-
Absorptionskälteapparat Die Erfindung betrifft einen Absorptionskälteapparat,
der mit indifferentem Hilfsgas arbeitet und bei dem mittels einer Wärmequelle Kältemitteldämpfe
aus einer von Absorptionslösung gebildeten Flüssigkeitssäule in einer von Wärmeisolation
umgebenen Rohrleitung ausgetrieben werden, in deren oberen, einen Rektifikator für
in dem mittleren Teil der Flüssigkeitssäule ausgetriebene Kältemitteldämpfe bildenden
Teil die von dem Absorber über einen Flüssigkeitstemperaturwechsler kommende Lösung
von einer wärmegetriebenen Pumpe hochgepumpt wird und somit eine abwärts gerichtete
Strömung in der Flüssigkeitssäule aufrechterhält, während der untere Teil der Leitung
den zweiten Strömungsweg im Flüssigkeitstemperaturwechsler bildet. Die Erfindung
bezweckt, in kontinuierlichen, mit indifferentem Hilfsgas arbeitenden Absorptionskälteapparaten,
deren Beheizung mit Hilfe einer elektrischen Heizpatrone erfolgt, die Austreibevorrichtungen
zu vereinfachen, vor allen Dingen aber die Strahlungsverluste dieser Apparatteile
herabzusetzen und damit den für den Betrieb des Apparates erforderlichen Aufwand
an elektrischer Heizenergie zu vermindern.
-
Es ist bereits bekannt, Kältemitteldämpfe aus einer in eine Wärmeisolation
eingebauten, von Absorptionslösung gebildeten Flüssigkeitssäule durch Wärmezufuhr
zu dem unteren Teil dieser Säule auszutreiben. Der obere Teil der Säule hat keine
Wärmezufuhr und wird zur Rektifikation der in der Säule ausgetriebenen Dämpfe benutzt.
Es hat sich nun gezeigt, daB die
Bedingung dafür, daß aus einem
derartigen Kocher genügende Dampfmengen ausgetrieben werden, eine wesentliche Erhöhung
der Austreibetemperatur ist, was indessen zu gesteigerten Strahlungsverlusten führt,
insbesondere wenn der Kocher als eine an die Außenseite eines Heiz- bzw. Schornsteinrohres
festgeschweißte Rohrleitung ausgebildet ist.
-
Es ist ferner an sich bekannt, den Flüssigkeitstemperaturwechsler
des Apparates als eine um den unteren Teil des Heizrohres gewickelte Rohrschlange
auszubilden, die innerhalb der Kocherisolation selbst eingebaut ist. Dadurch werden
zwar die Strahlungsverluste kleiner, andererseits aber wird auch die Höhe des für
das Abkochen wirksamen Teiles der Flüssigkeitssäule mit dem Ergebnis herabgesetzt,
daß der Kocher bei dieser Apparattype nach unten verlängert werden muß, wodurch
wiederum die Verminderung der Strahlungsverluste teilweise ausbleibt. Ferner müssen
bei derartigen Kochern besondere Maßnahmen getroffen werden, um einen Umlauf der
Lösung im unteren Teil des Kochers zu bewirken.
-
Die Erfindung ermöglicht es, diese Nachteile zu beseitigen, und zwar
im wesentlichen dadurch, daß in einem Absorptionskälteapparat mit indifferentem
Hilfsgas, bei dem mittels einer Wärmequelle Kältemitteldämpfe aus einer von Absorptionslösung
gebildeten Flüssigkeitssäule in einer von Wärmeisolation umgebenen Rohrleitung ausgetrieben
werden, in deren oberen, einen Rektifikator für in dem mittleren Teil der Flüssigkeitssäule
ausgetriebene Kältemitteldämpfe bildenden Teil die von dem Absorber über einen Flüssigkeitstemperaturwechsler
kommende Lösung von einer wärmegetriebenen Pumpe hochgepumpt wird und somit eine
abwärts gerichtete Strömung in der Flüssigkeitssäule aufrechterhält, während der
untere Teil der Leitung den zweiten Strömungsweg im Flüssigkeitstemperaturwechsler
bildet, die Wärmezufuhr auf den mittleren, im Kern der Kocherisolation gelegenen
Teil der Flüssigkeitssäule beschränkt ist und mit Hilfe einer elektrischen Heizpatrone
erfolgt, die in einem mit der Flüssigkeitssäule wärmeleitend verbundenen Heizrohr
eingeschlossen ist, oberhalb dessen in der Isolation eingebettet der als Rektifikator
nutzbare Teil der Flüssigkeitssäule liegt und unterhalb dessen ein koaxial zur Heizrohrachse
schraubenförmig gewickelter Temperaturwechsler angeordnet ist, der zur Aufnahme
eines Teiles der vom Heizrohr abgehenden Wärme dient.
-
Besonders einfach wird die Einrichtung, wenn gemäß der Erfindung die
Flüssigkeitssäule in einer gegebenenfalls fugenlos durchgehenden, jedoch vorzugsweise
aus zwei oder höchstens drei Rohrstücken zusammengeschweißten Leitung von im wesentlichen
gleichem Querschnitt steht, die, von unten gerechnet, einen Flüssigkeitstemperaturwechsler,
einen Kocher, einen Analysator und eine wenigstens teilweise außerhalb der Wärmeisolation
gelegene, gegebenenfalls als Wasserabscheider ausgebildete, zum Kondensator des
Apparates führende Dampfleitung bildet. Der oberhalb des Temperaturwechslers innerhalb
der Isolation verlaufende Teil der Rohrleitung wird gemäß der Erfindung gerade ausgebildet
und durchzieht im wesentlichen zentral und senkrecht die Isolation. Der wärmeaufnehmende
Teil des Kochers besteht aus einem am oberen Ende geschlossenen Heizrohrstück, das
im wesentlichen die gleiche Höhe aufweist wie der zwischen dem Temperaturwechsler
und dem Analysator gelegene Teil der Flüssigkeitssäule. Das den wärmeaufnehmenden
Teil des Kochers bildende Rohrstück ist mit der die Flüssigkeitssäule enthaltenden
Rohrleitung längs einer gemeinsamen Erzeugungsgraden wärmeleitend verbunden, was
in bekannter Weise durch Schweißung erfolgen kann.
-
Die Erfindung soll unter Hinweis auf die in der Zeichnung schematisch
dargestellten Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben werden, wobei sich
weitere kennzeichnende Merkmale der Erfindung ergeben werden.
-
In der Abbildung- ist ein Kocheraggregat eines Absorptionskälteapparates
schematisch dargestellt, und zwar von der Seite gesehen und in die teilweise durchschnittene
Kocherisolation eingebaut.
-
In der Abbildung bezeichnet io eine aus Blech oder einem anderen wärmebeständigen
Material hergestellte kastenförmige oder zylindrische Außenbekleidung für die Kocherisolation
ii. Durch die Bodenplatte 12 mündet ein etwa zentral in der Isolation angeordnetes
Heizrohr, das aus zwei Teilen 13 und 1q. besteht, von denen der untere Teil 13 einen
etwas größeren Durchmesser hat als der obere Teil und aus feuerfestem wärmeisolierendem,
z. B. keramischem Material hergestellt ist. Die obere Mündung des Heizrohres ist
durch einen Deckel 15 abgedichtet. Im wesentlichen konzentrisch mit dem unteren
Heizrohrteil 13 ist eine den Flüssigkeitstemperaturwechsler des Apparates bildende
Rohrleitung 16 gewickelt, und zwar spiralförmig und mit gleichmäßiger Steigung.
Von dem in derAbbildung nicht dargestelltenAbsorbergefäß des Apparates fließt reiche
Absorptionslösung durch das Innenrohr des Temperaturwechslers 16, von dem ein Teil
18 aus der Abbildung ersichtlich ist, in die Umlaufpumpe ig des Apparates ein. Zweckmäßig
bildet diese Pumpe zusammen mit dem Innenrohr des Temperaturwechslers ein nahtloses
Rohr. Längs einer bestimmten Strecke ist das Rohr ig gegebenenfalls punktweise an
den aus einem eisernen Rohr gebildeten Heizrohrteil 1q. festgeschweißt, d. h. von
einem Niveau 2o bis einem Niveau 21. Der Abstand zwischen den beiden Punkten 2o
und 2i soll nicht kleiner als 50 mm sein und kann zweckmäßig 7o bis i2o mm
betragen. Die zu dem in der Abbildung nicht dargestellten Kondensator des Apparates
führende Dampfleitung 22 ist im wesentlichen zentral durch die Kocherisolation bis
an ein Niveau I gezogen, wo diese Leitung durch Zusammenpressen und Schweißen geschlossen
ist. Von dem Außenmantel 16 des Temperaturwechslers führt eine Leitung 23 zu dem
Dampfrohr und ist an einem Punkt angeschlossen, der höher liegt als der höchste
Punkt des Temperaturwechslers, weil es als Entlüftungsleitung für diesen dienen
soll. Das Pumpenrohr ig mündet in die Dampfleitung bei einem Punkt 25 ein, der etwas
höher liegt als die Überlaufstelle für die Leitung 17 an den in der Abbildung nicht
dargestellten Absorber des Apparates.
-
Die Rohre 16, 23 und 22 bilden eine zusammenhängende Leitung, die
in manchen Fällen aus einem
einzigen nahtlosen Rohr bestehen kann.
Die Dampfleitung 22 kann auch durch eine Schweißfuge unmittelbar an den oberen Teil
der Leitung 16 angeschlossen sein, wobei die Verbindungsleitung 23 in Wegfall kommt.
Bei sämtlichen Ausführungsformen wird durch die Pumpe ig in der Leitung eine Flüssigkeitssäule
aufrechterhalten, die bis zu einem Niveau hinreicht, das etwas höher liegt als der
Überlauf in den Absorber. Diese Flüssigkeitssäule bildet den einen Schenkel einer
der Wirkungsweise nach U-förmigen Leitung, deren anderer Schenkel von der Leitung
17 gebildet wird. Der erstgenannte Schenkel ist in die Wärmeisolation eingebaut,
und aus der durch sie strömenden Lösung werden Kältemitteldämpfe ausgetrieben. Ein
bestimmter Anteil der in dem Apparat erforderlichen Gesamtmenge von Kältemittel
wird in der Pumpe ig ausgetrieben. Diese Pumpe ist wärmeleitend verbunden mit dem
Heizrohr 14, in das ein elektrischer Heizkörper eingeschoben ist. In der Pumpe können
höchstens 6o bis 7o °/o, gewöhnlich jedoch weit unterhalb 5o0,7, der erforderlichen
Dampfmenge ausgetrieben werden. Die fehlende Dampfmenge wird aus der Flüssigkeitssäule
der Leitung 22 ausgetrieben. Gemäß der Erfindung wird aber die Wärmezufuhr auf einen
bestimmten Teil dieser Flüssigkeitssäule beschränkt, wodurch einerseits der obere
Teil der Säule, nämlich von Niveau II bis zum höchsten Kocherniveau, Lösung enthalten
wird, die eine höhere Kältemittelkonzentration und eine niedrigere Temperatur hat
und somit eine Rektifikationssäule für die zwischen den Niveaus I und II ausgetriebenen
Dämpfe bildet. Zwischen diesen Niveaus ist die Leitung 22 an das Heizrohr 14 festgeschweißt.
Andererseits nimmt der untere Teil der Flüssigkeitssäule in der Strömungsrichtung
eine immer niedrigere Temperatur an, und zwar infolge des Wärmeaustausches mit der
durch die Leitung 18 strömenden, von dem höchstens 6o° warmen Absorbergefäß kommenden
Lösung. Man erhält also eine Temperatursenkung des von der Flüssigkeitssäule, und
zwar von der Austreibezone dieser Säule, abgehenden Arbeitsmittels, von dem der
dampfförmige Teil durch die oberen Teile des Isolationskörpers in Richtung nach
dem Kondensator des Apparates strömt, während der flüssige Teil die Leitung 16 um
die unteren Teile des Isolationskörpers herum durchströmt. Da somit die Heizung
im Kern der Kocherisolation liegt, erhält man einen Temperaturabfall von dem heißesten
Teil des Apparates, d. h. dem zwischen den Niveaus 1 und II gelegenen Teil der Leitung
22, nicht nur in radialer Richtung, d. h. in Richtung nach der seitlichen Außenbekleidung
der Isolation, sondern, auch in Richtung nach oben und nach unten. Die Wärmemengen,
die vom Heizrohrteil14 abgegeben, aber nicht unmittelbar von der Flüssigkeitssäule
durch die Kontaktfläche mit der Leitung 22 aufgenommen werden, stellen also nicht
mehr, wie bisher, Verluste dar, sondern werden in den oberhalb bzw. unterhalb der
Zone I-II gelegenen Apparateteilen ausgenutzt. Es ergibt sich demnach, daß man durch
die Erfindung die Möglichkeit hat, das Austreibeaggregat so zu bemessen, daß Arbeitsmittel
aus dem in der Isolation eingeschlossenenSystem nirgends mit einer Temperatur austritt,
die höher ist als die Absorber- und/oder Kondensatortemperatur, jedenfalls aber
ioo° C nicht übersteigt.
-
Um eine völlige Ausnutzung der Vorteile der Erfindung zu erreichen,
soll die Wärmequelle des Apparates derart angeordnet sein bzw. ihren wärmsten Teil
im wesentlichen in der Höhe des Rohres 14 haben, so daß das Gebiet höchster Temperatur
im wesentlichen in der Zone I-II liegt. Jedenfalls soll die Wärmequelle so eingerichtet
sein, daß der untere Teil des Heizrohrteiles 13 eine Temperatur annimmt, die niedriger
ist als die Temperatur der übrigen aus dem Isolationskörper austretenden Leitungen
16 und 22, jedenfalls aber nicht wesentlich höher. Diese Bedingungen sind dadurch
erfüllt, daß man als Wärmequelle eine in geeigneter Weise ausgebildete elektrische
Heizpatrone wählt.
-
Die elektrische Heizpatrone besteht gewöhnlich aus einem keramischen
Körper mit aufgewickeltem Widerstandsdraht, der gegebenenfalls in eine geerdete
Metallhülse eingebaut ist. Die Heizpatrone soll gemäß der Erfindung aus einem oberen
Teil bestehen, auf dem der Widerstandsdraht gewickelt ist und der im wesentlichen
die gleiche Länge hat wie das Heizrohr 14, und aus einem unteren Teil, gegebenenfalls
mit größerem Durchmesser, der den Rohrteil 13 ausfüllt und in den die Anschlußleitungen
der Widerstandsspirale verlegt sind. Der obere Teil soll in eine Metallhülse eingekapselt
sein, während der untere Teil zweckmäßig ohne Metallbekleidung ausgebildet ist.
Es ist ferner zweckmäßig, den unteren Teil des Wärmekörpers mit Aussparungen zu
versehen, damit die wärmeleitende Masse kleiner wird.
-
Die Erfindung ist auf die beschriebenenAusführungsbeispiele nicht
beschränkt, sondern kann im Rahmen des Erfindungsgedankens in verschiedener Weise
abgeändert werden. Dies trifft insbesondere für die Aufteilung der in die Isolation
eingebauten Flüssigkeitssäule zu. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel verhalten
sich dieRektifikationssäule, oder, bestimmter ausgedrückt, der Analysator, der Kocherteil
und der im Temperaturwechsler gelegene Teil der Flüssigkeitssäule wie i : i : 6.
Dieses Verhältnis kann innerhalb weiter Grenzen verändert werden und kann in manchen
Fällen 2:1:6 oder 1:2:6 sein.