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Kontinuierlich arbeitender Absorptionskälteapparat.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Haushaltskühlschrank mit kontinuierlich mit Hilfsgas arbeitendem Absorptionskälteapparat mit luftgekühltem, als Rohrschlange ausgebildetem Absorber.
Die Erfindung bezweckt, bei derartigen Apparaten, bei denen der Umlauf des Hilfsgases durch Schweredifferenzen zustande kommt und bei denen die Absorptionslösung über die Fallhöhe des Absorbers durch eine Gasblasenpumpe gefördert wird, die Herstellung und die Wirkungsweise des Absorbers zu vereinfachen und zu verbilligen.
Es ist bereits bekannt, den Absorber derartiger Absorptionskälteapparate als eine einfache Rohrschlinge mit Kühlrippen auszubilden. Da aber derartige Apparate, um vollständig dicht zu halten, durch Zusammenschweissen hergestellt werden, ist das Anbringen von Kühlrippen auf derartigen Absorberrohrsehlangen schwierig und kostspielig.
Es wurde bereits vorgeschlagen, bei einer besonderen Art von wärmebetriebenen, mit Hilfsgas arbeitenden Kälteapparaten, die ohne jede Pumpe für den Flüssigkeitsumlauf arbeiten, bei denen vielmehr Absorptionsmittel verdampft und bei seiner Kondensation gleichzeitig die Absorption der im Verdampfer verdampften Kältemitteldämpfe übernimmt, den wesentlichen Teil der bei der Absorption des Kältemittels frei werdenden Wärme an eine Rektifikationssäule zu übertragen. Bei diesen Apparaten ist der Kondensator-Absorber kühlflanschenlos ausgebildet, da er die ausfallende Wärme eben an die Rektifikationssäule, nicht aber an Kühlluft abgeben soll. Ein Versehen dieses Kondensator-Absorbers mit Kühlrippen würde den Wirkungsgrad wesentlich verschlechtern, weil die erwünschte Wärmeübertragung an die Rektifikationssäule dadurch vermindert würde.
Ferner handelt es sich hiebei um Kälteapparate, bei denen stets Gleichgewicht zwischen den drei Arbeitsmitteln vorhanden ist, so dass der Partialdruck des Kältemittels stets den der jeweiligen Temperatur entsprechenden Betrag hat und somit stets der niedrigstmögliche ist, was sich in der Praxis bei Kälteapparaten, die in Flüssigkeit absorbieren, kaum erreichen lässt. Jedoch ist der Energieverbrauch dieser bekannten Apparate wegen der Schwierigkeit des Zurückgewinnen der Verdampfungswärme des dritten Stoffes so gross, dass ein Betrieb nur mit den billigsten Energiearten in Frage käme.
Absorptionskälteapparate, bei denen die Absorptionslösung in einen den Absorber durchrieselnden Strom gefördert wird, weisen in bezug auf das Gleichgewicht der drei Stoffe andere wesentlich schwieriger Verhältnisse auf.
Es wurde ferner vorgeschlagen, in Kälteapparaten mit Hilfsgas kühlflanschenlose Absorber zu verwenden, wenn diese Apparate den Umlauf des Hilfsgases durch Düsen oder sonstige besondere den Umlauf beschleunigende Mittel bewirken. Bewirkt man den Gasumlauf in derartigen Apparaten durch eine Düse, so erhält man beliebig grosse Geschwindigkeiten des Gases durch den Absorber, daher eine gute Absorptionsfähigkeit und eine gute Wärmeabgabe an die Rohrwandung. Man erhält aber die sehr wesentlichen Nachteile des Verlustes des Düsendampfes sowie der wegen der erhöhten Geschwindigkeit vergrösserten Gastemperaturwechslerverluste. Ausserdem arbeitet die Maschine gemäss diesem Vorschlag mit besonders weiten Absorberrohren, wodurch praktisch grosse Kühlflächen erreicht werden, die wieder
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Dies ergibt wieder den Nachteil, dass besonders viele Schweissstellen zum Aufbau des Absorbers erforderlich sind, was die Herstellungskosten wesentlich erhöht.
Es ist ferner eine Ausführungsform bekanntgeworden, die gleichfalls mit Düsenwirkung arbeitet und bei welcher der Flüssigkeitsumlauf mit Hilfe einer Druckpumpe erfolgt. Durch eine Druckpumpe
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ist es im allgemeinen möglich, eine beliebig grosse Fallhöhe im Absorber zu erreichen. Je grösser die Fallhöhe im Absorber, um so leichter ist es, die erforderlichen Kühlflächen im Absorber zu schaffen.
Nachweislich hat aber die Gasblasenpumpe eine praktisch beschränkte Förderhöhe bei der erforderlichen Fördermenge, so dass man bei Benutzung einer Gasblasenpumpe die Fallhöhe des Absorbers nicht beliebig vergrössern kann. Dafür aber arbeitet die Gasblasenpumpe unter allen Verhältnissen gleichmässig, wogegen die Druckpumpe schon bei geringem Schiefstehen des Apparates wegen Veränderung der Reaktionssäule einen ungleichmässigen Gang ergibt. Ferner haben die Druckpumpen den Nachteil, dass sie eine grosse Bauhöhe des Apparates ergeben, die den Einbau derartiger Apparate in Haushalts- kühlschränke praktisch unmöglich macht, da die Apparate mit bestimmten Teilen die übliche Schrankhöhe überragen müssen.
Es ist endlich vorgeschlagen worden, kühlflansehenlose Absorber zu benutzen und die erforderliche Kühlfläche dadurch zu erreichen, dass mehrere Absorberschlingen in Parallelschaltung die Absorption übernehmen sollen. Auch hiebei ist es verhältnismässig einfach, die erforderliche Grösse der Kühlfläche zu schaffen. Diese Apparate haben jedoch den Nachteil, dass es einmal praktisch nahezu unmöglich ist, eine gleichmässige Verteilung der Absorptionslösung durch eine Mehrzahl paralleler Absorberschlingen zu erreichen, insbesondere bei Haushaltskühlsehränken, die in der Praxis nicht mit der Wasserwaage eingeregelt werden können.
Eine geringe Änderung der Zugluft, die eine der Absorptionsschlingen trifft, ergibt ferner notwendig Störungen des Gasumlaufes, weil die Gassäulen in den Absorberrohren bei verschiedener Auswaschung verschiedene Gewichte erhalten, was sich bei der Parallelschaltung störend bemerkbar macht.
Demgegenüber besteht die Erfindung darin, dass bei einem Haushaltskühlsehrank mit kontinuierlich arbeitendem Absorptionskälteapparat, bei dem ein druckausgleichendes Gas durch Schweredifferenzen der Gassäulen zwischen einem Verdampfer und einem luftgekühlten Absorber und Absorp- tionslösung mittels einer Gasblasenpumpe zwischen einem Kocher und einem Absorber umgewälzt wird, ein kühlrippenloser, schlingenförmiger Absorber verwendet wird, dessen Rohrmaterial so geringen
Querschnitt hat, dass es auf einer Wickelmaschine gewickelt werden kann.
Es hat sich dabei herausgestellt, dass die Verwendung derart enger Rohre wider Erwarten die Absorptionsfähigkeit des Absorbers ausserordentlich erhöht, so dass man bei Verwendung engerer Rohre als bisher (also Materialersparnis) und Fortlassen der bisher üblichen Kühlrippen (also Material-und Arbeitsersparnis) eine gleich gute Auswaschung des Hilfsgases erhält.
Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Der Kocher des Absorptionskälteapparates ist mit 10 bezeichnet und die übliche Gasblasenpumpe mit 11.
Die Kocherdämpfe strömen durch das Rohr 12, das zur Erleichterung der Rektifikation mit einigen Kühlrippen 13 versehen ist, in den oberen Teil eines kühlrippenlosen, als eine langgestreckte Rohrspirale ausgebildeten Kondensators 14, in dem das Kältemittel verflüssigt wird. Das Kondensat fliesst durch die in wärmeleitender Verbindung mit dem üblichen Gastemperaturwechsler 21 angeordnete Leitung 20 nach dem Verdampfer 22. Der Kondensator ist ferner durch eine Entlüftungsleitung 24 mit dem Gastemperaturwechsler verbunden. Mit 16 ist das Speiehergefäss für die Absorptionslösung bezeichnet, aus dem reiche Lösung durch das Innenrohr des Temperaturweehslers 15 zur Pumpe 11 gelangt.
Die arme Lösung wird durch die äussere Schlinge des Temperaturweehslers 15 und das Rohr 17 in den oberen Teil eines aus zwei schraubenartig geschlungenen Rohrspiralen 18 und 19 bestehenden Absorbers geführt. Die arme Lösung durchläuft diesen Absorber von oben nach unten, wobei durch Eindellungen 29 für eine genügende Näpfehenbildung gesorgt wird. Etwa in den Gastemperaturwechsler gelangendes flüssiges Kältemittel bzw. aus dem Verdampfer kommende Absorptionslösung wird durch eine Leitung 26 zum Gefäss 16 entwässert.
Der Kälteapparat arbeitet mit Hilfsgas, das im Verdampfer 22 mit Kältemittel gesättigt wird und durch das Rohr 27, den Gastemperaturweehsler 21, Rohr 25, den oberen Teil des Gefässes 16 in die linke Schlinge 19 des Absorbers gelangt, wo es durch die abwärtsfliessende Absorptionslösung in bekannter Weise ausgewaschen wird. Dieses Auswaschen wird in dem rechten Teil 18 des Absorbers fortgesetzt und ist bei dessen oberer Mündung beendigt. Von hier aus tritt das nunmehr an Kältemittel arme Gas durch die Leitung 28, den Gastemperaturwechsler 21 und die Leitung 23 wieder zum Verdampfer 22 zurück.
Sowohl der Flüssigkeitskreis-
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Wie aus der Zeichnung hervorgeht, trägt der Absorber keine Kühlrippen oder sonstige für das Fortführen der Absorptionswärme dienende zusätzliche Hilfsmittel. Die Gesamthöhe des Absorbers 18, 19 liegt innerhalb der Pumpenhölle H, die durch das Fördervermögen der Pumpe 11 bestimmt ist. Wie bereits erwähnt, besteht der Absorber 18, 19 aus zwei seitlich gegeneinander verschobenen Rohrspiralen, die derart gewickelt sind, dass eine möglichst gleichmässige Neigung an jedem Punkt der Spirale vorhanden ist.
Jedenfalls muss die Neigung so gleichmässig und stark sein, dass eine Gefahr der Verstopfung des Gasweges durch etwa sich ansammelnde Flüssigkeit nicht auftritt, auch wenn der vom Kälteapparat betriebene Kühlschrank ein wenig schräg aufgestellt wird. Die Wicklung der Spirale ist zweckmässig derart durchgeführt, dass der Abstand zweier Rohrwindungen etwa 3 bis 5 mm ist.
Es hat sieh nämlich herausgestellt, dass sobald man den Abstand unter dieses Mass vermindert, die Kühlwirkung der Kühlluft
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sehr stark herabgesetzt wird, offenbar, weil bei diesem Abstand die Kühlluft, wenigstens wenn sie nur durch Eigenströmung bewegt wird, nicht zwischen den einzelnen Rohrwindungen hindurchtreten kann, sondern dass vielmehr-jeder Absorberteil 18 bzw. 19 einfach als ein doppelwandiger Zylinder wirkt.
Das erfindungsgemässe seitliche Verschieben der beiden Absorberteile 18, 19, das auch so weit durchgeführt, werden kann, dass eine einzige Zylinderspirale mit schräger Achse entsteht, erfüllt u. a. den Zweck, die Herstellung und den Anbau des Absorbers zu erleichtern und die Wärmeabgabe an die Kühlluft zu verbessern, d. h. möglichst viel Absorberteile durch Frischluft zu kühlen.
Der Absorber gemäss der Erfindung wird zweckmässig aus einem gewöhnlich, gegebenenfalls profilierten oder gedellten Rohr spiralig gewickelt, beispielsweise auf einer Wickelmaschine. Diese Form zwingt die herabrinnende Flüssigkeit zufolge der auftretenden Fliehkraft, den sieh auf ihr bildenden Film selbsttätig zu zerstören, wodurch die Absorption verbessert und vor allen Dingen gleichmässig gemacht wird. Diese Ausbildung hat ferner den Vorteil, dass man bei Verwendung verhältnismässig enger
Rohre eine relativ grosse Benetzung des Rohrquerschnittes erhält. Dies ist von Wichtigkeit, weil der
Wärmeübergang von der Flüssigkeit auf das die Wärme unmittelbar an die Aussenluft abgebende Rohr sehr viel grösser ist als der Wärmeübergang von Gasinhalt auf die Rohrwand.
Endlich ergibt diese Aus- bildung des Absorbers als langes Rohr von verhältnismässig engem Querschnitt eine Vergrösserung der
Geschwindigkeit der den Absorber durchlaufenden Flüssigkeit und damit einerseits eine Verbegserungder
Auswaschung des Hilfsgases, anderseits eine weitere Verbesserung des Wärmeübergangs auf das Rohr.
Hiedurch wird es gemäss der Erfindung möglich, bei Verwendung verhältnismässig enger, gewickelter
Rohre praktisch mit einer kühlrippenlosen Absorberwandung auszukommen, die etwa ein Drittel der
Grösse beträgt, die für Apparate gleicher Grösse nach der bisher in der Technik üblichen Rechnung für die Grösse der erforderlichen wärmeabführenden Absorberwandungen erforderlich war.
Zweckmässig ist es, den Absorber, wie dargestellt, in zwei gegeneinander versetzten Spiralen zu wickeln, so dass beide Teilspiralen von Frischluft gekühlt werden. Man kann aber auch den Absorber in einer einzigen Spirale wickeln, deren Windungen gegebenenfalls nachträglich derart gegeneinander verschoben werden, dass eine Spirale mit schrägliegender Zylinderachse entsteht, so dass jede einzelne
Schlinge von aufsteigender Frischluft bestrichen wird. Bei dieser Ausbildung des Absorbers wird es möglich, ohne die Schachtbreite des Kühlluftsehaehtes gegen die bisherigen normalen Abmessungen zu erhöhen, den gesamten Absorber innerhalb der Höhendifferenz anzuordnen, die von der bei Apparaten ohne bewegliche Teile üblichen Gasblasenpumpe mühelos und bei allen vorkommenden Belastungen beherrscht wird.
Statt der Sehrägversetzung der einzelnen Schlingen gegeneinander oder der in der Abbildung dargestellten Aufteilung des Absorbers in zwei zylindrische Spiralen kann man auch mit einer Mehrzahl unterteilter Zylinderspiralen oder mit einer oder mehreren konischen Spiralen arbeiten.
Durch grössere Unterteilung der erwähnten Zylinderspirale wird es möglich, den Luftschacht sogar noch schmaler als bisher üblich auszuführen.
Wie bereits erwähnt, ist auch der Kondensator 14 kühlrippenlos ausgebildet. Es wird somit gemäss der Erfindung die gesamte aus dem Kälteapparat fortführende Absorptions-und Kondensationswärme durch Rohrmantelfläehen unmittelbar an die Kühlluft abgegeben. Auch die Rektifikationswärme kann in gleicher Weise fortgeschafft werden, indem die Kühlrippen 13 in vielen Fällen entbehrt werden können. Diese neue Möglichkeit, einen kühlrippenlosen Absorptionskälteapparat herstellen zu können, der mit umlaufender Absorptionslösung arbeitet und infolgedessen alle diejenigen Eigenschaften aufweist, die für einen Haushaltskälteapparat erforderlich sind, stellt einen wesentlichen Fortschritt des fabrikmässigen Herstellungsverfahrens dar.
Dieser Fortschritt besteht sowohl darin, dass die Anzahl von Schweissfugen auf weniger als die Hälfte der bisher erforderlichen vermindert werden kann, als auch darin, dass alle für das Herstellen und Anbringen der Rippen erforderlichen Maschinen und Werkzeuge, sowie das Material erspart werden.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr lässt sich die Anordnung gemäss der Erfindung in verschiedener Weise besonderen Anforderungen an verstärkte Kühlwirkung der Kühlluft, verbesserte Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Apparatraumes usw. anpassen. So kann es z. B. zweckmässig sein, dem Luftzug durch die Spirale mit Hilfe von Schirmen, Leitflächen od. dgl. eine besondere Richtung zu geben. Wenn man z.
B. die untere Öffnung der Spirale durch eine konzentrisch mit der Spiralachse auf etwa 3 bis 5 mm Abstand von der Unterkante der Spirale angebrachte kreisförmige Blechplatte teilweise abdeckt, ergibt sich eine Temperaturermässigung des Absorbers von etwa 3 . Die Kühlluft wird nämlich dabei durch Schornsteinwirkung zwischen den einzelnen Rohrwindungen eingesaugt und ergibt dadurch eine grössere Kühlwirkung.
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