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Mit Hilfsgas arbeitender Absorptionskälteapparat Die Erfindung betrifft
einen mit Hilfsgas arbeitenden Absorptionskälteapparat, insbesondere zum Betriebvon
Kühlschränken oder Kühltruhen in Transportmitteln,'wie Kraftfahrzeugen, Flugzeugen,
Schiffen oder Eisenbahnwagen, wobei der Absorptionskälteapparat mit zwei mit dem
Umlaufsystem für die Absorptionslösung im Apparat wärmeleitend verbundenen metallischen
Wärmeübertragungsgliedern versehen ist und wobei beide Wärmeübertragungsglieder
mit je einer von zwei Heizquellen zusammenwirken, die verschiedenartig sind und
die alternativ betrieben werden können.
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In der Praxis ist es vielfach erwünscht, bei einem Absorptionskälteapparat
alternativ zwei Heizquellen zur Verfügung zu haben, die .durch verschiedene Energiequellen,
z. B. durch gasförmige und durch flüssige Kraftstoffe oder durch Elektrizität betrieben
werden können.
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Hierzu könnte der betreffende Kühlraum mit zwei Kälteapparaten versehen
werden, von denen der eine der einen Energiequelle und der andere der anderen 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.
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Es könnte auch ein einziger Kälteapparat zur Anwendung kommen, der
wahlweise mit der einen oder mit der anderen Heizquelle ausgerüstet werden kann.
Die eine Heizquelle müßte dann ausgebaut und durch eine andere ersetzt werden. Dies
erfordert jedoch Fachleute und ist sehr zeitraubend und kostspielig.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es nun, daß bei einem Absorptionskälteapparat
mit zwei Heizquellen die eine oder die andere Heizquelle je nach der zur Verfügung
stehenden, für die eine oder die andere Heizquelle geeigneten Energie, z. B. gasförmiger
oder flüssiger Kraftstoff oder Elektrizität, in Betrieb genommen werden kann, ohne
daß ein Auswechseln der Heizquellen oder eine sonstige Veränderung ihrer Lage im
Verhältnis zum zugehörigen Wärmeübertragungsglied erforderlich ist.
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Es sind Absorptionskälteapparate mit zwei Heizquellen bekannt, von
denen die eine durch die Abgase einer Brennkraftrnaschine und die andere durch einen
elektrischen Heizkörper oder durch eine mit dem Kraftstoff der Brennkraftmaschine
gespeisten Flamme besteht. Die erstgenannte Heizquelle dient hierbei als Hauptheizquelle
bei in Betrieb gesetzter Brennkraftmaschine und die zweitgenannte Heizquelle als
Zusatzheizquelle, die nur eingeschaltet wird, wenn die Brennkraftmaschine außer
Betrieb gesetzt ist. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß der Absorptionskälteapparat
bereits bei außer Betrieb befindlicher Brennkraftmaschine durch die Zusatzheizquelle
in Betrieb genommen werden kann, die dann, wenn bei laufender Brennkraftmaschine
die Hauptheizquelle (Abgase) zur Wirkung kommt, ausgeschaltet wird.
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Es sind weiter Absorptionskälteapparate mit zwei parallel geschalteten
elektrischen Heizkörpern zum gasförmigen Austreiben des Kältemittels aus der Kältemittellösung
bekannt. Bei dieser Anordnung stellt ebenfalls der eine der beiden Heizkörper eine
Zusatzheizquelle dar, die ausgeschaltet wird, wenn es z. B. in der kühleren Jahreszeit
genügt, mit nur einem Heizkörper zu arbeiten.
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Gemäß der Erfindung ist jedoch jede der beiden Heizquellen für sich
so leistungsstark, daß jede allein den Betrieb des Kälteapparates unter allen normalerweise
vorkommenden Betriebsverhältnissen bewältigt.
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Die Erfindung besteht somit im wesentlichen darin, daß die beiden
Wärmeübertragungsglieder mit den zugehörigen Heizelementen und die wärmeleitende
Verbindung zwischen dem Flüssigkeitsumlaufsystem und den beiden Wärmeübertragungsgliedern
so ausgebildet und angeordnet sind, daß der für den normalen Betrieb des Apparates
erforderliche Wärmestrom von jeder der beiden alternativ betriebenen
verschiedenartigen
Heizquellen einzeln für sich unmittelbar auf die Absorptionslösung im Flüssigkeitsumlaufsystem
übertragbar ist.
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Nach weiteren Merkmalen der Erfindung kann eine der beiden alternativ
arbeitenden verschiedenartigen Heizquellen elektrisch betrieben sein und die andere
aus einer Flamme, vorzugsweise aus einer Gasflamme, bestehen. Weiter sind die Wärmeübertragungsglieder
der beiden Heizquellen mit einer und derselben Flüssigkeitsumlaufpumpe wärmeleitend
verbunden, wobei nach einem weiteren Merkmal eine Einrichtung zum Herabsetzen -des
Wärmestromes von der im Betrieb befindlichen Heizquelle zur anderen Heizquelle vorgesehen
ist. Ferner verhindert eine Sperre ein gleichzeitiges Einschalten der beiden Heizquellen
zur Vermeidung von Überhitzung in den Leitungen des Kocheraggregates. Hierzu kann
nach einem Merkmal der Erfindung ein Ventil in der Gaszufuhrleitung zu der einen
Heizquelle mit einem Schalter für die Stromzufuhr zu der anderen Heizquelle, der
elektrischen Heizpatrone, derart vereinigt sein, daß bei sich öffnendem Gasventil
der elektrische Stromkreis unterbrochen wird und daß, umgekehrt, bei Einschaltung
des elektrischen Stromkreises das Gasventil geschlossen wird.
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Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
zweier in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele. Es zeigt
Fig.1 eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Wärmeübertragungsglieder der
beiden alternativ arbeitenden Heizquellen mit einer gemeinsamen Pumpe wärmeleitend
verbunden sind, und Fig.2 eine andere Ausführungsform, bei der die beiden Wärmeübertragungsglieder
mit je einer Pumpe wärmeleitend verbunden sind.
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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 der praktischen
Ausführung eines solchen Kocheraggregates werden die Rohrleitungen statt dessen
zweckmäßig als Bündel um die heißesten Teile angeordnet. Der Apparat kann mit Ammoniak
als Kältemittel, Wasser als Absorptionsmittel und Wasserstoff als durckausgleichendes
Gas arbeiten.
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Die in der Fig. 1 dargestellte Leitung 10 kommt von einem nicht
gezeigten Absorbergefäß des Apparates. Durch diese Leitung wird eine an Kältemittel
reiche Lösung in das Kochersystem geleitet, und zwar über einen Flüssigkeitstemperaturwechsler
11, der, um die von dem genannten System abgegebene Wärme nutzbar zu machen, in
dem dargestellten Ausführungsbeispiel schraubenförmig um den unteren Teil des Kochersystems
gewunden ist. Die Leitung 10 mündet hinter dem Flüssigkeitstemperaturwechsler in
ein Standrohr 12, von welchem die in dem Kocheraggregat ausgetriebenen Kältemitteldämpfe
dem nicht dargestellten Kondensor 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 im Absorbergefäß übereinstimmt. Die obengenannte
Flüssigkeitssäule im Standrohr 12 ist mit ihrem unteren Teil an die 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 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 Gas- oder Ölbrenner 18 zugeordnet. Die Pumpe 15 kann
somit alternativ entweder in Verbindung mit dem Schornstein 16 mit einer gas-oder
ölbetriebenen Heizquelle oder in Verbindung mit dem Heizrohr 17 mit einer elektrischen
Heizquelle arbeiten.
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Wie aus der Fig.1 ersichtlich ist, ist die wärmeleitende Verbindung
zwischen der Pumpe 15 und dem Schornstein 16 sowie dem Heizrohr 17 auf einen gewissen
Höhenabschnitt begrenzt, der sich im wesentlichen unter der Flüssigkeitshöhe 14
erstreckt und dessen Länge den für den betreffenden Apparat herrschenden Betriebsverhältnissen
angepaßt werden kann. Zweckmäßig soll aber der niedrigste Punkt für die wärmeleitende
Verbindung zum Schornstein 16 und zum Heizrohr 17 etwa derselbe sein, damit
dieser Punkt im wesentlichen das Reaktionsverhältnis der Pumpe bestimmt und damit
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 mündet in den oberen Teil des Rohrschenkels 23 eines
nach unten weisenden U-Rohres 26, derart, daß die durch die Pumpe geförderte arme
und erwärmte 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 Wege 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 anderen Rohrschenkel 21 und
treten in die Flüssigkeitssäule innerhalb des Standrohres 12 in einer Höhe ein,
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 Dampfmengen auf
der für die Absorption in dem Absorber vorgesehenen Menge gehalten wird. Die 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.
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Gemäß .der Erfindung sind die wärmeleitenden Verbindungen zwischen
dem Schornstein 16 und dem Heizrohr 17 einerseits und der Pumpe 15 andererseits
in besonderer Weise angeordnet, um zu verhindern, daß die Wärme, die der Pumpe von
der einen der beiden Heizquellen zugeführt wird, von der Pumpe 15 durch das Wärmeübertragungsglied
der anderen Heizquelle, die außer Betrieb ist, abgeleitet wird. Wird angenommen,
daß der Schornstein 16 und das
Heizrohr 17 aus metallischem Material,
vorzugsweise Eisen, hergestellt sind, so wird offensichtlich Wärme von dem Heizrohr17
durch Vermittlung der Pumpe 15 zum Schornstein 16 übertragen. Gemäß der Erfindung
werden aber die Wärmeverluste, die hierdurch entstehen, begrenzt, weil der Schornstein
16 wenigstens oben durch einen Querluftspalt oder in anderer Weise von einem 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 wärmeleitendem Material, wie Keramik, Eternit
od. dgl., hergestellt sein.
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Aus ähnlichen Gründen ist, wie aus der Fig. 1 zu ersehen ist, der
untere Teil des Schornsteins 16 durch einen Ringluftspalt vom übrigen Teil des Schornsteins
getrennt und als Luftzuführungsrohr 20 ausgebildet, das aus metallischem oder hitzebeständigem
Material hergestellt sein kann. Sowohl die Anordnung des Abgasrohres 19 als auch
des Luftzuführungsrohres 20 mit dem Temperaturwechsler 11 sind jede einzelne geeignet,
den Wärmestrom herabzusetzen, der durch den Schornstein 16 von dem Heizrohr 17 weggeführt
wird, wenn die Heizquelle im Heizrohr 17 im Betrieb ist.
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Es ist auch möglich, den Apparat alternativ elektrisch mit zwei elektrischen
Heizpatronen für verschiedene Spannungen zu treiben, wobei die zweite Patrone in
den Schornstein 16 eingesetzt wird und das Abgasrohr 19 weggenommen und durch
eine Isolierung ersetzt wird. Das ganze Kocheraggregat ist selbstverständlich in
einer Wärmeisolierung eingeschlossen, die indem dargestellten Beispiel aus einem
Isolierkörper 27 aus z. B. Glaswolle, Steinwolle od. dgl., der von einem Gehäuse
umgeben ist, bestehen kann.
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Sollten die beiden Heizquellen versehentlich gleichzeitig eingeschaltet
werden, so besteht ein großes Risiko für eine Überhitzung im Kocheraggregat mit
Korrosion als Folge und dadurch bedingter verkürzter Lebensdauer des Apparates.
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Gemäß der Erfindung wird deshalb vorgeschlagen, eine Sperre anzuordnen,
welche die Einschaltung der einen Heizquelle verhindert, wenn die andere Heizquelle
schon eingeschaltet ist, oder die automatisch 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, das Ventil
sich schließt.
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Die Lösung aus der Flüssigkeitspumpe 15 wird in den Rohrschenkel 23
des U-Rohres 26 hineingepumpt, der zweckmäßig dieselbe Querschnittsfläche haben
kann wie das Außenrohr des Temperaturwechslers 11. Wie aus der Fig. 1 ersichtlich
ist, ist der Rohrschenkel 23 von den beiden Wärmeübertragungsgliedern (Schornstein
16 und Heizrohr 17) thermisch getrennt, obwohl in gewissen Fällen eine thermische
Verbindung zwischen dem Schornstein 16 bzw. dem Heizrohr 17 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 wärmeleistend
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.
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Das System von im wesentlichen senkrechten Rohrleitungen, welches
das Kocheraggregat nach Fig. 1 bildet, soll zweckmäßig mit der kleinstmöglichen
Ausdehnung in horizontaler Richtung ausgebildet sein, um ein möglichst kompaktes
Rohrbündel zu bilden, das in dem in der Figur angedeuteten Isolationskörper 27 eingebaut
ist, dessen unterer Teil zweckmäßig auch den Temperaturwechsler 11 umschließt. Dieser
kann jedoch, falls erwünscht, nach 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
zugeordnet ist.
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Wie bereits angedeutet worden ist, kann die gegenseitig thermische
Trennung der beiden Wärmeübertragungsglieder gemäß der Erfindung in verschiedener
Weise erreicht werden, und in der Fig. 2 ist schematisch eine Ausführung dargestellt,
in welcher die beiden Wärmeübertragungsglieder noch wirksamer als im Falle nach
Fig.1 voneinander getrennt sind.
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Wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, sind zwei Pumpen 30,
31 vorhanden, die jede innerhalb eines im wesentlichen gleichen Höhenabschnittes
mit je einem Wärmeübertragungsglied, z. B. einem Heizrohr 32 und einem Schornstein
33 derart wärmeleitend verbunden sind, daß in einer der beiden Pumpen 39, 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 dem Rohrschenkel 34 der Rektifiziersäule und oben an den Rohrsteg
29 eines nach unten weisenden U-Rohres 26 angeschlossen, das mit dem Flüssigkeitstemperaturwechsler
37 verbunden ist.
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Wegen der besonderen Eigenschaften der wärmebetriebenen Pumpen dieser
Art war es bisher verhältnismäßig unsicher, die Pumpen bei gleichzeitigem Betrieb
parallel zu schalten. Es hat sich aber gezeigt, daß die beiden Pumpen 39, 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 Rektifiziersäule im Rohrschenkel 34 und einem Teil des
Zuführungsrohres 36 für reiche Lösung dem nicht dargestellten Kondensator die Menge
Kältemitteldampf zugeführt werden kann, die für die normale Kälteleistung des Apparates
erforderlich ist.
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Wie schon im Zusammenhang mit dem Beispiel gemäß der Fig. 1 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 werde, von welchem arme Lösung über den Temperaturwechsler
37 dem nicht dargestellten Absorber zugeführt wird. Eine solche wärmeleitende Verbindung
ist bei dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 2 einfacher zu gestalten
als
bei dem nach der Fig. 1, weil die beiden Wärmeübertragungsglieder 32 und 33, abgesehen
von Rohranschlüssen zu dem übrigen Rohrsystem des Apparates, sehr wirksam thermisch
voneinander getrennt werden können.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele
begrenzt, sondern kann im Rahmen des Erfindungsgedankens verändert werden. Es soll
in diesem Zusammenhang erwähnt werden, daß die ausschließliche Erzeugung vom Kältemitteldampf
in der Pumpe bzw. den Pumpen mit darauf folgender Rektifikation in dem Kochersystem
die Verwendung von Rohrleitungen von wesentlich kleineren Querschnitten als für
entsprechende Leitungen in anderen Apparattypen ermöglicht -- abgesehen von den
Pumpen, die normalerweise eine kleine Querschnittsfläche aufweisen -, weil ein Abkochen
von hochgeförderter Lösung in diesen Leitungen nicht vorkommt und somit das Risiko
eines unbeabsichtigten Siedens einer solchen Lösung in dem Kondensatorsystem nicht
auftreten kann.
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Die herabgesetzten Rohrdimensionen ermöglichen auch einen kompakteren
Aufbau des das Pumpaggregat bildenden Rohrbündels und damit des ganzen Pumpenaggregates.
Der Flüssigkeitstemperaturwechsler 37 liegt bei dem Beispiel nach der Fig. 2 außerhalb
des Isolationskörpers 27 des Pumpaggregates, kann aber selbstverständlich auch in
diesem Körper, wie bei dem Beispiel nach der Fig.1, angeordnet sein.