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Periodisch arbeitende Absorptionskältemaschine Vorliegende Erfindung
bezieht sich auf selbsttätige, periodisch arbeitende Absorptionskältemaschinen,
idie durch die Umlagerung des Kältemittels Kippbewegungen ausführen, wie sie in
der Patentschrift 661 751 beschrieben worden sind.
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Es ist im Hauptpatent bekanntgeworden, bei kippbaren Absorptionskältemaschinen
den Kocher als Gegenstromkocher auszuführen und den Vorratsbehälter für die Absportionsflüs:sigkeit
so zu gestalten, daß er auch zum Teil als Temperaturwechsler dient. Diese Anordnung
erfordert jedoch zwei getrennte druckfeste Behälter, die nach der Erfindung durch
einen einzigen Behälter ersetzt «-erden. Hierdurch wird nicht nur ein Behälter,
sondern es werden auch die Verbindungsleitungen gespart.
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Der Kondensator dient in der bekannten Anordnung nicht nur als Absorber,
sondern steuert auch durch die Kippbewegungen in der Kochperiode das Kondensat und
in der Kühlperiode die Absorptionsflüssigkeit. Nach der Neuerung wird der Kondensator
entbehrlich, da für die-Steuerung eine Verbindungsleitung herangezogen wird, die
mit dem Sammelbehälter und anderen Leitungen die Funktion des Kondensators übernimmt.
Die durch den fehlenden Kondensator verursachte geringe Kühlung der Absorptionsflüssigkeit
während ider Kühlperiode wird nach der Erfindung :dadurch wieder ausgeglichen, daß
der Vorratsbehälter mit dem zusammengebauten Gegenstromkocher in :der Kühlperiode
durch die umgebende Außenluft gekühlt wird.
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Weiter kann es bei der Ausführung nach dem Hauptpatent vorkommen,
d.aß in der Kochperiode die Absorptionsflüssigkeit an dem linken oberen Knie (vgl.
7 der Abb. i des Hauptpatents) :durch Heberw.irlcun:g in die Zufl,ußleitung zum
Sarumelbehälter überfließt oder auch umgekehrt. Zur Beseitigung dieses Mangels ist
das linke Knie mit den anderen Geräteteilen in eine offene, flüssigkeitsfreie
Verbindung
.gebracht worden. Eine weitere Verbesserung bezieht sich auf idie selbsttätige Entwässerung
des Verdampfers.
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Die- Erfindung ist in den Abb. i bis 4 in beispielsweiser Ausführung
dargestellt. Abb.-i zeigt das Kühlgerät in der Kochperiode, Abb.2 die Kühlperiode.
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Abb. 3 stellt einen Schnitt durch den Gegenstromkocher mit Vorratsbehälter
und Temperaturwechsler und Abb.4 die schematische Anordnung der gesamten Apparatur
dar.
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Der Gegenstromkocher i wird in der Darstellung durch eine Gasflamme
beheizt. Der Kochvorgang wird später bei der Beschreibung ider Abb. 3 eingehend
erläutert. Als Absorptionsflüssigkeit ist beispielsweise Wasser und als Kältemittel
Ammoniak vorgesehen.
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Der ausgetriebene und auf seine Kondensationstemperatur vorgekühlte
Kältemitteldampf gelangt durch das Rohr 2 in die zum Teil mit Kühlrippen versehenen
Verbindungsleitungen und in den Sammelbehälter 5. Der Sammelbehälter 5 ist während
der Heizperiode von dem schalenförmigen Wärmeschutz frei gelegt und der freien Luft
ausgesetzt, so daß er auch als Kondensator arbeiten kann.
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Der Stand der Absorptionsflüssigkeit, dessen Höhe während der Koch-
und Kühlperiode durch den Überlauf 38 (Abb. 3) gegeben ist, ist durch die Linie
a gekennzeichnet.
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In den Rohrleitungen 3, 4, 15 und 16 kondensiert ein Teil des Dampfes.
Das Kondensat fließt in Pfeilrichtung zum Knie 8 und steht hier in der Höhe der
Linie b. Von hier gelangt das Kondensat mit dem restlichen Dampf in den Sammelbehälter
5, wo der restliche Teil des Dampfes ebenfalls kondensiert. Die Förderung des Kondensats
in den Kondensatorsammelbehälter 5 erfolgt durch den in den Sammelbehälter einströmenden
Dampf, der das Kondensat in der Leitung 4 in Richtung,des Sammelbehälters .in die
Höhe drückt. Das in der Leitung 15 sich bildende Kondensat sammelt sich infolge
seines geringeren spezifischen Gewichtes oben auf der Absorptionsflüssigkeit und
steigt bis an die Verbindungsleitung 14, wo es in die Leitung 45 fließt und mit
dem Kondensat aus Leitung 16 ebenfalls zum Knie 8 gelangt. Die Absorptionsflüssigkeit
bei a sinkt entsprechend der Belastung .des auflagernden Kondensats etwas ab, bis
sich ein Ausgleich einstellt. Das Verbindungsrohr 14 ist in seiner Weite so gewählt,
daß stets ein flüssigkeitsfreier Weg vorhanden ist und somit stets ein Druckausgleich
über 14 .und 15 mit .der Entwässerungsleitung 12 und den Leitungen 21 bzw. 45 mit
den Geräteteilen erfolgen kann. Ist keine flüssigkeitsfreie Verbindung vorhanden,
so kann ein Überfließen nach Leitung 12 oder umgekehrt durch Heberwirkung eintreten.
Das gleiche gilt für die Absorptiönsflüssigkeit aus Leitung 21.
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Die Entwässerungsleitung 12 ist mit eirein Wärmeschutz versehen, damit
hier eine unnötige Kondensation vermieden wird. Um die in der Leitung 9 eintretende
Kondensation unschädlich zu machen bzw. wieder aufzuheben, ist das untere Teil der
Leitung an ,den wärmeren Behälter 23 herangeführt, damit das im oberen Teil entstandene
Kondensat wieder verdampft.
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Sobald die vorgesehene Menge Kältemittel ausgetrieben ist, kippt das
um den Punkt 6 drehbar angeordnete Kühlgerät durch die Schwerpunktsverlagerung in
die Stellung entsprechend der Abb.2. Hierbei wird die Heizung abgestellt, und die
Geräte gelangen in die Lage, die der Kühlung bzw. der Absorption des Kältemittels
entsprechen.
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Durch die Kippbewegung tritt die Absorptionsflüssigkeit aus dem oberen
Teil des Vorratsbehälters to durch das Rohr 21 über das Verbindungsstück 14 bei
8 in das untere Ende des U-förmig gebogenen Rohres 4.
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In den Rohrleitungen sowie im Kocher i entsteht durch die eintretende
Abkühlung ein geringer Unterdruck, und in dem jetzt wärmeisolierten Sammelbehälter
5 beginnt das noch warme Kondensat zu verdampfen. Der entstehende Dampf drückt die
am Knie 8 in das U-Rohr 4 eintretende Absorptionsflüssigkeit bzw. anfangs das noch
vorhandene Kondensat in der Leitung 4 nach oben. Von hier aus gelangt die Flüssigkeit
in die Verbindungsleitung 3, die sie in Richtung des Pfeiles durchfließt, und von
hier durch das Rohr 9 in den Vorratsbehälter to zurück. Auf diesem Wege wird der
Kältemitteldampf absorbiert.
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Durch das Verdampfen des Kältemittels im Sammelbehälter 5, dessen
Wärmeisolation durch die Kippbewegung wieder hergestellt ist, kühlt sich das Kondensat
bis auf die im Verdampfer i i herrschende Temperatur ab. Ist dieser Zustand erreicht,
dann hört die Verdampfung im Sammelbehälter auf, und die Verdampfung erfolgt nunmehr
im Verdampfer i i, womit die Kühlung beginnt. Der Kältemitteldampf steigt aus dein
Verdampfer I i durch das Rohr 13 nach oben in den Sammelbehälter 5 und wird in der
bereits beschriebenen Art absorbiert. Das Rohr 13 ist bis über die Flüssigkeitsoberfläche
hinaus in den Sammelbehälter eingeführt. Hierdurch gelangt der Kältemitteldampf
ohne Mischung mit der Flüssigkeit an die Oberfläche. Mitgerissene Flüssigkeitsteilchen
werden durch das Ablenkblech 18 zurückgehalten. In der
Weise wie
im Verdampfer i i das Kältemittel verdampft, fließt neues Kältemittel durch das
mit einer Öffnung 17 versehene Rohr 13 nach, bis der Sammelbehälter 5 leer ist und
das Kühlgerät in die Kochstellung zurückkippt. Der Gegenstromkocher hat sich während
der Kühlperiode in bekannter Weise wieder mit Flüssigkeit gefüllt.
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Die nicht mit verdampften Flüssi:gkeit:sreste sammeln sich am Boden
des Verdampfers i i und gelangen in das Rohr 12. Durch den statischen Druck des
Kältemittels im Sammelbehälter steigen sie bis auf die Linie c, entsprechend dem
Zustande, wie er in der Abb. 2 dargestellt ist. Der Kältemitteldampf hat jedoch
beim Austritt aus dem Sammelbehälter einen Druck entsprechend der Flüssigkeitsdifferenz
lt zu überwinden. Um diesen Betrag werden auch die Flüssigkeitsreste in der
Entwässerungsleitung 12 gehoben, so daß sie bis zur Linie d gelangen. Die Entwässerungsleitung
12 steht über dem Bogen 4.6 und der Leitung 16 mit der aus der Verbindungsleitung
14 zuströmenden Absorptionsflüssigkeit in offener Verbindung. Die fortlaufend strömende
Absorptionsflüssigkeit absorbiert aus dem Rohr 16 den Kältemitteldampf, so daß die
Flüssigkeit in der Entwässerungsleitung immer höher steigt, bis sie den Bogen 46
erreicht und in die Leitung 16 fließt, wo sie von :der Absorptionsflüssigkeit mit
fortgeführt wird. Die Leitung 12 ist am oberen Ende mit :der wärmeren Verbindungsleitung
9 durch die Metallstreifen 44 verbunden. Gelangt die Flüssigkeit bis zu dieser
Höhe, so tritt durch die Erwärmung Verdampfung des noch gelösten Kältemittels ein,
und der Übertritt der Flüssigkeit wird eingeleitet bzw. unterbrochen. Begünstigt
wird die Entwässerung der Leitung 12 bzw. des Verdampfers i i durch das Hinundherpendeln
des Flüssigkeitsspiegels in dem Rohr 16 oberhalb der Verbindungsleitung 14. Das
Pendeln des Flüssigkeitsspiegels wird durch die Druckschwankungen, die bei der Förderung
rder Absorptionsflüssigkeit im Rohr 4 entstehen, hervorgerufen.
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Die Regelung (der Entwässerung wird durch Verändern des Wärmeüberganges
zwischen der Leitung 12 und 9 beispielsweise durch Verändern der Verbindungsstreifen
44 vorgenommen. Eine weitere Regelung der Entwässerung erfolgt dadurch, daß das
Pendeln bzw. der Abfluß der Flüssigkeit durch Verändern des Durchtrittsquerschnittes
bei 2o geändert wird.
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Die Entwässerung wird durch beide Maßnahmen so eingestellt, daß sich
am Entwässerungsrohr 12 an der Austrittsstelle aus dem Kühlschrank, beispielsweise
bei i9, kein Reif ansetzt. Die Regelung kann auch von der Temperatur, .die an :der
Stelle i9 herrscht, beeinflußt werden, beispielsweise durch mechanische Veränderung,der
Glieder 44 und 2o.
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Der gemeinsame Behälter 23 wird während der Heizperiode durch die
abziehenden Heizgase mit erwärmt. Die Heizgase strömen zwischen :dem Schutzmantel
34 und dem Behälter nach oben. Die Erwärmung ist naturgemäß am unteren Ende am größten.
Die Heizgase werden hierdurch auf das bestmöglichste ausgenutzt. Während der Kühlperiode
ist der Behälter 23 der freien Luft ausgesetzt und wird dadurch gekühlt. Durch die
Kippbewegung hebt sich der Schutzmantel 34 von dem Unterteil 3, und die Luft
kann ungehindert längs der Oberfläche entlang streichen. Durch diese Maßnahme wird
eine wirksame Kühlung der Absorptionsflüssigkeit erreicht, so daß eine möglichst
hohe Sättigung vorgesehen werden kann.
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In .dem Behälter 23 (Ab.b. 3) sind Vorratsbehälter 1o, Temperaturwechsler
22, 36 und Gegenstromkocher i zu einer Einheit zusammengebaut. Der Vorratsbehälter
ist durch eine dünne Trennwand 41 von dem Gegenstromkocher getrennt und mit ihm
durch den siphonartigen Überlauf 38 verbunden. Der Gegenstromkocher besteht
im wesentlichen aus zwei ineinandergesetzten dünnwandigen zylinderartigen Hohlkörpern
39 und 4o. Der sich beim Kochen entwickelnde Dampf steigt durch das Rohr 26 nach
oben und nimmt die entgaste Flüssigkeit in Form von Flüssigkeitstropfen mit. Der
Dampf trennt sich im Oberteil 33 von der Flüssigkeit, die sich im Rohr 37
sammelt und abwärts fließt. Die Flüssigkeit gelangt dann zwischen den Hohlzylindern
39 und 4o nach oben und fließt durch das Rohr 22 über den Regulierschwimmer 24 in
das obere Ende des Vorratsbehälters io.. Von hier läuft die entgaste Flüssigkeit
langsam im Zickzack nach unten, bis die gesamte Absorptionsflüssigkeit entgast ist.
Die heiße Flüssigkeit gibt ihre Wärme im unteren Teil an die Zylinderwandung 39
und im oberen Teil an die auf dem Rohr 22 sitzenden Kühlrippen 36 ab. Die Kühlrippen
übertragen die Wärme auf die langsam im Zickzack zum Kocher fließende reiche Absorptionsflüssigkeit.
Im oberen Teil des Vorratsbehälters io dienen die Kühlrippen nur als Trennwände,
damit die Flüssigkeit nicht durcheinanderströmen kann und die gesamte reiche Flüssigkeit
unvermischt in dem Kocher gelangt.
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Die entgaste Flüssigkeit ist jedoch spezifisch schwerer als die noch
gesättigte Lösung, was der Zirkulation der Flüssigkeit, namentlich zu Anfang der
Kochperiode, hinderlich entgegensteht. Um :dieses Hindernis zu überwinden, wird
die entgaste Flüssigkeit unter
einen zusätzlichen Druck gesetzt.
Der im Dampfdom 33 angesammelte Dampf tritt in das Rohr 27 und muß erst die Flüssigkeitsvorlage
28 passieren. Zu Anfang der Kochperiode ist der Kocher bis an den Dampfdom 33 mit
angereicherter Flüssigkeit gefüllt, der Dampf muß also zu Anfang die höchste Flüssigkeitssäule
überwinden. Die entgaste Flüssigkeit .im Rohr 37 steht also anfangs unter dem höchsten
Zusatzdruck. 'Nach und nach nimmt das Volumen der Absorptionsflüssigkeit ab, und
es entsteht der Hohlraum 25. Der Dampf hat dann nur noch .die Vorlage
28 zu durchströmen, die entsprechend dem Umlaufwiderstand der Flüssigkeit
bemessen ist. Der Regulierschwimmer 2.4 regelt den Umlauf entsprechend der Entgasung,
und die durch das Förderrohr 26 zu viel gehobene Flüssigkeit fließt durch das Rohr
27 in den Kocher zurück, wo sie durch -die kleinere Öffnung 30 wieder zur Kochstelle
gelangt.
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Die :gleiche Menge Flüssigkeit, die der Schwimmer durchströmen läßt,
fließt über den Überlauf 3$ in den Gegenstromkocher zurück. Die aus dem Vorratsbehälter
kommende, noch nicht entgaste und bereits vorgewärmte Flüssigkeit läuft zwischen
der Behälterwand 23 und ider Zylinderwand 39 abwärts. Die Zylinderwand 39 ,ist mit
einer mehrgängigen Spirale 29 umgeben, so daß sich Kanäle ergeben, in denen die
Flüssigkeit ohne Vermischung abwärts fließt. Längs dieses Weges wird die Flüssigkeit
bis auf die Entgasungstemperatur vorgewärmt und bereits entgast, soweit :die nach
oben strömende heiße arme Flüssigkeit und die außen vorbeistreichenden Abgase eine
Entgasung herbeizuführen vermögen. Der Dampf nimmt den Weg entsprechend dem Pfeil
3 i, während die Flüssigkeit einen Weg nimmt, .der durch Gien Pfeil 32 gekennzeichnet
ist. , Der zwischen .den Außenzylindern entwikkelte Dampf gelangt nach dem Raum
4.2 und von hier aus reit dem Dampf aus Raum 25 in ,das Abzugsrohr 2. Das Rohr :2
geht durch den Vorratsbehälter io hindurch. Hierdurch wird das mit verdampfte Wasser
abgeschieden und fließt in den Kocher zurück. Die Anordnung :des Kochers in Verbindung
mit den zusammengebauten Teilen gewährleistet die bestmö:glichste Ausnutzung der
aufgewendeten Wärme.
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Während der Koch- und Kühlperiode hat der Vorratsbehälter io am oberen
Ende stets die niedrigste Temperatur, außerdem ist am unteren Ende stets eine reichere
Lösung vorhanden, so daß im oberen Teil niemals ein von Flüssigkeit freier Raum
entstehen kann.
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Abb. .4 zeigt :den schematischen Zusammenbau. Die oberhalb des Schrankes
befindlichen Geräteteile sind :durch eine Abdeckung geschützt, die mit reichlich
bemessenen Ventilationsöffnungen versehen ist, so daß eine gute Kühlung der gesamten
Apparatur erfolgen kann. Der Verdampfer ist durch ein Schutzgitter 4.3 vor zufälligen
Hemmungen geschützt, die die Kippbewegungen stören könnten: Der gemeinsame Behälter
23, der den Gegenstromkocher, den Temperaturwechsler und den Vorratsbehälter enthält,
kann auch waagerecht, ähnlich wie oder Gegenstromkocher im Hauptpatent, angeordnet
sein. Es kann auch eine geneigte Lage von Vorteil sein. Diese nicht dargestellten
Anordnungen können für einen leichteren Umlauf der Absorptionsflüssigkeit oder auch
aus baulichen, platzsparenden Gründen sich als günstiger eiweisen.