-
Steuereinrichtung für periodisch arbeitende Absorptionskältemaschinen
Die Erfindung betrifft eine durch den Kondensatordruck bewirkte Steuereinrichtung
für periodisch arbeitende Absorptionskältemaschinen, bei denen. ein trockener Absorptionsstoff
verwendet wird. Der Austreibungsdruck des. Kältemittels im Kocher solcher Maschinen
ist auch bei gleichbleibender Temperatur, entsprechend der Molzahl des Kältemittels
im Absorptionsstoff, erheblichen Veränderungen unterworfen. Da vom Austreibungsdruck
im Kocher auch der ,Druck im Kondensator einer solchen Maschine abhängig ist, unterliegt
letzterer ebenfalls den von der Molzahl des Kältemittels abhängigen Druckänderungen
und ist deshalb für die Steuerung geeignet. Die :Maschine benutzt zwei abwechselnd
als Kocher oder Absorber benutzte Behälter, die zu einer Maschine für Dauerbetrieb
vereinigt sind.
-
Eine selbsttätige Ein- und Ausschaltung der Heizung einer periodisch
arbeitenden Absorptionskältemaschine und Umsteuerung der Kühlmittelzufuhr durch
den Druck im Kocherabsorber, ist in der deutschen Patentschrift 518 325 vorgeschlagen.
Nach diesem Vorschlag soll der höchste bei der Austreibung des Kältemittels aus
der reichen Lösung auftretende Druck des Kältemittels im Kocherabsorber die `'Wärmezufuhr
für den Kocherabsorber abschalten, während der niederste bei der Absorption des
Kältemittels, im Kocherabsorber
auftretende Druck ,die Wiedereinschaltung
der Wärmezufuhr bewirken, soll. Diese Drucksteuerung der Heizung ist somit abhängig
von einem gewissen Höchst- bzw. Niederdruck des umlaufenden Kältemittels und deshalb
unvollkommen, weil sowohl der Kocher wie der von diesem abhängige Kondensatordruck
von der Temperatur und der jeweiligen Menge des Kühlmittels abhängig ist. Da sowohl
die Temperatur des Kühlmittels, wie auch die Menge desselben unvermeidlichen Änderungen
unterworfen sind, muß eine in dieser Art druckgesteuerte Maschine bei Änderung der
Außentemperaturund der Kühlmittelmenge vorzeitig die Heizung ausschalten, wenn die
Kühlmittelzuflußtemperatur ansteigt oder die Kühlmittelmenge sich verringert, weil
der festgelegte Höchstdruck dann vorzeitig erreicht wird. Die Ausschaltung der Heizung
erfolgt dann unzeitgemäß und unabhängig vom Konzentrationsgrad der Lösung im Kocherabsorber.
Da die Wiedereinschaltung der einmal unterbrochenen Heizung erst ;stets nach Erreichung
deis die Wiedereinschaltung bewirkenden Niederdruckes des Kältemittels erfolgen
kann, muß eine derart druckgesteuerte Maschine um so unwirtschaftlicher arbeiten,
je größer- die Temperatur- und IVlengenschwankungen des Kühlmittels sind. Man wäre
deshalb gezwungen, einen Höchstdruck für die Anschaltung zu wählen, der dasi Mittel
au;s den durch .die Temperatur- und Mengenschwankungen bedingten jeweiligen Höchstdrucken
darstellt, was aber dann eine dauernde Verschlechterung des Wirkungsgrades der Kältemaschine
zur Folge hätte.
-
Während nach dem Vorschlag der deutschen Patentschrift 5i8 325 ein
Höchstdruck des Kälte= mittels die Ausschaltung .der Heizung des Kocherabsorbers
und,dessen Mindestdruck die Wiedereinschaltung bewirkt und eine solche Einrichtung
sich von bekannten Druckschaltern, wie sie für Wasserhaltungen u. ä. -m. verwendet
wer-den, in keiner Hinsicht unterscheidet, wird nach dem Vorschlag der Erfindung
der vom Kocherdruck abhängige Kondensatordruck in ganz anderer Weise zur Steuerung
verwendet. Dabei ist jegliche Beeinflussung durch den Zustand oder die Menge - des
äußeren Kühlmittels völlig ausgeschlossen. Hier bewirken lediglich die bei der Austreibung
des Kältemittels aus dem Absorptionsstoff auftretenden Druckänderungen -des Kältemittels
die Steuervorgänge. Es kommen dafür deshalb auch nur Kälteprozesse in Betracht,
bei denen solche Druckänderungen des Kältemittels während der Austreibung charakteristisch
sind, .d. h. der Druck des Kältemittels muß während der Austreibung zunächst merklich
an, steigen und bei Beendigung der Austreibung ebenso merklich abgefallen sein.
Dabei kann der Druckanstieg und der nachher sich anschließende Druckabfall von beliebigem
Ausmaß sein, ohne daß eine Änderung oder Störung der Steuervorgänge die Folge ist,
denn der Druckanstieg des Kältemittels während der Austreibung aus dem Absorptionsstoff
bereitet nur die .durch den nach erfolgter Austreibung abfallenden Druck zu bewirkende
Ausschaltung der Wärmezufuhr und die Umschaltung der Kühlmittelzufuhr für die abwechselnd
als Kocherabsorber benutzten Behälter vor, der Wechsel der Behälter wird durch.
den abgefallenen Druck ,des; Behälters bewirkt, der jeweils Kocher ist. Die Umschaltung
erfolgt somit stets erst dann, wenn die Austreibung des Kältemittels aus dem Absorptionsstoff
völlig beendigt ist und unbeeinflußt von Mengen- oder Temperaturänderungen des äußeren
Kühlmittels: Die Umschaltung der Wärmezufuhr auf den anderen Kocherabsorber erfolgt
immer erst bei entsprechendem Kältebedarf. Diese Steuerung arbeitet somit .nur nach
dem durch die äußeren Verhältnisse bedingten Erfordernis nach Kälteleistung und
sichert stets den höchstmöglichen Wirkungsgrad.
-
Es ist auch an sich bekannt, bei Absorptionskältemaschinen zum Zweck
der Erreichung eines Dauerbetriebes zwei abwechselnd als Kocher oder Absorber dienende
Behälter zu benutzen und den Betriebswechsel durch eine Steuereinrichtung selbsttätig
zu vollziehen. Nach ;den Vorschlägen der amerikanischen Patentschriften 1 273 364
und 1 833. gor wird z. B. der Betriebswechsel,der beiden Kocherabsorberbehälter
durch die Temperatur des jeweilig als Kocher dienenden Behälters mittels teils rein
mechanischer, teils elektromechanischer Hilfsmittel vorgenommen. Nach diesen beiden
Vorschlägen soll eine Temperaturerhöhung der Kocher, nach erfolgter Austreibung
des Kältemittels aus ,dem Absorptionsstoff, den Wechsel der Behälter bewirken. Die
dafür erforderliche Temperaturerhöhung des Absorptionsstoffes kann bei gleichbleibender
Wärmezufuhr aber erst eintreten, wenn das Kältemittel aus diesen so weit ausgetrieben
ist, daß es die zugeführte Wärme nicht mehr als Verdampfungswärme aufnehmen kann.
Da aber trockene Absorptionsstoffe sehr schlechte Wärmeleiter sind, ist bis zur
Erreichung der erforderlichen Steuertemperaturhöhe eine erhebliche Zeit erforderlich,
in der die Heizung des Kochers und die Deckung der Ausstrahlungsverluste unvermindert
fortgesetzt werden muß. In gleicher Weise bedingt eine solche Mehrwärmezufuhr einer
solchen Maschine für die Wiederabführung der Wärme an ein äußeres Kühlmittel eine
längere Kühldauer oder einen Mehraufwand von Kühlmitteln. Der Wirkungsgrad der Kälteleistung
solcher temperaturgesteuerter Maschinen, ist deshalb erheblich schlechter als der
von periodisch arbeitenden. Ein weiterer betriebswirtschaftlicher Nachteil dieser
Vorschläge besteht darin, daß die Temperatursteuerungen keine Rücksicht auf .den
Kältebedarf nehmen; es wird immer Kälte im gleichen Ausmaß erzeugt, ohne Rücksicht
auf den jeweiligen; Bedarf.
-
Nach dem Vorschlag der vorliegenden Erfindung wird mit :dem von der
Konzentration des Kältemittels . im Absorptionsstoff abhängigen Druck die Steuerung
des Betriebswechsels der Behälter bewirkt. Es wird hier nur in der Zeitdauer dem
jeweiligen Kocherbehälter für die Austreibung des Kältemittels Wärme zugeführt,
in der die Austreibung mit geringstem Wärmeaufwand möglich ist. Die Austreibung
vollzieht sich dadurch mit
höchstem Wirkungsgrad. In gleicher Weise
ist auch im jeweiligen Kondensator kein Mehraufwand an Kühlmittel nötig. Da die
Temperatur hier außerdem keine Rolle spielt, kann erstens der Kochprozeß mit der
geringstmöglichen und wirtschaftlichsten Austreibungstemperatur vorgenommen und
weiter dem Kältebedürfnis entsprechend mehr oder weniger Wärme zugeführt, oder endlich
die Wärmezufuhr zwischen Deng Betriebswechseln der Behälter zeitweilig ganz unterbrochen
werden, weil auch die Zeit hier völlig nebensächlich ist. Erst dann, wenn die ausgetriebene
und verflüssigte Kältemittelmenge fast völlig zur Kälteleistung verwendet ist, braucht
der Wechsel von Kocher und Absorberbehälter statt-, zufinden. Aus diesen Darlegungen
folgt, daß der hier gemachte Vorschlag der Steuerung durch den Druck des jeweiligen
Kocherbehälters, den größtmöglichen Kälteleistungswirkungsgrad ermöglicht.
-
Die Erfindung stellt somit einen erheblichen technischen und wirtschaftlichen
Fortschritt gegenüber Bekannten dar, denn die Verwendung des Kältemitteldruckes
zur Steuerung in dieser Art, ermöglicht eine vorteilhaftere Wirkung. Darüber hinaus
wird die Temperatur des Kühlraumes zur Regelung des Kälteverbrauches verwendet,
indem diese Temperatur die Wärmezufuhr für den jeweiligen Kocher und die Kühlmittelzufuhr
für den Absorber regelt.
-
In der rein schematischen Darstellung der Erfindung arbeiten die Behälter
a und a1 abwechselnd als Kocher oder Absorber. Die Kondensatoren d bzw. dl münden
mit ihren Rohrleitungen e bzw. e1 in den Behältern F bzw. F1 des mit der Isolation
versehenen Wärmewechslers W, von denen überläufe G bzw. G1 in den Behältern f bzw.
f1 enden. Sowohl die Behälter F und F1 des Wärmewechslers W, verbunden durch die
Entspannungseinrichtung J, wie auch .die Behälter f und f l verbunden
-durch Entspannungseinrichtung i, .sind abwechselnd Flüssigkeitssammler oder Verdampfer,
j e nachdem, ob die Behälter a oder a1 Kocher oder Absorber sind. L und
11 sind Druckschalter, die durch eine Übertragungseinrichtung (im Darstellungsfall
Hebel) auf einen Waagebalken 0 mit Gegengewicht Q wirken, auf dem der Umschalter
in-in, angebracht ist; c ist der Doppelheizkörper des Behälters a, cl ein gleicher
Doppelheizkörper des Behälters a1, x und x1 sind Schaltschütze, deren Anzugskern
die Schalter H und Hl öffnen oder schließen und die Verschlußklappen p und p1 heben
oder senken. Die Verschlußklappen p und p1 schließen oder öffnen die Kühlmitteldurchgänge
der inneren Kühlflächen .der Gefäße a und a1, je nachdem, ob diese als Kocher oder
Absorber arbeiten. y und y1 sind Hilfsschütze, die Schalter z und z1 beeinflussen
und durch diese Beeinflussung Teile der Doppelheizkörper c und cl zu- oder abschalten.
In den Behältern f und fl,der Kühleinrichtung befinden sich Schwimmer S und S1 mit
eingebauten Naturmagneten.A7 bzw. !b71, die durch in die Gefäßwandungen von f und
f1 eingesetzte, magnetisch nicht beeinflußbare Flächen auf magnetisch beeinflußbare
Kontakteinrichtungen N und Ni einwirken. Diese Einwirkung ist derart, daß die Kontakteinrichtungen.N
und N1 geschlossen, sind, wenn die Behälter f und f1 keine Kältemittelflüssigkeit
enthalten, aber geöffnet, wenn die Schwimmer S und Sl durchKältemittelflüssigkeit
in denBehältern f und f, gehoben und dadurch die mitgehobenen Magneten l1 und lbIl
in ihrer Wirkung auf die Kontakteinrichtungen N und. 1T1 so geschwächt werden, daß
die magnetisch beeinflußbaren Kontaktplatten infolge ihrer Gewichtswirkung nicht
mehr angezogen werden könnten. n ist ein Netzschalter in der mit - bezeichneten
Zuleitung, deren Rückleitung mit einem - -Zeichen gekennzeichnet ist.
-
Mit u ist ein Thermostat dargestellt, dessen nicht gezeichneter Fühler
in Fortsetzung des Kapillarrohres v sich in der Kühleinrichtung befindet. Die Temperaturbeeinflussung
bewirkt eine Vergrößerung oder Verkleinerung des Volumens der Thermostatflüssigkeit
im Fühler und damit rückwirkend auch im Thermostaten u. In letzteren wird diese
Volumänderung in eine vertikale Bewegung entsprechender Richtung umgesetzt und diese
mittels der Stange t auf eine kreissegmentartige Zahnstange s übertragen, die in
ein, auf der Achse q sitzendes Ritzel eingreift, und dadurch die Achse q dreht.
Letztere trägt an ihren beiden Enden je eine Drosselklappe, die sich in den
rohrartigen Kühlflächen der Gefäße a- und a1 befinden. Steigt die Temperatur in.
der Kühleinrichtung, so hat das eine Drehung der Achse q in der Richtung zur Folge,
daß .die Drosselklappen in a. und a1 den Durchtritt des Kühlmittels in stärkerem
Maß gestatten, wodurch eine lebhaftere Absorption in dem Behälter a-oder a1 eintritt,
der jeweils als Absorber dient, während auf der durch die Klappe p oder p1 verschloss.enen
Kühlfläche der jeweiligen Kocherseite keine Einwirkung stattfindet. Ein Sinken der
Temperatur in der Kühleinrichtung hat die entgegengesetzten Folgen, die Drosselklappen
verschließen den Durchgang für das Kühlmittel des jeweiligen Absorbers mehr oder
weniger entsprechend der Kühlraumtemperatur, und die Absorption wird verlanigs amt.
Innerhalb einer gewissen und einstellbaren Temperaturdifferenz läßt sich durch diese
Einrichtung die Absorption regeln. Mit der gleichen Einrichtung läßt sich außerdem
mit bekannten Mitteln auch die Stromaufnahme der Heizeinrichtung in .den Behältern
a und a1 oder bei anderen Heizmitteln deren Zufuhr regeln.
-
Die Wirkungsweise der Gesamteinrichtung ist wie folgt: Im Darstellungsfall
ist der Behälter a Kocher und der Behälter a1 Absorber. Die im Behälter a sich vollziehende
Austreibung ruft einen Druck im Kondensator d hervor, der mittels des Druckschalters
L den Waagebalken 0 in solche Lage bringt, daß der Schalter in, geschlossen und
der Schalter m geöffnet ist. Dadurch fließt der Strom vom +-Pol über Schalter ml
durch den Heizwiderstand c, über die Spule des Schaltschützeis x1 und über den geschlossenen
Schalter H nach dem --Pol des Stromnetzes zurück. Der Anzugskern des Schaltschützes
x1 ist angezogen, hat dadurch den Schalter Hl und Klappe p1 geöffnet und damit den
Durchgang für Kühlmittel des als.Absorber wirkenden.
Behälters a1
freigegeben. Durch die Öffnung des Schalters Hl ist der Stromkreis der Heizung c1
in dem Behälter dl außer am Schalter m nochmals unterbrochen. Neben dem beschriebenen
Stromkreis für die Heizung c indem Behälter a ist, wie ersichtlich, ein gleicher
Stromkreis für die Heizung cl in dem Behälter a1 angeordnet. Dieser Stromkreis ist
im Darstellungsfall, wie bereits gesagt, an zwei Stellen bei Schalter m und Hl unterbrochen.
Außer den beiden gekennzeichneten, vom Druck abhängigen Stromkreisen ist noch ein.
dritter Stromkreis vorhanden, der vom Flüssigkeitsstand in den Behältern f bzw.
f1 der Kühleinrichtung abhängig ist. Er verläuft'vom-;--Pol über Kontakt N und
NI,
über Schütz y und y1 zum --Pol. Dieser Stromkreis ist geöffnet,
wenn. -sich in den Behältern f oder f, so viel Kältemittelflüssigkeit ansammelt,
daß der Schwimmer S oder S1 gehoben wird und die durch die Magneten 111 oder 1111
beeinflußbaren Kontaktplatten durch ihre Gewichtswirkung die Unterbrechung herbeiführen.
Im Darstellungsfall -ist der Behälter f1 der Kühleinrichtung Flüssigkeitssammler
und Behälter f Verdampfer. Es steht Flüssigkeit in dem Behälter f l, und
der Schwimmer S1 mit dem Magneten 111l ist gehoben, der magnetisch beeinflußte Schalter
N1 ist geöffnet und dadurch der Stromkreis unterbrochen. Die in diesem Stromkreis
liegenden Schütze y und y1 sind stromlos und deshalb die sich selbsttätig öffnenden
Schalter z und z1 freigegeben. Dadurch ist ein Teil des: Heizkörpers c abgeschaltet,
die Wärmezufuhr für den als Kocher wirksamen Behälter a wird kleiner und somit Energie
gespart. Da nun nicht mehr soviel Kältemittel ausgetrieben wird, wird der Flüssigkeitsspiegel
-in f 1 und damit der Schwimmer S1 mit dem Magneten 117l absinken. Nach genügendem
Absinken des Schwimmers S1 kommt der Magnet 1Y11 wieder in Wirkung auf .die magnetisch
be einflußbare Kontakteinrichtung N1, diese wird sich wieder schließen, und die
dann wieder vorhandene volle Heizung durch die Heizkörper c wird mehr Kältemittel
austreiben, die Flüssigkeit in f1 wird wieder ansteigen, und dasselbe Spiel beginnt
von neuem. Diese Vorgänge wiederholen sich fortlaufend, wenn die ausgetriebene Flüssigkeit
durch Nichtverbrauch im Verdampfer f, im Verdampfer f1 sich ansammelt, die durch
das Regelventil i miteinander in Verbindung stehen.
-
Ist der Austreibungsprozeß, in a beendet, so sinkt der Druck in dem
Kondensator d. Druckschalter L und der Waagebalken 0 mit Gegengewicht Q nehmen rückläufige
Bewegungen an, und es tritt der Zeitpunkt ein, in welchem der Waagebalken 0 die
Gleichgewichtslage erreicht. Ein. Beibehalten der Gleichgewichtslage schließt die
am übertragungshebel sich befindende Feder P aus, die vielmehr bewirkt, daß der
Waagebalken 0 die Gleichgewichtslage überschreitet, das Quecksilber verlagert sich
dabei, so daß sich der Schalter ml aus-und der Schalter m einschaltet. Der Stromkreis
der Heizung c. in dem Behälter a ist nunmehr einmal unterbrochen, der Stromkreis
der Heizung cl in dem Schalter m an einer Stelle geschlossen. Die Unterbrechung
in 'dem Schalter in, bewirkt das Stromlos.werden der Betätigungsspulevom Schütz
x1, dessen Anzugskern abfällt, wodurch Schalter Hl und .damit der Stromkreis der
Heizung cl des; Behälters al an der zweiten Stelle geschlossen und stromführend
wird. Gleichzeitig hat sich die Verschlußklappe p1 geschlossen. Die Stromführung
in der Heizung cl hat aber auch .den Stromdurchgang durch die Betätigungsspule des
Schützes x zur Folge, so daß nunmehr der Anzugskern dieses Schützes angezogen ist,
Schalter H geöffnet und Klappe p gehoben ist. Jetzt ist somit der Behälter a1 der
Kocher und der Behälter a Absorber. Diese Vorgänge vollziehen sich im Betrieb fortlaufend
abwechselnd und zwangsläufig für die beiden Behälter so lange, wie der Netzschalter
iz eingeschaltet ist. Dabei spielen sich jetzt die gleichen Steuervorgänge durch
den als Kocher wirkenden Behälter a1 ab wie zuvor.
-
Man kann auch zwischen die jeweiligen Kocher-Absorber-Wechsel eine
Schaltpause von einstellbarer Dauer legen, wenn man die Anzugskerne mit Bewegungsdämpfungen
versieht, die in Luft oder Flüssigkeitsbewegungen in geschlossenen, oder verbundenen
Zylindern mit Kolben, oder in Uhrwerken mit Windfang u. a. m. bestehen können. In
dieser Art läßt sich eine energieaufwandlose Pause zwischen die Wechsel vom Kochen
zum Absorbieren legen. Die Einrichtungen dafür sind als bekannt vorausgesetzt. Es
ist ohne weiteres ersichtlich, daß das Wechseln der beiden Perioden immer erst dann
erfolgen kann, wenn außer der Umschaltting durch den Waagebalken 0 mit Kontakteinrichtung
m-in, auch die doppelten Unterbrechungen durch die Schalter H-Hl aufgehoben sind.
-
In gleicher Weise lassen sich die Vorgänge auch direkt mit mechanischen
Hilfsmitteln wie Hebel, Triebwerke u. dgl., ausüben.