kocherabsorbers und der Verdampfer über dem Niveau des Kondensators.
Der Kocherabsorber wird sowohl erhitzt als auch gekühlt durch eine leicht siedende Flüssigkeit, z. B. Äthylehlorid. Diese beschreibt einen in sich geschlossenen Kreislauf zwischen dem Mantel 70, der bis zu dem Niveau 72 gefüllt werden kann, und dem Kondensator 74. Letzterer wird durch eine Rohr-
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ableitung 80 verbunden.
Soll der Kocherabsorber geheizt werden, so wird der Brenner 82 angezündet und das Ventil 84 in der Ventilkammer 86 geschlossen, die die Verbindung zwischen den Leitungen 76 und 78 herstellt.
Infolgedessen verdampft schnell eine genügende Menge der leicht siedenden Flüssigkeit im Mantel 70, um den grössten Teil der Flüssigkeit durch die Leitung 80 in den Kondensator 74 zu drücken, wobei sich das Niveau der Flüssigkeit bis 88 erniedrigt. Die weiter verdampfte Flüssigkeit wird nun an dem Kocherabsorber 58 kondensiert, wobei dieser erhitzt wird. Soll der Kocherabsorber gekühlt werden, so wird der Brenner abgestellt und das Ventil 84 geöffnet. Der Dampf in dem Mantel 70 strömt dann in den Kondensator 74, und die vorher in dem Kondensator enthaltene Flüssigkeit läuft in den Mantel 70 ab und überflutet den Kocherabsorber. Der heisse Kocherabsorber verdampft die leicht siedende Flüssigkeit, der Dampf wird in dem Kondensator 74 kondensiert und kehrt als Flüssigkeit durch das Rohr 80 zurück.
Zwecks Regelung der Kältemaschine sind folgende Einrichtungen vorgesehen : Das Kühlwasser läuft durch die Kondensatorrohrschlangen 62 und 90, die durch eine Leitung 92 verbunden sind. In
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sich gegen die Spannung einer Feder 120 entsprechend dem Druekweehsel in dem Gehäuse 86 ausdehnen und zusammenziehen. Durch Ausdehnung des Dichtungsbalges 112 wird der Hebel 114 niedergedrückt, so dass er einen Arm 121 anhebt und das Unterdruckunterbrechungsventil 124 von seinem Sitz 126 abhebt. Durch Zusammenziehung des Balges wird der Arm 114 angehoben, so dass das Unterdruckventil sich schliessen kann.
Die Gaszuführung zu dem Brenner wird durch ein Ventil 130 geregelt, das an einem Balg 132 befestigt ist, dessen Innenraum mit der Unterdruckleitung 98 verbunden ist. Diese enthält eine Höchst- temperatursicherheitsleitung 136, deren Ende für gewöhnlich durch einen Schmelzpfropfen-1O ver- schlossen ist, der sich in einem Behälter am Dampfmantel 70 des Kocherabsorbers befindet.
Ein Ventilgehäuse 142 mit einem Drosselventil 144 ist in die Kühlwasserleitung 92 eingebaut.
Das Ventil wird durch eine Feder 152 geöffnet und durch einen Hebel 146 geschlossen. Dieser wird durch einen Balg 156 betätigt, der mit der Kältemittelleitung 64 durch eine Leitung 158 verbunden ist.
Die Arbeitsweise der Kältemaschine ist die folgende : Zum Ingangsetzen der Maschine wird die Hilfsflamme 134 angezündet und das Wasserventil in der Leitung 92 geöffnet. Zu dieser Zeit ist der Kocherabsorber mit Ammoniak gesättigt und die Verdampferrohre 68 sind mit flüssigem Ammoniak gefüllt. Der Druck in dem Dampfmantel 70 ist niedrig, daher ist der Balg 112 zusammengedrückt und das Unterdruckventil 124 geschlossen. Der durch den Strom des Kühlwassers hergestellte Unterdruck drückt den Balg 100 zusammen, daher wird das Dampfventil 84 geschlossen ; gleichzeitig wird der Balg 132 zusammengedrückt und hiedurch Gas zu dem Brenner 82 geleitet. Der Kocherabsorber wird daher geheizt.
Fig. 2 zeigt die Zustandsbedingungen der Maschine während eines Arbeitsprozesses für Äthylchlorid als Hilfsflüssigkeit, Strontiumchlorid als Absorptionsmittel und Ammoniak als Kältemittel.
Die Abszissen stellen die Zeit und die Ordinaten den Druck in Kilogramm je Quadratzentimeter dar, mit Ausnahme der Raumtemperatur, für diese stellen die Ordinaten Grade in Celsius dar.
Sobald die Heizung beginnt, wächst der Druck des Äthylchloüds schnell an, wie aus dem Abschnitt 400-402 der Dampfkurve zu entnehmen ist. Das Strontiumchlorid wird schnell mit dem Äthylchlorid erhitzt, und sein Druck steigt an, wie aus demAbschnitt 406-408 der Kältemittelkurve zu ersehen ist. In 408 beginnt das Strontiumchlorid Ammoniak abzugeben. Dieses wird im Kondensator 56 fortlaufend durch das Kühlwasser verflüssigt. Hiedurch wird ein wesentlich konstanter Druck in dem Ammoniakkreise aufrechterhalten, was aus dem Abschnitt 408-410 der Kältemittelkurve hervorgeht.
Da die Austreibungswärme für das Ammoniak fortlaufend dem Äthylchlorid entnommen wird, sucht letzteres bei einem konstanten Drucke zu bleiben, wie es bei 402-412 der Dampfkurve dargestellt ist. Im Punkte 410 ist im wesentlichen das gesamte Ammoniak, das bei dieser Temperatur und diesem Diuek ausgetrieben werden kann,. abgegeben worden. Daher hört die Entwicklung von Ammoniak auf und der Dluek desÄthylchlorids steigt plötzlich an, wie aus demAbschnitt412-414 derDampfkurve ersicht- lich ist.
Dieser Druck wirkt auf den an der Ventilkammer 86 angeordneten Balg 112, und es wird daher die Feder 120 unter eine Spannung gesetzt, die einem Druck von ungefähr 12 Atm. in der geschlossenen Leitung für die leicht siedende Flüssigkeit (Äthylehlorid) entspricht. Dieses Dluckmaximum wird durch den Punkt 414 dargestellt. Sobald dieser Druck erreicht ist, hat sich der Balg 112 hinreichend ausgedehnt, so dass das Unterdruckventil 124 sich öffnet, wodurch das Gasventil 130 sich schliesst und das Dampf-
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durch das kalte Wasser in der Rohrschlange 90 kondensiert, sein Druck sinkt schnell, was aus dem Ab- schnitt 414-418 der Dampfkurve ersichtlich ist.
In ähnlicher Weise setzt das plötzliche Eintauchen des Koeherabsorbers in die kalte Flüssigkeit den Druck des Ammoniaks herab, was aus 416-420 der Kältemittelkurve zu entnehmen ist. Bei dem durch 420 dargestellten niedrigen Druck absorbiert das Strontiumchloüd Ammoniak, wobei in bekannter Weise Kälte. entsteht. Die latente Absorptionswälme des Ammoniaks wird durch das Äthylchlorid entfernt, das fortlaufend auf dem Mantel 58 verdampft und in der Kammer 74 kondensiert wird. Die Abkühlung bzw. Kälteerzeugung wird bei im wesentlichen konstanter.
Temperatur durchgeführt, wie aus 420-422 der Kältemittelkurve hervorgeht, da der Balg 156 das Wasserventil 144 entsprechend der Temperatur des Verdampfers einstellt, das den Zufluss des kalten Wassers regelt, um eine Absorptionsgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten, die genau dem Kältebedarf entspricht, oder der Balg schliesst das Ventil, um den Apparat. stillzusetzen, wenn keine Kälteentwicklung erforderlich ist.
Die Unterdruckleitung hat eine verengte Öffnung 166, die für gewöhnlich durch ein gewichts- belastetes Absperrventil 170 verschlossen ist. Die Grösse der Öffnung und das Gewicht des Ventils sind so bemessen, dass das Ventil sich erst öffnet, wenn ein hinreichend niedriger Druck durch die Wasser-
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strahlpumpe erzeugt wird, so dass die Bälge 100 und 132 zusammengedrückt werden. Die Luft kann dann nicht schnell genug nachdringen, um das Vakuum zu zerstören, das zum Halten der beiden Bälge in zusammengedrücktem Zustande erforderlich ist.
Diese Anordnung dient dazu, eine kleine Luftmenge in die Strahlpumpenkammer 94 einzulassen, damit die Luft ununterbrochen aus der Kammer durch die
Strahlpumpe entfernt werden kann und um bieduich die Strahlpumpe in genügender Tätigkeit und den Hals geschlossen zu halten.
Das Ventil, das die konstante Temperatur im Kühlschrank aufrechterhalten soll, kann durch
Regelung der Spannung der Hilfsfeder 160 mittels einer handbetätigten Daumenscheibe 162 eingestellt werden, wodurch dem Zusammendrücken des Balges 156 entgegengewirkt wird.
Wenn der Druck des Äthylehlorids sinkt, so drückt die Feder 120 allmählich den Balg 112 zu- sammen. Nachdem das Absorptionsmittel vollständig mit Ammoniak gesättigt ist, wird keine weitere
Wärme auf das Äthylchlorid übertragen. Sein Druck sinkt daher allmählich, wie durch 424-426 auf der Dampfkurve angedeutet ist. Erreicht der Druck den Punkt 426, so hat die Feder 120 den Balg 112 genügend zusammengedrückt, um das Unterdruckventil 124 zu schliessen. Es beginnt nun eine neue Anheizperiode. Das beschriebene Spiel wiederholt sich selbsttätig. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, sind die Drücke des Äthylchlorids und des Ammoniaks stets fast gleich, was durch die Kombination von Äthyl- ehlorid, Strontiumchloüd und Ammoniak erzielt wird.
Dies hat den Vorteil, einseitige Beanspruchungen des Mantels des Kocherabsorbers zu vermeiden.
Sollte der Koeheiabsorber aus irgendeinem Grunde überhitzt werden, z. B. infolge Entweichens von Äthylchlorid aus der in sich geschlossenen Leitung, so schmilzt der Schmelzpfropfen 140, zerstört den Unterdruck und schaltet den Brenner ab, bevor die Temperatur eine schädliche Höhe erreicht.
Es hängt also die Heizung der Kältemaschine vollständig von dem Vorhandensein eines Unterdruekes ab. Dieser wiederum ist von einem vorbestimmten Durchfluss des Kühlwassers und dem unversehrten Zustand der Leitung abhängig. Wenn daher Kühlwasser nicht in hinreichender Menge durchfliesst, um das Ammoniak zu kondensieren oder zu verflüssigen, kann der Brenner nicht entzündet werden.
Ferner wird ein Bruch, eine Undichtigkeit oder ein Versagen eines Teiles der Leitung den Unterdruck zerstören und ein Arbeiten des Apparates verhindern.
In Fig. 1 sind der Kondensator 74 für den Dampf der leicht siedenden Flüssigkeit und der Kaltemittelkondensator 56 getrennt dargestellt, um die Beschreibung der Anlage zu vereinfachen. Im praktischen Betriebe sind aber beide zusammengebaut. Nach Fig. 3 schliesst eine Trommel 01Q alle Kondensatorteile ein und bildet gleichzeitig den Kondensator CM für die leicht siedende Flüssigkeit entsprechend'/4 in Fig. l. Dieser Kondensator besitzt einen Einlass C 16 und einen Auslass. In der Kondensatorkammer ist eine Wasserumlaufschlange C 24 angeordnet, die zwischen einem Einlass-und einen Auslasskanal C 22 bzw. C 2. 3 eingeschaltet ist. Diese Rohrschlange entspricht den beiden Schlagen 62 und 90 der Fig. 1.
Die Windungen der Schlange befinden sich im Abstand voneinander und nehmen die Windungen einer ähnlichen schraubenförmigen Schlange C34 zwischen sich auf. Diese ist zwischen dem Kältemittel- einlass und dem Kältemittelauslass, der mit einem Abschlussventil C 44 versehen ist, eingeschaltet. Diese Schlange entspricht der Kammer 56 in Fig. 1. Die Schlagen C 24 und C 34 sind zwecks guten Wärmeaustausches vorzugsweise zusammengelötet.
Das Ventil C44 besteht aus einem kappenförmigen Körper C45 mit einem Einlasskanal C46 ; dieser ist mit einem deformierbaren rohrförmigen Ventilsitz C48 versehen. Am unteren Ende des Körpers 045 ist eine kappenförmige Membran C50 angeschweisst, die in der Mitte eine kugelförmige Ausbauchung C 51 besitzt ; diese kann auf den Sitz C 48 durch einen Pfropfen C 52 und eine Schraube C54 gedrückt werden, die in den Deckel 056 geschraubt ist. Dieser ist an die Kappe 044 mit der Membran angeschweisst. Der Ventilkörper hat einen Auslass C 58, der zur Verdampfelleitung führt.
Die biegsame Membran und der rohrförmige Ventilsitz sind aus einem Material hergestellt, das eine bestimmte, aber geringe Elastizität und eine verhältnismässig hohe Plastizität besitzt. Der Sitz kann sich daher deformieren und jeder Unregelmässigkeit der Form der Membran anpassen. Dies ermög- licht einen genauen Sitz der Membran bei einem geringen Drucke.
An dem gegenüberliegenden Ende des Kondensators kann ein ähnliches Ventil C 60 für den Einlass vorgesehen werden. Der ganze Kondensator kann von einer Filzisolation C 66 und einem äusseren Ge- häuse C68 mit Endkappen C72 umschlossen sein.
Der Kondensator gemäss Fig. 3 hat den Vorteil, dass er sich von selbst von flüssigem Ammoniak am Ende der Heizperiode entleert und das gesamte Ammoniak in den Verdampfer drückt. In dem Augenblick, in dem das Dampfventil 84 geöffnet wird, wird die Kondensatorrohrschlange C 34 mit dem letzten Rest von Ammoniak aus dem Kocherabsorber gefüllt. Wenn nun der heisse Äthylchloriddampf in die Kammer C 12 eintritt, erhitzt er das Ammoniak in der Sehlange C 34, ein Teil der Flüssigkeit verdampft und ihr Druck steigt (wie es durch den Abschnitt 410-416 der Kältemittelkurve dargestellt ist) auf eine genügende Höhe, so dass die übrige Flüssigkeit nach oben in den Verdampfer gedrückt wird.
Dies erfolgt unter Bildung von kapillaien Säulchen in der Schlange C34 und in der Leitung 64, weshalb der Querschnitt dieser Rohre hinreichend klein gewählt werden muss.