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Absorptionskältemaschine Die Erfindung bezieht sich auf Absorptionskältemaschinen
derjenigen Art, die ein. druckausgleichendes Hilfsmedium enthalten, welches ohne
mechanische Hilfsmittel. durch den Absorber und den Verdampfer im Kreislauf bewegt
wird, indem die Kreislaufbewegung beispielsweise dadurch aufrechterhalten wird,
daß ein Unterschied zwi'schfen den. spezifl.-schen Gewichten des Gasinhalts im Absorber
und desjenigen im Verdampfer besteht.
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In Kältemaschinen dieser Art hängt die Kälteleistung im. wesentlichen
Grade von der Intensität der Gaszirkulation ab. Einerseits wird nämlich durch eine
kräftige Kreislaufbewegung der Gase eine lebhafte Verdampfung des Kältemittels bewirkt,
und der Verdampfer kann deshalb der Umgebung eine tim so größere Wärmemenge entziehen,
je stärker die Zirkulation ist, aber es läßt sich anderseits nicht vermeiden, daß
eine gewisse Wärmemenge durch das zirkulierende Gas vom Absorber zum Verdampfer
transportiert wird, was wiederum eine Verkleinerung der nützlichen Kälteleistung
zur Folge hat. Die Kälteleistung wird also unter sonst gleichen Bedingungen bei
einer bestimmten Intensität der Gaszirkulation ein Maximum erreichen. Aber abgesehen
von der Gasbewegung hängt die Kälteleistung auch von der Größe der Verdampfungsflächen
im Verdampfer und den Absorptionsflächen im Absorber ab. Es ist deshalb wichtig,
daß das zirkulierende Gas gezwungen wird, so große Verdampfungs- bzw. Absorptionsflächen
als möglich zu bestreichen, damit erstens das Kältemittel vollständig verdampft,
ehe es in den Absorber gelangt, und zweitens das Gasgemisch beim Hindurchströmen
durch den Absorber vollständig vom Kältemittel befreit wird. Anderseits aber dürfen
die Verdampfungs- und Absorptionsflächen. mit Rücksicht auf die verhältnismäßig
geringfügige Kraft, die zur Herstellung der Zirkulation verfügbar ist, dem Gasstrom
keinen allzu großen Widerstand entgegensetzen.
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Es ist vorgeschlagen worden, den Verdampfer und den Absorber einer
Absorptionskältemaschine mit einem porösen oder fibrösen Material zu füllen und
die Flüssigkeit sich über dieses Material verteilen zu lassen, während zugleich
das Gas dadurch hindurchströmt. Ein solches Material hat sich aber als weniger zweckmäßig
erwiesen, indem es eine verhältnismäßig kleine Verdampfungs-bzw. Absorptionsfläche
pro Volumeneinheit des Verdampfers bzw. des Absorbers darbietet, während es zugleich
der Gaszirkulation einen verhältnismäßig großen Widerstand bietet. Das betreffende
Material hat außerdem den Nachteil, daß eine zufällige Vermehrung des Flüssigkeitsstromes
:eine Abdrosselung des Gasstromes herbeiführen kann.
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Die vorliegende Erfindung verfolgt den
Zweck, die
Kälteleistung einer Kältemaschine der betreffenden Art durch .eine zweckentsprechende
Anordnung der Verdampfungs-bzw. Absorptionsflächen unter Berücksichtigung der vorstehenden
Erwägungen nach Möglichkeit zu steigern. Die Erfindung besteht im wesentlichen darin,
daß. die Verdampfungs- bzw. Absorptionsflächen aus ebenen oder gekrümmten -Blechen
gebildet sind, die derart eingebaut sind, daß die Flüssigkeiten über die Oberflächen
der Bleche in dünnen Schichten verteilt werden ünd die Gase gezwungen werden, die
Flüssigkeitsschichten z'.i bestreichen, während die Platten zugleich, um den Wärmeaustausch
zu begünstigen, in guter . wärmeleitender Verbindung mit den zugehörigen Behältern
angeordnet sind. .Diese Anordnung ergibt die Möglichkeit, eine bedeutend größere
Vexdampfungs- bzw. Absorptionsfläche innerhalb eines gegebenen Verdampfer-bzw. Absorbervolumens
unterzubringen, als dies bisher möglich war, wobei doch zugleich -der Widerstand,
den die Flächen dem Gasstrom entgegensetzen, verringert wird.
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Die Anordnung bietet noch den weiteren Vorteil, daß das Innere des
Kreislaufsystems eine unveränderliche und regelmäßige Form erhält, wodurch es ermöglicht
wird, das Kreislaufsystem der Anordnung der Kältemaschine im übrigen genau anzupassen,
so daß, in jedem besonderen Falle die günstigste Zirkulationsgeschwindigkeit erzielt
werden kann.
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Die Erfindung soll an Hand beiliegender Zeichnungen näher beschrieben
werden. Abb.i ist eine schematische Darstellung einer Kältemaschine nach vorliegender
Erfindung mit ebenen Verteilungsplatten. Der Verdampfer dieser Maschine ist in Abb.
2 und 3 gesondert und in vergrößertem Maßstube dargestellt, und zwar in Abb.2 im
Längsschnitt und in Abb. 3 im Querschnitt nach der Linie 3-3 der Abb. 2. Abb. q.
und 5 sind eine Seitenansicht bzw. ein Grundriß. einer Verteilungsplatte nach einer
zweiten Ausführungsform. Abb. 6 und 7 zeigen.in Seitenansicht bzw. im Grundriß,
zwei benachbarte Verteilungsplatten nach einer dritten Ausfü%nigsform. Abb. 8 zeigt
im Grundriß eine vierte Ausführungsform, und Abb.9 und io sind ein Querschnitt bzw.
ein Grundriß einer fünften Ausführungsform der Verteilungsplatten. Abb. i i und
12 sind ein Längsschnitt bzw. ein Querschnitt eines Verdampfers, der mit einer Verdampfungsfläche
in der Form einer Schraubenfläche versehen ist. Abb. 13 zeigt noch eine weitere
Abänderung eines Absorbers im Längsschnitt, während Abb. i ¢ einen Querschnitt nach
der Linie 14-14 in Abb. 13 zeigt.
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Die Kältemaschine nach Abb. i besteht im wesentlichen aus einem Kocher
i, einem Verdampfer 2 und einem Absorber 3. Der Kocher i enthält das Kältemittel,
z. B. in Wasser .gelöstes Ammoniak, während der Verdampfer 2 und der- Absorber 3
ein im Verhältnis zum Kältemittel indifferentes und in der Absorptionsflüssigkeit
unlösliches oder schwerlösliches Gas, z. B. Wasserstoff, enthalten. Der Gasraum
des Kochers steht durch eine Kondensatorschlange q. mit dem oberen Teil: des Verdampfers
2 in Verbindung, welch letzterer seinerseits oben und unten durch Röhren 5,und 6
mit dem Absorber kommuniziert. Der Kocher und der Absorber sind durch Rohrleitungen
7 und 8 derart miteüiander verbunden, daß ein geschlossenes Zirkulationssystem
für die Absorptionsflüssigkeit gebildet wird. Der Verdampfer 2 und der Absorber
3 enthalten je eine Anzahl übereinander angebrachter Kieisscheiben 9 bzw. i o aus
metallischem Material, in welchen Löcher derart angeordnet sind, daß das vom Kondensator
q. zugeführte flüssige Kältemittel bzw. die durch das Rohr 7 zugeführte Absorptionsflüssigkeit
beim allmählichen Herunterfließen von den .oberen zu den unteren Scheiben gezwungen
wird, sich über diese in dünnen Schichten zu verteilen.
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Die Einrichtung wirkt folgendermaßen: Beim Erhitzen des Kochers wird
das Ammoniak aus der Flüssigkeit ausgetrieben, wobei es vom Kocher durch den Kondensator
q. zum Verdampfer 2 strömt. Das AmmQniak wird im Kondensator niedergeschlagen,-
so daß es in den Verdampfer in Rüssiger Form gelangt. Das Ammoniak bildet,.. je
nachdem es auf die verschiedenen Scheiben herunterfließt, dünne Flüssigkeitsschichten
auf den Oberseiten der Scheiben und verdampft dadurch. schnell, wobei die Dämpfte
mit dem Wasserstoff gemischt- werden. Indem das Ammoniak somit verdampft und in
den Wasserstoff diffundiert, wird- Wärme durch Vermittlung der-wärrieleitenden Scheiben,
9 von der Umgebung des Verdampfers: aufgenommen. Da das. spezische Gewicht der Ammonia'kdämpfe
größer- ist als dasjenige des Wasserstoffs, wird die Mischung von Ammoniak und Wasserstoff
durch das Rohr 6 in den unteren Teil, des. Absorbers 3 hinuntersinken, wobei dieselbe
mit der durch den Absorber strömenden Flüssigkeit in Berührung gebracht wird-. Die
Flüssigkeit löst das Ammoniak,. aber nicht den Wasserstoff, so daß jenes aus der
Mischung. abgeschieden wird, während der Wasserstoff in dem Absorber hinaufsteigt,
durch das, Rohr 5 zum Verdampfer 2 zurückgelangt und dort wieder mit verdampftem
Ammoniak vermischt wird. In dieser Weise wird- die Kreislaufbewegung des indifferenten
Gases selbsttätig aufmehterhalten, und zwar hauptsächlich auf Grtmd.des
Unterschiedes
zwischen den spezifischem Gewichten der verschiedenen Gase. Beim Hindurchströmen
durch den Verdampfer und den Absorber wird die Gasmischung durch die Anordnung der
Löcher in den Scheiben 9 und i o gezwungen, die Oberflächen der Scheiben zu bestreichen,
und wird dadurch in innige Berührung mit der herunterfließenden Flüssigkeit gebracht.
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Die Flüssigkeitszirkulation erfolgt in der Weise, daß die ammoniakreiche
Flüssigkeit im Absorber durch die Leitung 8 zum Kocher zurückgeführt wird, während
die ammoniakarme Flüssigkeit durch die Leitung 7 dem Absorber zugeführt wird. Die
Zirkulation wird ausschließlich infolge der thermischen Verbindung zwischen dem
Kreislaufsystem und dem Kocher unterhalten, und zwar dadurch, daß die Flüssigkeit
in dem durch den Kocher sich erstreckenden. Teil des Rohres 8 erhitzt wird, wobei
dieselbe durch die lebhafte Entwicklung von Ammoniak innerhalb des Rohres so hoch
getrieben wird, daß die erforderliche Druckhöhe im Verhältnis zum Absorber erreicht
wird.
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Die Anordnung der Scheiben 9 im Verdampfer geht deutlicher aus Abb.
2 und 3 hervor. Der Mantel i i des Verdampfers ist an seiner Außenseite mit radial
nach außen gerichteten Flanschen 12 für den Wärmeaustausch versehen. Oben münden
die Rohrleitung 5 und das untere Ende der Kondensatorschlange q. ein, während im
unteren Teil des Verdampfers die Rohrleitung 6 einmündet. Die Scheiben 9 sind voneinander
bzw. vom Boden des Kühlers durch Abstandszylinder 13 getrennt. Um in einfacher Weise
eine gut wärmeleitende Verbindung zwischen dem Mantel und den Scheiben herzustellen,
wird die Anbringung der letzteren vorzugsweise in der Weise bewerkstelligt, daß
die Zylinder 13 und die Scheiben 9 unter gleichzeitiger Erhitzung des Mantels i
i vom Boden des Kühlers aus übereinander aufgestapelt werden, wobei die Scheiben
ihre richtigen gegenseitigen Abstände erhalten. Der Scheibendurchmesser ist so groß
zu wählen, daß die Scheiben beim Erkalten des Mantels gegen die innere Wandung desselben
festgedrückt werden. In jeder Scheibe 9 sind zwei kreisförmige Löcher 14 diametral
einander gegenüber angeordnet. Bim Montieren wird jede Scheibe derart angebracht,
daß die Durchlöcherung derselben im Verhältnis zur Durchlöcherung der nächstunteren
Scheibe um 9o° versetzt ist, wie dies aus Abb.3 hervorgeht, in welcher die gestrichelter
Kreise die Lagen.. der Löcher -einer unterliegenden Scheibe andeuten. Durch die
Versetzung der Löcher wird erreicht, daß die Flüssigkeit gezwungen wird, sich auf
jeder Scheibe erst in einer dünnen Schicht zu verteilen, .ehe sie auf die nächstuntere
Scheibe hinunterfließen kann, und ferner, daß der Gasstrom im Zickzack längs der
Flüssigkeitsschichten geleitet wird. Anstatt Löcher 14 innerhalb der Umkreise der
Scheiben anzubringen kann man auch, wie Abb.8 zeigt, Durchströmungsöffnnulgen in
der Form von Einkerbungen 21 in den Kanten der Scheiben anordnen.
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Abb. q und 5 stellen eine abgeänderte Form der Scheiben dar, wobei
in jeder Scheibe die Durchlöcherungen 15 durch Ausstanzung dreier spitzer Zipfel
16 gebildet sind, welch letztere abwärts gebogen sind, so daß dieselben beim Montieren
als Stützen für die Scheibe dienen können und den Abstand der Scheibe von der nächstunteren
Scheibe bestimmen. Die Abstandszylinder 13 (Abb. 2) sind also in diesem Falle entbehrlich.
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Eine andere Anordnung zur Festlegung des Abstandes zwischen benachbarten
Platten geht aus Abb. 9 und i o hervor. In diesem Falle sind die Platten in der
Form von niedrigen napfähnlichen Zylindern gepneßt, deren Böden die Verteilungsscheiben
9 bilden, während die Mäntel 22 bei der Montierung als Stützkanten dienen. Diese
Anordnung hat noch den weiteren Vorteil, daß eine besonders gute wärmeleitende Verbindung
mit dem Behälter entsteht, indem die ganze zylindrische Mantelfläche 22 durch das
Schrumpfverfahren gegen die Behälterwandung festgepreßt wird.
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Abb.6 und 7 zeigen eine andere Ausführungsform, bei welcher die Scheiben
mit getrennten Durchströmungsöffnungen für Gas bzw. Flüssigkeit versehen sind, was
in einigen Fällen vorteilhaft ist. jede Scheibe ist in diesem Falle mit ,einem einzigen
Loch 17 für die hinunterfließende Flüssigkeit versehen, und die Löcher benachbarter
Scheiben sind gegeneinander um 18o° verstellt, wie Abb. 7 zeigt. Als Durchlässe
für die Gase sind in den Scheiben zentrale Löcher 18 vorgesehen, deren. Kanten i9
hochgebogen sind, so daß das -Hinunterftießen der Flüssigkeit durch diese Löcher
verhindert wird. Eine innige Berührung zwischen den Gasen.und der Flüssigkeit wird
auch in diesem Falle erreicht, und zwar dadurch, daß. infolge der Ejektorwirkung
des durch die zentralen öfnungen 18 strömenden Gases eine Wirbelbildung und Strömung
des Gases innerhalb der Zwischenräume zwischen. den Scheiben verursacht werden.
Auch die Löcher 17 können, wie auf der Zeichnung gezeigt ist, mit hochstehenden
Kanten 20 versehen sein, und zwar um die Flüssigkeit zu zwingen, sich als dünne
Schicht über die ganze obere Seite einer jeden Scbebe zu verteilen, :ehe dieselbe
durch die betxlefflen.-den Löcher hinunterfließen kann. Die Kanten i9 sollten dann
etwas höher gemacht werden
als die Kanten 2o. Zur Herstellung richtiger
Abstände zwischen Scheiben dieser Form lassen sich die in Abb. 2 gezeigten. Abstandszylinder
zweckmäßig verwenden: In der in Abb. i i und 12 dargestellten Ausführungsform des
Verdampfers ist das wärmeleitende Verteilungsgebilde in der Form eines zusammenhängenden,
schraubenflächenförmig gepreßten Bleches 23 ausgeführt, dessen inniere Kante 24
sich um einen inneren Zylinder 25 windet und gegebenenfalls mit diesem Zylinder
fest verbunden ist, während die äußere Kante 26 gegen die Behälterwandung dicht
anliegt oder gegebenenfalls mit derselben fest verbunden ist. FÜT die durchströmenden
Stoffe ist also in diesem Falle ein stetig verlaufender schraubenförmiger Kanal
vorgesehen, welcher offenbar dem Gasstrom einen verhältnismäßig kleinen Widerstand
entgegengesetzt. Der innere Zylinder kann auch fortgelassen werden, in welchem Falle
ein zentraler Stromweg für die Gaszirkulation gebildet wird, ähnlich wie .es bei
der Anordnung nach Abb- 6 und 7 der Fall ist. Die freie innere Kante der - Schnecke
ist dann zweckmäßig hochgebogen, um das Hinunterfließen der Flüssigkeit durch den
zentralen Gasdurchläß zu verhindern. Auf der Oberseite des Bleches 23 sind radiale
Leisten 27 in passenden gegenseitigen Abständen angeordnet, um eine gewisse Stauung
der Flüssigkeit auf dem Blech zu bewirken. Eihe solche Anordnung hat besonders im
Verdampfer eine sehr vorteilhafte Wirkung, indem dadurch das KältemitteLverhindert
wird, in flüssigem Zustande in den Absorber zu gelangen und somit eine vollständige
Verdampfung des Kältemittels gesichert wird. Die Befestigung der Schnecke innerhalb
des Mantels kann in ähnlicher Weise ,erfolgen, wie oben im Zusammenhang mit anderen
Ausführungsformen des Verteilungsgebildes beschrieben wurde, und zwar derart, daß
die Schnecke unteT gleichzeitiger Erhitzung des Mantels im letzteren untergebracht
wird. Der Umfang- dex Schnecke ist dann derart zu bemessen, daß die äußere Kante
beim Erkalten des Mantels gegen die Mantelwandung festgepreßt wird.
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Ein besonders anpassungsfähiges Verteillungsgebilde, bei welchem der
Zirkulationswiderstand verschiedenen Betriebsbeidingungen genau angepaßt werden
kann, erhält man durch Kombination der Anordnung nach Abb.6 und 7, bei welcher ein
geradliniger Stromweg für die Gase vorgesehen ist, mit der Anordnung nach Abb. 2
und 3, bei welch letzteren die Gase in zickzackförmigen Bahnen geleitet werden.
Diese Kombination kann beispielsweise in der Weise ausgeführt werden, daß Gruppen
von Platten- nach dem einen System mit Gruppen. von Platten nach dem anderen System
im Innern des Behälters abwechseln.
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Abb. 13 und 14 zeigen eine besondere Ausführungsform des Absorbers,
in dessen oberen Teil :ein rohrförmiger, von der Umgebung abgeschlossener Stromweg
28 für das indifferente Gas gebildet wird, und zwar durch kragenförmige, hochstehende
Kanten 29, die zentrale Löcher in den obersten Scheiben 3o umgeben. Die vom Kocher
kommende Absorptionsflüssigkeit tritt durch das Rohr 7 ein und fließt in zickzackförmigen
Bahnen -erst durch die Löcher 31 in den obersten Scheiben 3o -und dann durch Löcher
32 in den Scheiben io, die den größten Teil des Absorbers ausfüllen und in wesentlicher
übereiu..stimtnung mit den Scheiben nach Abb. 2, 3' ausgeführt sind. Das Gas strömt
erst im Zickzack durch die Löcher der Scheiben io, wobei es mit der herunterströmenden
Flüssigkeit in innige Berührung kommt, und strömt dann durch das zentrale Rohr 28
ab, ohne mit der durch das Rohr 7 eintretenden Flüssigkeit oder mit den im oberen
Teil des Absorbers entwickelten Dämpfen in Berührung zu kommen. Diese Dämpfe werden
also durch die Anordnung des abgeschlossenen Gasweges 28 verhindert, sich mit dem
abströmenden indifferenten Gas zu mischen und mit diesem ztu entweichen. Der Absorber
ist von einem Kühlwassermantel 33 umgeben, wodurch die Scheiben 3o stark abgekühlt
und die Dämpfe somit verflüssigt werden, ehe sie mit lern in den Zwischenräumen
zwischen den unteren Scheiben io strömenden Gase in Berührung kommen. Bei dieser
Ausführungsform sind die Löcher 32 der Scheiben io mit hochstehenden Kanten 34 versehen,
um eine Stauung der Flüssigkeit auf den Scheiben zu bewirken, ähnlich wie bei der
Anordnung nach Abb. 6 und 7.