DE1426919A1

DE1426919A1 - Absorptionskaelteapparat

Info

Publication number: DE1426919A1
Application number: DE19631426919
Authority: DE
Inventors: Koegel Wilhelm Georg
Original assignee: Electrolux AB
Current assignee: Electrolux AB
Priority date: 1962-04-02
Filing date: 1963-03-15
Publication date: 1969-03-13
Also published as: GB1039264A; CH411953A

Description

Der Patentanwalt Dipl-Ing. W. Beyer

FRANKFÜRT/MAIN FREIHERR-VOM-STEIN-STRASSE Ii

_____ __ 14269Ί9

Aktiebolaget Electrolux P 14- 26 919.3

Stockholm / Schweden

Absorptionskälteapparat

Priorität der schwedischen Patentanmeldung Nr. 3666/62 vom 2. April 1962

Die Erfindung betrifft einen mit Hilfsgas arbeitenden Absorptionskälteapparat, in dessen Absorbergefäß sowohl in dem Verdampfer des Apparates auftretender Überschuß flüssigen Kältemittels unter Bildung einer Oberflächenschicht auf der Flüssigkeitsmasse des Absorbergefäßes als auch in den 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.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, den Dampfraum des Absorbergefäßes als Ersatz für ein besonderes Druckgefäß auszunützen, das gewöhnlich über dem Kondensator des Apparates liegt. Es ist ferner vorgeschlagen worden, das Absorbergefäß zur Aufspeicherung von Überschuß an flüssigem Kältemittel auszunützen, das sich unter bestimmten Betriebsverhältnissen in dem Verdampfer des Apparates ansammelt. Dabei sind be-

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sondere Maßnahmen vorgesehen, um auf der Flüssigkeitsmasse des Absorbergefäßes eine Flächenschicht zu bilden, die aus dem gespeicherten flüssigen Kältemittel besteht. Im Zusammenhang mit der Ausnützung des Ab s orb er ge f äße s als Druckgefäß hat diese Flächenschicht insofern eine entscheidende Bedeutung, als nämlich beim Fehlen einer solchen Flächenschicht die Zufuhr von einem eventuellen Überschuß an Kältemitteldampf zum Dampfraum des Absorbergefäßes in den meisten Fällen mit Rücksicht auf die Druckerhöhung mehr oder weniger illusorisch wird, weil der Dampf ganz einfach in einer Flächenschicht auch von ziemlich reicher Absorptionslösung absorbiert wird.

Es ist weiterhin ein mit inertem Gas arbeitendes Absorptionskälteaggregat bekannt, bei dem überschüssiger Kältemitteldampf in das Absorbergefäß eingeführt wird, um eine Druckerhöhung zu bexvirken. Aufgrund der Bewegung und Durchwirbelung der im Absorbergefäß gespeicherten Flüssigkeit kommt es allerdings nicht zur Ausbildung einer ruhenden Schicht aus reinem Kühlmittel an der Oberfläche dieser Flüssigkeitsmasse, was auch weiterhin dadurch erschwert oder ummöglich gemacht wird, daß über eine Leitung in den Gasraum des Absorbergefäßes einströmender reiner Kühlmitteldampf durch eine weitere Leitung direkt inden Absorber hineingeleitet wird, ohne irgendwelchen Einfluß auf die Gasmasse des Absorbergefäßes ausüben zu können.

Aufgabe der Erfindung ist es, die obigen Nachteile zu vermeiden und eiSⁿAbsorptionskälteapparat zu schaffen, bei dein der Überschuß von Kältemitteldampf, der unter ungünstigen Kühlungsverhältnissen des Kondensators auftritt, in dem Absorbergefäß des Apparates aufgespeichert wird und dieser Überschuß zur Erzielung einer Erhöhung des Arbeits-

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druckes in dem Apparat ausgenutzt wird, so daß bei vereinfachter Leitungsführung zwischen dem Absorbergefäß und den in diesem Zusammenhang berührten übrigen Apparatteilen die Kondensation erleichtert wird. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß auch die Zufuhrstelle für den Überschuß an Kältemitteldampf in dem somit begrenzten Abschnitt des Absorbergefäßes gelegen ist. Durch die Konzentration von sowohl der Durchströmungsstelle als auch wenigstens,der Zufuhrstelle für den Überschuß an Kältemitteldampf auf einen sehr begrenzten Teil des Absorbergefäßes, kann man gemäß der Erfindung ferner eine Leitungsführung erreichen, bei der ein und dieselbe in dem genannten begrenzten Teil des Gefäßes einmündende Leitung sowohl in dem Verdampfer angereichertes Gas als in dem Kondensator auftretenden Überschuß an Kältemittel sowie auch in dem Verdampfer auftretenden Überschuß an flüssigem Kältemittel in das Gefäß einführt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.

Sie zeigt einen luftgekühlten Absorptionskälteapparat, der mit Hilfsgas, z.B. Wasserstoff, arbeitet. Der Apparat umfaßt in bekannter Weise ein Verdampfersystem 10, das in einem Kühlschrank angeordnet ist. Kältemittelkondensat, z.B. 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, eine senkrechte Leitung 14 und einen Teil des Gasraumes 4-2 in dem Absor bergefäß 15 zu einer luftgekühlten Absorberrohrschlange 16,

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durch, welche das Gas in Gegenstrom zu dem durch eine Leitung I7 in den Oberteil der Schlange eingeführten Absorptionsmittel, z.B. Wasser, strömt. Dabei wird . Kältemitteldampf aus dem. einströmenden Gasgemisch ' absorbiert, das dabei ärmer an Kältemittel wird, und durch den Gastemperaturwechsler 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 infolge der Verdampfung bzw. Absorption von Kältemitteldampf in verschiedenen Teilen des Strömungsweges des Gasgemisches durch die genannten Apparatteile auftreten, ist für den Flüssigkeitsumlauf durch den Absorber 16 eine wärmebetriebene Pumpe 23 angeordnet,. Auf diese wird durch Vermittlung eines an dieselbe fest-, geschweißten Rohres 29 die ganze Wärmemenge übertragen, die zur Austreibung der Menge von Kältemitteldampf erforderlich- ist, die für den normalen Betrieb des Apparates ausreichend ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel geschieht ^aIe Wärmezufuhr durch eine in das Rohr 29 eingeschobene 'elektrische Heizpatrone, deren Stromzufuhr in bekannter Weise durch Vermittlung eines Thermostaten 32 ausgeschaltet wird, wenn der kühlkörper 33 des Thermostaten durch seinen wärmeleitenden Kontakt mit dem Verdampfer eine so niedrige Temperatur annimmt, daß die für die Anlage vorgesehene Temperaturgrenze unterschritten wird. In entsprechender Weise wird die Stromzufuhr "wieder eingeschaltet, wenn die Temperatur des Fühlkörpers einen im voraus bestimmten Wert überschreitet.· Die Energiezufuhr von der elektrischen Stromquelle 31 wird in Abhängigkeit

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von den von dem Fühlkörper 33 durch eine Leitung 34· zum Thermostaten 32 übertragenen Impulsen ausschließlich durch eine vollständige ELn-"oder Ausschaltung der Stromzufuhr geregelt. Wenn der Apparat für Gas- oder ölbetrieb angeordnet sein soll, wird ein Thermostat vorgesehen, der in ähnlicher Veise die Wärmezufuhr zur Pumpe regelt, deren Pümpwirkung ebenso wie bei elektrischem Betrieb zeitweise aufhört.

Die Pumpe 23 befördert Absorptionslösung von dem Absorbergefäß 15 in ein Standrohr 24·, in welchem sie eine Flüssigkeitssäule von armer Absorptionslösung auf einer Höhe I aufrechterhält. Die in dem Absorber 16 an Kältemittel angereicherte Lösung fließt durch eine Leitung 4-1 zunächst in ein trichterähnliches Rohrelement 40 hinein, dessen oberer Rand über der Flüssigkeits-oberfläche III im Absorbergefäß 15 liegt. 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 kommunizieren somit durch das "letztere Element mit dem Inneren der Flüsägkeitsmasse in dem Absorbergefäß 15-Von dem Rohrelement 37» 20 wird die reiche Absorptions-18sung 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 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 unter der Flüssigkeitsoberfläche III.

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Dadurch, wird der in. der Pumpe erzeugte Dampf durch*eine Rektifikationssäule gerade unter die Flüssigkeitsoberflache III gepreßt» Diese Säule wird Analysator genannt und hat die Bezeichnung 13.

Unter bestimmten Betriebsverhältnissen, z.B. bei niedriger Belastung des Kühlschrankes oder bei niedriger Kühlluft-' temperatur, kommt bekanntlich in dem Verdampf ersystem ein Überschuß an flüssigem Eältemittel vor· Dieser Überschuß wird zusammen mit dem im Verdampf ersystem angereicherten Gras durch den Außenmantel des Temperaturwechslers 12 und eine Leitung 14 in den Gasraum 42 des Absorbergefäßes geleitet, wobei das* flüssige Eältemittel direkt auf die Oberfläche der Flüssigkeitsmasse 38 fließt und dort eine Schicht von reinem Eältemittel bildet, während das reiche Gas praktisch ohne Berührung mit der genannten Oberflächenschicht direkt in die Leitung 41 hineinströmt und weiter durch den Absorber und das Innenrohr des Temperaturwechslers 12 zum Verdampfer system 10 zurück.

Die Aufspeicherung von flüssigem Eältemittel, in diesem Fall in dem Absorbergefäß, führt eine Herabsetzung der Eältemittelkonzentration der durch den Apparat umlaufenden Absorptionslösung herbei ,'was sich in an sich bekannter Weise auf die Funktio: des Apparates unter schweren Betriebsverhältnissen vorteilhaft auswirkt· Die besondere Anordnung der Zufuhrleitungen 14 bzw. 41,40,37 in einen sehr begrenzten Teil der horizontalen Ausdehnung des Absorbergefäßes, die die Hälfte dieser Ausdehnung, vorzugsweise ein Drittel davon nicht übersteigt, führt im praktischen Betrieb dazu, daß praktischste ganze Oberfläche der Flüssigkeitsmasse im Absorbergefäß mit» einer Schicht von reinem Kältemittel bedeckt ist, wenn ein Überschuß davon auf . Grund der besonderen Betriebsverhältnisse auftritt. In an sich bekannter Meise wird aber durch die Bin- und Ausschaltung der

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Energiezufuhr zur Pumpe 23 durch den Thermostaten eine Rückführung der aufgesammelten Kältemittelmenge auf den normalen Umlauf durch das Kochersystem und den Absorber zustande gebracht, wenn die Betriebsverhältnisse dies erfordern. Die Verteilungen von Kältemittel in der umlaufenden Absorptionslösung, die im Zusammenhang mit ■thermostatisch ausgeschalteten Pumpen auftreten, sind allgemein bekannt und brauchen daher nicht in Einzelheiten beschrieben zu werden.

Manchmal tritt aber unter bestimmten Betriebsverhältnissen, besonders bei erhöhter Kühllufttemperatur, anstatt oder ausnahmsweise zusammen mit dem Überschuß an flüssigem Kältemittel ein Überschuß an Kältemitteldampf in dem Kondensatorsystem 28 ein.· Zur Aufspeicherung eines solchen Überschusses hat man früher ein besonderes Druckgefäß angewendet. Damit eine solche Speicherung den vorgesehenen Zweck erfüllt, muß das Volumen der Speicherung etwa dieselbe Größe yie das Gasvolumen im Absorbergefäß 15 haben. Man hat deshalb ab und zu versucht, diesen Gasraum Ale Ersatz eines besonderen Druckausgleichsgefäßee zu verwenden, das mit Rücksicht auf den hohen Arbeitsdruck des Apparates eine sehr teuere Einrichtung ist.

Es hat sich aber gezeigt, daß man um eine solche Ausnützung des Absorbergefäßes zu ermöglichen, bestimmte Maßnahmen vornehmen muß. Erstens muß man in der einen oder anderen Weise eine Oberflächenschicht auf der Flüssigkeitsmasse des Absorbergefäßes zustandebringen, die aus beinahe reinem Kältemittel besteht, um dadurch zu verhindern, daß in den Gasraum des Gefäßes eingeführter Überschuß von Kältemitteldampf absorbiert wird. Durch diese Absorption wäre nämlich der Gasraum des Gefäßes als Mittel zur Erzielung der

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"bestimmten 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 Oberlächenschicht zustande kommt. Ebenso muß· die Durchströmung von Absorptionslösung durch die Flüssigkeitsmasse vermieden werden.

Ih dem gezeigten Ausführungsbeipiel flißt in normaler Weise flüssiges Kältemittel, das in dem Kondensator 28 gebildet worden ist, durch eine Leitung 11 in das Verdampf ersystem 10 hinein, besonders dessen oberen Schlange, "wahrend ein eventueller Überschuß an Kältemitteldampf durch eine Leitung 36 in die Leitung 14 und von dort zusammen mit dem im Verdampfer angereicherten Gas in den Gasraum des Absorbergefäßes eingeführt wird. 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 Kühlltlfttemperatur, wenn ein solcher Überschuß an Kältemitteldampf auftritt, wird auf Grund des größeren spezifischen Gewichtes des reinen Kältemitteldampfes, das normaler-'Weise durch die Leitung 14 strömende Gasgemisch verdrängt und durch den Kältemitteldampf ersetzt. Beim Eintritt in den Dampfraum des Absorbergefäßes strömt aber der genannte Dampf nur teilweise denselben Weg wie der nor- ·· male reiche Gasstrom, nämlich in die Leitung 41. Statt- ; dessen sammelt sich der Dampf auf Grund seines größeren .spezifischen Gewichtes Über der Oberflächenschicht in dem

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Absorbergefäß 16, wo eine Absorption auf Grund der Anwesenheit von flüssigem Kältemittel nur in sehr begrenzter Umfassung stattfindet. Es wird somit über der Flüssigkeitsschicht eine Dampfschicht gebildet, deren Dicke ständig wächst, und die dabei allmählich eine Verdrängung des früher dort befindlichen Gasgemisches normaler Zusammensetzung in die Richtung des Flüssigkeitsspiegels und aufwärts von diesem zustandebringt. Dadurch wird die angestrebte Erhöhung des Arbeitsdruckes im Apparat erreicht, v/eil zu dem normalen Druck des Hilfsgases auch der zufällig im Vergleich sehr hohe" Partialdruck des in das Druckausgleichsgefäß eingeführten Kältemitteldampfes hinzugefügt wird.

Die Erfindung ist auf das gezeigte und beschriebene Ausführungsbeispiel nicht beschränkt.

Patentansprüche/

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Claims

Pat entansprüche

Mit Hilfsgas arbeitender Absorptionskälteapparat, In dessen Absorbergefäß sowohl in dem Verdampfer des Apparates .auftretender Überschuß flüssigen Kältemittels unter Bildung einer Oberflächenschicht auf der Plüssig- ■ keitsmasse des Absorbergefäßes als auch in dem Kondensator des Apparates auftretender Überschuß von Kältemitteldampf eingeführt v/erden und in dem die Durch-. Strömungsstelle für von dem Verdampfer zum Absorber strömendes Hilfsgas sowie auch die Zufuhrstelle für in dem Absorber angereicherte Absorptionslösiing"in einem Abschnitt des Absorbergefäßes gelegen sind, der auf höchstens die Hälfte, vorzugsweise aber 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.
2. Absorptionskälteapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennz ei cn η et, daß die Zufuhrleitungen (36,14) für Kältemitteldampf von dem Kondensator (28) zu dem Abaorbergefäß (15) wenigstens zu einem Teil ihrer Länge auch eine Zufuhrleitung (H) zum Abaorbergefäß (15) für in dem Verdampfer (10) angereichertes Hilfsga* und vorzugsweise auch für flüssiges Kältemittel bilden.

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