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Periodisch wirkende Absorptionskältemaschine Beim Betrieb von Kältemaschinen
muß man im Kühlraum eine bestimmte Temperatur innehalten, die ausreicht, das Kühlgut
jederzeit frisch zu -halten. Die hierzu erforderliche Kälteleistung ist je nach
der Tages- und Jahreszeit verschieden. Man muß dafür sorgen, daß -durch Lieferung
der erforderlichen Kältemenge die gewünschte Temperatur im Kühlraum erreicht wird.
Zu diesem Zweck hat man bisher besondere Regeleinrichtungen vorgesehen, welche die
Kälteerzeugung je nach der erforderlichen Kältemenge beeinflussen. Bei solchen Regelmethoden
werden die Maschinen nicht voll ausgenutzt.
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Die Erfindung bezieht sich auf periodisch wirkende Absorptionskältemaschinen,
die einen vom Kühlraum isoliert angeordneten kälteerzeugendenTeil besitzen, der
seinerseits durch eine indirekte Wärmeübertragungsvörrichtung mit dem Kühlraum in
Verbindung steht. Erfindungsgemäß steht der kälteerzeugende Teil mit einem vom Kühlraum
isolierten, mit einer als Speichermittel dienenden Flüssigkeit gefüllten Gefäß in
Wärmeaustausch, so daß die von dem Speichermittel gespeicherte Kälte durch die indirekte
Wärmeübertragungsvorrichtung regelbar auf den Kühlraum übertragen werden' kann,
Da man hierbei in den Absorptionsvorgang der Kältemaschine durch Regeleinrichtungen
nicht einzugreifen braucht, kann die Leistungsfähigkeit der Kältemaschine voll ausgenutzt
werden. Die gesamte während der Bietriebszeit-lieferbare Kälteleistung wird in dem
Kältespeicher aufgespeichert und von dort aus nach Bedarf in den Kühlraum übertragen.
Der Kältespeicher wird zweckmäßig als Schmelzspeicher ausgebildet. Als Speicherungsmittel
wird vorzugsweise eine Flüssigkeit verwendet, deren Gefrierpunkt unter o° C liegt.
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Es ist zwar schon bekannt, bei Kälteapparaten, die mit Kompressionsmaschinen
arbeiten, vom. Kühlraum isolierte Kältespeicher anzuordnen, von denen aus die Kälte
auf den Kühlraum übertragen wird. Ebenso ist es auch schon bekannt, den Kühlraum
eines Kälteapparates von einem mit künstlichem Eis gefüllten Speicher aus zu kühlen.
Die Erfindung beruht demgegenüber auf der Erkenntnis, daß gerade bei periodischen
Absorptionsinaschinen die Verwendung des vom Kühlraum isolierten Speichers von größter
Bedeutung für die Verbesserung der Kältemaschine selbst ist. Während es nämlich
beispielsweise bei Kompressionskältemaschinen und auch bei kontinuierlich wirkenden
Absorptionsmaschinen möglich ist, durch Regelung der Antriebsseite der Maschine
die gewünschte konstante Kühlraumtemperatur aufrechtzuerhalten, können periodische
Apparate auf diese Weise nicht geregelt werden. Diese Apparate sind die einzigen
Kälteerzeuger,
welche in bestimmten Zeiten, nämlich während der
Heizperiode, Wärme auf den Kühlraum übertragen können. Man hat bereits bei periodischen
Apparaten einen Kältespeicher direkt in den Kühlraum eingebaut. Hierdurch läßt sich
jedoch nicht die gewünschte konstante Kühlraumtemperatur erzielen. Durch die Erfindung
wird dieses Ziel erreicht, indem der Kältespeicher, der bisher direkt im Wärmeaustausch
mit dem Kühlraum stand, nun im. einem besonderen, vom Kühlraum isolierten Raum untergebracht
ist.
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Besonders vorteilhaft ist es, einen Kühlschrank mit mehreren Kocherabsorbern
-auszurüsten, die auf einen gemeinsamen, so angeordneten Kältespeicher arbeiten.
Diese Kocherabsorber werden dann vorzugsweise so betrieben, daß in der Zeit, wenn
irgendeiner der Kocherabsorber als Austreiber arbeitet, die anderen als Absorber
wirken. Man hat es nun durch die Wahl der Anzahl und der Größenverhältnisse der
Kocherabsorber in der Hand, einen Kühlschrank so zu konstruieren, daß er einen gleichmäßigen
Anschlußwert besitzt, was besonders in tarifpolitischer Beziehung von großer Bedeutung
ist, da die Elektrizitätswerke Wert darauf legen, eine möglichst gleichmäßige Belastung
durch ihre Abnehmer zubekommen. Während der Anschlußzeit, und zwar vorzugsweise
in der Zeit, wo die Eltwerke billigen, sogenannten Nachtstrom abgeben, werden die
in einem Kühlschrank eingebautenKocherabsorbervoll zur Kälteerzeugurg ausgenutzt.
Die Verwendung der erzeugten Kälte erfolgt durch Entladung des Speichers gemäß den
jeweiligen Erfordernissen.
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In-den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeichnet.
Fig. i zeigt einen Kühlschrank, der mit zwei periodisch wirkenden, mit festem Absorptionsmittel
arbeitenden luftgekühlten Kältemaschinen ausgerüstet ist. i und 2 sind die Kocherabsorber,
von denen aus das Kältemittel während der Austreibungsperiode durch . Kondensatoren
3; q. in Sammelbehälter 5, 6 geleitet wird. - Än- diese Sammelbehälter sind Verdampfungsschlangen
7, 8 angeschlossen, "die in einen besonderen, als Schmelzspeicher ausgebildeten
Raum g hineinragen: Dieser Schmelzspeicher ist vom Kühlraum io durch eine Isolationsschicht
16 getrennt. Die beiden Kocherabsorber, welche wechselweise arbeiten, speichern
mit-Hilfe der Verdampfungsschlangen 7, 8 die erzeugte Kälte im Kältespeicher g auf.
Zur-Übertragting der erzeugten Kälte auf den Kühlraum: dient ein. Hilfsflüssigkeitssystem,
das aus einem im Kältespeicher - angeordneten Vorratsbehälter - i z und einer -
im Kühlraum 'befindlichen Verdampfungsschlange 13 besteht. Vom Vorratsbehälter i
i führt eine Leitung 12 zur Verdampfungsschl ange,während durch eine zweite Leitung
14 die verdampfte Hilfsflüssigkeit aus dem Kühlraum in den Vorratsbehälter i i zurücktritt.
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Um die Temperatur im Kühlraum auf dem gewünschten Wert zu halten,
ist in der Leitung 12 ein Ventil 15 vorgesehen, das in Abhängigkeit von der Kühlraumtemperatur
gesteuert wird. Bei Unterschreiten der gewiünschten Kühlraumtemperatur schließt
sich dieses Ventil i 5, so daß der Verdampfungsprozeß der Hilfsflüssigkeit unterbrochen
und damit eine weitere Entnahme von Kälteleistung aus dem Kältespeicher unterbunden
wird. Wenn es sich, wie in der Figur dargestellt ist, um ein Übertragungssystem
mit zwei Verbindungsleitungen zwischen dem Verdampfer und dem Kondensator der Hilfsflüssigkeit
handelt, wird der Kondensator i i zweckmäßig so bemessen, daß bei geschlossenem
Ventil 1.5 die gesamte im Verdampfer 13 befindliche Flüssigkeitsmenge von dem Kondensator
aufgenommen werden kann, so daß danach weitere Kälteübertragung unterbunden ist.
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Die Heizwicklungen der beiden Kocherabsorber i und 2 werden über eine
Schaltuhr 2g an ein Netz 30, 31 gelegt. Diese Uhr schaltet die Heizwicklungen periodisch
ein und aus, und zwar derart, daß in der Heizperiode des einen Kocherabsorbers der
andere als Absorber arbeitet. In dem Falle, daß im Speicher- g genug Kälte aufgespeichert
ist, sorgt ein -darin angeordneter Thermostat 32 beim Unterschreiten einer bestimmten
Speichertemperatur dafür, daß die weitere Kälteerzeugung unterbunden wird. Durch
Schließen des Thermostatkontaktes wird nämlich die Einschaltung der Heizwicklungen
gesperrt, so daß eine _ Kochperiode begrenzt wird oder eine bzw. mehrere gegebenenfalls
ausfallen.
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Zweckmäßig wird als Übertragungsmittel für' die Kälte aus dem Kältespeicher
in den Kühlraum eine Flüssigkeit verwendet, deren Dampfdruck- etwas über Atmosphärendruck
liegt. Man kann beispielsweise Ammoniak oder Schwefeldioxyd nehmen. Die Verwendung
von Schwefeldioxyd hat den Vorteil, daß man die- Leitungen aus Kupfer herstellen'
kahn.
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In Fig. z ist eine konstruktive Ausführungsform des Ventils 15 dargestellt.
Es besteht aus einem zylinderförmigen Gehäuse 16, in dem der Ventilsitz 17 befestigt
ist. Oberhalb dieses- Ventilsitzes tritt die aus dem Kälte= speicher kommende Leitung
12, -in das Gehäuse ein, während -unterhalb dieses Sitzes die Abflüßleitung 18 für
die Flüssigkeit angeordnet ist. Der Ventilkörper- i9 arbeitet
mit
einem Deckel 2o zusammen, welcher von einem thermisch gesteuerten Balg 21 entsprechend
der Kühlraumtemperatur gehoben bzw. gesenkt wird. Der Deckel 2o, der Balg 21, ein
zweiter an dem Behälter befestigter Balg 22 und eine Platte 25 umschließen einen
mit einer Flüssigkeit vollkommen ausgefüllten Raum 23, der durch dije Temperaturänderungen
im Kühlraum vergrößert bzw. verkleinert wird. Der Deckel 2o und der damit verbundene
Ventilkörper ig werden gegen den Druck einer Feder 24 bei Temperatursteigerungen
gehoben, so daß in diesem Falle die Flüssigkeit hindurchströmen kann. Zur Einstellung
der Ansprechtemperatur des Ventils dient eine Einstellschraube 26, die in-
einem am Gehäuse 16 befestigten Bügel 27 drehbar ist. Beim Verstellen der Schraube
wird unter Vermittlung einer Feder 28 der Balg 22 mehr oder weniger zusammengedrückt.
Diese Einstelleinrichtung bietet gleichzeitig eine Sicherheit-dafür, daß das Ventil
beim Transport, oder wenn es außer Betrieb ist, nicht durch Temperatureinflüsse
zerstört werden kann.
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Fig.3 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel einen Kühlschrank, der
mit einer periodisch wirkenden, mit festem Absorptionsmittel arbeitenden Absorptionskältemaschine
ausgerüstet ist. Im unteren Teil des Kühlschrankes befindet sich der Kocherabsorber
ioi. Er wird durch eine Heizwicklung-ioa während der Kochperiode beheizt, wodurch
das Arbeitsmittel, beispielsweise Ammoniak, durch eine Leitung io3 in einen -im
oberen Teil des Kühlschrankes befindlichen Kondensator 104 ausgetrieben wird. Von
dort gelangt das verflüssigte Ammoniak durch eine Leitung iö5 in einen Vorratsbehälter
io6, der mit einer Aluminiumfölienisolation 107 umgeben ist. io8 ist ein gegen den
Kühlraum zog isolierter Kältespeicher. Hierin wird die von der Maschine erzeugte
Kälte gespeichert und nach Bedarf auf den Kühlraum übertragen. Zur Übertragung der
Kälte aus dem Sammelgefäß io6 auf den Speicher dient eine Verdampferschlange i io,
deren eines Ende unten an dem Sammelgefäß angeschlossen ist, während das zweite
Ende imoberen Teil dieses Gefäßes mündet. Im Kältespiescher befindet sich außerdem
die Eisschublade i i i und ein Kondensator 112. Die Verdampfungsschlange i i o,
die Eisschublade i i i und dieser Kondensator 112 sind von gemeinsamen Kühlrippen
i 13 umschlossen, so daß. eine gute Übertragung der Kältewirkung von der Verdampferschlange
auf die Eisschublade und den Kondensator möglich ist.
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Mit dem Kondensator 112 steht ein im Kühlraum iog -befindlicher Verdampfer
114 durch eine unten an ihm angeschlossene Leitung i 15 in Verbindung. In den oberen
Teil des Kondensators 112 mündet eine Leitung I16, die von einem im Kühlraum befindlichen
Regelorgan 117 herkommt.-Der-Verdampfer 114 und der Kondensator 11a sind bis zum
eingezeichneten Stand mit einer Flüssigkeit gefüllt. Diese verdampft bei der Kühlraumtemperatur
im Verdampfer 114. Die Dampfblasen steigen im Rohr 115 in den Kondensator herauf,
wo sie sehr schnell innerhalb der Flüssigkeit kondensieren. Die Verdampfungswärme
wird somit dem Kühlraum entzogen, wodurch der gewünschte Kühleffekt eintritt. Fig.
4 zeigt einen Schnitt durch den Verdampfer 1-14. Das Verdampferrohr 114 wird von
einem oben und unten offenen Rohr 118 umgeben. Im Raum zwischen den beiden Rohren
ist eine Wellblechrosette 11g angeordnet, so daß die Wärme von dem äußeren Rohr
Zig gut zu dem Verdampfer= rohr 114 geleitet wird. Die Luft streicht in der gezeichneten
Weise durch die durch das Wellblech gebildeten Kanäle hindurch und überträgt so
die Kälte auf den ganzen Kühlraum.
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Das Regelorgan 117 dient dazu, die Übertragung der Kälte aus dem Speicher
io8 auf den Kühlraum iog zu regeln. Mit Hilfe des Regelorgans 117 wird bei Temperatursteigerung
im Kühlraum eine Druckerniedrigung in dem Übertragungssystem 112, 114, 115 bewirkt,
während umgekehrt bei Temperaturerniedrigung im Kühlraum eine Drucksteigerung erfolgt.
Dementsprechend wird je nach der Einstellung des Regelorgans bei einer bestimmten
Kühltemperatur die Kälteübertragung unterbrochen oder eingeleitet.
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Eine konstruktive Ausführungsform dieses Regelorgans 117 ist in Fig.
5 gezeichnet. 326 ist ein vollkommen mit Flüssigkeit gefüllter Behälter, dessen
Wandungen durch ein Mantelstück 343 und die Bälge 334, 342 und 331 gebildet werden.
Zum Füllen dieses Behälters dienen die Füllstutzen 339. Die beiden Bälge
334 und 342 sind an einem Teller 344 befestigt. Da diese Bälge sehr ieng aneinanderliegen,
ist eine ,große Empfindlichkeit des Organs bei -Temperaturänderungen erzielt. Der
Druckraum 31g des Regelorgans wird gebildet durch einen Balg 313, die Außen-Wandung
des Mantelstückes 343, den Balg 334 und einen Teller 346. Die beiden Teller 344
und 346 sind in- der Mitte derart zylinderförmig -nach unten erweitert, daß sie
ineinandergreifen und daß der Führungsstift 345 der Einstellschraube 315 in der
mittleren Öffnung des Tellers 346 geführt wird. Dieser Stift dient dazu, den Hub
des Regelorgans nach oben zu begrenzen. Das ganze Regel-Organ ist von einem- Mantel
340 umschlossen, der mit zwei Deckeln-34i und 347 versehen
ist.
In dem Deckel 341 befindet sich das Gewinde für die Einstellschraube 315,
welche durch einen Federteller 335 eine Feder 316 gegen den Abschlußteller 346 des
Druckraumes preßt. Die Einstellschraube 315 dient zur Feineinstellung des Apparates.
Im Deckel 347 befindet sich das Gewinde für eine zweite Einstellschraube 332, die
mit Hilfe eines Federtellers 338 eine Feder 336 gegen einen Deckel 337 preßt,
an welchem-die Bälge 331
und 342 befestigt sind. Diese zweite Einstellschraube
332 dient zur Grobeinstellung des Regelorgans und bietet gleichzeitig eine Sicherheit
dafür, daß das Regelorgan beim .Transport, oder wenn es außer Betrieb ist, nicht
durch Temperatureinflüsse zerstört werden kann. 311 ist die mit dem Druckraum
319 in Verbindung stehende Druckleitung, die mit dem Übertragungssystem verbunden
wird.
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Bei einer Temperatursteigerung im Kühlraum dehnt sich die im Behälter
326 befindliche Flüssigkeit aus, was zur Folge hat, daß die beiden Bälge 334 und
342 nach oben ge drückt werden und dadurch den Teller 346 mit dem daran befestigten
Balg 313 vor sich her schieben. Infolgedessen wird der Druckraum 31g des Regelorgans
erweitert, was eine Druckverminderung zur Folge hat, die mit Hilfe der Leitung 311
in der beschriebenen Weise auf das Wärmeübertragungssystem wirkt. Bei Temperaturabfall
im Kühlraum zieht sich die Flüssigkeit im Behälter 326 zusammen, wodurch die umgekehrte
Wirkung, d. h. eine Drucksteigerung im Druckraum 31g, hervorgerufen wird.
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In Fig. 3 ist ein Konherabsorber dargestellt, der während der Absorptionsperiode
indirekt durch Luft gekühlt wird. Der Kocherabsorber ioi ist von einem Kühlmantel
128 umgeben, von dessen unterem Teil aus eine Leitung 134 in einen im oberen Teil
des Kühlschrankes befindlichen Behälter i2o mündet. Oben und unten ist an den Behälter
i2o eine Umlaufleitung 121 angeschlossen. Außerdem mündet im oberen Teil dieses
Behälters eine Leitung 122, die aus einem Behälter 123 kommt. Das ganze aus dem
Kühlmantel 1:28, dem Rohr 134, dem Behälter i2o und dem Regelbehälter 123 bestehende
Wärmeübertragungssystem ist bis zu der eingezeichneten Höhe mit einer Übertragungsflüssigkeit
gefüllt. Der Kühlmantel 128 besitzt an seinem höchsten Punkt einen Sammelraum 124,
von dem aus eine Dampfablaßleitung 125 in das aufsteigende Rohr 134 mündet. Diese
Dampfablaßleitung wendet sich vom Sammelraum 124 zunächst nach unten und später
nach oben.
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Während der Absorptionsperiode wird die im Kühlmantel 128 befindliche
Flüssigkeit verdampft und sammelt sich im Sammler 124 an. Sobald der Dampfdruck
den Druck der über der Austrittsöffnung des Rohres 125 befindlichen Flüssigkeitssäule
überwindet, wird der Dampf abgeblasen und steigt in dem Rohr 134 nach oben in den
Behälter i2o. Dort wird er innerhalb der Flüssigkeit schnell kondensiert. Dieses
Dampfablassen erfolgt in periodischen Abständen, deren Zeitdauer durch die Abkühlungszeit
des Regelbehälters Z-23 bedingt ist. Der Behälter i2o befindet sich in einem Flüssigkeitsspeicher
126, der so ausgebildet ist (vgl. Fig.6), daß er sowohl von innen wie auch von außen
intensiv durch Luft gekühlt wird. Durch die Flüssigkeit dieses Behälters wird nicht
nur die Absorptionswärme, sondern auch die Kondensationswärme aufgenommen und von
ihr unter Vermittlung der Wandungen des Behälters 126 an die Luft abgeführt. Der
Kondensator des Arbeitsmittels 104 ist nämlich um die Innenwandungen dieses Gefäßes
herumgewickelt.
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Durch diewährend derAbs,orptionsperiodeäxl dem` Behälter 120 herausgestoßenen
Dämpfe, welche dort kondensieren, wird die darin befindliche Flüssigkeit besonders
in ihrem oberen Teil stark erwärmt, so daß sie nun durch die Umlaufleitung 121 zu
zirkulieren beginnt. - Um auch hier eine gute Wärmeübertragung sicherzustellen,
ist mit der Umlaufleitung 121, älili1ich wie es in. Fig. 4 für den Verdampfer im
Kühlraum dargestellt ist, eine Wellblechrosette 135 und ein äußeres Leitrohr 130
verbunden.
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Damit die Heizwärme durch das Übertragungssystem nicht unnötig an
die Luft abgeführt wird, ist der Regelbehälter 123 vorgesehen, in dem sich eine
Heizwicklung 127 befindet, welche gleichzeitig mit der Heizwicklung Zog des Kocherabsorbers
durch eine Schaltuhr 12g- an ein Netz 132, 133 gelegt wird. Hierdurch wird die Flüssigkeit
im Behälter 123 verdampft, so däß in dem Übertragungssystem ein Überdruck entsteht;
der eine Verdampfung der Hilfsflüssigkeit während der Kochperiode verhindert. Ein
im Kältespeicher i o8 befindlicher Thermostat 131 schließt beim Unterschreiten einer
bestimmten Temperatur seinen Kontakt, wodurch der Heizstromkreis unterbrochen wird,
so daß eine Kochperiode verkürzt wird oder gegebenenfalls ganz ausfällt. Es empfiehlt
sich, den Kältespeicher so zu dimensionieren, daß sein Kältevorrat bei - Ausfallen
einer Koch-und Kühlperiode so lange für den Bedarf des Kühlschrankes ausreicht,
bis mindestens nach der nächsten Kochperiode eine neue Kälteerzeugung eintritt.
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Eine andere Möglichkeit, die Kühlraumtemperatur in Verbindung mit
einem Kältespeicher zu regeln, ist in Fig.7 dargestellt. toi ist ein Kältespeicher
und 2o2 der davon isolierte Kühlraum. Durch eine Verdampfungsschlange
203,
die mit einer Absorptionskältemaschine beliebiger Bauart in Verbindung stehen kann,
wird die Kälte auf den Speicher übertragen. Zur Übertragung der Kälte aus dem Speicher
gor in den Kühlraum 2o2 dienen hier zwei Hilfsflüssigkeitssysteme, die bei verschiedenen
Verdampfungstemperaturen der in ihnen befindlichen Hilfsflüssigkeiten in Tätigkeit
treten. Die Verdampfungsternperatur wird hierbei zweckmäßig durch den Druck eines
in das System eingefüllten inerten Gases eingestellt. Man kann aber auch äußere
mechanische Mittel verwenden, um die Verdampfungstemperatur auf einen gewünschten
Wert zu bringen. In dem Kältespeicher befinden sich zwei Vorratsbehälter 204 und
205 für die Hilfsflüssigkeiten und im Kühlraum.- die zugehörigen Verdampfungsschlangen
2o6, 207, die durch entsprechende Rohrleitungen 2o8, Zog bzw. 21o, 21I mit
den Vorratsbehältern verbunden sind. Diese Einrichtung gestattet zwar nicht eine
vollkommen genaue Innehaltung einer bestimmten Kühlraumtemperatur. Sie gibt jedoch
für gewisse praktische Bedürfnisse brauchbare Annäherungsresultate. Die Empfindlichkeit
dieser Einrichtung läßt sich durch Verwendung einer größeren Anzahl von Übertragungssystemen
beliebig steigern.