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Kontinuierlich arbeitende Absorptions-Kältemaschine
| Die Erfindung betrifft eine kontinuierlich |
| arbeitende Absorpttionskältemaschine. |
| Es sind bereits konitinnierliich. arbeitende |
| Kältemaschinen bekannt, bei denen dite auf- |
| tretenden Druckunterschiede dutreh Flüssig- |
| keitssäulen aufrechterhalten werden: und der |
| Flüssigkeitsraum dies: Kochers m,it detm Ab, |
| siorber über eigne nach; unifern gekrümmte U-Rohx- |
| Einrichtung und steine Dampfraum mit dem |
| Kondensator über eine nach oben gekrümmte, |
| in den Kondensator an seinem unteren: Ende |
| mündende U-Rohr-Einrichtung verbunden; ist. |
| Die bei diesen Einrichtungen notwendigen |
Druckunterschiede und damit die Flüs:sdglceitssäulen sind jedoch sehr groß, was;
zu. Schwierigkeitten in der praktischen Ausführung derartiger Maschführt.
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Erfindungsgemäß besteht der Kondtensabo-r aus einem senkrechten Rohr,
von dessen oberem Ende eine Leitung zu dem tiefer liegenden Verdamp,for führt, von
dem ein in den Flüssigkeitsvorrat dies. Absorbers- eintauchendes Absorptionsrohr
ausgeht; hierbei hält während des Betriebes die Flüssigkeitssäule, die stich zwichien
der Stehle, an; der dies vors dem Dampfraum dies. Kochers ausgehende
U-Rohr
in den Kondensator einmündet, und der Stelle befindet, von der die Leitung zur Verbindung
mit dem Verdampfer abgeht, der Flüssigkeitssäule zwischen den Flüssigkeitsspiegeln
im Kocher und im Absorber das Gleichgewicht.
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Der Erfindungsgegenstand arbeitet auf diese Weise als Resorptions-ILäItemaschi::e.
bei der auf bekannte Art. zwecks Erreichung geringer Drucke das Kältemittel nicht
kondensiert, sondern von einem geeigneten Stoff reabsorhiert oder resorbiert wird,
der bei der Erfindung durch Wasser unter Benutzung von Ammoniak als Kältemittel
dargestellt wird. Statt der Verdampfung tritt die Entgasung des Kältemittels aus
dem Absorptionsmittel ein. Der Kondensator kann daher auch auf bekannte Art Resorber
und der Verdampfer Entgaser genannt werden. Durch die Erfindungsmaßnahmen ergeben
sich geringe Druckunterschiede und damit kleine Flüssigkeitssäulen zum Aufrechterhalten
dieser Druckunterschiede. Die Flüssigkeitssäulen sind so klein, daß der Erfindungsgegenstand
ohne Schwierigkeiten in einem Haushaltskühlschrank eingebaut «-erden kann. Als weiterer
Vorte:ilerg'cbt sichderFortfall vonbesonderen Abscheidgefäßen, wodurch die Maschine
vereinfacht wird.
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Bei dem Erfindungsgegenstand entspricht die Flüssigkeitssäule, die
sich zwischen der Stelle, an der das von dem Dampfraum des Kochers ausgehende U-Rohr
in den Kondensator oder Resorber mündet, und der Stelle befindet. von der die Leitung
zur @erbi:ndun.g mit dem Verdampfer oder Entgaser abgeht, der untersten Grenze des
Druckunterschiedes zwischen dem Drucke im Dampfraum des Kochers und dem Drucke im
Verdampfer oder Entgaser. Der Druck der KältemitteIdämpfe im Dampfraum des Kochers
muß also mindestens so groß sein, daß er die gekennzeichnete Flüssigkeitssäule.
vermehrt um den Druck im IN,-erdampfer oder En:tgaser. zu überwinden vermag.
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Gemäß der Erfindung besteht außerdem die Verbindung zwischen Kocher
und Absorber aus zwei gekühlten Rohren:, die von dem Kocher in verschiedener Höhe
ausgehen. Dasjenige Rohr. das in den Absorber oberhalb des anderen Rohrs mündet,
führt dem Absorber die arme Lösung aus dem Kocher zu. Auf diese Weise wird ein Kreislauf
der Lösung in dem Sinn erreicht, daß die arme Lösung dem Absorber durch dasjenige
Rohr zufließt, das in ihn oberhalb des anderen Rohrs mündet. durch das wiederum
die Lösung, die sich im Absorber angereichert hat, dein Kocher zufließt. Vorzugsweise
geht die Leitung zum Abffihreti der an Kältemittel armen Lösung von dem Kocher etwa
in der Mitte des Heizkörpers desselben aus, während die Rückführleitung für die
angereicherte Flüssigkeit auf der Unterseite des Kocli@rs unterhalb des Heizkörpers
einmündet.
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Die Abbildung zeigt ein Ausführungsbeis;:iel d°r Erfindung in vereinfachter
Darstellung. Es wird darauf aufmerksam gemacht, (1a13 die Abbildung den Erfindungsgegenstand
zwar schematisch, aber maßstäblich wiedergibt. Bei dem Ausführungsbeispiel sind
als Kältemittel Ammoniak und als Absorptionsmittel Wasser benutzt.
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In bekannterWeisebestehtdieAbsorptions-Kältemaschine gemäß der Erfindung
aus einem Kocher, einem Kondensator oder Resorber, einem Verdampfer oder Entgaser
und einem Absorber. Der Kocher besteht aus einem senkrechten Heizrohr i, in das
von unten her der Heizkörper 2 eingeschoben ist. Im Ausführungsbeispiel ist der
Heizkörper elektrisch beheizt, es kann aber auch irgendeine andere Art der Beheizung,
z. B. Gasheizung, vorgesehen werden. Die Heizpatrone ist etwa auf der Höhe a beheizt.
Von dem Heizrohr i geli.t etwa auf der Höhe, «-o die Mitte des beheizten Teils der
Heizpatrone liegt. eine Leitung 3 aus. die mit Rippen .I versehen und im vorliegenden
Fall durch Luft gekühlt ist. Sie mündet in einen Absorptionsbehälter 3 etwa in dessen
Mitte. Der Absorptionsbehälter ist neben und oberhalb des Heizrohrs i des Kochers
angeordnet. Vom Grunde des Absorptionsbehälters 5 geht eine Zirktilat.iotisleitung
6 zu dem Grunde des IIeizrolirs i. Das Zirkulationsrohr 6 ist ebenfalls mit Rippen
versehen und durch Luft gekühlt. Es hat sich gezeigt, daß im allgemeinen, wenn nicht
außergewöhnlich hohe Anforderungen an die Kältemaschine gestellt «-erden, eine natürliche
Luftkühlung ausreicht. Statt dieser ist jedoch auch eine künstliche Luftkühlung.
beispielsweise mittels eines Ventilator:, oder eine andere Kühlung möglich.
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Von dem Heizrohr i aus geht eine Leitung; senkrecht nach oben, von
deren oberem Ende eine Leitung S ausgeht, die, wie hei g gezeigt ist, auf eine Höhe
von etwa 5oo mm senkrecht nach unten geht und in einen Be kälter 13 mündet. Die
Leitung 7 umschließt eine Leitung io, durch die die Heizgase aus dem Heizelement
2 nach oben entweichen. Auf diese Art wird eine Trocknung der durch die Leitung
7 abströmeirden Kältemitteldämpfe erreicht.
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Von dem Behälter 13 führt eine mit Kühlrippen i2 versehene Leitung
i i senkrecht nach oben, von der eine Leitung i.1 zu dem Verdampfer oder Entgaser
15 abzweigt. Das Rohr i i bildet zusammen mit dem Behälter 13 den
Kondensator oder Resorber. In dem
Verdampfer oder Entgaser 15 sind:
mehrere Treppen 16 angeordnet. Vom unteren Ende des Verdampfers, oder Entgtasers
15 geht eine Leitung 1 7 aus, die von oben her durch den Absorptionsbehälter 5 hind'urchtritt
und deren Mündung in der Nähe des, Bodens des Ab-
sorptionsbehälters 5 nach,
unten zu offen liegt.
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Bei Inbetriebnahme Wird das System luftleer gemacht; das Heizrohr
i des Kochers und seine Rohre 3, 6 werden etwa bis zu der mit A bezeichneten 1.mnie
mit einem Gemisch: ans Absorptionsmittel und Kältemittel gefüllt. Wenn: als Kältemittel
Ammoniak und als Absorptionsmittel Wasser benutzt wird, empfiehlt es sich, die beiden
Flüssigkeiten etwa im Verhältnis von; 5 :6 miteinander zu mischen. Die beiden Rohre:
i1, 9 werden bis, zur Unterkante der Leitung 14 ebenfalllS mit dem Gemisch, aus
Kältemittel und' Absorpr tionsmi.ttel gefüllt. Das Rohr g kann, ebenfalls mit Kühlrippen
versehen sein, um die Dämpfe vorzukühlen:.
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Sobald dem Heizmohr i des Koc ,herabso:rbers mittels der Heizpatrane
2 Wärme zugeführt wird, entwickeln sich aus, der Lösung Am7 monialcdämpfe, die durch,
die Leitungen 7 und 8 hindurchtreten und auf den Flüssigkeitsspieg!el in dem Rohr
9 drücken. Die Dämpfe können. jedoch ersst aus der unten liegenden Mündung des Rohrs
9 heraustreten, wenn, sie die Flüssigkeitshöhe b überwundem, haben. Der Druck steigt
infolgedessen; in dem Heizrohr i, so da.ß der Flüssigkeitsspiegel in ihm sinkt,
während er in entsprechendem Maße in den Rohneu 3 und 6 srteiigt. Wäh.rendfdessen,
wird immer mehr »Flüssigkeit aufs dem Rohr 9 he.raussgedrückt und, durch die Rohre
11, 14 zu dem Verdampfer oder Entgaser 15 geführt. Im Verdampfer 15 wird jetzt die
übergeflossene Lösung etwas entgasen, so da.ß sich: Ammon ialedämpfe ergeben, und
eine geringe, Wärmemenge der Umgebung entzogen, alsoKälteerzeu gtwird. DieseKälteerzeugung
ist jedoch vorerst nur gering, da mit wachsendem Druck die Entgasung abnimmt und
anfangs das Rohr 17 noch: nicht in die Lösung eintaucht, so daß nur sehr, wenig
Ammoniakdampf absorbiert werden kann,. Erst nach einiger Zeit isst der Druck in
dem. Heizrohr i und, den. damit zusammenhängenden Leitungen 7 und 8 so stark geworden,,
däß die Kältemitteldämpfe aus; dem Rohr 9 herausgedrückt werden..
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Die Kältemitteldämpfe werden nunc in die sich. im Kondensator oder
Resorbeir 11, 13 befindende flüssige Lösung gedrückt und absorbiert. Die Lösung
im Kondensator oder Resorber 11, 13 reichert sich dadurch an Kältemittel an und
fließt in dem Ausmaße, wie ihr Volumen durch Absorption vom, Kälte,-mittel größer
wird, zum Verdampfer oder Entgaser 15 durch! das Rohr 14 über. Hier verdampft dass
Kältemittel unter Wärmeaufrnahme, so daß Kälte erzeugt, wird; und gelangt nun darnpfförmig
in die Leistung 17.
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Zu dem Zeitpunkt, wo der Kältemitteldampf aus der unteren öffnung
der Leitung 9 herausgedrückt wird, ist der Druck in dem Heizrofhr i auf einen derartigen
Wert gestiegen, daß der Flüssigkeitsspiegel in den Rohren 3 und 6 über die nach
unten weisende Mündung des Rohrs 17 in dien Absorptionsbehäl;ter 5 gehoben: worden
isst. Die Flüssigkeit in dem Rohr i hat jetzt die Linie B erreicht, während die
Flüssigkeit in den Rohren 3 und 6 bis etwa zur Linie C in dem Absorptionsbehälter
5 gestiegen ist. Das dampfförmige Kältemittel wird nun aus der Leitung 17 heraus!
in' den Absorptionsbehälter 5 gedrückt und dort von neuem absorbiert. Die aus dem
Heizrohr i kommende flüssige Lösung, der durch: Beheizung ein wesentlicher Teil
des Kältemittels. entzogen worden und die daher arm an Kä,ltemitael ist, tritt durch
die Leitung 3 zu dem 5. Dort absoirbient die arme Lösung begierig Kältemittel und
strömt .durch die Leitung 6 hindurch als, an, Kältemittel, reiche Lösung zu der
Unterseite des Heizrohrs i. Die Beheizung kann nunmehr beginnen.
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Mit Hilfe der Rippens 4 des, Rohrs, 3 wird der armen Lösung diejenige
Wärmemenge entzogen, die ih:r während; der Kochperiode von der Heizpatrone 2 zugeführt
worden, ist. Die Rippen, des Rohrs 6 - dagegen dienen dazu, die Absorptionswärme
abzuführen, die sich bei der Absorption des Kältemittels durch das! Absorptionsmittel
ergibt, und dsie Strömung in Richtung des, Kochers, zu unterstützen. Laie Rippen,
1:2 des; Kondensators-oder Resorberrohrs i i sind dazu bestimmt, die Absorptionswärme
abzuführren. Im Kocher steht während des Betriebest der Kältesmittel:dampf unter
einem mehr oder minder großen Überdruck. Es entsteht im Kocher in dem Maße, wie
sich. die Lösung im Kondensator oder Resorber 9, 11 anreichert, eine ärmere Lösung,
die durch das Rohr 3 aufsteigt und dort mittels der Rippen 4 bis. zum Eintiritt
in dien Absorptionsbehälter 5 ab, gekühlt wird. Hier absorbiert die arme Lösung
den vom Verdampfer 15 herkommenden Kältemi.tte.ldlampf. Eine Absorption, ist möglich,
da das Rohr 17 in die arme Lösung ein tamcht.
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Die Entfernung zwischen der Stelle, an der das Rohr 9 in den: Behälter
17 mündest, und der Stelle; an der das Rohr 14 von: dem Kondensator oder Resorberrohr
i i ausgeht, ist mit b bezeichnet. Die Flüssigkeitssäule b legt die untere Grenze
des Überdrurks, fesit, dien der Dampfraum dies Kochers i giegenüber
dem
Verdampfer oder Resorber 15 besitzt. Die Strecke, tun die die untere Mündung des
Rohrs 1; von dem Flüssigkeitsspiegel im Absorber 5 entfernt ist, ist mit c bezeichnet,
während die Entfernung zwischen dem Flüssighcitsspiegel C in dem Absorber und dem
Flüssigkeitsspiegel F in dem Kocher mit (i bezeichnet ist. Dann ist die Flüssigkeitssäule
d? ein 'Maß für den jeweiligen im Dampfraum des Kochers i herrschenden Druck, während
die Strecke c ein Maß für die unterste Grenze des Druckes darstellt, unter dem die
flüssige Lösung im Verdampfer oder Entgaser 13, die ihin durch das Rohr 1.1 zufließt,
entgast. Wenn der Druck geringer ist, vermag er nicht noch dampfförmiges Kältemittel
durch die untere Mündung des Rohrs 1; hindurch in den Absorber 5 zu drücken, so
daß praktisch kein Kältemittel absorbiert wird und der Druck im Verdampfer oder
Absorber 15 so lange steigt. bis er dampfförmiges Kältemittel aus der unteren Mündung
des Rohrs 1; in den Absorber zu drücken vermag. Der Absorptionsbehälter 5 muß ein
möglichst großes Volumen haben, damit eine Veränderung des Flüssigkeitsspiegels
im Kocher i mir eine möglichst geringe Veränderung des Flüssigkeitsspiegels im Absorptionsbehälter
5 zur Folge hat. Dies ist insbesondere bei verschieden starker Beheizung zweckmäßig,
um immer einen möglichst großen Druckunterschied aufrecht zu erhalten. je stärker
die Beheizung ist. um so größer ist auch der Druck im Kocher. Mit höher werdendem
Druck sinkt der Flüssigkeitsspiegel B, während der Flüssigkeitsspiegel C in entsprechendem
Maße steigt.
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Wenn nun der Absorptionsbehälter 5 ein großes Volumen besitzt, verändert
sich der Flüssigkeitsspiegel C in nur geringem 'Maße bei auch großen Veränderungen
des Flüssigkeitsspiegels B. Wenn dagegen der Flüssig-keitsspiegel C stark
sdiwanlkt, muß sicherheitshalber, um in jedem Fall noch ein Eintauchen des Absorptionsrohrs
17 unter die Flüssigkeitsoberfläche sicherzustellen. das 'Maß c sehr groß gewählt
werden. Damit sinkt der mögliche Druckunterschied zwischen dem Verdampfer und dein
Kocher, wodurch wiederum die Absorptionsgeschwindigkeit und damit die Kälteleistung
des Apparates sinkt.
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Der Apparat ist so zu konstruieren, daß d. -r Flüssigkeitsspiegel
!? möglichst oberhalb der oberen Kante der Mündung des Rohrs 3 in dem Kocher liegt.
Keinesfalls aber darf der Flüssigkeitsspiegel B unter die Unterkante der Mündung
des Rohrs 3 in den Korh_r gelangen.
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Die Dämpfe. die vom Kocher zu dem Kondensator oder Resorber strömen.
sind nicht reine Kältemitteldäinpfe, sondern bestehen aus einem Gemisch des Kältemittels
mit dem Absorptionsmittel.
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Für reines Kältemittel, z. B. reines N H3. ist die Temperatur. die
unbedingt zum Kondensieren de: Kältemittels notwendig ist, am niedrigsten. Je reicher
das G@;nisch von vornherein gewählt ist, um so größer ist die Reaktionsgeschwindigkeit
und um so größer die Kälteleistung des Apparates. -Mit steigender Kondensatortemperatur
wird das an sich reiche Gemisch im Kondensator etwas ärmer an Kältemittel. Je höher
die Außen- und damit die Kondensatortemperatur ist, um so ärmer wird die Lösung
im Kondensator und um so geringer wird die Kälteleistung. Diesem ungünstigen Einfluß
der Erhöhung der Außen-und damit der Kondensatortemperatur kann entgegengewirkttverden:
i.durchVerwendung einer reicheren Lösung und 2. durch stärkere Beheizung des Kochers.
Wird die Heizung abgestellt, so reißt mit sinkendem Druck im Kocher die Flüssigkeitssäule
im AI>sorptionsbehälter ; ab. da die Flüssigkeit in den Kocher zurückläuft. Eine
Absorption findet nicht mehr statt.