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Kontinuierlich wirkende Absorptionskältemaschine Bei kontinuierlich
wirkenden Absorptionskältemaschinen ist es bekannt, das ausgetriebene und wieder
verflüssigte Arbeitsmittel in ein indifferentes Gas hinein verdampfen zu lassen
und durch denselben Raum, in welchem die Verdampfung vor sich geht, arme Absorptionslösung
hindurchzuleiten, die den Arbeitsmitteldampf aus dem Gemisch mit dem indifferenten
Gas heraus wieder absorbiert. Der an der Verdampfungsfläche entstehende Arbeitsmitteldampf
diffundiert dabei in das beigemischte indifferente Gas hinein und gelangt so zur
Absorptionsfläche, wo er dem Gasgemisch durch die Absorptionslösung wieder entzogen
wird. Findet dabei die Verdampfung in einer anderen Höhenlage statt als die Absorption,
so können Unterschiede des spezifischen Gewichtes des Gasgemisches an der Verdampfungs-
und an der Absorptionsfläche auftreten, die ungeordnete und zu Wirbelbildungen führende
Gasströmungen hervorrufen.
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Außer den vorgenannten Einrichtungen und Apparaten sind noch mit Hilfsgas
arbeitende Absorptionskältemaschinen bekannt, bei denen die Absorption und die Verdampfung
in getrennten,- durch zwei Rohre zu einem Gasumlaufsystem miteinander verbundenen
Gefäßen stattfinden. Diese Gattung von Absorptionsmaschinen gewährt zwar insofern
gegenüber der eingangs genannten Bauart einen --Vorteil, als bei ihr die ungeordnete
Gasströmung durch eine geordnete ersetzt ist; sie ist aber dafür mit gewissen Nachteilen
behaftet, die der Gegenstand der Erfindung nicht aufweist. Denn bei der räumlichen
Trennung von Absorber und Verdämpfer gehen gerade diejenigen Vorteile verloren,
welche die Vereinigung der Absorptions-und der Verdampfungsfläche in einem gemeinsamen
Gefäß mit sich bringt, und die sich vor allem in einer besonders gedrungenen Bauform,
d. h. in einer Ersparnis sowohl an Raum als auch an Bauhöhe sowie an Isolationsstärke
auswirkt. Weitere Vorteile ergeben sich für den Gegenstand der Erfindung in physikalischer
und thermischer Hinsicht insbesondere daraus, daß als indifferentes Gas auch Luft
oder ein anderes Gas, das schwerer ist als der Kältemitteldampf, verwendet werden
kann.
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Bringt man nun gemäß der Erfindung in einer kontinuierlich wirkenden
Absorptionskältemaschine, in welcher dem Arbeitsmitteldampf im Verdampfungsraum
ein indifferentes Gas beigemischt ist und in welcher der Absorptionsraum und der
Verdampfungsraum derart miteinander in Verbindung stehen, daß in ihnen geordnete
Gasströmungen in zueinander entgegengesetzter Richtung entstehen, den Absorptionsraum
und den Verdampfungsraum in einem sie gemeinsam umschließenden Gefäß unter, derart,
daß sie lediglich durch eine oben und unten Durchtrittsöffnungen für das Gas
frei
lassende Zwischenwand voneinander getrennt sind, so erreicht man damit, daß das
Gasgemisch in dem gemeinsamen Absorptions-und Verdampfungsraum einen geordneten
Umlauf um die Z«rischenwand herum vollführt, bei dem in ständiger Folge die Absorptionsflüssigkeit
und die verdampfende Flüssigkeit von dem indifferenten Gas berührt werden. Den Antrieb
für diesen Gasgemischumlauf liefert die Veränderung des spezifischen Gewichtes,
welche das indifferente Gas beim Vorübergang an der Verdampfungsfläche bzw. das
Gasgemisch beim Vorübergang an der Absorptionsfläche erfährt, indem das indifferente
Gas bei der Verdampfung Arbeitsmitteldampf aufnimmt und das Gasgemisch bei der Absorption
Arbeitsmitteldampf abgibt. Dieser Gasgemischumlauf wird durch die vorhandenen Temperaturunterschiede
gegebenenfalls noch unterstützt, indem sich die Stärke des Gasgemischumlaufs bei
zunehmender Temperaturabsenkung im Verdampfer durch Verringerung der Zirkulationsgeschwindigkeit
selbsttätig dem Kältebedarf anpaßt. Dieser Vorteil macht sich besonders dann geltend,
wenn als Hilfsgas ein indifferentes Gas verwendet wird, das schwerer ist als der
Arbeitsmitteldampf.
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Bei Kühlschränken, bei denen das gemeinsame Verdampferabsorbergefäß
den Kühlraum, wie in der Zeichnung dargestellt, von drei Seiten umgibt, wird der
Vorteil erreicht, daß an diesen drei Seitenwandungen die Isolation erspart und der
Wärmeeinfall von außen vermieden wird, der sonst eintreten würde, wenn der Schrank
an diesen drei Seiten in üblicher `reise mit einer isolierten Wandung versehen wäre.
Auch ist die Anordnung des Absorbers hierbei besonders vorteilhaft, weil er ganz
außen liegt und eine besonders große Oberfläche aufweist, also ohne Schwierigkeiten
durch Luft gekühlt werden kann.
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Die Menge des dem Arbeitsmitteldampf im Absorptions- und Verdampfungsgefäß
beigemischten indifferenten Gases kann man so wählen, daß der Unterschied zwischen
dem Kondensations- und Verdampfungsdruck des Arbeitsmittels völlig ausgeglichen
ist. Man kann aber auch die Menge des indifferenten Gases so weit beschränken, daß
der- erwähnte Druckunterschied nur zum Teil ausgeglichen ist. Den restlichen Druckunterschied
kann man dann durch Säulen strömender Flüssigkeit (Absorptionslösung bzw. Kondensat)
aufrechterhalten. # In der Zeichnung ist die Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen
veranschaulicht. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel (Abb. i und 2) findet die Entwicklung
des gasförmigen Arbeitsmittels unter Zuführung von Heizwärme in drei parallel geschalteten
Austreibern 1, 2, 3 statt. Die ausgetriebenen Gasblasen heben die arme Absorptionslösung
zu Gasabscheidern 4, 5, 6 empor, von wo aus der Arbeitsmitteldampf drei Kondensatoren
7, 8, 9 zugeführt wird, während die vom Arbeitsmitteldampf getrennte Absorptionslösung
über U-förmig gebogene Leitungen io, ii, iz dem gemeinsamen Absorptions- und Verdampfungsgefäß
13 zugeführt wird. Dieses Gefäß ist in Abb. i in einem aufrechten Schnitt und in
Abb. z in einem waagerechten Schritt dargestellt. Es ist doppelwandig ausgeführt
und so gestaltet, daß es einen Kühlraum 2o von annähernd kubischer Gestalt auf drei
Seiten umschließt, der oben und unten durch eine starke wärmeisolierende Schicht
14 bzw. 15 gegen den Außenraum abgegrenzt und auf der Vorderseite durch eine ebenfalls
mit Wärmeisoliermaterial versehene Tür 16 zugänglich ist. Auf der Innenseite desjenigen
Teiles der Gefäßwandung, der an den Außenraum angrenzt, ist oben eine ringsherum
laufende kanalartige Rinne 17 angeordnet, in welche die freien Enden der U -Rohre
io, ii und 12 einmünden. Am Boden dieser Rinne befinden sich Schlitze 18, die den
Durchtritt der Absorptionslösung auf die mit einem Verteilungsgebilde i9 irgendwelcher
Art versehene Absorptionsfläche gestatten. Die der Absorptionsfläche gegenüberliegende
Innenseite des an den Kühlraum 2o angrenzenden Teils der Gefäßwandung dient als
Verdampfungsfläche. Sie ist zu diesem Zweck in ihrem oberen Teil mit einer ringsherum
laufenden Rinne 21 versehen, in welche von den Kondensatoren 7, 8, 9 herkommende
Leitungen 22,23 24 einmünden: Am Boden der Rinne 21 befinden sich schlitzförmige
Durchlaßöffnungen 25, welche den Durchtritt des Kondensates auf die mit Verteilungsgebilden
26 bedeckte Verdampfungsfläche gestatten. Zwischen der Absorptionsfläche und der
Verdampfungsfläche ist eine zweimal rechtwinklig umgebogene und daher im Querschnitt
(Abb.2) U-förmig erscheinende Zwischenwand 27 angeordnet, die aus wärmeisolierendem
Stoff besteht und mit irgendwelchen (in der Zeichnung nicht dargestellten) Hilfsmitteln
so .gehalten wird, daß zwischen dem oberen und unteren Teile der Gefäßwandung einerseits
und der Zwischenwand andererseits genügend große Durchtrittsöffnungen für das Gasgemisch
frei bleiben. Die am Boden des Gefäßes 13 sich sammelnde Absorptionslösung gelangt
durch eine Leitung z8 und durch Zweigleitungen 29, 30, 31 zu den Austreibern 1,
2, 3 zurück.
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Beim Betriebe der beschriebenen Absorptionskältemaschine gelangt das
Arbeitsmittelkondensat in die Rinne 21 und von hier aus durch die Schlitze 25 auf
die mit dem Verteilungsgebilde26 bedeckte Verdampfungsfläche. Es verdampft hier,
indem =es dem Kühlraum 2o Wärme entzieht, in ein indifferentes Gas hinein, das sich
im Innern des doppelwandigen Absorptions-und Verdampfungsgefäßes 13 befindet. Es
sei
angenommen, daß der Arbeitsmitteldampf (beispielsweise Ammoniak)
leichter sei als das beigemischte indifferente Gas (beispielsweise Luft). Das Gemisch
aus beiden steigt dann infolge der Verringerung seines spezifischen Gewichtes längs
der Verdampfungsfläche aufwärts und gelangt durch die obere Durchtrittsöffnung 33,
die sich oberhalb der Zwischenwand 27 befindet, in denjenigen Teil des Gefäßes
13, der die mit dem Verteilungsgebilde r9 bedeckte Absorptionsfläche enthält.
Hier wird der Arbeitsmitteldampf aus Gasgemisch heraus von der an der Absorptionsfläche
herniederrieselnden Absorptionslösung absorbiert. Dabei vergrößert sich das spezifische
Gewicht des Gasgemisches, so daß dieses längs der Absorptionsfläche herabsinkt und
sich dabei immer mehr in reines indifferentes Gas zurückverwandelt. Dieses gelangt
schließlich unterhalb der Zwischenwand 27 durch die untere Durchtrittsöffnung 32
hindurch wieder in den die Verdampfungsfläche enthaltenden Gefäßteil zurück, wo
der geschilderte Kreislauf von neuem beginnt. Da die Zwischenwand 27 aus isolierendem
Stoff. besteht, wird ein Wärmedurchgang von dem einen Gefäßteil zum andern nach
Möglichkeit erschwert.
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Durch die beschriebene Einrichtung, bei welcher derjenige Teil der
Gefäßwandung, der auf seiner Innenseite die Verdampfungsfläche bildet, mit seiner
Außenseite an den zu kühlenden Raum 2o angrenzt, steht die Außenseite desjenigen
Teiles der Gefäßwandung, dessen Innenseite die Absorptionsfläche bildet, in unmittelbarer
Berührung mit der umgebenden Atmosphäre. Die Absorptionswärme kann also hier ohne
weiteres an die Luft der Umgebung abgeführt werden. Um Kälteverluste aus dem Kühlraum
2o- zu vermeiden, genügt es, in der beschriebenen Weise lediglich oben und unten
sowie auf der Vorderseite des Kühlraumes 2o wärmeisolierende Wandungen vorzusehen,
während auf dem ganzen übrigen den Kühlraum umschließenden Teil wärmeisolierende
Zwischenlagen entbehrlich sind.
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Die durch Abb. 3 beschriebene zweite Ausführungsform stimmt in allem
Wesentlichen mit dem zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel überein. Ein wichtiger
Unterschied ist jedoch insofern vorhanden, als hier durch das in dem Absorptions-
und Verdampfungsgefäß dem Arbeitsmitteldampf beigemischte indifferente Gas der Unterschied
zwischen dem Kondensations-und Verdampfungsdruck des Arbeitsmittels nur zum Teil
ausgeglichen ist. Der restliche Druckunterschied wird durch Säulen strömender Flüssigkeit
(Absorptionslösung bzw. Kondensat) aufrechterhalten.
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Abgesehen von dem die Zwischenwand 4o enthaltenden Absorptions- und
Verdampfungsgefäß 41 sind alle Teile der Anlage doppelt ausgeführt und in der Zeichnung
in symmetrischer Anordnung dargestellt. Es braucht daher im folgenden nur die eine
Hälfte näher erläutert zu werden. Von dem Austreiber 42 gelangt der Arbeitsmitteldampf
zusammen mit der armen Absorptionslösung mittels eines aufsteigenden Rohres 43 zum
Gasabscheider 44. Von hier aus führt eine U-förmig gebogene Leitung 45 die Absorptionslösung
zum Absorptions- und Verdampfungsgefäß 41, wo sie oberhalb der Absorptionsfläche
einmündet. Der Arbeitsmitteldampf gelangt durch eine Gasleitung 46, in welcher sich
ein Ausgleichgefäß 47 befindet, in ein teilweise mit Kondensat gefülltes Rohr 48,
das zu einem hochliegenden Kondensator 49 aufsteigt. Das Rohr 48 ist unten U-förmig
umgebogen und mit einem vom Kondensator herkommenden Rohre 50 verbunden.
Durch dieses Rohr 50 gelangt das Kondensat mittels einer Querverbindung 51,
die in Höhe der Einmündungsstelle des Rohres46 in das Rohr 48 angeordnet ist, in
ein Rohr 52 und von diesem über ein Abscheidegefäß 53 zu einem Rohr 54, das oberhalb
der Verdampfungsfläche in das Absorptions- und Verdampfungsgefäß 41 einmündet. Das
Abscheidegefäß 53 ist durch ein Fallrohr 55 mit dem Kondensatorrohr 52 verbunden.
Vom Absorptions- und Verdampfungsgefäß 41 führt eine Flüssigkeitsleitung 56 die
wieder angereicherte Absorptionslösung zum Austreiber 42 zurück.
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Da der Druckunterschied zwischen dem Kondensations- und dem Verdampfungsdruck
nicht völlig ausgeglichen ist, steht die Flüssigkeitssäule, die in dem Rohre 5o
durch das Kondensat gebildet wird, niedriger als im Rohre 52.
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Die zur Aufrechterhaltung des erwähnten Druckunterschiedes dienende
Flüssigkeitssäule ist durch den Höhenunterschied bestimmt, der zwischen der Einmündungstelle
des Rohres 46 in das Rohr 48 bzw. der Querverbindung 51
einerseits und dem
Flüssigkeitsspiegel im Abscheidegefäß 53 besteht.
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Ohne das Wesen der Erfindung zu verändern, kann man auch abweichend
von den in der Zeichnung erläuterten Ausführungsbeispielen das gemeinsame Absorptions-
und Verdampfungsgefäß innerhalb eines kühlenden Raumes so anordnen, daß der die
Verdampfungsfläche enthaltende Wandungsteil an den zu kühlenden Raum angrenzt, während
der die Absorptionsfläche enthaltende Wandungsteil so angeordnet ist, daß er die
Absorptionswärme an ein vorbeiströmendes kühlendes Medium, z. B. Luft, abzugeben
vermag.
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Ferner könnte man auch ein indifferentes Gas wählen, das leichter
ist als der Arbeitsmitteldampf. In diesem Falle wäre dann dafür zu sorgen, daß das
Arbeitsmittelkondensat in den gemeinsamen Absorptions- und Verdampfungsraum in größerer
Höhenlage einmündet als
die Absorptionslösung. Die Strömung des
Gasgemisches würde dann im entgegengesetzten Sinne wie bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen
vor sich gehen.