-
Absorptionskältemaschine Die Erfindung bezieht sich auf Absorptionskältemaschinen,
insbesondere für Haushaltkühlschränke, in denen das verflüssigte Kältemittel in
ein indifferentes Hilfsgas hinein verdampft, welches durch eine mechanische Fördervorrichtung
durch Absorber und Verdampfer hindurch in Umlauf versetzt wird und zugleich die
Förderung der Absorptionslösung mittels einer Gasblasenpumpe bewirkt. Die Erfindung
bezweckt, eine Kältemaschine dieser Art zu schaffen, bei der die Förderung der Absorptionslösung
in einer besonders zweckmäßigen Weise bewirkt wird.
-
Gemäß der Erfindung wird dieser Zweck dadurch erreicht, daß zur Förderung
der Absorptionslösung nur ein verhältnismäßig schwacher Teilstrom des Hilfsgases
benutzt wird, der auf der Druckseite der mechanischen Fördervorrichtung abgezweigt
wird und durch eine ventillose Leitung zur Gasblasenpumpe gelangt.
-
Als mechanische Fördervorrichtung kann dabei ein elektromotorisch
betriebener Ventilator dienen, der das Hilfsgas, beispielsweise Stickstoff, durch
den Absorber und den Verdampfer hindurchbewegt und auf dessen Druckseite der Hilf
sgasteilstrom, der zur Förderung der Absorptionslösung bis zum oberen Ende eines
oder mehrerer Absorber dient, abgezweigt wird.
-
Es ist an sich bekannt, eine vom unmittelbaren Hilfsgaskreislauf durch
Verdampfer und Absorber abgezweigte Hilfsgasmenge nach Vermischung mit Kältemitteldämpfen
zur Förderung von Absorptionslösung in einer Gasblasenpumpe zu verwenden. Hierzu
muß aber -bei der bekannten Absorptionskältemaschine der Verdampfer durch eine poröse
Wand, durch welche hindurch die abgezweigte Hilfsgasmenge diffundiert> in zwei Teile
unterteilt sein. Voraussetzung ist ferner, daß das Kältemittel ein höheres Molekulargewicht
für das Hilfsgas hat, da andernfalls ein zur Aufrechterhaltung des Gas- und Lösungskreislaufs
ausreichender Überdruck im Hilfsgasstrom nicht entstehen würde. Der
Gegenstand
der Erfindung ist von diesen Beschränkungen frei. d.11. man kann sowohl einen Verdampfer
normaler Bauart als auch ein verhältnismäßig schweres und dichte' Hilfsgas. beispielsweise
Stickstoff, verwen-, den, was zii besonders geringen Abmessungen und geringem Kraftbedarf
der mechanischen Fördervorrichtung führt.
-
Ferner ist es bei Absorptionskältemaschinen mit durch eine mechanische
Fördervorrichtung umgewälztem Hilfsgas bekannt, die gesamte Hilfsgasmenge zur Förderung
der Absorptionslösung in einer Gasblasenpumpe zu verwenden. Bei der im Verhältnis
zu der in der Zeiteinheit umlaufenden Al>sorptionslösungsinenge in der Regel sehr
großen, in der gleichen Zeit durch Verdampfer und Absorber umzuwälzenden Hilfsgasmeiige
bedingt dies eine häufig unerwünschte Verstärkung der Aus-?, sowie der Absorberkühlung,
die beim Erfindungsgegenstand dadurch vermieden sind, daß zur Förderung der Absorptionslösung
nur ein verhältnismäßig kleiner Teilstrom des Hilfsgases herangezogen zu werden
braucht. Außerdem kann beim Gegenstan i der Erfindung die Kälteleistung in einfachster
Weise durch eine entsprechende Reglung der Drehzahl des Motors der mechanischen
Gasfördervorrichtung geändert werden, während bei der vorbekannten Absorptionskältemaschine
hierzu besondere, gegebenenfalls einstellbare Einrichtungen (Ventile und Drosselorgane)
erforderlich sind, deren Vermeidung. insbesondere bei Kleinkälteniaschinen für Haushaltzwecke,
als sehr wünschenswert erscheint.
-
In der Zeichnung ist die Erfindung all zwei Ausführungsbeispielen
schematisch veranschaulicht, und zwar zeigt Fig. i das teilweise im Schnitt gehaltene
erste Ausführungsbeispiel und Fig. 2 das zweite Ausführungsbeispiel. Die in Fig.
i dargestellte kontinuierlich wirkende Absorptionskältemaschine bestellt aus einem
mit einem Rektifikator zusammengebauten Kocher B, einem Wasserabscheider R, zwei
Absorbern .-1' und .h, einem luft--ekühlten Kondensator(,', einem Verdampfer E,
einer mechanisch angetriebenen Gaspumpe F und zwei durch Gas betriebenen Flüssigkeitsfördervorrichtungen
P' und P=. Die genannten Teile sind durch Rohrleitungen miteinander verbunden, voll
denen einige einen Temperaturwechsler bilden.
-
Der mit dem Rektifikator zusammengebaute Kocher B bestellt aus einem
liegenden Kocher to und einem an diesen sich anschließenden aufrechten Rektifikator
i i. Vorn oberen Ende des Rektifikators i i führt eine Gasleitung i2 über den Wasserabscheider
R zum oberen Ende des Kondensators C. Das untere Ende 13 des Kondensators C mündet
in den oberen 'feil des Verdampfers E.
-
Die beiden Absorber A1 und A2 sind als ;liegende Gefäße in geneigter
Anordnung ausgebildet, die bei 16 miteinander in Verbindung stehen. Die beiden Absorber
A' und A' liegen tiefer als der Verdampfer E und sind mit diesem durch Gasleitungen
14 und 15 verbunden. Von der Verbindungsstelle 16 der beiden _\llsorber aus führt
eine Leitung 17 zur Sangseite eines Ventilators, der in dem Gehäuse 18 der durch
einen Elektromotor ig angetriebenen Gaspumpe untergebracht ist. Durch eine Leitung
20 wird das von dem Ventilator geförderte Gas dem Verdampfer E zugeführt, während
die Leitung id das mit Kältemitteldampf beladene indifferente Gas vorn Verdampfer
E abführt. Bei 21 stehen die Gasleitungen 14 und 20 in Wärmeaustausch miteinander.
Die Absorber A' und A' sind an ihrer Außenseite mit wärmeabstrahlenden Rippen 23
versehen und enthalten in ihrem Innern Staukörper 22, welche das Herabfließen der
Absorptionslösung verlangsamen und dadurch die Berührung zwischen dieser und dem
reichen Gasgemisch inniger gestalteil. Der Kreislauf der Absorptionsflüssigkeit
enthält eine Leitung 2d., die vom unteren F_nde des Kochers io zum Unterteil eines
[)-Rohres 25 führt. Die beiden Schenkel 26 Und 27 dieses [)-Rollres sind bezüglich
mit dem oberen Ende der beiden Absorber A' und A'-' verbunden. Das [)-Rohr 25 stellt
einen Teil der beiden durch Gas betriebenen Flüssigkeitsförderpumpen P' und P' dar.
Vom unteren F_ilde der Absorber A' und A= führen Leitungen 28 und 29 zu einem Zwischengefäß
30, (las durch eine einen Flüssigkeitsverschluß bildende Leitung 31 mit dem mittleren
Teil der Rektifikatorsäule i i verbunden ist. Die Rohrleitungen 31 und 24 bilden
bei 3:I einen Temperaturwechsler.
-
Es wurde gefunden, daß ein ganz kleiner Ventilator. der mit verhältnismäßig
geringer Geschwindigkeit läuft, einen Druckunterschied hervorrufen kann, welcher
einer Anzahl Zentimeter Wassersäule entspricht, vorausgesetzt, daß das gasförmige
Medium, in welchem der Ventilator läuft, ein verhältnismäßig hohes Molekulargewicht
hat, wie es z. B. bei Stickstoff, der als Hilfsgas in einer Absorptionskältemaschine
verwendet wird, der Fall ist. Würde man ein Gas von niedrigem Molekulargewicht,
sie es z. B. Wasserstoff ist, verwenden, so wäre es notwendig, einen vielfach größeren
Ventilator zu wählen, zu dem dann natürlich ein entsprechend vergrößerter Antriebsmotor
und ein entsprechend erhöhter Stromverbrauch gehören würden. Die Anwendung eines
dichten indifferenten Gases bringt also ganz erhebliche
Vorteile
mit sich, die sich in Ersparnissen sowohl bei den Anlage- als auch bei den Betriebskosten
der Einrichtung auswirken.
-
Es ist ein besonderer Vorteil der vorstehend beschriebenen Einrichtung,
- daß sie gestattet, durch Erzeugung eines verhältnismäßig hohen Druckunterschiedes
im Hilfsgasumlauf sowohl die Förderpumpen für die Umwälzung der Absorptionslösung
zu betreiben als auch das Hilfsgas selbst umzuwälzen. Da es im übrigen erwünscht
ist, das druckausgleichende Hilfsgas in einer Absorptionskältemaschine kräftig umzuwälzen,
während andererseits die Menge des umgewälzten Gases wesentlich größer ist als die
Menge der strömenden Absorptionslösung, so genügt ein verhältnismäßig sehr kleiner
Teil des Hilfsgases, um die arme Absorptionslösung vom Kocher zu den Absorbern emporzuheben,
und die hierzu erforderliche Mehrarbeit ist ganz unbeträchtlich.
-
Demgemäß ist die Gaspumpe F mit einem ganz schwachen Motor i9 ausgerüstet,
der einen kleinen Ventilator antreibt.
-
Natürlich kann die Gaspumpe in jeder gewünschten Weise gesteuert werden,
sei es von Hand oder automatisch, z. B. in Abhängigkeit von irgendwelchen in der
Absorptionskältemaschine untergebrachten Temperaturreglern.
-
Die vorstehend beschriebene Einrichtung arbeitet wie folgt: Als Kältemittel
kann Ammoniak, als Lösungsmittel Wasser, als indifferentes Hilfsgas Stickstoff verwendet
werden. Der Kocher 1o enthält ein Gemisch von Ammoniak und Wasser und kann in beliebiger
Weise beispielsweise durch eine elektrische Heizpatrone oder durch Öl- oder Gasbrenner
erhitzt werden. Der unter der Einwirkung der Hitze sich aus der °Absorptionslösung
entwickelnde Kältemitteldampf durchströmt die Leitung 12 und den Wasserabscheider
R und gelangt oben in den Kondensator C. Etwa mitgerissener Wasserdampf wird im
Wasserabscheider R kondensiert und gelangt auf diese Weise in die Rektifikatorsäule
i i zurück.
-
Der Ammoniakdampf wird 'im Kondensator C verflüssigt, und das Kondensat
strömt abwärts durch die Leitung T 3 in den oberen Teil des Verdampfers E. Im Verdampfer
E verdampft das Kältemittelkondensat unter Kälteerzeugung in den Strom indifferenten
Hilfsgases hinein.
-
Die GaspumpeF verursacht eine Umwälzung des indifferenten Hilfsgases
zwischen dem Verdampfer und den Absorbern Al und A2, das reiche Gasgemisch strömt
abwärts durch' den Gastemperaturwechsler 21 und wird in den Absorbern A1 und A2
vom Kältemitteldampf befreit. . Das verhältnismäßig arme indifferente Gas, welches
oben aus den Absorbern austritt, gelangt über die Gaspumpe F und den Gastemperaturwechsler
zurück zum unteren Teil des Verdampfers E. Eine kleine Teilmenge des durch die Gaspumpe
F geförderten Hilfsgases wird mittels der Leitung 32 von der Leitung ao abgezweigt
und gelangt über das umgekehrte U-Rohr 33 zu ungefähr gleichen Teilen in die Schenkel
26 und 27 des U-Rohres 25. Die Verbindungsstellen zwischen den U-Rohren 25
und 33 liegen etwas unterhalb des normalen Flüssigkeitsspiegels der Absorptionslösung,
wodurch die Pumpwirkung der Flüssigkeitspumpe P1 und P2 zustande kommt. Das Gas
in den Schenkeln 26 und 27 des U-Rohres 25 steht daher unter einem höheren
Druck als das Gas im oberen Ende der Absorber; es werden daher abwechselnd Gasblasen
und Teilchen der armen Absorptionslösung von den oberen Enden der Rohrschenkel z6
und 27 zu den oberen Enden der Absorber A1 oder A2 gelangen. Von hier aus fließt
die Absorptionslösung abwärts über die Staukörper 22, wobei der die Absorber im
Gegenstrom zur Absorptionslösung durchströmende Kältemitteldampf absorbiert wird.
Die dadurch angereicherte Absorptionslösung gelangt über die Leitungen 28 und 29
in das Zwischengefäß 30 und von hier aus zurück zu einem Punkte der Rektifikatorsäule
11, nachdem sie in dem Temperaturwechsler 34 vorgewärmt worden ist.
-
Die reiche Absorptionslösung, die in den Rektifikator r z zurückkehrt,
kommt hier in unmittelbare Berührung mit Dampfblasen, die aus einem Gemisch von
Ammoniak und Wasserdampf bestehen. Da die reiche Absorptionslösung einen niedrigeren
Siedepunkt als die Flüssigkeit besitzt, aus welcher die genannten Dampfblasen entstehen,
so wird der Dampf teilweise niedergeschlagen. Die dabei frei werdende Kondensationswärme
wird an reiche Absorptionslösung abgegeben und bewirkt Austreibung von Amrnoniakdampf
aus derselben. Es ist einleuchtend, daß auf diese Weise eine große Wärmeersparnis
erreichi wird, erstens dadurch, daß dem Wasserabscheider R nur ein verhältnismäßig
geringer Teil der Arbeit überlassen wird, und zweitens dadurch, daß die sonst durch
den Wasserabscheider nach außen nutzlos abgegebene Wärme in der Rektifikatorsäule
zur Austreibung weiteren Kältemitteldampfes nutzbar gemacht wird.
-
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. a unterscheidet sich von dem nach
Fig. i in der Hauptsache nur dadurch, daß hier nur ein einziges Absorptionsgefäß
A vorgesehen ist, und daß demgemäß an. Stelle von zwei Gasförderpumpen zur Hebung
armer Absorptionslösung nur- eine einzige Pumpe P vorgesehen
ist,
welche reiche Lösung fördert. Der mit dem Rektifikator zusammengebaute Kocher besteht
aus einem liegenden Kochergefäß 5o und einer aufrecht stehenden Rektifikatorsäule
51. Vom oberen Ende des Rektifikators führt eine Gasleitung 5a über den Wasserabscheider
R zum oberen Ende des Kondensators C. Das Kondensat gelangt vorn unteren Ende des
Kondensators C über eine Rohrleitung 53 zum oberen Ende des Verdampfers E.
-
Der unterhalb des Verdampfers angeordnete Absorber <4 ist mit dem
Verdampfer durch Gasleitungen 54, 55 und 56 verbunden, von denen die Leitung 54.
und 56 bei 57 einen Gastemperaturwechsler bilden. Eine Gaspumpe F, die einen Elektromotor
58 und einen Zentrifugalventilator 59 enthält, ist zwischen die Leitungen 54. und
55 eingebaut.
-
Der Absorptionslösungskreislauf enthält eine Leitung 6o, die vom unteren
Ende des Kochers 5o zum oberen Ende des Absorbers A führt; eine zweite Leitung 61
verbindet <las untere Ende des Absorbers mit einem Zwischengefäß 62, das seinerseits
durch ein U-Rohr 63 mit einem aufrecht stehenden Gefäß 64. in der aus Fig. = ersichtlichen
Weise in Verbindung steht. Vom Gefäß 6.4 führt eine Leitung 65 die reiche Absorptionslösung
zu einem höher gelegenen Teil des Rektifikators 51 zurück, nachdem sie in dem Temperaturwechsler
66 eine Vorwärmung erfahren hat.
-
Um in diesem Absorptionslösungskreislaufsystem die Absorptionslösung
in Umlauf zu setzen, ist es notwendig, von dem Zwischengefäß 62 aus reiche Lösung
in das aufrecht stehende Gefäß 6-. emporzuheben. Es ist hierbei zu bemerken, daß
im normalen Betrieb der Flüssigkeitsspiegel etwa zwischen de-,ri oberen und unteren
Ende des Zwischengefäßes 62 steht. Durch die den Gegenstand dieser Erfindung bildende
Einrichtung wird nun die reiche Absorptionslösung aus dein Zwischengefäß
62 in das Gefäß 6.1. dadurch gefördert, daß von der Druckseite der Gaspumpe
F ein Teil des indifferenten Gases abgezweigt und in den linken Schenkel des EJ-Rohres
63 mittels der Leitung 67 eingeführt wird. Natürlich muß die Eintrittsstelle des
Rohres 67 in das U-Rohr 63 etwas tiefer liegen als der Flüssigkeitsspiegel in dem
linken Teil des U-Rohres 63. Andererseits befindet sich der Flüssigkeitsspiegel
in diesem Schenkel an einer etwas höheren Stelle als im Gefäß 62 infolge des von
der Gaspumpe F erzeugten Druckunterschiedes. Ein Entlüftungsrohr68 führt vom Gefäß
64 zur Gasumlauf-Leitung 54. Es leuchtet daher ein, daß in der Leitung 67 der Gasdruck
größer ist als im Gefäß 64. Infolgedessen bilden sich abwechselnd Blasen indifferenten
Gases und Pfropfen von Absorptionslösung in dem längeren Schenkel des U-Rohres 63,
und es wird Absorptionslösung auf ähnliche Weise in das Gefäß 6.4 emporgehoben,
wie es bei der Förderung der Absorptionslösung in die Absorber.4' und A= durch die
Gaspumpen P1 und P2 an Hand der Fig. i beschrieben wurde.
-
Die Wirkungsweise des durch Fig. a veranschaulichten Ausführungsbeispiels
entspricht in allem wesentlich der des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. i und bedarf
daher keiner ausführlichen Erläuterung.
-
Man kann dadurch, daß man die Geschwindigkeit der Gaspumpe F verändert,
oder dadurch, daß man die Pumpe teilweise stillsetzt, die Stärke sowohl des Gasumlaufs
als auch des Absorptionslösungsumlaufs weitgehend regeln. Das Verhältnis der Stärke
des Gasumlaufs zu derjenigen des Absorptionslösungsumlaufs bleibt dabei praktisch
in weiten Grenzen das gleiche. Wenn sich daher infolge von Temperaturschwankungen
oder Unterschieden in der Gaszusammensetzung zwischen den beiden Gasgemischsäulen
Unterschiede in der Gasdichte herausbilden, so bleibt die Stärke des Hilfsgasumlaufs
unabhängig von diesen Änderungen. Im übrigen ist die Stärke des Absorptionslösungsumlaufs
bei der vorstehend beschriebenen Einrichtung unabhängig von der Wärmemenge, die
dem Kocher zugeführt wird.
-
In Verbindung mit einem einzigen Absorber können auch zwei Flüssigkeitsumlaufpumpen
verwendet werden. Diese Pumpen können, wie Fig. t und z zeigen, entweder am Eintritts-
oder am Austrittsende der Absorptionsgefäße angeordnet werden.