-
Periodisch arbeitender Absorptionskälteapparat Die Erfindung betrifft
einen periodisch arbeitenden.Absorptionskälteapparat mit Rückführung des nach -dem
Verdampfer mit übergehenden Lösungsmittels, bei dem zwecks bequemer baulicher Anordnung
der Kondensator tiefer angeordnet ist als der Verdampfer, wobei die H:o,chb;eförderung
des flüssigen Kältemittels aus -dem, tiefer liegenden Kvndensator in den höher liegenden
Verdampfer durch sinngemäß angeordnete Sperrflüssigkeitsverschlüsse,durch die der
erforderliche Druckunterschied zwischen Kondensator und Verdampfer erzeugt wird,
erfolgt. Sie besteht im wesentlichen darin, daß zwecks Erzielung einwandfreier Rückflußverhältnisse
der Lösungsmittelkondensate diese in an sich bekannter Weise gegen Ende der Kochperiode
vom Bodenraum des Verdampfers durch kommunizierende Verbindungsleitungen in einen
in Höhe des Flüssigkeitssplegels im gefüllten Verdampfer angeordneten Zwischenbehälter
überlaufen, aus dem sie während ider folgenden Absorptionsperiode nach dem Kocherabsorber
zurückfließen bzw. zurückgesaugt werden, und daß als Sperrflüssigkeit die mit Lösungsmittel
vermischten Rückflußflüssigkeiten selbst dienen.
-
Es ist bereits vorgeschlagen worden, den Verdampfer höher anzuordnen
als den Kondensator, wobei Ansammlungen von Lbsungsmittelkondensaten im Verdampfer
nach dem Kocherabsorber während der folgenden Absorptionsperiode Die Hochbeförderung
der Kondensate aus dem .tiefer liegenden Kondensator in den höher angeordneten Verdampfer
erfolgt hierbei gleichfalls mittels Sperrflüssigkeitsverschlüsse, wobei jedoch als
Sperrflüssigkeit eine fremde Flüssigkeit, insbesondere Quecksilber, verwendet wird.
Bei dieser bekannten Einrichtung erfolgt der Rückfluß in der Weise, daß der Verdampfer
mit der Rückfiußleitung zum Kocherabsorber über einen $perrflüssigkeitsverschluß
mit Quecksilber in Verbindung steht, wobei die Sperrflüssigk eitshöhe so bemessen
werden soll, daß ein Rückfluß über diesen Verschluß stattfindet, sobald die Flüssigkeitssäule
vom Flüssigkeitsverschluß bis zum Verdampfer infolge der Gewichtszunahme bei Vermischung
mit Lösungsmitteln diese Flüssigkeitssperre ü$erwindet. Diese Einrichtung kann jedoch,
wenn überhaupt, nur sehr unzuverlässig und unsicher arbeiten, wie aus folgenden
Überlegungen hervorgeht: Während des Überdrückens der Kondensate aus dem Kondensator
nach dem höher gelegenen Verdampfer herrscht im Verdampfer sein um die Flüssigkeitssäule
zwischen Kondensator und Verdampfer zusätzlich etwaiger zu überwindender Flüssigkeitsverschlüsse
zwischen Kocher und Kondensator höherer Druck als im Kocherabsorber. Der zwischen
Kocherabsorber und Verdampfer eingeschaltete Flüssigkeitsverschluß würde also, falls
er während der Kochperiode das-beschriebene Gleichgewicht halten sollte, während
der Ab-
sorptionsperiode völlig versagen, da er dann wegen des da= höheren
Druckes im Verdampfer gegenüber dem im Kocherabsorber den gesamten Flüssigkeitsinhalt
des Verdampfers nach Odem Kocherabsorber zurücklassen würde. Die Einstellung dieses
Riirkflußverschlusses
muß also für die Absorptionsperiode bemessen
sein und würde mithin nur ein Zurückfließen während der Absorptions :. periode erfolgen
können, nicht aber währerl,d der Kochperiode. Aber auch bei Berüe@ si.chtigung dieses
Umstandes kann diese Ei richtung nicht einwandfrei arbeiten, wenif man von Ammoniak
als Kältemittel und Wasser als Lösungsmittel ausgeht. Ammoniak hat ein spez. Gewicht
von etwa o,6, das der gesättigten Lösung im Kocherabsorber bewegt sich etwa in der
Größenordnung von o,8. Die Anreicherung des Verdampferinhalts kann aber nie bis
zu dieser Größenordnung ansteigen, da die Temperaturen im Verdampfer stets mehr
oder weniger erheblich unter denen im Kocherabsorber auch gegen Ende der Absorptionsperiode
gelegen sind, und es kann mithin im Gleichgewichtszustand bei praktisch gleichen
Dampfdrücken im Kocherabsorber und im Verdampfer die Anreicherung von Lösungsmitteln
in letzterem nur ganz unerheblich im Vergleich zu denen im warmen Kocherabsorber
sein, und das spezifische Gewicht der höchstmöglich angereicherten Flüssigkeitsrückstände
im Verdampfer kann daher nach überschläglichen Schätzungen nur wenig über dem des
reinen Ammoniaks liegen und dürfte .eine Dichte von o,62 bis o,63 nicht überschreiten.
Die mögliche Gewichtszunahme der Rückstände im Verdampfer würde mithin etwa einem
zusätzlichen Flüssigkeitsgewicht von etwa 0,02 bis o,o3 entsprechen. Dem steht ein
spezifisches Gewicht des Quecksilbers von 13,6 gegenüber. Rechnet man nun beispielsweise
mit einem (für die hier in Frage kommenden Kühlschränke überhaupt nicht in Betracht
kommenden) gesamten Höhenunterschied zwischen Flüssigkeitsverschluß und Spiegel
im Verdampfer von im, so ergäbe sich für den Spielraum des Quecksilberverschlusses
bei einer Absperrung des Abschlusses bei reinem Ammoniak im Verdampfer und bei dem
zu öffnenden Verschluß bei einer mit Lösungsmittel angereicberten Flüssigkeit bis
zUM Spiegel des Verdampfers eine Quecksilbersäule von
Hierbei wäre noch zu bedenken, daß selbstverständlich ein Rückfluß nicht erst bei
voller Füllung der Leitungen erfolgen soll, sondern bei einem Bruchteil dieser Gesamtsäule.
Es ist nun offensichtlich völlig ausgeschlossen, daß man derartige Empfindlichkeit
bei Quecksilberabschlüssen erzielen kann, da erfahrungsgemäß ein Quecksilberverschluß
wegen der hohen Oberflächenspannungen beim Quecksilber, die sich so auswirken, als
sei die Quecksilberoberfläche von einer zähen Haut abgedeckt, nicht sofort bei Er-@eichen
des hydrostatischen Gleichgewichts i3en Verschluß freigibt, sondern erst bei .:einem
gewissen Überdruck. Ebenso erfolgt bei dem rückläufigen Vorgang der Abschluß nicht
gleich bei Unterschreiten dieses Grenzdruckes, sondern gleichfalls erst später.
Es würde dies also bedeuten, daß, wenn tatsächlich eine Abstimmung des Verschlusses
in der Weise gelingen würde, der Verschluß sich öffnet, wenn eine bestimmte Anreicherung
der Kälteflüssigkeit mit Lösungsflüssigkeit stattgefunden hat, der Wiederabschluß
aber erst erfolgt, wenn erheblichere Mengen Kältemittel abgeflossen sind. Weitere
unvermeidliche Störungen bei dieser bekannten Einrichtung bestehen darin, daß gleich
nacfi Beginn der Absorption sich in dem Verdampfer eine leichtere Emulsion bildet.
-
Diese Übelstände werden durch die Erfindung dadurch behoben, daß gegen
Ende der Kochperiode bei bestimmter Spiegellage im Verdampfer aus dem Bodenraum
noch während dieser Kochperiode die schwereren Rückstände in an sich bekannter Weise
in einem Zwischenbehälter überlaufen, aus dem diese so genau abgemessen und begrenzten
Rückstandsmengen ohne jede weitere Verbindung mit ,dem Verdampfer bei der folgenden
Absorptionsperiode nach dem Kocherabsorber zurückgesaugt werden und so als Sperrflüssigkeit
die mit Lösungsmittel mehr oder weniger stark angereicherte Rückflußflüssigkeit
selbst dient, wobei noch dauernd die in der aufsteigenden zum Kondensator führende
Leitung sich niederschlagenden Lösungsmitteldämpfe zufließen und den Anteil des
während der Absorption nicht mitverdampfenden Lösungsmittels ergänzen. Durch diese
Maßnahme ist man also von einer fremden Sperrflüssigkeit völlig unabhängig, und
es kann ein Verlust dieser durch irgendwelche Umstände nicht eintreten, da sie sich
während des Arbeitens dauernd von selbst ergänzt.
-
Es ist auch schon bereits vorgeschlagen worden, die Lösungsmittelreste
aus dem Bodenraum des Verdampfers gegen Ende der Kochperiode nach einem Zwischenbehälter
überlaufen zu lassen, aus dem sie sodann während der folgenden Kochperiode nach
dem Kocherabsorber zurückgesaugt werden und wobei die Lösungsmittelrückstände insofern
gewissermaßen als Sperrflüssigkeit selbst dienen, als sie zu Beginn der Absorptionsperiode
eine unmittelbare Verbindung des Dampfraumes des Verdampfers mit dem Kocherabsorber
so lange verhindern, bis die Lösungsmittelreste nach dem Kocherabsorbier
hinübergesaugt
werden. Diese bekannten Vorschläge haben aber zur Voraussetzung, daß der Kondensator
höher angeordnet werden muß ;als der Verdampfer,, was zu, unzweckmäßigen hohen Konstruktionen
führt. Auch dient in diesem Falle die Sperrflüssigkeit nicht zur Unterbrechung einer
Verbindung des Zwischenbehälters von dem Dampfraum des Kocherabsorbers während ,der
Kochperiode, da ja umgekehrt nach den bekamten Vorschlägen gerade die ausgetriebenen
Dämpfte erst durch den Zwischenbehälter ,gedrückt werden, bevor sie zum Kon-@densator
gelangen.
-
Demgegenüber weist der Erfindungsgegenstand den Vorteil auf, daß er
gestattet, den Kondensator tiefer zu setzen als den Ver-,dampfer, wodurch sich :eine
einfachere Anordnung der Gesamteinrichtung ergibt. Der Rückfluß der nach dem Zwischenbehälter
übergelaufenen Lösungsmittelreste nach dem Kocherabsorber wird durch den in diesem
herrschenden Überdruck gegenüber dem Dampfdruck im Versdampfer verhindert, und es
erfolgt ein Rürks;augen erst nach Umkehrung des. Prozessces auf die Saugperiode.
-
Die Erfindung sei an Hand. der Zeichnung näher ,erläutert.
-
In der Zeichnung bedeutet a den Kocherabsorber, b den Verdampfer,
c den Kondensator. Der Verdampfer ist nach dieser Darstellung tiefer gesetzt, so
daß er beispielsweis:e an der Rückwand ,des Kühlschrankes angeordnet werden kann
und mithin kein besonderer Aufbau auf diesem erforderlich wird. Von dem unteren
Ende des Kondensators führt eine Leitung e nach dem oberen Dampfraum des Verdampfers.
Die im untereii Teil des Kondensators-- sich ansammelnden Kältemittelkondensate
üssen also, um in ,den Verdampferb zu gelangen, erst den Höhenunterschied hl überwinden.
Im Dampfraum des Verdampfers herrscht also ein Druck, der um diese Flüssigkeitssäule
hl niedriger ist als der Kondensator c. Vom tiefsten Punkt des Verdampfers b führt
eine Rück$ußleitung f nach dem Zwischenbehälterd. Diese Rückflußleitung f ist jedoch
über dem Überlauf hinaus verlängert, und es mündet diese Verlängerung am oberen
Teil des Verdampfers in den Dampfraum dieses letzteren. Auf diese Weise wird eine
reine Verbindung in -der Rückflußleitung bis zum Überlauf und .dem Zwischenhehälter
d erreicht und eine sonst mögliche Heberwirkung ausgeschlossen.
-
Von dem Zwischenbehälterd führt eine Rückflußleitung g nach der vom
Kocher kommenden Dampfleitung, und zwar zunächst in ein besonderes mit Sperrflüssigkeit
(rück-'fließende Kondensate) gefülltes Gefäß i. Hierbei muß dieses Gefäß i so tief
unter dem Zwischenhehälterd angeordnet sein, daß der Höhenunterschied 7t2 zwischen.
dem Sp.errflüssigkeitsspiegel in i und der Unterkante des Zwischenbehälters d größer
wird als die entsprechend reduzierte Höhe hl, reduzierte Höhe, weil im allgemeinen
das spezifische Gewicht der aus mehr oder wenig=er reinem Kältemittel (NH3) = Flüssigkeit
niedriger sein. wird als die mehr oder weniger mit Kältemittelflüssigkeit angereicherte
Sperrflüssigkeit in i. Infolge des wähmnd der Kochperiode höheren Druckes in der
Dampfleitung zwischen. Kocher a und dem Kondensator c wird nun die Sperrflüssigkeit
aus ;i so hoch in die Rückflußleitung g gedrückt, daß der durch -diesen Höhenunterschied
h, bedingte Unterdruck im Verdampfer hierdurch ausgeglichen wird. Man erhält durch
diese Maßnahme also diesen Unterdruck im Verdampfer aufrecht.
-
In die gleiche Sperrflüssigkeit in i taucht nun auch die vom Dampfraum
des Kochers kommende Dampfleitung h, die vor dem Anschluß an den Kochera erst so
hoch geführt ist, daß der Höhenunterschied H2 vom Spiegel der Sperrflüssigkeit bis
zum höchsten Punkt der hochsteigenden Dampfleitung größer wird als der gleichfalls
unter Berücksichtigung der verschiedenen spezifischen Gewichte reduzierte Höhenunterschied
Hl zwischen dem Flüssigkeitsspiegel im Kochera und dem Anschluß der Einspritzleitung
l an diesem.
-
Außerdem schließt an das SperrflüssigkeItsg@efäß i noch die hier gleichzeitig
als Rück-$ußleitungdienende Einspritzleitung l und die zum Kondensator c führende
Dampfleitung m an. Die erstere ist in einer solchen Höhenlage anzuordnen, daß unterhalb
dieses Anschlussies im Gefäß! eine sowohl für die Sperrung der Rückflußleitung g
als auch zur Sperrung der Dampfleitung k terforderliche Sperrflüssigkeitsmenge reichlich
zurückbleibt. Um eine Überflutung der Sperrgefäße i vom Kocher her zu verhüten,
ist dieses über dem höchsten Flüssigkeitsspiegel im Kocher anzuordnen. Der Anschluß
der Leitung m an ,das Gefäß i erfolgt zweckmäßig im Dampfraum dieses, also möglichst
oberhalb des Anschlusses der Leitung i.
-
Die Arbeitsweise dieser Einrichtung ist nun folgende Zu Beginn der
ersten Anheizung ist dafür Sorge zu tragen, @daß das Gefäß i mit Spierrflüssigkeit
gefüllt ist, was z. B: nach erfolgter Füllung durch leichtes Kippen des- Apparates
erfolgen kann. Wird nun der Apparat angeheizt, so gelangt der im Kocher ausgetriebene
Kältemitteldampf über Leitung h, SperrflüssigkeItsgefäß i und Le:tungm nach der
Kondensatorleitung
c. Die sich im unteren 'Teil des Kondensators ansammelnden Kondensate werden durch
Leitung e nach dem Einlauf in den Verdämpfer b hoch- und ili den Verdampfer hineingedrückt.
Nach Maßgabe der hierdurch bedingten Druckdifferenz steigt auch Sperrflüssigkeit
aus dem Gefäßi in die Rückflußleitung g hoch. Mit dem Spie-1 im Verdampfer b steigt
auch tvegen der Verbindung mit dem oberen Dampfraum des Verdampfers der Spiegel
im überlaufrohr f bis zum i:Tberl.auf, worauf bei weiterer Fortdauer der Kondensation
der überschuß nach dem Zwischenbehälter d überläuft, wobei es sich im wesentlichen
um die aus der vorangegangenen Verdampfungsperiode zurückgebliebenen schwereren
Lösungsmittelkondensate handelt.
-
Wird nun nach erfolgter Füllung des Verdampfers auf die Absorptionsperiode
umgeschaltet, so sinkt der Druck im Kocher. Es wird :die nach dem Zwischenbehälter
d übergedrückte, in diesem und im Rückflußrohrg angesammelte Flüssigkeit nach dem
Gefäß i übergedrückt, wobei nach Maßgabe der nach d übergetretenen Kondensatmenge
diese aus dem Sperrflüssigkeitsgefäß i über die Einspritzleitung L in den Kocher
zurückfließt. Gleichzeitig wird infolge des sinkenden Kocherdruckes in die zum Dampfraum
führende Steigleitung k Sperrflüssigkeit aus dem Gefäßi hochgesaugt und so ein Flüssigkeitsabschluß
des letzteren vom Dampfraum des Kochers erreicht. Die vom Verdampfer kommenden Kältemitteldämpfe
werden also gezwungen, durch die Einspritzleitung l in dem unteren Teil. des Kocherabsorbers
a einzutreten, wodurch. eine einwandfreie Absorption gewährleistet wird. Der Kältemitteldampf
vom Verdampfer kann sowohl durch den Kondensator und die Leitung in als auch,
falls in diesem infolge des von der Leitung zurückflutenden Restes eine Flüssigkeitssperre
entstehen sollte, über dem Zwischenbebälterd und die Rückflußleitung g nach dem
Sperrflüssigkeitsbehälter i und von diesem nach dem Kocherabsorber gelangen.