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Absorptionsapparat, bestehend aus zwei in sich geschlossenen einzelnen
Absorptionsmaschinen Jede Absorptionsmaschine besitzt bekanntlich zwei Teile, in
denen Arbeitsmitteldampf entwickelt wird, nämlich den Austreiber (Kocher) und den
Verdampfer bzw. bei Resorptionsmaschinen den Entgaser, und zwei Teile, in denen
Arbeitsmitteldampf in einen anderen Aggregatzustand umgewandelt wird, nämlich den
Absorber und den Kondensator bzw. den Resorber. Bei kontinuierlichen Absorptionsmaschinen
wird bekanntlich dem Austreiber ständig von einer Heizquelle her die zur Entwicklung
des Arbeitsmitteldampfes benötigte Wärme zugeführt; ebenso wird auch ständig dem
kälteerzeugenden Teil Wärme zugeführt, während der Kondensator und der Absorber
dauernd durch ein äußeres Kühlmittel gekühlt werden müssen. Bei periodischen Absorptionsmaschinen
wird während der Austreibungsperiode dem Kocherabsorber die zur Entwicklung des
Arbeitsmitteldampfes benötigte Wärme zugeführt und gleichzeitig dem Kondensator
bzw. dem Resorber die bei der Umwandlung des Arbeitsmitteldampfes in den anderen
Aggregatzustand frei werdende Wärme entzogen, während in der darauffolgenden Absorptionsperiode
dem kälteerzeugenden Teil die für die Entwicklung des Arbeitsmitteldampfes notwendige
Wärme zugeführt und gleichzeitig die im Kocherabsorber bei der Umwandlung des entwickelten
Dampfes - in den anderen Aggregatzustand frei werdende Wärme abgeführt wird.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß man durch Vereinigung
mehrerer Maschinen, von denen eine eine periodische Absorptionskältemaschine ist,
einen Absorptionsapparat schaffen kann, bei dem das Speicherungsvermögen der periodischen
Maschine zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit benutzt wird. Erfindungsgemäß steht
zu diesem Zweck bei einem Absorptionsapparat, der aus zwei j e in sich abgeschlossenen
einzelnen Absorptionsmaschinen besteht, von denen eine eine periodische Absorptionsmaschine
ist, ein Teil (Kocherabsorber) der periodischen Absorptionsmaschine; welcher zur
Umwandlung des Arbeitsmitteldampfes in einen anderen Aggregatzustand dient, mit
einem zur Entwicklung von Arbeitsmitte Idampf dienenden Teil (Kocher) der zweiten
Maschine in Wärmeaustausch, wobei der Wärmeaustausch so vor sich geht, daß Wärme,
die bei der Umwandlung des Arbeitsmitteldampfes in einen anderen Aggregatzustand
in der einen Maschine frei wird, dazu benutzt wird, Arbeitsmitteldampf in der zweiten
Maschine zu entwickeln. Man kann dabei die Anordnung auch so treffen, daß zugleich
ein Arbeitsmitteldampf entwickelnder Teil (Verdampfer)
der periodischen
Absorptionsmaschine mit einem zur Umwandlung des Arbeitsmitteldampfes in einen anderen
Aggregatzustand dienenden Teil (Absorber) der zweiten Maschine in Wärmeaustausch
steht. Ein Wärmeaustausch zwischen einem Arbeitsmitteldampf entwickelnden Teil einer
Maschine und einem Teil derselben Maschine, welcher zur Umwandlung des Arbeitsmitteldarnpfes
in einen anderen Aggregatzustand dient, soll damit nicht in Betracht gezogen werden,
weil ein solcher Wärmeaustausch immer zu thermisch ungünstigeren Verhältnissen führt.
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Man kann mit Hilfe der Erfindung das Energiespeichervermögen der periodischen
Absorptionsmaschine beispielsweise so ausnutzen, daß die periodische Maschine in
ihrer Absorptionsperiode an die zweite Maschine für die Entwicklung von Arbeitsmitteldampf
im Kocher Wärme abgibt, die von der periodischen Maschine während der Austreibungsperiode
im Kocherabsorber aufgenommen und aufgespeichert wurde. Ferner ist es möglich, die
Anordnung so zu treffen, daß die periodische Maschine in ihrer Absorptionsperiode
an die zweite Maschine für die Umwandlung des Arbeitsmitteldampfes in einen anderen
Aggregatzustand Kälte abgibt, die von der periodischen Maschine in ihrer. Absorptionsperiode
erzeugt wird. Man kann z. B. durch Zusammenbau einer kontinuierlich wirkenden Absorptionsmaschine
mit einer periodischen Absorptionsmaschine die Anordnung so treffen, daß die zur
Speicherung dienende periodische Maschine während der Dauer der unmittelbaren Beheizung
des Austreibers der kontinuierlichen Absorptionsmaschine einen Teil der zugeführten
Heizwärme aufnimmt. Dabei wird man die Speichermaschine mit der im Austreiber enthaltenen
Absorptionslösung derart in Wärmeaustausch bringen, daß die periodische Maschine
nach Aufhören der unmittelbaren Austreiberheizung dem Austreiber die zur Fortsetzung
', der Kälteerzeugung notwendige Heizwärme zuzuführen vermag. Es wird dadurch möglich,
eine Heizquelle intermittierend zur Beheizung des Austreibers eines für kontinuierlichen
Betrieb eingerichteten Absorptionskälteapparates heranzuziehen und trotzdem ununterbrochen
Kälte zu erzeugen. Ausführungsformen der Erfindung; bei denen eine intermittierend
eingeschaltete Heizquelle in Verbindung rrlit dem Kocherabsorber einer periodischen
Absorptionsmaschine verwendet wird, sind von besonderer Bedeutung da, wo für die
Austreiberheizung billiger Nachtstrom zur Verfügung steht.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
dargestellt. In einem Austreiber i, der durch eine elel<-' trische Heizpatrone
2 beheizt wird, befindet sich reiche Absorptionslösung, z. B. eine Lösung von Ammoniak
in Wasser; aus der durch Wärmezufuhr Ammoniak ausgetrieben wird. Der ausgetriebene
Ammoniakdampf hebt die arme Lösung in einem engen aufsteigenden Rohre 3 zu einem
Gasabscheider .4 empor, wo sich Absorptionslösung und Dampfblasen voneinander trennen.
Von hier aus fließt die Lösung' durch ein U-förmig gebogenes Rohr 5 dem Absorber
6 zu, in welchem sie über eingebaute Blechplatten 7 herabrieselt. Der Arbeitsmitteldampf
wird vom Gasabscheider 4 aus durch ein Rohr 8, in das ein Rückschlagtopf 9 eingeschaltet
ist, einem luftgekühlten Kondensator io zugeführt, der als Rohrschlange ausgebildet
ist und durch ein Rohr i i mit einem kleinen Dampfabscheider 12 verbunden ist. Ein
von dem Abscheider 12 zum untersten -Teil des Kondensators io führendes U-förmig
gebogenes Rücklaufrohr 13 sorgt dafür, daß sich im Rohr i i stets eine Säule
verflüssigten Arbeitsmittels befindet. Von dem Behälter 12 gelangt das Kondensat
über ein Rohr 14 oben in den Verdampfer 15, der innen mit Blechtellern 16
und außen mit Rippen 17 versehen ist. Ein Verbindungsrohr 18 führt den Arbeitsmitteldampf
vom unteren Ende des Verdampfers 1s zum Absorber 6, wo er von der herniederrieselnden
armen Absorptionslösung aufgenommen wird. Der Absorber 6 ist außen mit Kühlrippen
ig versehen, welche die Abgabe der Absorptionswärme . an die umgebende Luft beschleunigen.
Durch eine an das Verbindungsrohr 18 sich anschließende U-förmige Flüssigkeitsleitung
21, die mit dem U-Rohr 5 einen Temperaturwechsler bildet, gelangt die angereicherte
Absorptionslösung zum Austreiber i zurück.
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Der Absorber 6 umschließt einen Flüssigkeitssammelbehälter 2o, dessen
Wandung aus einem die Wärme gut leitenden Metall besteht. Auf die Bedeutung dieses
Gefäßes wird weiter unten näher eingegangen werden.
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Die Heizpatrone 2 . des Austreibers i ist mit einer innerhalb des
Austreibers angeordneten Rohrschlange 22 umgeben, deren Enden über Rohre 23 und
24 in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise -mit einem wärmeisolierten Behälter
(Wärmespeicher) 25 verbunden sind. Der Behälter 25 enthält einen durch das wärmespeichernde
Mittel (Alkalilauge) gebildeten Flüssigkeitsvorrat. Zusammen mit der Rohrschlange
22 und den Verbindungsrohren 23 und 24 bildet er ein Umlaufsystem für die wärmespeichernde
Flüssigkeit. Indem nämlich in der Rohrschlange 2--,' wärmere Teile dieser Flüssigkeit
emporsteigen und durch das Rohr 24 vom Boden des Behälters 25 her dem unteren Ende
der Rohrschlange
22 kältere Teile der Flüssigkeit zugeführt werden,
entsteht ein selbsttätiger, auf dem Unterschied der spezifischen Gewichte der kälteren
und wärmeren Flüssigkeitsteile beruhender Flüssigkeitskreislauf.
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Die Wärmespeicherung geht wie folgt vor sich: Infolge der Wärmezuführung
durch die Heizpatrone :2 entwickeln sich in der Rohrschlange 22 Wasserdampfblasen,
welche zur Beschleunigung des Flüssigkeitsumlaufs durch die Rohre 23 und 24 und
den Behälter 23 beitragen. Dieser Dampf gelangt durch ein an den Wärmespeicher 25
oben angeschlossenes, erst aufwärts und dann wieder abwärts geführtes Rohr 26 zunächst
in einen Zwischenbehälter 27, in welchem sich mitgerissene Flüssigkeit abscheidet.
Vom oberen Teil des Zwischenbehälters 27 führt ein oben offenes Rohr 28 aufwärts
in den bereits erwähnten Flüssigkeitssammelbehälter 2o, der in seinem mittleren
und unteren Teil vom Absorber 6 umgeben ist, in seinem oberen Teil aber über diesen
hinausragt und hier zwecks Erleichterung des Wärmeaustausches mit der umgebenden
Luft mit Rippen 29 versehen ist. Eine zweite Leitung 33 verbindet den oberen Teil.
des Behälters 27 mit dem Rohre 24, in das sie hinter einem [J-Rohr 34 einmündet.
Der durch die Flüssigkeit im Behälter 27 hindurchtretende Wasserdampf durchströmt
das aufsteigende Rohr 28 und gelangt in das Innere des Sammelbehälters 2o. Hier
schlägt sich, da der obere Teil des Gefäßes mit kühlender Luft in Berührung steht,
der Wasserdampf nieder. Das Kondensat rinnt innen an der Wandung des Sammelbehälters
:2o herab und sammelt sich in dessen unterem Teil an. Vom unteren Ende des Sammelbehälters
2o führt eine Abflußleitungg 3o, die eine Erweiterung 31 und in dieser ein Absperrorgan
32 besitzt, bis zu einem tiefer liegenden Punkte des Rohres 28. Der Zweck dieses
Absperrorganes wird weiter unten erläutert werden.
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Da die Temperatur im Innern des Absorbers 6 infolge der frei werdenden
Absorptionswärme verhältnismäßig hoch ist, verdampft in dem vom Absorber 6 umschlossenen
Teil des Sammelbehälters 2o ein Teil des Kondensats wieder. Der Dampf kondensiert
von neuem in dem luftgekühlten oberen Teil des Gefäßes 2o. Auf diese Weise wird,
solange die Heizung des Austreibers r andauert, vom Absorber 6 Absorptionswärme
teilweise in Verdampfungswärme des Wasserdampfes umgewandelt, und diese wird durch
die Kühlrippen 29 an die umgebende Luft abgeführt. Der Absorber wird dadurch auf
derjenigen Temperatur erhalten, die zwecks Absorption des vom Verdampfer 16 herkommenden
Ammoniakdampfes erforderlich ist. Der Sammelbehälter 2o füllt sich in seinem unteren
und mittleren Teile dabei mehr und mehr mit Wasser an.
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Da es sich nicht vermeiden läßt, daß geringe Mengen Alkalilauge beispielsweise
in Nebelform durch den Wasserdampf mitgerissen werden, so reichert sich nach einigen
Perioden das im Sammelbehälter 2o sich ansammelnde Wasser mit Alkali an. Um zu verhüten,
daß die Anreicherung zu groß wird, ist die bereits erwähnte Abflußleitung 3o, die
in ihrer Erweiterung 3 z das Absperrorgan 32 enthält, vorgesehen. Dieses Absperrorgan
besteht nämlich aus einer Kugel von solchem spezifischen Gewicht, daß sie in der
Flüssigkeit schwimmt und den Abfluß freigibt, solange diese Flüssigkeit einen vorausbestimmten
Konzentrationsgrad an Alkali überschreitet. Die Kugel sinkt jedoch zu Boden und
sperrt die Abflußleitung, sobald der erwähnte Konzentrationsgrad unterschritten
wird. Die abfließende, Flüssigkeit gelangt durch das Rohr 28 in den Zwischenbehälter
27 und das Rohr 33 in das Umlaufsystem der wärmespeichernden Flüssigkeit zurück.
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Wird nun die Heizung des Austreibers r unterbrochen, so kommt allmählich
der Flüssigkeitsumlauf in dem durch die Rohrschlange 22, die Rohre 23 und 24 und
den Wärmespeicher 25 gebildeten Umlaufsystem zum Stillstand. Es wird dann kein Wasserdampf
mehr aus der Alkalilauge entwickelt. Der im Sammelbehälter -2o noch vorhandene Wasservorrat
verringert sich allmählich, indem er unter Aufnahme von Absorptionswärme aus dem
Absorber 6 langsam verdampft. Der dabei sich bildende Wasserdampf wird durch die
Rohre 28 und 33 der -in dem unteren Teildes Rohres 33 stehenden Alkalilauge zugeführt
und von dieser absorbiert.
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Die in der Rohrschlange 22 befindliche heiße Lauge gibt nun ihre Wärme
an die im Austreiber r enthaltene reiche Absorptionslösung ab, so daß die Entwicklung
von Arbeitsmitteldampf aus dieser Lösung keine Unterbrechung erleidet. Demgemäß
wird auch der Kondensator ro weiter mit Arbeitsmitteldampf und der Verdampfer 16
mit Kondensat beschickt. Die Kälteerzeugung erfährt daher ebenfalls keine Unterbrechung,
solange die zur Austreibung erforderliche Wärme durch Absorption immer neue Wasserdampfmengen
in der wärmespeichernden Flüssigkeit gebildet wird.
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In der angegebenen Weise wechseln ständig Perioden der Wärmespeicherung
(unter Wärmezufuhr an den Austreiber durch die Heizpatrone z) mit Perioden der Wärmerückgewinnung
(unter Heizung des Austreibers t durch die Rohrschlange 22) miteinander ab.
Statt
einer Absorptionslösung kann man als wärmespeicherndes. Medium einen festen Bestandteil,
- beispielsweise Chlorcalcium, verwenden, an den ein zweiter flüchtiger Bestandteil,
z. B. Ammoniak, bei niedriger Temperatur gebunden ist, während der Wärmespeicherung
aber als Dampf ausgetrieben und verflüssigt und während der Wärmeabgabe wieder verdampft
und an den festen Bestandteil gebunden wird.