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Mit Hilfsgas arbeitender Absorptionskälteapparat
Die Erfindung bezieht sich auf einen mit Hilfsgas arbeitenden Absorptionskälteapparat, insbesondere zum Betrieb von Kühlschränken und Kühltruhen in Transportmitteln, beispielsweise Kraftfahrzeugen, Flug- zeugen, Schiffen oder Eisenbahnwagen, welcher mit zwei mit dem Umlaufsystem für Absorptionslösung im Apparat wärmeleitend verbundenen, metallischen Wärmeübertragungsgliedern versehen ist, die mit je ei- ner Heizquelle zusammenwirken.
Die Erfindung bezweckt vor allem einen normalen Betrieb eines mit zwei alternativ arbeitenden Heiz- quellen ausgerüsteten Absorptionskälteapparates zu ermöglichen, wobei die eine oder die andere Heizquelle je nach einer zur Verfügung stehenden, für die eine oder die andere Heizquelle geeigneten Energiequelle, z. B. Gas, Öl oder Elektrizität in Betrieb genommen werden kann.
Zur Lösung dieses Problems könnte der betreffende Kühlraum mit zwei Kälteapparaten versehen werden, von welchen der eine einer Energiequelle und der andere einer andern Energiequelle angepasst ist.
Eine solche Lösung würde aber wesentliche Nachteile mit sich bringen, z. B. hohes Gewicht und hohe Herstellungskosten für die Kühlanlage mit einem besonders schlechten Wirkungsgrad.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, die Verwendung eines einzigen Kälteapparates zu ermöglichen, der für den Betrieb der Kühlanlage alternativ mit zwei verschiedenen Heizquellen ausgerüstet ist, von denen jede für sich in der Lage ist, die normale Funktion des Kälteapparates aufrecht zu erhalten. Es könnte in gewissen Fällen z. B. die eine Heizquelle ausgebaut und durch eine andere ersetzt werden. Dies erfordert jedoch Fachleute und ist sehr zeitraubend und kostspielig.
Die Erfindung hat die Aufgabe, diese Schwierigkeiten und Nachteile zu beseitigen und besteht im wesentlichen darin, dass zur Übertragung eines für die beabsichtigte Kälteerzeugung im Apparat erforderlichen Wärmestromes zur Absorptionslösung im für die Kälteerzeugung dienenden Flüssigkeitsumlaufsystem von einer der beiden alternativ arbeitenden Heizquellen die wärmeleitende Verbindung zwischen dem Flüssigkeitsumlaufsystem und den beiden Wärmeübertragungsgliedern angeordnet ist.
Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele. Es zeigen : Fig. l eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Wärmeübertragungsglieder der beiden alternativ arbeitenden Heizquellen mit einer gemeinsamen Pumpe wärmeleitend verbunden sind und Fig. 2 eine andere Ausführungsform, bei welcher die beiden Wärmeüberiragungsglieder mit je einer Pumpe wärmeleitend verbunden sind.
Bei den beiden Ausführungsformen kann im wesentlichen die Leistung des Apparates von der Umschaltung von der einen Heizquelle auf die andere unabhängig gehalten werden, u. zw. derart, dass keine der beiden Heizquellen ausgebaut oder in anderer Weise aus ihrer Lage im Verhältnis zum zugehörigen Wärmeübertragungsglied verändert zu werden braucht. Bei beiden Ausführungsformen sind nach der Erfindung besondere Massnahmen zur gegenseitigen Beeinflussung der Wärmeübertragungsglieder von der einen
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gerade im Betrieb befindlichen Heizquelle zu dem Wärmeübertragungsglied der andern Heizquelle getroffen.
Die Figuren zeigen nur schematisch das Kocheraggregat eines mit Hilfsgas arbeitenden Absorptionskälteapparates und die verschiedenen Leitungen für die Arbeitsmittel sind der Deutlichkeit halber in einer Ebene liegend dargestellt. Bei einer praktischen Ausführung eines solchen Kocheraggregates werden die Rohrleitungen statt dessen zweckmässig als ein Bündel um die heissesten Teile angeordnet. Der Apparat kann mit Ammoniak als Kältemittel, Wasser als Absorptionsmittel und Wasserstoff als druckausgleichendes Gas arbeiten.
Die in Fig. l dargestellte Leitung 10 kommt von einem nicht angezeigtenAbsorbergefäss des Apparates. Durch diese Leitung wird eine an Kältemittel reiche Lösung in das Kochersystem eingeführt, u. zw. unter Vermittlung des Flüssigkeitstemperaturwechslers 11 des Apparates, der, um Abwärme von dem genannten System nutzbar zu machen, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel schraubenförmig um den unteren Teil des Kochersystems gewunden ist. Die Leitung 10 mündet in ein Standrohr 12, von welchem in dem Kocheraggregat ausgetriebene Kältemitteldämpfe dem nicht dargestellten Kondensator des Apparates durch eine Dampfleitung 13 zugeführt werden. Das Standrohr 12 enthält bis auf eine Höhe 14 eine Flüssigkeitssäule von reicher Absorptionslösung.
Diese Flüssigkeitssäule kommuniziert durch den Temperaturwechsler 11 und die Leitung 10 frei mit dem Absorbergefäss, so dass die Flüssigkeitshöhe 14 im wesentlichen mit der Flüssigkeitshöhe in dem genannten Gefäss übereinstimmt.
Die oben genannte Flüssigkeitssäule in dem Standrohr 12 ist an den unteren Teil der Flüssigkeitspumpe 15 des Apparates angeschlossen und bildet somit eine Reaktionssäule für die Pumpe, die mit zwei Wärmeübertragungsgliedern, nämlich mit einem Schornstein 16 und mit einem Heizrohr 17 über je eine Strecke 15a bzw. 15b wärmeleitend verbunden ist. In dem Heizrohr 17 ist eine elektrische Heizquelle, z. B. eine Heizpatrone, eingeschoben und dem Schornstein 16 ist eine andere Heizquelle, z. B. ein Gasoder Ölbrenner 18 zugeordnet. Die Pumpe 15 kann somit alternativ mit einer gas-oder ölbetriebenen Heizquelle in Verbindung mit dem Schornstein 16 oder mit einer elektrischen Heizquelle in Verbindung mit dem Heizrohr 17 arbeiten.
Wie aus Fig. l ersichtlich, ist die wärmeleitende Verbindung 15a, 15b zwischen der Pumpe 15 und dem Schornstein 16 sowie Heizrohr 17 auf einen gewissen Höhenabschnitt begrenzt, der sich im wesentlichen unter der Flüssigkeitshöhe 14 erstreckt und dessen Länge je nach den für den betreffenden Apparat herrschenden Betriebsverhältnissen verändert werden kann. Zweckmässig soll aber der niedrigste Punkt für die wärmeleitende Verbindung 15a, 15b des Schornsteines 16 und des Heizrohres 17 etwa derselbe sein, u. zw. aus dem Grunde, da dieser Punkt in allem wesentlichen das Reaktionsverhältnis der Pumpe bestimmt und da dieses Verhältnis im wesentlichen Masse für die Leistung der Pumpe bezüglich des Umlaufes von Absorptionslösung zwischen dem Kochersystem und dem Absorbersystem entscheidend ist.
Die Pumpe 15 mündetin dem oberen Teil des Rohrschenkels 23 eines nach unten weisenden U-Rohres 26, derart, dass die durch die Pumpe geförderte arme und warme Absorptionslösung im Betrieb auf einer Höhe 24 gehalten wird, die etwas höher liegt als die Einlaufhöhe der armen Lösung zum nicht dargestellten Absorber des Apparates, damit der Strömungswiderstand in den Leitungen auf dem Weg zum Absorbereinlauf überwunden werden kann. In der Pumpe 15 werden auch Kältemitteldampf und gewisse Mengen von Dampf des Absorptionsmittels ausgetrieben. Diese Dämpfe strömen durch den Rohrsteg 22 des U-Rohres 26 und durch dessen andern Rohrschenkel 21 in die Flüssigkeitssäule in dem Standrohr 12 auf einer Höhe, die so weit, unter dem Flüssigkeitsspiegel 14 liegt, dass eine Rektifikation der Kocherdämpfe in genügendem Umfange herbeigeführt wird.
Gleichzeitig wird durch den Höhenunterschied ein Gegendruck gegen die Pumpe in dem Standrohr 12 gebildet, so dass die geförderte Flüssigkeitsmenge trotz des Austreibens von verhältnismässig grossen Dampfmenge auf der für die Absorption in dem Absorber vorgesehenen Menge gehalten wird. Diese reiche Lösung wird auch so wirksam ausgekocht, dass die Absorptionslösung, die zum Absorber strömt, genügende Mengen von Kältemitteldampf aus dem Gasgemisch, das durch das Absorbersystem umläuft, absorbieren kann.
Gemäss der Erfindung sind aber die wärmeleitenden Verbindungen 15a, 15b des Schornsteines 16 und des Heizrohres 17 mit der Pumpe 15 in besonderer Weise angeordnet, wodurch verhindert wird, dass die Wärme, die der Pumpe von der einen der beiden Heizquellen zugeführt wird, von der Pumpe 15 durch das Wärmeübertragungsglied der andern Heizquelle, welche zur Zeit ausser Betrieb ist, fortgeleitet wird. Wird angenommen, dass der Schornstein 16 und das Heizrohr 17 aus metallischem Material, vorzugsweise Eisen, hergestellt sind, so wird offensichtlich Wärme von dem Heizrohr 17 durch Vermittlung der Pumpe 15 zum Schornstein 16 übertragen.
Gemäss der Erfindung werden aber die Wärmeverluste, die hiedurch entstehen, begrenzt, weil der Schornstein 16 wenigstens oben durch einen Luftspalt oder in anderer Weise von dem
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Abgasrohr 19 thermisch getrennt ist, durch welches die Abgase von der Heizquelle 18 weggeleitet werden.
Dieses Abgasrohr 19 kann an sich auch thermisch leitend sein, ist aber in diesem Falle von der Pumpe 15 durch einen Luftspalt getrennt. Es kann aber auch aus wärmebeständigem, aber weniger wärme leitendem
Material, wie Keramik, Eternit od. dgl., hergestellt sein.
Aus ähnlichen Gründen ist, wie aus den Figuren zu ersehen ist, der untere Teil des Schornsteins 16 durch einen Luftspalt vom Restteil getrennt und als Luftzufuhrrohr 20 ausgebildet, das aus metallischem oder hitzebeständigem Material hergestellt sein kann. Sowohl die Anordnung des Abgasrohres 19 als auch des Luftzufuhrrohres 20 sowie des Temperaturwechslers 11 sind im einzelnen geeignet, den Wärmestrom herabzusetzen, der durch den Schornstein 16 von dem Heizrohr 17 weggeführt wird, wenn die Heizquelle in dem Heizrohr 17 im Betrieb ist.
Es ist auch möglich, den Apparat alternativ elektrisch mit zwei elektrischen Heizpatronen für ver- schiedene Spannungen zu treiben, wobei die zweite Patrone in den Schornstein 16 eingesetzt wird und das
Abgasrohr 19 weggenommen und durch Isolierung ersetzt wird. Das ganze Kocheraggregat ist selbstver- ständlich in einer Wärmeisolierung eingeschlossen, die in dem dargestellten Beispiel aus einem Isolier- körper 27, z. B. aus Glaswolle, Steinwolle od. dgl., der von einem Gehäuse umgeben ist, bestehen kann.
Sollten die beiden Heizquellen versehentlich gleichzeitig eingeschaltet werden, so besteht ein grosses
Risiko für eine Überhitzung im Kocheraggregat mit Korrosion als Folge und daraus bedingter verkürzter
Lebensdauer des Apparates.
Gemäss der Erfindung wird deshalb vorgeschlagen, eine Sperre anzuordnen, welche die Einschaltung der einen Heizquelle verhindern, wenn die andere Heizquelle schon eingeschaltet ist, oder die automa- tisch die erste Heizquelle ausschaltet, wenn die andere eingeschaltet wird. Bei einem Apparat für elektrischen und Gasbetrieb kann beispielsweise ein Ventil in der Gaszufuhrleitung mit einem elektrischen
Schalter derart vereinigt werden, dass, wenn das Ventil geöffnet wird, der Stromkreis unterbrochen wird und umgekehrt, wenn der elektrische Stromkreis eingeschaltet wird, sich das Ventil schliesst.
Die Lösung aus der Flüssigkeitspumpe 15 wird in den Rohrschenkel 23 des U-Rohres 26 eingepumpt, der zweckmässig dieselbe Querschnittsfläche haben kann wie das Aussenrohr des Temperaturwechslers 11.
Wie aus Fig. l ersichtlich, ist der Rohrschenkel 23 von den beiden Wärmeübertragungsgliedern (Schornstein 16 und Heizrohr 17) thermisch getrennt, obwohl in gewissen Fällen eine thermische Verbindung zwischen Schornstein 16 und Abgasrohr 19 und dem Rohrschenkel 23 vorteilhaft sein kann, da eine solche Verbindung ein Abkochen von Kältemitteldämpfen nicht nur in der Pumpe 15, sondern auch in dem Rohrschenkel 23 ermöglicht. Die Wärmeübertragungsglieder sind derart dimensioniert und mit der Pumpe 15 wärmeleitend verbunden, dass sie jedes für sich in der Pumpe die Dampfmenge austreiben könnten, die wenigstens nach der Rektifikation genügt, um durch Kondensation in dem Kondensator des Apparates das Verdampfersystem des Apparates mit der für den normalen Betrieb des Apparates erforderlichen Menge von flüssigem Kältemittel zu versehen.
Das System von im wesentlichen senkrechten Rohrleitungen, welches das Kocheraggregat nach Fig. l bildet, soll zweckmässig mit der kleinstmöglichen Ausdehnung in horizontaler Richtung ausgebildet sein, um ein möglichst kompaktes Rohrbündel zu bilden, das in dem in den Figuren angedeuteten Isolationskörper 27 eingebaut ist, dessen unterer Teil zweckmässig auch den Temperaturwechsler 11 umschliesst. Dieser kann jedoch, falls erwünscht, ausserhalb des eigentlichen Isolationskörpers des Kochers verlegt werden und dabei gegebenenfalls, besonders bei kleineren Apparaten, die Form einer mehr oder weniger geraden Rohrstrecke haben, die unter das Absorbergefäss gelegt ist.
Wie bereits angedeutet worden ist, kann die gegenseitige thermische Trennung der beiden Wärme- übertragungsglieder nach der Erfindung in verschiedener Weise erreicht werden, und in Fig. 2 ist schematisch eine Ausführung dargestellt, in welcher die beiden Wärmeübertragungsglieder noch mehr als im Falle nach Fig. 1 voneinander getrennt sind.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind zwei Pumpen 30, 31 vorgesehen, die jede innerhalb eines im wesentlichen gleichen Höhenabschnittes mit je einem Wärmeübertragungsglied, z. B. einem Heizrohr 32 und Schornstein 33, bei 30a bzw. 31a derart wärmeleitend verbunden sind, dass in einer der beiden Pumpen 30,31 die für den Betrieb des Apparates erforderliche Dampfmenge aus der Absorptionslösung ausgetrieben wird. Die beiden Pumpen 30, 31 arbeiten parallel aber alternativ und sind deshalb unten an die Rektifikationssäule in dem Rohrschenkel 34 und oben an den Rohrsteg 29 eines nach unten weisenden U-Rohres 26 angeschlossen, welches mit dem Flüssigkeitstemperaturwechsler 37 verbunden ist.
Wegen der besonderen Eigenschaften, welche die wärmebetriebenen Pumpen dieser Art auszeichnen, war es bisher verhältnismässig unsicher, die Pumpen parallel zu schalten, falls sie gleichzeitig arbeiten
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sollen. Es hat sich aber gezeigt, dass die beiden Pumpen 30,31 jede für sich befriedigend arbeiten, wenn sie alternativ in Betrieb gebracht werden und dass dabei ohne nennenswerte Wärmeverluste durch Rektifikation in einer für die beiden Pumpen gemeinsamen Rektifikationssäule indem Rohrschenkel 34 und einem Teil der Zufuhrleitung 36 für reiche Lösung dem nicht dargestellten Kondensator die Menge Kältemitteldampf zugeführt werden kann, die für die normale Kälteleistung des Apparates erforderlich ist.
Wie schon im Zusammenhang mit dem Beispiel gemäss Fig. l hervorgehoben wurde, kann aber bei Gas- oder Ölbetrieb der Schornstein 33 nicht nur mit der zugehörigen Pumpe 30, sondern auch, und zweckmässig in demselben Höhenabschnitt. mit dem Rohrschenkel 35 wärmeleitend verbunden werden, von welchem arme Lösung über den Temperaturwechsler 37 dem nicht dargestellten Absorber zugeführt wird. Eine solche wärmeleitende Verbindung 30a, 31a ist bei der Ausführungsform nach Fig. 2 einfacher als bei der
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übrigen Umlaufsystem des Apparates, sehr wirksam thermisch voneinander getrennt werden können.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt, son- dern kann im Rahmen des Erfindungsgedankens verändert werden. Es soll in diesem Zusammenhang er- wähnt werden, dass die Erzeugung von Kältemitteldampf nur in der Pumpe bzw. den Pumpen mit darauf folgender Rektifikation die Verwendung von Rohrleitungen in dem Kochersystem von wesentlich kleineren
Querschnittsflächen als für entsprechende Leitungen in andern Apparattypen ermöglicht-abgesehen von den Pumpen, die normalerweise eine kleine Querschnittsfläche aufweisen-weil ein Abkochen von hoch- geförderter Lösung nicht in diesen Leitungen vorkommt und somit das Risiko eines unbeabsichtigten Sie- dens solcher Lösung in dem Kondensatorsystem hinauf nicht auftreten kann.
Die herabgesetzten Rohrdimensionen ermöglichen auch einen mehr kompakten Aufbau des das
Pumpenaggregat bildenden Rohrbündels und damit des ganzen Pumpenaggregates. Der Flüssigkeitstem- peraturwechsler37liegt bei dem Beispiel nach Fig. 2 ausserhalb des Isolationskörpers 27 des Pumpenaggre- gates, kann aber selbstverständlich auch in diesem Körper, wie bei dem Beispiel nach Fig. l, angeordnet sein.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Mit Hilfsgas arbeitender Absorptionskälteapparat, insbesondere zum Betrieb von Kühlschränken und Kühltruhen in Transportmitteln, beispielsweise Kraftfahrzeugen, Flugzeugen, Schiffen oder Eisenbahnwagen, welcher mit zwei mit dem Umlaufsystem für Absorptionslösung im Apparat wärmeleitend verbundenen, metallischen Wärmeübertragungsgliedern versehen ist, die mit je einer Heizquelle zusammenwirken, dadurch gekennzeichnet, dass zur Übertragung eines für die beabsichtigte Kälteerzeugung im Apparat erforderlichen Wärmestromes zur Absorptionslösung im für die Kälteerzeugung dienenden Flüssigkeitsumlaufsystem von einer der beiden alternativ arbeitenden Heizquellen die wärmeleitende Verbindung (15a, 15b bzw.
30a, 31a) zwischen dem Flüssigkeitsumlaufsystem und den beiden Wärmeübertra- gungsgliedern (16, 17 bzw. 32, 33) angeordnet ist.