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Mit Hilfsgas arbeitender kontinuierlicher Absorptionskälteapparat
Gegenstand ist ein mit Hilfsgas arbeitender Absorptionskälteapparat, der eine Anzahl
mit einem senkrechten Heizrohr parallel laufender, als Entlüftungsleitungen für
den Flüssigkeitstemperaturwechsler des Apparates arbeitender Rohrleitungen aufweist
und in dem Absorptionslösung durch ein als Pumpe wirkendes, mit dem Heizrohr wärmeleitend
verbundenes Rohr von einer Leitung mit niedrigerer in eine Leitung mit höherer Flüssigkeitssäule
gefördert wird und dann von dort zum Absorber des Apparates fließt. -Der Apparat
zeichnet sich dadurch aus, daß Kältemitteldämpfe aus der Absorptionslösung innerhalb
eines zwischen dem Flüssigkeitsspiegel im Absorbergefäß des Apparates und dem tiefsten
Punkt des Flüssigkeitstemperaturwechslers gelegenen Längsabschnittes des beheizten
Rohres aus letzterem ausgetrieben werden, welche Dämpfe unter dem Einfluß einer
mit dem Flüssigkeitsspiegel des Absorbergefäßes durch eine zusammenhängende Flüssigkeitsmasse
frei kommunizierenden Reaktionssäule Absorptionslösung von dem unteren Teil dieser
Reaktionssäule an den höher gelegenen Flüssigkeitsspiegel fördern.
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Dieser Vorgang wird gemäß der Erfindung erreicht in einem mit Hilfsgas
arbeitenden kontinuierlichen Absorptionskälteapparat mit einer Gasblasenpumpe, einem
Flüssigkeitstemperaturwechsler, einer als Kocher dienenden, parallel zu einem senkrechten
Heizrohr verlaufenden Leitung,
die eine mit der Pumpe sowie mit
dem Absorbergefäß frei kommunizierende Flüssigkeitssäule enthält, und einer weiteren
senkrechten, mit dem oberen Ende der Pumpe verbundenen Leitung, die mit der Zuführstelle
der Absorptionslösung des Absorbers kommuniziert, wobei die beiden erwähntenLeitungenEntlüftungswege
für denFlüssigkeitstemperaturwechsler binlden, dessen Kennzeichen darin besteht,
daß das Heizrohr mit seiner äußeren Wandung in einer achsparallelen Mantellinie
mit einem Abschnitt des Pumpenrohres wärmeübertragend verbunden ist, der zwischen
dem Flüssigkeitsspiegel im Absorbergefäß und dem tiefsten Punkt des den unteren
Teil des Heizrohres eng umhüllenden Temperaturwechslers liegt.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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Fig. i und 2 zeigen schematisch je einen Längsschnitt eines Ausführungsbeispieles,
Fig. 3 eine Abwandlung des unteren Teiles der Ausführung nach Fig. i.
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In der Fig. i bezeichnet io ein als Heizrohr arbeitendes senkrechtes
Rohrstück, an dessen unterer Mündung eine in der Zeichnung nicht dargestellte Wärmequelle
angebracht ist. Konzentrisch mit dem Heizrohr ist der Flüssigkeitstemperaturwechsler
i i des Kälteapparates angeordnet, der die Form einer Schraube von gleichmäßiger
Steigung hat. Das Innenrohr 12 des Wechslers ist einerseits durch eine Leitung 13
mit dem reiche Absorptionslösung enthaltenden Absorbergefäß 14 des Apparates und
andererseits mit einer aufrechten unten geschlossenen Leitung 15 verbunden. Das
Absorbergefäß 14 ist an seinem nicht dargestellten Ende an die Ablaufleitung des
Absorbers angeschlossen, so daß die Lösung, nachdem sie den Absorber durchflossen
hat, in das Gefäß 14 einströmt. Die Leitung 18 dagegen ist an den Eintritt des Absorbers,
d. h. oben an demselben angeschlossen. Die Leitung 15 ist durch Schweißung längs
einer achsparallelen Mantellinie mit dem Mantel des Heizrohres io verbunden. In
Richtung nach oben geht die Leitung 15 fugenlos in eine Dampfleitung 16 über, die
nach dem in -der Figur nicht dargestellten Kondensator des Apparates führt. Die
Leitung 15 bildet hier den Kocher des Apparates, wo die Hauptmenge :der Kältemitteldämpfe
ausgetrieben wird. Die reiche Lösung strömt vom Absorbergefäß 14 durch den Temperaturwechsler
i i in den Kocher 15, wo sie zum Kochen gebracht wird und unter abnehmender Kältemittelkonzentration
nach dem Boden des Kochers hinabströmt. Die beiden parallel zum Heizrohr verlaufenden
senkrechten Leitungen 15, 17 bilden die Entlüftungsleitungen des Temperaturwechslers.
Dabei entlüftet die Leitung 17 den Außenmantel und die Leitung 15 die innere Leitung
des Wechslers. An der Stelle 30 ist die Saugleitung 31 der Umlaufpumpe des
Apparates an die Leitung 15 angeschlossen. Das obere Ende der Pumpe mündet in das
senkrechte Standrohr 17, das nach oben in die Dampfleitung 16 mündet. Das untere
Ende des Standrohres 17 mündet in das Außenrohr des Flüssigkeitstemperaturwechslers
i i, durch das die in das Standrohr 17 geförderte Lösung in eine Leitung 18 fließt,
die ihrerseits in den in der Figur nicht dargestellten, vorzugsweise von einer Rohrschlange
gebildeten, luftgekühlten Absorber des Apparates mündet, wobei die Eintrittsstelle
von 18 in den Absorber tiefer liegt als der Flüssigkeitsspiegel in 17. Die Pumpe
wird durch ein beheiztes Rohr ig gebildet, das von einer Stelle 2o bis an eine Stelle
21 in das Heizrohr io längs einer gemeinsamen Mantellinie festgeschweißt, also wärmeübertragend
verbunden ist, wie durch Kreuze angedeutet ist. Die Pumpe ig fördert die Absorptionslösung
von der Leitung 15 mit niedrigerer Flüssigkeitssäule und niedrigem Flüssigkeitsstand
in das Rohr 17 mit höherer Flüssigkeitssäule und höherem Flüssigkeitsstand.
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Es werden nun Kältemitteldämpfe innerhalb eines zwischen dem Flüssigkeitsspiegel
im Absorbergefäß 14 und dem tiefsten Punkt des Temperaturwechslers gelegenen Längsabschnittes
des Rohres ig ausgetrieben. Selbstverständlich werden auch oberhalb dieses Bereiches
Dämpfe ausgetrieben, da ja Punkt 21 über dem Niveau von 14 liegt. Es könnte auch
an Stelle der ununterbrochenen wärmeübertragenden Verbindung zwischen den Punkten
2o und 21 zur Bildung der wärmeübertragenden Verbindung mehr oder weniger lange
Schweißstellen mehr oder weniger dicht nebeneinander angeordnet sein. Damit nun
aber eine genügende Pumpwirkung gesichert bleibt, sollte der oberste Punkt 21 der
wärmeübertragenden Verbindung zwischen Pumpe und Heizrohr wenigstens 5o mm und vorteilhaft
mehr als 7o mm oberhalb des tiefsten Punktes 20 liegen. Bei 5o mm wird gerade noch
eine genügende Pumpwirkung erzielt, während dieselbe bei einer Entfernung der Punkte
20, 21 von 70 mm auch gesichert ist, wenn aus irgendeinem Grunde eine unrichtige
Beheizung oder andere Umstände den Betrieb erschweren. Der tiefste Punkt, bei dem
die Pumpe ig Wärme aufnimmt, liegt tiefer als der tiefste Punkt des Flüssigkeitswechslers,
und die Pumpe ist an die Bodenschicht der mit dem Absorbergefäß frei kommunizierenden
Flüssigkeitssäule des Rohres 15 angeschlossen.
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Der beschriebene Kälteapparat arbeitet beispielsweise mit Wasserstoff,
Ammoniak und Wasser als Betriebsmittel. Es ist bereits erwähnt, daß das Austreiben
von Kältemitteldampf zum größten Teil im Kocher 15 stattfindet und der restliche
Teil im Pumpenrohr ig ausgetrieben wird. Die Lösung am Boden dieses Kochers ist
infolgedessen verhältnismäßig arm an Kältemittel, wodurch somit die Pumpe ig bei
einer der niedrigeren Kältemittelkonzentration entsprechenden höheren Temperatur
arbeiten muß. Obwohl man in manchen Fällen, wenn das Austreiben von Kältemittel
nicht allzu weit getrieben wird, das Pumprohr in an sich bekannter Weise als eine
um den unteren Teil des Schornsteines io gewickelte Rohrschlange ausbilden kann
mit einem gegebenenfalls vom Heizrohr thermisch getrennten Standrohr, ist es im
allgemeinen von großer Bedeutung, daß die
Pumpe in der in der Fig.
i dargestellten Weise ausgebildet wird. Durch die Erweiterung der wärmeübertragenden
Verbindung zwischen dem Heizrohr io und dem Pumprohr i9 in senkrechter Richtung,
wenigstens bei größeren Apparaten aufwärts bis an eine Stelle, die in gleicher Höhe
oder höher als der Spiegel im Gefäß 14 li'egt, wird eine wesentlich gesteigerte
Sicherheit dafür erreicht, daß die Pumpe, insbesondere bei dem Start, in befriedigender
Weise arbeitet.
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Die geförderte Lösung, derenKältemittelkonzentration durch das Abkochen
in der Pumpe noch weiter sinkt, wird in das Standrohr 17 eingepumpt, wo, wenn erforderlich,
ein weiteres Abkochen von Kältemittel stattfinden kann. Im letzteren. Falle sollte
das Standrohr mit dem Heizrohr io wärmeübertragend verbunden sein. In den meisten
Fällen ist ein Abkochen im Standrohr jedoch überflüssig bzw. ungünstig, weil die
dort ausgetriebenen Kältemitteldämpfe große Mengen von Dampf des Absorptionsmittels
enthalten würden. Dagegen ist es in den meisten Fällen günstig, unter anderem für
die Ausnützung des Wärmeinhaltes der durch die oberen Teile des Heizrohres strömenden
Rauchgase, eine derartige wärmeübertragende Verbindung zwischen dem Standrohr 17
und dem Heizrohr vorzusehen, daß die arme Lösung mit unveränderter Temperatur das
Standrohr durchfließt. Hierdurch wird durch Vermittlung des Temperaturwechslers
der Wärmeinhalt der Rauchgase ausgenutzt. Mit Rücksicht auf den tiefliegenden Kocherspiegel
können nämlich sonst Schwierigkeiten entstehen für eine zweckmäßige Ausnützung des
Wärmeinhaltes der Rauchgase. Die im unteren Teil der Pumpe.ig gebildetenDämpfe können
nicht nach hinten durch das Rohr 15 emporsteigen, da zwischen dem am tiefsten gelegenen
Punkt 2o, wo der Pumpe Wärme zugeführt wird, der wärmeübertragenden Verbindung zwischen
Heizrohr io und Pumpe i9 einerseits und dem Spiegel im Rohr 15 andererseits eine
Flüssigkeitssäule vorhanden ist, die mit der Pumpe in Verbindung steht und ebenso
hoch ist wie die Säule im Absorbergefäß 14 und als Reaktionssäule zwischen dem tiefsten
Punkt, wo der Pumpe Wärme zugeführt wird, und dem Spiegel im Rohr 15 wirkt. Die
Reaktionssäule kommuniziert mit dem Flüssigkeitsspiegel des Absorbergefäßes 14 durch
eine zusammenhängende Flüssigkeitssäule frei. Sie kommuniziert auch mit der Pumpe
frei. Die Flüssigkeitssäule im Rohr 15 zwischen dem Abstand, des tiefsten Punktes
und dem Spiegel im Rohr 15 wird deshalb als Reaktionssäule bezeichnet, weil ihr
Spiegel sich dem Stand der Absorptionslösung im Absorbergefäß 14 anpaßt. Die erwähnten
Dämpfe fließen infolgedessen durch das Pumpenrohr nach oben und nicht nach unten.
Die aus dem Rohr ig ausgetriebenen Kältemitteldämpfe fördern unter dem Einfluß der
genannten Reaktionssäule Absorptionslösung von dem unteren Teil dieser Säule zu
dem höheren Flüssigkeitsspiegel der Leitung 17. Die Leitung 17 kommuniziert frei
mit der Zufuhrstelle der Absorptionslösung des Absorbers. Wie aus der Fig. i hervorgeht,
erstreckt sich die unmittelbare wärmeübertragende Verbindung zwischen io und i9
abwärts bis an den untersten Teil des Heizrohres io. Die Schweißfuge befindet sich
somit im allgemeinen in dem Gebiet des Heizrohres, wo die Wärmezufuhr am größten
ist. Trotzdem kann in vielen Fällen die Wärmezufuhr zu der Pumpe für ein sicheres
Arbeiten des Flüssigkeitsumlaufes ungenügend sein. Um eine gesteigerte Wärmezufuhr
zu der Pumpe zu erreichen, ist gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 die unmittelbare
wärmeübertragende Verbindung zwischen dem Kocherrohr 15 und. dem unteren Teil des
Heizrohres von der Stelle ,4o nach abwärts unterbrochen. Dabei ist das Kocherrohr
von dieser Stelle weg ein wenig von dem unteren Teil des Heizrohres weggebogen,
derart, daß ein Luftspalt zwischen Heizrohr und Kocherrohr gebildet ist. Eine derartige
Unterbrechung der wärmeübertragenden Verbindung kann aber auch auf andere Weise
erreicht werden, beispielsweise durch Aufschlitzen des unteren Teiles des Heizrohres
zu beiden Seiten der Kontaktfläche zwischen Kocher und Heizrohr. Im allgemeinen
i.st es jedoch zweckmäßig, die Anordnung gemäß der Fig. 3 zu treffen. Durch den
Luftspalt wird bewirkt, daß im Längsabschnitt des unteren Teiles des Heizrohres
der Wärmestrom von der Wärmequelle an den Kocher kleiner ist als der Wärmestrom
von der Wärmequelle an die Flüssigkeitspumpe. In vielen Fällen ist es jedoch möglich,
ein gerades Kocherrohr zu benutzen, wobei die Schweißfuge längs dem oberen Teil
des Rohres derart ausgebildet wird, daß das Rohr etwa i mm vom Heizrohr entfernt
ist, wobei der obere Teil des Zwischenraumes mit Schweißmaterial ausgefüllt wird,
während der untere Teil des Zwischenraumes den Luftspalt bildet.
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Für den. Fall, daß Schwierigkeiten für eine befriedigende Rektifikation
der durch die Pumpe in das Dampfrohr 16 einströmenden Kocherdämpfe bei einer bestimmten
Apparattype erwartet werden können, oder in dem Falle, insbesondere bei den größten
Apparattypen, wenn Pumpschwieri.gkeiten auftreten sollten, kann man eine gewisse
Verbesserung dieser Verhältnisse erreichen durch Ausbildung der Vorrichtung in der
in Fig. 2 schematisch dargestellten Weise. Die Bezeichnungen dieser Figur entsprechen
denen der Fig.i. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist die Saugseite der Pumpe
i9 durch ein Rohr 26 teils an das untere Ende des Kochers 15 und an das untere Ende
des Hilfskochers 25 angeschlossen, der aus einem unten geschlossenen, mit dem Heizrohr
io wärmeübertragend verbundenen Rohr gebildet ist und nach oben in den Kocher 15
einmündet, wobei das untere Ende der Mündung ein wenig unter dem Flüssigkeitsspiegel
des Kochers liegt. Die Rohre 15, 25 sind also im Bereich der oberen Enden der beiden
Säulen in den Rohren 15, 25 miteinander verbunden. In manchen Fällen ist die wärmeübertragende
Verbindung zwischen dem Hilfskocher und dem Heizrohr vorteilhaft. Durch diese Anordnung
kommt die reiche Lösung der obersten
Schicht im Hauptkocher 15 mit
armer Lösung der unteren Schicht des Hilfskochers zusammen und wird durch den Hilfskocher
hindurch in das Pumprohr ig, das mit den Bodenschichten beider Flüssigkeitssäulen
in den Rohren 15, 25 kOmmuniziert, eingesaugt. Die Pumpe wird dadurch mit einer
Lösung von etwas höherer Konzentration arbeiten als bei dem Ausführungsbeispiel
der Fig. i, und infolgedessen wird die Kältemittelkonzentration der von der Pumpe
ausströmenden Dämpfe entsprechend höher. Es kann in manchen Fällen sogar zweckmäßig
sein, das beheizte Pumpenrohr nur-. an den Hilfskocher 25 anzuschließen. Auch in
diesem Falle ist 25 oben mit 15 verbunden. Dabei können, wenn nötig, besondere Maßnahmen
getroffen werden, um eine Umwälzung des Flüssigkeitsinhaltes des Hauptkochers 15
zu bewirken, beispielsweise indem man in an sich bekannter Weise den Kocher durch
eine Trennwand in zwei unten miteinander kommunizierende Abteilungen einteilt, wobei
in eine die Leitung 12 einmündet.
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Wenn man aus irgendeinem Grunde die Pumpe mit möglichst reicher Lösung
zu speisen wünscht, kann man eine Ausführungsform der Vorrichtung der Erfindung
benutzen, die sich von .dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 dadurch unterscheidet,
daß die wärmeübertragende Verbindung zwischen dem Rohr 15 und dem Heizrohr io noch
geringer ist als in Fig. 3 oder ganz unterbrochen ist, wobei das Auskochen von Kältemitteldämpfen
dann im wesentlichen in der Pumpe ig stattfindet. Bei der Ausführungsform nach Fig.
i und 3 werden Dämpfe im oberen Teil des Rohres 15 ausgetrieben. Wenn sich die Dampfentwicklung
in dieser Pumpe lebhafter erweisen sollte, als für einen normalen Flüssigkeitsumlauf
zulässig ist, kann das Standrohr 17 mit dem Heizrohr wärmeübertragend verbunden
werden und wird dann dadurch die Aufgabe des Kochers des Apparates übernehmen. Die
von der Wärmequelle übertragene Wärmemenge wird sich dann zwischen der Pumpe und
dem Rohr 17 verteilen.
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Die Erfindung ist besonders zweckmäßig in Verbindung mit kontinuierlich
arbeitenden Haushaltskälteapparaten mit Hilfsgas, z. B. Wasserstoff, wobei im allgemeinen
Ammoniak als Kältemittel und Wasser als Absorptionsmittel benutzt wird. Die Erfindung
ist aber nicht auf eine besondere Ausführunasform der oben angegebenen Apparatetype
beschränkt. Der größte Vorteil ergibt sich indessen bei der in den Figuren dargestellten
Art von Kochern, weil man nämlich bei dieser Kochertype in möglichst einfacher Weise
die Bedingungen für eine befriedigende Wärmeverteilung zwischen den verschiedenen
Flüssigkeitsräumen des Kochers erzielen kann, deren Anzahl in manchen Fällen vier
oder fünf beträgt, wenn beispielsweise die Rohre durch senkrechte Wände in eine
größere Anzahl von Sektionen aufgeteilt werden.
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Um eine volle Ausnutzung der Vorteile der Erfindung zu erreichen,
ist der konstruktive Aufbau des Kochers von großer Bedeutung. Tatsächlich ist es
sowohl mit Rücksicht auf die Korrosion als auch aus ökonomischen Gründen vorteilhaft,
die Anzahl von Schweißfugen möglichst zu beschränken. Es ist ferner vorteilhaft,.unter
anderem aus wärmetechnischen Gesichtspunkten, möglichst enge Rohre zu verwenden.
Als Beispiel sei erwähnt, daß bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. i das Kocherrohr
15, «renn es mit dem Heizrohr io nicht wärmeleitend verbunden ist, etwa den gleichen
Durchmesser wie das Pumprohr haben kann. Das Rohr 15 und die Pumpe ig können aus
einem U-förmigen Rohr bestehen, wobei das Standrohr 17 mit dem Heizrohr wärmeleitend
verbunden werden muß und somit die Aufgabe des Kochers übernimmt. Auch wenn man
aus irgendwelchem Grund nicht den gleichen Durchmesser für das Rohr 15 und die Pumpe
ig wählen kann, ist es in den meisten Fällen möglich, die Bemessungen für das Rohr
15 derart zu wählen, daß der Durchmesser zwischen den Durchmessern des Rohres 17
und der Pumpe ig liegt. In analogem Weise kann das Rohr 17 im Ausführungsbeispiel
der Fig. i so gewählt werden, daß sein Durchmesser zwischen den Durchmessern der
Rohre ig und 15 liegt.