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Kontinuierlich wirkende Absorptionskältemaschine Es ist bereits eine
kontinuierlich wirkende Absorptionskältemaschine bekannt, bei der zwei Austreiber
hintereinander und übereinander angeordnet und durch eine Rohrleitung unmittelbar
miteinander verbunden sind. Von dem oberen der beiden Austreiber steigt der Kältemitteldampf
mit Absorptionslösung vermischt in einem Heberohr zu einem Gasabscheider empor.
Es ist ferner bekannt, eine Absorptionskältemaschine unter Ausnutzung der von der
Natur ohne Mitwirkung des Menschen gebildeten Temperaturunterschiede in der Weise
zu betreiben,, daß mittels der höheren Temperatur ein Dampf aus einer Absorptionsflüssigkeit
ausgetrieben wird und da-ß mittels einer niedrigen Temperatur einerseits der Dampf
zwecks Verflüssigung und anderseits die Absorptionsflüssigkeit zwecks Wiederaufnahme
des Dampfes gekühlt wird. Zu diesem Zweck wird eine Einrichtupg verwendet, in der
eine mit Wasser als Kältemittel :angereicherte Schwefelsäure nacheinander über mehrere
als Heizstellen wirkende sonnenbestrahlte Rohrleitungen in entsprechende Abscheidegefäße
gelangt. Der entstehende Wässerdampf wixd in entsprechende Kondensations- bzw. Absorptionseinrichtungen
geleitet. In dieser Einrichtung findet eine von Abscheideraum zu A.bscheideraum
eintretende Druckentlastung statt, so daß durch die bei jeder Heizstelle erneut
zugeführte Wärme in den vorhandenen Räumen die weitere Austreibung von Wasser aus
der Schwefelsäure erfolgen kann. Sowohl die Absorptionsflüssigkeit als auch das
Kältemittel steigt dabei von dem einen Abscheideraum über die Heizstelle zu dein
nächsten, räumlich höher gelegenen Abscheideraum. Bei dieser Einrichtung handelt
es sich um einen stufen- oder treppenförmigen Aufbau der Heizstellen und Ausgleichsgefäße,
welche einen vergleichsweise großen Platzbedarf, insbesondere in bezug auf die räumliche
Anordnung in der Höhe, aufweist.
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Es sind weiterhin bereits Einrichtungen beschrieben worden, bei denen
zwei parallel arbeitende Heizstellen mit getrennten Steigrohrleitungen und Dampfabscheidern
angeordnet sind. Bei diesen Vorrichtungen handelt es sich um Absorptionskältemaschinen
mit zwei ,zueinander parallel liegenden Austreibern, die entweder zwei fast vollkommen
getrennten Kreisläufen zugeordnet sind oder bei denen die Vorgänge in den Verdampfern
und
Absorbern sich unter verschiedenen Drücken abspielen. Dabei
kann jeder Heizstelle eine zu einem Gasabscheider aufsteigende Leitung zugeordnet
sein; es besteht jedoch keinerlei Zwangsläufigkeit hinsichtlich einer gegenseitigen
Zuordnung.
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Es ist ferner eine Einrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum
Betrieb von Absorptionskältemaschinen mit einer nach dem Thermosiphonprinzip umlaufenden
Absorptionsflüssigkeit mit Förderung der Lösung von einer beheizten Förderstelle
zu einem höheren Ort bekannt, bei der drei nebeneinan.derliegende Kocher angeordnet
sind, deren verschiedene Flüssigkeitshöhen durch Überläufe miteinander in Verbindung
stehen. Dabei ist der erste Kocher mit dem zweiten durch ein horizontales Rohr,
der zweite mit dem dritten Kocher durch ein schräg nach unten verlaufendes Rohr
verbunden. Das aus dem dritten Kocher ausgetriebene Gas strömt durch den Gasrauen
des zweiten Kochers zu dem .des ersten Kochers und v an dort durcheine Rektifiziersäule
zu dein Kondensator. Der Flüssigkeitsumlauf in dieser bekannten Einrichtung erfolgt
also durch die auf gleicher Höhe und in Serie liegenden, miteinander verbundenen
drei Kocher bzw. Förderstellen, wobei .die Verbindungsleitung vom ersten zum zweiten
Kocher unmittelbar von dem ersten Kocher selbst ausgeht, ohne einen Abscheider zu
bilden oder damit in Verbindung zu stehen. Auch der zweite Kocher weist keinen Abscheider
im Sinne der vorliegenden Erfindung auf. Der Flüssigkeitsraum dieses Kochers, in
dem zwar eine Trennung der Kocherflüssigkeit von dem Gas stattfindet, wird durch
ein Rohr gebildet, das das in seiner Mitte liegende Siphonrohr konzentrisch umgibt.
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Bei kontinuierlich wirkenden Absorptionskältemaschinen ist es verhältnismäßig
einfach, vorgeschriebene Abmessungen der Bautiefe und Baubreite des Maschinenaggregates
einzuhalten. Besondere Schwierigkeiten bereitet jedoch die Einhaltung einer vorgeschriebenen
geringen Bauhöhe. Die Forderung einer gcringeren_ Bauhöhe bekommt um so größere
Bedeutung, je kleiner der Raum bemessen ist, in dein die Kältemaschine mit bestimmter
Leistung untergebracht werden soll. Diese Aufgabe besteht insbesondere beim Einbau
kontinuierlich wirkender Absorptionskältemaschinen inKühlschränken für Haushaltungszwecke.
Durch die bisher bekannten Einrichtungen könnte die Absicht einer möglichst -weitgehenden
Verringerung der Bauhöhe nicht verwirklicht werden.
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Man hat schon versucht, die Bauhöhe bei kontinuierlich arbeitenden
Absorptionsapparaten, bei denen ein Generator, ein Absorber und eine Anzahl von
Förderstellen in Serie angeordnet sind, dadurch möglichst niedrig zu halten, daß
der Absorber in .der Nähe des Bodens der Einrichtung angeordnet ist und der Flüssigkeitsspiegel
in dem Generator so niedrig wie möglich liegt. Die bei dieser benannten Vorrichtung
verwendeten beiden Kocher liegen nicht in verschiedenen Höhen. sondern sind nebeneinander
angeordnet, und die Austreibung findet durch eine gemeinsame Leitung statt. Der
nachgeschaltete Kocher steht mit einem Abscheidegefäß durch eine absteigende Leitung
in Verbindung, und zwar stellt dieses Gefäß den Gasabscheider für beide Kocher dar.
Die der Erfindung zugrunde liegenden Überlegungen finden jedoch bei dieser bekannten
Maßnahme keinerlei Anwendung. Zur Überwindung der bei kontinuierlich arbeitenden
Absorptionskältemaschinen hinsichtlich der Bauhöhe bestehenden Schwierigkeiten wird
gemäß der Erfindung ein ganz neuer Weg beschritten. Ausgehend von der Annahme eines
konstanten Verhältnisses von Eintauchtiefe und Förderhöhe wird gemäß der neuen Regel
infolge einer eigenartigen Anordnung von Heizstellen und Abscheidern zueinander
in überraschender `"eise eine sehr bemerkenswerte Verringerung der Bauhöhe erzielt.
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Die Erfindung betrifft eine kontinuierlich wirkende Absorptionskältemaschine
mit zwei oder mehr Heizstellen, deren jeder eine zu einem Gasabscheider aufsteigende
Leitung zugeordnet ist und bei der die Heizstellen im Kreislauf der Absorptionslösung
so hintereinander angeordnet sind, daß .die zweite bzw. die folgenden Heizstellen
von dem der jeweils vorhergehenden Heizstelle zugeordneten Gasabscheider aus mit
Absorptionslösung beschickt werden. Die neue Einrichtung zeichnet sich .dadurch
aus, daß die zweite bzw. die unmittelbar folgenden gegenüber der bzw. den vorhergehenden
Heizstellen jeweils erhöht angeordneten Heizstellen mit dem jeweiligen Gasabscheider
der vorgeordneten Heizstelle durch eine abfallende, von diesem Gasabscheider zu
der zugeordneten weiteren Heizstelle führende Leitung verbunden sind.
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Durch .die Unterteilung des Fördersystems gemäß .der Erfindung in
mehrere Heiz- bzw. Förderstellen wird eine Verkleinerung der Bauhöhe des Fördersystems
in weiten Grenzen möglich.
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Wie eingehende Überlegungen zeigten, wird der Grenzwert der größten
möglichen Höhenersparnis bei gegebener Bauhöhe des Absorbers, der für die Bauhöhe
des Maschinenaggregates in der Hauptsache bestimmend ist, schon bei. einer Unterteilung
in etwa zehn Heizstellen praktisch erreicht. Aber auch bei einer für die praktische
Ausführung noch
tragbaren Unterteilung in vier Heizstellen wird
bereits der größte Wert der Höhenersparnis zu etwa 8o °/o erreicht. Die nachstehende
Berechnung soll die vorstehenden Ausführungen veranschaulichen.
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Die Größe W ist die durch den Absorber von bestimmter Leistung gegebene
Mindestbauhöhe der Maschine. x ist das Verhältnis der Förderhöhe 11 zur Eintauchtiefe
E der Mammutpumpe als Fördersystem. Der Einfachheit halber sei angenommen, daß das
Verhältnis x für alle Pumpensysteme konstant bleibt. ii ist die Anzahl der Heizstellen
bzw. Fördersysteme und kann die Werte von i bis oo annehmen.
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Die allgemeine Gleichung, die den Zusammenhang der gesamten Bauhöhe
des Mehrfachfördersystems F mit der Mindestbauhöhe W, dem Verhältnis
x und der Anzahl der Förderstellen iz angibt, lautet
Für W = 300, x = HIE = 3 ergibt die Grenzbetrachtung folgende Werte:
(i) Für n=oo, d. i..derFall, wo die Höhenersparnis ihren größten Wert erreicht,
ist
da
(2) Für n = z, also eine einzige Förderstelle. ist
Größte Ersparnis mit it = oo gegenüber n = i A F" - F, - F"#
- ioo mm - zoo °/o .
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(31 Für U = 4 ist
Die Höhenersparnis mit lt = 4 gegenüber n= oo macht demnach .bereits
der größten möglichen Ersparnis aus. Dieser Wert bleibt unverändert, ganz gleich,
wie groß W ist. Dasselbe ist auch der Fall unabhängig davon, wie groß
x = HIE ist. Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, daß bei der
Einrichtung gemäß der Erfindung die aus dem ersten Austreiber in den dazugehörigen
Dampfabscheider beförderte Absorptionsflüssigkeit bereits einen großen Teil des
aufgenommenen Kältemittels direkt zur Kondensation abgibt, während gegebenenfalls
der in dem zweiten oder letzten Austreiber ausgetriebene Kältemitteldampf einer
Rektifikation bedarf.
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Gemäß .der weiteren Erfindung ist es vorteilhaft, zwischen dem Absorber
und dem ersten Austreiber ein Ausgleichsgefäß einzuschalten, durch das eventuell
auftretende Druckschwankungen und Stauungen im System, insbesondere Unstimmigkeiten
in der Förderleistung :der Förderstellen beseitigt werden. Dieses Ausgleichsgefäß
ist mit dem ersten Austreiber durch eine Flüssigkeitsleitung und mit dessen Dampfabscheider
durch eine Abzweigung aus dem Dampfraum verbunden. In das Ausgleichsgefäß kann aber
auch der aus dem zum zweiten oder weiteren Austreiber gehörenden Gasabscheider ausströmende
Kältemitteldampf geführt werden, wobei durch das Ausgleichsgefäß noch eine weitere
Funktion, nämlich die .der Rektifikation -dieses Kälternitteldampfanteils, ausgeübt
wird In der Zeichnung ist .der Gegenstand der Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen
schematisch dargestellt, und zwar sind in jedem Falle zwei Austreiber (Heizstellen)
angenommen. In der Fig. i sind die beiden Austreiber mit i und 2 bezeichnet. Die
für beide Austreiber gemeinsame elektrische Heizeinrichtung trägt das Bezugszeichen
3. Aus den beiden Austreibern wird der Kältemitteld'ampf und ein Teil der Absorptionsflüssigkeit
in bekannter Weise durch die Steigrohre und 5 in die zugehörigen Gasabscheider 6
und 7 befördert. Von dem dem ersten Austreiber i zugeordneten Gasabscheider 6 fließt
die Absorptionsflüssigkeit durch eine Gefällleitung 8' in .den zweiten Austreiber
2, in dein eine weitere Menge Kältemitteldampf ausgetrieben wird und dann zusammen
mit der Absorptionsflüssigkeit in den Gasabscheider 7 aufsteigt. Der im Gasabscheider
6 abgeschiedene Kältemitteldampf wird durch die Rohrleitungen 8, 9 dem Kondensator
12 zugeführt. Der aus dem Gasabscheider 7 stammende Arbeits:mitteldampf gelangt
in einen Rektifikator io, wo er getrocknet und der mitausgetriebene Lösungsmitteldampf
in der Absorptionsflüssigkeit niedergeschlagen wird. An den Rektifikator io schließt
sich mittels der Leitung 9 der Kondensator 12. Das Kältemittelkondensat wird einem
Verdampfer 13
zugeführt. Das verdampfte Kältemittel wird in bekannter Weise
unter Verwendung eines
Hilfsgases einem Absorber r 5 zugeführt.
Als Umwälzeinrichtung dient dabei eine elekfrcmagnetische Blaseinrichtung 14.. Das
Gasgemisch strömt aus dem V erdampfer durch die Leitung 1g, die mit der Leitung
17 einen Gastemperaturwechsler bildet, über die Zuführungsleitung 20 zu dem Absorber
15. Am oberen Teil des Absorbers wird die aus dem zweiten Gasabscheider 7 abfließende
arme Absorptionsflüssigkeit durch die Leitung 21 zugeführt. Diese arme Absorptionslösung
nimmt im Absorber 15 aus dem Gasgemisch das Kältemittel auf und fließt als reiche
Lösung durch einen Rohrstutzen 22 und die Leitung 24, die mit der Leitung 21 einen
Temperaturwechsler 23 bildet, wieder zum ersten Auatreiber zurück. Die Rohrleitungen
23 und 21, die die mit dem Kältemittel angereicherte Flüssigkeit bzw. die arme Absorptionslösung
vom Absorber ab- bzw.diesem zuführen, bilden in bekannter Weise einen Temperaturwechsler.
Am Boden des Verdampfers 13 ist noch eine Rohrleitung 25 vorgesehen, durch die im
Verdampfer vorhandene überschüssige Flüssigkeitsmengen dem Absorber und von dort
aus dem allgemeinen Lösungskreislauf wieder zugeführt «-erden.
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Aus der Fig.2 ist die Anordnung eines Ausgleichsgefäßes 26 zu entnehmen.
Die @ibrigen Teile der Einrichtung stimmen mit denen der Fig. i überein und weisen
die gleichen Bezugszeichen auf. Das Ausgleichsgefäß 26 ist an die Rückleitung 2.1.
für die Absorptionsflüssigkeit angeschlossen und zum Teil mit .dieser gefüllt. Im
unteren Teil ist das Ausgleichsgefäß durch eine Flüssigkeitsleitung 27 mit dem Austreiber
r verbunden. Die Leitung 28 verbindet den Dampfraum des Gefäßes 26 mit dem Gasabscbeider
6 .des ersten Austreibers.
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Das Ausgleichsgefäß 26 hat in der. einfachen Ausführung nach Fig.
2 im wesentlichen die Aufgabe einerseits der Pufferung (Rückschlagsicherung) und
anderseits der sicheren Einhaltung der für den Lösungsumlauf erforderlichen Eintauchtiefe.
Das Gefäß dient aber auch zur Aufnahme des Lösungsüberschusses der ersten Förderstelle.
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Bei der praktischen Ausführung einer Einrichtung gemäß der Erfindung
wird die Bemessung aller Teile so vorgenommen werden, daß sich der Flüssigkeitsspiegel
im Gasabscheider 6 normalerweise etwas unterhalb der oberen cffnung -des Heberohres
.4, damit aber auch unterhalb der Öffnung des Rohres 28 einstellt. Tritt nun der
Fall einer als durchaus normal anzusprechenden Konzentrationsschwankung in der Flüssigkeit
ein, so wird die erste Heizstelle mehr Flüssigkeit fördern als die zweite, die mit
geringerer Konzentration arbeitet, weiterbefördern kann. In diesem Falle würde im
Gasabscheider 6 dann eine Stauung der Flüssigkeit mit einer gleichzeitigen schädlichen
Überschwemmung des Heberohres d. eintreten, wenn nicht das Verbindungsrohr 28 vorhanden
wäre. Durch dieses Rohr, das in das Innere des Gasabscheiders 6 führt und dessen
Öffnung in gleicher Höhe mit der oberen Öffnung des Rohres .4 liegt, wird der vorbeschriebene
Nachteil vermieden. Darüber hinaus wird aber noch verhindert, daß unter Umständen
Lösung auf direktem Weg durch das Rohr 8 in den Kondensator gelangt. Das Rohr 28
hat schließlich noch die weitere Aufgabe des Druckausgleichs zwischen .den Gefäßen
6, 7 und 26.
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Die Fig. 3 zeigt die Verwendung des Ausgleichsgefäßes 26, das hinsichtlich
der Zu-und Ableitung der Absorptionsflüssigkeit mit der Anordnung gemäß Fig. 2 übereinstimmt,
zugleich als Rektifikator. Der aus dem zweiten Abschei.der 7 kommende Kältemitteldampf
wird in den Dampfraum des Gehäuses 26 unten durch die Leitung i i' eingeführt. Der
Dampf verläßt. das Gefäß 26 oben durch die Leitung r r und durchströmt, bevor er
sich mit dem Kältemitteldampf aus dem ersten Gasabscheider 6 mischt, die Rektifikationseinrichtung
ro. Die vereinigten Kältemittelanteile «-erden nach ihrer Kondensation in dem Kondensator
12 einem Verdampfer zugeleitet. Die Trocknung des aus dem Gasabscheider 7 über die
Leitung r r' kommenden Dampfes im Rektifikator erfolgt mittels eines Teiles der
noch reichen Lösung aus dein Gasabscheider 6, die dem Rektifikator über die Leitung
28 zufließt. Zu @diesetn Zweck muß die Beheizung des Kochers r so bemessen werden,
daß die Menge der in den Gasabscheider 6 geförderten Lö= sang um .diesen Anteil
größer wird. Dieser Lösungsüberschuß nimmt .am allgemeinen Lösungsumlauf nicht teil,
sondern zirkuliert nur innerhalb der Teile r, ¢, 6, 28, 26 und 2; und zum alleinigen
Zweck der Rektifikation.
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Auch der Rücklauf- aus dem Teil 1o des Kondensators fließt in den
Rektifikator 26 und nimmt nur an der Dampftrocknung, jedoch nicht am allgemeinen
Lösungskreislauf teil.