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Verfahren undVorrichtung zur Gasumwälzung bei einem Absorptionskälteapparat
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betriebe von
mit druckausgleichendem Hilfsgas arbeitenden Absorptionskälteapparaten. Die Erfindung
bezweckt, eine Gaszirkulation im Verdampfer durch Schweredifferenzen hervorzubringen,
bei der das Hilfsgas den Verdampfer im Gegenstrom zu dem Kältemittel durchzieht,
und gleichzeitig zu erreichen, daß das dem Verdampfer zufließende Kältemittelkondensat
unterkühlt wird. Dieser Zweck wird im wesentlichen dadurch erreicht, daß das den
gewünschten Gasumlauf im Verdampfer hervorbringende Kältemittel dem vom Kondensator
kommenden Kältemittelkondensat vor dessen Eintritt in den Verdampfer entnommen wird.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die bei der Einführung des
Kältemittels in die Gasumlaufleitung entstehende Kälte als Nutzkälte verwendet wird.
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Weitere Merkmale ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung.
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Es sei hier bemerkt, daß es bereits bekannt ist, in Verdampfern von
mit druckausgleichendem Hilfsgas arbeitenden Absorptionskälteapparaten das Hilfsgas
im Gegenstrom zum Kältemittel hindurchzuführen. Bei den bekannten Einrichtungen
dieser Art wird aber lediglich der Rest des im Verdampfer nicht verdampften Kältemittels
zum Anlassen der Gaszirkulation verwendet. Das vom Kondensator kommende Kältemittelkondensat
fließt bei den bekannten Einrichtungen dem Verdampfer mit ungefährer Kondensatortemperatur
zu, wodurch die Leistung der Einrichtung der Maschine leidet. "Die Erfindung ermöglicht
daher nicht nur eine Verbesserung der Leistung bekannter Einrichtungen durch Unterkühlung
des dem Verdampfer zuzuführenden Kältemittelkondensats, was ganz besonders bei luftgekühlten
Apparaten von Wichtigkeit ist, weil bei diesen Schwierigkeiten bestehen, tiefe Verdampfertemperaturen
zu erzeugen, sondern die Erfindung ermöglicht es auch, die Anlaufszeit des Apparates
zu verkürzen.
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Die Erfindung soll näher unter Hinweis auf die anliegenden Zeichnungen
beschrieben werden, wobei sich weitere kennzeichnende Merkmale der Erfindung ergeben
werden.
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In den Abbildungen sind schematisch die für die Erfindung wesentlichen
Teile eines mit druckausgleichendem Hilfsgas arbeitenden Absorptionskälteapparats
dargestellt, und zwar bezeichnen die Abb. i bis 3 je ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung.
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In der Abb. i bezeichnet io den Verdampfer eines beispielsweise mit
Wasser als Absorptionsmittel, Ammoniak als Kältemittel und Wasserstoff als druckausgleichendem
Hilfsgas arbeitenden Absorptionskälteapparats. Der Verdampfer ist im Ausführungsbeispiel
als Plattenverdampfer ausgebildet. An Stelle dieser dargestellten Form kann jedoch
auch
ein Schlingenverdampfer bekannter Art Verwendung finden. Der Verdampfer kann in
beliebiger bekannter Art mit einem oder mehreren Kühlkörpern, beispielsweise:' zur
Aufnahme von Eiskästchen, versehen seine oder als Schlingenverdampfer derartige
Kästchen umgeben. Mit i i ist der übliche Gastemperaturwechsler bezeichnet, in dem
vom nicht dargestellten Absorber kommendes und zum Absorber gehendes Hilfsgas Wärme
tauschen. Das zum Verdampfer tretende Hilfsgas wird durch Rohre 12 im Innern des
Temperaturwechslers i i über Kammer 13 und Rohrstutzen 1.4 zum Verdampfer geführt.
Vom oberen Teil des Verdampfers io geht das reiche Hilfsgas über eine zweckmäßig
als Rohrkrümmer 15 ausgebildete Leitung zu einen Gefäß 16 und hier weiter durch
eine Leitung 17 zu dem die Rohre 12 umgebenden Teil des Temperaturwechslers i i.
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Das vom nicht dargestellten Verflüssiger kommende Kältemittel läuft
durch eine Leitung 1S einem Behälter i9 zu, der durch eine Leitung 2o mit dem Behälter
16 verbunden ist. Das vom Verflüssiger kommende Kältemittel füllt zunächst den Behälter
i9 auf und läuft dann durch Leitung 2o in den Behälter 16 über. In den Behälter
i9 mündet in geeigneter Höhe eine Leitung 21, durch die das flüssige Kältemittel
durch den Gastemperaturwechsler i i zum Zwecke seiner Unterkühlung geführt wird,
bevor es oben in den Verdainpfer io eintritt. Der aufsteigende Teil der Leitung
21 wird zur weiteren Unterkühlung zweckmäßig durch (las Innere des Verdampfers io
gezogen.
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Erst wenn der Behälter icg bis zu einer bestimmten Höhe, die durch
die Höhe der Mündung der Leitung 21 im Behälter id bestimmt ist, gefüllt ist, kann
flüssiges Kältemittel durch Leitung 2 1 in den Verdampfer io eintreten. Die teilweise
Füllung des Behälters 16 beim Anstellen des Apparats bewirkt, daß im Behälter 16
unter 1,#älteentwicklung das in diesem Behälter stehende Hilfsgas mit schweren Kältemitteldämpfen
beladen wird, so daß das schwer gewordene Gas durch Leitung- 1; abwärts in den Temperaturwechsler
fällt und zum Absorber geht. Hierdurch wird die Gaszirkulation in einer Richtung
zugelassen, in der das Hilfsgas aufwärts durch den Verdampfer io strömt. Hat sich
in den Behältern 16 und icg eine genügende Menge flüssigen Kältemittels gesammelt,
so läuft flüssiges Kältemittel durch Leitung 2 i in den Verdampfer io, in dem es
nun in Gegenstrom zu der bereits angelassenen Gaszirkulation verdampft. Es kann
zweckmäßig sein, die Gassäule für (las reine Hilfsgas im Absorber oder nach seinem
Austritt aus dein Absorber inöglichst groß zu machen, so daß die angelassene Gaszirkulation
nicht wieder umdrehen kann, wenn die Verdampfung im Verdampfer io 'tärifä ngt.
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. -.: :Beim Anlassen des Apparats entsteht im '-Behälter 16 eine tiefe
Temperatur, weil flüssiges Kältemittel in Nähe des reinen Hilfsgases verdampft.
Hat aber die Verdampfung im Verdampfer io ihren richtigen Wert erreicht, so tritt
bereits gesättigtes Hilfsgas in den Behälter 16 ein, so daß im normalen Betrieb
nur eine verhältnismäßig geringe Menge flüssigen Kältemittels im Behälter 16 verdampft.
Der Behälter 16 kann jedoch auch als Nachverdampfer ausgebildet und beispielsweise
als Raumkühler eines Kühlschrankes benutzt werden, während der Verdampfer io als
Eishersteller oder für andere Tiefkühlzwecke verwendet werden kann. Auch die Leitung
17 kann mit Kühlflanschen für die Raumkühlung oder für andere Kühlzwecke versehen
sein. Der Behälter i9 wird zweckmäßig mit der üblichen Entlüftungsleitung 22 versehen.
Diese Entlüftungsleitung 22 dient dazu, Hilfsgas, das insbesondere beim Anlassen
durch die nicht voll angefüllte Leitung 2o tritt, nach dein Absorber oder anderen
gasführenden Leitungen zu entlüften. Hierbei tritt gleichzeitig bereits eine Unterkühlung
des in der Leitung 2o und dem Behälter i9 stehenden Kondensats ein.
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In der Abb. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt.
Gleiche Bezugszeichen haben gleiche Bedeutung wie in der Abb. i. Das vom nicht dargestellten
Verflüssiger durch Leitung t8 kommende flüssige Kältemittel tritt in diesem Ausführungsbeispiel
in einen Behälter 23 ein, von dem aus es durch eine Leitung 2.4 in den oberen Teil
des Verdampfers io treten kann. Diese Leitung 24 kann so weit bemessen sein, daß
das flüssige Kältemittel niemals den Querschnitt dieser Leitung ausfüllen kann.
Vom Gasraum des Behälters 23 aus führt eine Leitung 25 in die Leitung 26, die das
Hilfsgas vom oberen Verdampferteil nachdem Temperaturwechsler i i führt. Benn Anlassen
des Apparats samnielt sich flüssiges Kältemittel im Behälter 23, verdampft hier
in das im Behälter stehende Hilfsgas und fällt durch Leitung 25 in die Leitung 26,
in der es eine abwärts gerichtete Bewegung erzielt, was ein Aufsteigen von Hilfsgas
ini Verdampfer io zur Folge hat. Ist der Behälter 23 hinreichend mit flüssigem Kältemittel
gefüllt, so läuft (fieses durch Leitung 2.4 in den Verdampfer io ein, wo es dem
aufsteigenden Gasstrom begegnet. Die Einführung der Leitung 25 in die Leitung 26
kann düsenartig gestaltet werden, so daß ein Abwärtsstrom des gesamten Gases in
der Leitung 26 sichergestellt wird. Zu diesem Zweck
kann beispielsweise
in der Leitung 26 unterhalb der Leitung 25 eine durchbrochene Platte 27 eingesetzt
werden. Während des Betriebes des Apparats tritt dauernd reiches Hilfsgas durch
Leitung 24 in den Behälter 23 und von hier durch Leitung 25 zum Temperaturwechsler
und Absorber, so daß das in den Verdampfer io tretende flüssige Kältemittel stark
unterkühlt ist, was insbesondere für luftgekühlte Apparate von besonderem Vorteil
ist. Etwaige im Verdampfer nicht verdampfte Kältemittelmengen können in allen Ausführungsbeispielen
durch ein am Boden der Kammer 13 angebrachtes, an sich bekanntes Entwässerungsloch
28 entwässert werden.
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Man kann auch die Leitung 24 von engem Durchmesser machen und beispielsweise
U-förmig gestalten, in welchem Falle dann eine gestrichelt dargestellte Verbindungsleitung
29 zwischen der Leitung 26 und dem Gasraum des Gefäßes 23 vorzusehen ist. Auch in
diesem Fall wird zweckmäßig die Gassäule des armen Hilfsgases in oder hinter dem-Absorber
groß gemacht, um ein nachträgliches Umdrehen der Gaszirkulation zu verhindern.
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In Abb. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt,
in dem gewissermaßen das Gefäß 16 der Abb. i zu einem besonderen. Nachverdampfer
28 entwickelt ist. Auch in diesem Ausführungsbeispiel können sowohl der Verdampfer
io wie der Nachverdampfer 28 statt, wie dargestellt, als Plattenverdampfer auch
als Schlingenverdampfer ausgebildet und mit Kühlkörpern beliebiger Art versehen
sein. Das Ausführungsbeispiel der Abb. 3 unterscheidet sich ferner aber noch in
der Art der Führung des flüssigen Kältemittels. Im nicht dargestellten Kocher ausgetriebene
Kältemitteldämpfe steigen in einem Rohr 29 auf und gehen von dort in an sich bekannter
Weise durch eine Leitung 30 zu einem nicht dargestellten, beispielsweise
luftgekühlten Kondensator. Das in ihm verflüssigte Kältemittel tritt durch eine
mit Luftkühlflanschen versehene Leitung 31 in das Gefäß ig ein, das über
eine Leitung 32 mit einem an sich bekannten Abscheidermantel 33 verbunden ist. Das
in den Abscheidermantel 33 laufende flüssige Kältemittel bewirkt eine Rektifikation
der in der Leitung 29 aufsteigenden Dämpfe. Die bei dieser Rektifikation im Behälter
33 entstehenden Kältemitteldämpfe werden durch eine Leitung 34 in an sich bekannter
Weise zu einem zweiten Kondensator oder Kondensatorteil geführt, von dem aus sie
wieder der Leitung 31 zufließen können. In geeigneter Höhe des Behälters
ig mündet wieder die Leitung 21. Von der Leitung 32 ist ferner eine Leitung 35 abgezweigt,
die zweckmäßig in wärmeleitender Verbindung (beispielsweise durch Schweißung, Lötung
o. dgl.) mit dem Behälter 33 steht, derart, daß in der Leitung 35 stehendes flüssiges
Kältemittel verdunstet. Die Leitung 35 mündet in eine Leitung 36, die einerseits
als Druckausgleichsleitung dient und die andererseits das in der Leitung.35 verdampfende
Kältemittel zweckmäßig mit Hilfe von Luftkühlflanschen 37 wieder kondensiert. Ein
Eintritt von aus dem Verdampfer io kommendem Gasgemisch in die Leitung 36 ist nicht
zu befürchten, weil in der Leitung 35 bzw. dem Gefäß ig ständig Kältemitteldämpfe
entwickelt werden, die auch wenn sie zum Teil in dem gekühlten Abschnitt des Rohres
36 zur Kondensation gebracht werden, doch das Rohr 36 erfüllen und sich infolge
der Neigung dieses Rohres nach abwärts. bewegen und somit einem Einströmen von Gas
aus der Leitung 15 entgegenwirken. Zweckmäßig wird, um einem unerwünschten
Eintritt von Gas aus der Leitung 15 vorzubeugen, auch das Bohr 36 verhältnismäßig
eng ausgeführt. Das Kondensat aus der Leitung 36 tritt in den Nachverdampfer 28
ein. Da sich beim Anstellen des Apparates zunächst Kondensat im Behälter ig, im
Abscheidermantel 33 und in der Leitung 35 sammelt und das Kondensat in der letztgenannten
Leitung verdampft und im Kondensator 37 wieder verflüssigt wird, tritt das erste
flüssige Kältemittel in den Nachverdampfer 28 ein und bewirkt hier eine Abwärtsbewegung
des sich bildenden Dampfgemisches, das zum Temperaturwechsler i i und zum nicht
dargestellten Absorber fällt. Hierdurch wird die Gaszirkulation in Abwärtsrichtung
im Verdampfer io angelassen. Hat sich in den Leitungen ig und 31 genügend
Kondensat angesammelt, so läuft weiteres vom Kondensator kommendes flüssiges Kältemittel
in Leitung 2 i über und damit in den Verdampfer io, wo es im Gegenstrom zum aufsteigenden
Gas über die Einsatzplatten niederrieselt und zum Verdampfen gebracht wird. Während
des Betriebes des Apparates wird immer Kältemittel in der Leitung 35 verdampfen
und in der Leitung-37 kondensieren. Infolgedessen wird stets eine abwärts gerichtete
Tendenz im Verdampfer 28 auch während des Betriebes aufrechterhalten. Um aber diese
Bewegungsrichtung des Gases dauernd aufrechtzuerhalten, ist es auch hier erforderlich,
die im oder hinter dem Absorber liegende Säule für das arme Hilfsgas ausreichend
lang zu machen.
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An Stelle der dargestellten Leitung 35 kann auch die Leitung 34, durch
die im Abscheidermantel33 entstandene Dämpfe abziehen, an den Kondensator 37 angeschlossen
werden, so daß also das durch die Leitung 30 zum Kondensator gehende Gas zum Verdampfer
io
und das durch Leitung 3.4 vom Kühlmantel 33 kommende Gas zum Verdampfer 28 geführt
wird.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt. Sie kann sowohl bei Apparaten, die mit Kondensation, als auch bei solchen,
die mit Resorption arbeiten, verwendet werden. Ferner ist die Ausführung oder gegenseitige
Lage der Teile nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt.