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Verfahren zur Anpassung des Gesamtdruckes an die jeweils herrschende
Kühllufttemperatur in luftgekühlten und mit Hilfsgas arbeitenden Absorptionskälteapparaten
und Absorptionskälteapparat zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Anpassung des Gesamtdruckes an die jeweils herrschende Kühllufttemperatur
in luftgekühlten und mit Hilfsgas arbeitenden Absorptionskälteapparaten, in denen
die Absorptionslösung durch Eigenschwere durch den zweckmäßig als Rohrschlange ausgebildeten
Absorber des Apparates fließt und in dem Absorbergefäß des Apparates eine bestimmte
Flüssigkeitshöhe aufrechterhält, über der sich ein eine Mischung von Hilfsgas und
Kältemitteldampf enthaltender Gasraum befindet.
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Die Erfindung betrifft ferner einen Absorptionskälteapparat zur Durchführung
dieses Verfahrens.
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Es ist bekannt, daß bei Änderung der Kühllufttemperatur der Gesamtdruck
in einem luftgekühlten und mit Hilfsgas arbeitenden Absorptionskälteapparat oder
die Kältemittelkonzentration in der Absorptionslösung oder beides geändert werden
sollten, um eine bessere Leistung und niedrigsten Heizverbrauch des betreffenden
Kühlschrankes zu erreichen. Eine gewisse Regelung des Arbeitsdruckes ist bisher
mit Hilfe eines Druckausgleichgefäßes erreicht worden, gewöhnlich »Druckgefäß« genannt,
das zwischen dem Gasumlaufsystem und der Ablaufseite des Kondensatorsystems angeschlossen
und oberhalb des Kondensators des Apparates angeordnet ist.
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Ferner ist es bereits bekannt, für die Regelung der Kältemittelkonzentration
im Flüssigkeitsumlaufsystem ein sogenanntes »Konzentrationsgefäß« anzuwenden, das
zweckmäßig mit dem Absorbergefäß des Apparates kombiniert wird.
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Die Anordnung eines Druckgefäßes oberhalb des Kondensators hat jedoch
gewisse Nachteile, wie eine unerwünschte Vergrößerung der Apparathöhe und das Auftreten
von Schwierigkeiten bei der Ausbildung der Wege für die Kühlluft zum Kondensator
und zum Absorber des Apparates.
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Die Erfindung bezweckt u. a., diese Nachteile zu beheben, und sie
ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß bei gewissen Kühllufttemperaturen
der Flüssigkeit des Absorbergefäßes im wesentlichen reines Kältemittel zugeführt
wird, so daß eine Oberflächenschicht von Flüssigkeit mit wesentlich höherer Kältemittelkonzentration
aufrechterhalten wird als die Kältemittelkonzentration der im Absorber mit Kältemittel
angereicherten Lösung. Die über dieser Flüssigkeitsschicht befindliche Gasschicht
hat dann einen der Kältemittelkonzentration der Oberflächenschicht der Flüssigkeit
im wesentlichen entsprechenden Partialdruck des Kältemitteldampfes.
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Zur Durchführung dieses Verfahrens wird eine Apparatkonstruktion verwendet,
die durch eine zum Absorbergefäß führende Leitung für im wesentlichen reines Kältemittel
gekennzeichnet ist, die unter Berücksichtigung der Lage des Anschlusses der vom
Absorber kommenden Zufuhrleitung für die mit Kältemittel angereicherte Absorptionslösung,
an das Absorbergefäß derart angeschlossen ist, daß wenigstens unter gewissen Betriebsbedingungen
im Absorbergefäß eine Oberflächenschicht mit Flüssigkeit wesentlich höherer Kältemittelkonzentration
als der Kältemittelkonzentration der angereicherten Lösung aufrechterhalten wird.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt.
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Die Zeichnung zeigt einen Absorptionskälteapparat, der in an sich
bekannter Art mit Ammoniak als Kältemittel, Wasser als Absorptionsflüssigkeit und
Wasserstoff als Hilfsgas bis auf einen passenden Arbeitsdruck gefüllt ist, der von
den Temperaturverhältnissen abhängig ist, die in dem Gebiet herrschen, in dem der
Kühlschrank verwendet werden soll. Bei dem Apparat sind Vorkehrungen für eine Druckregelung
getroffen. Wenn dies nicht der Fall wäre, so würde es erforderlich sein, den Apparat
bis auf einen höheren Druck zu füllen. Abgesehen von den Einzelheiten, die zu der
Erfindung gehören, arbeitet der Kälteapparat in bekannter Weise. Seine Arbeitsweise
ist deshalb
nachstehend nur kurz beschrieben und allein die Erfindung
ist näher behandelt.
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Vom Absorbergefäß 10 des Apparates fließt an Kältemittel reiche Absorptionslösung
durch eine Leitung 11 und durch eine Innenleitung 12 des Flüssigkeits-Temperaturwechslers
13 des Apparates zu einem Standrohr 14 im Kochergefäß des Apparates, in dem
eine Säule von an Kältemittel reicher Lösung aufrechterhalten wird. Von dieser Flüssigkeitssäule
wird die Rohrleitung 15 der Flüssigkeitsumlaufpumpe des Apparates gespeist,
die beispielsweise durch Verschweißen mit einer Hülse 16 für eine nicht gezeigte
elektrische Heizpatrone oder mit einem Schornstein für einen Gas- oder Ölbrenner
wärmeleitend verbunden ist. Die von der Pumpe 15 geförderte Lösung ist arm an Kältemittel
und wird in ein Standrohr 17 eingeführt, das durch die Außenleitung des Flüssigkeits-Temperaturwechslers
13 und durch eine Leitung 18 mit dem oberen Teil des Absorbers 19 in Verbindung
steht. Das Standrohr 17 bildet in seinem oberen Teil einen Dampfabscheideraum 20,
von dem der Kältemitteldampf durch eine in das Standrohr 14 einmündende Leitung
21 in die dort befindliche Säule von an Kältemittel reicher Lösung hineingeleitet
wird, so daß die von der Pumpe 15 kommenden Kältemitteldämpfe rektifiziert
werden, bevor sie durch eine Dampfleitung 22 und einen Wasserabscheider 23
dem Kondensator 24, 25 des Apparates zugeführt werden. Der erste Teil 24
des Kondensators ist eine Fortsetzung des Dampfrohres 22 und rippenlos, während
der zweite Teil 25 des Kondensators eine mit Rippen 26 versehene Rohrschlange ist.
Das im Kondensator 25 gebildete flüssige Kältemittel wird in das Verdampfersystem
durch eine Leitung 27 hineingeleitet, die durch ein sogenanntes Fensterblech
28 an einem Punkt 29 hindurchgeht und zweckmäßig in Temperaturwechslung mit einer
vom Verdampfersystem kommenden Gasleitung, das hinter dem Fensterblech liegt und
daher in der Figur nicht sichtbar ist, geführt wird.
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Das Gasumlaufsystem des Apparates umfaßt das in der Figur nicht gezeigte
Verdampfersystem, einen Gas-Temperaturwechsler 30, eine Leitung 31, in der das vom
Verdampfersystem kommende, an Kältemittel reiche Gas zum unteren Teil des Absorbers
19 geleitet wird, sowie den Absorber 19 selbst.
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Die Leitung 31 hat u. a. den Zweck, vom Verdampfer an Kältemittel
reiches Gas zum Absorber zu leiten sowie auch einen im Verdampfer unter gewissen
Betriebsverhältnissen auftretenden Überschuß von flüssigem Kältemittel zum Absorbergefäß
10 abzuleiten. Die Leitung 31 ist bei bereits bekannten Apparaten an den
Gasraum 32 des Absorbergefäßes 10 in Beziehung auf die untere Mündung
33 des Absorbers 19 an einer solchen Stelle angeschlossen worden, daß der an Kältemittel
reiche Gasstrom mehr oder weniger über die ganze Flüssigkeitsoberfläche im Gasraum
32 streichen mußte, so daß infolgedessen eine gewisse Absorption stattfand. Das
Absorbergefäß diente also dabei als ein Teil des Absorbers.
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Der gezeigte Kälteapparat hat kein Druckgefäß, aber er hat eine Entlüftungsleitung
34 zwischen dem Gasumlaufsystem und dem Kondensatorsystem. Das obere Ende dieser
Entlüftungsleitung 34 ist an den Kondensator 25 durch einen Rohrkrümmer 35
und und das untere Ende 36 an den Gasraum 32 des Absorbergefäßes 10 angeschlossen.
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Charakteristisch für den Apparat nach der Erfindung sind die Lage
der Rohranschlüsse am Absorbergefäß 10 für den Gasumlauf und der Anschluß der Entlüftungsleitung
34 an dieses Gefäß.
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Das Absorbergefäß 10 gemäß der Erfindung arbeitet demnach- als ein
Konzentrationsgefäß.
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Der Apparat hat eine thermostatische Regelung der Heizquelle des Kälteapparates,
und diese Regelung muß derart ausgeführt werden, daß der Flüssigkeitsumlauf zeitweise
zum Aufhören gebracht wird. In der Zeichnung ist eine Leitung 37 dargestellt, die
durch ein Loch 38 durch das Fensterblech 28 zu einem passenden Platz im Aufbewahrungsraum
des Kühlschrankes geht, wo ein nicht gezeigter Fühlkörper angebracht ist. Die Impulse
vom Fühlkörper gehen durch die Leitung 37 zu einem Thermostat 39, der im gezeigten
Beispiel in den Leitungen 40 zwischen dem stromführenden Netz 41 und der nicht gezeigten
Heizpatrone in der Hülse 16 im Kocheraggregat eingeschaltet ist.
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Das als Konzentrationsgefäß ausgebildete Absorbergefäß 10 ist so ausgebildet,
daß, wenn der Kälteapparat dauernd bei sehr hoher Zimmertemperatur arbeitet, die
Flüssigkeit im Absorbergefäß 10 eine Oberflächenschicht mit sehr hoher Kältemittelkonzentration
erhält. Der Gasumlauf wird bei hoher Kühllufttemperatur auf Grund schlechter Absorption
im Absorber 19 verschlechtert und ergibt eine unvollständige Verdampfung
im Verdampfer. Dann fließt ein gewisser Überschuß von Kältemittelkondensat durch
den Gas-Temperaturwechsler 30 und die Leitung 31 in das Absorbergefäß
10 hinein und wird zum größten Teil auf der Flüssigkeitsoberfläche gesammelt,
und die Kältemittelkonzentration in der Flüssigkeitsmenge, die durch das Kochersystem
und den Absorber umläuft, wird herabgesetzt.
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Wenn die Temperatur der umgebenden Luft später wieder herabgeht, tritt
der Thermostat zur Regelung der Schranktemperatur in Tätigkeit und schaltet die
Heizquelle aus und ein, und der Apparat ist so ausgebildet, daß bei diesen Ein-
und Ausschaltungen die Kältemittelkonzentration in der Oberflächenschicht der Flüssigkeit
im Konzentrationsgefäß 10 wesentlich herabgesetzt wird, so daß statt dessen
die Konzentration im umlaufenden Teil der Lösung entsprechend erhöht wird.
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Wie aus der Beschreibung der Funktion des gezeigten Apparates hervorgeht,
beruht die Erfindung zu einem wesentlichen Teil auf der Aufrechterhaltung einer
Kältemittelkonzentration in der Oberflächenschicht des Absorbergefäßes 10, die wesentlich
höher ist als die Kältemittelkonzentration der an Kältemittel reichen Absorptionslösung,
die aus dem Absorber 19 austritt, nachdem sie aus dem durch den Absorber 19 strömenden
Gasgemisch Kältemitteldampf absorbiert hat.
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Diese hohe Kältemittelkonzentration in der Oberflächenschicht der
Flüssigkeit im Absorbergefäß 10 kann gemäß der Erfindung im wesentlichen auf zwei
verschiedenen Wegen erreicht werden.
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Erstens dadurch, daß durch geeignete Maßnahmen verhindert wird, daß
ein Überschuß von praktisch reinem Kältemittelkondensat, das unter gewissen Betriebsbedingungen
vom Verdampfersystem in das Absorbergefäß 10 hineinfließt, mit der ganzen Flüssigkeitsmasse
im Absorbergefäß vermischt wird. Das Kältemittelkondensat kann nämlich dann auf
der Oberfläche der Flüssigkeitsschicht im Absorbergefäß 10 gesammelt werden,
wenn der Strom der an Kältemittel reichen Absorptionslösung vom Absorber
10
zur Flüssigkeitsumlaufpumpe 15 durch das Absorbergefäß
10 ohne einen Flüssigkeitsaustausch hindurchgeht.
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Zweitens kann ein unter noch mehr erschwerten Betriebsbedingungen
im Kondensatorsystem 24, 25 auftretender überschuß von Kältemitteldampf in den Gasraum
32 des Absorbergefäßes 10 hineingeleitet werden, so daß über dessen Flüssigkeitsoberfläche
eine Wolke aus Kältemitteldampf mit hohem Partialdruck gebildet wird, die von der
Zufuhrstelle des Kältemitteldampfes aus sich allmählich unter Ausschieben des Hilfsgas
enthaltenden Gasgemisches aus dem Gasraum 32 des Absorbergefäßes 10 in das
übrige Gasumlaufsystem ausbreitet. Die Dampfwolke dringt somit allmählich durch
einen kleineren oder größeren Teil des Gasraumes 32 im Absorbergefäß
10 vor. Dabei wird, weil die Dampfwolke aus praktisch reinem Kältemitteldampf
besteht, die Oberflächenschicht der Flüssigkeit gesättigt. Unter der Voraussetzung,
daß die Oberflächenschicht im wesentlichen ihre hohe Kältemittelkonzentration beibehält,
führt das Ausschieben des Hilfsgas enthaltenden Gasgemisches aus dem Dampfraum 32
durch die Dampfwolke die unter den obengenannten Betriebsbedingungen erwünschte
Steigerung des Gesamtdruckes im Apparat mit sich. Es handelt sich nämlich um ein
Gasvolumen im Gasraum 32, das derart im Verhältnis zum Volumen des übrigen Gasumlaufsystems
steht, daß die großen Änderungen des Partialdruckes des Kältemitteldampfes im Gasraum
32 die erwünschte Erhöhung des Druckes im Gasumlauf im ganzen und damit auch des
Gesamtdruckes im Apparat mit sich bringen.
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Um Beispiele dieser Verhältnisse zu geben, ist nachstehend in Kürze
etwas über die Funktion des Apparates bei zwei verschiedenen Betriebsbedingungen
mit voneinander abweichenden Kühllufttemperaturen ausgeführt worden.
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Bei Zimmertemperaturen von 20° und von 35° C werden in der Oberflächenschicht
der Flüssigkeit im Absorbergefäß 10 Kältemittelkonzentrationen von etwa der Größe
40 und 70 % erhalten, wenn das Absorbergefäß 10 zur Durchführung von Konzentrationsänderungen
im Apparat geeignet ausgeführt worden ist. Aus dem Dampfdruckdiagramm der betreffenden
Ammoniaklösung und Kältemitteldampf geht hervor, daß der Partialdruck des Kältemitteldampfes
über der Flüssigkeit bei der niedrigen Temperatur (20° C) 1,5 kg/cm2 und bei höherer
Temperatur (35° C) etwa 8 kg/cm2 ist. Auch noch höhere Konzentrationen kommen vor,
und bei hohen Zimmertemperaturen kann sogar eine Verdoppelung des letztgenannten
Druckes eintreten.
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Falls unter diesen Umständen Kältemitteldampf in der Oberflächenschicht
der Flüssigkeit im Absorber 19 absorbiert wird, wird die Temperatur erhöht und zudem
noch eine erhebliche Drucksteigerung erreicht.
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Damit diese Verhältnisse ausgenutzt werden können, wird der Gasumlaufweg
im Konzentrationsgefäß 10 so angeordnet, daß die beiden Anschlüsse der Leitungen
31 und 19 nahe beieinander sind, so daß kein oder nur ein unbedeutend kurzer Gasdurchlauf
durch das Absorbergefäß 10 erfolgt. Der Anschluß der beiden Leitungen 31
und 19 kann beispielsweise an dem einen Ende des Gasraumes 32 des Absorbergefäßes
10
erfolgen. Die Leitung 31 kann an die Leitung 19, aber auch
außerhalb des Absorbergefäßes 10 angeschlossen werden. Es muß dabei nur darauf geachtet
werden, daß ein eventuell vom Verdampfersystem kommender überschuß von Kältemittelkondensat
in das Absorbergefäß 10 eingeführt wird. Die Druckausgleichsleitung 34 wird
zweckmäßig an das entgegengesetzte Ende des Gasraumes 32 des Absorbergefäßes 10
angeschlossen.
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Bei der Konstruktion eines Apparates nach der Erfindung braucht somit
nicht mit einer besonders großen Höhe wegen des Wegfalls eines über dem Kondensator
gelegenen Druckgefäßes gerechnet zu werden, das der Kühlluftführung zum Absorber
und zum Kondensator im Wege liegen würde. Ferner fallen die Material- und Arbeitskosten
eines besonderen Druckgefäßes weg. Der Apparat kann auf den niedrigsten Arbeitsdruck
gefüllt werden, der bei erhöhter Temperatur den dann richtigen höheren Druck ergibt.
Schließlich bringt die Verwendung der Erfindung einen niedrigen Heizverbrauch und
eine höhere Leistung des betreffenden Apparates mit sich, weil eine bessere Anpassung
des Apparates an die verschiedenen Kühllufttemperaturen möglich wird.