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Kältevorrichtung Die Erfindung betrifft eine Kälteanlage, bei der
Kälte durch rasche Verdampfung eines flüssigen Kältemittels erzeugt wird, dessen
Dampf durch ein Adsorbierungs- oder Absorbierungsmittel aufgesaugt wird. Das flüssige
Kältemittel ist in einer Verdampfungskammer enthalten und der Adsorptions-oder Absorptionsstoff
in einer zweiten Kammer. Die beiden Kammern sind durch eine Leitung verbunden. Der
Dampf wird abwechselnd durch den Stoff in der zweiten Kammer adsorbiert oder absorbiert
und dann aus dem Stoff wieder heraus in die Verdampfungskammer zurückgetrieben,
wozu dem adsorbierenden oder absorbierenden Stoff Wärme zugeführt wird. Der Dampf
kondensiert sich auf seinem Wege zu der Verdampfüngskammer oder in dieser. Der Kürze
wegen wird im folgenden die Verdampfungskammer als »Verdampfer« und die andere Kammer
als »Adsorber« bezeichnet.
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Insbesondere betrifft die Erfindung eine Kältevorrichtung mit zwei
miteinander verbundenen und zusammenwirkenden, kälteerzeugenden Einheiten von der
oben bezeichneten Form, die so eingerichtet sind, daß die Vorrichtung ununterbrochen
und selbsttätig arbeiten kann, indem Dampf aus dem Adsorber herausgetrieben und
in flüssiger Form in dem Verdampfer der einen Einheit wieder gesammelt wird, während
in der anderen Einheit sich der umgekehrte Vorgang abspielt.
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Erfindungsgemäß wird jeder der beiden Adsorber durch Dampf aus einem
Kessel mittels einer Leitung erwärmt, die in Wärmeaustausch mit dem adsorbierenden
Material in dem Adsorber steht. Der sich dabei kondensierende Dampf gelangt aus
dieser Leitung (oder aus einem besonderen Kondensator) in einen Behälter, der die
Flüssigkeit, wenn eine vorherbestimmte Menge sich gesammelt hat, an den Kessel des
anderen Adsorbers abgibt.
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Die Umschaltung der Kältevorrichtung von der einen zur anderen Einheit
erfolgt selbsttätig. Die entsprechenden Abmessungen der aufgezählten verschiedenen
Teile und die Mengen an Adsorptionsstoff, flüssigem Kältemittel und Kesselwasser,
mit denen- die Vorrichtung beschickt wird, sind im Verhältnis zu dem Maß des Wärmeverbrauches
der Kessel so bestimmt, daß die 'Sättigung des Adsorptionsstoffes in der einen Einheit
annähernd gleichzeitig mit der Vollendung der Regenerierung des Adsorptionsstoffes
in der anderen Einheit, dem Aufhören des Zuflusses von Kesselwasser zu dieser Einheit
und dem Beginn des Zuflusses von Kesselwasser aus
dem zu dieser
Einheit gehörigen Behälter: zum Kessel der erstgenannten Einheit eintritt. Durch
diese Mittel wird eine ganz selbsttätige Umschaltung der Kältey orrichtung erreicht.
Sobald die Adsorption in der einen Einheit fertig ist, ist das gleiche auch mit
der Regenerierung in der anderen Einheit der Fall. Der Zufluß von Heizdampf zu der
letzteren Einheit wird abgestellt und zu der erstgenannten Einheit umgestellt. Die
beiden Einheiten arbeiten somit abwechselnd.
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Jeder Adsorber kann bei der rin vorigen Abschnitt beschriebenen Einrichtung
seinen eignen Verdampfer haben. Die beiden Verdampfer bilden dann mit ihren entsprechenden
Adsorbern getrennte, geschlossene Kreisläufe für den kälteerzeugenden Dampf.
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Die Verdampfer können durch Dampfleitungen, die dicht aneinander in
gegenseitigem Wärmeaustausch angeordnet sind, mit den Adsorbern verbunden sein.
Entsprechend können die Verdampfer dicht aneinander angebracht sein und in gegenseitigem
Wärmeaustausch stehen.
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Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal sind die Behälter so eingerichtet,
daß sie durch Saugheber die Kessel speisen.
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Vorzugsweise leiten die Behälter bei der vorerwähnten Anordnung, «-o
die Behälter durch Saugheber die Kessel speisen: ihren Inhalt zu Hilfsbehältern,
die ihn wiederum zu den Kesseln führen. Das Maß der durch die Saugheber erfolgenden
Speisung der Hilfsbehälter steht hierbei in solcher Beziehung zu der normalen Steiggeschwindigkeit
des Flüssigkeitsspiegels in dem Behälter, daß letzterer sich schneller leert als
füllt. Durch diese Einrichtung ist es möglich, einen bestimmten Spielraum für die
Ungleichmäßigkeit zwischen den beiden Einheiten der Vorrichtung zu schaffen. In
dem Fall, wo die Behälter durch die Saugheber die Kessel unmittelbar speisen, ist
eine beträchtliche Genauigkeit-und Sorgfalt in der Bemessung und Ausführung der
beiden Einheiten anzuwenden, denn es ist darauf zu achten, daß das Arbeiten des
Saughebers bei der einen Einheit genau reit der Unterbrechung des Saughebers bei
der anderen Einheit zusammenfällt. Sonst macht sich ein Zustand des dauernden Doppelkochens
geltend, d. 1i. es kocht dauernd gleichzeitig in beiden Einheiten, und dies hindert
natürlich vollständig den Betrieb der Kühlvorrichtung.
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Die kälteerzeugende Flüssigkeit kann wasserfreies Ammoniak sein. Nach
einem veteren Merkmal kann sie jedoch aus einem organischen Lösungsmittel, wie beispielsweise
Butan, Trimethylamin u. dgl. bestehen. Ein Vorteil der Verwendung organischer Lösungsmittel
besteht darin, däß man die Vorrichtung j init einem geringeren Druck arbeiten lassen
kann, als wenn Ammoniak als Kältemittel benutzt wird. Andererseits muß mit Rück-Sicht
auf die latente Wärme eine größere 11unge Kältemittel verwendet werden als bei der
Verwendung von Ammoniak.
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In der Zeichnung ist beispielsweise eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
schematisch dargestellt.
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Die Kältevorrichtung besteht aus zwei ganz gleichen Einheiten.d und
B, von denen jede einen finit aktiver Holzkohle gefüllten Adsorber, einen wasserfreies
Ammoniak in flüssiger Form enthaltenden Verdampfer und Dampfleitung enthält, die
den Adsorber finit dein Verdampfer verbindet, so daß beide in luftdicht abgeschlossener
Verbindung stehen: Der Adsörber; der Verdampfer und die Leitung der Einheit A sind
mit 1, 2 bz«-. 3 bezeichnet, dieselben Teile der Einheit B mit d., 5 bzw. 6.
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Jede Einheit enthält außerdem einen Kessel in der Form einer Rohrschlange
zur Erzeugung von Dämpf, um das adsorbierende Material in dem Adsorber zu erwärmen
und somit den adsorbierten Dampf in den Verdampfer zurückzutreiben, ferner eine
Dampfschlange in dein Adsorber, die mit dem Kessel in Verbindung steht, und einen
Behälter für Kesselwasser, der unter dem Adsorber der anderen Einheit liegt und
kondensiertes Wasser aus der Dampfschlange in diesem Adsorber aufnimmt. Der Kessel,
die Dampfschlange und der Behälter der Einheit A sind mit 7, ä bzw. g bezeichnet,
dieselben Teile der Einheit b' mit 1o, I I bzw. 12.
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Die Behälter 9 und 12 sind mit als Saugheber ausgebildeten Rohrauslässen
13 und 14 versehen. Diese Auslässe führen in Hilfsbehälter 15 und 16, die mit den
Kesselschlangen 7 und 1o durch Leitungen 17 und 18 verbunden sind: Die Hilfsbehälter
15 und 16 sind etwas kleiner als die Hauptbehälter 9 und 1-2 bemessen. Die Behälter
9 und 12 sind untereinander durch ein Druckausgleichrohr 12, verbunden.
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Die Kesselschlangen 7 und 1o sind ineinandergeschoben und bilden zusammen
eine kegelförmige Hülle 19, in der eine Gasflamme 2o brennt. Die Kessel und ihre
Heizeinrichtung können natürlich auf Wunsch jede andere passende Form annehmen und
an Stelle einer einzigen Heizeinrichtung, wie beispielsweise der beiden Kesseln
gemeinsamen Flamme 2o, kann jeder Kessel seine eigene unabhängige Heizeinrichtung
haben.
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Die Vorrichtung arbeitet in folgender Weise. Während das Ammoniak
in dem Verdampfer "j verdampft und der daraus entstehende Dampf in den Adsorber
4, adsorbiert wird, erhält der Adsorber 1 Wärme von dein
sich in
der Dampfschlange 8 kondensierenden Dampf. Der Ammoniakdampf, der aus dem Adsorber
i herausgetrieben wird, gelangt in den Verdampfer :2 zurück, wo er sich wieder in
flüssiger Form sammelt. Auf seinem Wege zu dem Verdampfer 2 gelangt der Dampf durch
den senkrechten Teil 2 1 der Leitung 3, wird in diesem Teil abgekühlt und dadurch
in seiner Kondensation gefördert. Sobald das adsorbierende Material in dem Adsorber
.I mit Ammoniakdampf gesättigt ist, wird der Betrieb der Vorrichtung umgestellt;
der Adsorber 4 wird erhitzt, während der Adsorber i Dampf aufzunehmen beginnt. Der
ganze Gang der Vorrichtung einschließlich seiner Umkehrung vollzieht sich selbsttätig,
da die Menge des Kesselwassers in den beiden Einheiten -und die an das Kesselwasser
durch die Flamme 20 übertragene Wärmemenge, entsprechend der Adsorptionsgeschwindigkeit
des adsorbierenden Stoffs, in den Adsorbern bemessen ist.
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Der Teil -2i der Leitung 3 wird durch Kühlwasser gekühlt, das in der
die Teile 2 i der Leitungen 3 und 6 umgebenden Kühlschlange -22 umläuft. Dieses
Kühlwasser gelangt, wenn es die Kühlschlange 22 durchlaufen hat, in eine zweite
Schlange 23, die den Adsorber r umgibt. Aus dieser Schlange strömt es in eine dritte
den Adsorber d. umgebende Schlange 2d und läuft von dort aus Weg.
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Die Verdampfer .2 und 5 sind natürlich in der Kammer 25, die gekühlt
werden soll, und die Teile 2i der Leitung 3 und 6 außerhalb dieser Kammer angebracht.
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Die Teile 2 1 der Leitungen 3 und 6 liegen, wie dargestellt, dicht
aneinander, so daß sie in gegenseitigem Wärmeaustausch stehen, und sind im Inneren
mit waagerechten Prellplatten 26 ausgestattet, die zur weiteren Förderung der Kondensation
des nach den Verdampfern gehenden Dampfes dienen.
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Die Teile 2 1 der Leitungen 3 und 6, die, wie zu ersehen ist, die
Kondensatoren für den Ammoniakdampf bilden, können an Stelle der Kühlwasserschlange
22 außen mit Luftkühlungsrippen versehen sein.
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Die Kühlwasserschlangen 23 und 24 haben den Zweck, die Adsorber zu
kühlen und dadurch die Leistungsfähigkeit des in_ihnen enthaltenen adsorbierendenMaterials
zu steigern.
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Die Dampfrohre, welche die beiden Kesselschlangen 7 und fo mit den
Dampfschlangen 8 und i i verbinden, -sind vorzugsweise mit einer Isoliermasse verkleidet,
um die Wärme des Dampfes zu erhalten.
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Es ist zu bemerken, daß die Saugheber 13
und 1d. so arbeiten,
daß sie die in der Entleerung begriffenen Behälter schneller leeren,, als die in
der Füllung begriffenen Behälter sich füllen können. Die Abmessungen. der Saugheber
sind entsprechend gewählt.
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Wie vorher angegeben ist, haben die Hilfsbehälter 15, 16 den Zweck,
den Zustand eines gleichzeitigen Dauerkochens in beiden Einheiten der Vorrichtung
unmöglich zu machen und einen gewissen Spielraum zulässiger Ungleichmäßigkeit zwischen
den beiden Einheiten hinsichtlich. ihres inneren Aufnahmevermögens und der Mengen
des in ihnen enthaltenen flüssigen Kältemittels und Adsorptionsstoffes zu schaffen.
Somit wird beim Arbeiten der Kältevorrichtung infolge der Tatsache, daß der Saugheber
13 den Behälter 9 schneller leert, als der Behälter 12 sich füllt, der Inhalt des
Behälters 9 in einen Hilfsbehälter 15 überführt, bevor der Behälter 12 gefüllt ist,
d. h. bevor der Flüssigkeitsspiegel in dem Behälter 12 bis zu dem Mund des Saughebers
14 gestiegen ist. Infolgedessen erfolgt die Unterbrechung des Saughebers in der
einen Einheit stets vor dem Arbeiten des Saughebers in der anderen Einheit. Somit
wird der vorerwähnte Zustand gleichzeitigen Dauerkochens in beiden Einheiten ganz
unmöglich gemacht, trotz der Ungleichmäßigkeit in der Bemessung und Beschickung
der beiden Einheiten der Vorrichtung. Infolge dieser Ungleichmäßigkeit kann wohl
für einen kurzen Zeitraum bei der Arbeitsumschaltung von der einen zur anderen Einheit
ein gleichzeitiges Kochen in beiden Einheiten stattfinden, aber dieser Zustand hat
infolge der Hilfsbehälter und der passend bemessenen Sauglieber keine lange Dauer.
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Einer der Behälter, z. B. der Behälter 9, ist vorzugsweise mit einem
zusätzlichen Ausla ß 27 ausgestattet, der nach dem Hilfsbehälter 15 führt und durch
einen Hahn 25 geregelt wird. Dieser zusätzliche Auslaß 27 soll das Inbetriebsetzen
der Kältevorrichtung erleichtern.
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Das in jeder Einheit durch die Kesselschlange, die Dampfschlange und
den Behälter gebildete geschlossene System enthält außer dem Wasser ein inertes
Gas, beispielsweise Stickstoff. Die erforderlichen Mengen von Wasser und Gas werden
natürlich durch Versuche vorher bestimmt, damit das vorerwähnte selbsttätige Arbeiten
der Vorrichtung erzielt wird. Statt Wasser kann selbstverständlich auch irgendeine
andere Flüssigkeit in dem Heizsvstem verwendet werden.
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Um die höchste Betriebsleistung zu sichern, muß dafür gesorgt werden,
daß der Inhalt der Adsorber richtig bemessen wird. Die Schichtstärke der Holzkohle
oder eines anderen die Heizschlange umgebenden Adsorptionsmittels, d. h. die Stärke
der I3olzkohlenschicht zwischen der Heizschlange und der
Außenwandung
des Adsorbers sollte so bemessen sein, daß die stündlich durch sie übertragene Wärme
gleich der Wärme ist, die beim Kondensieren des flüssigen Bestandteiles in der Holzkohle
in demselben Zeitabschnitt entwickelt wird. Dies wird leicht aus dem folgenden ersichtlich
sein. Während der Heizphase des Kreisprozesses muß eine bestimmte Wärmemenge durch
die Holzkohlenmässe aus der mittleren Heizschlange nach außen auf die Außenwandung
des Adsörbers übertragen werden. Während der darauffolgenden Kühlperiode, d. h.
während der Periode, während deren Ammoniak in den Adsorber zurückgeht, muß die
gleiche Wärmemenge abgeleitet werden. Jedoch wird das von dem Verdampfer herüberkommende
Ammoniak zuerst durch die Außenschicht der Holzkohle adsorbiert, welche die kälteste
Schicht bildet; und die Adsorption dringt beständig weiter nach innen nach der Heizschlange
hin vor: Die Umkehrung des Vorganges erfolgt selbstverständlich in der Phase des
Kreislaufs, wo das Adsorptionsmittel regeneriert wird. Das Ammoniak wird zuerst
aus den inneren Holzkohlenschichten nächst der Heizschlange fortgetrieben, und die
Regenerierungswirkung schreitet beständig nach außen hin fort: Das Maß der Adsorption
wird in vollem Maße durch die Wärmeableitung geregelt, bei der insbesondere in den
späteren Stadien der Adsorptionsphase selbstverständlich die Leitungsfähigkeit und
Stärke der Holzkohlenschichten eine große Rolle spielen. Zu rasche Wärmeableitung
führt zur Vollendung der Adsorptionsphase, ehe die Heizperiode auf der entgegengesetzten
Seit: der Anlage vollendet ist. Umgekehrt führt zu langsame Wärmeverteilung zur
unvollständigen Adsorption und infolgedessen zu einer Verminderung der Kühlwirkung
in dem Kühlraum.