Kälte-Erzeugungsapparat. Die Erfindung bezieht sich auf einen Kälteerzeugungs-Apparat mit Austreiber- absorber, der das Kältemittel - abwechselnd aufnimmt und abgibt.
Der Kälte-Erzeu- gungsapparat kennzeichnet sich durch eine Kreislaufeinrichtung für flüchtige Flüssig keit, welche Einrichtung zum Wärmetrans port dient, indem sie dem absorbierenden Mittel im Austreiberabsorber latente Wärme zuführt und aus ihm abführt und welche so wohl eine Heizvorrichtung aufweist, um die Flüssigkeit zu erhitzen, wenn latente Wärme dem absorbierenden Mittel. zugeführt wird, als auch eine Kondensationseinrichtung, um die verdampfte Flüssigkeit zu kondensieren, wenn latente Wärme aus dem absorbierenden Mittel abgeführt wird.
In der Zeichnung sind einige Ausfüh rungsformen des Erfindungsgegenstandes beispielsweise veranschaulicht: Fig. 1 stellt schematisch einen Kälte Erzeugungsapparat gemäss der Erfindung dar; Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform einer Einzelheit; Fig. 3 gibt eine graphische Darstellung der Arbeitsbedingungen des Apparates;
Fig. 4 ist eine Endansicht einer Ausfüh rungsform eines Kondensators nach Weg nahme einer Endkappe; Fig. 5 ist ein Längsschnitt durch den Kondensator nach der Linie 5-5 der Fig. -l; Fig. 6 ist ein Schnitt durch den Konden sator nach der Linie 6-6 der Fig. 5; Fig. 7 ist ein Schnitt durch einen Teil des Austreiberabsorbers.
Ein Austreiberabsorber 58 ist in Fig. 1 durch ein Rohr 60 mit einem Kondensator 56 verbunden. Dieser wird durch eine Rohr schlange 62 gekühlt und ist durch eine Lei tung 64 mit einem Verdampfer 52 verbunden. Derselbe enthält einen isolierten Aufnehmer 66 und freiliegende Verdampferrohre 68, die jederzeit von dem flüssigen Kältemittel über flutet sind und einen Kühlraum 54 kühlen. Die Fig. 1 ist rein schematisch. Im prak- tischen Betrieb liegt der Kondensator über dem Niveau des -Austreiberabsorbers, wäh rend der Verdampfer über dem Niveau des Kondensators liegt.
Der Austreiberabsorber, in Fig. 1 mit 58 bezeichnet, besitzt nach Fig. 7 einen zylin drischen Behälter G' . Dieser ist auf eine Gruppe von Pfannen G" aufgeschrumpft oder aufgelötet, die den Behälter in Abteilun gen unterteilen und als wärmeleitende Teile dienen, um die Wärme auf die ganze Masse des absorbierenden Mittels in dem Behälter zu übertragen.
Jede Pfanne hat einen kegel- stumpfförmigen Boden G2' mit einer Kreis öffnung G24, ferner einen zylindrischen Ring G' und einen umgebogenen Ringflansch G2". Die Flanschen und der Rand sichern den Ab stand zwischen den einzelnen Pfannen;
der Rand bietet ferner für die Wärmeübertra gung eine gute Berührung zwischen jeder Pfanne und dem Mantel Gr . Die Öffnungen G'4 liegen in einer Geraden und ermöglichen das Einsetzen eines Abzugrohres. Dieses lässt das Kältemittel wieder eintreten, wenn es durch das absorbierende Mittel abgesaugt wird. Letzteres ist ein trockener fester Kör per, zum Beispiel Strontiumchlorid, das in die Zwischenräume G' zwischen den Pfan nen gepackt wird.
Der Austreiberabsorber wird durch eine flüchtige Flüssigkeit, zum Beispiel Äthyl- chlorid, sowohl erhitzt, als auch gekühlt. Dieses ist in einem geschlossenen Kreislauf system eingeschlossen, das einen Dampfman tel 70 umfasst, der bis zu dem Niveau 72 ge füllt werden kann, und ferner einen Dampf kondensator 74. Letzterer wird durch eine Rohrschlange 90 gekühlt und ist mit dem Dampfmantel durch eine Dampfleitung 76, 78 und eine Flüssigkeitsableitung 80 verbun den.
Soll der Austreiberabsorber geheizt werden, so wird ein Brenner 82 angezündet und ein Ventil 84 in einer Ventilkammer 86 geschlossen, die die Verbindung zwischen den Leitungen 76 und 78 herstellt. Durch die Brennerflammen wird schnell eine genügende Flüssigkeitsmenge in dem Dampfmantel ver- dampft, um den grössten Teil der Flüssigkeit durch die Leitung 80 nach oben in den Kon densator 74 zu drücken, wobei sich das Ni veau der Flüssigkeit auf 88 erniedrigt. Hier auf wird durch die Brennerflammen weitere Flüssigkeit verdampft und auf dem Austrei- berabsorber 58 kondensiert, um letzteren zu erhitzen.
Soll der Austreiberabsorber gekühlt werden, so wird der Brenner abgedreht und das Ventil 84 geöffnet. Der Dampf in dem Mantel 70 strömt dann durch die Leitung 76 nach oben in den Kondensator 74 und die vorher in dem Kondensator gehaltene Flüs sigkeit läuft durch die Leitung 80 in den Mantel 70 ab, und setzt den Austreiberabsor- ber unter Flüssigkeit. Der heisse Austreiber- absorber verdampft die Flüssigkeit, der Dampf wird in dem Kondensator 74 konden siert und kehrt als Flüssigkeit durch das Rohr 80 zurück.
Das Wasser läuft ununterbrochen durch die Kondensatorrohrschlangen 62 und 90, die durch eine Leitung 92 verbunden sind: In dieser befindet sich eine Wasserstrahlpumpe mit einer Saugkammer 94 und einem Hals 9C, in den ein Wasserstrahl gepresst wird. Die Pumpe sucht konstant ein Vakuum in einer Leitung 98 zu erzeugen. Ein federndes Balg- gebäuse 1(l0 ist mit der Leitung 98 verbun den und betätigt das Ventil 84 mittelst des fIebels 104. Dieser besitzt gegabelte, in 108 drehbare Arme 106 und einen mittleren Arni 110, der in das Gehäuse 86 hineinragt.
Der mittlere Arm ist mit dem Gehäuse durch einen Dichtungsbalg 112 dicht verbunden. Die Zapfen 108 sind auf einem zweiten, ge- gabelten Hebel 114 montiert, der um den Zapfen 116 sich dreht und den Dichtungs balg 112 umfasst. Letzterer kann sich gegen die Spannung einer Feder 120 entsprechend dem Druckwechsel in dem Gehäuse 86 aus dehnen und zusammenziehen. Durch eine Ausdehnung des Dichtungsbalges 112 wird der Hebel 11:4 niedergedrückt, so dass er einen Arm 121 anhebt und dadurch ein Vakuum unterbrechungsventil l24 von einem Dich tungssitz 126 abhebt. Durch eine Kontrak tion des Dichtungsbalges 112 wird der Arm 114 angehoben, so dass das Vakuumventil sich schliessen kann.
Die Gaszufiihrung zu dem Brenner wird durch ein Ventil 130 geregelt, das an einem Balg 132 befestigt ist. Der Innenraum des selben ist mit der Vakuumleitung 98 verbun den. An die Vakuumleitung ist eine Höchst temperatur-Sicherheitsleitung 136 angeschlos sen. Das Ende derselben ist ordnungsmässig durch einen Schmelzpfropfen 140 verschlos sen, der sich in einem Behälter am Dampf mantel 70 befindet.
Ein Ventilgehäuse 142 mit einem Drossel ventil 144 ist in die Leitung 92 eingebaut. Das Ventil wird durch eine Feder 152 ge öffnet und durch einen Hebel 146 geschlos sen. Dieser wird durch einen Balg 156 be tätigt, der mit der Kältemittelleitung 64 durch eine Leitung 158 verbunden ist.
Der beschriebene Apparat arbeitet folgen dermassen: Zum Ingangsetzen des Apparates wird die Hilfsflamme 134 angezündet und das Was serventil in der Leitung 92 aufgedreht. Zu dieser Zeit ist der Austreiberabsorber mit Ammoniak gesättigt, und die Verdampfer rohre 68 sind mit flüssigem Ammoniak ge füllt. Der Druck in dem Dampfmantel 70 ist niedrig, daher ist der Balg 112 zusammen gedrückt und das Vakuumventil- 124 ge schlossen. Das durch den Strom des Wassers hergestellte Vakuum drückt den Balg 100 zu sammen; daher wird das Dampfventil 84 ge schlossen und gleichzeitig wird der Balg 132 zusammengedrückt und hierdurch Gas zu dem Brenner 82 zugeführt.
Der Austreiber- absorber wird jetzt, wie beschrieben, geheizt.
Fig. 3 zeigt die Zustandsbedingungen des Apparates während der Zeit eines Arbeits prozesses. In der Abbildung stellen die Abszissen die Zeit und die Ordinaten den Messdruck in Kilogramm je cm' dar. Für die Kurve K der Kühlraumtemperatur stellen die Ordinaten Grade Celsius dar. Sobald die Heizung beginnt, wächst der Druck des Äthylchlorids schnell an, wie aus dem Ab schnitt 400-402 der Dampfkurve zu entneh- men ist.
Das Strontiumchlorid wird schnell mit dem Äthylchlorid erhitzt, wie aus dem Abschnitt 406-408 der Kältemittelkurve zu ersehen ist. In 408 beginnt das Strontium- chlorid Ammoniak zu destillieren. Diese wird im Kondensator 56 in einer konstanten Menge durch das Kühlwasser kondensiert. Hierdurch wird ein wesentlich konstanter Druck in dem Ammoniakkreis aufrechterhal ten, was aus dem Abschnitt 408-.110 der Kältemittelkurve hervorgeht.
Da das Ammo niak fortlaufend seine latente Entwicklungs wärme dem Äthylchlorid entnimmt, sucht letzteres auf einem konstanten Drucke zu bleiben, wie dies durch den Abschnitt 402 bis 412 der Dampfkurve des Äthy lcblorids dar gestellt ist. Im Punkte 410 ist im wesent lichen das gesamte Ammoniak, das bei dieser Temperatur und diesem Druck entwickelt werden kann, destilliert. Daher hört die Ent- wicklung von Ammoniak auf und der Druck des Äthylchlorids steigt plötzlich an, wie aus dem Abschnitt 412 bis 414 der Dampfkurve ersichtlich ist.
Die Feder 120 wird unter eine Spannung gesetzt, die einem Druck von ungefähr 12 kg je cm' im Kreislaufsystem des Äthylchlorids entspricht. Dieser Druck wird durch den Punkt 414 dargestellt. Sobald dieser Druck erreicht ist, hat sich der Balg 112 so weit aus gedehnt, dass das Vakuumventil 124 sich öffnet, worauf das Gasventil 130 sich schliesst und das Dampfventil 84 durch Ausdehnung des Balges 100 geöffnet wird. Dies bringt die Heizperiode zum Stillstand. Das Öffnen des Ventils 84 ermöglicht einen Umlauf des Äthylchlorids, das den Austreiberabsorber, wie beschrieben, kühlt.
Das Äthvlchlorid wird nun durch das kalte Wasser in der Rohrschlange 90 kondensiert; sein Druck sinkt schnell, was aus dem Abschnitt 414 bis 418 der Dampfkurve ersichtlich ist. In ähn licher Weise setzt das plötzliche Eintauchen des Austreiberabsorbers in kalte Flüssigkeit den Druck des Ammoniaks herab, was aus dem Abschnitt 416-420 der Kältemittel kurve zu entnehmen ist. Bei dem durch 420 dargestellten niedrigen Druck absorbiert das Strontiumchlorid aus dem Verdampfer 52 kommendes Ammoniak und erzeugt in be kannter Weise Kälte.
Die latente Absorp tionswärme des Ammoniaks wird durch das Äthylchlorid entfernt; dieses wird fortlau fend auf dem Mantel 58 verdampft und in der Kammer 74 kondensiert. Die Erzeugung der Kälte wird im wesentlichen bei kon stanter Temperatur durchgeführt, wie aus dem Abschnitt 42022 der Kältemittel- kurve hervorgeht, da der Balg 156 das Was serventil 144 entsprechend der Temperatur des Verdampfers einstellt, so dass das Ventil den Zufluss des kalten Wassers regelt, um die Absorption in einem Grade aufrechtzuerhal ten, der genau mit dem Kältebedarf überein stimmt.
Der Balg schliesst das Ventil, um den Apparat still zu setzen, wenn keine Kälteentwicklung erforderlich ist.
Die Vakuumleitung hat eine verengte Öff nung 166, die normal 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 Wasserstrahlpumpe erzeugt wird, bei dem die Bälge 100 und 132 zusam mengedrückt werden; die Luft wird jedoch bei geöffnetem Ventil 170 nicht so schnell eingelassen, dass das Vakuum zerstört werden kann, das erforderlich ist, um die beiden Bälge in zusammengedrücktem Zustande zu halten.
Diese Anordnung dient dazu, eine kleine Luftmenge in die Ejektorkammer 94 einzulassen, damit die Luft ununterbrochen aus der Kammer durch \den Ejektor entfernt werden kann, und um den Ejektor in genü gender Tätigkeit zu halten durch Aufrecht erhaltung einer abdichtenden Berührung der Luft an der Innenwandung des Halses.
Das Ventil zur Aufrechterhaltung einer konstanten Temperatur in dem Kühlrauen kann durch Regelung der Spannung der Hilfsfeder 160 mittelst einer von Hand zu betätigenden Daumenscheibe 162 eingestellt werden, um hierdurch dem Zusammendrücken des Balges 156 entgegenzuwirken. . Wenn der Druck des Äthylchlorids sinkt, so drückt die Feder 120 allmählich den Balg 112 zusammen. Wenn das absorbierende Mit tel vollständig mit Ammoniak gesättigt ist, wird keine Wärme mehr auf das Äthylchlo- rid übertragen.
Der Druck desselben sinkt da her allmählich, wie durch den Abschnitt 424 bis 426 auf der Dampfkurve des Ithylchlo- rids angedeutet ist. Erreicht der Druck den Punkt 426, so hat die Feder 120 den Balg 112 genügend zusammengedrückt, um das Va kuumventil 124 zu schliessen. Es beginnt nun eine neue Heizperiode. Der beschriebene Kreislauf wiederholt sich selbsttätig. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist der Druck des Ä.thylchlorids demjenigen des Ammoniaks stets angenähert gleich.
Die Kombination der Materialien, nämlich Äthylchlorid, Stron- tiumchlorid und Ammoniak ergibt dieses Re sultat. Dies hat den Vorteil, dass Spannungen im Austreiber-Absorbermantel vermieden werden.
Sollte der Austreiberabsorber aus irgend einem Grunde überhitzt werden, zum Beispiel infolge Entweichens von Äthylchlorid aus dem Dampfkreislauf, so schmilzt der Schmelzpfropfen 140, zerstört das Vakuum und schaltet den Brenner ab, bevor eine ge fährliche Temperatur erreicht werden kann. Tatsächlich hängt die Heizung des Apparates vollständig von dem Vorhandensein eines Va kuums ab. Dieses wiederum ist sowohl von einer vorbestimmten Durchflussmenge des Kühlwassers und einem unversehrten Zu stande des Regelkreises abhängig. Wenn da her nicht genügend Kühlwasser durchfliesst, um das Ammoniak zu kondensieren, kann der Brenner nicht angezündet werden.
Ferner wird ein Bruch, eine Undichtigkeit oder das Fehlen eines Teils des Regelkreises das Va kuum unterbrechen und ein Arbeiten des Ap parates verhindern.
Fig. 2 zeigt eine Variante des Verdamp fers 52 der Fig. 1. Diese Variante besitzt einen isolierten Aufnehmer 66a, der dem Auf nehmer 66 entspricht, und eine Verdampfer kammer 68a (entsprechend den Rohren 68). Die Verdampferkammer ist mit dem untern Teil des Aufnehmers durch ein Rohr<B>160</B> verbunden; sie liegt über dem Aufnehmer 66a. Die Anlage enthält einen genügenden Überschuss an Kältemittel, um entweder den Behälter 66a oder 68a zu füllen, wenn das Absorbierungsmittel vollständig gesättigt ist. Zu Beginn der Heizperiode ist dieser Über schuss in dem Aufnehmer, während der Ver dampfer leer ist.
Der hohe, durch den er zeugten Kältemitteldampf entwickelte Druck drückt zunächst die ganze Flüssigkeit in den Verdampfer, und füllt den letzteren, um so eine Kondensation des gashaltigen, darin be findlichen Kältemittels zu verhindern. Das hierauf kondensierte Kältemittel sammelt sich in dem Behälter 66a. Zu Beginn der Ab sorptionsperiode sind sowohl der Verdampfer als auch der Aufnehmer mit Flüssigkeit ge füllt. Anfangs verdampft das Kältemittel in dem Aufnehmer, bis letzterer auf die Tem peratur des Verdampfers abgekühlt ist. Hier auf tritt eine Verdampfung in dem Verdamp fer ein.
Das Gas sprudelt durch die Flüssig keit in dem Aufnehmer und wird zu dem Absorbierungsmittel zurückgeführt. Beide Verdampferanordnungen verhindern die Über tragung der Wärme auf den Verdampfer zu Beginn der Heizperiode. Die Variante nach Fig. 2 hat den Vorteil, dass der Verdampfer gewünschtenfalls an der höchsten Stelle der Anlage angeordnet werden kann.
Was die Ausbildung und Anordnung der Kondensatoren betrifft, so sind in Fig. 1 der Kühlmittelkondensator 74 und der Kälte mittelkondensator 56 getrennt dargestellt, um die Beschreibung der Anlage zu vereinfachen. In Wirklichkeit befinden sich indessen beide Kondensatorschlangen in einer Wärmeaus tauschlage und die beiden Kondensatoren bil den eine einheitliche Konstruktion.
Gemäss Fig. 4, 5 und 6 dient eine Trommel C1 als Behälter für alle andern Kondensatorteile; sie bildet eine Dampfkondensierkammer C12, entsprechend der Kammer des Kondensators 74 in Fig. 1.
Diese Kammer hät eine Dampf einlassverbindung C16 und eine Dampfauslass- verbindung C". In der Kammer ist eine Wasserumlaufschlange C24 angeordnet, die an den Einlasskanal C21 und den Auslasskanal C23 angeschlossen ist. Diese Rohrschlange entspricht den beiden Schlangen 62 und 90 der Fig. 1.
Die Windungen der Schlange be finden sich im Abstand voneinander und nehmen die Windungen einer ähnlichen schraubenförmigen Schlange C34 auf. Diese ist an den Kältemitteleinlass C3' und einen Kältemittelauslass oder ein Abschlussventil C44 angeschlossen. Diese Schlange entspricht der Kammer des Kondensators 56 in Fig. 1. Die Schlangen C24 und C31 sind zur Erzielung einer die Wärme gut. leitenden Verbindung zweckmässig miteinander verlötet.
Das Ventil C44 besitzt einen kappenförmi- gen Körper C4' mit einem Einlasskanal C46: dieser ist von einem deformierbaren rohrför- migen Ventilsitz C4$ umgeben.
Eine kappen- förmige Membran C5 ist an der Mündung des Körpers C45 angeschweisst; sie hat in der Mitte einen kugelförmigen Vorsprung C'': dieser kann durch einen Pfropfen C52 und eine Schraube C54, die in einen Deckel C' 6 geschraubt ist, dichtend auf den Sitz C" ge drückt werden. Der Pfropfen ist an der Membran C56 angeschweisst.
Der Ventilkör per hat einen Auslass C", der mit einer Lei tung Cslb (Fig. 4 und 5) verbunden ist.
Die biegsame Membran und der rohrför- mige Ventilsitz sind aus einem Material her gestellt, das eine bestimmte, aber geringe Elastizität und eine verhältnismässig hohe Plastizität besitzt. Der Sitz kann sich daher deformieren und sich jeder Unregelmässigkeit der Form der Membran anpassen. Dies er möglicht, einen genauen Sitz der Membran und einen dichten Abschluss bei einem gerin gen Drucke zu erzielen. Die Herstellung die ses Ventils erfordert keine besondere Ge nauigkeit oder Ausrichtung der einzelnen Teile. An dem gegenüberliegenden Ende des Kondensators kann ein ähnliches Ventil C6 zum Füllen vorgesehen werden.
Der ganze Kondensator kann mit Filzisolation C66 und einem äussern Gehäuse C6$ abgedeckt werden, das Endkappen C 2 hat. Die Kondensatoranordnung nach Fig. 4 bis 6 hat den Vorteil, dass die Ammoniakrohr- schlange e14 sich am Ende der Heizperiode selbsttätig entleert und das gesamte flüssige Ammoniak in den Verdampfer gedrückt wird.
In dem Augenblick, in dem das Dampfventil 84 geöffnet wird, wird die Kondensator- Rohrschlange C34 mit dem letzten Zuwachs von verflüssigtem Ammoniak aus dem Aus treiberabsorber gefüllt. Wenn der heisse Äthylchloriddampf in die Kammer C<B>\</B> ein tritt, erhitzt er das Ammoniak in der Schlange C34, ein Teil der Flüssigkeit ver dampft und ihr Druck steigt, wie es durch den Abschnitt 410 bis 416 der Kältemittel- kurve dargestellt ist, auf eine solche Höhe, dass die übrige Flüssigkeit nach oben in den Verdampfer gedrückt wird.
Die Flüssigkeit wird aus der Schlange infolge der Bildung von kapillaren Pfropfen in der Schlange und in der Leitung 64 hinausgetrieben. Die Grösse der Röhren wird zweckentsprechend gewählt.