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Verfahren zum Beheizen von Absorptionskäiteapparaten Die Erfindung
betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beheizen von Absorptionskälteapparaten,
insbesondere solchen, die sich zum Einbau in Kühlschränke eignen und die mit offenen
Flammen, z. B. einem Gasbrenner, oder flüssigen oder vergasten Brennstoffen beheizt
werden. Bei derartigen Apparaten ist es zweckmäßig, bestimmten Teilen des Apparats,
beispielsweise der Pumpe oder einem besonderen Teil des Kochers, mehr Wärme als
anderen Kocherteilen zuzuführen. Eine derart verschiedenartige Wärmezufuhr zu den
einzelnen Teilen ist aber besonders bei kleineren Apparaten, die sich zum Einbau
in Haushaltskühlschränke eignen, recht schwierig zu erreichen, da die ganze zu beheizende
Fläche oft nur 3o cm lang ist. Die Erfindung bezweckt; eine derart verschiedenartige
Wärmezufuhr zu den einzelnen zu beheizenden Teilen bei gleichzeitig guter Gesamtwärmeausnutzung
zu schaffen, und sie erreicht dies im wesentlichen dadurch, daß die verschiedenartige
Wärmezufuhr zu den einzelnen Apparatteilen durch Anordnung von Strahlkörpern an
geeigneten Stellen sichergestellt wird.
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Die Erfindung soll näher unter Hinweis auf die beiliegenden Zeichnungen
erläutert werden, wobei sich weitere kennzeichnende Merkmale der Erfindung ergeben
werden.
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Abb. i zeigt schematisch einen gasbeheizten Absorptionskälteapparat,
der mit druckausgleichendem Gas arbeitet und der mit einem senkrecht stehenden Kocher
versehen ist.
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Abb. 2 stellt in schematischer Form einen Teil eines derartigen Apparats
dar mit waagerecht angeordnetem Kocher.
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Die Abb. 3 und q. sind ein senkrechter bzw. waagerechter Schnitt eines
Teiles der Abb. i in vergrößertem Maßstab.
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Die Abb. g bis 13 zeigen verschiedene andere Ausführungsformen der
Erfindung. Der in Abb. r dargestellte Apparat besteht im wesentlichen aus einem
Kocher A, einem Abscheider B für die Dämpfe des Absorptionsmittels, einem Kondensator
C, einem Gastemperaturwechsler D; Verdampfer E, Absorber F, Temperaturwechsler G
für die reiche und arme Absorptionslösung, einem Pumpenraum H und einer Steigleitung
I. Das Arbeiten und die Wirkungsweise eines derartigen Apparats, der beispielsweise
mit Ammoniak als Kältemittel, Wasser als Absorptionsmittel und Wasserstoff als druckausgleichendem
Gas betrieben wird, sind hinreichend bekannt, so daß hierauf nicht weiter eingegangen
zu werden braucht.
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Die Kälteleistung eines solchen Apparats ist eine Funktion des Umlaufes
des Kältemittels im System, und dieser Umlauf wieder ist eine Funktion der vom Apparat
bei der Beheizung aufgenommenen Wärme. Um die Temperatur des Verdampfers oder einer
ihn umgebenden, gestrichelt angedeuteten Kühlkammer I( zu regeln, ist in ihr oder
am Verdampfer
ein Thermostat i o angeordnet, der in bekannter Weise
über eine Druckkammer i z die Gaszufuhr zu dem den Kocher A und den Pumpenraum H
beheizenden Brenner 12 regelt. Das die Flamme steuernde Ventil 13 des Thermostaten
ist zweckmäßig mit einem Nebenschluß i (+ versehen, der eine Dauerflamme betreibt
oder aber verhindert, daß die Hauptflamme bei den Steuervorgängen des Thermostaten
ganz erlischt.
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In Abb.2 ist der Kocher liegend ausgebildet und hat im übrigen die
Form, die bei derartigen Apparaten bekannt und üblich ist. Die Bezugszeichen dieser
Abbildung stimmen finit denen der Abb. i überein. Sowohl der Kocher der Abb. i wie
der der Abb. 2 sind von einem Heizrohr 15 durchzogen, in das die Flämme des
Brenners 12 hineinschlägt.
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Bei Haushaltskälteapparaten, für die das obenerwähnte System besonders
vorteilhaftist, ist der Kocher des Apparats verhältnismäßig klein, d. h. die Länge
des ihn durchziehenden Schornsteins 15 beträgt im allgemeinen etwa 3o bis 6o cm:
Ferner ist in derartigen Apparaten der Brennstoffverbrauch, der die benötigte Menge
Kälte liefern soll; verhältnismäßig klein, so daß nur eine ziemlich kleine Flamme
gebraucht wird. Um unter solchen Verhältnissen eine vollständige Verbrennung in
dem innerhalb des Kochers gelegene.i Schornsteinteil 15 zu erreichen, muß man einen
Brenner nehmen, der eine sogenannte blaue Flamme hat, wie sie z. B. der Bunsenbrenner
liefert. Eine derartige Verbrennung liefert aber nur verhältnismäßig wenig Strahlungswärme,
so daß bisher im allgemeinen bei ähnlichen Apparaten die dem Kocher zugeführte Wärme
durch Leitung übertragen wurde.
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Die nur kleine Flamme, die für derartige Anlagen nötig ist, verlangt
ferner eine sehr genaue Regulierung, um eine vollständige Verbrennung des Brennstoffs
zu erhalten. Ist der Brenner nicht genau einreguliert, so ist eine unvollkommene
Verbrennung im verhältnismäßig schmalen Schornstein die Folge; wobei sich Kohlenoxyd
oder andere schädliche oder unerwünschte Gase bilden können. Dies ist besonders
unerwünscht bei Haushaltsapparaten, die meist in bewohnten Räumen, z: B. in der
Küche, stehen.
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Es ist bereits vorgeschlagen, bei derartigen Apparaten Stoßbleche
im Schornstein 15 vorzusehen, um eine vollständige Verbrennung zu erhalten und eine
bessere Wärmeübertragung an den Kocher oder Kocherteile zu erhalten. Diese Stoßbleche
haben jedoch keine vollständige Verbrennung erreicht, wenn der Brenner nicht absolut
genau einreguliert war.
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Diese Nachteile werden beseitigt, wenn man gemäß der Erfindung im
Schornstein 15 ober-'halb des Brenners eine Vorrichtung 16 anbringt, die
von dem Brenner bis zum Glühen erhitzt wird. Diese Vorrichtung kann die verschiedensten
Formen erhalten; wesentlich ist jedoch, daß sie einen Strahlkörper aus feuerfestem
Material enthält, der selbst bei längere Zeit gehaltenen hohen Temperaturen keine
schädlichen Oxydationserscheinungen aufweist. Diese Vorrichtung wird im Schornstein
15 derart angeordnet, daß sie bis zum Glühen erhitzt wird, wenn der Brenner
in Betriebsstellung ist, und zweckmäßig, aber nicht notwendig, an dem Teile des
Schornsteins, der den Pumpenraum H durchzieht. Vorteilhaft ist es ferner, der Vorrichtung
eine solche Form zu geben, daß alle Verbrennungsgase durch sie hindurchtreten.
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Eine günstige Ausbildung einer solchen Vorrichtung ist in Abb.3 gezeigt.
Sie besteht aus einem Haltering 17, der einen Schirm 18 aus Drahtgaze trägt. Die
Drahtgaze muß aus nicht oxydierendem Draht; ä. B. aus Chromnickel oder Platin, bestehen.
Dieser Schirm wird zweckmäßig so angeordnet, daß die Spitze der Flamme des Brenners
ihn gerade berührt und ihn im Zustande des Glühens hält. Doch ist diese Lage des
Schirmes nicht erforderlich, da die Temperatur der Verbrennungsgase im Bereich einer
solchen Flamme gewisse Unterschiede in der Lage des Schirmes gestattet. Der Schirm
selbst kann, wie in Abb. q: dargestellt, aus einer Mehrzahl von Drahtgazescheiben
bestehen.
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Die Drahtdicke im Schirm und die Zahl der Maschen auf den Quadratzentimeter,
die der Schirm zweckmäßig aufweist, hängen von der speziellen Ausbildung des Apparats
ab. Die Erfahrung hat ergeben, daß ein Schirm, der aus drei Gazeschichten mittlerer
Drahtdicke besteht und etwa sechs Drähte auf den Zentimeter hat, die Leistung des
Kälteapparats wesentlich verbessert. Die Temperatur der Abgase am Schornsteinende
sank dadurch um 2o° C, und auch die Temperatur des Kühlschrankes, in den der Apparat
eingebaut war, sank um etwa 2°.
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Ein gewisser Teil der Wärme, der bei gewSbnlichen Apparaten nur durch
Konvektion auf die zu beheizenden Teile übertragen wird; wird also erfindungsgemäß
im Schornstein in Strahlungswärme verwandelt, und diese Strahlungswärme, die schneller
von den Kocherwänden aufgenommen wird, hat zur Folge, daß die Gesamtmenge der Wärme,
die an den Kocher übertragen wird, steigt, so daß die Heizgase mit niederer Temperatur
den Schornstein verlassen, was eine Erhöhung der j Gesamtwärmeausnutzung ergibt.
Die Erzeugung einer Zone von Strahlungswärme im
Innern der PumpenkammerH
hat ferner zur Folge, daß sich die an diese Kammer übertragene Wärme relativ erhöht.
Demzufolge wird die Geschwindigkeit des Umlaufes der Absorptionsflüssigkeit ebenfalls
erhöht, da sich in der KammerH der erhöhten Wärmezufuhr wegen mehr Gas bildet. Dieser
erhöhte Umlauf .bedingt für einen gegebenen Brennstoffverbrauch wieder eine erhöhte
Kälteleistung. Diese Leistung kann noch dadurch weiter erhöht werden, daß man die
Menge des im Apparat enthaltenen Absorptionsmittels verringert. Eine solche Verringerung
ist in diesem Falle zulässig, da ja die Umlaufgeschwindigkeit der Mittel vergrößert
wird.
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Über die Verbesserung der Wärmezufuhr zum Kocher hinaus verbessert
der Strahlungskörper auch noch die Verbrennung. Denn etwa nicht voll verbrannte
Gase, die den Brenner wegen schlechter Justierung verlassen, werden oberhalb von
oder an dem Strahlkörper entzündet. Hierdurch wird eine sekundäre Verbrennung auch
bei schlechter Justierung des Brenners eingeleitet und eine vollständige Verbrennung
aller den Brenner verlassenden Gase erzielt. Die Bildung von Kohlenoxyd oder anderen
schädlichen oder riechenden Gasen wird also verhindert.
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An Stelle der in Abb. i dargestellten glatten Oberfläche kann der
Schirm auch so ausgebildet werden, daß er eine kugelförmige oder sphärische Form
erhält, wie dies in den Abb. 5 und 6 dargestellt ist. Statt des Drahtes aus nicht
rostendem Metall kann man auch einen Körper aus porösem Material verwenden. Auch
diesem Material kann die Form eines feinen Drahtes wie bei dem Metallschirm gegebeh
werden, oder der Einsatz 16 kann auch in der Form einer porösen feuerfesten Scheibe,
eines Knopfes o. dgl., ausgeführt werden, wie in den Abb.7 und 7a dargestellt.
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Sowohl bei der Ausbildung als Gazeschirm wie auch als durchlochte
Platte muß die Größe und Zahl der Löcher oder Durchbohrungen groß genug sein, den
Durchtritt der Verbrennungsgase ohne einen zu großen Verlust an Zug zu gestatten.
Hierzu sei erwähnt, daß die Vorrichtung außer der Lieferung der Strahlungswärme
in gewissem Sinne auch als Stoßblech in der Nähe des Brenners wirkt. Sie bewirkt
eine bessere Ber'ü'hrung der Gase mit den Kocherwänden unterhalb des Schirmes und
verbessert auch hierdurch die Wärmeübertragung.
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Die Vorrichtung kann in beliebiger Weise im Schornstein. 15 befestigt
werden. Bei dauernder Befestigung kann man den Haltering 17 entbehren und beispielsweise
die Drahtgaze durch Punktschweißung direkt mit dem Schornstein verbinden. Die Vorrichtung
kann vorteilhaft auch leicht auswechselbar ausgebildet werden, so daß man sie noch
nachträglich an einem fertigen Apparat anbringen kann. Eine solche Vorrichtung wird
beispielsweise in der Abb.8 gezeigt, bei der der Haltering 17 an radial entgegengesetzten
Seiten Federn 19 trägt, deren normale Form in gestrichelten Linien dargestellt ist.
Nach dem Einführen der Vorrichtung in den Schornstein 15 nehmen die Federn
19 die in ausgezogenen Linien dargestellte Form an und halten den Schirm 18 in seiner
Lage fest durch ihre Reibung an der Schornsteinwand. Die Federn 19 brauchen in diesem
Falle nicht aus nicht oxydierendem Material zu bestehen, da sie durch die Kühlwirkung
des Schornsteins 15 unter der Grenze des Glühens gehalten werden. Bei einer solchen
Ausführung entsteht ein weiterer Heizeffekt durch Übertragung von Wärme mittels
Leitung vom Schirm 18 über den Haltering 17 zu den Federn 19 und von da zur Kocherwand.
Eine solche übertragung der Wärme durch Leitung kann auch, falls erwünscht, vom
Haltering 17 oder unmittelbar vom Schirm 18 auf die Kocherwandung hervorgerufen
werden, ohne daß man Federn i g o. dgl. benutzt. Die Vorrichtung kann ferner auch
am Brenner selbst befestigt werden.
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Die oben beschriebenen Ausführungsformen der Vorrichtung können auch
bei einem waagerecht liegenden Kocher, wie in Abb. a gezeigt, verwendet werden.
Wegen des Bestrebens der heißen Gase, an der oberen Wand des waagerecht laufenden
Schornsteins 15.. entlang zu streichen, sind die besten Ergebnisse zu erwarten,
wenn dem Schirm oder Strahlkörper eine derartige Form gegeben wird, daß der größte
Betrag der Strahlungswärme nach unten gegen den unteren Teil der Schornsteinwand
gerichtet wird.
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Die Vorrichtung kann mit einem Überzug, z. B. aus Thoriumnitrat, versehen
werden, um die Strahlwirkung zu erhöhen und ein Glühendwerden auch schon bei niederen
Temperaturen zu erreichen.
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In den Abb. 9 bis 13 sind weitere Ausführungsformen der Erfindung
gezeigt, bei denen der Glühkörper nicht aus einem Drahtgeflecht, sondern in anderer
Weise ausgeführt ist. In der Abb.9 besteht der Strahlkörper aus einem Rohr 2o, das,
wie aus Abb. 9a ersichtlich, an beiden Enden mit je drei kurzen Lagerstreben 21
versehen ist. Das Rohr 2o wird zweckmäßig aus reinem Nickel oder z. B. aus feuerfestem
Eisen oder korrosionsfestem Stahl hergestellt. Es kann jedoch auch beispielsweise
aus keramischem Material oder anderen Stoffen hergestellt werden, das gegen chemische
Angriffe und hohe Temperaturen beständig ist. Die Heizgase spülen während
des
Betriebes außen und innen um die Wandungen des Rohres 9-o und bringen es zum Glühen.
Die Strahlungswärme wird wieder auf den Pumpenraum des waagerecht liegenden Kochers
übertragen. Zweckmäßig werden die Streben 2 r nur klein gemacht, und vor allem ihre
Berührungsfläche mit dem Kochermantel klein, damit weniger Wärme durch Leitung vom
Strahlkörper an die Kocherwand überführt wird, als der Körper selbst von der Flamme
erhält; denn die durch Strahlung übertragene Wärmemenge steigt ungefähr mit der
vierten Potenz mit steigender Temperatur. je heißer man also den Strahlkörper erden
läßt, d. h. je weniger Wärme man ihm durch Leitung von seinem Lager an die Köcherwand
entzieht, um so stärker wächst die durch Strahlung an die zu beheizenden Teile überführte
Energie.
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Um den Strahlkörper zum Glühen zu bringen, müssen die Gase selbst
eine sehr hohe Temperatur haben. Rechnet man die Temperatur, bei der der Strahlkörper
zu glühen anfängt, mit etwa 6oo° C; so müssen die Heizgase am Ende des Strahlkörpers
noch heißer als 6oo° C sein, wenn sie noch Wärme an ihn .abgeben sollen. Gase von
6oo° C Temperatur müssen aber selbstverständlich noch weiter zur Beheizung des Kochers
ausgenutzt werden. Um den Wärmeübergang von diesen Gasen an die Kocherwand nach
dem Vorbeitritt an dem Strahlkörper möglichst günstig zu machen, empfiehlt es sich,
im Schornstein hinter dem Strahlkörper ein Wirbelorgan bekannter Art, etwa in Form
eines gewundenen Bandes, das beispielsweise aus Blech oder keramischem Material
besteht, vorzusehen. Dieses Wirbelorgan hat die Aufgabe, etwa sich bildende stagnierende
Gasschichten am Kochermantel zu verhüten, die die Konvektion der Wärme erschweren
würden.
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In der Abb. ro ist eine solche Ausführung dargestellt. 15 stellt wieder
den gleichzeitig als innere Kocherwand dienenden Schornstein dar, an den die äußere
Kocherwand 22 angeschweißt ist. Die Pumpenvorrichtung besteht in diesem Fälle aus
einer Leitung 23, die in Spiralform um den unteren Schornsteinteil herumgewunden
ist und oben in die Steigleitung I übergeht. Im Innern des Schornsteins ist mittels
eines Drahtes o. dgl. 24 ein Körper in Form eines gewundenen Bandes aufgehängt.
Dieser Körper besteht zweckmäßig wieder aus feuerfestem und keinen chemischen Angriffen
ausgesetztem Material. Er kann derart aufgehängt sein, daß er die Kocherwandung
gerade eben nicht berührt, oder kann auch an einigen Stellen mit kleineren Vorsprüngen
versehen sein, die ihn derart in dem Schornstein führen, daß er nicht darin pendeln
kann. Der untere Teil dieses Körpers 25 dient gleichzeitig als Strahlkörper, der
obere Teil als Wirbelorgan, das die heißen Gase gegen die Kocherwandungen leitet.
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Die Verwendung der Strahlungswärme ist bei einer derartigen Ausführung
der Pumpeneinrichtung besonders günstig. Eine Pumpenschlinge darf nämlich zweckmäßig
nicht direkt der sehr starken Flammenhitze des Brenners ausgesetzt, sondern muß
vor direkter Berührung mit der Flamme geschützt werden durch eine Zwischenwand o.
dgl., wie sie die in der Abb. z o unter die äußere Kocherwandung 22 und in die Pumpenschlinge
23 hineingezogene Wandung des Schornsteins 15
darstellt. Hierdurch aber wird
die Wärmeübertragung auf die Pumpenschlinge wieder relativ verschlechtert, denn
einmal muß die Wärme von den Heizgasen erst auf die Schornsteinwand, von dieser
auf das meist rund gehaltene Pumpenrohr, das die Schornsteinwand nur mit kleinen
Flächen berührt, und vom Pumpenrohr auf dessen Inhalt übertragen werden. Die Anbringung
eines Strahlkörpers an dieser Stelle verbessert also wesentlich die Pumpenwirkung
und damit, wie oben erwähnt, die Leistung des Apparats.
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Um einen größeren Temperaturunterschied zwischen dem Strahlkörper
und dem Wirbelorgan zu erhalten, d. h. keine Wärme; die als Strahlungswärme wirksam
werden könnte, durch Förtleitung an den als Wirbelorgan dienenden Teil des Einsatzkörpers
zu verlieren, kann es zweckmäßig sein, an dem Einsatzkörper eine Unterteilung vorzunehmen,
wie in Abb. i r dargestellt ist. In ihr hängt an dem Draht 2q. wieder ein Wirbelorgan
ä5; das in diesem Falle aus beliebigem Material bestehen kann, da es nicht mehr
Glühtemperaturen ausgesetzt ist. Mit dem unteren Teil dieses Wirbelorgans 25 ist
über ein Zwischenstück 26; das aus schlecht wärmeleitendem Material bestehen kann,
der eigentliche Glüh- . körper 27 fest verbunden. Der Glühkörper 2; kann mit Durchtrittsöffnungen
für die Heiz-
gase versehen sein oder eine derartige Form erhalten, da:ß die
Heizgase um ihn herumtreten können. Bei geeigneter Materialwahl können das Wirbelorgan
25 und der Strahlkörper 27 auch aus -dem gleichen Material i bestehen und die Wärmeleitung
vom Glühkörper 27 zum Wirbelorgan 25 dadurch verschlechtert werden, daß das gewundene
Band an entsprechender Stelle derart ausgeschnitten wird, daß nur über ein schmales,
stehengebliebenes Zwischenstück 26 zwischen beiden Körpern ein Wärmeübergang durch
Leitung möglich ist.
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In der Abb. 12 besteht der Strahlkörper aus einem kurzen Zylinder
28, beispielsweise 1 aus keramischem Material, der mittels eines federnden Dreibeins
von unten in den Heizkanal
eingesteckt wird. Wenn erforderlich,
kann auch in diesem Beispiel hinter dem Strahlkörper 28 wieder ein Wirbelorgan 25
angebracht werden, das wieder im Heizkanal aufgehängt sein kann.
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In der Abb. 13 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, in dem
der vermittels eines Drahtes 2¢ aufgehängte zylinderförmige Strahlkörper 28 an seiner
unteren Rundplatte mit einem Konus 29 versehen ist, was besonders zweckmäßig ist,
weil dieser Kegel die Flamme gleichzeitig bricht und so die Heizgase an die Wandungen
des Kochers bringt. Die obere Grundplatte des Zylinders 28 erhält zweckmäßig eine
Form, die für den Abzug der Gase besonders günstig ist.
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Die Erfindung ist nicht auf den im Ausführungsbeispiel erwähnten Absorptionskälteapparat
beschränkt.