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Mit Hilfsgas arbeitender Absorptionskälteapparat Die vorliegende Erfindung
bezieht sich auf einen mit Hilfsgas arbeitenden Absorptionskälteapparat, in welchem
das Kochersystem aus einer Anzahl mit einem senkrechten Heizrohr paralleler Leitungen
besteht, von denen wenigstens zwei mit dem Heizrohr wärmeleitend verbunden sind
und einen Kocher bzw. eine Umlaufpumpe bilden und in welchem der Temperaturwechsler
wenigstens teilweise in dem Isolationskörper des Kochersystems liegt. Die Erfindung
bezweckt u. a., die Konstruktion des Kocheraggregates zu vereinfachen und dadurch
eine «eitere Herabsetzung der Strahlungsverluste sowohl von dem Kochersystem im
ganzen als von dem Temperaturwechsler im besonderen herbeizuführen.
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Es ist bekannt, ein Kochersystem, das aus einer Anzahl senkrechter
Rohrleitungen zusammengesetzt ist, mit dem Flüssigkeitstemperaturwechsler des Apparates
zusammenzubauen zu einer in einem gemeinsamen Wärmeisolationskörper angeordneten
Einheit, in deren unterem Teil der in Form eines Schraubenrohres gewundene Temperaturwechsler
gelegen ist. Die zum Kochersystem gehörenden senkrechten Leitungen bilden dabei
ein Rohrbündel, das um einen mehr oder weniger-zentral gelegenen Schornstein oder
Heizrohr angeordnet ist. Obwohl
man mit dieser Anordnung des Temperaturwechslers
bereits eine bedeutende Herabsetzung der Wärmeverluste des ganzen Kocheraggregates
dm Verhältnis zu älteren Konstruktionen hat erreichen können, sind die Erfinder
neuerdings zu der Erkenntnis gelangt, daß eine beträchtliche Minderung der Strahlungsverluste
durch Abschaffung des schraubenförmigen Temperaturwechslers erreichbar ist. Die
Rohrdimensionen, die für diese Temperaturwechslerform in Frage kommen können, sind
nämlich derartig, daß man einen gewissen Wert für den Durchmesser der Schraube nicht
unterschreiten kann, und dieser Mindestwert hat bisher die Ausmaße des Isolationskörpers
in horizontaler Richtung bestimmt. Waren diese aus konstruktiven Gründen begrenzt,
dann mußte die Stärke der Isolation unter die Abmessungen gedrückt werden, die aus
wärmetechnischen Gründen eigentlich erforderlich wären.
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Die Erfindung bezweckt eine Gestaltung des Temperaturwechslers, die
es gestattet, ihn in einem Isolationskörper so einzubauen, daß dessen Isolationseigenschaften
völlig ausgenutzt werden können, und gleichzeitig die Verbindupgsleitungen des Wechslers
zu den übrigenTeilen des Kochersystems so einfach zu machen, daß die Aggregatabmessungen
so klein wie möglich werden. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst,
daß der Temperaturwechsler, soweit er innerhalb der Kocherisolation liegt, eine
im wesentlichen senkrecht verlaufende Längsausdehnung erhält.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen in Ausführungsbeispielen dargestellt.
Hier zeigen die Fig. i bis 4 vier verschiedene Kocheraggregate nach der Erfindung
und Fig. 5 einen waagerechten Schnitt durch Fig. 4. In Fig. i bezeichnet io ein
unten geschlossenes Heizrohr, in das von oben her eine elektrische Heizpatrone eingeschoben
wird. Zur Einführung der Heizpatrone ist ein Einführungsrohr io' angeordnet, das
in geeigneter Weise von"- dem Rohr io thermisch getrennt ist und oben aus der Kocherisolation
ig heraustritt. Am Heizrohr io sind zwei Leitungen festgeschweißt, von denen, die
eine die Flüssigkeitsumlaufpumpe i i und die andere den Kocher 12 des Apparates
bildet. Das Kocherrohr 12 erstreckt sich aufwärts durch den ganzen Isolationskörper
ig hindurch und geht oben in eine Dampfleitung 18 über. In dem Rohrteil 13 wird
infolge Einspeisung von 'Absorptionsflüssigkeit durch die Pumpe i i ein Flüssigkeitsstand
x aufrechterhalten, der etwas höher liegt als die Zufuhrstelle für Absorptionslösung
zu dem in der Zeichnung nicht dargestellten Absorbersystem des Apparates. Außer
durch die wärmeleitende Verbindung mit dem Heizrohr iö werden der Flüssigkeitssäule
insbesondere 'im :Rohrteil 13 -keine nennenswerten Wärmemengen Z ' ug--
- führt, so daß die Flüssigkeit hier eine RektifikatiOnssäuleI3 bildet, dixrch
welche die in dem Kocherteil 12 ausgetriebenen Dämpfe rektifizert werden. Gemäß
der Erfindung ist derTemperaturwechsler -als ein im wesentlichen mit der Achse des
Schornsteins io konzentrisches und/oder paralleles Doppelrohr ausgebildet, dessen
äußeres Mantelrohr 14 in der Richtung aufwärts von reicher Absorptionslösung durchströmt
wird,, die danach durch die an das Mantelrohr angeschlossene Pumpe i i oberhalb
des Flüssigkeitsstandes X in die Leitung 13 wird. In dem Mantel 14 ist eine Leitung
15 angeordnet, durch welche die vom Kocher i2 abfließende arme Lösung zum Absorbersystem
strömt. Wie aus der Fig. i ersichtlich, ist der in dem Isolationskörper ig gelegene
senkrechte Teil des Temperaturwechslers unmittelbar unter dem unteren Ende des Heizrohres
io angeordnet, d. h. in praktisch unmittelbarem Anschluß an ;dem niedrigsten Punkt
der Reaktionssäule der Pumpe ii. Diese erstreckt sich von dem niedrigsten Punkt,
an welchem die Pumpe i i Wärme von dem Heizrohr io erhält, bis zu dem Flüssigkeitsstand
y im Absörbergefäß 16 des Apparates. Der Temperaturwechsler bildet einen im wesentlichen
U-förmigen Wechslerkörper mit im wesentlichen senkrechten Schenkeln, von denen einer
oder aber auch beide in dem Isolationskörper ig des Kocheraggregates liegen. Um-
eine möglichst zentrale Lage für den heißesten Schenkel des Temperaturwechslers
in der Kocherisolation zu erreichen, ist, wie aus Fig. i ersichtlich, der Isolationskörper
ig vorn unteren Ende des Heizrohres io nach unten verlängert. Da die elektrische
Heizpatrone von oben eingeführt wird, kann diese Verlängerung nach unten recht weit,
nämlich bis zur Aufstellungsebene des den Kälteapparat enthaltenden Kühlachrankes,
gehen. Da unterhalb des Heizrohres io außer dem Temperaturwechsler 14 keine weiteren
Apparatteile liegen, können dessen beide Schenkel ohne weiteres in den Isolationskörper
ig eingebaut werden, wobei der kältere- Schenkel näher am äußeren Umfang des Isolationskörpers
angeordnet sein kann, ohne daß nennenswerte Wärmeverluste zu befürchten sind.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Temperaturwechsler bis
zum Absorbergefäß 16 verlängert, an welches das äußere Mantelrohr 14 direkt angeschlossen
ist. Die Temperaturwechslerleitung 15, durch welche die arme Lösung zum Absorbersystem
geführt wird, ist gemäß der Erfindung so angeordnet, daß sie durch die Flüssigkeitsmasse
.im Absorbergefäß 16 geht. Hierbei gibt die arme Lösung weitere Wärme an die durch
das Mantelrohr 14 zum Kochersystem strömende reiche Lösung ab.
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Die Bezeichnungen in Fig. 2 entsprechen denen der Fig. i. Die Pumpe
i1 ist längs einer gemeinsamen Erzeugenden mit dem Heizrohr wärmeleitend verbunden.
Der Temperaturwechsler hat die Form von zwei ineinanderliegenden Leitungen 14 und
15, die einen U-förmigen Temperaturwechslerkörper bilden, von welchem wenigstens
derwärmere Schenkel in der in Fig. 2 nicht gezeigten Isolation des Kocheraggregates
eingeschlossen ist. Die Leitung 15, in deren höchsten Teil das obere Ende der Pumpe
i i einmündet, führt arme, Lösung im Wärmeaustausch mit reicher Lösung sowohl in
den beiden Schenkeln des Temperaturwechslers 14 als auch in dem Absorbergefäß 16.
In
diesem Ausführungsbeispiel mündet im Gegensatz zur Ausführungsform gemäß Fig. i
die Pumpe i i nicht in die Dampfleitung 18, sondern ist an eine besondere Dampfleitung
2i, die eine Verlängerung des Temperaturwechslermantels 14 darstellt, angeschlossen.
Die reiche Lösung wird aus diesem durch eine Leitung 2o in den Kocher 12 so eingeführt,
daß der Flüssigkeitsstand hier im wesentlichen die gleiche Höhe wie der Flüssigkeitsstand
y im Absorbergefäß 16 hat. Die Flüssigkeitssäule im Kocher 12 wirkt dadurch als
Rektifikationssäule für die aus der Pumpe i i kommenden @ Dämpfe, weil diese von
der Pumpe i i abwärts durch die Leitung 21 und die Leitung 2o und durch die oberste
Flüssigkeitsschicht im Kocher 12 zur Dampfleitung 18 strömen. Dabei werden also
diese Dämpfe rektifiziert, ehe sie dem Kondensator zugeführt werden.
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Der heißeste Teil des U-förmigen Temperaturwechslers, d. h. der in
Eig. 2 rechts gelegene senkrechte Schenkel, ist gemäß der Erfindung unter allen
Umständen in die Kocher-Isolationskörper eingebaut. Auch der kältere, d. h. der
in Fig. 2 links gelegene Schenkel, sollte, wo immer die Baubedingungen dies gestatten,
in demselben Isolationskörper eingebaut sein. Dies ist im allgemeinen möglich, wenigstens
bei größeren Apparaten, bei denen das im Isolationskörper eingeschlossene Rohrbündel
mit Rücksicht auf die übrigen Betriebsverhältnisse eine solche Ausdehnung in der
Horizontalebene haben muß, daß ein Isolationskörper mit im wesentlichen gleichbleibendem
Querschnitt in jeder Horizontalebene den Einbau der beiden Schenkel des Wechslers
ermöglicht, ohne daß eine Vergrößerung des Gesamtvolumens des Isolationskörpers
notwendig wäre.
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Sollte die Gesamtlänge des im Isolationskörper gelegenen Teiles des
Temperaturwechslers für den notwendigen Wärmeaustausch nicht ausreichen, dann kann
der Wärmeaustausch auf außerhalb des Isolationskörpers gelegeneTeile des Apparates
ausgedehnt werden. Man kann z. B. den Temperaturwechsler 14, 15 sogar bis in das
Absorbergefäß 16 ausdehnen, indem die innere Leitung 15 durch den Flüssigkeitsinhalt
des Absorbergefäßes geführt wird, wodurch eine weitere Erwärmung der reichen Lösung
erfolgt. Sollte dies eine unzureichende Abkühlung der armen Lösung vor deren Eintritt
in das Absorbersystem ergeben, dann kann eine weitere Abkühlung dadurch erreicht
werden, daß die arme Lösung nach Durchgang durch den Temperaturwechsler 14., 15
und gegebenenfalls nachWärmeaustausch mit der reichen Lösung im Absorbergefäß 16
weiter herabgekühlt wird durch Wärmeaustausch mit dem reichen vom (in der Zeichnung
nicht dargestellten) Verdampfersystem des Apparates kommenden kalten Gasstrom, der
durch die Leitung 23 zum. Absorbergefäß 16 geführt wird. Durch das die Gasleitung
23 umgebende Mantelrohr 22 geht die arme Lösung zum höchsten Punkt des Absorbersystems.
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Der in Fig.2 dargestellte Temperaturwechsler 14 15 besteht aus Leitungen
mit im wesentlichen in Apparaten dieser Art normal verwendeten Querschnitten. So
hat der Mantel 14 ein Rohr mit einem inneren Durchmesser von etwa 30 mm,
während die Leitung 15 zweckmäßig einen Durchmesser von ungefähr 9 mm hat. In den
Fällen, in denen die beiden senkrechten Schenkel des Temperaturwechslers in der
Kocherisolation eingeschlossen sind und/oder eine Länge haben, die etwa der Höhe
der Rektifikationssäule entspricht, ist ohne besondere Maßnahmen ein befriedigender
Wärmeaustausch zu erzielen. Bei größeren Apparaten kann aber der Wärmeaustausch
ungenügend werden, wenn, wie bei der Vorrichtung nach Fig. i, der eine Schenkel
unterhalb der Reaktionssäule liegt. In allen diesen Fällen kann aber gemäß der.
Erfindung eine ausreichende Leistung des Temperaturwechslers dadurch erreicht werden,
daß mittels geeigneter, an sich bekannter Mittel eine Vergrößerung der Berührungsfläche
zwischen den durch den Temperaturwechsler gehenden Flüssigkeitsströmen herbeigeführt
wird. Eine solche Flächenvergrößerung z. B. einer der Flüssigkeitsströme führenden
Leitungen kann z. B. in der Weise geschehen, daß man der betreffenden Leitung eine
Form gibt, die sich von der streng zylindrischen unterscheidet. Man kann aber auch
durch besondere, mit den beidem den Temperaturwechsler bildenden Wänden des Rohrelementes
wärmeleitend verbundene Teile in Form von Blechen od. dgl. die erforderliche Vergrößerung
der Leistung je Längeneinheit des Temperaturwechslers erreichen.
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Eine Ausführungsform eines also ausgeführten Temperaturwechslers ist
in Fig. 3 der Zeichnung dargestellt. Der obere Teil dieses Aggregats ist aus zeichnerischen
Gründen verkürzt (unterbrochen) dargestellt. Die Bezeichnungen in Fig. 3 entsprechen
denen der Fig. i und 2. Der Kocherteil 12 und die Pumpe i i sind durch Schweißnähte
mit dem Heizrohr io wärmeleitend verbunden, während das Mantelrohr 14 des. Temperaturwechslers
von dem Heizrohr bzw. dem Kocher und der Pumpe durch eine dazwischenliegende Isolationsschicht
thermisch getrennt ist. Die Leitung 15 für die arme Absorptionslösung ist zentral
im Mantel 14 angeordnet. Quer zur Strömungsrichtung in der Leitung 15 sind Bleche
24 eingesetzt, die den Querschnitt des zwischen den Leitungen 14 und 175 gebildeten
Ringraumes abdecken. Um die Durchströmung der von unten in das Mantelrohr 14 eintretenden
reichen Lösung zu ermöglichen, sind in den Leitblechen 24 Aussparungen 25 vorgesehen.
Diese Aussparungen werden zweckmäßig so angebracht, daß sie wechselweise auf der
einen und der anderen Seite des Mantelrohres 14 liegen. Hierdurch wird die reiche
Lösung gezwungen, während des Durchgangs zwischen den verschiedenen Blechen ihre
Richtung zu wechseln. In den Fällen, in denen, wie beim. Ausführungsbeispiel gemäß
Fig. 3, besonders große Austauschflächen innerhalb eines begrenzten Höhenabschnittes
angeordnet werden sollen (z. B. im Bereiche der Reaktionssäule der Pumpe i i), kann
ein etwas vergrößerter Querschnitt der den Temperaturwechsler bildenden Rohrelemente
Anwendung finden. Die Zufuhr von reicher
Lösung vom Absorbergefäß
zum Mantelrohr 14 erfolgt durch eine besondere Leitung 17.
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In Fig. 4. ist ein Heizrohr io gezeigt, dessen unteres Ende bei elektrisch
betriebenen Apparaten geschlossen sein kann, aber bei gas- oder ölbetriebenen Apparaten
als ein den Isolationskörper durchziehender Schornstein ausgebildet sein soll. Mit
27 ist der Absorber des Apparates bezeichnet, von dem aus reiche Absorptionslösung
in das Absorbergefäß 16 fällt. Vom Boden des Absorbergefäßes wird die reiche Absorptionslösung
durch eine Leitung 17 zu dem Flüssigkeitstemperaturwechsler geleitet, der in den
Isolationskörper eingebaut ist und die Form eines im wesentlichen senkrecht liegenden
Außenmantels 14 mit einem darin zentral angeordneten Innenrohr 15 hat. Nachdem die
reiche Lösung durch das Mantelrohr 14 gegangen ist, wird sie in' die Pumpe i i des
Apparates eingeführt, die in die zu dem Kondensatorsystem des Apparates führende
Dampfleitung 18 mündet. Der untere Teil des Dampfrohres ist mit dem Heizrohr io
wärmeleitend; z. B. durch Schweißung, verbunden und bildet somit den eigentlichen
Kocher des Apparates, durch den an Kältemittel verarmte Lösung abwärts strömt. Die
Leitung 12 ist längs einer gewissen Strecke, nämlich zwischen der wärmeleitenden
Verbindung mit dem Heizrohr und dem oberen Flüssigkeitsstand im Rohr 12, im Abstand
vom Heizrohr angeordnet und somit mehr oder weniger thermisch , von ihm getrennt.
Dadurch ist eine zwischen den "genannten Punkten liegende Reirtifikationssäule entstanden,
in der die im Kocher ausgetriebenen Dämpfe mehr oder weniger vollständig durch die
von- der Pumpe hochgeförderte, an Kältemittel verhältnismäßig reiche Lösung rektifiziert
werden. Die abwärts strömende, in der Richtung abwärts immer ärmer aber auch wärmer
werdende Lösung wird gemäß der Erfindung wieder aufwärts geführt, nämlich- durch
das Innenrohr 15 des Temperaturwechslers, wobei sie einen Teil ihres Wärmeinhaltes
an die im Wechselmantel 14 -abwärts strömende reiche Lösung abgibt. Die reiche Lösung,
die von dem unteren Tei-1 des Temperaturwechslers in die Pumpe i i hineingesaugt
wird, hat somit eine Temperatur, die die Temperatur der ärmsten Lösung nur unwesentlich
unterschreitet.
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In Fig. 5 ist ein Querschnitt durch den unteren Teil eines. Kochersystems
gezeigt, das im wesentlichen gemäß Fig. 4 aufgebaut ist. Die Achsen der drei Rohrelemente
15, io und 12 liegen im wesentlichen in einer Ebene, während das Pumpröhr i i längs
einer Erzeugenden an dem Heizrohr festgeschweißt ist und mit seiner Achse in einer
zur vorgenannten Ebene senkrechten Ebene liegt. Dadurch werden das Heizrohr und
die von ihm direkt beheizten Rohrelemente ganz nahe aneinandergerückt und liegen
auf einem für eine Wärmeisolation ausreichenden Abstand von dem .Temperaturwechslermantel
14. Das Rohrbündel io, i i, 12 ist auch durch eine wesentlich stärkere Isolationsschicht
von der Außenwand des Isolationskörpers getrennt als der Mantel 14. Die gegenseitige
Verlegung *der verschiedenen Rohrelemente in dem Isolationskörper kann aber je nach
den obwaltenden Bedingungen verändert werden.
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Der Isolationskörper nach Fig. 5 hat einen im wesentlichen elliptischen
Querschnitt, wodurch die Form leicht den gegenseitigen Lagen der verschiedenen Rohrelemente
angepaßt werden kann. Man kann dadurch u. a. auch die Ausdehnung des Isolationskörpers
in einer Richtung herabsetzen, ohne den Isolationseffekt nennenswert zu mindern.
Eine solche Begrenzung kann bei der Unterbringung des Kälteapparates in dem gewöhnlich
an der Rückseite eines Kühlschrankes liegenden Apparatraume von Nutzen sein, weil
dessen Ausdehnung in Richtung quer zur Rückwand des Schrankes die timensionierung
der Isolierung maßgebend bestimmt.
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Die Erfindung ist auf die schematisch gezeigten und beschriebenen
Ausführungsbeispiele nicht beschränkt, sondern kann vielfach im Rahmen der Erfindung
verändert werden. So brauchen die im wesentlichen senkrecht -angeordneten Teile
des Temperaturwechslers nicht genau parallel mit dem Schornstein verlegt zu werden,
sondern können in den@Fällen, in denen die Isolationsschicht zwischen Temperaturwechsler
und Heizrohr bzw. anderen senkrechten Leitungen hoher Temperatur schwach ist, konisch
verlaufen. Eine schwache Neigung des Temperaturwechslers gegen die senkrechte Richtung,
irl welcher die übrigen Leitungen einschließlich des Heizrohres gewöhnlich angeordnet
sind, bringt eine mit fallender- Temperatur längs des Temperaturwechslers steigendeDicke
derzwischenliegenden Isolationsschicht mit sich, wodurch der Wärmestrom beispielsweise
von den niedriger gelegenen Teilen des Heizrohres zu den niedriger gelegenen und
deshalb kälteren Teilen des Temperaturwechslers auf erträgliche Werte begrenzt wird.
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Die Achsen der den Temperaturwechsler bildenden Rohrelemente sollen
aber im wesentlichen gerade und senkrecht verlaufen. Zur Vergrößerung desWärmeübergangs
zwischen den imTemperaturwechsler verlaufenden Flüssigkeitsströmen können beliebige
Mittel verwendet werden.-