-
Periodische Absorptionskältemaschine Die bekannten periodischen Absorptionskälteapparate,
die mit Wasser und Ammoniak arbeiten,- haben den Vorzug einfacher Bauart und billiger
Herstellung, was für Haushaltungskühlschränke von großer Bedeutung wäre. Aber erstens
sind sie explosionsgefährlich, sobald einmal das Kühlwasser ausbleibt, zweitens
haben sie bei einer bestimmten Kälteleistung größeren Wärmeverbrauch, besonders
deshalb, weil jedesmal vor der Austreibungsperiode die gesamte Absorptionsflüssigkeitsmenge
auf Austreibertemperatur erwärmt werden muß und die hierzu aufgewendete Wärmemenge
verlorengeht; drittens wird bei der Austreibung des Kältemittels ein Teil der Absorptionsflüssigkeit
in den Kondensator und Verdampfer verschleppt, und es sind besondere Bedienungsmaßnahmen-
oder verwickelte Einrichtungen erforderlich, um diese verschleppten Flüssigkeitsmengen
aus dem Verdampfer wieder zu entfernen, worunter die Betriebssicherheit leidet;
viertens ist die Erwärmung des Kühlraumes während der Kochperiode unbequem.
-
Die Explosionsgefahr infolge des Ausbleibens des Kühlwassers würde
verschwinden, wenn man Luftkühlung anwenden könnte. Bei Luftkühlung ist es aber,
da die Luft meist «ärmer ist als Kühlwasser und da überdies der Größe der Kühlflächen
praktische Grenzen gezogen sind, nicht möglich, die Absorptionstemperatur so gering
zu halten, wie es zur Erreichung der verlangten tiefen Verdampfertemperaturen erforderlich
ist. Auch eine höhere Kondensatortemperatur muß bei Luftkühlung in Kauf genommen
werden; soll dadurch die Kälteleistung nicht allzusehr absinken, so muß die Austreibungstemperatur
entsprechend erhöht werden. Damit steigt aber wieder die Menge der mitverdampfenden
und in den Verdampfer verschleppten Absorptionslösung, ganz abgesehen davon, daß
bei der hohen Austreibungstemperatur schon die Gefahr chemischer Zersetzungen naherückt.
-
Man hat auch versucht, feste Absorptionsmittel statt flüssiger zu
verwenden und dadurch wenigstens die Unzuträglichkeit vermieden, daß von dem Absorptionsmittel
Teile mit in den Verdampfer gelangen. Auch ist bei der kleineren spezifischen Wärme
der festen Körper der Wärmeverlust durch den Temperaturwechsel des Absorptionsmittels
wesentlich geringer. Im praktischen Betrieb kommen jedoch bekannte Apparate dieser
Art ohne Kühlung durch laufendes Wasser nicht aus. Die bei Übergang zur Luftkühlung
auftretenden Schwierigkeiten hat man ebensowenig zu überwinden verstanden wie bei
Apparaten mit flüssigem Absorptionsmittel.
-
Gemäß; der Erfindung werden Absorptionsmittel verwendet, die mit dem
Kältemittel eine chemische Verbindung eingehen, und die hierbei frei werdende Verbindungswärme
wird ebenso wie die Kondensationswärme des wieder frei gewordenen Kältemittels direkt
oder indirekt an die umgebende Luft abgeführt. Obwohl die chemische Vereinigung
zwischen
dem festen Stoff und dem Kältemittel keine eigentliche Absorption im engeren Sinne
dieses Wortes ist, so sind doch die Ausdrücke »Absorption« und »Absorptionsmittel«
in der vorliegenden Beschreibung beibehalten worden, da Mißv erständnisse nicht
entstehen können.
-
Absorptionskältemaschinen, deren Wirkung auf einer solchen chemischen
Vereinigung und Wiederzersetzung eines festen Stoffes und des Kältemittels beruht,
sind an sich bekannt. Neu ist aber, solche Absorptionsmaschinen mit Luftkühlung
arbeiten zu lassen, und neu ist vor allem die Erkenntnis, daß, wenn eine Maschine
mit chemisch wirkendem, festem Absorptionsmaterial für Luftkühlung eingerichtet
wird, die Nachteile verschwinden, die bisher dem Bau einer praktisch befriedigenden
absatzweise arbeitenden Absorptionsmaschine im Wege standen.
-
Die chemisch wirkenden Absorptionsmittel, insbesondere die weiter
unten genannten, haben nämlich die Eigentümlichkeit, daß die Austreibertemperatur
zwecks Konstanthaltung der ausgetriebenen Kältemittelmenge auch bei erhöhter Kondensatortemperatur
nicht so beträchtlich gesteigert zu werden braucht wie bei Wasser-Ammoniakmaschinen,
daß vor allem aber die Austreibertemperatur von vornherein schon so tief liegt,
daß selbst bei Kondensatortemperaturen oberhalb 45' C noch lange nicht die Grenze
erreicht ist, bei der im Kessel Zersetzungsgefahr auftritt. Auch die Absorbertemperatur
kann über 45° C steigen, ohne daß zur Aufrechterhaltung der vollen Kälteleistung
die Menge des Absorptionsmaterials vergrößert werden müßte, wodurch auch die Verluste
durch seine spezifische Wärme steigen würden. Diese Verluste sind ohnedies in Anbetracht
des niedrigen Wertes der spezifischen Wärme fester Körper nur geringfügig. Eine
Verschleppung des festen Absorptionsmittels in den Verdampfer kommt überhaupt nicht
in Betracht. Die Explosionsgefahr ist ausgeschaltet, da die Kühlung durch Luft niemals
versagt und nach Austreibung des Kältemittels der Druck auch bei fortgesetzter Heizung
in Anbetracht der Hitzebeständigkeit des festen Absorptionsmittels nicht weiter
steigen kann.
-
Einbesonderer Vorteil von chemisch wirkenden Absorptionsmitteln besteht
noch darin, daß ihr Volumen sich durch die chemische Verbindung mit dem Kältemittel
gewaltig vergrößert, und daß damit die gasberührte Oberfläche solche Größen annimmt
und auch nach der Wiederzersetzung beibehält, daß die jedesmal darauffolgende Wiedervereinigung
in der erforderlichen kurzen Zeit und mit unbedingter Betriebssicherheit vor sich
geht. Insbesondere lassen sich durch Einwirkung von Ammoniak oder Aminen (Methylamin,
Äthylamin usw.) auf Haloidverbindungen von Erdalkalien oder von Magnesium, Zink,
Cadmium, Mangan, Kobalt, Nickel oder Blei lockere, aufgequollene Verbindungen bilden,
die sich leicht wieder zersetzen und nach dem Zersetzen eine große Oberfläche zurücklassen.
-
Allerdings muß auch bei einer Absorptionsmaschine gemäß der Erfindung
der Nachteil in Kauf genommen werden, daß während der Austreibungs- und Kondensationsperiode
die erhöhte Kondensatortemperatur auf den Verdampfer übergreift. Dieser Nachteil
läßt sich jedoch durch geeignete Anordnung des Verdampfers wieder ausgleichen, indem
man ihn in einem wärmeisolierten Raum oberhalb des Kühlraumes anbringt. Es lassen
sich dann Vorkehrungen treffen, daß nur dieser Raum, in dem sich der Verdampfer
befindet, während der Kochperiode auf die Kondensationstemperatur erwärmt wird,
aber keine Wärme in den Kühlraum .abwandert. Es können höchstens geringe Mengen
Wärme durch Diffusionen oder Undichtigkeiten von dem Verdampferraum in den Kühlraum
gelangen. Durch eine derartige Anordnung ist dann auch die Möglichkeit gegeben,
die Kochperiode zu verlängern und damit die in der Zeiteinheit zuzuführende Wärmemenge
zu verringern.
-
Man kann dann sogar den Verdampfer selbst als Kondensator benutzen.
Dazu wird der Verdampferraum während der Kochperiode durch Klappen oder auf andere
Weise mit der Außenluft in Verbindung gesetzt, so daß die auf dem Verdampfer angebrachten
Rippen während der Kochperiode von Kühlluft umspült werden. Während der kälteerzeugenden
Verdampfungsperiode bleiben diese Klappen selbstverständlich geschlossen. Die Kälte
kann dem Kühlschrank durch verschließbare Luftkanäle zugeführt werden, die während
der Verdampfungsperiode geöffnet, während der Kochperiode aber geschlossen sind.
Man kann die Kälte auch durch eine im Verdampfer eingebaute Rohrschlange abführen,
in der z. B. Chlorcalciumlösung umläuft. Während der Verdampfung wird diese Lösung
abgekühlt und fließt dann selbsttätig zu dem unterhalb befindlichen Kühlschrank,
während sie, nachdem sie sich im Kühlschrank erwärmt hat, zu dem Verdampfer wieder
aufsteigt und hier ihre Wärme wieder abgibt.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. i im Grundriß und
in Fig. 2 im Aufriß dargestellt. Der Kocher i ist außen mit Rippen versehen. Im
Innern befinden sich lamellenartig angeordnete Metallbleche 2, die
durch
Stäbe 3 festgehalten werden. Dazwischen befindet sich die Absorptionsmasse, die
z. B. aus Magnesiumchlorid, gegebenenfalls mit einem Gehalt an Ammoniumchlorid,
bestehen kann. Sie ist auf Eisenwolle aufgetragen und mit Ammoniak gesättigt. Der
elektrische Heizkörper q. liegt innerhalb eines Schutzrohres. Der Kocher i steht
mit dem Verdampfer 6 durch ein Rohr 5 in Verbindung. Der Teil dieses Rohres, der
sich im Freien befindet, kann ebenfalls mit Rippen versehen werden. In dem Verdampfer
6 befindet sich eine Absorptionsmasse von Ammoniumchlorid oder anderen geeigneten
Stoffen, die mit Ammoniak bei niedrigem Druck und niedriger Temperatur zersetzbare
Verbindungen bilden, z. B. ammoniumchloridhaltige Magnesiumchloride oder Aluminiumchloride
Al. Cl, 12 X' H, - Das Absorptionsmittel des Verdampfers ist ebenfalls mit Metallspänen
vermischt. In dem Verdampfer befindet sich eine Rohrschlange 7, die durch die Rohre
8 und 9 mit dem in dem Kühlraum befindlichen Kältespeicher io verbunden ist. Diese
Rohre sowohl wie der Kältespeicher sind ganz mit Chlorcalciumlösung ausgefüllt.
-
Der Kocher i liegt in einem wärmeisolierten Raum i i. Der Verdampfer
6 befindet sich in einem wärmeisolierten Raum 1-2. Mit Hilfe eines an diesen Räumen
angeordneten Luftklappensystems 13 können sie durch den Kanal 14 hindurch gelüftet
werden. Wenn die oberen und unteren Klappen des Verdampferraumes 12 geöffnet sind,
sind diejenigen des Kocherraumes i i geschlossen. Eine solche gegenseitige Abhängigkeit
der Luftklappen ist in Fig. i durch die gezeichneten Verbindungsstangen angedeutet.
Ein Thermostat 15 kann bei einer bestimmten Maximaltemperatur mittels einer in der
Zeichnung nicht angegebenen Schalteinrichtung den Strom unterbrechen.
-
Die Wirkungsweise ist folgende.
-
Wenn der elektrische Heizkörper ,¢ eingeschaltet wird und die Wärme
durch die Metallbleche 2 und Stäbe 3 zu der Absorptionsmasse gelangt, so wird diese
zersetzt, und das Ammoniak entweicht. Der Druck steigt in dem Kocher i, in dem Rohr
5 und in dem Verdampfer 6, die miteinander in offener Verbindung stehen. Sobald
der Druck eine gewisse Höhe erreicht, wird das Ammoniakgas von dem Ammoniumchlorid
im Verdampfer absorbiert. Der hierfür notwendige Druck ist wesentlich niedriger
als der zur Verflüssigung notwendige Druck, und man braucht demnach nicht die Masse
in dem Kocher auf eine so hohe Temperatur zu erhitzen. Die durch die Absorption
frei gewordene Wärme wird durch die Rippen des Verdampfers 6 an den Luftstrom abgegeben,
der durch den Kanal 14 und den Raum 12 hindurchzieht. Die Kochperiode wird durch
Ausschaltung des Heizstromes mittels des Thermostaten 15 bei einer bestimmten Maximaltemperatur
beendigt. Mit Hilfe eines in der Zeichnung nicht angegebenen Hebels werden die Klappen
des Verdampferraumes 12 geschlossen, gleichzeitig die Klappen des Kocherraumes i
i geöffnet und damit die Kühlperiode eingeleitet. Durch den Luftstrom wird der Kocher
i gekühlt, und die Absorptionsmasse bindet das Ammoniak wieder. Die hierbei entwickelte
Wärme wird durch die Luft abgeführt. Bei dem durch die Absorption des Ammoniaks
hervorgerufenen niedrigen Druck wird das in dem Verdampfer befindliche Ammoniumchlorid
zersetzt. Die hierzu erforderliche Wärme wird der im Verdampfer liegenden Rohrschlange
7 entzogen, wodurch die Chlorcalciumlösung gekühlt wird, so daß sie durch das Rohr
9 in den Kältespeicher io hinuntersinkt. Die wärmere und daher spezifisch leichtere
Chlorcalciumlösung sammelt sich oben in dem Kältespeicher io an und steigt durch
das Rohr 8 aufwärts. Auf diese Weise entsteht ein selbsttätiger Umlauf, so daß die
Wärme, die durch die Wände des Kältespeichers aus dem Kühlraum aufgenommen wird,
dem Verdampfer zugeführt wird. Sobald der größte Teil des Ammoniaks aus dem Ammoniumchlorid
von der Absorptionsmasse des Absorberkochers i wieder gebunden ist, hört die Kühlperiode
von selbst auf, und man muß, um eine neue Kühlwirkung einzuschalten, den obener-,vähnten
Hebel umstellen, wodurch der Heizstrom wieder eingeschaltet wird und die Klappen
des Kocherraumes i i geschlossen, die des Verdampferraumes 12 wieder geöffnet werden.
-
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt.
Als Absorptionsmittel ist wasserfreies Chlorcalcium verwendet, das in geschmolzener
Form auf Eisenwolle aufgetragen ist, und als Kältemittel Ammoniak.
-
Der Austreiber für das Kältemittel besteht aus einem zylindrischen
Behälter i, in dem sich ein mit Rippen versehenes Rohr 2 befindet, das durch eine
elektrische Heizpatrone erwärmt werden kann. Zwischen den Rippen befindet sich die
Eisenwolle mit dem aufgeschmolzenen Chlorcalcium. Die Rippen des Rohres 2 sind von
einem Drahtgeflecht umgeben. Der Behälter i ist außen mit Rippen q. ausgerüstet
und befindet sich in dem wärmeisoliertenRaum 5. Von demAustreiber geht ein Rohr
8 aus, das in das Rippenrohr 9 mündet. Dieses ist in freier Luft angeordnet und
dient als Kondensator. Von ihm aus geht ein Rohr io zu dem Verdampfer i i, der sich
in einem wärmeisolierten Raum 12 befindet. Der Raum
liegt oberhalb
des Kühlschrankes 13 und steht mit ihm durch Öffnungen 14 in Verbindung,
die durch Luftklappen 15 verschlossen werden können. Auch für den Raum 5 kann mit
Hilfe von Luftklappen 6 und 7 ein freier Luftdurchzug hergestellt werden, und zwar
über den Kanal i6. Die Klappen 6, 7 und i5 sind durch eine Stange 17 derart
miteinander verbunden, daß sie durch einen einzigen Handgriff geöffnet bzw. geschlossen
werden können.
-
Die Arbeitsweise des Apparates ist folgende.
-
Durch einen in der Zeichnung nicht angegebenen Kontakthebel werden
sämtliche Klappen geschlossen und dem Heizkörper im Rohr z elektrischer Strom zugeführt.
Die durch ihn entwickelte Wärme wird durch die Rippen auf die zwischen diesen befindliche
und mit Ammoniak gesättigte Masse übertragen. Hierbei entweicht das Ammoniak, und
es entsteht in dem Behälter i ein Druck von etwa .2o Atmosphären, der sich durch
das Rohr 8, das Rippenrohr 9 und das Rohr io auch in den Behälter i i fortpflanzt.
Infolge der Luftkühlung wird das Ammoniak in dem Rippenrohr 9 kondensiert, und das
Kondensat fließt durch das Rohr io in den Behälter i i, wo es sich ansammelt. Sobald
ein großer Teil des Ammoniaks ausgetrieben ist, wird durch einen Thermostaten 18,
der bei einer gewissen Höchsttemperatur anspricht, eine in der Zeichnung nicht angegebene
elektrische Schaltanordnung in Tätigkeit gesetzt, die den Strom ausschaltet. Sobald
nun der Apparat zur Kühlung des Kühlraumes 13 dienen soll, legt man einen Hebel
um, durch den die Klappen 6, 7 und 15 geöffnet werden. Durch den Kanal 16 und durch
den Raum 5 strömt nun ein lebhafter Luftzug, der die Wärme von den Rippen 4 abführt.
Infolgedessen kühlt sich der Behälter i mit seiner Füllung ab. Der Druck in dem
ganzen Apparat sinkt, und das in dem Behälter i i angesammelte Ammoniak verdampft
und wird von der Absorptionsmasse im Behälter i wieder aufgenommen. Die hierbei
entstehende Wärme wird von der Absorptionsmasse durch die Rippen 3 zu den Rippen
4 und von hier an die durchströmende Luft abgeführt. Die zur Verdampfung des Ammoniaks
im Behälter i i erforderliche Wärme wird der Luft im Raum 1z entzogen. Zu diesem
Zweck ist der Verdampfer i i gleichfalls mit Rippen versehen. Die kalte Luft strömt
durch die mittlere Öffnung 14 abwärts in den Kühlschrank, wo sie unter Aufnahme
von Wärme das Kühlgut kühlt, und strömt nach oben an den Wänden entlang durch die
seitlichen Öffnungen 14 wieder in den Veidampferraum i2 zurück.
-
Man kann selbstverständlich auch andere Absorptionsmittel verwenden,
insbesondere Bromide und Jodide, z. B. basisches Bleichlorid.
-
Eine große wirksame Oberfläche für das Absorptionsmittel kann auch
geschaffen werden, indem man es auf poröse Stoffe, wie z. B. Metall- oder Graphitschwämme,
Holzkohle, Kieselgur usw., aufträgt. Man kann es beispielsweise aufschmelzen oder
auch in gelöster Form oder in Form einer chemischen Verbindung aufbringen, so daß
nach Ausdampfung des Lösungsmittels bzw. Zersetzung der Verbindung das Absorptionsmittel
in der gewünschten Verteilung zurückbleibt. So kann man z. B. eine Lösung von Magnesiumacetat
in Kieselgur aufsaugen. Durch Erhitzung zersetzt sich das Acetat, und es bleibt
eine aktive Oberfläche von Magnesiumoxyd zurück, das ein geeignetes Absorptionsmittel
für Wasser ist. Da jedoch viele jener porösen Stoffe schlechte Wärmeleiter sind,
so empfiehlt es sich, der Wärmezu-und -abfuhr wegen diese Stoffe auf Metallspäne
aufzuschmelzen, wie an Hand der Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, oder auf
andere Weise aufzubringen; z. B. kann man sie innig mit ihnen mischen oder in dünnen
Schichten zwischen Metallplatten anordnen. Man kann auch das Absorptionsmittel selbst,
wenn es in poröser Form herstellbar ist, metallisieren unter Verwendung geeigneter
chemischer Verbindungen oder kolloidaler Lösungen von Metallen.
-
Bei den oben dargestellten Ausführungsbeispielen ist das Absorptionsgefäß
selbst mit Rippen zum Abführen der Absorptionswärme ausgerüstet. Man kann diese
Wärme aber auch durch eine umlaufende, als Kälteträger dienende Flüssigkeit abführen,
wobei gleichzeitig die Kühlflächen des Kondensators-ausgenutzt werden können. Zweckmäßig
wird dabei die Flüssigkeit durch ihren spezifischen Gewichtsunterschied bei der
Erwärmung im Absorber und bei der Abkühlung im Konden- , sator selbsttätig in Umlauf
gesetzt. Während der Kochperiode muß dieser Umlauf allerdings durch Hähne oder Ventile
unterbunden werden. Damit möglichst wenig Flüssigkeit durch Undichtigkeiten verlorengeht,
empfiehlt , es sich, das Umlaufsystem auf Atmosphärendruck zu halten.
-
Obenerwähnte Ausführungsbeispiele können selbstverständlich in mannigfaltiger
Weise verändert werden, ohne daß man von i den Grundprinzipien der Erfindung abweicht.