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Periodische Ahsorptionskältemaschine Die Erfindung betrifft Kühlanlagen
vom Al)sorptionstyp; bei dem ein Absorptions-oder Adsorptionsmittel enthaltender
Austreiberabsorber abwechselnd erhitzt und abgekühlt wird, wodurch das Kältemittel
wechselweise aus dem Absorptions- oder Adsorptionsmittel ausgetrieben bzw. von ihm
aufgenommen wird. Während der Erwärmungsperiode des Austreiberabsorbers kondensiert
das ausgetriebene Kältemittel im Kondensator und wird dem Verdampfer zugeführt,
aus dein es während der Kühlperiode des Austreiberabsorbers verdampft, wobei die
Dämpfe wieder vom Absorptions- oder Adsorptionsmittel aufgenommen werden. Wenn im
folgenden von Absorptionsmitteln gesprochen ist, wird damit sowohl Absorption als
auch Adsorption gemeint.
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Die Erwärmung des Austreiberabsorbers geschieht in den bisher bekannten
Anlagen dieser Art dadurch, daß während der Erwärinungsperiode dem Austreiberabsorber
eine gleichmäßige oder annähernd gleichmäßige Wärmemenge zugeführt wird, entweder
unmittelbar mittels eines elektrischen Heizelementes, einer Gasflamme o. dgl. oder
mittelbar, z. B. mittels Wasserdampf, der außerhalb des Austreiberabsorbers durch
Erhitzung eines Kessels o. dgl. entwickelt wird. Diese Anordnung hat aber den Nachteil,
daß im Betriebe der Kühlanlage die Wärmequelle stetig ein- und ausgeschaltet werden
muß.
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Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kühlanlage dieser Art
zu schaffen, die mittels Wärme betrieben wird, die man von einem kontinuierlich
beheizten Wärmespeicher aus zuführt, wobei die Ein- und Ausschaltung der Wärmequelle
wegfällt. Gleichzeitig wird die Wärme in solcher Weise dein Austreiberabsorber zugeführt,
daß die Heizperiode desselben bedeutend gekürzt wird, was die Temperaturschwankungen
im Kühlraum während des Betriebes vermindert, die dadurch entstehen, daß während
der Erwärmungsperiode keine Kühlwirkung im Verdampfer der Kälteanlage stattfindet.
Dies hat wieder zur Folge, daß man mit einem kleineren Austreiberabsorber auskommen
kann, um eine bestimmte Kälteleistung zu erreichen, und ferner, daß, die Heizquelle
viel kleiner ausfällt, als wenn sie in üblicher Weise ein- und ausgeschaltet werden
soll.
Beispielsweise kann man bei .einem elektrisch betriebenen Haushaltkühlschrank
mit einem kontinuierlich eingeschalteten Heizelement von 200 Watt auskommen statt
z. B. eines Heizelementes von 6oo Watt, das in ein Drittel des Tages eingeschaltet
und in zwei Drittel des Tages ausgeschaltet wird.
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Hierzu wird .ein während des Betr:.ebes der Anlage stetig .erhitzter
-Wärmespeicher in solcher Weise benutzt, daß während der Erwärmungsperiode dem Austreiberabsorber
Wärme aus dem Speicher zugeführt wird, während aber in der Kühlperiode der Austreiberabsorber
keine Wärmezufuhr aus dem Speicher erhält. Die Wärmeübertragung geschieht in der
Weise, daß. während der Erwärmungsperiode des Austreiberabsorbers im Wärmespeicher
oder in einem Behälter, dem daraus Wärme zugeführt wird, eine Flüssigkeit zur Verdampfung
gebracht wird, deren Dämpfe zur Erwärmungsanordnung des Austreiberabsorbers geleitet
werden, wo sie kondensieren, worauf das Kondensat nach der Verdampfungsstelle zurückgeleitet
und aufs neue verdampft wird. Gleichzeitig mit dem Anfang der Kühlperiode des Austreiberabsorbers
wird die Flüssigkeit aus der Verdampfungsstelle entleert, da in dieser Periode keine
Wärmezufuhr zum Austreiberabsorber bzw. Wärmeabgabe vom Wärmespeicher stattfinden
darf. Da aber der letztere kontinuierlich geheizt wird, steigt dessen Temperatur
in dieser Periode ständig. Er muß daher so bemessen werden, daß er eine genügende
Wärmekapazität besitzt, um die ganze von der Wärmequelle in dieser Periode zugeführten
Wärme aufnehmen zu können, ,abgesehen von 'dem kleinen Wärmeverlust an die Umgebung.
Wenn ,am Anfang der nächsten Erwärmungsperiode wieder Flüssigkeit zur Verdampfungsstelle
zugeführt wird, ist die Verdampfung besonders lebhaft, weil die Temperatur dann
dort hoch ist. Dies bevirkt wieder eine besonders große Wärmezufuhr zum Austreiberabsorber
am Anfang der Periode, und da das Absorptionsmittel jetzt mit Kältemittel nahezu
gesättigt und der Austreiberabsorber kalt ist, kann diese große Wärmezufuhr bei
rasch steigender Temperatur und lebhafter Austreibung des Kältemittels aufgenommen
werden, wodurch eine wesentliche Verkürzung der Heizperiode erreicht wird.
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Die Erfindung umfaßt in dieser Verbindung auch eine Anordnung, um
eine größtmögliche Austreibung vom Kältemittel aus dem Absorptionsmittel in der
Erwärmungsperiode zu erreichen. Ferner umfaßt die Erfindung verschiedene Ausführungsformen
für die Umstellung der Erwärmungs- und Abkühlungsperioden und deren Kontrolle. Die
Erfindung läßt sich anwenden, sowohl wenn die Abkühlung und die Erwärmung des Austreiberabsorbers
in ein und derselben als auch in zwei verschiedenen Temperaturauswechslungsvorrichtungen
stattfinden, z. B. wenn der Austreiberabsorber luftgekühlt ist.
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In Verbindung mit intermittierend arbeitenden Absorptionsmaschinen
mit getrenntem Kocher und Absorber ist es schon vorgeschlagen worden, einen Wärmespeicher
oder Regenerator zwischen dem Kocher und dem Absorber derart einzuschalten. daß
er als Wärmeaustauscher zwischen der periodisch durch den Speicher strömenden reichen
kalten Lösung vom Absorber und der armen heißen Lösung vom Kocher dient. um einen
besseren Wirkungsgrad der Kälteanlage zu erreichen. Dieser Speicher wird aber nicht
von der Heizquelle geheizt und dient offenbar einem ganz anderen Zweck als im vorliegenden
Falle.
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Fig. i zeigt schematisch eine Ausführungsform der Erfindung; Fig.
-a zeigt eine abgeänderte Form des Wärmespeichers, und Fig. 3 zeigt schematisch
ein geschlossenes System für die Erwärmung des Austreiberabsorbers.
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Der Absorptionsmittel oder Adsorptionsmittel, z. B. aktive Kohle,
enthaltende Austreiberabsorber i ist durch ein Rohr a mit dem Kondensator 3 verbunden,
von dessen Boden eine Leitung ¢ zu einem Rückschlagventil5 und einem Schwimmernadelventil6
führt, die beide mit dem Verdampfer 7 des Kältemittels in Verbindung stehen. Einem
Behälter 8 wird durch den schwimmergesteuerten Bahn g Kühlwasser zugeführt. Bei
Erwärmung des Austreiberabsorbers i wird das Kältemittel, z. B. Methylalkohol, dampfförmig
ausgetrieben und im Kondensator 3 kondensiert, von wo es durch das Nadelventil 6
in den Verdampfer 7 geht. Bei Abkühlung des Austreiberabsorbers i verdampft das
Kältemittel im Verdampfer 7, und die Dämpfe gehen durch das Ventil 5 in den Austreiberabsorber
i, wo sie absorbiert werden.
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Der Behälter 8 hat einen Ablauf io, der zu einem Rohr il führt. Letzteres
ist als Sitz für ein Rückschlagventil 12 abgedreht. Dieses Ventil besitzt vorzugsweise
eine kleine Durchbohrung, so daß etwas Wasser durchtreten kann, auch wenn das Ventil
aufliegt. Vom Rohr i i geht eine U-förmige Leitung 13 zu einem Mantel 1q., der den
Austreiberabsorber i umgibt. Das untere Ende des Rohres i i ist als Sitz für ein
Ventil 15 abgedreht, das einen Kern aus Eisen besitzt und in seiner unteren Lage
auf dem ebenfalls abgedrehten oberen Ende eines Ablaufrohres 16 aufliegt. Mit dem
Ventil 15 ist eine Stange
17 fest verbunden, die sich innerhalb
des Rohres ii befindet und deren oberes Ende in der unteren Lage des Ventils 15
sich nahe unter der Platte des Ventils 12 befindet. Vom Gehäuse des Ventils 15 geht
ein Rohr 18 ab, das sich mit einer Leitung i9 an einem Raum 24. in einem Wärmespeicher
2o und mit einer Leitung 2i, die mit einem Ablauf 22 verbunden ist, verzweigt. Der
Speicher 2o kann z. B. aus einem Gußeisenblock bestehen, der im Betriebe der Anlage
kontinuierlich mittels Elektrizität, Gas, Petroleum, Öl oder in anderer zweckmäßiger
Weise erhitzt wird. Die Zeichnung zeigt eine Beheizung mit Gas, welches aus einem
Rohr 23 zugeführt wird. Atn oberen Teil des Mantels 14. geht ein Rohr 26 zu einem
oben offenen Rohr 27, dessen oberes Ende bis über den höchsten Wasserstand im Kühlbehälter
8 ragt. Das Rohr 27 steht an einer Einschnür ung 29, die w@ilirend der Kühlperiode
durch den Mantel 1d. strömende Wassermenge kontrolliert, mit einem Ablauf 28 in
Verbindung.
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Um die Leitung 26 greifend oder einen Teil der Leitung bildend, ist
ein wärmeaufnehmender Block 30 z. B. aus Gußeisen vorgesehen. Hinter dem
Block ist an der Leitung ein Bimetallstück 31 befestigt. Es hebt bei aufwärts gehender
Bewegung einen Arm 32, der mit einer Quecksilberschaltröhre 3.3 fest verbunden ist.
Diese Röhre, die zwei Kontaktpunkte besitzt, ist an einem Zapfen 34. schwenkbar
aufgehängt und trägt einen Arm 35, der in einen Eisenanker 36 endet. Dieser Anker
wird von einer Spule 37 angezogen, wenn Strom durch die Spule geht. In Serie mit
dieser Spule befindet sich ein Kontaktthermometer 38 in wärmeleitender Verbindung
mit dem Speicher 2o, und in Serie mit den beiden Kontaktpunkten in der Röhre 33
steht eine um den untersten Teil des Rohres i i vorgesehene Spule 39.
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Fig. 1 zeigt die Lage der Ventile 12 und 15 sowie der Ouecksilberschaltröhre
313 während der Erwärmungsperiode des Austreiberabsorbers i. Es steht Wasser im
Speicherverdampfungsraum 24., und der entwickelte Dampf strömt durch das Rohr 2q.
in den Mantel 1,4, wodurch der Austreiberabsorber i erwärmt wird. Das Kondensat
kehrt über 13-11-18-19 zum Verdampfungsraum 2q. zurück. Je nachdem die Erwärmung
des Austreiberabsorbers i fortschreitet, schiebt der Wasserdampf die Luft im Mantel
14. vor und in die Leitung 26 hinein. Während der Erwärmung wird das Kältemittel
aus dem Absorptions- oder Adsorptionsmittel im Austreiberabsorber i ausgetrieben.
Nun sinkt aber die Fähigkeit eines Absorptions- oder Adsorptionsmittels im Laufe
einer gegebenen Zeit und bei gegebener Temperatur und Druck, Kältemittel abzugeben,
mit abnehmendem Konzentrationsgrad des Kältemittels im Absorptions- oder Adsorptiorlsmittel.
Um trotz der bei Verwendung vom Speicher 20 erhaltenen kurzen Erwärmungsperiode
eine effektive Austreibung von Kältemittel aus dem Adsorptionsmittel zu erreichen,
wird laut der Erfindung eine kleine Verlängerung der Erwärmungsperiode vorgeschlagen,
welche mittels des Wärmeaufnehmers 3o bewerkstelligt wird. Wenn der Wasserdampf
nach einer gewissen Erhitzung des Austreiberabsorbers i bei der Strömung durch den
Mantel 14 in die Leitung 36 hineinströmt und an den Block 30 gelangt, wird
ein Teil des vom Wärmespeicher strömenden Wasserdampfes zur Erhitzung dieses Blockes
verwendet, wobei er kondensiert. Erst wenn der Block 3ö bis etwa auf die Temperatur
des Dampfes erhitzt ist, wodurch die Heizperiode etwas verlängert worden ist, strömt
der Dampf frei weiter ins Rohr 26, da der Austreiberabsorber und der Block
30 nun nicht die ganze Menge des aus der V erdampftiugsstelle 2-. strömenden
Wasserdampfes aufzunehmen vermögen. Dadurch wird das Bimetallstück 31 rasch erhitzt.
Dies bewegt sich dann nach oben und hebt den Arm 32, so daß die Schaltröhre 33 am
Zapfen 34. geschwenkt wird, bis der Kontakt zwischen den beiden Kontaktpunkten in
der Röhre 33 geschlossen wird. Die Spule 39 wird dann stromführend und liebt das
Ventil 15, so daß die Verbindung zwischen den Röhren i z und 18 geschlossen und
Rohr 18 in offene Verbindung mit dem Ablauf 16 gesetzt wird. Es fließt daher alles
Wasser in 18, i9, 2,4 und 21 durch den Ablauf 16 ab. Gleichzeitig drückt die Stange
das Ventil 12 hoch, und Wasser vom Behälter 8 strömt schnell durch die Röhre i i
und 13 in den Mantel 14., füllt diesen und geht durch die Leitung 26 über die Einschnürung
29 zum Ablauf 28. Infolgedessen gelangt der Wasserdampf im Rohr 26 nicht zum Luftrohr
27, bevor die Heizperiode unterbrochen wird. Das Rohr 27 dient dem Zweck, stets
freien Ein- und Auslaß von Luft zu und von dem Mantel 14 und dem Rohre 26 aufrechtzuerhalten.
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Auch während der Kühlperiode des Austreiberabsorbers wird der Speicher
2o kontinuierlich erhitzt, und weil der Verdampfun.gsraum 24. dann kein Wasser enthält,
steigt die Temperatur des Speichers. Durch zweckmäßige Bemessung der Kapazität und
Beheizung des Speichers sowie des Kontaktthermometers 38 wird errreicht, daß nach
der gewünschten Zeit die Temperatur des Speichers so hoch gestiegen ist, daß zwischen
den Kontaktpunkten des Thermometers ein Stromkreis geschlossen wird. Die Spule 37
erhält
nun Strom, hebt den Eisenkern 36, so daß die Schaltröhre
am Zapfen schwingt und die Stromzuführung zur Spule 39 unterbricht. Die Ventile
12 und 15 fallen dann in. die gezeichnete Lage, und das Wasser im Mantel 14 wird
rasch durch die Leitung 13, 11, i8, 21 zum Ablauf 22 entleert. Gleichzeitig wird
auch durch das Rohr i9 Wasser dem* Verdampfungsraum 24 im Speicher zugeführt.
Da der Speicher jetzt sehr heiß ist, verdampft dieses Wasser schnell und bewirkt
eine heftige Erwärmung des Austreiberabsorbers i. Dadurch wird der Speicher schnell
abgekühlt und der Strom zwischen den Kontaktpunkten im Thermometer 38 wieder unterbrochen,
so daß die Spule stromlos wird. Indessen hält die Reibung am Zapfen 34 die Röhre
33 fortwährend in ihrer Lage.
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Die kleine Bohrung im Ventil 12 sichert die Zufuhr von Wasser zum
Verdampfungsraum 24 während der Aufwärmungsperiode des Austreiberabsorbers i, selbst
wenn die Kühlanlage mit der Quecksilberröhre 33 in der gezeichneten Lage in Gang
gesetzt wird, also wenn der Betrieb der Anlage mit einer Erwärmungsperiode anfängt,
ohne daß man Wasser vom Mantel 14 zum Füllen des Verdampfungsraumes a4 gehabt hat.
An Stelle der Bohrung im Ventil 12 könnte auch ein enges Rohr 42 vorgesehen werden,
das den Behälter 8 und das Rohr i i verbindet.
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Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform für den Wärmespeicher für den Fall,
daß die Wärme von einem kontinuierlich erhitzten Magazin stammt, das auch anderen
Zwecken dienen kann, z. B. von einem Dampfkessel oder einem Magazinküchenherd. 4o
mag z. B. ein Eisenwärmemagazin eines koksgefeuerten Magazinküchenherdes darstellen.
20a ist der Speicher der Kühlanlage, der bei 4a in zweckmäßiger Weise in wärmeleitender
Verbindung mit dem Magazin 4o steht. Die übrigen Leitungen und Einrichtungen in
Fig. 2, wie i 8a, i ya usw., entsprechen denjenigen von 18, i9 usw. in Fig. i. Der
Speicher 2oa, das Kontaktthermometer 38a und die Verbindung 41 werden so angeordnet,
daß bei den gewöhnlichen Betriebstemperaturen im Magazin 4o die Abkühlungsperiode
des Absorptionsbehälters die gewünschte Dauer erhält.
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In Fig.3 ist 43 der Wärmespeicher, der z. B. mittels eines elektrischen
Heizelementes 44 kontinuierlich erhitzt wird. 45. ist der Verdampfungsraum im Speicher
und 46 die Erwärmungsvorrichtung des Austreiberabsorbers. Ein Rohr 47 verbindet
den Boden der Erwärmungsvorrichtung 46 mit dem Boden des Verdampfungsraumes 45,
dessen oberer Teil wieder mittels Rohre 48 und 49 mit der Vorrichtung 46 in Verbindung
steht. Oben 1n 1 Rohr 48 ist ein Rückschlagventil 5o vorgesehen, das von einer Spule
51 kontrolliert wird. Während der Erwärmungsperiode des Austreiberabsorbers ist
der elektrische Stromkreis durch die Spule 51 unterbrochen. Die Dämpfe aus Raum
45 strömen dann durch 48, 5o, 49 zur Aufwärmungsvorrichtung 46, wo sie kondensieren,
und das Kondensat fließt durch das Rohr 47 zum Verdampfungsraum 45 zurück. Am Ende
der Aufwärmungsperiode wird mittels gegeigneter nicht gezeigter Kontrollmittel der
Stromkreis durch die Spule 51 geschlossen; diese schließt dann das Venti15o, und
Dampf kann nicht länger durch dasselbe strömen. Der Dampfdruck drückt daher die
Flüssigkeit aus dem Verdampf ungsraum 45 in das Rohr 47 und in die Vorrichtung 46
und hält sie dort, solange die Spule 51 stromführend ist. Am Ende der Kühlperiode,
in der die Temperatur im Speicher stetig steigt, weil dann keine Verdampfung im
Raum 45 stattfindet, wird der Stromkreis durch die Spule 51 wieder unterbrochen
und das Ventil 5o freigegeben. Die Flüssigkeit in 46 kann nun in den Verdampfungsraum
45 zurücksinken, wo sie wieder verdampft. Die Abkühlung des Austreiberabsorbers
und die selbsttätige Regelung der Dauer seiner Erwärmungs- und Abkühlungsperiode
kann in beliebiger geeigneter Weise geschehen und ist daher in Fig. 3 nicht gezeigt.
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Wenn die Zufuhr von Wärme zum Wärmespeicher -2o oder 43 in an sich
bekannter Weise mittels eines Thermostats, der in wärmeleitender Verbindung mit
dem Verdampfer oder dem Kühlraum der Kühlanlage steht, kontrolliert wird, so ist
es vorteilhaft, diese Kontrolle so anzuordnen, daß sie nur einen Teil der Wärmezufuhr
umfaßt, wodurch der Speicher immer warm gehalten wird. Die ,Kühlanlage wird dann
fortwährend in reduziertem Grade in Betrieb sein, selbst wenn der Thermostat einen
Teil der Wärmezufuhr zum Speicher ausschaltet. Die Temperatur des Kühlraumes wird
daher möglichst gleichmäßig gehalten.
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An Stelle einer elektrischen Regelung der Ventile und der Betriebsperioden
könnte man auch eine andere, z. B. eine rein mechanische Regelung verwenden. So
könnte man an 1 Stelle des Kontaktthermometers 38 einen von dem Speicher aus erwärmten
Expansionsstab benutzen und an Stelle des BimetallstÜckes 31 einen kleinen Behälter,
der mit Flüssigkeit gefüllt ist, die bei Erwärmung einen Dampfdruck auf eine Membrane
oder '" einen Balg ausübt. In an sich bekannter Weise können dann Impulse vom Expansionsstab
und von der Membrane zweckmäßig auf Regelvorrichtungen, entsprechend den Ven- i
tilen 15 und` 12 in der Wasserleitung, übergeführt werden.
Wie man
erkennt, könnte man die Kontrolle der Betriebsperioden so anordnen, daß die Erwärmung
des Austreiberabsorbers unterbrochen und dessen Abkühlung eingeleitet wird, wenn
die Temperatur im Austreiberabsorber bzw. in dessen Erwärmungsvorrichtung 1.1 eine
gewisse Höhe erreicht hat.