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Verfahren zum Betriebe von intermittierend arbeitenden Absorptionskälteapparaten
Die Erfindung bezieht sich auf intermittierend arbeitende Absorptionskälteapparate
mit einem Kocher, einem Speicher und einem Ausgleichsgefäß, das die Spiegelschwankungen
während der Koch- und Absorptionsperioden aufnimmt. In derartigen Apparaten war
das Ausgleichsgefäß, dessen Spiegel während der Absorptionsperioden steigt, derart
an das Flüssigkeitssystem angeschlossen, daß sich die Eintauchtiefe der die Absorptionslösung
`nährend der Absorptionsperioden umwälzenden, mit Verdampfergas betriebenen Pumpe
entsprechend diesem Zuwachs vergrößert. Die Pumpe arbeitete daher allmählich mit
steigender Druckhöhe, was unter anderem eine langsame Temperatursteigerung des Verdampfers
ergab. Die Erfindung bezweckt, die Arbeit der Pumpe gleichmäßig zu machen, und ordnet
daher das Ausgleichsgefäß derart an, daß es während der Absorptionsperioden von
der durch die Absorption anwachsenden Menge der Absorptionslösung über einen Überlauf
gefüllt wird. Eine Veränderung der Druckhöhe der Pumpe wird dadurch vermieden. Die
Erfindung soll näher unter Hinweis auf die beiliegende Zeichnung beschrieben werden,
wobei sich weitere Merkmale der Erfindung ergeben werden.
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Das Apparatsystem enthält einen Kocher i o, der von einem Schornstein
i9 durchzögen und mit einer an sich bekannten Gasblasenpumpe 2o, 2i versehen ist.
Oben im Gasraum des Kochers ist eine ringförmige Rippe 16 vorgesehen, oberhalb von
der zwei Leitungen 22 und 23 in den Gasraum des Kochers münden. Die Leitung 22 mündet
in ein Standrohr 42, das oberhalb eines Ausgleichsgefäßes 17 angeordnet ist. Die
Leitung 23 mündet am Boden eines Gefäßes ioo, das im folgenden als Sperrgefäß bezeichnet
werden soll. Von diesem Sperrgefäß nach unten laufen zwei Leitungen 4 und 5. Die
Leitung 4 geht über einen Flüssigkeitstemperaturwechsler 33 nach dem oberen Ende
eines Absorptionslösung enthaltenden Gefäßes 13. Die Leitung 5 ist mit ihrem unteren
Ende sowohl mit der Gasblasenpumpe 2o als auch mit einer Leitung 48 verbunden, die
am unteren Ende des Ausgleichsgefäßes 17 mündet. Das Standrohr 42 ist mit seinem
unteren Ende mit dem Absorptionslösung enthaltenden Gefäß 13 durch eine Leitung
3 verbunden. Ferner steht das Standrohr 42 mit dem Ausgleichsgefäß 17 durch eine
Leitung 8 in Verbindung. Das Absorptionslösung enthaltende Gefäß 13 ist mit
dein unteren Ende des Kochers über den Temperaturwechsler 33 und eine Leitung 31
verbunden. Vom Gefäß 13 führt ferner eine Leitung i aufwärts zu einem Absorberelement
2, das mit Kühlrippen 27 versehen ist. Der obere Teil des Absorberelements 2 ist
durch eine Leitung 39 mit dem Standrohr 42 verbunden.
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Von der aus dem Sperrgefäß ioo abgehenden Leitung 5 zweigt eine geneigte
Analyserleitung 25 ab und ragt in ein Abscheidergefäß 29 hinein. Der Abscheidermantel
29 hat eine Gasverbindung 45 und 43 zu einem Kondensatorelement
i
i, das durch dieselben Luftkühlflanschen 27 wie das - Absorberelement 2 gekühlt
wird. Der Kondensator i i hat eine Entwässerungsvorrichtung zum Abscheidermantel
29. Eine Leitung 44 verbindet die Leitungen 45 und i.
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Vom Abscheidermantel29 führt eine enge Leitung 3o aufwärts in den
Dom 52 eines Verdampfers 12. Am Boden dieses Verdampfers ist eine Entwässerungsvorrichtung
angeordnet, die im wesentlichen aus einem weiten Rohr 5o besteht, in dessen Innern
eine engere U-förmig gebogene Leitung 5 i angeordnet ist, die durch eine Leitung
18 mit dem Dom 52 in Verbindung steht. Das [)-Rohr 51 hat ferner eine Ablaufleitung
36, die abwärts führt, wobei sich ein U-Verschluß bildet. Diese Leitung 36 steht
in wärmeleitender Verbindung mit einem Teil der Leitung 48 und mündet in eine Leitung
6o. Die Leitung 6o verbindet das Ausgleichsgefäß 17 mit einem Hilfsgefäß
62, von dem aus eine zweite Leitung 61 an einem tieferen Punkt des Ausgleichsgefäßes
17 zurückführt. Das Hilfsgefäß-62 steht in wärmeleitender Verbindung mit einem Teil
der Leitung i. Eine Leitung 63 verbindet den untersten Teil des Flüssigkeitsschlosses
in der Leitung 36 mit der zur Gasblasenpumpe führenden Leitung 48.
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In der Figur sind die Lagen der Flüssigkeitsspiegel mit I-VII bezeichnet.
Der Spiegel I bezeichnet die Mündung der Leitung 30 in den Dom 52 des Verdampfers.
Die Linie II geht durch den Verbindungspunkt zwischen dem Abscheidermante129 und
Leitung 30. Die Linie III bezeichnet den höchsten Punkt der Leitung 4 im Sperrgefäß
ioo. Die Linie IV geht durch den höchsten Punkt der Leitung 8 im Standrohr 42. Die
Linie V geht durch den höchsten Punkt der Leitung 5 innerhalb des Sperrgefäßes ioo.
Linie VI bezeichnet die Mündung der Sperrleitung 23 in das Sperrgefäß ioo. Linie
VII endlich geht durch die Verbindung der Leitungen 44 und i. Der Abstand zwischen
den Ebenen I-II ist in der Figur mit X bezeichnet. Der Abstand zwischen den Ebenen
V-VI mit E und der Abstand zwischen den Ebenen IV-VII mit. A. Das große E bezieht
sich auf die Heizperiode, das große A auf die Absorptionsperiode.
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In die Figur sind ferner einige schwarze und helle Niveaumarken eingetragen.
Die dunklen Marken beziehen sich auf die Heizperioden, die hellen Marken auf die
Absorptionsperioden.
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Der Apparat ist mit, einer Menge beispielsweise wäßriger Ammoniaklösung
gefüllt, die dem Inhalt der verschiedenen Gefäße und Leitungen unterhalb der dargestellten
Niveaumarken entspricht. Zweckmäßig erfolgt die Füllung von dem Gefäß 13 aus, von
dem sich die eingefüllte Lösung über das übrige System verteilt. Die erwähnten Spiegelhöhen
treten dann von selber im Laufe der Beheizung des Apparates ein.
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Der Apparat wirkt wie folgt: Wird der Schornstein i9 durch eine beliebige
Wärmequelle, beispielsweise eine elektrische Heizpatrone, einen Gas- oder Petroleumbrenner,
beheizt, so tritt eine Thermosiphonwirkung in den Leitungen 2o und 21 ein. Hierdurch
wird dem Ausgleichsgefäß 17 durch Leitung 48 eine gewisse Flüssigkeitsmenge entzogen
und dem Kocher io zugeführt. Vom Kocher io fließt daher arme Lösung der Schwere
folgend durch Leitung 31 und den Temperaturwechsler 33 in das Absorptionslösung
enthaltende Gefäß 13, von dem aus eine entsprechende Menge reicher Lösung
zurück durch denTemperaturwechsler 33 und dVrch Leitung 4 in das Sperrgefäß i.oo
läuft. Von diesem Gefäß aus fällt die reiche, 'im Temperaturwechsler 33 vorgewärmte
Lösung durch Leitung 5 abwärts, von wo aus sie dem Thermosiphon 2o, 21 zuläuft zusamrnen
mit einer gewissen, dem Ausgleichsgefäß 17 entnommenen Flüssigkeitsmenge.
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Im Kocher io ausgetriebener Dampf tritt durch Leitung 23 in das Sperrgefäß
ioo, wo er durch die reiche Lösung gepreßt wird, wobei ein Trocknen dieses Dampfes
eintritt. Die FlüssigkeitssäuleE, durch die derKocherdampf tritt, bewirkt ein Herabdrücken
des Kocherspiegels um die Größe El = E unter die Niveaulinie III. - Kocherdampf
wird ferner vom Kocher durch Leitung 22 nach dem Standrohr 42 und dem Ausgleichsgefäß
17 treten. Wegen der offenen Flüssigkeitsverbindung zwischen dem unteren Teil des
Standrohres 42 und dem Kocher muß sich der Flüssigkeitsspiegel im Standrohr 42 auf
dieselbe Höhe wie im Kocher stellen, abgesehen von geringen Differenzen, die durch
das spezifische Gewicht des Flüssigkeitsinhaltes und im Betriebe durch Reibung der
Flüssigkeit an den Rohrleitungen bedingt sind. Die gleiche Spiegelhöhe wie im Kocher
muß aus gleichem Grund in der Leitung 39 stehen. Es ist wichtig, daß das Absorberelement
2 unterhalb dieser Niveaulinie liegt, da, wenn dieses luftgekühlte Element nicht
flüssigkeitserfüllt wäre, in ihmKondensationwährend der Heizperioden des Apparates
eintreten würde.
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Ein geringer Teil des Kocherdampfes i#,ird im Ausgleichsgefäß 17 kondensiert
oder absorbiert werden. Die hierdurch in diesem zweckmäßig wärmeisoliertem Gefäß
ausfallende Wärme erhöht die Temperatur der Gefäßwandungen und ihres Inhalts, bis
keine Kondensation oder Absorption mehr eintritt. Am Ende der Austreibeperiode ist
das im wesentliehen
dem Verdampferinhalt entsprechende Gefäß 17
praktisch leer, und zwar ist all sein Inhalt dem Kocher durch das Thermosiphon 2o
zugeführt worden. Der größte Teil der dem Ausgleichsgefäß 17 am Anfang der
Kochperiode unnötig zugeführtenWärmewird also während des weiteren Verlaufes der
Austreibung zurückgewonnen, weil der Inhalt des Ausgleichsgefäßes 17 vor
seinem Eintritt in den Kocher vorgewärmt wird.
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Der Kältemitteldampf tritt vom Sperrgefäß ioo durch das kurze Stück
der Leitung 5 und die schräg angeordnete Leitung 25 in den Abscheidermantel 29 und
von hier durch Leitung 45 und Leitung .a.3 in den Kondensator i i, wo der Dampf
verflüssigt. Das Kondensat läuft in den Abscheidermantel 29, wo es den Kocherdampf
rektifiziert und von wo es durch den durch die Beheizung entstehenden Druck durch
Leitung 30 in den Verdampfer 12 hinaufgedrückt wird. D. h. es entsteht während
derAustreibeperioden eineFlüssigkeitssäuleX in der Leitung 30, und entsprechend
muß eine Flüssigkeitssäule X1 in der Leitung°36 hochgedrückt werden. Die in der
Leitung 25 durch die Kühlung vermittels des im Abscheidermantel29 enthaltenen Kondensats
ausfallenden' Absorptionsmitteldämpfe laufen durch die schräge Leitung 25 in die
Leitung 5 zurück. Diese Dränierungsanordnung gestattet es, den Kondensator i i verhältnismäßig
tief anzuordnen, und zwar so tief, daß er zweckmäßig durch dieselben Kühlflanschen
wie das Absorberelement 2 gekühlt werden kann, da beide Apparatteile nahe aneinander
angeordnet werden können.
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Wenn gegen Ende der Austreiberperiode die Flüssigkeit im Verdampfer
und dessen Dom 52 etwa bis zu der Mündung der Leitung 36 in das U-Rohr 51 gestiegen
ist, läuft eine gewisse Flüssigkeitsmenge in die Leitung 36 über. Diese Flüssigkeit
stammt vom unteren Teil des Verdampfers, in dem sich der größte Prozentsatz vom
Absorptionsmittel findet. Die überschüssige Flüssigkeit läuft durch Leitung 36 abwärts
und dann in Leitung 6o aufwärts. Da die Leitung 36 in wärmeleitender Verbindung
mit einem warmen Teil des Apparates, im vorliegenden Fall der Leitung .48, ist,
so tritt in der Leitung 36 eine Gasblasenbildung ein, sobald der Inhalt dieser Leitung
eine bestimmte hohe Kältemittelkonzentration bekommt. Tritt diese Gasblasenbildung
ein, so werden diese Gasblasen in der Leitung 6o aufwärts nach dem Hilfsgefäß 62
geführt und hier absorbiert. Die dadurch frei werdende Absorptionswärme steigert
die Temperatur im Hilfsgefäß 6:2. Diese Temperatursteigerung beeinflußt einen
in diesem Gefäß enthaltenen, gestrichelt angedeuteten Thermostaten. Der Thermostat
bewirkt in an sich bekannter Weise eine Abstellung der Wärmezufuhr zum Kocher, so
daß die Austreibeperiode beendet wird. Vom Ausgleichsgefäß 17 kann in diesem
Augenblick keine Flüssigkeit in die Leitung 6o treten, da der Flüssigkeitsspiegel
im Gefäß 17 unter die Mündung der Leitung 6o am Ende der Austreibeperiode gefallen
ist. Die in der Leitung 6o auftretende Gasblasenwirkung saugt also das die Leitung
6o mit dem Ausgleichsgefäß 17 verbindende U-förmige Flüssigkeitsschloß leer, so
daß das Flüssigkeitsschloß aufreißt und nun Dampf vom Gasraum des Ausgleichsgefäßes
17 durch Leitung 6o in das Hilfsgefäß 62 treten kann. Der Flüssigkeitsinhalt dieses
Gefäßes läuft deshalb durch Leitung 61 in das Ausgleichsgefäß 17 über. Diese so
aus dem Gefäß 62 in das Ausgleichsgefäß überlaufende Flüssigkeit wird sehr schnell
eine bestimmte Menge des im Ausgleichsgefäß 17 enthaltenen Dampfes absorbieren,
wodurch ein sehr schneller Druckfall im Apparat entsteht. Dies leitet den Beginn
der Absorptionsperiode ein.
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Der Druckfall im Ausgleichsgefäß 17 und dem mit ihm verbundenen Kocher,
die zusammen als Kochersystem bezeichnet werden sollen, bewirkt den Rücklauf von
Mitteln aus dem übrigen System in das Kochersystein zurück. Dieser Rüclfluß findet
vom Verdampfer aus hauptsächlich durch Leitung 30 statt, da die Leitung
36 ein verhältnismäßig großes Flüssigkeitsschloß bildet. Der Flüssigkeitsabschluß
in diesem Schloß der Leitung 36 wird stets durch die Querverbindung der Leitung
63 mit dem Flüssigkeitssystem des Apparates gesichert.
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Der relative Überdruck im Verdampfer während der Absorptionsperiode
entspricht der Länge der Flüssigkeitssäule, die oberhalb der Mündungsstelle der
Leitung 44 in die Leitung i steht. Die Länge dieser Säule ist mitA bezeichnet. Dieser
Überdruck sucht also Flüssigkeit aus dem Sperrgefäß ioo in der Leitung 23 hochzudrücken,
so daß also in dieser Leitung eine Flüssigkeitssäule A1 = A entsteht. Der gleiche
Überdruck bewirkt ferner ein Sinken der Flüssigkeitsspiegel in den Leitungen 36
und 5 um die Größe AZ = A unter die Spiegelfläche im Ausgleichsgefäß 17.
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Die im Verdampfer 12 entstehenden Dämpfe treten durch Leitung
30 und Leitung 44 in die Leitung i ein und bewirken in der Leitung i eine
aufwärts gerichtete Flüssigkeitsbewegung, bei der das Verdampfergas gleichzeitig
absorbiert wird. Weitere Absorption -tritt in dem luftgekühlten Absorberelement
2 ein; wobei die Absorptionswärme durch die Kühlflanschen 27 abgeführt wird. Der
Förderwirkung derGasblasen zufolge steigt derFlüssigkeitsspiegel der Leitung 39,
so daß Flüssigkeif
iri das Standrohr überläuft. Von hier aus läuft
die Flüssigkeit durch Eigenschwere durch Leitung 3 in das Absorptionslösung enthaltende
Gefäß 13 zurück, von wo aus arme Lösung durch Leitung 1 wieder dem Absorberelement
2 zuströmt. Da die Absorption die umlaufende Flüssigkeitsmenge vergrößert, läuft
der Flüssigkeitsüberschuß durch Leitung 8 in das Ausgleichsgefäß 17. Die -aus Leitung
39 in das Standrohr 42 überfließende Lösung bewirkt eine Absorption der im Kocher
in der Leitung 2:2 und dem Ausgleichsgefäß 17 stehenden Kocherdätnpfe, da diese
Gase durch die frei fallende Flüssigkeit absorbiert werden. Es tritt also im . vorliegenden
Ausführungsbeispiel eine Teilabsorption: bereits in der Leitung 1, die Hauptabsorption
in dem mit Luftkühlrippen versehenen Absorber 2 und eine weitere Absorption in dem
Behälter 42, ein, in dem Flüssigkeit frei fällt. Die Absorption im Standrohr 42
bewirkt einen weiteren Druckabfall im Kochersystem; so daß die Druckdifferenz A
während der Absorptionsperioden dauernd gesichert bleibt. Der Umstand, daß das Ausgleichsgefäß
17 über den Überlauf der Leitung 8 gefüllt wird, bietet den Vorteil, daß sich diese
Druckhöhe der Pumpe während des Absorptionsvorganges nicht verändern kann, da sowohl
die Mündungsstelle der Leitung 44 in die Leitung 1 wie auch die obere .Öffnung der
Leitung 8 für einen konkreten Apparat konstant sind. Das Zuwachsen der Menge der
Absorptionslösung während der Absorptionsperioden kann also keine Schwankung und
damitUnregelmäßigkeit imPumpvorgang ergeben. Der Absorptionsvorgang im oberen Teil
der Leiturig 1 bewirkt eine Erwärmung dieser Leitung. Da diese Erwärmung so lange
dauert, wie Absorption vor sich geht, wird sie dazu benutzt, den Thermostaten im
Gefäß 62 während . der Dauer der Absorptionsperiode warm zu halten, so daß also
die Beheizung des Apparates abgestellt bleibt. Wenn am Ende der Absorptionsperiode
kein Gas mehr in die Leitung i vom Verdampfer -tritt, also die Absorption aufhört,
kühlt der Thermostat im Gefäß 6:2 ab, wodurch die Kocherbelieizung wieder
angestellt wird. In diesem Augenblick steht der Flüssigkeitsspiegel im Ausgleichsgefäß
17 in seiner höchsten Stellung. ' Wenn beim Beginn der neuenHeizperiode der Druck
im Apparat zu steigen beginnt, kann sich der Dampf im Hilfsgefäß 62 nicht halten,
so daß sich das Hilfsgefäß 62 automatisch wieder mit Flüssigkeit füllt.