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Periodische Absorptionskältemaschine Die Erfindung betrifft eine periodische
Absorptionskältemaschine, deren Kocherabsorber von einem Mittel gekühlt wird, das
während der Austrittsperiode durch Erhitzung des Kocherabsorbers in einen Kühler
gedrückt wird, aus dem es während der Absorptionsperiode nach Öffnen eines Ventils
nach dem Kocherabsorber im Kreislauf unter abwechselnder Verdampfung im Kocherabsorber
und Kondensierung im Kühler herunterfließt.
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Gemäß der Erfindung umgibt dieses Mittel den mit einem festen Absorptionsmittel
gefüllten Kocherabsorber oder steht mit ihm in inniger wärmeübertragender Beziehung,
so daß es während der Austreibperiode die durch seine Beheizung aufgenommene Wärme
an den Kocherabsorber abgibt. Es erfolgt somit ein Heizen und Kühlen des Kocherabsorbers
an genau -den gleichen Stellen, so daß ein Wandern des festen Absorptionsmittels
verhütet wird.
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In den Zeichnungen sind einige Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise
veranschaulicht: Abb. i stellt schematisch eine Gefrieranlage gemäß der Erfindung
dar; Abb. -2 zeigt eine andere Ausführungsform der Anlage; Abb. 3 gibt eine graphische
Darstellung der Arbeitsbedingungen des Apparats; Abb.4 ist eine Endansicht einer
Ausführungsform der Kondensatorkonstruktion, nach Wegnahme der Endkappe; Abb. 5
ist ein horizontaler Längsschnitt durch den Kondensator nach der Linie 5-5 der Abb.
4; Abb. 6 ist ein Schnitt durch den -Kondensator nach der Linie 6-6 der Abb. 5 Abb.
7 ist ein Schnitt durch einen Teil der Kocherabsorberkonstruktion. Ein Kocherabsorber
58 ist in Abb. i durch ein Rohr 6o mit einem Kondensator 56 verbunden. Dieser wird
durch eine Rohrschlange 62 gekühlt und ist durch eine Leitung 64 mit einem Verdampfer
52 verbunden. Derselbe enthält einen isolierten Aufnehmer 66 und frei liegende Verdampferrohre
68, die jederzeit von dem flüssigen Kühlmittel überflutet sind und eine Kammer oder
Raum 54 kühlen. Die Anordnung der Abb. i ist rein schematisch. Im praktischen Betriebe
liegt der Kondensator über dem Niveau des Kocherabsorbers, während der Verdampfer
über dem Niveau des Kondensators liegt.
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Der Kocherabsorber nach Abb. 7 besteht vorzugsweise aus einem zylindrischen
Behälter G18. Dieser ist auf eine Gruppe von Pfannen G" aufgeschrumpft oder aufgelötet,
die den Behälter in Abteilungen unterteilen und als wärmeleitende Teile dienen,
um die
Wärme über die ganze Masse des Absorptionsmaterials in den
Behälter zu übertragen. Jede Pfanne hat einen kegelstumpfförmigen Boden G22 mit
einer Kreisöffnung G24, ferner einen zylindrischen Ring G28 und einen umgebogenen
Ringflansch G28. Die Flanschen und der Rand sichern den Abstand zwischen den Teilen,
der Rand bietet ferner eine gute Wärmeberührung zwischen jeder Pfanne und dem Mantel
Gl, Die Öffnungen G24 liegen in einer Geraden und ermöglichen das Einsetzen eines
Abzugrohres. Dieses läßt das Kühlmittel ein und saugt es von dem Absorptionsmaterial
ab. Letzteres ist ein trokkener fester Körper, z. B. Strontiumchlorid, das in die
Zwischenräume G,4 zwischen den Pfannen gepackt wird.
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Der Kocherabsorber wird sowohl erhitzt als auch gekühlt durch eine
flüchtige Flüssigkeit, z. B. Äthylchlorid. Dieses ist in einem geschlossenen Kreis
eingeschlossen, der einen Dampfmantel 70 umfaßt, der bis zu dem Niveau 72
gefüllt werden kann, ferner einen Dampfkondensator 74. Letzterer wird durch eine
Rohrschlange go gekühlt und ist mit dem Dampfmantel durch eine Dampfleitung 76-78
und eine Flüssigkeitsableitung 8o verbunden. Soll der Kocherabsorber 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. Der Brenner verdampft
schnell eine genügende Flüssigkeit in dem Dampfmantel, um den größten Teil der Flüssigkeit
durch die Leitung 8o nach oben in den Kondensator 74 zu drücken, wobei sich das
Niveau der Flüssigkeit auf 88 erniedrigt. Hierauf wird Flüssigkeit durch den Brenner
verdampft und auf dem Kocherabsorber 58 kondensiert, um letzteren zu erhitzen. Soll
der Kocherabsorber gekühlt werden, so wird der Brenner abgedreht und das Ventil
84 geöffnet. Der Dampf in dem Mantel 70 strömt dann nach oben iri den Kondensator
74, und die vorher in dem Kondensator gehaltene Flüssigkeit läuft in den Mantel
7 o ab und setzt den Kocherabsorber unter Flüssigkeit. Der heiße Kocherabsorber
verdampft die Flüssigkeit, der Dampf wird in dem Kondensator 74 kondensiert und
kehrt als Flüssigkeit durch das Rohr 8o zurück. . Regelungsa.niordnung Das Wasser
läuft ununterbrochen durch die Kondensatorrohrschlangen 62 und go, die durch eine
Leitung g2 verbunden sind. In dieser befindet sich eine Düse oder eine Pumpe mit
einer Saugkammer 94 und einem Hals 96, in den ein Wasserstrahl gepreßt wird.
Die Pumpe sucht konstant ein Vakuum in einer Leitung 98 zu erzeugen. Ein
federnder Balg ioo ist mit der Leitung 98 verbunden und betätigt das Ventil
84 mittels des Hebels 104. Dieser umfallt gegabelte, in io8 drehbare Arme io6 und
einen mittleren Arm i io, der in das Gehäuse hineinragt. Der mittlere Arm ist mit
dem Gehäuse durch einen Dichtungsbalg 112 dicht verbunden. Die Zapfen io8 sind auf
einem zweiten, gegabelten Hebel 114 montiert, der um 116 sich dreht und den
Dichtungsbalg 112 umfallt. Letzterer kann sich gegen die Spannung einer Feder i2o
entsprechend. dem Druckwechsel in dem Gehäuse 86 ausdehnen und zusammenziehen. Durch
eine Ausdehnung des Dichtungsbalges 112 wird der Hebel 114 niedergedrückt, so daß
er einen Arm 121 anhebt und ein Vakuumunterbrechungsventil 12q. von einem Tragsitz
126 abhebt. Durch eine Kontraktion des Dichtungsbalges wird der Arm 114 angehoben,
so daß das Vakuumventil sich schließen kann.
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Die Gaszuführung zu dem Brenner wird durch ein Ventil 130 geregelt,
das an einem Balg 132 befestigt ist. Der Innenraum desselben ist mit der Vakuumleitung
98 verbunden. Die Vakuumleitung enthält eine Höchsttemperatursicherheitsleitung
136. Das Ende derselben ist ordnungsmäßig durch einen Schmelzpfropfen 140 verschlossen,
der sich in einem Behälter am Dampfmantel 7o befindet.
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Ein Ventilgehäuse 42 mit einem Drosselventil 144 ist in die Leitung
g2 eingebaut. Das: Ventil wird durch eine Feder 152 geöffnet und durch einen Hebel
146 geschlossen. Dieser wird durch einen Balg 156 betätigt, der mit der Kühlmittelleitung
64 durch eine Leitung 158 verbunden ist. Arbeitsweise der Anlage Zum Ingangsetzen
des Apparates wird die Hilfsflamme 134 angezündet und das Wasserventil in der Leitung
92 aufgedreht. Zu dieser Zeit ist der Kocherabsorber mit Ammoniak gesättigt, und
die Verdampferrohre 68 sind mit flüssigem Ammoniak gefüllt. Der Druck in dem Dampfmantel7o
ist niedrig, daher ist der Balg ii2 zusammengedrückt und das Vakuumventil 124 geschlossen.
Das durch den Strom des Wassers hergestellte Vakuum drückt den Balg ioo zusammen,
daher wird das Dampfventil 84 geschlossen und gleichzeitig wird der Balg 132 zusammengedrückt
und hierdurch Gas zu dem Brenner 82 zugeführt. Der Kocherabsorber wird jetzt, wie
beschrieben, geheizt.
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Abb. 3 zeigt die Zustandsbedingungen der Anlage während der Zeit eines
Arbeitsprozesses. In der Abbildung stellen die Abszissen die Zeit und die Ordinaten
den Meßdruck in Kilogramm je cm' dar mit Ausnahme der Raumtemperatur. Für diese
stellen
die Ordinaten Grade Celsius dar. Sobald die Heizung beginnt,
wächst der Druck des Äthylchlorids schnell an, wie aus dem Absclinitt 4oo bis 402
der Dampfkurve zu entnehmen ist. Das Strontiumchlorid wird schnell mit dem Äthylchlorid
erhitzt, wie aus dein Abschnitt 4o6 bis 4o8 der Kühlmittelkurve zu ersehen ist.
In 408 beginnt das Strontiumchlorid Ammoniak zu destillieren. Dieser wird in der
Kammer 56 in einer konstanten Menge durch das Kühlwasser kondensiert. Hierdurch
wird ein wesentlich konstanter Druck in dem Ammoniakkreise aufrechterhalten, was
aus dem Abschnitt 4o8 bis 41o der Kühlmittelkurve hervorgeht. Da das Ammoniak fortlaufend
seine latente Entwicklungswärme von dem Äthylchlorid absorbiert, sucht letzteres
bei einem konstanten Drucke zu bleiben, wie es bei 402 bis 412 der Dampfkurve dargestellt
ist. Im Punkte 410 ist im wesentlichen das gesamte Ammoniak, das bei dieser Temperatur
und Druck entwickelt werden kann, destilliert worden. Daher hört die Entwicklung
von Ammoniak auf und der Druck des Äthylchlor id steigt plötzlich an, wie aus dem
Abschnitt d.12 bis 414 der Dampfkurve ersichtlich ist.
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Die Feder 12o wird unter eine Spannung gesetzt, die einem Druck von
ungefähr 12 kg je cm= im Dampfkreise entspricht. Dieser wird durch den Punkt 414
dargestellt. Sobald dieser Druck erreicht ist, hat sich der Balg 112 hinreichend
ausgedehnt, so daß das Vakuumventil 124 sich öffnet, das Gasventil 130 sich schließen
und das Dampfventil 84 geöffnet werden kann. Dies bringt die Heizperiode zum Stillstand.
Das Öffnen des Ventils 84 ermöglicht einen Umlauf des Äthylchlorids, das den Kocherabsorber,
wie beschrieben, kühlt. Das Äthylchlorid wird nun durch das kalte Wasser in der
Rohrschlange cgo kondensiert, sein Druck sinkt schnell, was aus dem Abschnitt 414
bis 418 der Dampfkurve ersichtlich ist. In ähnlicher Weise setzt das plötzliche
Eintauchen des Kocherabsorbers in kalte Flüssigkeit den Druck des Ammoniaks herab,
was aus 416 bis 42o der Kühlmittelkurve zu entnehmen ist. Bei dem durch 42o dargestellten
niedrigen Drucke absorbiert das Strontiumchlorid Ammoniak und erzeugt in bekannter
Weise Kälte. Die latente Absorptionswärme des Ammoniaks wird durch das Äthylchlorid
entfernt, dieses wird fortlaufend auf dem Mantel 58 verdampft und in der
Kammer 74 kondensiert. Die Abkühlung bzw. Kälte wird bei im wesentlichen konstanter
Temperatur durchgeführt, wie aus 420 bis q.22 der Kühlmittelkurve hervorgeht, da
der Balg 156 das Wasserventil 144 entsprechend der Temperatur des Verdampfers einstellt,
das den Zufluß des kalten Wassers regelt, um eine Absorption in einem Grad aufrechtzuerhalten,
der genau mit dem Er fordernis der Kühlung übereinstimmt, ode der Balg schließt
das Ventil, um den Appara utillzusetzen, wenn keine Kälteentwicklung er forderlich
ist.
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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 de Ventils sind so bemessen, daß das Ventil siel erst öffnet, wenn
ein hinreichend niedriger Druck durch die Wasserstrahlpumpe erzeug wird, so daß
die Bälge Zoo und i32 zusam mengedrückt werden, worauf die Luft nichschnell genug
eingelassen wird, um das Va. kuum zu zerstören, das zum Halten der beiden Bälge
in zusammengedrücktem Zustande erforderlich ist. Diese Anordnung dient dazu eine
kleine Luftmenge in die Ejektorkammet 04 einzulassen, damit die Luft ununterbrochen
aus der Kammer durch den Ejektor entfernt werden kann, und um hierdurch den Ejektor
in genügender Tätigkeit zu halten, um eine abdichtende Berührung an dem Hals aufrechtzuerhalten.
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Das Ventil für konstante Temperatur, die in dem Raum gehalten wird,
kann durch Regelung der Spannung der Hilfsfeder 16o mittels einer durch handbetätigten
Daumenscheibe 162 eingestellt werden, um hierdurch dem Zusammendrücken des Balges
156 entgegen zu wirken.
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Wenn der Druck des Äthylchlorids herabgesetzt wird, so drückt die
Feder 12o allmählich den Balg 112 zusammen. Nachdem das Absorptionsmitel vollständig
mit Ammoniak gesättigt ist, wird keine weitere Wärme auf das Äthylchlorid übertragen.
Der Druck desselben sinkt daher allmählich, wie durch 424 bis 426 auf der Dampfkurve
angedeutet ist. Erreicht der Druck den Punkt 426, so hat die Feder 120 den Balg
112 genügend zusammengedrückt, um das Vakuumventil 124 zu schließen. Es beginnt
nun eine neue Anheizperiode. Der beschriebene Kreislauf wiederholt sich selbsttätig.
Wie aus Abb. 3 hervorgeht, ist der Druck des Äthylchlorids und des Ammoniaks stets
sehr angenähert der gleiche. Die Kombination der Materialien, nämlich Äthylchlorid,
Strontiumchlorid und Ammoniak ergibt dieses Resultat. Dies hat den Vorteil, Spannungen
im Kocherabsorbermantel zu beseitigen.
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Sollte der Kocherabsorber aus irgendeinem Grunde überhitzt werden,
z. B. infolge Entweichens von Äthylchlorid aus dem Dampfkreislauf, so schmilzt der
Schmelzpfropfen 14o, zerstört das Vakuum und schaltet den Brenner ab, bevor eine
gefährliche Temperatur erreicht werden kann. Tatsächlich
hängt die
Heizung des Apparates vollständig von dem Vorhandensein eines Vakuums ab. Dieses
wiederum ist sowohl von einem vorbestimmten Durchfluß von Kühlwasser und einem unversehrtem
Zustande des Regelkreises abhängig. Wenn daher kein Kühlwasser in hinreichender
Menge durchfließt, um das Ammoniak zu kondensieren, kann der Brenner nicht entzündet
werden. Ferner wird ein Bruch, eine Undichtigkeit oder das Fehlen eines Teiles des
Regelkreises das Vakuum unterbrechen und ein Arbeiten des Apparates verhindern.
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Abb.2 zeigt eine abgeänderte Anordnung des Kühlelementes 52 der Abb.
i. Dieses besteht aus einem isolierten Aufnehmer 66, der dem Aufnehmer 66
entspricht, und aus einer Verdampferkammer 68" (entsprechend den Rohren 68) ; diese
ist oben mit dem Boden des Aufnehmers durch ein Rohr 16c5 verbunden und liegt über
dem Aufnehmer 66, Die Anlage enthält einen genügenden Überschuß an dem Kühlmittel,
um entweder den Behälter 66" oder 68" zu füllen, wenn das Absorbierungsmittel vollständig
gesättigt ist. Zu Beginn der Generatorperiode ist dieser Überschuß in dem Aufnehmer,
während der Verdampfer leer ist. Der hohe, durch den erzeugten Kältemitteldampf
entwickelte Druck drückt zunächst die ganze Flüssigkeit in den Verdampfer und füllt
den letzteren, um so eine Kondensation des gashaltigen darin befindlichen Kältemittels
zu verhindern. Das hierauf kondensierte Kältemittel sammelt sich in dem Behälter
66a. Zu Beginn der Absorptionsperiode sind sowohl der Verdampfer als auch - der
Aufnehmer mit Flüssigkeit gefüllt. Anfangs verdampft das Kältemittel in dem Aufnehmer,
bis letzterer zu der Temperatur des Verdampfers abgekühlt ist. Hierauf tritt eine
Verdampfung in dem Verdampfer ein. Das Gas sprudelt durch die Flüssigkeit in dem
Aufnehmer und wird zu dem Absorbierungsmittel zurückgeführt. Beide Verdampferanordnungen
verhindern die Übertragung der Wärme auf den Verdampfer zu Beginn der Generatorperiode.
Die nach Abb.2 hat den Vorteil, daß die aktive, Kälte erzeugende Fläche auf Wunsch
an der höchsten Stelle in der Anlage sich befinden kann.
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Kondensatoranordnung In- Abb..i sind der Dampfkondensator 74 und der
Kältemittelkondensator 56 getrennt dargestellt, um die Beschreibung der Anlage zu
vereinfachen. Im praktischen Betriebe indessen sind beide Kondensatoren in einer
Wärmeaustauschlage und bilden eine einheitliche Konstruktion. Gemäß. Abb. ¢ und
5 dient eine Trommel Clö als Behälter für alle Kondensapparate, sie bildet eine
Dampfkondensierkammer C12 entsprechend 74 in Abb. i. Diese Kammer hat eine Dampfeinlaßverbindung
C" und eine Dampfauslaßverbindung C18. In der Kammer ist eine Wasserumlaufschlange
C24 angeordnet, die zwischen den Einlaßkanal C21 und den Auslaßkanal C23 angeschlossen
ist. Diese Rohrschlange entspricht den beiden Schlangen 62 und 9o der Abb. i. Die
Windungen der Schlange befinden sich im Abstand voneinander und nehmen die Windungen
einer ähnlichen schraubenförmigen- Schlange C34 auf. Diese ist zwischen den Kältemitteleinlaß
C3; und einen Kältemittelauslaß oder ein Abschlußventil C44 angeschlossen. Diese
Schlange entspricht der Kammer 56 in Abb. i. Die Schlangen C24 und C34 sind vorzugsweise
durch eine innige Wärmeverbindung verlötet.
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Das Ventil C44 besteht aus einem kappenförmigen Körper C46 mit einem
Einlaßkanal C46; dieser ist mit einem deformierbaren rohrförmigen Ventilsitz C48
umgeben. Eine kappenförmige Membran Cso ist über die Mündung des Körpers C46 geschweißt,
sie hat einen mittleren kugelförmigen Vorsprung C61, dieser kann auf dem Sitz durch
einen Pfropfen C62 und eine Schraube C64 geschlossen werden, die in einen Deckel
C66 geschraubt ist. Dieser ist an die Kappe C44 mit der Membran angeschweißt. Der
Ventilkörper hat einen Auslaß C68, dieser ist mit einer Leitung GE2b (Abb. q. und
5) verbunden, und dieser ist mit der Leitung igo verbunden.
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Die biegsame Membran und der rohrförmige Ventilsitz sind aus einem
Material hergestellt, das eine bestimmte, aber geringe Elastizität und eine verhältnismäßig
hohe Plastizität besitzt. Der Sitz kann sich daher deformieren und jeder Unregelmäßigkeit
der Form der Membran anpassen. Dies ermöglicht einen genauen Sitz der Membran bei
einem geringen Drucke. Dies ermöglicht die Herstellung von dichtschließenden Ventilen
ohne Genauigkeit in der Herstellung oder Ausrichtung der Teile.
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An dem gegenüberliegenden Ende des Kondensators kann ein ähnliches
Ventil C66 zum Füllen vorgesehen werden. Der ganze Kondensator kann mit Filzisolation
C" und einem äußeren Gehäuse C"8 abgedeckt werden, das Endkappen C71 hat.
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Die Kondensatoranordnung nach Abb. ¢ bis 6 hat den Vorteil, daß er
sich zwangsläufig selbst von der Ammoniakflüssigkeit am Ende der Heizperiode entleert
und das gesamte Ammoniak in den Verdampfer drückt. In dem Augenblick, wenn das Dampfventil
84 geöffnet wird, wird die Kondensatorrohrschlange C34 mit dem letzten Zuwachs von
verflüssigtem Ammoniak aus dem Kocherabsorber
gefüllt. Wenn der
heiße Äthvlchloriddampf in die Kammer C" eintritt, erhitzt er das Ammoniak in der
Schlange C"4, ein Teil der Flüssigkeit verdampft und ihr Druck steigt, wie es durch
den Abschnitt 410 bis 416 der Kältemittelkurve dargestellt ist, auf eine genügende
Höhe, so daß die übrige Flüssigkeit nach oben in den Verdampfer gedrückt wird. Die
Schlange wird von der Flüssigkeit infolge der Bildung von kapillaren Pfropfen in
der Schlange und in der Leitung 64 entleert. Die Größe der Röhren wird zweckentsprechend
gewählt.
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Im vorstehenden ist eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben worden.
Selbstverständlich können auch andere Ausführungsformen für die Erfindung gewählt
werden.