Absorptionskälteanlage für kleine Kälteleistungen. Bei Absorptionskälteanlagen für Haus haltungskühlschränke mit kleiner Kälte leistung werden zur Aufrechterhaltung von Druckdifferenzen- entweder Reduzierventile oder ein neutrales Gas verwendet. Die Kälteerzeugung erfolgt dabei durch Verbrauch von Wärme, indem ein Kältemittel verdampft wird. Als Kältemittel dient ein binäres Ge misch, meistens Wasser und Ammoniak.
Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Absorptionskälteanlage für kleine Kälte leistungen. Die Erfindung besteht darin, dass zur Aufrechterhaltung der Druckdifferenz zwischen Kondensator und Verdampfer eine Kapillare und zur Aufrechterhaltung der Druckdifferenz zwischen Kocher und Ab sorptionsgefäss eine durch die Kältelösung gebildete Flüssigkeitssäule vorgesehen sind, und dass für den Umlauf der Kältelösung ein Thermosiphon vorgesehen ist, wobei der in letzterem entstehende Dampf ein kontinuier liches Nachströmen der Kältelösung in den Kocher bewirkt.
Die Absorptionskälteanlage gemäss der Erfindung funktioniert daher ohne eine Druckdifferenz aufrecht erhaltende Ventile und ohne Umlaufpumpe und kann auch ohne neutrale Gase und Zusätze betrieben werden. Die Beheizung des Thermosiphons kann durch eine offene Flamme oder durch Elek trizität erfolgen.
In der Zeichnung sind zwei beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegen standes nebst Detailvarianten dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform für Betieb ohne Fremdgas, Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform, welche unter Zuhilfe nahme von Fremdgas betrieben wird, Fig. 3 einen Teil eines mit dem ersten Beispiel versehenen Haushaltungskühlschran- kes im Schnitt,
Fig. 4 einen Horizontalschnitt durch einen Teil des mit dem ersten Beispiel ver- sehenen Haushaltungskühlschrankes, Fig. 5 eine Einzelheit; Fig. 6 veranschaulicht im Schnitt die Be- heizunb des Thermosiphons mit offener Flamme, und Fig. 7 ist ein zugehöriger Schnitt nach Linie I-1 in Fig. 6;
Fig. 8 veranschaulicht im Schnitt die Be- lieizu-nb des Thermosiphons auf rein elek trisch induktivem 'Weg; Fig. 9 ist ein zugehöriger Schnitt nach Linie II-II in Fig. 8;
Fib. 10 veranschaulicht im Schnitt die Beheizung des Thermosiphons mittels Läufer- heizung, und Fig. 11 ist ein zugehöriger Schnitt nach Linie III-III in Fig. 10.
Die Absorptionskälteanlage gemäss Fig. 1 weist ein Absorptionsgefäss 1, ein Kochgefäss ?, einen Kondensator 3 und einen Verdamp fer 4 auf, welches also die Elemente eines nassen Absorptionskühlers sind.
In das Absorptionsgefäss 1 mündet ein an den -Bo denteil des Verdampfers 4 angeschlossenes Einlaufrohr 5, in -welchem das vom Verdamp fer 4 kommende, zu absorbierende Ammo- nia.kgas in das Absorptionsgefiiss 1 geleitet, wird.
Das Absorptionsgefäss 1 ist bis über die Hälfte mit gekühltem Ammoniahgas ge sättigtem Wasser gefüllt, welches eine die Druckdifferenz zwischen Kocher ? und Ab- sorptionsgefäss 1 aufrecht erhaltende Flüs- sigkeitssäule <I>lt.</I> bildet. 6 ist ein unter dein Kocher ? angeordnetes, kommunizierendes Gef;
iss von gleichem Querschnitt -wie das Ab sorptionsgefäss 1, -welches mit diesem durch ein weiteres Verbindungsrohr 7 kommuni ziert. 8 ist ein Wä.rmeaustauseher, gebildet aus einem weiten Rohrteil 8', welcher ein Ka- pillarrohr 9 in einem möglichst Gefälle -auf- weisenden Teil umschliesst.
Das obere Ende des -weiten Rohrteils 8' ist durch ein Stiicl;- Kapillarrohr 10' mit dem Siederauen des Kochers ? und das untere Ende des -weiten Rohrteils 8' ist durch ein Kapillarrohr 10 mit dem Kopfteil des Absorptionsgefässes 1 verbunden, wobei dieses Kapillarrohr 10 eine den Unterteil des Absorptionsgefässes um schliessende enge Wicklung 11 bildet.
Die Flüssighn@itss < iule in 1 steht also unter der Einwirkung des von der Wicklung 11 und dem Gefässmantel 1 gebildeten Wärmeaus- tauschers. Das Kapillarrohr 10 führt dem Absorber 1 vom Kocher 1 kommende, kälte- mittelarme Lösung zii rund mündet unmittel bar über dem Kopfteil des Absorbers ange ordnete Verteilerbleche 12, wo die Lösung auf eine grosse Oberflüche ausgebreitet wird.
Das den innern Mantel des Wärmeaustau- sehers 8 bildende Kapillarrohr 9 verbindet den Bodenteil des kommunizierenden Gefässes 6 mit denn über dem Siederaum des Kochers 2 befindlichen Dampfraum, wobei dieses Ka- pillarrolir 9 bei 1\berwindung einer erheb lieben Höhe eine von mehreren Windungen gebildete )
Vicklung 9' um einen zum Teil in den Siedermun des Kochers 2 hineinragen den elektrischen Heizkörper 13 bildet.. Der Kocher samt Heizkörper und das ihn umwik- kelnde, dort den Thermosiphon bildende Ka- pillarrolir r)
sind von einer Isolierkammer 14 umgeben. Der Oberteil des Kochers 2 ist als Rektifizierkopf ausgebildet und dient zur Ausscheidung des mitgerissenen Wasser- dampfes aus denn Ammoniak. Der über dem Dampfraum des Kochers angeordnete Rek- tit'izierkopf enthält zni diesem <RTI
ID="0002.0121"> Zwecke zwei in (lasefil@ eingeschobene, einen Metallfilter bildende Pfropfen 15 aus feinen Eisenspänen, die den Dampfraum von dem Kondensator 3 trennen, welcher an das obere Ende des liektifizierkopfes anschliesst. Der Rektifizier- kopf sowie auch der Kondensator 3 sind mit Kühllamellen versehen.
Am tiefsten Punkt des Kondensators 3 ist eine Kapillare 16 an geschlossen, -selche in den Kopfteil des Ver- danipl'er.s 4 einmündet und innerhalb dessel ben eine sl.nzahl Wizn Jungen 16' beschreibt.
Im Verdampfer 4 sind unter der Mündung der Kapillare 16 Ringlamellen 17 unterein- ernder ang(@ordnet, #Telehe das Kondensat auf eine. grosse Verdunstunrgsoberfläche verteilen.
Unterhalb der Ringlamellen 17 ist vor dem Auslauf aus dein Verdampfer 4 wiederum ein Eisenwollbausch 18 angeordnet, -welcher eine restlose Verdampfung des Kältemittel- kondensates bewirkt. Der Verdampfer ist mit Wärmeaufnahmelamellen 19 umgeben, welche, da er im Innenraum, des Kühl sehrankes (Fig. 3 und 5) untergebracht ist, diesem Innenraum die Wärme entziehen.
Eine Druckausgleichskapillare 20 verbindet den Dampfraum des Kochers 2 mit dem kom munizierenden Gefäss 6, so dass der Druck des Dampfraumes stets über dem Spiegel des Lösungsmittels im Gefäss 6 wirkt. Steigt aus irgendwelchen Gründen der Druck im Kocher unzulässig an, so kann die Druck steigerung nur soweit erfolgen, bis der Flüs sigkeitsspiegel im kommunizierenden Gefäss 6 das Sicherheitsniveau erreicht, das heisst die Ansatzstelle der Steigleitung 9, die zum Kocher 2 führt. Hat der Flüssigkeitsspiegel diese Ansatzstelle erreicht, so ist auch die Zufuhr kältemittelreicher Lösung zum Kocher 2 unterbrochen und die weitere Ver dampfung hört auf.
Zur Abführung der Absorptionswärme im Absorptionsgefäss 1 sind grossflächige Kühl lamellen 21 vorgesehen, die auf dem Mantel des Absorbers befestigt sind. Auf der Ka pillare 16 und dem Rohr 5 gemeinsam sitzen Kühllamellen 22, durch welche eine äusserst wirksame \weitere Unterkühlung der Kapil lare über das Rohr 5, welchem durch die Verdampfung des Kältemittels die Wärme entzogen wird. Es wird, wie ersichtlich, die Kühlung des Kondensators 3, der in 1 be findlichen Flüssigkeitssäule sowie des Ab sorptionsgefässes 1 mit Luft erzielt.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Anlage bei Verwendung von Wasser als Lö sungsmittel und Ammoniak als Kältemittel ist die folgende: Im unbeheizten kalten Zu stand stehen die drei Flüssigkeitsspiegel im Absorptionsgefäss 1, im Wärmeaustauscher 8 und im Kocher 2 und dessen Kapillarrohren 9 und 20 auf gleicher Höhe, da diese Ge fässe durch Rohrleitungen miteinander in Verbindung stehen. Zwischen Kondensator 3 und Verdampfer 4 besteht keine Druck differenz. Im Absorptionsgefäss 1 befindet sich ammoniakreiche, kalte Lösung. Im Kocher 2 ammoniakarme, kalte Lösung.
Der Heizkörper 13 in der als Thermosiphon wir- kenden Leitung 9, 9' hat bei kleiner Lei stung eine hohe Temperatur, so dass die ihn im Siphon umgebende Lösung an der Heiz- stelle 9' auf Siedegrenze erhitzt wird. Durch den im Thermosiphon gebildeten Dampf ent steht ein kräftiger Auftrieb, welcher ein kontinuierliches Nachströmen der Lösung aus dem Gefäss 6 bezw. dem Absorptionsgefäss 1 in den Kocher 2 bewirkt.
Im Dampfraum des Kochers 2 entsteht durch Dampfbildung all mählich ein Überdruck, so dass durch das Rohr 10' die ammoniakarme Lösung des Ko chers 2 abläuft und in heissem Zustande in den Mantel 8' des Wärmeaustauschers 8 ge langt. Dabei erfolgt eine intensive Wärme abgabe an den Kern 9 des Wärmeaustau- schers 8, so dass die ammoniakreiche Lösung vor Passieren des Thermosiphons bereits er heblich vorgewärmt ist.
Der Überdruck im Dampfraum des Kochers 2 steigt so lange, bis die Flüssigkeitssäule h im Absorber 1 jene Grösse erreicht hat, welche dem durch die Maximalleistung des Heizkörpers 13 mög lichen Dampfdruck im Kocher 2 gleich kommt. Die durch den Dampfdruck über die Leitung 10', 11, 10 nach dem Absorber 1 zurückbeförderte ammoniakarme Lösung wird zuerst im Wärmeaustauscher 8 und dann in den Kühlwindungen 11 bereits wieder abge kühlt und im Absorber unter weiterer voll ständiger Abkühlung auf die Verteilerbleche 12 ausgebreitet. Im Kocher wird das Am moniak aus der Lösung grösstenteils ausge trieben.
Die Filter 15 im Rektifizierkopf bewirken, dass der sich bildende Wasserdampf darin niedergeschlagen wird und nur die Ammoniakdämpfe durchgelassen werden. Durch die kleine Wärmekapazität der Eisen wollbauschen 15 ist eine rasche Wärmeablei tung und deshalb eine sofortige Kondensie- rung des Wasserdampfes möglich. Der glei che Druck wie im Kocher 2 herrscht auch im Kondensator 3, welcher Druck unter gleich zeitiger Abkühlung mit Hilfe der Kühl lamellen die Kondensation des Kältemittels fördert.
Das sich unter der Abkühlung bil dende flüssige Ammoniak im Kondensator blockiert die Kapillare 16, deren Strömungs- u-iderstand die Druckdifferenz zwischen dem Kondensator 3 und dem Verdampfer 4 auf recht hält. Das Ammoniak gelangt daher in feinem Strahl in den Verdampfer 4, ent spannt sich und verdampft. wobei es die Ver- dampfungswärme seiner Unigebung bezw. mittels der Lamellen 19 dem Kühlraum ent zieht. Durch das Rohr 5 gelangt das gas förmige Ammoniak in den Absorber 1, wo es von dem atü den Verteilerblechen 13 aus gebreiteten Lösungsmittel wieder absorbiert wird.
Die beschriebene Anlage eignet sich mit gerin--en Änderungen für einen Absorp tionskühler mit Fremdgas, wie dies das Aus führungsbeispiel in Fig. ? veranschaulicht. Es kommen in -Vegfall das kommunizierende Gefäss 6 mit Verbindungsrohr 7 und Kapil- larrohr 20.
Z-,vecks Zuführung a-mnioniak- reicher Lösung ist das den Thermosiphon \)' sowie den Kern des -\Tärmeaustauschers 8 bildende Kapilla,rrohr 9 direkt am Boden teil des Absorptionsgefässes 1.
angeschlossen. Die Ptiiel@führung der ammoniaka.rmen Lö sung in den Absorber bleibt im wesentlichen gleich, nur hat das Kapillarrohr 10 einen grösseren innern Durcliniesser. Für den Um lauf des Fremdgases dient ein weites Rohr ?3, welches vom Deckel des Absorbers 1 nach oben und wieder nach unten führt und das in einen weiten -Mantel 5' übergehende Rohr r im Teil 5' als Kern eines Wärmeaustauschers durchsitzt und in den Kopfteil des Verdamp fers 4 mündet.
In dem durch den Wärme austauscher )' und Verdampfer 4 führenden Teil des Rohres 23 ist ein sclineckenförinig ge,u-tuidenes Blech 24 eingesetzt, welches das umlaufende Fremdgas in Umwälzung bringt, wodurch ein warmer Graskern vermieden wird. 25 ist ein Kapillarrohr, das den Konden sator 3 und den Absorber 1 verbindet und zur Aufrechterhaltung der Druckdifferenz zwischen diesen dient.
Der Kreisprozess für das Ammoniak und das Lösungsmittel sind im wesentlichen gleich wie für das erste Aus führungsbeispiel. Die Windungen des Thermosiphons 9' über dem Heizkörper 13 sind so angebracht; und dimensioniert, dass bei Überhitzung, zum Beispiel Überlastung des Heizkörpers 13, die Lösung aus dein Rohr teil 9' nach dem Absorber zurückgestaut wird, so dass ein Nachfliessen weiterer Lö sungen unterbrochen ist und eine -% erdamp- fung aufhört.
Hier führt das zwischen Kon densator und Verdampfer vorgesehene Ver- bindungsrohr 16 direkt in den Verdampfer. Die beiden beschriebenen Ausführungsbei- sipele, eingebaut in einem Kühlschrank, wer den init Hilfe eines automatischen Thermo staten betrieben, dessen Trägheit so bemessen ist,
dass sich auf der Oberfläche des Ver dampfers 4 keine dauernde Schneebildung feststellen 1ä sst. Die Schneebildung ist in erster Linie dadurch verhindert, dass bei jedem neuen Schaltvorgang infolge des offenen Rohrsystems (ventil- und pumpen lose,) eine kleine Welle Warmgas vom Kon densator 3 zum Verdampfer 4 gepresst wird, die den Schneeansatz entfernt, bevor die darauffolgende Kälteperiode wieder einsetzt.
Der Einbau der beschriebenen Kühlanlage in einen Kühlschrank erfolgt von der Rück wand her, wobei die Gefässe 1, 2 imd 3 ge gebenenfalls 6 ausserhalb des Schrankes an dessen Rückwand montiert werden, wie dies aus Fig. 4 ersichtlich ist, während der Ver dampfer in das Innere des Kühlschrankes verlegt ist.
Für den Durchgang der Verbin dungsrohre 5 und 16 besitzt die Rückwand des Schrankes eine 1)urolil)i-e(hung. Der Ver- schluss wird so erreicht, dass an dem die In nenwand bildenden Kastenblech 26 an der Durelibreehungsstelle eine umgebördelte Man schette 27 angebracht ist.
Zwischen Einlauf- Lind Auslaufrohr 16 bezw. 5 des Verdamp fers ist eine Stütze 28 angeschweisst, so dass die genannten Rohre an der DLirchset7iings- stelle gut dichten. An den Rand der Stütze 28 ist eine Aussenrille 29 angebördelt, wel che zur Aufnahme eines Gummidichtungs- ringes 30 dient.
Dieser Crummidichtungsring 30 wird beim Einschieben des Aggregates durch die Durchbrechung zwischen -Man schette 27 und Schütze 28 gepresst und dich tet den Innenkasten nach aussen ab. In die Durchbrechungsstelle ist für den Abschluss der Aussenwand 31 des Kühlschrankes ein Deckel 32 eingepasst. Die die beiden Rohre 5 und 16 verbindenden Kühllamellen 22 kom men hierbei in die Durchbrechung zwischen Schütze 28 und Deckel 32 zu liegen. Der übrige freie Raum in der Durchbrechung ist mit Isoliermaterial ausgefüllt.
Die Beheizung des Thermosiphons kann auf verschiedene Art erfolgen. In den bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 und 2 dient als Heizkörper eine elektrisch beheizte, Ohmsche Widerstandsspirale 13, die durch einen Mantel geschützt ist und durch die Leitung 13' Strom erhält und die den Thermo- siphon direkt beheizt.
Die Fig. 6 und 7 veranschaulichen eine Beheizung mit offener Flamme, zum Beispiel mit Leuchtgas oder einem sonstigen Brenn stoff. In das Heizrohr 33 des Thermosiphons 9' ragt von unten das Gasrohr 34 hinein. Die Querkanäle 35 erlauben die erforderliche Luftzirkulation und geben ihre Wärme in Verbindung mit den radial angeordneten Fahnen 36 an den Kocher 2 ab.
Fig. 8 und 9 veranschaulichen eine Behei- zung auf rein elektrisch induktivem Weg. Der eiserne Kern 37 bildet mit dem Mantel 38 zwei magnetische Kreise wie bei Mantel transformatoren. Die ausserhalb des Heiz rohres 41 befindlichen Erregerspulen 39, die mit Wechselstrom gespiesen werden, besorgen die magnetische Induktion. 40 ist eine den Kern 37 innerhalb des Heizrohres 41 um schliessende Kurzschlusswicklung, die sich in folgedessen stark erhitzt. Da sich im Kern 37 zudem Wirbelströme bilden, und auch die Erregerspulen warm werden, bildet das Sy stem eine gute Heizvorrichtung ohne innere Zuführungen.
Bei der in Fig. 10 und 11 dargestellten elektrischen Heizung des Thermosiphons er zeugen die Wicklungen 42, 43 im Innern des Rohres 41 ein magnetisches Wechseldrehfeld, welches im Läufer 44 Ströme induziert, die ein Gegenfeld erzeugen, wodurch der Läufer in Drehung versetzt wird. Der Läufer wird also durch induktiv erzeugte Wirbel- und In duktionsströme in Drehung versetzt. Durch entsprechende Dimensionierung der Strom wege im Läufer 44 wird erreicht, dass sich derselbe zugleich stark erhitzt und als Heiz körper wirkt.
Auf dem Mantel des Läufers 44 ist eine ein- oder mehrgängige Schrauben fläche 45 angebracht, welche die Bewegung der Lösung in den Kocher 2 unterstützt, wo bei beim Durchströmen der erhitzte Läufer kern 44 seine Wärme an dieselbe abgibt.
Zur Erreichung eines möglichst hohen Wirkungsgrades des mit dem beschriebenen Absorptionskühler versehenen Kühlschrankes ist der Zwischenraum zwischen Innenkasten 26 und Aussenkasten 31 des Schrankes mit konzentrisch ineinandergeschachtelten Schalen 46 ausgefüllt, welche Schalen aus Well- karton 47, auf dessen glatte Seite eine Zellu- losefolie 48 aufgeklebt ist, gebildet sind. Diese konzentrisch ineinandergeschachtelten Schalen 46 sind nach der Seite der Türe des Kühlschrankes hin offen und an den Rändern untereinander dicht verbunden.
Auf diese Weise entstehen zwischen den einzelnen Schalen 46 engbegrenzte Kammern, von wel chen der Wellenkarton 47 die Isolierung übernimmt und die Zellulosefolien die Dif- fundierung von einer Zelle zur andern verhin dern.