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Absorptionskälteapparat Es sind periodisch arbeitende Absorptionskälteapparate
bekannt, die mit zwei (oder mehr) Absorptionsgefäßen wechselweise so betrieben werdeny
daß, während das eine Absorptionsgefäß beheizt wird und Dampf für den Kondensator
liefert, das andere gleichzeitig gekühlt wird und Kältemitteldämpfe aus dem beiden
Absorptionsgefäßen gemeinsamen Verdampfer absaugt, so daß die Kälteleistung praktisch
nicht unterbrochen wird.
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Es ist ferner bekannt, bei derartigen Apparaten ein in geringerem
Grade absorbierbares, nicht zur Kondensation gelangendes Gas einzuführen, das einen
Druckausgleich zwischen Kondensator und Verdampfer herbeiführt, so daß Ventile zwischen
den einzelnen Apparatteilen überflüssig werden. Dieses beigemischte Gas zirkuliert
bei den bekannten Maschinen ausschließlich zwischen Verdampfer und Absorber. Bei
andern bekannten peri-,odischen Absorptionsmaschinen mit Gasbeimischung zirkuliert
das beigemischte Gas in der Absorptionsperiode-zwischen Verdampfer und Absorber,
in der Austreibungsperiade zwischen Austreiber und Kondensator:.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung soll bei derartigen Absorptionskälteapparaten
mit wechselweise beheizten Absorptionsgefäßen das Gasgemisch, unter Umkehrung der
Strö-
mungsrichtung bei.dem Wechsel der Heizung, jeweilig nacheinander den
Verdampfer, das in der Austreibungsperiode befindliche. Absorptionsgefäß, den Kondensator
und das in der Absorptionsperiode befindliche A#bsorptionsgefäß durchströmen. Das
Absorptionsmittel in dem wärmeren Absorptionsgefäß wird dadurch unter dem geringen
Partialdruck des aus dem Verdampfer kommenden Gasgemisches regeneriert, so daß eine
weitgehende Austreibung ohne Anwendung hoher Temperaturen erzielt wird, was bei
derartigen ohne Lösungsumlauf arbeitenden Maschinen bisher nicht erreichbar war.
Das hat den Vorteil, daß man in besonders einfacher Weise geringe Temperaturdifferenzen
zur Erzeugung von Kälte tiefer Temperaturen ausnutzen kann, sei es; daß man Abwärme
nutzbar machen will, Kühlwasser sparen muß oder hohe Kühlwasserablauftemperaturen
braucht.
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Die Strömung des Gasgemisches in der gewünschten Richtung kann zw:eckmäßigerweise
Durch die Erwärmung des Gasgemisches in. dem in der Austreibungsperiode befindlichen
Absorptionsgefäß b:zw. durch Abkühlung in dem in der Absorptionsperiode befindlichen
Absorptionsgefäß bewirkt werden.
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Als absorbierende Stoffe kommen sowohl feste Adsorptionsmittel, wie
Silicagel und Adsorptionskohle mit schwefliger Säure, Methylalkohol usw. als Kältemittel
in Betracht, als auch flüssige Absorptionslösungen, wie Alkalilauge, wässerige Ammoniaklösung,
sowie Lösungen von Acetaldehyd oder Äthylamin
in Wasser, wobei
diese letzteren Stoffe den Vorteil bieten, daß in der Apparatur annähernd Atmosphärendruck
herrschen kann. In jedem Falle ist-es zweckmäßig, als beizumischendes Gas ein solches
Gas oder eine solche Zusammensetzung verschiedener Gase zu wählen, dessen Molekulargewicht
nicht zu stark von dem des Kältemittels abweicht, um Störungen des Gasgemischumlaufs
durch Molekulargewichtsunterschiede zu vermeiden.
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Es istvorteilhaft, eineSchichtung der-absorbierenden Substanzen herbeizuführen,
derart, daß die dem Kondensator näheren Schichten stärker an Kältemittel angereichert
sind als die dem Verdampfer näheren. Dies wird besonders wirksam dadurch erreicht,
daß die absorbierenden Stoffe übereinander in zwei ansteigenden Rohrsystemen oder
Schächten gleicher Höhenlage angeordnet sind, die wechselweise erwärmt bzw. gekühlt
werden können. Bei Verwendung flüssiger Lösungen wird dadurch überdies eine ausgezeichnete
Rektifikation sowie zugleich, falls die Füllung des Apparats so bemessen ist, daß.
die oberen Einzelbehälter im normalen Betrieb bis zum überlaufen gefüllt sind, eine
automatische Verteilung der Lösung erzielt, da der Rücklauf des mitgerissenen Lösungsmittels
für eine Wiederherstellung der Füllung der unteren Partien sorgt, die sonst mit
der Zeit ausdampfen würden.
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Der Druck, der innerhalb des Apparates herrscht, kann den Partialdruck
des Kältemittels bei der Kondensation erheblich übersteigen, so daß z. B. ein Apparat
mit Wasser als Kältemittel selbst bei Atmosphärendruck, d. h. mit einem den Kondensationsdruck
um das ro- bis 5ofache übersteigenden Druck, noch relativ wirksam arbeiten und Kühltemperaturen
nahe o Grad erzeugen kann, wenn man einen ausreichenden Temperaturwechsler zwischen
dem jeweilig vom in der Absorptionsperiode befindlichen Absorptionsgefäß dem Verdampfer
zuströmenden und dem vom Verdampfer zum in der Austreibungsperiode befindlichen
Absorptionsgefäß zuströmenden Gasgemisch anordnet.
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Ist der Druck im Apparat nicht wesentlich größer als der Kondensationsdruck,
so ist es vorteilhaft, durch den Verdampfer und den unteren Teil der Absorptionsgefäße
eine stärkere Menge des Gases zirkulieren zu lassen als durch den Kondensator und
den oberen Teil der Absorptionsgefäße. Dies läßt sich durch Rohrverbindungen erreichen,
die in mittlerer Höhe der ansteigenden Absorptionsgefäße angeordnet sind und durch
die ein Teil des Gasgemisches unter Umgehung des Kondensators von . dem in der Austreibungsperiode
befindlichen Absorptionsgefäß zu dem in der Absorptionsperiode befindlichen Absorptionsgefäß
zurückkehrt, so daß eine größere Gasmenge durch den Verdampfer strömt als durch
den Kondensator.
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Der zum Betriebe des Apparats erforderliche Temperaturunterschied
ist so gering, daß schon die Sonneneinstrahlung als Heizquelle für das Absorptionsgefäß
in der Austreibungsperiode genügt, wobei bei entsprechender Anordnung und Aufstellung
des Apparats auch die Umschaltung durch den wechselnden Stand der -Sonne bewirkt
werden kann. Zur Kühlung des in der Absorptionsperiode befindlichen Absorptionsgefäßes
genügt bei ausreichender Kühlfläche bereits die Temperatur der Luft im. Schatten.
Wirksamer ist es natürlich, wenn diese Kühlung durch Kühlwasser, beispielsweise
durch Berieselungs- bzw.Verdunstungskühlung .erfolgt, und man kann. es dabei so
einrichten, daß mit dem Beginn der Sonnenbestrahlung auf die bisher berieselte Fläche
automatisch auch die- Berieselung- dieses Absorptionsgefäßes unterbrochen wird,
beispielsweise durch Sperrung eines Hebers, infolge der durch die Sonneneinstrahlung
bewirkten Ausdehnung einer Luftmenge, die durch die den höchsten Teil des Hebers
durchfließende Wassermenge abgesperrt ist.
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Ist in warmer Luft eine wirksame Kühlung des in der Absorptionsperiode
befindlichen Absorptionsgefäßes: z. B. durch kaltes Kühlwasser oder Verdunstungskühlung
in besonders trockener windiger Luft gegeben, so genügt zum Betriebe- des Apparats
auch schon diese Kühlung allein, um tiefe Temperaturen im Verdampfer zu erzeugen.
Eine besondere Heizquelle ist dann entbehrlich, wenn sie natürlich auch immer vorteilhaft
bleibt.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung mögen an Hand der Abbildungen erläutert
werden, die Ausführungsbeispiele darstellen. -Abb. r stellt einen durch Sonneneinstrahlung
betriebenen Apparat zur Kühlung eines Kühlraumes dar.
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Abb.2 ist ein Schnitt durch einen Teil eines Absorptionsgefäßes, der
die geschichtete Anordnung der festen adsorbierenden Stoffe als Ausführungsbeispiel
zeigt. -Abb.3 gibt eine im wesentlichen durch Verdunstungskühlung betriebene Anlage
mit aufsteigenden schachtartigen Absorptionsgefäßen wieder, die mit einer Absorptionslösung-arbeitet.
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In der Abb. r bedeutet z eine senkrecht übereinanderliegendeReihe
horizontaler Rohre, die durch teils vorn-, teils hintenliegende Rohre 2 verbunden
sind. Diese Reihe stellt ein gleichzeitig zu heizendes bzw. zu kühlendes Absorptionsgefäß
dar. Das korrespondierende, wechselweise zu
kühlende bzw. zu heizende
Absorptionsgefäß wird durch die Rohr- -3 gebildet, die durch die Rohrleitungen 4
miteinander verbunden sind. Zwischen diesen beiden Absorptionsgefäßen liegt der
Kühlraum 5, der von der wärmeisolierenden Wand 6 umgeben ist. Die obersten Rohre
i und 3 der- beiden Absorptionsgefäße sind durch einen Kondensator 7 miteinander
verbunden, zwei in mittlerer Höhe- liegende Rohre i und 3 durch die Umgehungsleitung
8, Vom untersten Rohr i führt eine Leitung g, die mit der vom untersten Rohr 3 ausgehenden
-Leitung zo einen Temperaturwechsler i i bildet, durch diesen hindurch zu den übereinanderliegenden
Verdampfungsgefäßen 1a"- die durch Leitungen 13 miteinander verbunden sind. Ebenso
führt die Leitung zo über den Temperaturwechsler ii zu denVerdampfungsgefäßen 15,
:die durch Leitungen 16 miteinander verbunden sind. Die obersten Verdampfungsgefäße
1a und 15 sind durch die Leitung 14 miteinander und durch die Leitungen 17 und:
i8 mit dem Kondensator 7 verbunden. Der Kondensator ist durch eine Abdeckung 19
vor der Einwirkung von Wärmestrahlung geschützt, jedoch hat die Kühlluft durch die
Öffnungen 2o freien Zutritt.
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Abb. z zeigt einen Schnitt durch ein Einzelrohr r oder 3 der Absorptionsgefäße.
Kreisförmige Scheiben 21 aus Metall sind mit Durchbohrungzn 2a versehen, in denen
Silicagel. untergebracht ist. Drahtnetze oder Siebe a3, die .durch Distanzringe
z4 an :die Scheiben 2i angepreßt werden, verhüten eine Verlagerung des Gels bei
der Zusammensetzung des Apparats oder beim Transport und sichern eine gleichmäßige
Verteilung und getrennte Schichtung des Adsorptonsmittels, die um so wichtiger ist,
je geringer die Temperaturdifferenz ist, die zur Erzeugung tiefer Temperaturen ausgenutzt
werden soll.
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Der Apparat wird - nach sorgfältiger Trocknung - mit schwefliger Säure
als Kältemittel gefüllt und erhält außerdem eine Füllung mit schwer absorbierbarem
Gas. Hierzu eignet sich beispielsweise Argon, wenn der Gesamtdruck gering gehalten
werden soll, oder auch trockene Luft oder-Stickstoff, wenn höhere Drücke zugelassen
werden.
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Der Apparat kann mit jeder 'beliebigen Heizquelle betrieben werden,
beispielsweise durch einen elektrischen Strahlungsofen. Die Besonderheit der Wirkung
des Apparats besteht jedoch darin, daß er auch mit ganz geringen Heiztemperaturen
tiefe Kältegrade erzeugt. Seine Wirkungsweise möge daher in Verbindung mit einer
Heizung durch die Sonneneinstrahlung erläutert werden. Der Apparat sei derart im
Freien aufgestellt, :daß das aus den Rohren z gebildete Absorptionsgefäß dem Osten
zugekehrt ist. Vormittags scheint dann die Sonne gegen -las aus den Rohrenz gebild'eteAbsorptionsgefäß,
während das aus den Rohren 3 gebildete Absorptionsgefäß im Schatten liegt. Nachmittags
ist es umgekehrt, so daß der für den Betrieb erforderlicheWechsel der Heizung und
Kiihlung automatisch eintritt. Durch die Erwärmung der Rohre i wird die schweflige
Säure aus dem Silicagel ausgetrieben und steigt mit den erwärmten Gasmengen aufwärts.
in den oberen Gelmengen ist die Anreicherung an schwefliger Säure eine sehr starke,
da bei vier voraufgehenden Periode das aus dem Kon-. densator . kommende Gasgemisch
an Kältemitteldampf gesättigt war und dieser so vom Gel absorbiert wurde. Bei der
höheren Temperatur unter Einwirkung der Sonneneinstrahlung wird dieser Kältemitteldampf
wieder ausgetrieben hnd bewirkt eine so hohe Sättigung des Gasgemisches an Kältemitteldampf,
daß bei der Abkühlung des Gemisches in dem im Schatten liegenden Kondensator 7 eine
Teilkondensation von Arbeitsmitteldämpfen erfolgt. Das Kondensat fließt durch die
Rohre 17 und 18 in die Verdampfergefäße 1a und 15. Das Gasgemisch strömt
nunmehr in dem durch die Rohre 3 gebildeten Absorptionsgefäß abwärts, indem es die
oberen Partien besonders stark anreichert und für den folgenden Wechsel der Heizung
vorbereitet.
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Je tiefer das Gasgemisch in den Rohren 3 herabsinkt, um so geringer
wird der Partialdruck an schwefliger Säure im Gasgemisch, da immer mehr von den
Kältemitteldämpfen an das Gel abgegeben wird. Unten ist der Partialdruck nur noch
sehr gering, da das bei der voraufgehenden Periode aus dem Verdampfer kommende Gasgemisch
nur mit. dem geringen Partialdruck, der der tiefen Verdampfertemperatur entspricht,
gesättigt war und daher bei der höheren Temperatur eine starke Austreibung der schwefligen
Säure aus :dem Gel bewirkte. Mit diesem geringen Partialdruck gelangt das Gasgemisch
nunmehr in den Verdampfer 15 und 12, vorgekühlt im Temperaturwechsler
11, und erzeugt hier durch Wiederverdunstung der schwefligen Säure Kälte
tiefer Temperatur. Das Gasgemisch geht dann, im Temperaturwechsler wieder vorgewärmt,
durch Rohr g in das aus den Rohren i gebildete Absorptionsgefäß zurück, nimmt dort
unter der Wirkung der Erwärmung und ,des geringen Partialdrucks in dem aus dem Verdampfer
kommenden Gasgemisch weiter schweflige Säure aus dem Gel auf und bereitet so die
starke Absorptionswirkung der unteren Partien für die i nachfolgende Absorptionsperiode
bei der Kühlung im Schatten am Nachmittag vor.
Nachmittags scheint
die Sonne gegen die Westseite und die Rohre 3f -die Ostseite und die Rohre i liegen
im Schatten, mit diesem Wechsel der Heizung kehrt sich auch die Gasströmung um,
die Wirkungsweise ist dieselbe.
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Die Länge und Intensität der Heizperioden, die Gelmenge und die Geschwindigkeit
der Gasumwälzung müssen aufeinander abgestimmt sein. Dauert die Heizung im Verhältnis
zur Gelmenge zu lange, so werden die unteren Partien des Gels umwirksamer, und die
Verdampfertemperatur steigt. Bei künstlicher Heizung kann man die Heizung im geeigneten
Moment umschalten. Bei Betrieb durch die Sonneneinstrahlung könnte man durch Drehung
des Apparats die Periode abkürzen, indem man das erschöpfte Absorptionsgefäß der
Sonne zuwendet und so wieder regeneriert. Will man dies vermeiden, ist von vornherein
für eine ausreichende Gelmenge zu sorgen, wodurch allerdings die Größe der Apparatur
namentlich mit Rücksich auf eine ausreichende Kühlung im Schatten anwächst. Kann
man diese Kühlung durch Kühlwasser bzw. Verdunstungskühlung bewirken, so läßt sich
bei derselben Größe der Apparatur und der bestrahlten Fläche und Strahlungsdauer
mehr Kälte leisten, da die Gelmengen bei der tieferen Temperatur in dem in der Absorptionsperiode
befindlichen Absorptionsgefäße stärker absorbieren und dieselbe durch den Verdampfer
gehende Gasmenge größere Kältemittelmengen aufzunehmen vermag, vorausgesetzt, daß
die Temperatur des Verdampfers durch stärkere Belastung desselben am weiteren Absinken
verhindert wird.
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Die Stärke des Gasumlaufs kann durch die Bemessung der Widerstände
auf das gewünschte Maß gebracht werden. Bei kleineren Apparaten kann man die Antriebskraft
durch Schrägstellung nachträglich bzw. zeitweilig verringern. Bei einem Gesamtdruck,
der den Kondensationsdruck wenig Übersteigt, ist die Gasmenge, die durch den Kondensator
strömen muß, wesentlich geringer als die Gasmenge, die zur Wiederverdunstung des
Kondensats durch den Verdampfer strömen muß. Der Apparat arbeitet dann vorteilhafter,
wenn eine - Umgehungsleitung 8 oder deren mehrere die Absorptionsgefäße in mittlerer
Höhe verbinden, so daß ein kleinerer Teil des Gasgemisches durch den Kondensator
strömt, wobei man die - gewünschte Strömungsrichtung des Gasgemisches in dieser
Umgehungsleitung durch Anordnung eines erwärmten aufsteigenden und eines abgekühlten
absteigenden Schenkels herbeiführen und regeln kann, wie dies in der Abbildung angedeutet
ist. Die in der Abb. 3 als Ausführungsbeispiel skizzierte Anlage arbeitet insbesondere
mit Verdunstungskühlung und ist mit einer Absorptionslösung, beispielsweise Acetaldehyd
undWasser, beschickt. In: derApparatur kann dann annähernd Atmosphären druck herrschen.
Die Umgehungsleitung ist zur Vereinfachung der Zeichnung fortgelassen. Bei höheren
Drücken ist sie auch entbehrlich. Im übrigen bedeutet 3o einen durch Träger und
Blechtafeln abgegrenzten, mit Isolationsmasse erfüllten Raum, an .dessen Ostseite
der Schacht 31 und an dessen Westseite der Schacht 32 angeordnet ist. In diesen
sind mit der Außenwand in Verbindung stehende Teller 33 und Verteilungsplatten 34
für die strömende Luft angeordnet. Auf den Tellern befindet sich die Absorptionslösung.
Vom oberen Ende des Schachtes 3i geht das Rohr 35 zu dem in einem stets im Schatten
liegenden Wassertank 48 liegenden Kondensator 37, der auf der anderen Seite mit
dem oberen Ende des Schachtes 32 durch die Rohrleitung 36 verbunden ist. Das untere
Ende des Schachtes 31 steht durch das Rohr 38, das untere Ende des Schachtes 32
durch das Rohr 39 mit den Verdampfergefäßen 41 bzw. 44 in Verbindung, die
ihrerseits durch die Verbindungsleitung 43 überbrückt sind. In den Einzelverdampfern
sind Eiszellen 42, angeordnet. Der Kondensator ist durch Rohre 45 und 46 mit den
obersten Verdampfergefäßen 41 und 44 verbunden, und zwar -derart, daß das Kondensat
unter dem Spiegel der sich in den Verdampfergefäßen anstauenden Flüssigkeit mündet,
so daß ein Flüssigkeitsverschluß entsteht. 4,7 ist ein überlaufrohr, . das bei einer
Störung der Verteilung der Flüssigkeit zwischen den beiden Schächten für einen Aus=
gleich sorgt. Das Wasser im Tank 48 kann durch Leitungswasser ergänzt werden, es
kann auch Regenwasser durch die Leitung 49 zugeführt werden, falls dies erwünscht
ist. Von diesem Wassertank 48 führt eine Heberleitung 5o,- die mit einer Einstellvorrichtung
51 versehen ist, zu dem Verteilergefäß 52, von dem aus durch flüssigkeitsaufsaugende
Stoffe 53 das Wasser in feiner Verteilung über die Außenwände der Schächte 31 und
32 geleitet werden kann, um diese durch Verdunstungswirkung zu kühlen.
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Diese Eiserzeugungsanlage kann in trockener Luft ohne- die Einwirkung
einer Heizung oder Besonnung allein durch die kühlende Wirkung des verdunstenden
Wassers betrieben werden. Wird durch die Einstellvorrichtung 8i, die beispielsweise
aus einem am obersten Ende der Heberleitung angeschlossenen, Luft enthaltenden Gummiball
besteht; aus dem die Luft durch Pressung in die Heberleitung, diese abriegelnd,
gedrückt werden
kann, die Berieselung des Schachtes 31 unterbrochen,
die des Schachtes 32 aber zugelassen, so sinkt das Gasgemisch infolge der Abkühlung
im Schacht 32 aibwärts, gibt die Kältemitteldämpfe an die absorbierende Lösung ab
und gelangt über Temperaturwechsler q.o in den Verdampfer 4.q, bzw. 44 wo es wieder
Kältemitteldämpfe aufnimmt und durch deren Verdunstung Kälte leistet. Das bei der
tiefen Temperatur nur schwach gesättigte Dampfgemisch geht über den Temperaturwechsler
durch Leitung 38 in den Schacht 3 1 und nimmt dort, da dessen Temperatur
wegen des Fehlens der Kühlung höher ist, weitere Dämpfe auf, die Lösung regenerierend.
Im Schacht 3 i aufsteigend, nimmt das Dampfgemisch immer mehr Kältemitteldampf auf,
bis es bei der Lufttemperatur gesättigt ist, und gelangt dann in den gekühlten Kondensator
37. Hier wird ein Teil der Dämpfe kondensiert, das Kondensat gelangt durch die Leitungen
4.5 und 4.6 iri den Verdampfer 41 und 4.q., das Dampfgemisch kehrt in den Schacht
32 zurück, die oberen Partien der Lösung in diesem Schacht so weit sättigend, daß
beim Umschalten der Kühlung auf Schacht 31 und Erwärmung des Schachtes 32 auf Lufttemperatur
mit der entgegengesetzt gerichteten Gasströmung auch wieder der hohe Partialdruck
in dem Gasgemisch herbeigeführt wird; der bei der nachfolgenden Abkühlung im Kondensator
zur Kondensation führt. In Gegenden mit trockener windiger Luft kann man auf diese
Weise noch tiefe Temperaturen erzielen, auch wenn die Sonne längere Zeit nicht'
scheint bzw. der Himmel bewölkt ist.
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Kann man neben der Verdunstungskühlung auch die Sonneneinstrahlung
zum Betriebe des Apparats heranziehen, so ist die Kälteleistung natürlich entsprechend
inteivsiver. Hierbei kann auch die Umschaltung der Berieselung mit der angegebenen
Apparatur vollständig automatisch durch die Sonne bewirkt werden. Man hat den Ball
der Einstellvorrichtung 51 lediglich so einzustellen, daß die Erwärmung des Luftinhalts
im Ball durch die Sonnenwärme genügt, den Heber 5o abzuriegeln. Die Berieselung
wird dann unterbrochen und setzt erst wieder ein, wenn die entprechende Seite in
den Schatten gelangt, die Luft sich dadurch wieder zusammenzieht und das Wasser
bis zum Überlauf in den Heber hinaufsteigt. Es. können aber auch andere bekannte
Regler benutzt werden, um diese Umschaltung der Berieselung zu bewirken.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebenen Anwendungsbeispiele beschränkt.
Es lassen sich vielmehr beliebige andere gegebene Temperaturdifrerenzen in der angegebenen
Apparatur zur Kälteerzeugung ausnutzen. Ebensowenig ist die Apparatur auf die angegebenen
Bauformen beschränkt. Diese lassen sich vielmehr weitgehend variieren, sofern nur
das Grundprinzip gewahrt bleibt, da$ ein Gasgemischumlauf bei einem Absorptionsapparat
mit wechselweise beheizten Absorptionsgefäßen durch diese selbst sowie zwischen
ihnen durch einen Kondensator und einen Verdampfer hindurchgeführt werden.