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Periodisch wirkende Absorptionskältemaschine Periodische Absorptionskälteapparate
haben die Eigenschaft, nur während der Absorptionsperiode Kälte zu erzeugen. Um
den Kältebedarf bei solchen Apparaten auch während der Heizperiode zu decken, ist
es üblich, in wärmeleitender Verbindung mit dem Verdampfer einen Kältespeicher anzuordnen,
der den während der Heizperiode ausfallenden Kältebedarf deckt. Um mit Hilfe von
periodischen Absorptionskälteapparaten fortdauernd Kälte zu erzeugen, ist es bereits
bekannt, in einer Anlage mehrere periodisch wirkende, einzelne in seich abgeschlossene
Absorptionsapparate zusammenzubauen, die derart betrieben werden, daß einer der
Kälteapparate immer seine Absorptionsperiode hat, während der oder die =anderen
Kälteapparate ihre Heizperiode haben.
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Es ist ferner schon bekannt, mit einem periodisch wirkenden Absorptionskälteapparat
kontinuierlich Kälte zu erzeugen, ohne daß dabei mehrere einzelne Apparate mit je
für sich getrennten Verdampfern erforderlich wären. Zu diesem Zweck wird eine periodisch
wirkende Absorptionskältemaschine verwendet, die zwei Kocherabsorber, zwei Kondensatoren
und einen gemeinsamen Verdampfer besitzt und in der ein druckausgleichendes neutrales
Gas eingefüllt ist. Zum Zwecke der Kälteerzeugung erfolgt der Umlauf des neutralen
Gases dabei jeweils durch den gerade in der Absorptionsperiode arbeitenden Kocherabsorber,
den zugehörigen Kondensator und den gemeinsamen Verdampfer des Apparates, während
der andere Kocherabsorber in dieser Zeit beheizt wird, so daß das Kältemittel aus
ihm ausgetrieben, im zugehörigen Kondensator verflüssigt und dem gemeinsamen Verdampfer
zugeleitet wird. Hinsichtlich der Wirkung des neutralen Gases arbeitet ein solcher
Apparat ähnlich wie eine kontinuierliche Absorptionskältemaschine, in der ein neutrales
Gas verwendet wird. Es herrscht also in dem ganzen Apparat der gleiche Druck. An
denjenigen Stellen des Apparates, in denen sich jeweils das neutrale Gas befindet,
d. h. also in dem gerade als Absorber arbeitenden Kocherabsorber, im zugehörigen
Kondensator und im gemeinsamen Verdampfer herrscht wegen der Beimischung des neutralen
Gases ein geringerer Partialdruck des Kältemittels als in den übrigen Teilen. Um
den Umlauf des neutralen Gases zwischen dem gemeinsamen Verdampfer und
dem
jeweilig alsAbsorber arbeitenden Kocherabsorber zu ermöglichen, sind bei der bekannten
Einrichtung am unteren Teil des Verdampfers zwei Umlaufsleitungen angeschlossen,
die je zu einem Kocherabsorber zurückführen. In diesen Leitungen befinden sich Ventile,
die abwechselnd geschlossen und geöffnet werden, derart, daß immer der Gasumlauf
zu dem als Kocher arbeitenden Kocherabsorber gesperrt und zu dem als Absorber arbeitenden
Kocherabsorber freigegeben ist. Durch diese Absperrung des Umlaufs wird dafür gesorgt,
daß das ausgetriebene Kältemittel nicht unmittelbar in den gemeinsamen Verdampfer
gelangen kann, von wo es durch den Umlauf des neutralen Gases dem anderen als Absorber
arbeitenden Kocherabsorber zugeleitet werden würde. Bei der bekannten Einrichtung
sind die genannten Ventile so ausgeführt, daß ihre Betätigungsorgane außen angeordnet
sind, so daß eine Durchbrechung der Kältemittelleitung erforderlich ist.
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Die Erfindung hat eine Verbesserung der oben behandelten, mit neutralem
Gas arbeitenden periodischen Absorptionskälteapparate zum Gegenstand. Erfindungsgemäß
werden zur Unterbrechung der Gasumlaufsleitungen in das Mäschineninnere eingebaute,
nach außen hin völlig abgeschlossene Unterbrechungsvorrichtungen verwendet, die
entsprechend dem Periodenwechsel den Umlauf des neutralen Gases durch den jeweils
als Austreiber arbeitenden Kocherabsorber sperren und durch den jeweils als Absorber
arbeitenden Kocherabsorber freigeben.
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Auf diese Weise ist für die Betätigung der Ventile keinerlei Durchbrechung
der Wandungen der Kältemaschine erforderlich. Die Unterbrechungsvorrichtungen wird
man vorzugsweise thermisch steuern. Man kann beispielsweise die Unterbrechungsvorrichtung
mit einem durch Wärme gesteuerten Hilfsmedium arbeiten lassen. Das kann z. B. so
vor sich gehen, daß die Unterbrechungsvorrichtungen durch Temperaturschwankungen
gesteuert werden, die infolge des periodischen Betriebes des Apparates auftreten.
Bei solchen Apparaten, deren Kocherabsorberheizung durch eine Schaltuhr abwechselnd
ein- und ausgeschaltet wird, wird man die thermisch gesteuerten Unterbrechungsvorrichtungen
so steuern, daß die Schaltuhr auch gleichzeitig die Unterbrechungsvorrichtungen
umschaltet.
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Für die Unterbrechung des Gasumlaufes können verschiedene Mittel angewendet
werden, beispielsweise können zurUnterbrechung des Gasumlaufes Flüssigkeitsverschlüsse
verwendet werden, in denen als Schaltmittel eine Flüssigkeit arbeitet, die weder
mit dem Kältemittel noch mit dem Absorptionsstoff eine Verbindung eingeht. Als Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Fig. i schematisch ein periodischer Absorptionskälteapparat
dargestellt, bei dem zwei Kocherabsorber mit einem gemeinsamen Verdampfer zu einem
Apparat zusammengebaut sind. Die beiden Kocher werden dabei so betrieben, daß jeweils
der eine seine Heizperiode hat, während der andere in seiner Absorptionsperiode
arbeitet. Im folgenden werden die Einzelteile des auf der linken Seite dargestellten
Apparatteiles beschrieben; die Bezugszeichen für die jeweils entsprechenden Einzelteile
des auf der rechten Seite dargestellten Apparatteiles sind in Klammern beigefügt.
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Der mit 1 (2) bezeichnete Kocherabsorber wird mit Hilfe der in ihm
eingebauten Heizpatrone 3 (q.) über eine Schaltuhr 5 während der Heizperiode an
das elektrische Netz 6, 7 gelegt. In den Kocherabsorbern befindet sich als Absorptionsmittel
ein fester, chemisch wirkender Absorptionsstoff, beispielsweise Calciumchlorid;
als Kältemittel wird Ammoniak verwendet: Durch Beheizung des festen, im Kocherabsorber
i befindlichen Absorptionsstoffes wird das Kältemittel durch die Leitung 8 (9) in
den Kondensator io (i i) getrieben, wo es durch Luftkühlung kondensiert wird. Die
beiden Kondensatoren io und I r münden in den gemeinsamen Verdampfer 12. Dieser
ist in der aus der Figur ersichtlichen Weise mit tellerförmigen Behältern 13 versehen,
die als Vorratsbehälter für das ausgetriebene verflüssigte Kältemittel dienen. Vom
unteren Teil des Verdampfers 12 führt eine Leitung 14 (15) zu einem konzentrisch
zur Leitung 8 (9) angeordneten Rohrstück 16 (17). Vom unteren Ende dieses Rohrstücks
führt eine Leitung i8 (i9) zu dem Flüssigkeitsverschluß 2o (21), der seinerseits
durch eine Leitung 22 (23) mit dem unteren Teil des zugehörigen Kocherabsorbers
in Verbindung steht. Der Flüssigkeitsverschluß 2o (21) steht mit einem nach außen
hin isolierten Behälter 24 (25) durch ein Kapillarrohr 32 (33}. in Verbindung, in
welchem eine Schaltflüssigkeit, beispielsweise Quecksilber, eingefüllt ist. Dieser
Behälter 2q. (25) kann durch eine Heizpatrone 26 (27) beheizt werden, die
gleichzeitig mit der Heizpatrone 3 (.4) des zugehörigen Kocherabsorbers 1 (2) eingeschaltet
wird.
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In dem beschriebenen, nach außen hin völlig abgeschlossenen Kältemittelsystem
ist ein neutrales, druckausgleichendes Gas, beispielsweise Wasserstoff, eingefüllt.
Durch die als Flüssigkeitsverschluß ausgebildeten Unterbrechungsvorrichtungen wird
dafür gesorgt, daß das neutrale Gas jeweils aus dem Teil des Systems, dessen zugehörige
Kocherabsorber sich gerade in der Heizperiode befindet, durch den entwickelten Kältemitteldampf
herausgedrängt
wird. Es sei beispielsweise angenommen, daß der
Kocherabsorber i seine Heizperiode hat, dann ist die aus den Teilen i, 8, io, 12,
14, 16, 18, 2o, 22 bestehende Gasumlaufsleitung am Flüssigkeitsverschluß 2o unterbrochen.
Das aus dem Kocherabsorber i ausströmende Kältemittelgas verdrängt das neutrale
Gas in die zum Kocherabsorber 2 gehörige rechte Hälfte des Systems. Dieser Kocherabsorber
arbeitet während der Heizperiode des Kocherabsorbers i in seiner Absorptionsperiode,
während der der Flüssigkeitsverschluß 21 geöffnet ist. Infolgedessen kann das neutrale
Gas in dem System 2, 9, 11, 12, 15, 17, 19, 23 umlaufen, wobei die kälteerzeugende
Verdampfung im Verdampfer 12 und die Absorption des Kältemittels im Absorber 2 stattfindet.
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Da gleichzeitig mit der Kocherheizpatrone 3 die Heizpatrone 26 des
Flüssigkeitsverschlusses 24 eingeschaltet ist, dehnt sich das Quecksilber im Behälter
24 aus, es steigt durch die Leitung 32 in dein Behälter 20 so hoch, daß die Mündungsstelle
des Rohres 18 im Behälter 20 vom Quecksilber bedeckt ist. Infolgedessen ist an dieser
Stelle der Durchtritt des Kältemittels aus dem Kocherabsorber i durch die Leitung
22 und von dort in die Leitung 18 versperrt. Die Heizpatrone 27 des Behälters 25
ist zur gleichen Zeit zusammen mit der Heizpatrone 4 des Kocherabsorbers 2 ausgeschaltet;
infolgedessen ist das Volumen des O_uecksilbers im Behälter 25 so klein, daß der
Gasweg vom Kocherabsorber 2 durch die Leitung 23, den Flüssigkeitsverschluß 21 zur
Leitung i9 geöffnet ist. Das Schließen und Öffnen der Flüssigkeitsverschlüsse 20
und 21 erfolgt also durch die Beheizung bzw. Abkühlung des Quecksilbers in den Behältern
24 und 25.
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Die Rohre 8 (9) und 16 (17). sind als Wärmeaustauscher ausgebildet
und zu diesem Zweck mit einer Isolationsschicht 30 (31) versehen. Die Isolation
der Quecksilberbehälter 24 (25) wird zweckmäßig so gewählt, daß der Gasumlauf spätestens
dann freigegeben wird, wenn der zugehörige Kocherabsorber genügend abgekühlt ist,
um bei tiefer Verdampfertemperatur absorbieren zu können.
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Die im Verdampfer i2 vorgesehenen, zur Aufnahme des flüssigen Kältemittels
dienenden wärmeleitenden Teller 13 sind zweckmäßig so groß .dimensioniert, daß sie
mehr als die der Füllung eines Kocherabsorbers entsprechende Ammoniakmenge aufnehmen
können. In die Kocherabsorber sind wärmeleitende Querwände 28 eingebaut, die den
Zweck haben, die Heizwärme den festen Absorptionsstoffen gleichmäßig zuzuführen
und für eine rasche Abkühlung des festen Absorptionsstoffes während der Absorptionsperiode
zu sorgen. In den wärmeleitenden Querwänden 28 befinden sich Durchtrittsöffnungen
29, die in der aus der Figur ersichtlichen Weise gegeneinander derart versetzt sind,
daß das neutrale Gas während der Absorptionsperiode gezwungen wird, möglichst alle
Räume des Kocherabsorbers zu durchströmen. Bei Anwendung von festen-Absorptionsstoffen
empfiehlt es sich, innerhalb des Kocherabsorbers durch entsprechende Füllung oder
geeignete Mittel, wie Gaskanäle, Zwischenlagen von reiner Metallwolle, dafür zu
sorgen, daß eine hinreichende Berührung des Gasstromes mit dem festen Absorptionsstoff
möglich ist.
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Ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen, kann man die in der Figur
dargestellten Flüssigkeitsverschlüsse 20, 21 auch so durchbilden, daß die Schaltflüssigkeit
durch solche Teile der periodischen Absorptionsmaschine selbst beheizt wird, die
abwechselnd Temperaturschwankungen unterworfen sind. Man kann an Stelle der im Ausführungsbeispiel
beschriebenen Verdrängungsflüssigkeit als Schaltmittel auch einen anderen Ausdehnungskörper
treten lassen, wobei es lediglich eine konstruktive Maßnahme ist, ob seine Volumenänderung
mit Hilfe einer Flüssigkeit oder mit mechanischen Mitteln zum zeitweisen Unterbrechen
des Gasumlaufs benutzt wird. Die Verwendung einer Schaltflüssigkeit bedingt auch
konstruktive Maßnahmen für den Fall; daß die Maschine während des Transportes auf
den Kopf gestellt wird. In Fig. i ist im Prinzip dargestellt, daß die Schaltflüssigkeit
immer wieder in die Gefäße 24, 25 zurücklaufen muß, selbst wenn sie bis an die untersten
wärmeleitenden Querwände 28 gelangt sein sollte. Die Gefahr des Herauslaufens aus
den Gefäßen 24, 25 wird auch durch Verwendung der Kapillarrohre 32, 33 sehr vermindert.
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Abweichend von der in der Figur dargestellten Anlage kann man die
Erfindung auch so durchbilden, daß mehr als zwei Kocherabsorber mit einem gemeinsamen
Verdampfer zusammengebaut sind. Bei Vergrößerung der Anzahl der in einem Absorptionsapparat
verwendeten Kocherabsorber verringert sich der im gemeinsamen Verdampfer benötigte
Vor- i ratsraum für ausgetriebenes Kältemittel.
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Die Benutzung des Kondensators -als Teil der Gasumlaufsleitung wirkt
sich wärmetechnisch. folgendermaßen aus: Die Kühlrippen an den Kondensatoren io,
i i müssen nach denselben Grundsätzen bemessen werden, die für die Berechnung von
Kondensatoren maßgebend sind, in denen Dampf ohne Beimischung von neutralemGas verflüssigt
wird. Ein solcher für die Austreibungsperiode des zugehörigen Kocherabsorbers berechneter
Kondensator hat bei den Apparaten gemäß
der Erfindung den Vorteil,
daß während der Absorptionsperiode, in welcher der Umlauf des neutralen Gases stattfindet,
keine allzu großen Kälteverluste durch Wärmeaufnahme aus der Umgebung auftreten
können. Die Wärmeübergangszahl ist nämlich während dieser Zeit mit Rücksicht auf
die Tatsache, daß der Kondensator von nicht kondensierendem Dämpf mit Beimischung
des neutralen Gases durchströmt wird; sehr niedrig, während sie für den kondensierenden
Dämpf in der Austreibungsperiode außerordentlich hoch ist. Man kann diese an sich
vorhandene günstige Wirkung des Kondensators noch dadurch unterstützen, daß man.
durch geeignete Bemessung der Kändensatorrohre dafür sorgt, daß eine iaminare Strömung
vorhanden ist: Die Anordnung gemäß der Erfindung kann auch so durchgebildet werden,
daß die Umlaufsleitung für das neutrale Gas nicht durch den Kondensator verläuft.
In diesem Fall wird die Gasumlaufsleitung an zwei Stellen so unterbrochen, daß in
der Heizperiode nur ein Weg in einen besonderen Kondensator für das ausgetriebene
Kältemittel Übrigbleibt: Diese Anordnung ist in Fig:2 dargestellt. Soweit die Einzelteile
dieses Ausführungsbeispiels mit denen in Fig. z übereinstimmen, sind dieselben Bezugszeichen
verwendet. Während der Austreibungsperidde "des Kocherabsorbers 2 gelangen in diesem
Fall die Kältemitteldämpfe .durch eine Leitung 43 zum luftgekühlten Kondensator
44. Während dieser Zeit ist der Umlauf des neutralen Gases unterbrochen. Für diesen
Umlauf, der während der Absorptionsperiode des Apparates stattfindet, ist folgender
Weg vorgesehen: Vom oberen Ende des Kocheräbsorbers 2 führt eine Leitung
31 über einen Flüssigkeitsverschluß 32 und eine Leitung in den oberen Teil
des Verdampfers 12 und: von dessen unterem Teil über die Leitungen 34, 35 und 36
zu einem Flüssigkeitsverschluß 37, der durch eine Leitung 38 mit dem unteren Teil
des Kocherabsorbers 2 verbunden ist. Der Flüssigkeitsverschluß 32 steht durch ein
Kapillarrohr 4o mit einem in unmittelbarer Berührung mit dem Kocherabsorber 2 angeordneten
Flüssigkeitsbehälter in Verbindung. Entsprechenderweise ist der Flüssigkeitsverschluß
37 über ein Kapillarrohr 42 mit dem am unteren Ende des Kocherabsorbers befindlichen
Flüssigkeitsbehälter 41 verbunden. Bei dieser Ausführungsform wird die vom Kocherabsörber
zum Kondensator 4¢ führende Rohrleitung 43 Zweckmäßig so eng dimensioniert, daß
der durch diese :Leitung mögliche Gasumlauf während der Absorptionszeit gedrosselt
wird. Die demKocherabsorber i zugeordnete Hälfte des Apparates ist in genau entsprechender
Weise ausgebildet, so daß sich eine eingehende Beschreibung dieser Teile erübrigt.
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Die Flüssigkeitsverschlüsse 32 und 37 bzw. die entsprechenden Flüssigkeitsverschlüsse
des auf der linken Seite dargestellten Kocherabsorbers arbeiten in derselben Weise
wie die in Fig. i dargestellten Flüssigkeitsverschlüsse. In diesem Falle wird bei
dem jeweils in der Heizperiode arbeitenden Kocher-Absorber durch die Beheizung des
in den beiden oberhalb und unterhalb des Kochers angeordneten Sammelgefäßen befindlichen
Quecksilbers dieses so weit ausgedehnt, däß es sie Flüssigkeitsverschlüsse 32 bzw.
37 absperrt. Bei dem anderen in der Absorptionsperiode arbeitenden Kocher sind die
Flüssigkeitsverschlüsse infolge der Abkühlung des Quecksilbers geöffnet.
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Die räumliche Anordnung der Einzelteile des Apparates ist durch das
verwendete neutrale Gas gegeben. Beispielsweise kann, wie in Fig. i dargestellt,
der Verdampfer oben und der Kocherabsorber unten liegen, wenn ein neutrales Gas
verwendet wird, das leichter als der Kältemitteldampf ist. Wird jedoch ein neutrales
Gas benutzt, das schwerer als der Kältemitteldampf ist, so liegt der Verdampfer
:zweckmäßig unten und der Kocherabsorber oben. Diese letzte Anordnung hat noch den
Vorteil; daß die Maschine bei Verwendung in einem Kühlschrank von oben raumsparend
eingesetzt werden kann, während bei untenliegendem Kocher eine etwas umständlichere
Leitungsführung an den Seitenwänden des Sehrankes entlang und eine bessere Isolierung
des Schrankes gegen die Wärmeeinstrahlung der Kocher gewählt werden muß.
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Die Wirkungsweise der Maschine wird auch nicht beeinträchtigt, wenn
nur ein Kocher, beispielsweise bei geringem Kältebedarf, in Betrieb gehalten wird.
Die Wirkungsweise nähert sich dann derjenigen der periodischen Absorptionsmaschinen
ohne Zufüllung von neutralem Gas. Für diesen Fall ist unter Umständen ein Kältespeicher
am Verdampfer vorteilhaft, der den fehlenden Kältebedarf während der Heizperiode
deckt.
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Die im vorstehenden beschriebenen Einrichtungen zur Unterbrechung
des Umlaufs des neutralen Gases können mit Vorteil auch angewendet werden bei solchen
Apparaten, die lediglich mit einem einzigen Kocherabsorber ausgerüstet sind. Zweckmäßig
wird man bei den Apparaten gemäß der Erfindung den Ver- i dampfer und die daran
angeschlossenen Gasleitungen so groß bemessen, daß auch bei dauernder Heizung sämtlicher
Kocherabsorber das gesamte, in diesem Falle ausgetriebene und verflüssigte Kältemittel
von diesen i Gefäßen aufgenommen werden kann, ohne daß unzulässige Drucksteigerungen
im Apparat
auftreten. Auf diese Weise ist der Apparat gegen unzulässige
Drucksteigerungen gesichert für den Fall, daß versehentlich oder infolge Versagens
der Automatik einmal sämtliche Kocherabsorber gleichzeitig beheizt werden sollen.