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Absorptionskältemaschine. Die Erfindung betrifft eine Absorptionskältemaschine
mit einem als Kocher und Absorber wirkenden Behälter. Der Kocher ist mit einer Kälteflüssigkeit-
(z. B. einer wäßrigen-Ammoniaklösung) gefüllt und steht mit einem Kondensator und
Verdampfer, gasdicht nach außen abgedichtet, in Verbindung.
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Während der sogenannten Austreibe- oder Kochperiode wird der Behälter
beheizt und hierdurch das Ammoniak oder sonstige Kältemittel aus dem Wasser herausgetrieben.
Es strömt in Gasform zum Kondensator, der beispielsweise durch Wasserkühlung gekühlt
wird, wird dort kondensiert und gelangt in flüssigem Zustand in den Verdampfer.
Der Verdampfer ist in dem Raum, der gekühlt werden soll, beispielsweise in einem
Kühlschrank, eingebaut und nimmt Wärme von außen auf. Durch diese wird das flüssige
Kühlmittel verdampft, wodurch es Wärme seiner Umgebung entzieht und diese abkühlt.
Nach vollständiger Austreibung des Kältemittels im Kocher - was verhältnismäßig
rasch vor sich geht, während die Verdampfung im Verdampfer verhältnismäßig längere
Zeit in Anspruch nimmt - wird die Heizung des Kochers abgestellt und dieser abgekühlt,
beispielsweise durch Wasserkühlung, wodurch ein Vakuum in ihm oberhalb des Wassers
entsteht und das im Verdampfer durch Wärmeaufnahme von außen wiederum verdampfte
und auf höherem Druck befindliche gasförmige Kältemittel zurückgesaugt werden kann.
Das Kältemittel kann hierbei seinen Weg über den Kondensator nehmen, dessen Kühlung
dann regelmäßig abgestellt wird, oder auf einem anderen Wege zum Behälter zurückgeleitet
werden.
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Das rückströmende gasförmige Kältemittel ist derart dem Behälter zuzuführen,
daß es die Flüssigkeit in ihm von unten nach oben durchströmen muß, um in das Vakuum
oberhalb der Flüssigkeit zu gelangen. Hierbei wird das rückströmende Kältemittel,
das geeignet ausgewählt ist, von der Flüssigkeit im Behälter gierig absorbiert bzw.
gelöst, so daß schließlich wiederum die anfangs vorhandene, mit dem Kältemittel
angereicherte Flüssigkeit vorhanden ist.
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Kältemaschinen nach diesem sogenannten Absorptionssystem sollen nun
möglichst wenig oder gar keine bewegten Teile haben, welche den Übergang von der
Koch- in die Absorptionsperiode und umgekehrt herbeiführen, soweit diese Vorrichtungen
in den Gasraum des Kochers, Kondensators oder Verdampfers oder deren Verbindungen
hineinreichen und somit ihrerseits einer heiklen
und gefährlichen
Abdichtung bedürfen. Ferner soll die Apparatur einfach ausführbar sein, und schließlich
sollen die beschriebenen Bedingungen für gute Absorption.des Kältemittels erfüllt
sein.
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Die Erfindung gibt eine diesen Bedingungen entsprechende Kältemaschine
an. Sie besteht darin, daß in den als Kocher und Absorber wirkenden Behälter ein
an sich bekannter Einsatz eingesetzt ist, dieser Einsatz jedoch ausschließlich eine
Öffnung an seiner Unterseite, also im übrigen keinerlei Gaszu-oder -abführungen
oder sonstige zusätzliche Einrichtungen, wie Zirkulationsvorrichtungen usw., besitzt
und mit dieser bei Nichtgebrauch bzw. bei Beginn der Kochperiode und am Ende der
Absorptionsperiode um ein vorbestimmbares Maß in die Kälteflüssigkeit eintaucht,
und die Zu- und Abführungen für die Gase bzw. das eigentliche Kältemittel (Salmiakgeist
o. dgl.) ausschließlich in den äußeren, den Einsatz umschließenden Behälter eininünden.
Des weiteren sind die Heizvorrichtungen, deren Wärme im übrigen einer beliebigen
Quelle entnommen werden kann (Elektrizität, Gas, Erdöle us.w.), möglichst unmittelbar
unter der Öffnung des Einsatzes untergebracht.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung seien an Hand des Ausführungsbeispiels
der Zeichnung erläutert.
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Abb. i ist ein Schnitt durch die Vorrichtung im sogenannten Ruhezustand,
Abb.2 ein Schnitt durch die Vorrichtung nach Einleitung der Austreibeperiode (Kochperiode)
; Abb. 3 ist ein Schnitt durch die Vorrichtung zum Beginn der Absorptionsperiode.
Ein kesselförmiger Behälter A, der im Schnitt dargestellt ist, besitzt einen Einsatz
J, der vorzugsweise kreisförmig gewölbt ist und an der Unterseite eine entsprechend
breite Öffnung aufweist. Wie die Zeichnung im übrigen erkennen läßt, besitzt er
sonst keinerlei Kommunikations- oder Zirkulationsvorrichtungen.
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Die Absorptionsflüssigkeit F erfüllt den Behälter A und den unteren
Teil des Einsatzes J im Rubezustande vor Beginn der Austreibungs- (Koch-) Periode
(Abb. i) in v urbestimmbarem Maße. Der Einsatz J ist also nach Art einer Taucherglocke
ausgebildet. Über der Flüssigkeit befindet sich im Einsatz J ein mit D bezeichneter
Raum, der den sogenannten Dampfraum darstellt. In ihm ist eine Kühlschlange X angebracht
entsprechender Abmessungen, die im Ruhezustand (Abb. i) mehr oder weniger oberhalb
der Absorptionsflüssigkeit F im Dampfraum liegt und jedenfalls nicht vollständig
in die Absorptionsflüssigkeit eintaucht. Sie sei von einem fliissigen Kühlmittel
durchflossen, das bei Wl- eintritt und bei WZ austritt.
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Wie *nun die Zeichnung weiter erkennen läßt, ist möglichst unmittelbar
unter der Öffnung des Einsatzes J und in der Absorptionsflüssigkeit F ein Heizrohr
H vorgesehen, in das beispielsweise eine oder mehrere Heizpatronen eingesetzt sind,
denen über die Leitungen E Strom zugeführt werden kann. Die Räume oberhalb der Absorptionsflüssigkeit
ebenso wie der Kondensator und Verdampfer sind so gut als möglich evakuiert.
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Im Ruhezustand (Abb. i) sei die Absorptionsflüssigkeit F (beispielsweise
Wasser) mit dem Kältemittel (beispielsweise Ammoniak) angereichert bzw. gesättigt.
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Wird nun die Heizung eingeschaltet, so kocht ,die Flüssigkeit alsbald
auf, und das Kältemittel entweicht unter erhöhtem Druck aus der Flüssigkeit. Es
gelangt hierbei sowohl in den Raum G zwischen dem Behälter A und dem Einsatz J als
auch in den Dampfraum D. Während -es - sich- -aber aus dem Raum G sofort zum Kondensator
und Verdampfer ausdehnen und somit zunächst keine hohen Drücke erreichen kann, steigt
der Druck im verhältnisrhäßig kleinen Raum D auch wegen der unmittelbaren Beheizung
durch- das möglichst nahe angeordnete Heizrohr H rasch an und treibt die Flüssigkeit
vollständig aus dem Raum J aus. Infolgedessen steigt sie seitlich an und erfüllt
einen Teil des Raumes G. Dieser sich sehr rasch nach eingeschalteter Heizung einstellende
Zustand ist in Abb.2 dargestellt. Durch die fortgesetzte Heizung wird das Kältemittel
nunmehr vollständig aus der Absorptionsflüssigkeit ausgetrieben und strömt aus dem
Raum G in den Kondensator über, wo es niedergeschlagen wird und zum Verdampfer -%veiterfließt.
Der Niveauunterschied zwischen der Flüssigkeit im Raum C' r und unterhalb des Raumes
D' bzw. des Einsatzes J wird durch die auftretenden und durch die Heizquelle aufrechterhaltenen
Überdrücke im gasförmigen Kältemittel leicht überwunden, so daß das etwa in den
Gasraum D verdampfende Kältemittel aus diesem in der eingezeichneten Pfeilrichtung
wieder austritt und in den Raum G usw. gelangt.
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Sobald -das Kältemittel vollständig ausgetrieben ist und nur noch
der vernachlässigbare Teil im Raum D vorhanden ist, der zur Herstellung des Gleichgewichtes
zu dem außenhöher stehenden Teil der Flüssigkeit erforderlich ist, wird die Heizung
abgestellt. Es kommt nunmehr die Kühlschlange K zur Wirkung, welche das gasförmige
Kältemittel im Raum D rasch abkühlt, wodurch dessen Druck erniedrigt wird und ein
Unterdruck entsteht. Infolgedessen steigt die Absorptionsflüssigkeit
in
den Dampfraum D auf, so weit, bis die Flüssigkeit außen im Raum G bis zu den Rändern
der unteren Eintrittsöffnung des Einsatzes J abgesunken ist. Diesen Zustand zeigt
Abb. 3. Infolge des Unterdruckes oberhalb der Flüssigkeit im Raum D wird nun das
im Verdampfer durch Wä rineaufnahine von außen - worin die Kühlwirkung der :Maschine
besteht - verdampfte Kühlmittel zurückgesaugt und muß hierbei in Richtung der eingezeichneten
Pfeile die Absorptionsflüssigkeit durchströinen (Absorptionsperiode). Hierbei wird
es zu kräftigen Wirbelbildungen Anlaß geben, die Absorptionsflüssigkeit gut durchmischen
und hierbei von dieser absorbiert werden bis zur Sättigung der Flüssigkeit. Durch
entsprechende Abmessungen der Querschnitte der Räume D und G sowie Bemessung der
Absorptionsflüssigkeit selbst wird erreicht, daß die letztere vollständig mit dem
Kältemittel gesättigt ist, `nenn die allmählich während des Absorptionsprozesses
in das V akutim oberhalb der Flüssigkeit im Raum D eintretenden Gase des Kältemittels
dieses Vakuum beseitigt haben und die Absorptionsflüssigkeit so weit abgesunken
ist, daß gleiches Niveau außerhalb wie innerhalb des Einsatzes J herrscht und somit
der Ruhezustand (Abb. i) wiederum erreicht ist.
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Bemerkenswert bei diesem durch die Einrichtung gemäß der Erfindung
verwirklichten Vorgang ist, daß einerseits eine rasche vollkommene Austreibung des
Kältemittels, andererseits aber auch ein solches Zurücksaugen stattfindet, daß beim
letzteren von dein zurückströmenden gasförmigen Kältemittel stets ein erheblicher
Teil der Absorptionsflüssigkeit durchströmt werden muß. Ein solcher Erfolg wurde
bisher nur dadurch erreicht, daß komplizierte Zirkulationsvorrichtungen im Einsatz
oder äußeren Behälter vorgesehen wurden, die einerseits die Herstellung des Apparates
schwierig und teuer machten, andererseits aber von fragwürdiger Wirkung waren.
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Ein weiterer Vorteil ist, daß die Kühlschlange K dauernd vom Kältemittel
durchströmt «-erden kann, ohne daß eine Abstellung nötig ist wie bisher.- 'Man hat
also nicht nur in den Räumen des Behälters A, des Kondensators und Verdampfers
keinerlei bewegliche Vorrichtungen nötig (Hähne, Ventile, bewegliche Rohre o. dgl.,
die zu Undichtigkeiten und Versagen des Apparates Anlaß geben), sondern erspart
auch ein Bedienungselement in der Kühlwasserleitung des Kochers. Dieser Erfolg wird
dadurch erreicht, daß im Dampfraum D vor und nach Anstellen der Heizung nur die
Gase des Kältemittels vorhanden sind, und zwar von den während des Kochens entwickelten
Gasen wiederum nur ein vollkommen vernachlässigbarer Bruchteil, so daß eine geringfügige
Wärmeentziehung an dieser Stelle für die i=)konomie des Apparates ohne Bedeutung
ist. Ferner ist auch der Wärmeübergang von einem Gas zu einem gekühlten Rohr ganz
erlieblich geringer als von einer Flüssigkeit zu einem solchen gekühlten Rohr. Infolgedessen
wird die Kühlwirkung bei einem Zustand gemäß Abb. 3 sehr energisch sein, während
eine solche während des Zustandes gemäß Abb. ohne weiteres vernachlässigbar ist.