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Verfahren zur Angleichung der Kälteleistung von Absorptionskälteapparaten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Leistung von Kälteapparaten,
insbesondere von Absorptionskälteapparaten, die mit einem druckausgleichenden Gas
arbeiten, in das hinein die Kältemitteldämpfe diffundieren.
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Jeder Kälteapparat wird in bezug auf seine Abmessungen und das Verhältnis
der in ihm enthaltenen umlaufenden Mittel für eine bestimmte normale Leistung gebaut.
Sind die Abmessungen gegeben, so läßt sich die Kälteleistung von Absorptionsapparaten
noch durch Änderung der Wärmezufuhr und durch Änderung des Verhältnisses der umlaufenden
Mittel, z. B. der Konzentration der Absorptionslösung, innerhalb gewisser Grenzen
verändern. Eine Steigerung der Wärmezufuhr allein ergibt aber nicht ohne weiteres
eine Erhöhung der Leistung, da ein Überschuß von im Kocher des Apparates entwickeltem
und im Verflüssiger verflüssigtem Kältemittel nicht im Verdampfer zur Verdampfung
komrnen und dort mehr Kälte leisten, sondern einfach in flüssigem Zustand durch
den Verdampfer laufen würde. Will man daher die Leistung eines solchen Apparates
normaler Abmessungen erhöhen, so wird zweckmäßig die Konzentration der im Apparat
umlaufenden Absorptionslösung verringert, was bei Apparaten mit druckausgleichendem
Gas-zugleich eine Veränderung des Verhältnisses der Hilfsgasmengen zu den umlaufenden
Kältemittelmengen bedingt.
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Verschiedene klimatische Bedingungen der Orte, an denen der Normalapparat
zur Verwendung kommen soll, aber auch schon Schwankungen am gleichen Ort, .wie besonders
warme Sommer und kalte Winter und verschiedene Anforderungen an den Haushalt bei
Haushaltsapparaten bedingen schon, daß der Apparat zu verschiedenen Zeiten verschiedene
Leistungen geben soll. Es ist aber selbstverständlich praktisch nicht möglich, allen
diesen Veränderungen etwa dadurch Rechnung zu tragen, daß man von außen her, d.
h. unter Öffnung des Apparatinnern, die Konzentration der Absorptionslösung stets
den jeweilig vorliegenden Bedingungen entsprechend verändert.
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Die Erfindung bezweckt, die Kälteleistung
eines gegebenen
Apparates entsprechend .den jeweiligen Bedingungen dadurch zu regeln, daß sich die_
_Konzentration der Absorptionslösung im geschlossenen Apparatsystem selbsttätig
bei erhöhter oder verminderter Wärmezu- oder -abfuhr zum Apparat ändert. Sie erreicht
dies im wesentlichen dadurch, daß der zwischen Kocher und Absorber umlaufenden Absorptionslösung
bei erhöhter Leistungsforderung an den Apparat überschüssige Kältemittel entzogen
werden, die sich von selbst in einem Sammelbehälter aufspeichern, von wo aus sie
selbsttätig in die umlaufende Absorptionslösung wieder zurücktreten, sobald die
vom Apparat geforderte Leistung wieder auf den normalen Betrag gesunken ist. Bei
Apparaten mit druckausgleichendem Gas ändert sich dadurch auch das Verhältnis der
Partialdrücke des umlaufenden Hilfsgases und des verdampften Kältemittels.
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Um die Vorzüge, die durch die Erfindung gegeben werden, klar zu machen,
seien kurz die Bedingungen untersucht, unter denen ein Normalapparat mit Normalfüllung
arbeitet, der für eine gewisse normale Wärmezufuhr und normale Wärmeabfuhr bei einem
Optimum von Wirkungsgrad eine bestimmte Menge Kältekalorien bei einer bestimmten
Temperatur gibt. A. Schwankungen in der Wärmeabfuhr Es sei angenommen, daß der Normalapparat
beispielsweise in Landstrichen verwendet wird, die höhere Kühlwassertemperatur (oder
bei luftgekühlten Apparaten höhere Lufttemperatur) haben, als den normalen Bedingungen
des Normalapparates entspricht. Dann ist also die Wärmeabfuhr vom Absorber gegen
normal verschlechtert, denn 'der Absorber hat zu hohe Temperatur. Infolgedessen
kann er hei konstant bleibender Konzentration der Lösung auch nicht die normale
Menge von Kältemitteldämpfen aus dem Hilfsgas abnehmen, sondern weniger. Da das
Hilfsgas also schlechter ausgewaschen wird, kann weniger Kältemittel im Verdampfer
in das Hilfsgas verdampfen. Die Leistung des Apparates müßte sich also unter den
normalen Bedarf verschlechtern. Wird aber, wie es die Erfindung lehrt, die durch
die höhere Temperatur des Absorbers verschlechterte Absorptionsfähigkeit dadurch
wieder verbessert, daß durch Aufspeichern von Kältemittel die Absorptionslösung
ärmer als normal gemacht wird, so verbessert sich die Absorptionsfähigkeit wieder,
und die Leistung des Apparates gleicht sich selbsttätig der normalen Leistung und
dem als normal angenommenen Bedarf an. B. Schwankungen der Wärmezufuhr zum Verdampfer
Es sei angenommen, daß der Kältebedarf eines Haushalts vorübergehend beispielsweise
besonders tiefe Temperaturen verlangt, ohne daß dabei die normale Kalorienzahl verlangt
wird. Man will beispielsweise in besonders kurzer Zeit einige Eiswürfel herstellen.
Dies läßt sich dadurch erreichen, daß man den Verdampfer, wie es bereits vorgeschlagen
ist, zum Beispiel durch eine aufschiebbare Isolation, die die Eiskästchen enthält,
gegenüber dem übrigen Kühlschrank abschließt, wobei die Wärmezufuhr zum Kocher und
die Wärmeabfuhr vom Absorber und Kondensator normal bleiben soll. Da der Apparat
in diesem Fall weniger Kalorien als normal zu leisten braucht, also nicht alles
Kältemittel im Verdampfer verdampft, wird erfindungsgemäß wieder dieses nicht verdampfte
Kältemittel gespeichert, so daß die Konzentration der Absorptionslösung geringer
wird als normal. Hierdurch wird das Hilfsgas besser als normal ausgewaschen, d.
h. der Partialdruck des Kältemittels im ausgewaschenen Gas wird niedriger, woraus
folgt, daß die Verdampfertemperatur sinkt, womit sich automatisch die Angleichung
der Kälteleistung an den vorliegenden Kältebedarf besonders niedriger Temperatur
vollzogen hat. C. Änderung der Wärmezufuhr zum Kocher Es kann in einem Haushalt
unter Umständen für längere Zeit ein größerer Bedarf an Kältekalorien vorliegen,
weil größere Vorräte kalt zu halten sind. In diesem Falle soll nicht, wie in Beispiel
B, die Temperatur des Schrankes unter normal gebracht werden, sondern es werden
bei normaler .Schranktemperatur mehr Kalorien gebraucht. Würde man beim normalen
Apparat die Heizung verstärken, um mehr flüssiges Kältemittel im Verdampfer zur
Verfügung zu haben, so würde dieses Mehr an Kältemittel nicht ohne weiteres verdampfen,
also mehr Kältekalorien erzeugen, wenn nicht gleichzeitig die Absorption verbessert
würde. Soll, weil der Bedarf an Kältekalorien steigt, beispielsweise in einer bestimmten
Zeiteinheit statt i kg Ammoniak 1,2 kg verdampft werden, so müssen in der gleichen
Zeiteinheit auch 1,2 kg absorbiert werden. Dementsprechend muß bei normal bleibender
Wärmeabfuhr vom Absorber die Temperatur des Absorbers steigen, weil mehr Absorptionswärme
ausfällt. Man steht also im Grunde wieder vor dem gleichen Problem wie zu A. Die
umlaufende Absorptionslösung muß wieder ärmer gemacht werden, d. h. sie muß nach
Aufnahme der im
letzten Beispiel angenommenen 1,2 kg absorbierten
Amrnonialcdampfmenge ärmer als normal sein, um der sonst schädlichen Tern-15eratursteigerung
des Absorbers entgegenzuwirken. Auch bei verstärkter Wärmezufuhr zum Kocher wird
daher gemäß der Erfindung die Angleichung der Kälteleistung an den Kältebedarf erreicht.
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Die Erfindung soll näher unter Hinweis auf die beiliegenden Abbildungen
beschrieben werden, wobei sich weitere kennzeichnende Merkmale der Erfindung ergeben
werden.
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Ab. i zeigt einen mit druckausgleichendem Hilfsgas betriebenen Absorptionskälteapparat,
der gemäß der Erfindung ausgebildet ist.
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Abb. 2 zeigt einen Teil einer abgeänderten Ausführungsform eines derartigen
Apparates. Es sei angenommen, daß der Apparat mit Ammoniak als Kältemittel, Wasser
als Absorptionsmittel und Wasserstoff als druckausgleichendem Gas betrieben wird.
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In der Abb. i bezeichnet io einen Kocher, der durch eine Scheidewand
13 in den eigentlichen Austreiber ii und einen Pumpenraum 12 unterteilt ist. Der
Kocher ist von einem Schornstein 14 durchzogen und wird in beliebiger Weise, beispielsweise
durch einen Brenner 15, beheizt. Ein Steigrohr 16, das etwa in den Pumpenraum 12
hineinragt und in der Nähe seines unteren Endes mit Löchern 17 versehen ist, verbindet
den Pumpenraunr 12 mit dem Austreiber i i.
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Die sich bei der Beheizung des Kochers in dem Austreiber i i bildenden
Gase werden durch eine etwas aufsteigend geführte Leitung 18 zu einem Abscheider
2o geführt, in dessen Mantel 22 sie eintreten. In ihm werden die mitgenommenen Absorptionsmitteldämpfe
abgeschieden, die in verflüssigtem Zustand durch Leitung 18 zum Kocher zurücklaufen.
Die gereinigten Kältemitteldämpfe treten darauf in den Kondensator 23, der durch
eine Kühlwasserleitung 24 gekühlt wird und in dem die'Kältemitteldämpfe verflüssigt
werden. Das verflüssigte Kältemittel tritt darauf in das U-Rohr 21, dessen einer
Schenkel mit einer Entlüftungsvorrichtung für das Hilfsgas versehen ist, während
der andere offene Schenkel in das Innere des Abscheidemante18 22 hineinragt, wo
er mit Kühlrippen versehen ist, um das aus dem Kocher kommende Mittel durch Verdampfung
von etwas Kondensat zu kühlen.
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Vorn unteren Teil des [J-Rohres 21 aus gellt die Kondensatleitung
26 durch den Gastemperaturwechsler 28 und die armes Hilfsgas vom Absorber 4o zum
Verdampfer 31 führende Leitung 29 hindurch zum Verdampfer.
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1m Verdampfer, der in einem Kühlraum, beispielsweise in einem Haushaltkühlschrank,
innerhalb von Wärmeisolationswänden angeordnet ist, verdampft das über Platten 41
rieselnde Kondensat in Gegenwart des Hilfsgases, wobei Kälte erzeugt wird. Das Gasgemisch
fällt durch eineil Stutzen 32 in den Gastemperaturwechsler 28 und von hier durch
Stutzen 39 in den Absorber 4o.
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Im Absorber, der durch die gleiche Kühlwasserleitung 24 wie der Kondensator
gekühlt wird, werden die Kältemitteldämpfe aus dem Gasgemisch durch vom Austreiber
i i über Leitung 43, Temperaturwechsler 44 und Steigleitung 43 kommende, über Verteilungsplatten
rieselnde arme Lösung ausgewaschen. Das gereinigte Hilfsgas kehrt über die Leitung
27, die den Gastemperaturwechsler 28 durchziehenden Rohre 37 und die Leitung 29
zum Verdampfer zurück.
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Die reiche Lösung, die sich im Absorber bildet, kehrt durch Leitung
42, Temperaturwechsler 44, Pumpenraum 12 und Steigleitung 16 in bekannter Weise
zum Austreiber zurück.
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Gemäß der Erfindung ist in dem unteren Teil des Absorbers ein becherförmiger
Einsatz 5o vorgesehen. Die Oberkante dieses Bechers liegt etwas über dem unteren
Teil der Mündung von Leitung 39 in den Absorber, so daß Flüssigkeit, die aus dieser
Leitung 39 in den Absorber tritt, in den Zwischenraum 51 zwischen dem Becher 5o
und der Außenwand 4o des Absorbers läuft. Zweckmäßig wird der Raum 51 derart ausgebildet,
daß er im Verhältnis zu seinem Volumen in ihm enthaltener Flüssigkeit nur eine geringe
Spiegeloberfläche gestattet. Die zum Kocher führende Leitung 42 geht von dem Innenraum
52 des Bechers 5o aus. Am unteren Teil des Bechers 5o ist eine kleine Öffnung 53
oder ein entsprechendes, eine langsame Diffusion gestattendes Organ vorgesehen,
so daß Flüssigkeiten in den Räumen 51 und 52 in beschränkter Verbindung untereinander
stehen.
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Flüssigkeit, die sich im Raum 51 sammelt, ist daher in gewissem Sinne
dem normalen Umlaufsystem entzogen. Es sei nun angenommen, daß geringe Mengen von
Kältemittel, d. h. Ammoniak, ohne zu verdampfen, durch den Verdampfer laufen. In
diesem Falle ist die Grenze der Leistungsfähigkeit des Apparates erreicht. Das unverdampfte
Kältemittel läuft dann vom Verdampfer durch Stutzen 32 am Boden des Temperaturwechslers
28 entlang zum Stutzen 39 und von hier iri den Raum 5i. In diesem erhöht es die
Konzentration der in diesem Raume entstehenden reichen Lösung. Die Öffnung 53 ist
zti klein, um eine bedeutendere Diffusion des Ariimoniaks in die Lösung im Raum
5@ zu gestatten.
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Die Konzentration der Lösung im Raum 51
nimmt daher
stark zu, und das so dem Kreislauf der Absorptionslösung zwischen Kocher und Absorber
entzogene Ammoniak verringert die Konzentration der umlaufenden Lösung. Infolgedessen
erhöht sich, wie oben erwähnt, durch diese Aufspeicherung von Ammoniak im Raum 5i
selbsttätig die Leistungsfähigkeit des Apparates.
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Durch die Aufspeicherung des Ammoniaks wird die oben durch Leitung
q.3 in den Absorber tretende Absorptionslösung ärmer an Ammoniak. Da der Partialdruck
des Ammoniaks in dem durch Leitung z7 vom Absorber zum Verdampfer zurückkehrenden
Hilfsgas zur Konzentration der in den Absorber tretenden Absorptionslösung in einem
bestimmten Verhältnis steht, wird auch das aus dem Absorber austretende Hilfsgas
ärmer an Ammoniak. Infolgedessen kann nun dieses Gas bei seinem Durchtritt durch
den Verdampfer eine größere Menge Ammoniak als vorher, sogar bei tieferer Temperatur,
aufnehmen mit dem Erfolg, daß sich die Leistungsfähigkeit des Apparates vergrößert.
Es bildet sich hierbei ein neuer Gleichgewichtszustand im Apparat heraus, bei dem
die Menge des Ammoniaks, die durch das Loch 53 in der Absorberwand aus dem Sammelbehälter
51 in die umlaufende Lösung diffundiert, gleich der Menge Ammoniak ist, die unverdampft
durch den Verdampfer strömt und in den Sammelbehälter 51 neu einläuft.
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Wird der zu leistende Kühleffekt kleiner und demzufolge die Beheizung
des Kochers verringert, so wird ein geringerer Kältemittelbetrag im Kocher ausgetrieben.
Das flüssige Ammoniak, das sich im Raum 51 aufgespeichert hat, wird nun merklich
durch die Öffnung 53 in dem Raum 52 diffundieren und damit in den Kreislauf der
umlaufenden Lösung wieder eintreten, zumal da jetzt kein flüssiges Ammoniak mehr
aus dem Verdampfer über Leitung 39 dem Raum 51 zulaufen wird. Der Apparat bringt
sich also selbsttätig wieder in die normalen Bedingungen zurück. Oberhalb des Bechers
5o wird zweckmäßig ein trichterförmiges Organ 5.4 in den Absorber eingesetzt, um
die umlaufende Absorptionslösung mit Sicherheit dem Raum 52 zuzuführen.
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In Abb. 2 ist eine etwas abgeänderte Ausführungsform gezeigt, in der
eine Trennwand 55 durch den Absorber an dessen Boden gezogen ist. Auch diese Trennwand
ist unten mit einer Öffnung 53 versehen und ragt mit ihrem oberen Rand etwas über
den unteren Teil der Mündung von Leitung 39 empor. Diese Trennwand teilt den unteren
Teil des Absorbers in die Räume 51, 52, die die gleichen Aufgaben wie die entsprechenden
Räume der Abb. i erfüllen. Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte Ausführungsform
eines mit druckäusgleichendem Gas arbeitenden Absorptionskälteapparates beschränkt.
Das Prinzip, ein Mittel außerhalb des normalen Kreislaufes aufzuspeichern, um die
Konzentration der im Apparat umlaufenden Mittel zu verändern und damit selbsttätig
die Leistungsfähigkeit des Apparates zu verändern, kann auch bei Apparaten anderer
Art verwendet werden.