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Luftgekühlte periodisch wirkende Absorptionsmaschine Es sind periodisch
wirkende Absorptionskältemaschinen bekannt, bei denen der Kondensator während der
Austreibungsperiode und der Kocherabsorber während der Absorptionsperiode direkt
durch Luft gekühlt werden. Will man den Wirkungsgrad solcher Maschinen verbessern
und die Herstellungskosten senken, so muß man dafür sorgen, daß einerseits die während
der Austreibungsperiode auftretenden Heizwärmeverluste möglichst gering werden und
andererseits die Kühlflächen des Kocherabsorbers während der Absorptionsperiode
möglichst intensiv ausgenutzt werden.
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Um die erstgenannte Bedingung zu erfüllen, hat man bereits den Kocherabsorber
von periodischen Maschinen derart angeordnet, daß der an seinen wärmeabgebenden
Teilen vorbeistreichende Luftstrom während der Austreibungsperiode dadurch unterbrochen
wird, daß in dem Zu- bzw. Abluftkanal mechanisch bewegte Klappen angeordnet werden.
Man erreicht damit, daß den Kocherabsorber während der Austreibungsperiode keine
wärmeabführende Luft umspülen kann. Mechanisch bewegte Klappen haben jedoch den
großen Nachteil, daß sie nicht absolut sicher arbeiten. Es kann beim Betrieb der
Maschine sehr leicht vorkommen, daß eine solche Klappe versagt, wodurch sich erhebliche
Störungen ergeben.
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Ein anderer Weg zur Verbesserung des Wirkungsgrades von periodischen
Absorptionsmaschinen besteht, wie oben erwähnt, darin,, daß man für eine intensive
Abkühlung des Kocherabsorbers während der Absorptionsperiode sorgt. Bei den bekannten
luftgekühlten Apparaten wird die Anordnung vielfach so getroffen, daß die Luft am
unteren Ende eines den Kocher umgebenden Behälters eintritt; sie wird dann durch
Erwärmung an den wärmeabgebenden Teilen des Kocherabsorbers leichter; so daß sie
am oberen Ende des-- Behälters abgeführt werden kann. Es bildet sich also ein natürlicher
Luftstrom:-Man hat versucht, diesen natürlichen Luftstrom dadurch zu verstärken,
daß man die Luft durch eine zusätzliche Heizeinrichtung noch mehr erwärmt. Eine
solche Einrichtung ergibt jedoch nur einen verhältnismäßig geringen zusätzlichen
natürlichen Antrieb für die Kühlluft, selbst wenn man dieselbe in einen schornsteinähnlichen
Kanal abführt. Um einen besonders wirksamen Luftzug zu erzeugen, ist es ferner bekannt,
den Kühlluft-°strom während der Absorptionsperiode durch einen Ventilator anzutreiben.
Die bekannten Einrichtungen dieser Art zeigen sämtlich eine mechanisch bewegte Klappe,
mit deren Hilfe der vom Ventilator angetriebene Kühlluftstrom abwechselnd dem Kocberabsorber
und dem Kondensator zugeleitet wird. Abgesehen von den Nachteilen, welche mechanisch
bewegte Klappen besitzen, sind Anordnungen dieser Art aber auch aus dem Grunde nicht
empfehlenswert, weil die Sicherheit der Anlage beeinträchtigt ist, da die Kühlung
des Kondensators hierbei von der richtigen Wirkungsweise der Klappen und des Ventilators
abhängig ist.
Die Erfindung bezieht sich auf eine periodisch wirkende
Absorptionskältemaschine, bei welcher eine wesentliche Verbesserung des Wirkungsgrades
erzielt wird, ohne daß die Nachteile der bekannten Anordnungen vorhanden sind. Erfindungsgemäß
stehen diejenigen Teile der Maschine, welche die Absorptionswärme an die Luft abführen,
mit einem Raum in Wärmeaustausch, der so gestaltet ist, daß warme Luft sich darin
staut, daß aber während der Absorptionsperiode die warme Luft aus diesem Raum durch
eine Blasvorrichtung ständig herausgeschafft und durch frische Luft ersetzt wird.
Wenn man auf diese Weise einen künstlichen Luftzug hervorruft, so lassen sich die
Dimensionen der Maschine für eine bestimmte Kälteleistung wesentlich verkleinern,
dadurch, daß man nun durch die bessere Ausnutzung der Kühlflächen des Kocherabsorbers
die Absorptionsgeschwindigkeit soweit steigern kann, daß die Anzahl der Perioden
innerhalb eines Tages bedeutend vergrößert werden kann. So ist es z. B. sehr wünschenswert,
daß man drei Perioden innerhalb 24 Stunden verwenden kann, weil man in diesem Falle
die Heizperiode in eine Zeit legen kann, in welcher die Elfwerke wegen ihrer geringen
Belastung billigen sogenannten Nachtstromtarif gewähren.
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Als Blasvorrichtung im Sinne der Erfindung können z. B. ein Ventilator,
ein Ejektor oder ähnliche Mittel verwendet werden; durch die ein künstlicher Luftzug
hervorgerufen wird. Die Blasvorrichtung wird von der Schaltuhr, welche auch die
Heizvorrichtung des Kocherabsorbers ein- und ausschaltet, betätigt. Bei Verwendung
eines elektromotorisch angetriebenen Ventilators kann man von dem Antriebsmotor
auch gleichzeitig die Schaltuhr aufziehen lassen. Man kann aber in diesem Falle
auch auf eine Schaltuhr gänzlich verzichten, indem man die Dauer der Absorptionsperiode
durch die Anzahl der Umdrehungen des Motors bestimmt. Man wird dann beispielsweise
den Antriebsmotor des Ventilators von einem in Wärmeberührung mit dem Kocherabsorber
stehenden Thermostaten bei einer bestimmten Höchsttemperatur einschalten und eine
Schaltvorrichtung von dem Ventilatormotor antreiben, die einerseits die Heizeinrichtung
des Kocherabsorbers zur gegebenen Zeit ein und ausschaltet und andererseits den
Motorstromkreis nach einer bestimmten Zeit unterbricht.
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Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung sind periodisch wirkende
Absorptionsmaschinen, bei denen als Absorptionsmittel ein fester Stoff, beispielsweise
Calciumchlorid, Zinkchlorid oder Strontiumbromid verwendet wird. Als Kältemittel
kommen hierfür z. B. Ammoniak oder Amine in Frage. Sie bilden mit dem festen Absorptionsstoff
eine chemische Verbindung. Zinkchlorid eignet sich besonders gut als Absorptionsmittel,
weil es sehr billig ist. Ferner liegt die Absorptionstemperatur für diesen Stoff
sehr hoch. Unter der Voraussetzung, daß die Verdampfertemperatur von Ammoniak -
io° C betragen soll, liegt beispielsweise die Absorptionstemperatur bei Verwendung
von Calciumcblorid bei 52 bzw. 63°, während die Absorptionstemperatur für Zinkchlorid
bei etwa 82° C liegt. Diese Tatsache hat gerade für den Betrieb von luftgekühlten
Absorptionsmaschinen eine große Bedeutung. Man kann bei Verwendung von Zinkchlorid
solche Maschinen auch bei extrem hohen Außentemperaturen, wie sie beispielsweise
in den Tropen vorkommen, derart betreiben, daß eine genügend tiefe Verdampfertemperatur
erreicht wird. Ferner liegt die Austreibertemperatur günstig, da mit zunehmender
Temperatur der Druck sehr rasch ansteigt, so daß man nicht übermäßig hohe Austreibertemperaturen
zu verwenden braucht, um für, den luftgekühlten Kondensator eine genügende Temperaturdifferenz
zu schaffen. Zinkchlorid läßt sich leicht auf gut wärmeleitende Stoffe durch Schmelzen
auftragen, so z. B. kann man es auf Aluminiumspäne auftragen und dieselben danach
in den Kocherabsorber einfüllen. Man kann auch Zinkchlorid mit Calciumchlorid zusammenschmelzen,
wodurch ein besonders gut geeignetes Absorptionsmittel entsteht, das aus Additionsverbindungen
der beiden Stoffe besteht.
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Die Zeichnung zeigt mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung. In
Fig. i ist ein Querschnitt durch einen Haushaltskühlschrank gezeichnet, der mit
einer periodisch wirkenden Absorptionskältemaschine gemäß der Erfindung ausgerüstet
ist. Fig. 2 zeigt den dazugehörigen Schnitt durch die oben auf dem Kühlschrank angeordneten
Apparateteile. Mit i ist der Kocherabsorber bezeichnet, der beispielsweise mit Zinkchlorid
gefüllt ist, das mit Ammoniak gesättigt ist. Dieser Kocherabsorber wird während
der Austreibungsperiode mit einer Heizpatrone 2 beheizt, die mit Hilfe einer Schaltuhr
14 an ein Netz gelegt werden- kann. Durch die Beheizung wird das Ammoniak aus dem
Kocherabsorber ausgetrieben. Die Ammoniakdämpfe gelangen durch eine Leitung 3 in
einen Kondensator 4. 5i ist ein mit spiralförmigen Rillen versehener Wellblechmantel,
auf welchen der Kondensator 4 bei der Fabrikation aufgewickelt wird. Danach wird
das ganze in .ein Metallbad getaucht, um eine gut wärmeleitende Verbindung herzustellen.
9 ist ein den Kocherabsorber, umgebender oben geschlossener Außenmantel. Die Kondensationswärme
wird
durch die am Kondensator 4 infolge der Erwärmung hochsteigende
Luft abgeführt, so daß das Kältemittel verflüssigt wird. Es gelangt vom Kondensator
4. in einen in der Kühlschrankisolation eingebetteten Sammelbehälter 5, an den eine
Vcrdampfungsschlange 6 angeschlossen ist. Diese Verdampfungsschlange befindet sich
in einem Kältespeicher 33, der im Kühlraum 8 angeordnet ist. 7 ist eine Eisschublade.
io sind wellenförmige wärmeleitende Wände, die zwischen der Heizpatrone :2 und der
Innenwandung des Kocherabsorbers i angeordnet sind. Durch diese Wände io wird die
Heizwärme während der Austreibungsperiode auf den festen Absorptionsstoff übertragen.
Sie bilden Kühlkanäle 23, die durch das Kocherinnere hindurchführen. An seiner Außenwandung
trägt der Kocherabsorber i ebenfalls wärmeleitende wellenförmig ausgebildete Wände
r i, durch die Kühlkanäle 24 gebildet werden. Die wärmeleitenden Wände werden bei
der Fabrikation des Kocherabsorbersdurch Eintauchen in ein Zinkbad in gute wärmeleitende
Verbindung mit dem leeren Kocherbehälter gebracht. An die inneren Kühlkanäle 23
ist unten ein Luftkanal 12 angeschlossen, in welchem ein= elektromotorisch angetriebener
Ventilator 13
angeordnet ist. Dieser Ventilator ist mit Schrauben 16 befestigt,
so daß er leicht ausgewechselt werden kann.
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Die Kühleinrichtung für den Köcherabsorber arbeitet folgendermaßen:.
Während der Austreibungsperiode ist der Ventilator 13 ausgeschaltet, so daß er keinen
Kühlluftstrom erzeugen kann. Die an den wärmeabgebenden Teilen des Kocherabsorbers
i erwärmte Luft steigt nach oben und kann, da der Mantel 9 an seinem oberen Ende
keine Öffnung besitzt; nicht entweichen, so däß während dieser Periode eine Luftstauung
eintritt. Da der Mantel 9 vorzugsweise aus Wärmeisolationsmaterial besteht, sind
die Heizverluste während der Austreibungsperiode bei der Anordnung gemäß der Erfindung
bedeutend herabgesetzt. Der Kondensator wird in dieser Zeit durch die Außenluft
direkt gekühlt. Er arbeitet absolut sicher, da man bei dieser Anordnung nicht von
einem durch einen Ventilator bewegten Kühlluftstrom abhängig ist. Ferner ist das
Volumen des Zwischengefäßes 5 und des Kondensators 4 zusammen so groß gewählt, daß
beim Versagen der Schaltuhr und der noch vorgesehenen Sicherheitsvorrichtungen die
gesamte flüssige Kältemittelmenge diese Gefäße nur so weit ausfüllt, daß noch eine
freie Kondensatorfläche bestehen bleibt. Hierdurch werden gefährliche Drucksteigerangen
in der Maschine verhindert.
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Am .Schluß der Austreibungsperiode wird die Heizpatrone :2 durch die
Schaltuhr 14 abgeschaltet und dafür der Ventilator 13 in Betrieb genommen, der nunmehr
die Kühlluft in der durch Pfeile bezeichneten Richtung durch die Kühlkanäle
2,3, 24 des Kocherabsorbers treibt. Die Kühlluft gelangt durch die Leitung
12 zunächst zu den das Kocherinnere durchsetzenden Kühlkanälen 23 und darauf im
Gegenstrom dazu zu den am äußeren Umfange des Kochers angeordneten Kühlkanälen 24.
Diese Luftführung ist aus dem Grunde besonders vorteilhaft, weil den heißesten,
innen gelegenen Teilen des Kocherabsorbers, die zudem die kleinere Abkühlfläche
haben, die kalte Luft zugeleitet wird, während die Teile des Kocherabsorbers, welche
mehr Kühlflächen besitzen, von der schon etwas vorgewärmten Kühlluft bestrichen
werden.
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15 ist ein im Kühlraum 8 angeordneter Thermostat, der unterhalb einer
bestimmten Kühlraumtemperatur einen im Stromkreis der Heizeinrichtung (Heizpatrone
2) und im Stromkreis der Kühleinrichtung (Ventilator 13) des Kocherabsorbers
liegenden Schalter öffnet, so daß einerseits eine Heizperiode verkürzt wird oder
gegebenenfalls sogar ganz ausfällt und andererseits die Kälteleistung gedrosselt
wird. Der Thermostat 15 kann auch in dem Kältespeicher 33 angeordnet sein. In Wärmeberührung
mit dem Kocherabsorber i ist ein Thermostat 32 angeordnet, der bei Überschreiten
einer bestimmten Höchsttemperatur den Stromkreis für die Heizpatrone :2 unterbricht.
Er könnte auch so geschaltet sein, daß er den Ventilator in Betrieb nimmt.
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In Fig. 3 und 4 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung
schematisch gezeichnet. Die Apparateteile, welche denen in Fig. i entsprechen, sind
mit denselben Bezugszeichen versehen. Das Verdampfersysterh und der Kühlschrank
selbst sind in dieser Figur fortgelassen, da sie für das Verständnis ohne Bedeutung
sind. Der Kocherabsorber i ist auch in diesem Ausführungsbeispiel von einem glockenförmigen
Mantel umgeben, der oben keine Öffnung besitzt, so daß sich warme Luft darin staut.
Dieser Mantel besteht aus einem ringförmig angeordneten Gefäß 2o und einem damit
verbundenen Deckel 30. Der Kondensator 4 ist in direkter Wärmeberührung mit dem
Gefäß 2o angeordnet. Dieses dient als Wärmespeicher.- Es ist vorzugsweise mit einer
Salzlösung gefüllt, die derart konzentriert ist, daß das Salz während der Absorptionsperiode
und Abkühlung des Kondensators zum größten Teil auskristallisiert. Man kann beispielsweise
eine Natrium-Phosphat-Lösung verwenden.
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Der Kocher besitzt an seinem äußeren Umfange angeordnete wellenförmige,
wärmeleitende Wände 18, die von einem Isolationsmantel 17 umschlossen sind. An diesem
Mantel
ist unten ein Luftkanal 21 angeschlossen, in welchem sich der Ventilator 13 befindet.
Der Wärmespeicher 2o trägt an seiner Innenwand ebenfalls Kühlrippen i9, welche mit
der Wand 17 senkrecht stehende Luftkanäle 26 bilden. Die Kühlluft wird während der
Absorptionsperiode vom Ventilator 13 in der durch Pfeile bezeichneten Richtung durch
die Kühlkanäle getrieben. Sie streicht zunächst durch die Kanäle 26 und kühlt dabei
die während der voraufgegangenen Austreibungsperiode infolge der Kondensation des
Arbeitsmittels flüssig gewordene Speicherlösung in dem Gefäß 2o, so daß das Salz
in dieser Lösung größtenteils wiederauskristallisiert. Hierdurch wird erreicht,
daß die Abfuhr der Kondensationswärme nicht nur während der Austreibungsperiode
vor sich geht, sondern auch noch in die Absorptionsperiode hineinverlegt ist. Man
kann demzufolge den Kondensator kleiner dimensionieren, was besonders bei größeren
Kühlanlagen von Bedeutung ist, da hier die Materialkosten für den Kondensator eine
erhebliche Rolle spielen können. Die Kühlluft gelangt von den Kanälen 26 zu den
Kühlkanälen 25 des Kocherabsorbers und darauf durch die Anschlußleitung 2,1 ins
Freie.
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Der in Fig.3 gezeichnete Kocherabsorber könnte auch ähnlich, wie es
in Fig. i dargestellt ist, mit durch das Kocherinnere verlaufenden Kühlkanälen versehen
sein. Die Kühlluft könnte dann beispielsweise durch die Außen- und Innenkanäle im
Parallelstrom von oben nach unten geleitet werden.
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Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Kocherabsorber
i ist von einem Isolationsmantel 2,7 umgeben. Seine Heizpatrone ist in einem
mit spiralförmigen Rippen 28 versehenen Rohr 2 angeordnet. Durch diese Rippen 28
wird die Wärme auf das Innenrohr 31 des Kocherabsorbers übertragen.. Das Innenrohr
31 wird auf das Rippenrohr 2 warm aufgeschrumpft. Durch die aus der Figur
ersichtliche Formgebung der wärmeübertragenden. Wände 28 ist ebenfalls erreicht,
daß die Luft sich in den mit den wärmeleitenden Wänden in Wärmeaustausch stehenden
Räumen staut, so daß sie nicht durch natürlichen Zug während der Heizperiode entfernt
werden kann. An das Innenrohr 31 ist ein Kühlluftkanal 29 angeschlossen, in welchem
sich der Ventilator 13
befindet, der zum Antrieb der Kühlluft während der
Absorptionsperiode dient. Man kann solche spiralförmigen Kühlluftkanäle auch an
der Außenwandung des Kocherabsorbers anordnen.
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Fig.6 zeigt als Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Kühlschrank,
der mit einer periodisch wirkenden Resorptionsmaschine ausgerüstet ist. Diese Figur
stimmt hinsichtlich der Konstruktion des Kocherabsorbers i, der Kühlluftführung
und der Schalt- und Sicherheitsapparate vollkommen mit der Fig. i überein. Ein Unterschied
besteht insofern, als von dem Kondensator 4 das flüssige Arbeitsmittel durch 'die
Leitung 34 zu einem in der Kühlschrankisolation angeordneten Resorber 35 geleitet
wird. Dieser Resorber ist ebenso wie der Kocherabsorber i mit einem festen Absorptionsstoff
gefüllt. Der Resorber ist durch wärmeleitende Wände 36, welche Öffnungen 37 für
den Gasdurchtritt besitzen, unterteilt. Der oberste Raum 38 des Resorbers ist mit
Eisenwolle gefüllt. Das während der Austreibungsperiode im flüssigen Zustand durch
die Leitung 34 zufließende Kältemittelkondensat gelangt zunächst in diesen Raum
38 und läuft von dort durch die nach oben umgebogenen Öffnungen 37 in die darunter
befindlichen mit festem Absorptionsstoff gefüllten Abteilungen des Resorbers. Die
bei der Resorption frei werdende Wärme wird nach außen auf folgende Weise abgeführt.
Das von dem Kondensator 4 herkommende flüssige Kältemittel wird im Resorber teilweise
wieder verdampft, so daß es zum Kondensator 4 zurückgelangt, wo es durch die Luftkühlung
wieder verflüssigt wird. Durch diese abwechselnde Verdampfung im Resorber 35 und
Verflüssigung im Kondensator 4 wird die bei der Resorption entstehende Wärme an
die Luft abgeführt.
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Der Resorber 35 besitzt ein Innenrohr 39. An dieses sind oben und
unten Umlaufleitungen 40 bzw. 41 angeschlossen, die zu einem im Kältespeicher 33
angeordneten Schlangenrohr 42 führen. In dem so gebildeten Wärmeübertragungssystem
befindet sich eine leicht siedende Flüssigkeit, welche während der Kühlperiode der
Maschine die Wärme aus dem Kühlraum aufnimmt und durch selbsttätige Zirkulation
zum Resorber hinführt, aus dem durch diese Beheizung das Kältemittel ausgetrieben
wird, so daß es zum Absorber i zurückkehrt, wo es wieder absorbiert wird. Als feste
Absorptionsstoffe können z. B. im Absorber Kupferchlorid und im Resorber Magnesiumbromid
verwendet werden.
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Fig.7 zeigt ein schematisches Schaltbild, in welchem eine Anordnung
dargestellt ist, die die Verwendung einer Schaltuhr entbehrlich macht. Mit dem Ventilator
13 ist über ein Übersetzungsgetriebe 44 eine Schaltwalze 45 gekuppelt. Das
Übersetzungsverhältnis ist so gewählt, daß die Schaltwalze 45 während der gesamten
Dauer der Absorptionsperiode gerade einen Umlauf macht. Auf dieser Schaltwalze befinden
sich zwei voneinander isolierte Kontaktstücke 48 und 49, die durch Schleifkontakte
46 bzw. 47 überbrückt -werden
können. 43 ist ein in unmittelbarer
Wärmeberührung mit dem Kocherabsorber i stehender Thermostat. Während der Heizperiode
steht die Schaltwalze 45 so, daß das Kontaktstück 48 die Schleifkontakte 46 überbrückt
und somit die Heizpatrone 2- an das Netz 5o anschließt. Der Motorstromkreis ist
in diesem Falle an den Kontakten 47 unter-. brochen, da diese durch das Kontaktstück
49 nicht überbrückt werden. Wenn die Kocherabsorbertemperatur einen bestimmten Wert
überschreitet, schließt der Thermostat 43 seinen Kontakt und schaltet damit den
Motor 13 ein. Da das Kontaktstück 49 die Schleifkontakte 47 schon überbrückt, bevor
die Heizpatrone 2 an den Kontakten 46 unterbrochen wird, ist sichergestellt, daß
der Motor nicht durch Absinken der Kochertemperatur unterbrochen werden kann. Der
Thermostat 43 kann nun seinen Kontakt öffnen, ohne daß deshalb der Motor außer Betrieb
genommen wird, da die parallel geschalteten Kontakte 47 nunmehr während der ganzen
Umdrehung der Schaltwalze 45, d. h. während der ganzen Absorptionsperiode, überbrückt
bleiben.