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Kontinuierlich arbeitender Absorptionskälteapparat Die Erfindung bezieht
sich auf einen Haushaltskühlschrankmit kont.nuierl.ichmit Hilfsgas arbeitendem Absorptionskälteapparat
mit luftgekühltem, als Rohrschlange ausgebildetem Absorber. .Die Erfindung bezweckt,
bei derartigen Apparaten, bei denen der Umlauf des Hilfsgases durch Schweredifferenzen
zustande kommt und bei denen die Absorptionslösung über die Fallhöhe des Absorbers
durch eine Gasblasenpumpe gefördert wird, die Herstellung 'und die Wirkungsweise
des Absorbers zu vereinfachen und zu verbilligen.
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Es ist bereits bekannt, den Absorber derartiger Absorptionskälteapparate
als eine einfache Rohrschlinge mit Kühlrippen auszubilden. Da aber derartige Apparate
zur Gasdichtung durch Zusammenschweißen hergestellt werden, ist das Anbringen. von
Kühlrippen auf derartigen Absorberrohrschlangen schwierig und kostspielig.
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Es ist bereits vorgeschlagen, bei einer besonderen Art von wärmebetriebenen,
mit. Hilfsgas arbeitendenKälteappar.aten, die ohne jede Pumpe für den Flüssigkeitsumlauf
arbeiten, bei denen vielmehr Absorptionsmittel verdampft und bei seiner Kondensation
gleichzeitig die Absorption der im Verdampfer verdampften Kältemitteldämpfe übernimmt,
den wesentlichen Teil der bei der Absorption des Kältemittels frei werdenden Wärme
an eine Rektifikationssäule zu übertragen. Bei diesen Apparaten ist der Kondensatorabsorber
kühlflanschenlos ausgebildet, da er die ausfallende Wärme eben an die Rektifikationssäule,
nicht aber an Kühlluft abgeben soll. Ein Versehen dieses Kondensatorabsorbers mit
Kühlrippen würde den Wirkungsgrad wesentlich verschlechtern, weil die erwünschte
Wärmeübertragung an die Rektifikationssäule dadurch vermindert würde. Ferner handelt
es sich hierbei um Kälteapparate, bei denen stets Gleichgewicht zwischen den drei
Arbeitsmitteln vorhanden ist, so daß der Partialdruck des Kältemittels stets den
der jeweiligen Temperatur entsprechenden Betrag hat und somit stets der
niedrigst
mögliche ist, was sich in der Praxis bei Kälteapparaten, die in Flüssigkeit absorbieren,
kaum erreichen läßt. Jedoch ist der Energieverbrauch dieser bekannten Apparate wegen
der Schwierigkeit des Zurückgewinnens der Verdampfungswärme des dritten Stoffes
so groß, daß ein Betrieb nur mit den billigsten Energiearten in Frage käme.
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Absorptionskälteapparate, bei denen die Absorptionslösung in einen
den Absorber durchrieselnden Stromgefördert wird, weisen in bezug auf das Gleichgewicht
der drei Stoffe andere wesentlich schwierigere Verhältnisse auf.
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Es ist ferner vorgeschlagen, in Kälteapparaten mit Hilfsgas kühlflansch.enlose
Absorber zu -verwenden, wenn diese Apparate den Umlauf des Hilfsgases durch Düsen
oder sonstige besonders den Umlauf beschleunigende Mittel bewirken. Bewirkt man
den Gasumlauf in derartigen Apparaten durch eine Düse, so erhält man beliebig große
Lineargeschwindigkeiten des Gases durch den Absorber, daher eine gute Absorptionsfähigkeit
und eine gute Wärmeabgabe an dieRohrwandung. Man erhält aber die sehr wesentlichen
Nachteile des Verlustes des Düsendampfes sowie der wegen -der erhöhten Geschwindigkeit
vergrößerten Gastemperaturwechslerverluste. Außerdem arbeitet dieser Vorschlag mit
besonders weiten A'bsorberrohren, wodurch praktisch große Kühlflächen erreicht werden,
die wieder die Wärmeabgabe erleichtern. Darüber hinaus sind die Rohre :abgeplattet,
was wieder besondere Mehrarbeit kostet, um die Absorptionsflächen und damit die
Absorptionsfähigkeit des Absorbers zu erhöhen. Dies ergibt wieder den Nachteil,
daß besonders viele Schweißstellen zum Aufbau des Absorbers erforderlich sind, was
die Herstellungskosten wesentlich erhöht.
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Es ist ferner eine Ausführungsform bekanntgeworden, die gleichfalls
mit Düsenwirkung arbeitet, und in der 'die Flüssigkeitszirkulation mit Hilfe einer
Druckpumpe erfolgt. Durch eine Druckpumpe ist es im allgemeinen möglich, eine beliebig
große Fallhöhe im Absorber zu erreichen. Je größer die Fallhöhe im Absorber, um
so leichter ist es, die erforderlichen Kühlflächen im Absorber zu schaffen. Nachweislich
hat aber die Gasblas.enpumpe eine praktisch beschränkte Förderhöhe bei der erforderlichen
Fördermenge, so daß man bei Benutzung einer Gasblasenpumpe die Fallhöhe des Absorbers
nicht beliebig vergrößern kann. Dafür aber arbeitet die Gasbla.senpumpe unter allen.
Verhältnissen gleichmäßig, während die Druckpumpe schon bei geringem Schiefstehen
des Apparates wegen Veränderung der Reaktionssäule einen ungleichmäßigen Gang ergibt.
Ferner haben .die Druckpumpen den Nachteil, daß sie eine große Bauhöhe des Apparates
ergeben, die den Einbau derartiger Apparate in Haushaltskühlschränke praktisch unmöglich
macht, da die Apparate mit bestimmten Teilen die übliche Schrankhöhe überragen müssen.
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Es .ist endlich vorgeschlagen worden, _kühlflanschenlose Absorber
zu benutzen und die erforderliche Kühlfläche dadurch zu erreichen, daß mehrere Absorberschlingen
in Parallelschaltung die Absorption übernehmen sollen. Auch hierbei ist es verhältnismäßig
einfach, die erforderliche Größe der Kühlfläche zu schaffen. Diese Apparate haben
jedoch den Nachteil, daß es einmal praktisch nahezu unmöglich ist, eine gleichmäßige
Verteilung der Absorptionslösung durch eine Mehrzahl paralleler Absorberschlingen
zu erreichen, insbesondere bei H.aushaltskühls,chränken, die in der Praxis nicht
mit der Wasserlvaage eingeregelt werden können. Eine ,geringe Änderung der Zugluft,
die eine der Absorptionsschlingen trifft, ergibt ferner notwendig Störungen des
Gasumlaufes, weil die Gassäulen in den Absorberrohren bei verschiedener Auswaschung
verschiedene Gewichte erhalten, was sich bei der Parallelschaltung störend bemerkbar
macht.
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Demgegenüber besteht die Erfindung darin, daß bei einem Haushaltskühlschrank
mit kontinuierlich arbeitendem Absorptionskälteapparat, bei dem ein druckausgleichendes
Gas durch Schweredifferenzen der Gassäulen zwischen einem Verdampfer und einem luftgekühlten
Absorber und Absorptionslösung mittelst einer Gasblasenpumpe# zwischen einem Kocher
und einem Absorber umgewälzt wird, ein kühlrippenloser, schlingenförmiger Absorber
verwendet wird, dessen Rohrmaterial so geringen Querschnitt hat, daß es auf einer
Wickelmaschine gewickelt werden kann.
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Es hat sich dabei herausgestellt, daß die Verwendung derart enger
Rohre wider Erwarten die Absorptionsfähigkeit des Absorbers außerordentlich erhöht,
so daß man bei Verwendung engerer Rohre als bisher, d. h. Materialersparnis, und
Fortlassen der bisher üblichen Kühlrippen, d. h. Material- und Arbeitsersparnis,
eine gleich gute Auswaschung des Hilfsgases erhält.
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In der Abbildung ist ein: Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
dargestellt. Der Kocher eines Absorptionskälteapparates ist mit io bezeichnet und
die übliche Gasblasenpumpe mit i i. Die Kocherdämpfe strömen durch das Rohr 12,
das zur Erleichterung der Rektifikation mit einigen Kühlrippen 13 versehen ist,
in den oberen Teil eines kühlrippenlosen, als eine langgestreckte Rohrspirale ausgebildeten
Kondensators 14.,
in dem das Kältemittel kondensiert wird. Das Kondensat
fließt durch die in wärmeleitender Verbindung mit dem üblichen Gastemperaturwechsler2i
angeordnete Leitung2o nach dem ebenfalls an sich bekannten Verdampfer 22. Der Kondensator
ist ferner durch eine Entlüftungsleitung 2q. mit dem Gastemperaturwechsler verbunden.
Mit 16 ist ferner das Speichergefäß für die Absorptionslösung bezeichnet; aus dem
reiche Lösung durch das Innenrohr des Temperaturwechslers 15 zur Pumpe i r gelangt.
Die arme Lösung wird durch die äußere Schlinge des Temperaturwechslers 15 und das
Rohr 17 in den oberen Teil eines aus zwei schraubenartig geschlungenen Rohrspiralen
i8 und i9 bestehenden Absorbers geführt. Die arme Lösung durchläuft diesen Absorber
von oben nach unten, wobei durch Eindellungen 29 für eine genügende Näpfchenbildung
gesorgt wird. Etwa in den Gastemperaturwechsler gelangendes flüssiges Kältemittel
bzw. aus dem Verdampfer kommende Absorptionslösung wird durch eine Leitung 26 zum
Gefäß 16 entwässert. Der Kälteapparat arbeitet mit Hilfsgas, das im Verdampfer 22
mit Kältemittel gesättigt wird und durch den Gastemperaturwechsler 21, den oberen
Teil des Gefäßes 16, in die linke Schlinge i9 des Absorbers gelangt, wo es durch
die abwärtsfließende Absorptionslösung in bekannter Weise ausgewaschen wird. Dieses
Auswaschen setzt in dem rechten Teil 18 des Absorbers fort und ist bei dessen oberer
Mündung beendigt. Von hier aus tritt das numnehr an Kältemittel arme Gas durch die
Leitung 28, den Gastemperaturwechsler 21 und die Leitung 23 wieder zum Verdampfer
22 zurück. Sowohl der Flüssigkeitskreislauf als auch der Kreislauf des Hilfsaases
ist also sm wesentlichen wie bei bereits bekannten Apparaten.
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Der Absorber trägt keine Kühlrippen oder sonstige für das Fortführen
der Absorptionswärme dienende zusätzliche Hilfsmittel. Die Gesamthöhe des Absorbers
18, i9 liegt innerhalb der Pumpenhöhe H, die durch das Fördervermögen der Pumpe
i i bestimmt ist. Wie bereits erwähnt, besteht der Absorber 18, ig aus zwei seitlich
gegeneinander verschobenen Rohrspiralen, die derart gewickelt sind, daß eine möglichst
gleichmäßige Neigung an jedem Punkt der Spirale vorhanden ist. Jedenfalls muß die
Neigung so gleichmäßig und stark sein, daß eine Gefahr für Verstopfung des Gasweges
durch etwa sich ansammelnde Flüssigkeit nicht auftritt, auch wenn der vom Kälteapparat
betriebene Kühlschrank ein wenig schräg aufgestellt wird. Die Wicklung der Spirale
ist zweckmäßig derart durchgeführt, daß der Abstand zweier Rohrglieder etwa 3 bis
5 mm ist. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß, sobald man den Abstand ab 3 bis
2 mm noch weiter vermindert, die Kühlwirkung der Kühlluft sehr stark herabgesetzt
wird, wahrscheinlich weil bei diesem Abstand die Kühlluft, wenigstens wenn sie nur
durch Eigenströmung bewegt wird, nicht zwischen diel einzelnen Rohrglieder hindurchtreten
kann, sondern daß vielmehr jeder Absorberteil 18 bzw. i9 einfach als ein doppelwandiger
Zylinder wirkt. Das erfindungsgemäße seitliche Verschieben der beiden Absorberteile
18, i9, das auch so weit durchgeführt werden kann, daß eine einzige Zylinderspirale
mit schräger Achse .entsteht, erfüllt u. a. den Zweck, die Herstellung und den Anbau
des Absorbers zu erleichtern und ferner die Wärmeabgabe an die Kühlluft zu verbessern,
d. h. möglichst viel Absorberteile durch Frischluft zu kühlen..
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Der Absorber gemäß der Erfindung wird zweckmäßig aus einem gewöhnlichen,
gegebenenfalls profilierten oder gedellten Rohr spiralig gewickelt, beispielsweise
in einer Wickelmaschine. Diese Farm zwingt die herabrinnende Flüssigkeit zufolge
der auftretenden Zentrifugalkraft, den sich auf ihr bilden, den Film selbsttätig
zu zerstören, wodurch die Absorption verbessert, vor allen Dingen gleichmäßig gemacht
wird. Diese Ausbildung hat ferner den Vorteil, daß man bei Verwendung verhältnismäßig
enger Rohre eine relativ große - Benetzung des Rohrquerschnittes erhält. Dies ist
von, Wichtigkeit, weil der Wärmeübergang von der Flüssigkeit auf das die Wärme unmittelbar
an die Außenluft abgebende Rohr sehr viel größer ist als der Wärmeübergang von Gasinhalt
auf die Rohrwand. Endlich ergibt diese Ausbildung des Absorbers als langes Rohr
verhältnismäßig engen Querschnitts eine Vergrößerung der Geschwindigkeit der den
Absorber durchlaufenden Flüssigkeit und damit einerseits eine Verbesserung der Auswaschung
des Hilfsgases, andererseits eine weitere Verbesserung des Wärmeübergangs an das
Rohr. Hierdurch wird es gemäß der Erfindung möglich, bei Verwendung - verhältnismäßig
enger; gewickelter Rohre praktisch mit einer kühlrippenlosen Absorberwandung auszukommen,
die etwa ein Drittel der Größe beträgt, die für Apparate gleicher Größe nach der
bisher in der Technik üblichen Rechnung für die Größe der erforderlichen wärmeabführenden
Absorberwandungen erforderlich ist.
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Bei dieser Ausbildung und Ausführung des Absorbers wird es möglich,
ohne die Schachtbreite des Kühlluftschachtes gegen die bisherigen normalen Abmessungen
zu erhöhen, den gesamten Absorber innerhalb der Höhendifferenz anzuordnen, die von
der bei Apparaten
ohne bewegliche Teile üblichen Gasblasenpumpe
mühelos und bei allen vorkommenden Belastungen beherrscht wird. Statt der Schrägversetzung
der einzelnen Schlingen gegeneinander und der in der Abbildung dargestellten Aufteilung
des Absorbers in. zwei zylindrische Spiralen kann man auch mit einer Mehrzahl unterteilter
Zylinderspiralen oder mit einer oder mehreren konischen Spiralen arbeiten. Durch
größere Unterteilung der erwähnten Zylinderspirale wird es möglich, den Luftschacht
sogar noch schmaler als bisher üblich auszuführen.
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Wie bereits erwähnt, ist auch der Kondensator 14 kühlrippenlos ausgebildet.
Es wird somit gemäß der Erfindung die gesamte aus dem Kälteapparat fortzuführende
Absorptions- und Kondensationswärme durch Rohrmantelflächen unmittelbar an die Kühlluft
abgegeben. Auch die Rektifikationswärme kann in gleicher Weise fortgeschafft werden,
indem die Kühlrippen 13 in vielen Fällen entbehrt werden können. Diese neue Möglichkeit,
einen kühlrippenlosen Absorptionskälteapparat herstellen zu können, der mit umlaufender
Absorptionslösung arbeitet und infolgedessen alle diejenigen Eigenschaften aufweist,
die für einen Haushaltskälteapparat erforderlich sind, stellt einen wesentlichen
Fortschritt des fabrikmäßigen Herstellungsverfahrens dar. Dieser Fortschritt besteht
sowohl darin, daß die Anzahl von Schweißfugen auf weniger als die Hälfte der bisher
erforderlichen vermindert werden kann, als auch darin,, daß alle für das Herstellen
und Anbringen der Rippen erforderlichen Maschinen und Werkzeuge sowie das Material
erspart werden. .
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Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt.
Vielmehr läßt sich die Anordnung gemäß der Erfindung in verschiedener Weise besonderen
Anforderungen an verstärkte Kühlwirkung der Kühlluft, verbesserte Ausnutzung des
zur Verfügungstehenden Apparatraumes usw.anpassen. So kann es z. B. zweckmäßig sein,
dem Luftzug durch die Spirale mit Hilfe von Schirmen, Leitflächen o. dgl. eine besondere
Richtung zu geben. Wenn man z. B. die untere öffnung der Spirale durch eine konzentrisch
mit der Spiralachse auf etwa 3 bis 5 mm Abstand von der Unterkante der Spirale angebrachte
kreisförmige Blechplatte teilweise abdeckt, ergibt sich eine Temperaturermäßigung
des Absorbers von etwa 3°. Die Kühlluft wird nämlich dabei durch Schornsteinwirkung
zwischen den einzelnen Rohrwindungen eingesaugt und ergibt dadurch eine größere
Kühlwirkung.