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Mit Hilfsgas arbeitender Absorptionskälteapparat
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Die Figur zeigt einen der Deutlichkeit halber in einer Ebene ausgebreiteten luftgekühlten Absorp- donskälteapparat mit Hilfsgas, wie Wasserstoff, arbeitend. Der Apparat umfasst in bekannter Weise ein
Verdampfersystem 10, das in einem Kühlschrank angeordnet ist. Kältemittelkondensat, wie beispiels- weise Ammoniak, wird dem Verdampfersystem 10 durch eine Leitung 11 zugeführt und in dem durch den Verdampfer strömenden Hilfsgas verdampft. Das an Kältemitteldampf angereicherte Hilfsgas strömt von dem Verdampfersystem 10 durch einen Gastemperaturwechsler 12 und danach durch eine senkrechte
Leitung 14 in einen Teil des Gasraumes eines Absorbergefässes 15 zu einer luftgekühlten Absorberschlan- ge 16, durch welche das Gas im Gegenstrom das durch eine Leitung 17 in den Oberteil der Absorber- schlange eingeführte Absorptionsmittel, z. B.
Wasser, passiert, wobei Kältemitteldampf aus dem ein- strömenden Gasgemisch absorbiert wird, das dabei ärmer an Kältemittel wird und durch den Gastempe- raturwechsler 12 und eine Leitung 18 zum Verdampfersystem 10 zurückgeführt wird.
Während der Gasumlauf durch das Verdampfersystem 10 und den Absorber 16 in an sich bekannter
Weise als Treibkraft diejenigen Unterschiede im spezifischen Gewicht hat, die zufolge von Verdampfung bzw. Absorption von Kältemitteldampf in verschiedenen Teilen vom Strömungsweg des Gasgemisches durch die genannten Apparatteile auftreten, ist für den Flüssigkeitsumlauf durch den Absorber 16 eine wärme- betriebene Pumpe 23 angeordnet. Auf diese wird durch Vermittlung eines an dieselbe festgeschweissten
Rohres 29 die ganze Wärmemenge übertragen, die zur Austreibung der Menge von Kältemitteldampf er- forderlich ist, und für den normalen Betrieb des Apparates ausreichend ist.
In dem gezeigten Ausfüh- rungsbeispiel geschieht die Wärmezufuhr durch eine in das Rohr 29 eingeschobene elektrische Heizpa- trone, deren Stromzufuhr 30,31 in'bekannter Weise durch einen Thermostaten 32 ausgeschaltet wird, wenn der Fühlkörper 33 des Thermostaten durch seinen wärmeleitenden Kontakt mit dem Verdampfer
10 eine so niedrige Temperatur annimmt, dass die für die Anlage vorgesehene Temperaturgrenze un- terschritten wird.
In entsprechender Weise wird die Stromzufuhr wieder eingeschaltet, wenn die Temperatur des Fühl- körpers einen im voraus bestimmten Wert überschreitet. Die Energiezufuhr von der elektrischen Strom- quelle 31 in Abhängigkeit von dem Fühlkörper 33 durch eine Leitung 34 zum Thermostaten 32 übertrage- nen Impulsen wird ausschliesslich durch eine vollständige Ein- oder Ausschaltung der Stromzufuhr gere- gelt. Wenn der Apparat für Gas- oder ölbetrieb ausgestattet ist, wird ein Thermostat vorgesehen, der in ähnlicher Weise die Wärmezufuhr zur Pumpe 23 regelt, deren Pumpwirkung gleich wie bei elektrischem
Betrieb zeitweise aufhört.
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eine Flüssigkeitssäule von armer Absorptionslösung. auf einer Höhe I aufrechterhält.
Die in dem Absorber 16 an Kältemittel angereicherte Lösung fliesst durch eine Leitung 41 zunächst in ein trichterähnliches Rohrelement 40, dessen oberer Rand ein Stück über der Flüssigkeitsoberfläche III in das Absorbergefäss 15 mündet. Das Rohrelement 40 mündet unten in ein anderes trichterähnliches Rohrelement 37, 20, dessen oberer Rand ein Stück unter der genannten Flüssigkeitsoberfläche III liegt. Die beiden trichterähnlichen Rohrelemente 40 und 37 kommunizieren somit durch das letztere Element mit dem Inneren der Flüssigkeitsmasse in dem Absorbergefäss 15. Von dem Rohrelement 37,20 wird die reiche Absorptionslösung durch Vermittlung des Temperaturwechslers 21 des Apparates zum unteren Teil 22 einer Dampfleitung 26 gesaugt, an deren unterem Teil 22 die Pumpe 23 angeschlossen ist.
In diesem unteren Teil wird durch die Kommunikation mit dem Absorbergefäss 15 die früher erwähnte Flüssigkeitsoberfläche III aufrechterhalten. Das Standrohr 24 bildet zusammen mit einer Leitung 25 ein umgekehrtes U-Rohr, und diese Leitung mündet in den unteren Teil 22 der Dampfleitung 26 unter der Flüssigkeitsoberfläche III. Dadurch wird der in der Pumpe erzeugte Dampf durch eine Rektifikationssäule gerade unter die Flüssigkeitsoberfläche III gepresst. Diese Säule wird Analysator genannt und hat die Bezeichnung 13.
Unter gewissen Betriebsverhältnissen, z. B. bei niedriger Belastung des Kühlschrankes oder bei niedriger Kühllufttemperatur, kommt, wie bekannt, in dem Verdampfersystem ein Überschuss an flüssigem Kältemittel vor. Dieser Überschuss wird zusammen mit dem im Verdampfersystem angereicherten Gas durch den Aussenmantel des Temperaturwechslers 12 und eine Leitung 14 in den Gasraum 42 des Absor-
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und dort eine Schicht von reinem Kältemittel bildet, während das reiche Gas praktisch ohne Berührung mit der genannten Oberflächenschicht direkt in die Leitung 41 strömt und weiter durch den Absorber 16 und das Innenrohr des Temperaturwechslers 12 zum Verdampfersystem 10 zurückkehrt.
Die Auflagerung von flüssigem Kältemittel, in diesem Fall im Absorbergefäss 15, führt eine Herabsetzung der Kältemittelkonzentration der durch den Apparat umlaufenden Absorptionslösung herbei, was in an sich bekannter Weise auf die Funktion des Apparates unter schweren Betriebsverhältnissen vorteil-
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haft einwirkt. Die besondere Anordnung der Zufuhrleitungen 14 bzw. 41,40, 37 in einem sehr begrenz- ten Teil der horizontalen Ausdehnung des Absorbergefässes, welcher Teil höchstens die Hälfte dieser Aus- dehnung, vorzugsweise ein Drittel davon, unterschreitet, führt im praktischen Betrieb dazu, dass prak- tisch die ganze Oberfläche der Flüssigkeitsmasse 38 im Absorbergefäss 15 mit einer Schicht von reinem
Kältemittel bedeckt wird, wenn ein Überschuss davon auf Grund der besonderen Betriebsverhältnisse vor- kommt.
In an sich bekannter Weise wird aber durch die Ein- und Ausschaltung der Energiezufuhr zur Pumpe
23 durch den Thermostaten, ganz abgesehen davon, welche Energiequelle verwendet wird, eine Rückfüh- rung der angesammelten Kältemittelmenge auf den normalen Umlauf durch das Kochersystem und den
Absorber zustande gebracht, wenn die Betriebsverhältnisse dies erfordern. Die Änderungen in der Vertei- lung von Kältemittel in der umlaufenden Absorptionslösung, die im Zusammenhang mit thermostatisch ausgeschalteten Pumpen auftreten, sind allgemein bekannt und brauchen daher nicht im Einzelnen be- schrieben zu werden.
Wie bekannt, kommt aber unter gewissen Betriebsverhältnissen, besonders bei erhöhter Kühllufttem- peratur, anstatt oder ausnahmsweise zusammen mit dem Überschuss an flüssigem Kältemittel ein Über- schuss an Kältemitteldampf in dem Kondensatorsystem 28 vor. Man hat früher ein besonderes Druckaus- gleichsgefäss zur Speicherung von einem solchen Überschuss angeordnet. Damit eine solche Speicherung den vorgesehenen Zweck erfüllt, muss das Volumen der Speicherung etwa derselben Grösse wie das Gas- volumen im Absorbergefäss 15 sein. Man hat deshalb ab und zu versucht, diesen Gasraum als Ersatz eines besonderen Druckausgleichsgefässes zu verwenden, das mit Rücksicht auf den hohen Arbeitsdruck des Appa- rates eine sehr teure Einrichtung ist.
Es hat sich aber gezeigt, dass man, um eine solche Ausnützung des Absorbergefässes zu ermöglichen, gewisse Massnahmen vornehmen muss. Erstens muss man in der einen oder andern Art eine Oberflächen- schicht auf der Flüssigkeitsmasse des Absorbergefässes zustandebringen, die aus beinahe reinem Kälte- mittel besteht, um dadurch zu verhindern, dass der in den Gasraum des Gefässes eingeführte Überschuss von Kältemitteldampf absorbiert wird.
Durch diese Absorption wäre nämlich der Gasraum des Gefässes als Mittel zur Erzielung der bestimm- ten Erhöhung des Gesamtdruckes im Apparat unbrauchbar. Die Aufrechterhaltung einer solchen Flächenschicht macht es aber notwendig, dass der Strom von Hilfsgas, der mehr oder weniger mit dem Gasraum des Absorbergefässes kommuniziert, in solcher Weise geführt wird, dass keine nennenswerte Verdampfung der Oberflächenschicht zustande kommt. Ebenso muss die Durchströmung von Absorptionslösung durch die Flüssigkeitsmasse bei Aufrechterhaltung der Flüssigkeits- und Gaskommunikation vermieden werden.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel fliesst in normaler Weise flüssiges Kältemittel, das in dem
Kondensator 28 gebildet worden ist, durch eine Leitung 11 in das verdampfersystem 10 hinein, besonders in dessen obere Rohrschlange, während ein eventueller Überschuss an Kältemitteldampf durch eine Leitung 36 in die Leitung 14 eingeführt wird und von dort zusammen mit dem im Verdampfer angereicherten Gas in den Gasraum 42 des Absorbergefässes 15 gelangt. Theoretisch könnte man selbstverständlich die Leitung 36 direkt in den Aussenmantel des Temperaturwechslers 12 münden lassen, wobei aber unter gewissen Betriebsverhältnissen der Wirkungsgrad des Wechslers herabgesetzt werden könnte.
Während der Perioden, hauptsächlich bei erhöhter Kühllufttemperatur, wenn ein solcher Überschuss an Kältemitteldampf auftritt, wird auf Grund des grösseren spezifischen Gewichtes des reinen Kältemitteldampfes, das normalerweise durch die Leitung 14 strömende Gasgemisch verdrängt und durch den genannten Dampf ersetzt.
Bei dem Eintreten in den Dampfraum des Absorbergefässes strömt aber der genannte Dampf nur teilweise denselben Weg wie der ncrmale reiche Gasstrom, nämlich in die Leitung 41. Statt dessen sammelt sich der Dampf auf Grund seines grösseren spezifischen Gewichtes über der Oberflächenschicht in dem Absorbergefäss, wo eine Absorption auf Grund der Anwesenheit von flüssigem Kältemittel nur in sehr begrenztem Umfang stattfindet. Es wird somit über der Flüssigkeitsschicht eine Dampfschicht gebildet, deren Dicke ständig wächst, und die dabei allmählich eine Verdrängung in bezug auf die Flüssigkeitshöhe in dem dort schon früher befindlichen Gasgemisch normaler Zusammensetzung zustandebringt.
Dadurch wird die angestrebte Erhöhung des Arbeitsdruckes in dem Apparat erreicht, weil zu dem normalen Druck des Hilfsgases auch der im Vergleich sehr hohe Partialdruck des in das Druckausgleichsgefäss eingeführten Kältemitteldampfes hinzugefügt wird.
Die Erfindung ist nicht auf das gezeigte- und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann im Rahmen des zugrundeliegenden Erfindungsgedankens vielfach geändert werden. Dies gilt z. B. für die gegenseitige Dimensionierung der verschiedenen Apparatteile, die in der Zeichnung mit Rück-
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sicht auf die gewünschte möglichst deutliche Darstellung gemacht worden ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Mit Hilfsgas arbeitender Absorptionskälteapparat, in dessen Absorbergefäss sowohl in dem Verdampfer des Apparates auftretender Überschuss flüssigen Kältemittels als auch in dem Kondensator des Apparates auftretender Überschuss von Kältemitteldampf eingeführt wird, und bei welchem Kälteapparat die Durchströmungsstelle für von dem Verdampfer zum Absorber strömendes Hilfsgas sowie auch die Zufuhrstelle für in dem Absorber angereicherte Absorptionslösung in einem Abschnitt des Absorbergefässes gelegen sind, der auf höchstens die Hälfte und vorzugsweise weniger als ein Drittel der Ausdehnung des Gefässes in horizontaler Richtung begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass auch die Zufuhrstelle für den Überschuss an Kältemitteldampf in dem somit begrenzten Abschnitt des Absorbergefässes (15)
gelegen ist.