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Title:
COOLING DEVICE WITH INTERMITTENTLY OPERATING COOLING UNIT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1996/011368
Kind Code:
A1
Abstract:
In a cooling device consisting of a casing unit (1) and a cooling unit (2), the latter comprises an evaporator (3), a condenser (4) and a reactor (5). The evaporator (3), the condenser (4) and the reactor (5) form a first closed system (27) in which ammonia (8) is the working fluid and there is manganese chloride (5) in the absorber section (6) of the reactor (5). The reactor (5) has an insulating jacket (16) surrounding the absorber section (6) and a working chamber (17) filled with a working fluid (18) is left free between the insulating jacket (16) and the absorber unit (6). A second closed system (19) in the upper and lower region of the working chamber (17) is connected to said working chamber (17). The upper connection can be closed by a stop cock (24). The efficiency of the cooling device is substantially increased by heating the working fluid and hence the absorber section (6) in the regeneration phase by means of a heater (25) and by cooling the absorber section by means of the working fluid (18) during the sorption phase.

Inventors:
EBBESON BENGT (CH)
Application Number:
PCT/EP1994/003237
Publication Date:
April 18, 1996
Filing Date:
October 06, 1994
Export Citation:
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Assignee:
ELECTROLUX LEISURE APPLIANCES (SE)
EBBESON BENGT (CH)
International Classes:
F25B17/08; F25B35/04; (IPC1-7): F25B17/08; F25B35/04
Domestic Patent References:
WO1993003314A11993-02-18
Foreign References:
US2049782A1936-08-04
US2528004A1950-10-31
US2017471A1935-10-15
DE630063C1936-05-19
US1913869A1933-06-13
DE679432C1939-08-08
US2386438A1945-10-09
US2340887A1944-02-08
US1943968A1934-01-16
US2649700A1953-08-25
US2269099A1942-01-06
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Claims:
Patentansprüche
1. Kühlvorrichtung, umfassend eine Gehäuseeinheit (1) und eine intermittierend arbeitende Kühleinheit, wobei die Kühleinheit (2) einen in der Gehäuseeinheit aufgenommenen Verdampfer (3), einen Kondensator (4) und einen Reaktor (5) mit einem beheizbaren Sorberteil (6) aufweist, das mit einem sorptionsfähigen Material gefüllt ist, welches bei Normaltemperatur eine Arbeitsflüssigkeit sorbiert und diese bei Erwärmung wieder abgibt, und wobei der Verdampfer, der Kondensator und das Sorberteil durch eine Leitung miteinander verbunden sind und ein geschlossenes System bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (5) mit einem zweiten (19) mit einer Arbeitsflüssigkeit (18) gefüllten geschlossenen System versehen ist, welches in der Sorptionsphase (Kühlphase) der Kühlvorrichtung als Kühlsystem für den Reaktor (5) und in der Regenerationsphase der Kühlvorrichtung als Heizsystem für den Reaktor steuerbar ist.
2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, daß das erste (27) und zweite (19) geschlossene System zueinander parallelgeschaltet sind.
3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste (27) und zweite (19) ge¬ schlossene System mit Radiatoren ausgestattet sind.
4. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, daß die geschlossenen Sy¬ steme (19, 27) vor der Befüllung mit den Arbeitsflüssigkeiten (8, 18) evakuiert sind.
5. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsflüssigkeit (8) des ersten geschlossenen Systems (27) Ammoniak, das Sorptionsmaterial ein Salz, insbesondere Manganchlorid, und die Arbeitsflüssigkeit (18) des zweiten geschlossenen Systems (19) Wasser sind.
6. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (3) einen in einer Isolierung des oberen Teils der Gehäuseeinheit (1) aufgenommenen Behälter (7) mit einem in den zu kühlenden Raum ragenden und mit einem Kühlblech verbundenen Kühlrohr (9) sowie ein sich daran anschließendes, bis über das Niveau der Arbeitsflüssigkeit zurückgeführtes Verdampferrohr umfaßt.
7. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung zwischen dem Verdampfer und dem Sorptionsteil des Reak¬ tors wenigstens eine i.w. senkrecht verlaufende Rohr¬ leitung (13) kleinen Querschnitts und eine zum Reaktor verlaufende schlangenförmige Kühlleitung vergrößerten Querschnitts aufweist, welche mit einem gelochten Ab¬ schnitt in das Sorptionsmaterial eingreift.
8. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor zwei kon¬ zentrisch und im Abstand zueinander angeordnete Gehäu¬ seteile aufweist, wobei das innere Gehäuseteil das mit dem Sorptionsmaterial gefüllte Sorberteil (6) und das äußere Gehäuseteil ein das Sorberteil vollständig um¬ schließender Isoliermantel (16) sind, und daß der Ar¬ beitsraum (17) zwischen den Gehäuseteilen mit der Ar¬ beitsflüssigkeit des zweitens geschlossenen Systems ge¬ füllt ist.
9. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite geschlos¬ sene System in einem oberen Bereich und einem unteren Bereich an den Arbeitsraum des Reaktors angeschlossen ist.
10. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung des Sorberteils im unteren Bereich des Arbeitsraumes des Reaktors angeordnet und von der Arbeitsflüssigkeit umspült ist.
11. Kühlvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich¬ net, daß die Heizeinrichtung in einer separaten Kammer (30) angeordnet ist, die mit einem oberen und einem unteren Abschnitt des Arbeitsraumes zur Bildung eines Kreislaufs verbunden ist.
12. Kühlvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (25) eine elek¬ trische Heizpatrone ist.
13. Kühlvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung von einer elek¬ trischen Heizpatrone und von einem an dem mit dem Ar¬ beitsmittel gefüllten Arbeitsraum, insbesondere im Be¬ reich der Heizpatrone vorbeigeführten, gasbeheizbaren Rohr gebildet ist.
14. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Anschlu߬ leitung des zweiten geschlossenen Systems und des Hei¬ zungskreislaufs außerhalb des Arbeitsraumes des Reak¬ tors miteinander verbunden sind.
15. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite geschlos¬ sene System ein im oberen Bereich des Arbeitsraumes an¬ geschlossenes, wärmeisoliertes Steigrohr (20), ein sich daran anschließendes schlangenförmiges Kühlrohr (21), einen Vorratsbehälter (22) und ein diesen mit dem unteren Bereich des Arbeitsraumes verbindendes Fallrohr (23) aufweist.
16. Kühlvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich¬ net, daß in dem Steigrohr ein Absperrventil (24) angeordnet ist.
17. Kühlvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich¬ net, daß das Absperrventil (24) während der Sorptions¬ phase geöffnet und während der Regenerationsphase ge¬ schlossen ist.
18. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (5) im unteren Bereich der Kühlvorrichtung angeordnet ist und sich der Vorratsbehälter oberhalb des Sorberteils des Reaktors befindet.
19. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor im oberen Bereich der Kühlvorrichtung angeordnet ist und sich der Vorratsbehälter unterhalb des Sorberteils des Reaktors befindet und daß in. dem zweiten geschlossenen System eine Pumpe vorgesehen ist.
20. Kühlvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich¬ net, daß bei abgeschalteter Pumpe eine Rückströmung ei¬ nes Teils der Arbeitsflüssigkeit aus dem Arbeitsraum in den Vorratsbehälter ermöglicht ist.
21. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Meßgröße eine Umschaltung der Küh¬ leinheit vom Sorptionsbetrieb zum Regenerationsbetrieb bzw. umgekehrt erfolgt.
22. Kühlvorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeich¬ net, daß die Meßgröße einer vorgegebenen Temperatur des Kühlwassers entspricht.
23. Kühlvorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeich¬ net, daß die Meßgröße einer vorgegebenen Wärmeleistung des Reaktorteils entspricht.
24. Kühlvorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeich¬ net, daß die Meßgröße einer vorgegebenen Menge Ammoniak im Verdampfer entspricht.
25. Kühlvorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeich¬ net, daß die Meßgröße einer durch einen einstellbaren Thermostaten in der Kühlvorrichtung erfaßten vorgegebe¬ nen Temperatur entspricht.
Description:
Kühlvorrichtung mit einer intermittierend arbeitenden

Kühleinheit

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung, umfassend eine Gehäuseeinheit und eine intermittierend arbeitende Kühlein¬ heit, wobei die Kühleinheit einen in der Gehäuseeinheit auf¬ genommenen Verdampfer, einen Kondensator und einen Reaktor mit einem beheizbaren Sorberteil aufweist, das mit einem sorptionsfähigen Material gefüllt ist, welches bei Normaltem¬ peratur eine Arbeitsflüssigkeit sorbiert und diese bei Erwär¬ mung wieder abgibt, und wobei der Verdampfer, der Kondensator und das Sorberteil durch eine Leitung miteinander verbunden sind und ein geschlossenes System bilden.

Kühlaggregate der vorgenannten Art werden insbesondere in Kleinkühlgeräten und Luftkühlern von Klimatisierungseinrich¬ tungen verwendet. Im Sorberteil wird das mit einer Arbeits¬ flüssigkeit angereicherte sorptionsfähige Material erhitzt und gibt dabei die sorbierte Flüssigkeit in Dampfform ab. Der Dampf kondensiert in dem Kondensator, und die kondensierte Flüssigkeit sammelt sich in dem Verdampfer, welcher in der Gehäuseeinheit der Kühlvorrichtung angeordnet ist. Wenn die

Wärmequelle für das sorptionsfähige Material abgestellt wird und das Material abkühlt, saugt das Material die Feuchtigkeit aus der mit Dampf gesättigten Leitung auf und erzeugt dabei in der Leitung einen niedrigen Druck, der die in dem Verdampfer befindliche Flüssigkeit verdampfen läßt und ggfs. bei niedriger Temperatur zum Kochen bringt. Der Verdampfer entzieht dabei der Umgebung in der Gehäuseeinheit Wärme und kann deswegen als Kühlteil verwendet werden. Derartige Kühlgeräte sind einfach aufgebaut und weisen keine bewegten Teile auf. Als sorptionsfähiges Material kann beispielsweise ein Zeolith verwendet werden, das in der vorstehend beschriebenen Weise mit Wasser reagiert. Das Wasser kommt dabei wegen des niedrigen Drucks bei wenigen Graden und gegebenenfalls auch bei Minustemperaturen in dem Verdampfer zum Kochen. Für Kühlvorrichtungen dieser Art sind jedoch auch andere Sorptionsmaterialien und Flüssigkeiten geeignet, wie zum Beispiel Salz und Ammoniak.

Beim Austreiben der Feuchtigkeit aus dem sorptionsfähigen Ma¬ terial ist es wichtig, daß das Material möglichst gleichmäßig erwärmt wird. Dies bereitet insbesondere dann gewisse Schwie¬ rigkeiten, wenn die Erwärmung durch eine Wärmequelle erfolgt, wie es bei Kühlaggregaten der Fall ist, die unabhängig von der Erwärmungsart (elektrischer Strom, Gas, Trockenbrennstoff und dergleichen) sein sollen. Da die Temperatur einer Flamme im Vergleich zur erzeugten Wärmemenge sehr hoch ist, kommt es bei einem Sorberteil der in Rede stehenden Art darauf an, die Wärme so auf das sorptionsfähige Material zu übertragen, daß eine örtliche Überhitzung vermieden wird. Eine weitere Forde¬ rung besteht darin, daß in der Sorptionsphase eine Überhit¬ zung des Sorberteils möglichst vermieden wird, da dann die Sorptionstätigkeit des Sorberteils langsam zum Erliegen kommt und damit die Kühlung in der Gehäuseeinheit der Kühlvorrich¬ tung verringert wird.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, bei einer Kühlvorrichtung der gattungsgemäßen Art den das Sorberteil

aufnehmenden Reaktor derart anzuordnen und auszugestalten, daß die Effektivität der Sorptions- und Regenerationsphase der Kühleinheit verbessert wird und eine sichere Funktions¬ weise des intermettierenden Betriebes trotz eines einfachen Aufbaues und dem Einsatz unterschiedlicher Heizquellen ge¬ währleistet ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale in vorteilhafter Weise gelöst. Dabei ist vorgesehen, daß der Reaktor der Kühleinheit mit einem zweiten mit einer Arbeitsflüssigkeit gefüllten geschlossenen System ausgestattet ist, welches in der Sorptionsphase der Kühlvor¬ richtung als Kühlsystem für das Sorberteil und in der Regene¬ rationsphase der Kühlvorrichtung als Heizsystem für das Sor¬ berteil steuerbar ist. Mithin sind zwei geschlossene Systeme vorgesehen, die in vorteilhafter Weise zueinander parallel geschaltet und vor der Befüllung mit Arbeitsflüssigkeit eva¬ kuiert sind. Das erste System besteht im wesentlichen aus dem Verdampfer, der in einer Isolierung im oberen Teil der Gehäu¬ seeinheit der Kühlvorrichtung angeordnet ist und einen Behäl¬ ter zur Aufnahme der Arbeitsflüssigkeit, sowie ein aus dem Behälter nach unten in den zu kühlenden Raum ragendes Rohr und ein sich daran anschließendes Verdampferröhr aufweist, welches bis über das Niveau der Arbeitsflüssigkeit im Behäl¬ ter reicht. Ferner besitzt das erste geschlossene System eine Verbindungsleitung zwischen dem Verdampfer und dem Sorber¬ teil, die aus mehreren Abschnitten besteht, nämlich einer im wesentlichen senkrecht verlaufenden Rohrleitung eines relativ kleinen Querschnitts, an welche sich eine schlangenförmige Steigleitung anschließt, die einen größeren Querschnitt auf¬ weist und die wiederum mit einer Falleitung in das Sorberteil eingreift, wobei das Ende dieser Falleitung entsprechende Öffnungen besitzt, durch die die verdampfte Arbeitsflüssig¬ keit in das sorptionsfähige Material eindringen kann. Als Ar¬ beitsflüssigkeit bietet sich z. B. Ammoniak an, welches in Dampfform in das sorptionsfähige Material wie z. B. Mangan¬ chlorid, durch dessen starke Affinität auf Ammoniak sorbiert

wird. Der Reaktor selbst kann vorteilhaft aus zwei kon¬ zentrisch und im Abstand zueinander angeordnete Gehäuseteilen bestehen, wobei der innere Gehäuseteil das mit dem Sorptions¬ material gefüllte Sorberteil und das äußere Gehäuseteil ein das Sorberteil vollständig umschließender Isoliermantel sind. Der zwischen beiden Gehäuseteilen befindliche Zwischenraum ist mit der Arbeitsflüssigkeit des zweiten geschlossenen Sy¬ stems gefüllt, wobei das zweite geschlossene System in einem oberen und einem unteren Bereich an den Arbeitsraum des Reak¬ tors angeschlossen ist.

Die Heizeinrichtung des Sorberteils kann im unteren Bereich des Arbeitsraumes des Reaktors angeordnet und von der Ar¬ beitsflüssigkeit, nämlich Wasser, umspült sein. Es ist aber gemäß einer weiteren Ausführungsform auch denkbar, daß die Heizeinrichtung in einer kleineren separaten Kammer angeord¬ net ist, die mit einem oberen und einem unteren Abschnitt des Arbeitsraums zur Bildung eines Heizkreislaufes verbunden ist. Dabei kann die Heizeinrichtung vorteilhaft eine elektrische Heizpatrone sein, und es kann zusätzlich insbesondere im Be¬ reich der Heizpatrone ein am Arbeitsraum entlang geführtes gasbeheiztes Rohr vorgesehen sein, was in vorteilhafter Weise ermöglicht, daß man entweder elektrische Energie oder aber Gas bzw. Trockenbrennstoff oder dergleichen als Wärmequelle einsetzen kann oder aber zur Erzielung einer besonders hohen Heizleistung beide Heizeinrichtungen gleichzeitig. Auf diese Weise wird die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung von der Ener¬ gieart unabhängig und sie ist dadurch zum Beispiel in Hotels, Campingmobilen oder Booten einzusetzen.

Aus Sicherheitsgründen kann eine gesonderte Verbindungslei- tung außerhalb des Arbeitsraumes zwischen der unteren An¬ schlußleitung des zweiten geschlossenen Systems und der unte¬ ren Anschlußleitung des Heizungskreislaufes vorgesehen sein. Diese Verbindungsleitung kann als Sicherheitseinrichtung dazu dienen, die verhältnismäßig kleine Heizungskammer der Heizpa¬ trone mit rücklaufendem Wasser aus dem zweiten geschlossenen

System zu versorgen, um zu verhindern, daß die Heizpatrone wenigstens zum Teil nicht mit Wasser umspült ist und dadurch eine Überhitzung des Sorberteils in der Regenarationsphase stattfinden könnte.

In vorteilhafter Weise weist das zweite geschlossene System ein im oberen Bereich des Arbeitsraumes des Reaktors angeschlossenes, wärmeisoliertes Steigrohr auf, sowie ein sich daran anschließendes schlangenförmiges Kühlrohr, einen Vorratsbehälter und ein diesen mit dem unteren Bereich des Arbeitsraumes des Reaktors verbindendes Fallrohr. In dem Steigrohr ist oberhalb des Sorberteils ein -Absperrventil vorgesehen, welches in der Sorptionsphase geöffnet und in der Regenerationsphase geschlossen ist.

Gemäß einemr weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung kann der Reaktor im unteren Bereich der Kühlvorrichtung angeordnet sein und sich der Vorratsbehälter oberhalb des Sorberteils des Reaktors befinden. Dies hat den Vorteil, daß durch Schwerkraft bei geöffnetem Ventil in der Sorptionsphase der Arbeitsraum vollständig aus dem Vorratsbehälter mit Flüssigkeit gefüllt werden kann. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Reaktor im oberen Bereich der Kühlvorrichtung angeordnet sein und sich der Vorratsbehälter unterhalb des Sorberteils des Reaktors befinden, wobei allerdings hier eine zusätzliche Pumpe in dem zweiten geschlossenen Kreislauf vorgesehen ist. Der Vorteil dieser Konstruktion besteht darin, daß bei abgestellter Pumpe in der Regenerationsphase die Arbeitsflüssigkeit aus dem Arbeitsraum mittels Schwerkraft in den Vorratsbehälter zurückströmen kann. Dagegen tritt die Pumpe in der Sorptionsphase in Aktion, um die Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter in den Arbeitsraum zu pumpen, wo es den Sorberteil umspült und kühlt.

Die Umschaltung der Kühleinheit vom Sorptionsbetrieb zum Re¬ generationsbetrieb bzw. umgekehrt erfolgt in vorteilhafter

Weise in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Meßgröße. Diese Meßgröße kann zum Beispiel die Temperatur des Kühlwassers im zweiten geschlossenen System sein oder sie kann einer vorge¬ gebenen Wärmeleistung des Reaktorteils während der Sorptions¬ phase entsprechen oder es ist schließlich auch denkbar, daß man den Zeitpunkt erfaßt, in welchem eine bestimmte Ammoniak¬ menge im Verdampfer, möglicherweise die gesamte Menge, ver¬ dampft ist, so daß der Behälter 7 leer ist und damit die Sorptionstätigkeit des Sorberteils beendet ist. Es ist schließlich auch denkbar, daß die Meßgröße durch Einstellung eines Thermostaten im Kühlraum der Kühlvorrichtung vorgegeben wird. Wird diese Temperatur erreicht, kann eine elektrische Umstellung des Ventils bzw. ein An- oder Abschalten der Heiz¬ einrichtung erfolgen.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung er¬ geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführunsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig.l eine schematische Gesamtansicht der erfindunsgemäßen

Kühlvorrichtung; Fig.2 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie

II-II in Fig.l; Fig.3-6 weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Reaktorteils und des daran angeschlossenen Systems.

Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung umfaßt im wesentlichen eine Gehäuseeinheit 1 und eine intermittierend arbeitende Kühleinheit 2, und die Kühleinheit 2 besteht im wesentlichen aus einem in einem isolierten Teil der Gehäuseeinheit ange¬ ordneten Verdampfer 3, einem Kondensator 4 und einem Reaktor 5 mit einem beheizbaren Sorberteil 6.

Der Verdampfer 3 besitzt einen Behälter 7, der zum Teil mit der Arbeitsflüssigkeit Ammoniak 8 gefüllt ist. Von dem Boden des Behälters erstreckt sich ein Kühlrohr 9 nach unten in den zu kühlenden Raum 10 der Gehäuseeinheit 1 und ist mit einem

Kühlblech 11 verbunden. An das Kühlrohr 9 schließt sich ein Verdampferrohr 12 an, welches in den Behälter 7 nach oben bis über das Flüssigkeitsniveau reicht.

Der Verdampfer 3 ist mit einer sich im wesentlich senkrecht erstreckenden Rohrleitung 13 verbunden, an welche sich die schlangenförmige Rohrleitung 14 und ein senkrechtes Rohr 15 anschließen. Der Querschnitt der schlangenförmigen Rohrlei¬ tung 14 und des senkrechten Rohres 15 ist größer als derje¬ nige der Rohrleitung 13. Das Ende des Rohres 15 ragt in den Sorberteil 6 des Reaktors 5 hinein und besitzt Öffnungen, durch welche das verdampfte Ammoniak in das Sorptionsmaterial eintreten kann.

Der Reaktor 5 besteht im wesentlichen aus zwei konzentrisch und im Abstand zueinander angeordneten Gehäuseteilen 6 bzw. 16, wobei das Gehäuseteil 6 dem Sorberteil entspricht, wäh¬ rend das Gehäuseteil 16 ein Isoliermantel ist, der das Sor¬ berteil stirnseitig formschlüssig und mantelseitig in einem Abstand zur Sorberteilaußenflache umschließt. Auf diese Weise wird zwischen dem Sorberteil 6 und dem Isoliermantel ein Ar¬ beitsraum 17 geschaffen, welcher ganz oder teilweise mit der Arbeitsflüssigkeit 18 (insbesondere Wasser) gefüllt ist. Im oberen und unteren Bereich des Arbeitsraumes 17 ist ein zwei¬ tes geschlossenes System 19 an den Reaktor 5 angeschlossen. Dieses zweite geschlossene System umfaßt im wesentlichen ein wärmeisoliertes Steigrohr 20, ein sich daran anschließendes schlangenförmiges Kühlrohr 21, einen Vorratsbehälter 22 und ein diesen mit dem unteren Bereich des Arbeitsraumes 17 ver¬ bindendes Fallrohr 23. In dem Steigrohr 20 ist ein Absperr¬ ventil 24 angeordnet, auf dessen Funktion später noch einge¬ gangen wird.

Unterhalb des Sorberteils 6 ist innerhalb des Arbeitsraumes 17 eine Heizeinrichtung 25 vorgesehen, wobei es sich bei die¬ sem Ausführungsbeispiel um eine elektrische Heizpatrone han¬ delt. Wie zu erkennen ist, ist die elektrische Heizpatrone 25

vollständig von der Arbeitsflüssigkeit 18 umspült. Bei geöff¬ netem Ventil 24 ist das Flüssigkeitsniveau 26 erreicht, so daß das Sorberteil 6 und die Heizeinrichtung 25 vollständig mit Flüssigkeit umgeben sind. Diese Betriebsstellung kenn¬ zeichnet die Sorptionsphase, worauf später noch eingegangen wird. In der Regenerationsphase, in welcher die Heizpatrone 25 in Betrieb ist, kann sich ein Betriebszustand gemäß Fig. 2 einstellen, in welchem aufsteigender Dampf im oberen Teil des Arbeitsraums bei geschlossenem Ventil 24 einen solchen Druck¬ zustand erzeugt, daß die Arbeitsflüssigkeit 18 durch das Fallrohr 23 zum Vorratsbehälter 22 gedrückt wird.

Wie weiterhin aus der Fig. 1 zu entnehmen ist, ist der Reak¬ tor 5 liegend im unteren Teil der Kühlvorrichtung angeordnet. Das erste geschlossene System 27, welches sich aus dem Ver¬ dampfer 3, den Rohrleitungen 13, 14, 15 und dem Sorberteil 6 zusammensetzt, ist mit dem zweiten geschlossenen System 19 parallelgeschaltet. Beide Systeme sind evakuierte geschlos¬ sene Systeme und befinden sich nebeneinander auf der Rück¬ seite und Außenseite der Gehäuseeinheit, wobei die Wärme nach außen durch Radiatoren 28 in der üblichen Weise an die Umge¬ bungsluft abgegeben wird.

Bei den nachfolgenden Figuren handelt es sich zwar um andere Ausführungsbeispiele, jedoch sind die sich entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Es ist auch nicht die gesamte Kühlvorrichtung dargestellt, sondern ledig¬ lich der Reaktorteil mit dem zweiten geschlossenen System 19.

Wie die Fig. 3 erkennen läßt, ist der Reaktor 5 in vertikaler Richtung im unteren Teil des Gehäuses angeordnet und der Vor¬ ratsbehälter 22 befindet sich oberhalb des Sorberteils 6, so daß das in dem Arbeitsraum 17 angeordnete Sorberteil 6 voll¬ ständig mit Arbeitsflüssigkeit, nämlich Wasser 18, umspült ist. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel schließt sich an den oberen Bereich des Arbeitsraumes 17 ein Steigrohr 20 an, wel¬ ches in das Kühlrohr 21 übergeht, welches seinerseits mit dem

Vorratsbehälter 22 verbunden ist. Der untere Bereich des Ar¬ beitsraumes 17 ist mit dem Vorratsbehälter 22 über das Fall¬ rohr 23 verbunden.

Während bei geöffnetem Ventil - also in der Sorptionsphase - ein Flüssigkeitsniveau 26 im System vorgesehen ist und das Sorberteil 6 mithin vollkommen von Wasser umspült ist, kann bei geschlossenem Ventil - also in der Regenerationsphase - ein Betriebszustand auftreten, bei welchem das Flüssigkeits¬ niveau bis auf das Niveau 29 absinkt, worauf später noch ein¬ gegangen wird.

Aus der Fig. 3 ist ferner zu entnehmen, daß im unteren Be¬ reich des Arbeitsraumes 17 eine separate Kammer 30 vorgesehen ist, in welcher die elektrische Heizeinrichtung 25 angeordnet ist. In unmittelbarem Kontakt zur Mantelfläche der Kammer 30 ist ein beheizbares Gasrohr 31 angeordnet, welches zusätzlich mit der Gasflamme 32 neben der Heizeinrichtung 25 zum Behei¬ zen der Arbeitsflüssigkeit in der Kammer 30 verwendet werden kann. Auf diese Art und Weise ist man von der Energiequelle unabhängig.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist zu erkennen, daß die Kammer 30 jetzt nicht mehr in unmittelbarer Verbindung mit dem Arbeitsraum 17 des Reaktors 5 steht, sondern über eine obere Leitung 33 und eine untere Leitung 34 mit dem obe¬ ren bzw. unteren Bereich des Arbeitsraumes 17 verbunden ist. Es ist ferner zu erkennen, daß zwischen dem Fallrohr 23 und der unteren Leitung 34 eine Verbindungsleitung 35 vorgesehen ist, über welche gewährleistet werden kann, daß ein nicht zu niedriges Flüssigkeitsniveau in der Kammer 30 herrscht und dadurch eventuell eine Überhitzung des Sorberteils 6 herbei¬ geführt werden könnte. Diese Verbindungsleitung 35 übernimmt daher mehr oder weniger eine Sicherheitsfunktion.

Im Gegensatz zu den Ausführunsbeispielen 3 und 4, bei denen der Reaktor 5 im unteren Bereich der Kühlvorrichtung angeord-

net und der Vorratsbehälter 22 auf einem höheren Niveau vor¬ gesehen ist, ist der Reaktor 5 bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 5 und 6 im oberen Teil der Kühlvorrichtung an¬ geordnet, während sich der Vorratsbehälter 22 unterhalb des Sorberteils 6 befindet. Dabei ist im wesentlichen der Aufbau des Reaktors 5 gemäß Fig. 5 entsprechend dem Reaktor 5 gemäß Fig. 3, während der Reaktor 5 gemäß Fig. 6 im wesentlichen dem Aufbau gemäß Reaktor 5 gemäß Fig. 4 entspricht.

Es ist zu bemerken, daß sich in der Anschlußleitung 36, mit welcher das zweite geschlossene System 9 an den oberen Be¬ reich des Arbeitsraumes 17 angeschlossen ist, kein Absperr¬ ventil mehr vorgesehen ist. Aus diesem Grunde besitzt die An¬ schlußleitung 36 auch einen relativ kleinen Querschnitt im Gegensatz zu dem schlangenförmigen Kühlrohr 21. Da das Niveau der Flüssigkeit 26 aufgrund der besonderen Anordnung des Vor¬ ratsbehälters 22 unterhalb des Sorberteils 6 befindet, muß die Flüssigkeit mit Hilfe einer Pumpe 37 in den Arbeitsraum 17 gepumpt werden, damit das Flüssigkeitsniveau 38 erzielt wird. In diesem Zustand der Sorptionsphase kann das Sorber¬ teil 6 wirksam gekühlt werden. In der Regenerationsphase wird dagegen die Pumpe 37 abgestellt, und die Flüssigkeit strömt aus dem Arbeitsbereich über die Leitungen 23, 21 in den Vor¬ ratsbehälter 22 zurück. Auch in diesem Falle ist zwischen den Leitungen 23 und der separaten Kammer 30 eine Verbindungslei- tung 35 vorgesehen, so daß gewährleistet ist, daß sich immer genügend Wasser zur Erzeugung von Dampf in der Kammer 30 be¬ findet, wobei der Dampf nach oben strömt und auf der Ober¬ seite des Sorberteils 6 kondensiert, um dann wieder nach un¬ ten abzutropfen. Auf diese Weise wird ein hervorragender Wär¬ meübergang von den Heizpatrone auf das Sorberteil 6 erzielt und der Wirkungsgrad der Vorrichtung erheblich erhöht.

Es kann natürlich vorkommen, daß ein geringer Dampfanteil auch durch die Leitung 36 in den Vorratsbehälter gelangt, was aber wegen des relativ kleinen Querschnitte der Anschlußlei¬ tung 36 und wegen deren Verlegung innerhalb des Isolierman-

tels des Reaktors 5 nicht zu beachtenswerten Wärmeverlusten führt.

Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist fol¬ gendermaßen:

Während der Sorptionsphase (Kühlphase) ist das Absperrventil 24 in den Vorrichtungen nach Fig. 1 bis 4 geschlossen, wäh¬ rend bei den Vorrichtungen nach den Fig. 5 und 6 die Pumpe 37 angeschaltet ist. Durch die starke Affinität des Manganchlo¬ rids im Sorberteil 6 verdampft das Ammoniak 8 im Verdampfer 3 und strömt mit einem relativ niedrigen Druck durch die Rohr¬ leitungen 14, 15 in das Sorberteil 6, wo es im Manganchlorid sorbiert wird. Da der Ammoniakdampf eine sehr niedrige Tempe¬ ratur von ca. -35° besitzt, bewirkt die leichte Erwärmung während des Durchströmens mit niedrigem Druck durch die Lei¬ tungen 14 und 15 keine Kondensation. Bei der Sorption des Am¬ moniakdampfes in dem Sorberteil 6 wird Wärme erzeugt, während im Kühlraum 10 durch die Aufnahme von Wärme bei der Verdamp¬ fung des Ammoniaks Kälte erzeugt wird. Da das Sorberteil ohne geeignete Kühlung auf erhebliche Temperaturen ansteigen kann und dadurch die Sorptionsleistung relativ schnell abnimmt, dient das sich im zweiten geschlossenen System 19 befindliche Wasser zur Kühlung des Sorberteils 6. Das Wasser, welches sich bei geöffneten Ventil 24 auf dem Flüssigkeitsniveau 26 befindet, umspült dazu das gesamte Sorberteil entlang seiner Mantelfläche. Durch die Abgabe der Wärme von dem Sorberteil an das Kühlmittel Wasser entstehender Dampf steigt in dem Steigrohr 20 nach oben und kondensiert im Kühlrohr 21, so daß er in Form von Flüssigkeit dem Vorratsbehälter 26 wieder zu¬ geleitet wird.

Ist nach gewisser Zeit der Sorptionsvorgang dadurch beendet, daß das Ammoniak im Verdampfer 3 vollständig verdampft ist oder daß beispielsweise in dem Kühlraum 10 eine bestimmte Kühltemperatur erreicht wurde, welche durch einen Thermosta¬ ten vorher eingestellt wurde, oder indem die Heizleistung des Sorberteils merkbar abnimmt und damit die Kühlwassertem-

peratur abnimmt, dann wird von der Sorptionsphase auf die Re¬ generationsphase umgestellt, wobei dies in Abhängigkeit von den vorgegebenen Meßwerten automatisch erfolgt. Das heißt beispielsweise, daß das Ventil 24 für die Regenerationsphase geschlossen wird und die Heizeinrichtung 25 eingestellt wird (siehe Fig. 1 - 3) bzw., daß die Pumpe 37 abgestellt wird und die Heizeinrichtung 25 und/oder 32 eingestellt wird (siehe Fig. 5, 6) .

In der Regenerationsphase wird das Ammoniak aus dem Sorber¬ teil wieder ausgetrieben und gelangt über die Leitungen 15 und 14 bei einem relativ hohen Druck von 15 bis 20 bar und einer relativ hohen Temperatur von 180 bis 200° C über die Leitung 13 in flüssiger Form in den Behälter 7 des Verdamp¬ fers zurück, da es in der Kühlleitung 14 kondensiert. Im Re¬ aktor 5 bewirkt die Heizleistung der Heizpatrone 25 ein Ko¬ chen der Arbeitsflüssigkeit 18 im Arbeitsraum 17, so daß Dampf nach oben steigt und die Flüssigkeit durch das Rohr 23 in den Vorratsbehälter 22 drückt, wobei Dampfbläschen im Kühlrohr 21 kondensieren und in Form von Wasser in den Vor¬ ratsbehälter zurückfließen. Durch die Bildung von Dampf im oberen Teil des Arbeitsraumes wird eine sehr effektive Über¬ tragung der Heizleistung der Heizpatrone 25 auf das Sorber¬ teil 6 bewirkt, da der Dampf das Sorberteil 6 im oberen Be¬ reich vollständig und innig berührt und an der kühleren Ober¬ fläche des Sorberbereichs auskondensiert, um als Flüssigkeit nach unten zu strömen.

In Fig. 4 bewirkt der Dampfdruck ein Absenken der Flüssigkeit bis auf das Niveau 29, also bis unterhalb des Sorberteils 6, so daß ein ausgezeichneter Wärmeübergang über den Dampf auf das Sorberteil 6 erfolgen kann. Abgesehen davon besitzt diese Konstruktion gemäß Fig. 4 den Vorteil, daß in der verhältnis¬ mäßig kleinen Kammer 30 nur ein sehr geringer Wasseranteil zu erhitzen ist, so daß diese Vorrichtung relativ schnell an¬ spricht.

Sobald das gesamte Ammoniak aus dem Sorberteil 6 ausgetrieben ist, stellt die Vorrichtung automatisch auf Sorptionsbetrieb wieder um. Hierzu können wiederum Regelgrößen in Form von Temperatur, Mengenmessung, Zeitmessung und dergleichen ver¬ wendet werden, die erkennen lassen, daß der AustreibungsVor¬ gang beendet ist.

Bezugszeichenliste Gehäuseeinheit Kühleinheit Verdampfer Kondensator Reaktor Sorberteil Behälter Ammoniak Kühlrohr Kühlraum Kühlblech Verdampferrohr Rohrleitung Rohrleitung senkrechtes Rohr Isoliermantel Arbeitsraum Arbeitsflüssigkeit zweites geschlossenes System Steigrohr Kühlrohr Vorratsbehälter Fallrohr Absperrventil Heizeinrichtung Flüssigkeitsniveau erstes geschlossenes System Radiator Flüssigkeitsniveau Kammer Gasrohr Gasflamme Obere Leitung Untere Leitung Verbindungsleitung Anschlußleitung Pumpe Flüssigkeitsniveau




 
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