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Kontinuierlich arbeitende Absorptionskältemaschine Die Erfindung bezieht
sich auf eine kontinuierlich arbeitende und ein neutrales Hilfsgas enthaltende Absorptionsmaschine,
deren Absorber und Verdampfer, was den Umlauf der Gas-Dampf-Gemische in diesen anbeltngt,
weitgehend unabhängig voneinander arbeiten, also zwei gesonderte Gaskreisläufe bilden
und zur Übertragung des im Verdampfer verdampfenden Kältemittels zum Absorber in
offener Verbindung miteinander stehen. Bei einer bekannten Maschine dieser Art erfolgt
die Übertragung des Kältemittels durch eine stagnierende, verhältnismäßig starke
Schicht des neutralen Hilfsgases hindurch. Die Erfindung bezweckt eine Beschleunigung
dieser Übertragung, also eine Vergrößerung der Übertragungsgeschwindigkeit, damit
eine größere Verdampferleistung erreicht werden kann.
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Nach der Erfindung stehen ein Teil des Raumes, in dem reiches Gas-Dampf-Gemisch
aus dem Verdampfer strömt, und ein Teil des Raumes, in welchem das arme Gas-Dampf-Gemisch
aus dem Absorber angenähert waagerecht strömt, miteinander in offener Verbindung,
und zwar längs einer sich parallel der Strömungsrichtung erstreckenden Ebene. Im
allgemeinen wird sich dabei das spezifisch schwerere Gas-Dampf-Gemisch unterhalb
und das andere oberhalb - dieser Ebene befinden. Ein kräftiger Austausch von Kältemittel
zwischen den beiden Gas-Dampf-Gemischen ist dadurch ermöglicht, und zwar in der
Hauptsache mittels Diffusion, weil infolge des Strömens der Gemische der Unterschied
in der Teilspannung (Partialdruck) des Kältemittels in beiden Gemischen immer hoch
gehalten wird, die Austauschöffnung ohne Bedenken sehr groß gemacht werden kann
und die Länge des Diffusionsweges immer. klein sein wird. Trotzdem brauchen keine
Strömungen, die die Gemische selbst, also auch die beiden Mengen des neutralen Hilfsgases
zu vermischen versuchen, einzutreten. ;Es wird also nur ein geringer unmittelbarer
Wärmeübergang von Absorberkreislauf zum Verdampferkreislauf
stattfinden,
was für den Wirkungsgrad der Maschine günstig ist.
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Nach der Erfindung können die Strömungen der beiden Gas-Dampf-Gemische
beider; seits der Scheidungsebene parallel und gleiclf`' gerichtet sein. Die Scheidungsebene
zwischeäi: den beiden Gasgemischen kann auch körperlich ausgeführt sein und dann
aus einer verhältnismäßig dünnen, z. B. metallenen Wand mit Öffnungen, aus einem
Gitter, einem Gewebe usw. bestehen. .
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In den Zeichnungen sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt. Fig. i ist eine schematische Darstellung einer Absorptionsmaschine
nach der. Erfindung; Fig.2 stellt, teilweise im Schnitt, einen in der Maschine nach
Fig. i brauchbaren Verdampfer dar; Fig. 3 zeigt eine Abänderung des Verdampfers
nach Fig. z; Fig. d: erläutert eine Abänderung des Verdampfers nach Fig. i für den
Fall, daß das neutrale Hilfsgas spezifisch schwerer ist als das Kältemittel bzw.
als das Gemisch aus neutralem Hilfsgas und Kältemittel; Fig.5 zeigt den Grundriß
eines zylindrischen Verdampfers nach Fig. i ; Fig. 6 ist ein Querschnitt nach der
Linie A-A in Fig. 5.
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In Fig. i ist mit 2 die isolierte Wandung eines Kühlschrankes bezeichnet,
dessen Innenraum i gekühlt werden soll. Außerhalb des Schrankes i, 2 ist ein Kocher
oder Austreiber 3 angeordnet, der mit einem elektrischen Heizkörper 4. versehen
ist. Dieser Heizkörper q. kann auch durch andere Vorrichtungen, welche andere Wärmequellen,
wie Gasbrenner- o. dgl., benützen, ersetzt werden. Der Kocher 3 enthält den das
Kältemittel -absorbierenden Stoff 5; als welcher Wasser oder besser eine wässerige
Lösung in Frage kommen, wenn z. B. das Kältemittel durch Ammoniak (NH3) gebildet
wird. Es können auch andere Stoffe angewendet werden, beispielsweise Wasser und
schweflige Säure usw.
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Der Kocher oder Austreiber 3 ist mit einem Flüssigkeitsabscheider
6 versehen, der in einer bekannten Weise ausgeführt sein kann. In der dargestellten
Ausführungsform weist er eine Mehrzahl von Zwischenwänden 7 auf, durch die Lösungsteilchen,
welche aus dem Kocher durch den Strom des Kältemittels mitgerissen werden, abgeschieden
und zu dem Kocher zurückgeletet-werden.
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Das ausgetriebene gasförmige Kältemittel durchläuft sodann den Kondensator
8, in dem es unter Einfiuß der Kühlwirkung der Außenluft oder eines Kühlmittels,
z. B. Wasser, größtenteils verflüssigt wird: Das Kältemittel gelängt sodann zum
-Verdampfer 9, welcher im Schrank 2 angeordnet ist. Im Verdampfer 9 sind Mittel
vorgesehen, welche dazu beitragen, daß das verflüssigte '.Kältemittel, das in den
Verdampfer eintritt, um Verdampfen kommt. In Fig. i und d. sind als solche Mittel
Ablaufböden io und i i dargestellt. Es kann aber auch in anderer Weise eine genügende
Verdampfung err,-icht werden.
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Der Ablaufboden io besteht aus einer flachen Platte mit aufgebogener
Kante, über die das Kältemittel strömen und auf eine Platte i i abfallen kann, welche
ebenfalls eine aufgebogene Kante aufweist. Beide Kaskaden, welche in dieser Weise
gebildet werden, zerreißen die Oberfläche der Kältemittelflüssigkeit so, daß eine
vollständige Verdampfung herbeigeführt wird.
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In der Ausführungsform nach Fig. i enthält die Absorptionsmaschine
ein inertes Hilfsgas niedriger Dichte, d.li. ein leichtes Gas; z: B. Wasserstoff.
Teile dieses Gases, welche infolge der eingetretenen Verdampfun,g mit Kältemittel
angereichert sind; haben demzufolge die Neigung, im Verdampfer herunterzusinken,
auch schon weil diese Teile infolge der Verdampfung des Kältemittels ziemlich kalt
sind. Das angereicherte Gemisch wird sich im unteren Teile 12 des Verdampfers ansammeln.
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Der Absorber in der Maschine gemäß Fig. i wird durch drei Rohrabschnitte
i5a; 15v und i5c gebildet. Absorptionsflüssigkeit tritt oben in den Absorber durch
dieLeitung 16 ein, und zwar ein wenig unter der Höhenlage des Spiegels 17 der Flüssigkeit
im Kocher 3, so daß die Flüssigkeit frei vom Kocher 3 durch das Röhr 16 in den Absorber
15 einströmen kann. Diese Flüssigkeit strömt im Absorber abwärts, wobei sie mit
Kältemittel angereichert und infolge der Absorption einigermaßen angewärmt wird.
Darauf fließt sie durch das Rohr 18, das im Wärmeaustausch reit dem Rohr 16 steht,
wodurch sie weiter vorgewärmt wird, und gelangt sodann in dichter Nähe an dem Heizelement
.4 vorbei. Dies geschieht in Fig. i in der Rohrschlange i9. Die besondere Erwärmung
des Inhaltes des Rohres 18 läßt eine Wärmepumpe entstehen; durch. die die Flüssigkeit,
welche den Absorber verläßt; bis zum Spiegel 17 der Flüssigkeit im Kocher 3 gehoben
wird.
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Das den Absorber 15 verlassende und arm an Kältemittel gewordene Gas
gelangt durch das Rohr 2o, wie durch Pfeile in der Zeichnung dargestellt ist, in
den Verdampfer 9, den es- durch das Rohr 26 wieder v erläßt, um bei 27 wieder in
den Absorber einzutreten. Es wird -in--dieser Weise ein -kontinuierlicher Kreislauf
durch den Absorber, das Rohr 20, den Verdampfer 9 und das Rohr 26 gebildet.
Es
kann notwendig sein, diesen Kreislauf durch gesonderte Mittel in Strömung zu halten,
wenn die natürlichen Umstände (Unterschiede in der Temperatur und der Dichte) dazu
nicht ausreichen. Im allgemeinen werden solche künstlichen Antriebsmittel für die
Er= haltung des genannten Kreislaufes- Vorteile bieten, denn nur in diesem Falle
ist der Umlauf beherrschbar und sogar einstellbar. In der Zeichnung ist dargestellt,
wie der Kreislauf mittels Gaseinspritzung bei 22 angetrieben werden kann, wobei
das Gas unter Druck dem Hochdruckteile der Maschine, z. B. dem Abscheider 6, entnommen
wird. Eine geringe Menge des Kältemitteldampfes wird aus diesem Hochdruckteil durch
das Rohr 2 1 abgeleitet und mittels der Düse z2 in das Rohr 2o eingespritzt, womit
die -Strömung in der verlangten Richtung unterstützt wird.
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Das arme Gas-Dampf-Gemisch, das aus dem Absorber .durch, das Rohr
20 strömt, tritt bei 23 in den Verdampfer 9 .ein. Dieses Gas-Dampf-Gemisch ist jedoch
nicht imstande, sich selbst sodann mit dem Inhalt des Verdampfers 9 zu vermischen.
Das an Kältemittel arme Gas-Dampf-Gemisch tritt ja in einen rinnen-. oder U-förmigen
Körper 24 ein, dessen Öffnung nach unten gerichtet ist. Dieser Körper ist in der
Nähe des Bodenraumes 12 des Verdampfers in geeigneter Weise angebracht und verläuft
z. B. der Wandung des Verdampfers 9 entlang. Er endet bei z 5, wo er mit dem Rohr
26 in Verbindung steht, durch welches das reiche Gas-Dampf-Gemisch den Absorber
15 bei 27 erreicht. Zur Klarstellung sei bemerkt, daß der Körper 24 in einem Stück
ausgebildet und in Fig. r infolge .des Zeichnungsschnittes sein Mittelteil in Wegfall
gekommen ist.
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Zur weiteren Verdeutlichung der Ausbildung des Körpers 24 sei auf
die Fg. 5 und 6 hingewiesen. Fig. 5 zeigt dabei die Ausführung des Körpers 24. für
einen zylindrischen Verdampfer 9, der im Grundriß dargestellt ist. Der Wegdes armen
Gas-Dampf-Gemisches aus dein Absorber läßt sich vom Eintritt 23 aus der Leitung
2o durch die Rinne des Körpers 24. hindurch zu der Leitung. 26 hin verfolgen. Das
leichte, arme Gas-Dampf-Gemisch lagert sich über dem schwereren; reichen Gas-Dampf-Gemisch
unten im Verdampfer.
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Fig. 6 ist ein Querschnitt nach her Linie A-A in Fig. 5, aus dem man
sieht, wie der Körper 2.1 ausgebildet und angeordnet ist und wie die Leitungen 23
bzw. 26 an ihn angeschlossen sind.
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Die Praxis hat gezeigt, daß das verhältnismäßig leichte Gas-Dampf-Gemisch
keine Neigung zum Abfallen aus dein rinnenförmigen Körper 24 hat, vielmehr das Bestreben
Zeigt, auf dem verhältnismäßig schweren Gas. Dampf-Gemisch im Bodenraum i2 des.
Verdampfers zu schwimmen. Es zeigt sich hier dieselbe Erscheinung, als wenn Öl auf
Wasser schwimmt. Trotzdem besteht eine große Partialdruckdifferenz zwischen dem
Kältemitteldampf in .dem armen Gas-Dampf-Gemisch, das durch den Kanal im Körper
24. fließt, und dem reichen Gas-Dampf-Gemisch im Bodenraum iz des Verdampfers. Dadurch
tritt eine wirksame Diffusion von Kältemittel vom reichen Gas-Dampf-Gemisch in das
arme Gas-Dampf-Gemisch ein, zumal die wirksame Oberfläche, die ganze Oberfläche
an der Unterseite des Körpers 24., groß und die Weglänge, die die Moleküle des Kältemittels
zurückzulegen haben, wenn sie von einem Gas in das andere übergehen, sehr kurz ist,
weil keine unwirksame Schicht von einiger Stärke zwischen den beiden Gasen vorhanden
ist. Außerdem wird der Unterschied im Partialdruck fortwährend hoch gehalten, weil
fortwährend armes Gas-Dampf-Geniisch dem Körper 24. zugeführt wird und fortwährend
reiches Gas-Dampf-Ge,misch im Bo-denrauin i 2 des Verdampfers heruntersinkt.
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Wenn der Unterschied in der spezifischen Schwere zwischen den beiden
Gemischen so gering sein würde, daß eine Durcheinandermischurig nicht mit Sicherheit
vermieden'werden könnte, wäre es möglich, die nach unten gekehrte Öffnung des rinnenförmigen
Körpers 24 mit einer Wand abzuschirmen, und zwar mit einer Wand, die einer Durcheinandermischung
der Gemische in weitgehendem Maße vorbeugt, aber eine Diffusion des Kältemittels
von dem einen Gas in das andere gestattet. Eine solche Wand könnte durch poröse
Blätter, wie Gewebe o.. dgl., oder durch gelochte Bleche usw. gebildet werden. Auch
Gitter, Roste ö. dgl. könnten in Anwendung kommen und die Öffnungen in der Form
eines oder mehrerer Sehlitze ausgebildet werden.
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Das Absorbergas, das in dieser Weise mit Kältemittel angereichert
ist und den Verdampfer durch die Leitung 26 verläßt, ist infolge der Berührung mit
den Verdampfergasen und infolge des Aufnehmens kalten Kältemittels nur ein wenig
abgekühlt. Mittels des Wä rmeaustauschers 30 kann wieder ein großer Teil
der verlorenen Wärme zurückgewonnen werden, so daß nur eine kleine Menge Kälte vom
Verdampfer zum Absorber hinübergeschoben wird, was einen erheblichen Einfluß auf
den Wirkungsgrad der Maschine hat.
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In Fig: 2, 3 und 4 sind die gleichen Bezeichnungen wie in Fig. i zur
Anwendung gekominen. Der Verdampfer 9 in Fig. 2 ist mit einer Umlaufleitung versehen,
die den Innenraum des Verdampfers 9 an einer Seite verläßt und an der arideren Seite
wieder erreicht. Wenn _dafürorg_getragen wird, daß die Verdampfung
innerhalb
des Verdampfers etwas unsymmetrisch erfolgt, wird es möglich, eine kontinuierliche
Gasströmung, welche reich an Kältemittel ist, durch die Umlaufleitung zu unterhalten;
wie mit den in Fig. 2 eingetragenen Pfeilen 3i, 32, 33 angedeutet ist. Die
Umlaufleitung enthält eine Kammer 34, die durch eine gelochte Platte 35 begrenzt
ist. An der anderenSeite dieserPlatte 35 ist eine ändere. Kammer 36 vorgesehen,
die einen Teil des Kreislaufes des armen Gas-Dampf-Gemisches bildet, d. h. zwischen
den Rohren 2o, 26 eingeschaltet ist. In dieser Weise entsteht an jeder Seite
der Platte 35 eine Strömung, wobeidie Gas-Dampf-Gemische sich Jedoch nicht vermischen
werden, wenn das leichteste oberhalb ,der Platte 35 Hießt und wenn beide Gemische
in derselben Richtung strömen. Es wird jedoch eine wirksame Diffusion des Kältemittels
von der Kammer 34 durch die Öffnungen in der Platte 35 zu der Kammer 36 infolge
des ziemlich großen Unterschiedes in den Partialdrücken des Kältemittels eintreten.
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Fig. 3 zeigt eine Abänderung der Ausführung nach Fig. a. Ein waagerechter
Teil des Rohres 2o ist innerhalb eines waagerechten, erweiterten Teiles des Rohres
s6 angeordnet. Da der Inhalt des Rohres 2o wärmer ist als der des Rohres 26, arbeitet
diese Vorrichtung wie ein Wärmeaustausches. Auch hier ergibt sich wieder eine Diffusion
durch die Löcher in der Platte 35 hindurch.
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Fig. 4 ist eineAbänderung des Verdampfers nach Fig. r, die benutzt
werden kann, wenn das Kältemittel ein kleineres spezifisches Gewicht hat, d. h.
leichter ist als das neutrale Hilfsgas, z. B. wenn Stickstoff als Hilfsgas und Ammoniak
als Kältemittel benutzt werden. In diesem Falle befinden sich die reichen Verdampfergase
oben im Verdampfer, weshalb der rinnenförmige Körper 24 höher angeordnet werden
kann als im Falle der Fig. z. Außerdem müß die Öffnung des Körpers a4 nach oben
gerichtet sein, damit das reiche Gas-Dampf-Gemisch auf dem verhälteismäßig schwereren
armen Gas-Dampf-Gemisch schwimmen kann. Im übrigen vollzieht sich der Prozeß in
der Weise, wie es bei Fig. i beschrieben wurde.
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Wenn keine großen Unterschiede im spezifischen Gewicht zwischen dem
reichen und dein armen Gas-Dampf-Gemisch bestehen, wird es nicht notwendig sein,
daß die Diffusionsebene, d. h. die geometrische Trennung zwischen beiden Gemischen
waagerecht verläuft. In dem Falle könnte sogar eine senkrechte Ebene angeordnet
werden, an deren beiden Seiten die Gas-Dampf-Gemische entlang strömen. Die Gemische
befinden sich in diesem Falle nicht übereinander, sondern nebeneinander. Die Ebene
könnte aber auch eine schräge Stellung oder eine gebogene Gestalt, z. B. die Gestalt
eines Zylinders, bekommen. Es können Mittel, z. B. Schaufeln o. dgl., vorgesehen
werden, die die Gemische zwingen, möglichst nahe an die Diffusionsebene entlang
zu strömen.