DE1962050A1

DE1962050A1 - Absorptions-Kaeltesystem und Arbeitsverfahren fuer ein derartiges System

Info

Publication number: DE1962050A1
Application number: DE19691962050
Authority: DE
Inventors: Leonard Jun Louis Howell
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 1968-12-18
Filing date: 1969-12-11
Publication date: 1970-06-25
Also published as: GB1277482A; DE1962050C3; FR2026438A1; DE1962050B2

Description

PATENTANWÄLTE 1 DH. ing. H. NEGENDANK · dipping. H. HAUCK · dipl.-phys. W. SCHMITZ

HAMBURG-MÜNCHEN ZPSTEI-I₁TTNGSANSCHRIFt; HAMBtTRG 86 · NEUER WAIL 41

TKL. 36 74 »8 TJND 36*115

TKLEQH. NEGEDAFATENT HAMBURG MÜNCHEN Ιο · MOZARTSTR. 23

TEL.S38058S

TBLEGR. NSGBBAPATENT MÜNCHEN

HAMBURG,

ί 0, Dsz, 1969

Carrier Corporation,

Carrier Parkway,

Syracuse, N.Y. 132ol (V.St.A.)

Absorptions-Kältesystera und Arbeitsverfahren für ein derartiges System.

Absorptions-Kältesysteme, in denen als Absorptionsmittel eine wässrige Lösung eines Lithiumhalogens wie z.B. von Lithiumbromid, und als Kältemittel Wasser verwendet wird, haben sich in der Praxis sehr gut bewährt. Lithiumbromid ist ein nichttoxisches, preiswertes Salz, das in einer konzentrierten wässrigen Lösung eine starke Affinität für Wasserdampf aufweist. Wasser ist ein nichttoxisches preiswertes Kältemittel mit einer hohen Verdampfungswärme und ist bei gemäßigter Temperatur und Druck in einem Generator oder Austreiber leicht von Lithiumbromidlösung zu trennen.

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Frühere Lithiumbromid-Wasser-Absorptions-Kältesysteme waren zum größten Teil auf Anwendungen beschränkt, in denen ein wassergekühlter Absorber verwendet wird. Bei diesen Systemen war Kühlwasser erforderlich, um die Absorbertemperatur so niedrig zu halten, daß sich eine ausreichend niedrige Verdampfertemperatur für Klimatisierungsanlagen ergab. Dabei waren jedoch besondere Vorrichtungen erforderlich, um zu ver-

W meiden, daß die Temperatur des Kühlwassers und des Absorbers zu niedrig werden, da dann die Gefahr besteht, daß die Absorptionsmittellösung erstarrt. Wenn die in dem Absorber befindliche Lösung erstarrt, wird das System zeitweilig außer Betrieb gesetzt, wobei zur Lösung der Erstarrung ein erheblicher Aufwand erforderlich sein kann. Auch dann, wenn die Temperatur des Absorbers nicht ausreichend weit abfällt, um das Auftreten einer Erstarrung innerhalb des Absorbers hervorzurufen, kann die von dem Absorber zu dem Generator zurückgeführte kalte Lösung zur Folge haben, daß die dem

Absorber zugeführte starice Lösung innerhalb des Lösungswärmeaustauschers erstarrt und durch Erwärmung von außen her oder auf andere Weise wieder flüssig gemacht werden muß. Wenn man außerdem die Absorbertemperatur zu niedrig werden läßt, kann das Kältemittel Wasser innerhalb des Verdampfers infolge des verringerten Dampfdrucks des Absorptionsmittels zum Gefrieren gebracht werden. Dabei kann sich festes Eis innerhalb des Verdampfers bilden und das Umwälzen von Kühlmittel zur Kühllast verhindern. Weiterhin kann die Verdampferpumpe durch Eis-

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bildung oder auch dadurch beschädigt werden, daß ihren Lagern zu wenig zur Schmierung dienendes Wasser zugeführt wird.

Zur Behebung dieser Schwierigkeiten ist es im allgemeinen erforderlich, die Mindesttemperatur des dem System durch den Kühlturm zugeführten Kühlwassers zu regeln. Zu diesem Zweck wird der Kühlturm mit einem Kühlturm-Nebenstromventil und einer Nebenstromregelung ausgestattet, so daß das Kühlwasser im Bedarfsfall im Nebenstrom an dem Kühlturm vorbeigeführt werden kann, um einen sehr starken Temperaturabfall des dem Absorber zugeführten Kühlwassers zu verhindern.

Da für eine derartige Anordnung kostspielige Ventile in Verbindung mit einer Regeleinrichtung erforderlich sind, ist es offensichtlich wünschenswert, die Notwendigkeit einer geregelten KUh!wassertemperatur nach Möglichkeit auszuschalten. Es ist weiterhin bekannt, daß sich durch die Ausschaltung der Beschränkung auf eine Mindestkühlwassertemperatur ein verbesserter Wirkungsgrad des Systems bei niedrigen Außentemperaturen erzielen läßt, da die Wärme von dem System dann bei niedrigeren Temperaturen abgegeben werden kann. Wie bekannt, wird sich ein großer Vorteil dadurch ergeben, wenn die luftgekühlten Absorber und Verdampfer eines Lithiumbromid-Wasser-Absorptions-Kältesystems im Freien aufgestellt werden könnten. Da jedoch die Möglichkeit eines plötzlichen Abfalls der Außentemperatur gegeben ist, werden die vorstehend beschriebenen

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Schwierigkeiten bei luftgekühlten Systemen noch wesentlich gesteigert.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher in erster Linie darin, ein Absorptions-Kältesystem eines Typs zu schaffen, in dem als Absorptionsmittel eine Salzlösung eines Lithiumhalogens und als Kältemittel Wasser verwendet werden kann und welches entweder mit luftgekühltem Absorber und Kondensator oder mit nicht geregelten Kühlwassertemperaturen betrieben werden kann.

Erfindungsgemäß wird ein Absorptions-Kältesystem mit einem Absorber, einem Verdampfer, einem Generator und einem Kondensator vergesehlagena die in einem Kältekreislauf miteinander verbunden sind. Eine sur Steuerung des Dampfdruckes dienende Rohrleitung ist vorgesehen und dient dazu, bei Abfall der Außentemperatur an dem Absorber das Kältemittel innerhalb des Verdampfers mit Absorptionsmittellösung zu verdünnen, den Dampfdruck herabzusetzen und die Verdampfungstemperatur des Kältemittels zu erhöhen. Wenn die Umgebungstemperatur an dem Absorber auf die konstruktiv veranschlagte Temperatur ansteigt, dient die Dampfdruck-Steuerleitung umgekehrt dazu, verdünntes Kältemittel von dem Verdampfer dem Generator zuzuführen, um das Kältemittel von dem Absorptionsmittel zu trennen, den Dampfdruck zu steigern und die Verdampfungstemperatur des in dem Verdampfer befindlichen Kältemittels zu senken. Wenn das System bei Außentemperaturen arbeitet, die unterhalb

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der konstruktiv veranschlagten Temperatur liegen, dient die Dampfdruck-Steuerleitung dazu, den Dampfdruck des Kältemittels innerhalb des Verdampfers in bezug auf den Dampfdruck innerhalb des Absorbers einzustellen, so daß unabhängig von der Temperatur des Absorbers und dem Dampfdruck eine verhältnismäßig konstante Verdampfungstemperatur erhalten wird.

Da erfindungsgemäß der Dampfdruck des Kältemittels eingestellt wird, ist es nicht notwendig, die Temperatur des Absorbers zu regeln, wodurch es möglich ist, das System mit luftgekühltem Absorber und Kondensator zu betreiben, ohne daß die Gefahr einer Erstarrung des Absorptionsmittels oder des Gefrierene von Kältemittel besteht. Das System kann in einer Zone niedriger Außentemperatur aufgestellt werden, ohne daß die Gefahr eines Gefrierene besteht, da die Gefrierpunkte sowohl des Kältemittels als auch des Absorptionsmittels erheblich herabgesetzt sind. Ein erfindungsgemäß ausgebildetes System kann bei Abfall der Außentemperatur an dem Absorber mit einem höheren Wirkungsgrad betrieben werden, da die Wärme von dem System bei einer niedrigeren Temperatur abgegeben wird. Bei niedrigerer Absorbertemperatur wird außerdem die Verdünnungswärme, welche einen thermodynamisehen Verlust darstellt, verringert. Das Kältemittelkondensat wird auf eine niedrigere Temperatur abgekühlt, wodurch der Wirkungsgrad des Kreislaufs weiter gesteigert wird, indem die überhitzung des in den Verdampfer eingeführten Kältemittels verringert wird.

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Fig. 1 ist ein teilweise im Querschnitt gehaltener schematischer Arbeitsplan eines Heiz- und Kühlsystems mit einer Vorrichtung für veränderlichen Dampfdruck nach der Erfindung und zeigt bestimmte Plüssxgkeitspegelstände während des Kühlbetriebes, und

. Fig. 2 zeigt die Lösungskonzentration, die Kältemittelkonzentration und die Betriebstemperaturen des dargestellten Systems anhand eines Enthalpie-Konzentrationsdiagramms für ein Lithiumbromid-Wasser-System.

Die Erfindung wird anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben, bei welchem ein zweistufiger adiabatischer Kältemittelverdampfer und ein zweistufiger, luftgekühlter Absorber zum Kältebetrieb verwendet werden. Die Erfindung läßt sich Ψ jedoch auch auf Systeme anwenden, die eine beliebige Anzahl von adiabatischen oder nicht adiabatischen Verdampferstufen aufweisen.

Das bevorzugte Kältemittel ist Wasser und das bevorzugte Absorptionsmittel ist eine wässrige Lösung von Lithiumbromid, obwohl auch andere Kombinationen von Absorptionsmittel und Kältemittel, insbesondere solche, die ein Lithiumhalogensalz enthalten, anstelle der hier verwendeten Kombination zur Anwendung kommen können. In der vorliegenden Beschreibung wird

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eine konzentrierte Lösung von Lithiumbromid, welche ein hohes Absorptionsvermögen aufweist, als "starke" Lösung, und eine verdünnte Lösung von Lithiumbromid, die ein geringes Absorptionsvermögen aufweist, als "schwache" Lösung bezeichnet.

In entsprechender Weise wird reines Wasser als "konzentriertes Kältemittel¹¹, und Lithiumbromid enthaltendes Kältemittel Wasser als "verdünntes Kältemittel" bezeichnet. Der Absorptionsmittellösung kann ein zur Verbesserung des Wärmeaustausches dienendes Zusatzmittel wie z.B. 2-Äthyl-n-Hexanol zugesetzt werden.

Das in der Zeichnung dargestellte System besteht aus einem Generator oder Austreiber Io, einem Kondensator oder Verflüssiger 11, einem Absorber 12 mit einer Niederdruckstufe 13 und einer Hochdruckstufe 14, einem adiabatischen Verdampfer 15 mit einer Stufe 16 niedriger Temperatur und einer Stufe 17 hoher Temperatur, einem zur Klimatisierung dienenden Wärmeaustauscher 18 und einem Lösungswärmeaustauscher 19. Der Wärmeaustauscher 18 bewirkt einen Wärmeaustausch von Eigenwärme zwischen dem kalten flüssigen Kältemittel und der zur Klimatisierung dienenden Luft, wenn· das System auf Kälteerzeugung eingestellt ist. Bei diesem Betrieb dient der Wärmeaustauscher 18 als Wärmekbsorbierender Austauscher. Der Austauscher 18 stellt ein Ausführungsbeispiel für einen bevorzugten Austauscher mit Fernbedienung dar, der sich für das hier dargestellte adiabatische Verdampfersystem eignet.

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Wenn ein nichtadiabatische'r herkömmlicher Verdampfer .verwen det wird, kann der Wärmeaustauscher 18 innerhalb des Verdampfers angeordnet seih.

Der Generator oder Austreiber Io weist ein Gehäuse 22 mit mehreren durch dieses hindurchgehenden Flammrohren 23 auf. Eine geeignete Wärmequelle wie z.B. ein Brenner 24 gibt heiße Gase durch die Flammrohre 23 ab. Oberhalb der Flammrohre befindet sich ein Rauchgassammler 25, der mit einem Rauchgasabzug verbunden ist. Andererseits kann auch ein anderer Generatortyp verwendet werden wie z.B. ein Generator, der Dampf oder heißes Wasser als Heizmedium verwendet.

Schwache Absorptionsmittellösung wird dem Generator Io zugeführt und in diesem gekocht, um während des Kühlbetriebes die Lösung zu konzentrieren. Die dabei erhaltene starke Absorptions· ) mittellösung gelangt dann durch die Rohrleitung 28 für starke Lösung und die Gehäuseseite des Wärmeaustauschers 19 zu der Pumpe 29 für starke Lösung. Die starke Lösung wird durch die Rohrleitung für starke Lösung 3o zu einem Niederdruck-Dampfsammelrohr 33 gepumpt, das sich an dem oberen Ende der Niederdruckstufe 13 des Absorbers befindet.

Die Niederdruck-Äbsorberstufe 13 besteht aus mehreren senkrecht angeordneten und mit Kühlp-ippen versehenen Absorber= V/ärmeaustauschrohren JA, diß an ihren, oberer) Ευχ-^π ffupcl; ein

Niederdruck-Dampfsammelrohr 33_s und an ihren unteren Enden durch ein Niederdruck-Plüssigkeitssammelrohr 35 verbunden sind. Die aus den oberen offenen Enden der Absorberrohre 34 austretende starke Lösung fließt entlang der Innenfläche der Absorberrohre nach unten und absorbiert dabei den darin befindlichen Kältemitteldampf. Die Absorptionswärme wird an die Umgebungsluft abgegeben, welche vermittels des Lüfterflügels 36 die äußeren Oberflächen der Absorberrohre 34 bestreicht. Durch die Absorption des in den Rohren 34 enthaltenen Kältemitteldampfes ist die Absorptionsmittellösung etwas verdünnt, so daß die im Plüssigkeitssammelrohr 35 aufgefangene Lösung eine mittlere Konzentration aufweist. Die Lösung mittlerer Konzentration gelangt durch ein Hosen- oder Siphonrohr 37 niit einem nach oben gewölbten Abschnitt 38 in das Hochdruck-Dampfsammelrohr 42 der Hochdruck-Absorberstufe

Die Hochdruck-Absorberstufe 14 weist mehrere mit Kühlrippen versehene senkrechte Absorber-Wärmeaustauschrohre 43 auf ₃ die an ihren oberen Enden durch ein Hochdruck-Dampfsaimaelrohr 42, und an ihren unteren Enden durch ein Hochdruek-Flüssig- keitssammelrohr-44 miteinander verbunden sind. Di® Äbsorpfions- :;;itfcellösung mittlerer Konzentration tritt aus ä^!sn oberen offenen Enden der Absorbei'rohre 43 aus und fließt ssrfelsag der-Innenflächen der Absorber-rohre nach unten, wobei sie clcsn darin befindlichen KältvifiitteMampf aÄsorbis^to SIs b©i ώ-ίκ

ratur-Absorberstufe 14 an die Umgebungsluft abgegeben, welche vermittels eines Lüfterflügels 45 die Außenflächen der Absorberrohre 43 bestreicht.

Die durch die Absorberrohre 43 nach unten fließende Absorptions mittellösung wird durch die Absorption des darin befindlichen Kältemitteldampfes weiter verdünnt, so daß die im Hochdruck-Plüssigkeitssammelrohr 44 gesammelte Absorptionsrättellösung ein geringes Absorptionsvermögen aufweist. Die schwache Lösung fließt von dem Hochdruck-Flüssigkeitssammelrohr 44 durch ein Hosen- oder Siphonrohr 46 mit einem nach unten gewölbten Ab schnitt 47 und durch die Rohrleitung 51 für schwache Lösung in einen Behälter 52 für schwache Lösung. Die schwache Lösung gelangt von dem Behälter 52 für schwache Lösung durch die Rohrleitung 53 zur Pumpe 54 für sehwache Lösung. Von dieser wii'd sie dureh die Rohrleitung 55 und die Innenrohre des Löstaigs-liSr-Meanstaiischers 19 durch eine nach oben gewölbt© Rohrsshleife 56 und eins Rohrleitung 57 in den Generator Io gepiispug im iß clieseis erneut konzentriert au werasn_a

In ü'Mi Seaspsfeor io wiM dtiPöfo Kochen der iDSorp'iionsEiittei= losing Eält©sifct@Iüaiflpf ©ffseügfe* Der KältesitteMaispf gelaisg^ ί το:: ion G2ii3P2,tO3= io diirsh dis Kalteaiitteiaas^pflaitisig 6ö Sii cisE Eoudsiisatcffi' ©a@p Tspflüssigsr il, Ia ier Z'jlü^!~T.rLijiisiciaD'piieityjig 6o 6©:?1:ί<23ϊί sisi* sine nach oos2i geiiöllj'"'^ HoiaE?= .ssLlwifs ¹Oi si€ sißt Π£3Ϊ2 leiten gewälbte SsLilsif^ eSvSi= Psilo

62, in denen sich während des Kühlbetriebes keine Flüssigkeit befindet. Vermittels einer Entlüftungsleitung 63 wird der obere Abschnitt der Schleife 56 zu dem Druck des Kondensators in der Rohrleitung 6o entlüftet.

Der Kälteaittelkondensator 11 weist mehrere senkrechte, mit Kühlrippen versehene Rohre 66 auf, die an ihren oberen Enden durch ein KältemitteldampfsammeIrohr 65, und an ihren unteren Enden durch ein Kältemittelkondensat-Sammelrohr 67 miteinander verbunden sind. Der Kondensator 11 ist vorzugsweise so angeordnet, daß ihm die über die Rohre des Absorbers 12 strömende Luft zugeführt wird, so daß sich die Lüfterflügel des Absorbers gleichzeitig auch dazu verwenden lassen, Kühlluft auf den Kondensator zu richten. Das im Kondensator gebildete Kältemittelkondensat gelangt von dem Sammelrohr 67 durch eine Kondensatleitung 68 mit einer nach unten gewölbten Schleife oder Falle 69 zur Hochtemperaturstufe 17 des adiabatischen KältemitteIverdampfers 15.

Die Hochtemperatur-Verdampferstufe 17 besteht vorzugsweise aus einem Gehäuse T^ mit einem geeigneten Packungsmaterial, durch welches die Hasse und die zum Wärmeübergang dienende Oberfläche vergrößert werden. Von der Kochtemperatur-Ver- dampferslufe 17 zu dem Dampfsarcmelrohr ^JS2 der Hochdruck-Absorber stufe Ib ist eine Dampfleitung 7t geführte Eine kleine· Menge des durcn ύ~ t ^erclnffipferst-uft 17 strömenden Kältemi ti.^r 1ε

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wird verdampft, wodurch e,ine sofortige Abkühlung (Flash-Kühlung) des übrigen Kältemittels erfolgt. Das abgekühlte Kältemittel gelangt von der Hochtemperatur-Verdampferstufe 17 zur Niedertemperatur-Verdampferstufe 16 durch eine Kältemittelleitung 78₃ welche eine nach unten gewölbte Falle 79 aufweist.

Die Niedertemperatur-Verdampferstufe 16 weist vorzugsweise ein Gehäuse 80 mit einem geeigneten Packungsmaterial 8l auf, und eine Kältemitteldampfleitung 82 steht mit dem Dampfg&mmelrohr 33 des Niedsrdruckabsorberß 13 in Verbindung. Wie bei der vorhergehenden Stufe wird in der Niedertemperatur-Verdampferstufe 16 ein® klein© Kältemittelmenge verdampft, wodurch das übrige, durch diese Stufe hindurchgehende Kältemittel plötzlich abgekühlt wird. Insgesamt braucht nur etwa 1 % des gesamten, durch den adiabatischen Verdampfer 15 strömenden iäLtemittels verdampft zu werden, um eine ausreichende Flash-Kühlung der übrigen 99 % zu bewirken. Bevorzugterweise wird ein adiabatischer Verdampfer verwendet, in welchem eine Flash-Kühlung des Kältemittels erfolgt und keine Wärme von außen zugeführt wird; gewünschtenfalls kann jedoch auch ein herkömmlicher ein- oder mehrstufiger Verdampfer mit einem zur Wärmeabsorption dienenden Wärmeaustauscher verwendet werden.

Das kalte Kältemittel gelangt dann von der Niedertemperatur-Verdampferstufe 16 durch die Kältemittelleitung 84 in den

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Kältemittelbehälter 85. Vom Kältemittelbehälter 85 gelangt das kalte Kältemittel durch die Kältemittelleitung 86 zur Pumpe 87 und wird von dieser durch die Rohrleitung 88 in das Einlaßsammeirohr 9o des Wärme absorbierenden Wärmeaustauschers 18 gepumpt. Der Wärmeaustauscher 18 weist eine aus Gebläse und Spiralrohrleitung bestehende Klimatisierungseinheit (air conditioning fan-coil unit) mit einem Einlaßsammeirohr 9o, einem AuslaßsammeIrohr 91 und einem Lüfterflügel 92 auf, der dazu dient, die zu klimatisierende Luft durch die in dem Kanal 93 befindliche Klimatisierungseinheit zu drücken. Der Wärmeaustauscher 18 bringt kaltes flüssiges Kältemittel in einen Wärmeaustausch mit der den Wärmeaustauscher bestreichenden Luft, wodurch die Luft abgekühlt wird, welche bei Kühlbetrieb eine Kühllast darstellt. Nach der Absorption von Wärme von der zu kühlenden Luft gelangt das erwärmte flüssige Kältemittel durch die Kältemittelleitung 95 mit einer nach oben gewölbten Schleife 96 und durch verengte Sprühdüsen 98 zur Hochtemperatur-Verdampferstufe 17.des adiabatischen Verdampfers 15 zurück, um in diesem erneut gekühlt zu werden. Es ist eine Entlüftungsleitung 97 vorgesehen, durch welche eine kleine Menge des zurückkehrenden flüssigen Kältemittels in das Kondensatsamme lrohr 67 gelangen kann.

Entsprechend der Darstellung befindet sich zwischen den Behältern 85 und 52 eine zur erneuten Konzentration des Kältemittels und zur Steuerung des Dampfdruckes dienende Rohrlei-

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tung loo. Vermittels dieser Rohrleitung werden Konzentration und Dampfdruck des Kältemittels und er Absorptionsmittellösung in dem System unter den verschiedenen Betriebsbedingungen gesteuert, wie im nachfolgenden ausgeführt ist.

Eine Heizleitung Io5 steht mit der Rohrleitung 95 an einer unterhalb des oberen Endes der nach oben gewölbten Schleife 96 befindlichen Stelle in Verbindung. In der Rohrleitung Io5, welche an ihrem anderen Ende durch die Rohrleitung 57 mit dem Generator Io in Verbindung steht, befindet sich ein zur Steuerung der Betriebsart dienendes Ventil Io7. Eine weitere Heizleitung Ho, in der sich ebenfalls ein zur Steuerung der Betriebsart dienendes Ventil 111 befindet, verbindet die Lösungsrohrleitung 3o mit dem Behälter 52 für das Absorptionsmittel. Eine dritte Heizleitung 115 ist an ihrem oberen Ende zwischen der nach oben gewölbten Rohrschleife 61 und der nach unten gewölbten Schleife 62 der Rohrleitung 6o verbunden und

' weist eine nach unten gewölbte Schleife 116, sowie eine nach oben gewölbte Schleife 117 auf. Der untere Schenkel 118 der nach oben gewölbten Schleife 117 ist mit dem Kältemittelbehälter 85 verbunden und hat einen größeren Durchmesser als die Schenkel der Schleife Ho, um eine Siphonwirkung der Schleife Ho zu verhindern.

Zunächst soll die grundlegende Arbeitsweise des Systems bei Kühlbetrieb beschrieben werden. Wenn sich das System im Kühl-

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betrieb befindet, Bind die Betriebsartenventile Io7 und 111 geschlossen und die Fegelstände der Flüssigkeit entsprechen angenähert den in der Zeichnung dargestellten. Die Schleife 116 ist mit ausreichend viel Flüssigkeit, gefüllt, um den Druckunterschied zwischen dem Generator Io und dem Kältemittelbehälter 85 auszugleichen und einen Dampfausgleich zwischen diesen zu verhindern. Während des Betriebes gelangt von dem Generator Io abgegebene, starke Absorptionsmittellösung nacheinander durch die Rohre 3% und 43 der Absorberstufen 13 und 11} und absorbiert den· in den adiabatischen Verdampferstufen 16 bzw, 17 erzeugten Kältemitteldampf. Die schwache Absorptionsmittellösung wird von öera Absorber 15 über den Behälter 52 für schwache Lösung durch die Pumpe 5*1 für schwache Lösung wieder dem Generator Io zur erneuten Konzentration zugeführt. In den Absorberstufen 13 und IH wird ein niedriger Dampfdruck aufrechterhalten, indem die Absorptionswärme an die über die Außenseite der Absorberrohre streichende Luft abgegeben wird. Das vom Kondensator 11 kommende Kältemittelkondensat und das vom Wärmeaustauscher 18 kommende warme flüssige Kältemittel werden zunächst durch eine Hochtemperatur-Verdampferstufe 17 und dann durch die Niedertemperatur-Verdampferstufe 16 geleitet, um das Kältemittel durch Flash-Kühlung adiabatisch abzukühlen. Das kalte Kältemittel wird durch die Pumpe 87 durch den Wärmeaustauscher 18 umgewälzt und kühlt die durch den Kanal 93 strömende Luft. Wenn die Temperatur außerhalb des Absorbers der für die Konstruktion des Systems veranschlagten

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Temperatur entspricht oder höher ist, besteht das durch den Verdampfer 15 und den Wärmeaustauscher 18 umgewälzte Kältemittel vorzugsweise im wesentlichen aus reinem Wasser, und die Konzentration der starken Absorptionsmittellösung besteht vorzugsweise aus etwa 64,5 Gew. % Lithiumbromid.

Als nächstes soll der Heizbetrieb beschrieben werden. Um das

* System von Kühlbetrieb auf Heizbetrieb umzuschalten, werden die Steuerventile Io7 und 111 geöffnet« Die Pumpen 5** und 29, sowie die Lüfterflügel 36 und k5 werden außer Tätigkeit gesetzt. Wenn das Ventil Io7 geöffnet wird, kann die von dem Wärmeaustauscher 18 kommende und durch die Rohrleitung'95 strömende Flüssigkeit in die Rohrleitung Io5 gelangen, da sich die Rohrleitung Io5 und die mit dieser in Verbindung stehende Rohrleitung 57 unterhalb des oberen Endes der Schleife 96 befinden, welche höher liegt als das obere Ende der Schleife 6l. Daher werden der Generator Io und die Schleifen

* 6l und 62 durch die Pumpe 87 mit einem Gemisch von Kältemittel und Absorptionsmittellösung gefüllt. Der Pegelstand der in der Rohrleitung 60 befindlichen Flüssigkeit liegt unterhalb der Verbindungsstelle mit der Entlüftungsleitung 63 und unterhalb des oberen Endes der Schleife 96.

Wenn sich das System im Heizbetrieb befindet, werden vorzugsweise alles Kältemittel und alle in dem System befindliche Absorptionsmittellösung miteinander vermischt, um eine schwache

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Heizlösung zu bilden. Der bevorzugte Konzentrationsbereich liegt zwischen etwa 5o % und etwa 3o % Lithiumbromid, so daß sich eine Erstarrungstemperatur unterhalb etwa -4o ⁰C (-4o ⁰P) ergibt, die wesentlich niedriger ist als die von reinem Kältemittel (O ⁰C; 32 ⁰F) oder starker, 64,5 2-iger Lösung (43,2 ⁰C; Ho ⁰P), wodurch eine Beschädigung des Systems durch Prost bei allen normalerweise auftretenden Außentemperaturen unmöglich gemacht wird. Wenn Prostschutz nur bis etwa -17,7 ⁰C (0 ⁰P) erforderlich ist, kann die Konzentration der Lösung zwischen etwa 2o % bis zu etwa 55 % Lithiumbromid betragen. Ein weiterer Prostschutz ergibt sich dadurch, daß sich die bevorzugten Mischungen bei ihrer Erstarrung zusammenziehen, so daß eine Beschädigung des Systems unwahrscheinlich, wird.

Die Lösung wird vorzugsweise in dem Generator Io auf etwa 51,8 ⁰C (125 ⁰P) erhitzt, welche Temperatur ausreicht, um eine Winterheizung vermittels des Wärmeaustauschers 18 zu ermöglichen, dessen Größe für die Kühlkapazität des Systems ausgelegt ist. Die bevorzugte Temperatur liegt jedoch unterhalb derjenigen Temperatur, bei welcher die in dem Generator befindliche Lösung infolge des durch die Schleife 61 auf den Generator einwirkenden Flüssigkeitsdruckes zu kochen beginnt. Die in der Schleife 61 befindliche Lösung ist verhältnismäßig kühler als die innerhalb des Generators befindliche Lösung, da ein Wärmeaustausch mit der die Schleife umgebenden Atmosphäre auftritt, welcher ein Kochen oder Ver-

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dampfen der darin befindlichen Lösung hemmt.

Der größte Teil der erwärmten Lösung (9o St) gelangt durch die Schleife 61 nach oben in die Heizleitung 115. Der Pegelstand der erwärmten Lösung liegt oberhalb des Pegelstandes der nach oben gewölbten Schleife 117, so daß die Flüssigkeit infolge der Schwerkraft durch die Leitung 115 und den unteren Schenkel 118 in den Kältemittelbehälter 85 einströmt. Von dem Kältemittelbehälter 85 gelangt die erwärmte Lösung in die Rohrleitung 86 und wird durch die Pumpe 87 über die Rohrleitung 88 durch den Wärmeaustauscher 18 gepumpt. Der Wärmeaustauscher 18 gibt bei Heizbetrieb Wärme ab und erwärmt dabei die durch den Kanal 93 strömende Luft, während die Lösung abgekühlt wird. Die abgekühlte Lösung gelangt von dem Wärmeaustauscher 18 durch die Rohrleitungen 95, Io5 und 57 zurück zum Generator Io, um in diesem erneut erwärmt zujwer-

. den. Ein kleinerer Teil (Io %) der in dem Generator Io erwärmten Lösung gelangt durch die Rohrleitung 28 nach unten und strömt durch die Gehäuseseite des Wärmeaustauschers 19, durch die außer Betrieb befindliche Pumpe 29, die Rohrleitungen 3o und Ho, den Absorptionsmittelbehälter 52 und durch die Steuerleitung loo in den Kältemittelbehälter 85, von wel- > chem sie in der vorstehend beschriebenen Weise zu dem Wärmeaustauscher 18 gelangt.

Es läßt sich ersehen, daß bei Heisbetrieb die meisten Stellen

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dee Systems, an denen sich eine größere Menge von Kältemittel ansammelt, durch Heizlösung ausgespült oder entleert werden, so daß die Wahrscheinlichkeit, daß das System bei niedrigen Außentemperaturen durch Frosteinwirkung'beschädigt wird, auf ein Minimum herabgesetzt ist. Gleichzeitig wird jedoch der Durchfluß von Lösung durch den Kondensator, den Verdampfer und den Absorber ausgeschaltet ₉ um Wärmeverluste in diesen Teilen des Systems zu vermeiden.

Als nächstes wird der übergang von Heizbetrieb auf Kühlbetrieb erläutert. Wenn der Heizbetrieb beendet werden und auf Kühlbetrieb übergegangen werden soll, werden die zur Steuerung der Betriebsart dienenden Ventile Io7 und 111 geschlossen. Die Pumpen 5¹* und 29, sowie die Lüfterflügel 36 und 45 werden wiederum in Tätigkeit gesetzt. Durch das Schließen des Ventils Io7 kann keine Lösung mehr von dem Wärmeaustauscher 18 unmittelbar zu dem Generator Io gelangen, Stattdessen wird die Lösung von dem Wärmeaustauscher 18 durch die nach oben gewölbte Schleife 96 und die Rohrleitung 95 gepumpt und gelangt nacheinander durch den Hochtemperatur-Verdampfer 17 und den Niedertemperatur-Verdampfer 16 des adiabatischen Verdampfers 15* Die im Generator Io befindliche Lösung wird auf Siedetemperatur erwärmt und dadurch konzentriert. Der Pegelstand der in dem Generator befindlichen Flüssigkeit fällt so weit ab, daß die Dampfleitung 6o frei von Flüssigkeit ist und die Schleife 116 abgedichtet wird, jedoch keine

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Lösung mehr durchläßt. '

Der in dem Generator Io erzeugte Dampf wird in dem Kondensator 11 verflüssigt und gelangt durch die Kondensatleitung in den Hochtemperatur-Verdampferabschnitt 17 und von diesem in den Niedertemperatur-Verdampferabschnitt 16. Das Kondensat gelangt weiter durch die Rohrleitung 84 in den Kältemittelbe- ^ hälter 85_s von welchem es durch die Pumpe 87 durch den Wärmeaustauscher 18 gepumpt wird.

Wenn die Außentemperatur an dem Absorber höher ist als die konstruktionsmäßig veranschlagte Temperatur, erhöht sich die Konzentration des Kältemittels in der durch den Wärmeaustauscher 18 gepumpten Flüssigkeit aufgrund der Zufuhr von reinem Kältemittelkondensat von dem Kondensator 11.

. Die in dem Generator Io gebildete starke Absorptionsmittellösung gelangt durch die Rohrleitung 28, den Wärmeaustauscher 19 und die Rohrleitungen 28 und 3o zu dem Absorber 12. Von diesem gelangt die Absorptionsmittellösung nacheinander durch die Niederdruck-Absorberstufe 13 und die Hochdruck-Absorberstufe 14 in den Behälter 52 für schwache Lösung, und wird dann durch die Pumpe 54 zu dem Generator Io zurückgepumpt, in welchem sie wiederum konzentriert wird. Wenn die Außentemperatur an dem Absorber oberhalb der konstruktionsmäßig veranschlagten Temperatur liegt, nimmt die Absorptionemittel-

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konzentration der durch das System umgewälzten Absorptionsmittellösung zu, da die Absorptionsmittellösung durch Kochen in dem Generator konzentriert wird.

Das Volumen der dem Behälter 52 zugeführten starken Absorptionsmittellösung nimmt ab, wenn das Kältemittel in dem Generator aus ihr ausgekocht wird, so daß der Pegelstand der in dem Behälter 52 befindlichen Lösung abfällt. Dagegen nimmt die Menge des durch den Verdampfer 15 hindurchgehenden Kältemittels infolge des dem Kältemittelkreislauf von dem Kondensator 11 zugeführten Kältemittels zu, und der Pegelstand des Kältemittels in dem Behälter 85 steigt an. Wenn der Pegelstand des in dem Behälter 85 befindlichen Kältemittels höher ist "als der Pegelstand der in dem Behälter 52 befindlichen Absorptionsmittellösung, fließt etwas Kältemittel, das durch den Heizbetrieb mit Absorptionsmittellösung verunreinigt ist, durch die zur erneuten Konzentration des Kältemittels und zur Steuerung des Dampfdrucks dienende Steuerleitung loo in den Absorptionsmittelbehälter 52 ein und gleicht die Pegelstände der Flüssigkeiten in den beiden Behältern aus. Die Höhen der Behälter 85 und 52 in senkrechter Richtung sind vorzugsweise so gewählt, daß sich die Pegelstände der Flüssigkeit in den beiden Behältern jeweils auf der Höhe der Leitung loo befinden, wenn der Behälter 85 praktisch reines Kältemittel und der Behälter 52 starke Lösung enthält, die auf die veranschlagte maximale Betriebskonzentration konzentriert worden ist.

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Wenn die Außentemperatur an dem Verdampfer die konstruktiv veranschlagte Temperatur überschreitet, wird mit Absorptionsmittel verunreinigtes Kältemittel von dem Behälter 85 in den Behälter 52 entlüftet, bis das Kältemittel im wesentlichen konzentriert worden ist und die Absorptionsmittellösung auf die gewünschte Betriebskonzentration für volle Belastung gebracht worden ist.

Wenn die beiden Konzentrationen durch Trennung von Absorptionsmittel und Kältemittel gesteigert werden, kann das System eine erhöhte Kühlleistung liefern. Die volle Kühlleistung ist bei hoher Außentemperatur an dem Absorber dann erreicht, wenn das Kältemittel und die Absorptionsmittellösung voll konzentriert sind. Wenngleich in der Zwischenzeit nur eine teilweise Kühlkapazität erreicht wird, besteht in der Praxis kein Bedarf für volle Leistung unmittelbar nach dem Umschalten des Systems auf Heizbetrieb. Polglich ist das System in der Lage, die normalen Anforderungen für Heizung und Kühlung zu erfüllen und während des ganzen Jahres ausreichende Klimatisierung zu liefern.

Als letztes soll der Kühlbetrieb des Systems bei niedrigen Außentemperaturen beschrieben werden. Es ist gezeigt worden, daß das System bei Umschaltung von Heizbetrieb auf Kühlbetrieb bei Außentemperaturen des Absorbers, die oberhalb der konstruktiv veranschlagten Temperaturen liegen, die Absorptionsmittel-

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f r t t

lösung vollständig von dem Kältemittel trennt. Das Kältesystem muß jedoch in vielen Fällen bei Außentemperaturen arbeiten, die unterhalb der vorbestimmten Außentemperatur für den Absorber liegen, welche etwa 35 °C (95 ⁰F).betragen kann. Das trifft insbesondere auf Frühling und Herbst zu, bei denen die größte Wahrscheinlichkeit dafür besteht, daß das System von Heizung auf Kühlung und wieder auf Heizung umgeschaltet werden muß.

Wenn die Außentemperatur der den 'Absorber 12 bestreichenden Luft niedriger ist als die konstruktiv veranschlagte Temperatur, hört der KonzentrationsVorgang der Absorptionsmittellösung und des Kältemittels bei einer mittleren Konzentration auf, bei welcher ein Gleichgewicht zwischen der Leistung des Absorbers und dem Kühlbedarf erreicht ist. Von diesem Punkt an stellen sich die Konzentration des Absorptionsmittels und des Kältemittels so ein, daß eine veränderliche Dampfdruckwirkung auftritt, welche die Kühllast gerade gegen die Absorberleistung ausgleicht.

Zur Erläuterung der Art und Weise, in welcher sich der veränderliehe Dampfdruck und die Auswirkung der veränderlichen Lösungskonzentration verhalten, soll angenommen werden, daß das Kältesystem bei einer Außentemperatur arbeitet, die nur etwas oberhalb der konstruktiv veranschlagten Temperatur liegt, bei welcher die Kältemittel- und die Absorptionsmittellösung voll

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konzentriert sind. Wenn die Außentemperatur an dem Absorber abfällt, fällt ebenfalls die Temperatur der durch die Absor-r berrohre 34 und 43 hindurchgehenden Absorptionsmittellösung ab. Infolge der verringerten Temperatur der Absorptionsmittellösung ergibt sich ein verringerter Absorptionsmitteldampfdruck, so daß das Absorptionsvermögen des Absorbers für Wasserdampf zunimmt. Polglich nimmt die in den Verdampfern16 und

^ verdampfte Wassermenge zu, um dem erhöhten Absorptionsvermögen zu genügen. Infolge der größeren Menge von Wasserdampf, die in dem Absorber absorbiert wird, wird die Endkonzentration der den Absorber 12 durch die Rohrleitung 51 verlassenden schwachen Absorptionsmittellösung verringert. Dadurch wiederum nimmt das Volumen der aus der Leitung 51 in den Absorptionsbehälter 52 abgegebenen Lösung infolge des in der Lösung zusätzlich absorbierten Kältemittels zu. Aufgrund des größeren Volumens von schwacher Lösung steigt der Pegelstand

k der Absorptionsmittellösung in dem Behälter 52 an. Infolge der größeren Menge von verdampftem Kältemittel nimmt gleichzeitig das Volumen des in den Kältemittelbehälter 85 abgegebenen Kältemittels ab. Dadurch sinkt der Pegelstand des Kältemittels im Kältemittelbehälter 85. Da der Pegelstand der in dem Behälter 52 befindlichen schwachen Lösung über den Pegelstand des in dem Behälter 85 befindlichen Kältemittels ansteigt, kann Absorptionsmittellösung aus dem Behälter 52 durch die Dampfdruck-Steuerleitung loo in den Kältemittelbehälter 85 einströmen und die Pegelstände der Flüssigkeit

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in den Behältern 52 und 85 ausgleichen.

Die Abgabe von Absorptionsmittellösung aus dem Absorptionsmittelbehälter 52 an den Kältemittelbehälter 85 wird so lange fortgesetzt, bis der Pegelstand der Flüssigkeiten in den beiden Behältern unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit, mit welcher diesen Behältern Flüssigkeit zugeführt wird, gleich hoch ist. Durch den Ausfluß von Absorptionsmittellösung in den Kältemittelbehälter wird das durch den Wärmeaustauscher 18 zu dem Verdampfer 15 umgewälzte Kältemittel mit Absorptionsmittelsälz verunreinigt oder verdünnt. Der Dampfdruck des Kältemittels wird infolge der Verdünnung mit Absorptionsmittellösung verringert, wobei gleichzeitig die Verdampfungstemperatur des Kältemittels in den adiabatischen Verdampferstufen erhöht wird. Das Kältemittel und die Absorptionsmittellösung werden so lange verdünnt, bis die Verdampfungstemperatur in den Verdampferstufen 16 und 17 wieder auf die veranschlagte Verdampfertemperatur angestiegen ist, bei welcher die Kühllast gerade der Absorberleistung entspricht. Die Entlüftungsleitung 97 verhindert, daß das in der Leitung 68 befindliche Kältemittelkondensat durch Flash-Kühlung gefriert, indem das Kältemittel durch Absorptionsmittel verdünnt wird, welches durch die Leitung 95 mit Kältemittel verunreinigt ist.

Wenn die Umgebungstemperatur des Absorbers ansteigt, nehmen die Konzentrationen von Kältemittel und Absorptionsmittel zu,

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- do -

um sich bei der neuen Außentemperatur des Absorbers auszugleichen. Durch die erhöhte Absorbertemperatur wird die Absorptionsfähigkeit des Absorbers 12 für Kältemitteldampf verringert. Somit wird das Volumen der in den Lösungsbehälter 52 einströmenden Lösung verringert, da die schwache Lösung weniger Kältemitteldampf absorbiert hat. Gleichzeitig nimmt die Menge des in den Kältemittelbehälter 85 abgegebenen Kältemittels zu, da in dem Verdampfer 15 weniger Kältemittel verdampft worden ist. Polglich fällt der Pegelstand der in dem Behälter 52 befindlichen Lösung unterhalb des Fegelstandes des Kältemittels in dem Behälter 85 ab, und ein Teil des verunreinigten Kältemittels wird durch die Dampfdruck-Steuerleitung in den Absorptionskreislauf entlüftet. Die mit Kältemittel angereicherte und durch die Leitung loo entlüftete Lösung gelangt durch die Rohrleitungen 55 und 57 zu dem Generator Io, und das Kältemittel wird ausgekocht und in dem Kondensator 11 für Kältemittel verflüssigt. Von dem Kondensator 11 kommendes reines Kältemittelkondensat wird in dem Sammelrohr 67 gesammelt und gelangt durch die Kondensatleitung 68 zurück zu dem Verdampfer 15. Die konzentrierte Absorptionsmittellösung wird wiederum dem Absorptionskreislauf zugeführt. Wenn verunreinigtes Kältemittel aus dem Behälter ' 85 in den Absorptionsmittelbehälter 52 entlüftet wird, konzentriert das System sowohl das Absorptionsmittel als auch das Kältemittel, bis sich Kühllast und Absorberleistung gegenseitig ausgleichen oder bis das Kältemittel zu im weserst-

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lichen reinem Wasser konzentriert worden ist.

In Fig. 2 sind die Betriebskennlinien eines Absorptions-Kältesystems unter Verwendung des erfindungsgemäßen Dampfdrucksteuerungsprinzips anhand einer graphischen Darstellung von Enthalpie und Konzentration von Lithiumbromid und Wasser für ein System dargestellt, das eine angenähert 15 ί-ige Mindestkonzentration der Lösung aufweist. Die gestrichelten Linien zeigen den Absorberdampfdruck in der Form von Taupunkten, gemessen in Grad Celsius (Grad Fahrenheit), und die ausgezogenen Linien zeigen die Absorberlösungetemperatur in Qrad Celsius (Qrad Fahrenheit). Die waagerechte Achse zeigt die Konzentration der Absorptionsmittellösung in X, oder die Kältemittelkonzentration, die gleich ist einhundert weniger der Konzentration des Absorptionsmittel.

Die Linie 12o zeigt die mittlere Lösungskonzentration der Absorptionsmittellösung innerhalb des ganzen Absorbers 12. Die Linie 13p zeigt die mittlere Konzentration des Kältemittels innerhalb des ganzen Verdampfers 15. Bei der für das System konstruktiv veranschlagten Temperatur, welche durch den Punkt I¹Io dargestellt ist, bewirkt eine Außentemperatur von 35 °C (95 ⁰F) eine Temperatur der Absorptionsmittellösung von etwa 48,8 ⁰C (120 ⁰F) innerhalb des Absorbers 12, bei einem Temperaturunterschied von etwa 13,9 °C (25 ⁰F). Die Konzentration der den Generator unter diesen Bedingungen

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verlassenden starken Lösung beträgt etwa 64,5 Gew. % Lithiumbroraid, wobei jedoch die mittlere Lösungskonzentration innerhalb des Absorbers bei angenähert 62,5 Gew. % Lithiumbromid liegt. Unter diesen Bedingungen ist der Dampfdruck innerhalb des Absorbers gleich dem von Wasser, das auf etwa 6,6 ⁰C (44 ⁰F) abgekühlt worden ist, und die Kältemittelkonzentration beträgt etwa loo % Wasser (O % Lithiumbromid).

Wenn die Außentemperatur von 35 °C (95 ⁰F) auf 12,7 °C (55 ⁰P) abfällt, beträgt die Temperatur der in dem Absorber befindlichen Absorptionsmittellösung etwa 26,6 ⁰C (80 ⁰F), so daß sich ein Verlust von 13, 8 ⁰C (25 ⁰P) ergibt. Dieser Betriebszustand ist durch den Punkt 15o dargestellt, Unter diesen Bedingungen beträgt die mittlere Konzentration der in dem Absorber 12 befindlichen Absorptiorismittellö»un£ etwa 55 % Lithiumbromid, und der Dampfdruck des Absorbers ist äquivalent dem von-Wasser, das auf etwa -1,1 ⁰C (30 ⁰P) abgekühlt worden ist. Wenn man die Taupunktlinie für -I₉I ⁰C (30 ⁰P) nach unten bis zu dem Punkt verfolgt, an welchem sie die Linie 13o schneidet, läßt sich ersehen, daß die Kältemittelkonzentration in dem Verdampfer 15 etwa 63 % Wasser (37 % Lithiumbromid) beträgt, was durch den Punkt I6o dargestellt ist. Dabei ist hervorzuheben, daß die Kühltemperatur des Wassers von 6_t6 ⁰C (44 ⁰F) auch dann aufrechterhalten wird, wenn sich der Taupunkt innerhalb des Absorbers auf oder unterhalb der Temperatur befindet, bei welcher reines Wasser gefriert, bei wel-

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eher herkömmliche Absorptions-Kältesysteme keine Kälte mehr erzeugen könnten.

Die Linie I8o zeigt die Kristallisationsgrenze für Lithiumbromid. Wenn die Umgebungstemperatur des Absorbers abfällt, entfernt sich die mittlere Lösungskonzentration des in dem Absorber 12 befindlichen Absorptionsmittels langsam immer weiter von der Kristallisationsgrenze, was im Gegensatz · steht zu bekannten Systemen, für welche die Kristallisation ein Problem darstellt, wenn die Umgebungstemperatur des Absorbers abfällt. Polglich ist das beschriebene System mit veränderlichem Dampfdruck und veränderlicher Konzentration in der Lage, ohne Regelung der Außentemperatur an Kondensator und Absorber einwandfrei zu arbeiten.

Somit stellen sich der Dampfdruck des Kältemittels und der Dampfdruck der Absorptionsmittellösung bei verhältnismäßig niedrigen Außentemperaturen, d.h. bei Temperaturen, die unterhalb der konstruktiv veranschlagten Temperatur liegen, selbsttätig und kontinuierlich auf die Kühllast und die Außentemperatur des Absorbers ein, um bei der gewünschten Temperatur des Kühlwassers die gewünschte Kälteleistung zu erbringen. In einem entsprechend der Erfindung ausgelegten System wird das Kältemittel bei verhältnismäßig niedrigen Außentemperaturen des Absorbers stets selbsttätig mit Absorptionsmittellösung so weit verdünnt, daß sich unabhängig von Veränderungen

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der Außentemperatur des Absorbers, die normalerweise zu einer Änderung der Verdampfertemperatur führen würden, eine angenähert gleichförmige Verdampfertemperatur oder ein angenähert gleichmäßiger Siedepunkt des Kältemittels ergibt.

Wenngleich die Erfindung in bezug auf eine Klimaanlage mit einem aus Gebläse und Spiralrohrleitung bestehenden Wärmeaustauscher zur Absorption von Wärme während des Kühlbetriebes bzw. zur Abgabe von Wärme während des Heizbetriebes beschrieben worden ist, läßt sich die Erfindung auch auf wassergekühlte Einrichtungen und andere Ausführungen von Heiz- und Kühlsystemen anwenden. Beispielsweise kann der Wärmeaustauscher 18 in einem nichtadiabatischen Verdampfer angeordnet sein. Ggf. lassen sich getrennte Wärmeaustauscher für die Wärmeaufnahme und die .Wärmeabgabe verwenden. Der Kältemittelbehälter 85 kann in einer Einheit zusammen mit dem Verdampfer 15 ausgeführt und die Lösungspumpe 52 kann mit dem Absorber 12 kombiniert sein.

Bevorzugterweise gleicht die Dampfdruck-Steuerleitung loo die Flüssigkeitsdrücke in dem Kaltemittelbehälter 85 und dem Lösungsmittelbehälter 52 entsprechend der Darstellung selbsttätig aus. Vermittels dieser Anordnung wird das Kältemittel / selbsttätig mit Absorptionsmittellösung verdünnt, wenn die Menge der den Absorber verlassenden Absorptionsmittellösung größer ist als die Menge des den Verdampfer verlassenden Kältemittels, was dann der Fall ist, wenn die Absorptions-

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mittellösung durch erhöhte Absorption von Kältemittel verdünnt ist. Gleicherweise steigert die Dampfdruck-Steuerleitung loo selbsttätig die Kältemittelkonzentration, indem sie verdünntes Kältemittel in die zu dem Generator führenden Rohrleitungen 53» 55 und 57 für schwache Lösung abgibt, damit dieses von dem Absorptionsmittel getrennt wird, wenn die Menge des den Verdampfer verlassenden Kältemittels größer ist als die Menge des von dem Absorber abgegebenen Absorptionsmittels. Die Dampfdruck-Steuerleitung loo kann jedoch andererseits auch aus getrennten Rohrleitungen bestehen, die zur Durchführung der beschriebenen Vorgänge dienen. Weiterhin ist es nicht erforderlich, daß die Dampfdruck-Steuerleitung entsprechend der hier dargestellten bevorzugten Ausfuhrungsform zwischen dem Behälter für das Kältemittel und dem Behälter für das Absorptionsmittel angeordnet ist. Die Dampfdruck-Steuerleitung kann aus einer beliebigen Rohrleitung zwischen einer geeigneten, Absorptionsmittel enthaltenden Stelle und einer mit dem Verdampfer in Verbindung stehenden Stelle, zusammen mit einer weiteren Rohrleitung zwischen einer Kältemittel enthaltenden Stelle und dem Generator bestehen. Die Rohrleitungen können mit Ventilen oder Schiebern versehen sein, die an eine geeignete Regeleinrichtung angeschlossen sind, welche dazu dient, die Konzentration des Kältemittels und des Absorptionsmittels entsprechend eines geeigneten Betriebszustandes des Systems oder unmittelbar in Abhängigkeit von der Außentemperatur des Absorbers oder des Kondensators einzustellen.

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Es ist nicht erforderlich, ein Heizsystem entsprechend der hier dargestellten bevorzugten Ausführung vorzusehen. Das beschriebene System mit veränderlichem Dampfdruck ist jedoch besonders vorteilhaft in Verbindung mit einem Heizsystem, da es ein Mittel zur teilweisen Kühlleistung darstellt, wobei vermischte Lösung und Kältemittel bei der Umschaltung von Heizbetrieb auf Kühlbetrieb selbsttätig getrennt werden. Durch Veränderung der Zusammensetzung des in dem Verdampfer befindlichen Kältemittels und des in dem Absorber befindlichen Absorptionsmittels und um den Dampfdruck entsprechend der vorstehenden Beschreibung zu verändern, ist es möglich, ein Absorptions-Kältesystem mit unterschiedlichen Außentemperaturen des Absorbers und/oder des Kondensators zu betreiben. Der Absorber und der Kondensator können entweder einzeln oder zusammen durch ein Kühlmedium wie z.B. Wasser von einem Kühlturm gekühlt werden, und es ist infolge des Merkmals der selbsttätigen Verdünnung entsprechend der Erfindung nicht erforderlich, eine geregelte Mindesttemperatur des Kühlwassers einzuhalten, um eine Erstarrung des Absorptionsmittels oder ein Gefrieren des Kältemittels zu verhindern. Das System kann beispielsweise mit luftgekühltem Absorber und Kondensator bei Außentemperaturen bis zu 1,66 ⁰C (35 ⁰F) betrieben werden und auch bei dieser Temperatur noch eine Kühlleistung liefern, da das Kältemittel und die Absorptionsmittellösung beide selbsttätig zu einer Mischung verdünnt werden, die in bezug auf starke 64,5 %-ige Lösung oder auf reines Wasser einen

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niedrigen Gefrierpunkt aufweist. Gleichzeitig ist es möglich, das System in einer Zone niedriger Außentemperatur außerhalb geschlossener Räume aufzustellen.

Ein weiterer erheblicher Vorteil der hier beschriebenen Anordnung besteht darin, daß die Erstarrung der Absorptionsmittellösung bei oder oberhalb der konstruktiv veranschlagten Temperatur durch die selbsttätige Verdünnung des Absorptionsmittels mit Kältemittel beseitigt wird. Wenn die Umgebungstemperatur des Absorbers über die konstruktiv veranschlagte Temperatur ansteigt oder wenn die Absorberleistung durch nicht einwandfreie Reinigung herabgesetzt wird, beginnt der Pegelstand des in dem Kältemittelbehälter befindlichen Kältemittels zu steigen und Kältemittel fließt in den Absorptionsmittelbehälter ab, verdünnt dabei das hochkonzentrierte Absorptionsmittel und verhindert, daß dieses erstarren kann.

Der Wirkungsgrad eines Systems nach der Erfindung ist wesentlich höher bei niedrigen Außentemperaturbedingungen außerhalb des konstruktiv vorgesehenen Bereiches, da das System Wärme bei einer niedrigeren Temperatur abgibt als wenn eine Temperaturregelung des Absorbers oder des Kondensators erforderlich ist.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche ^:

/ 1JAbsorptions-Kältesystem, das einen zum Kochen von Absorptionsmittellösung und zum Konzentrieren dieser Lösung dienenden Generator, einen zur Verflüssigung des in dem Generator gebildeten Kältemitteldampfes dienenden Kondensator, einen zum Verdampfen des in dem Kondensator verflüssigten Kältemittels und zur Kälteerzeugung dienenden Verdampfer und einen zum Absorbieren des in dem Verdampfer gebildeten Kältemitteldampfes in die in dem Generator konzentrierte Absorptionsmittellösung aufweist und gekennzeichnet ist durch in dem System angeordnete Vorrichtungen (85, loo, 52) zur Steuerung des Dampfdruckes, die dazu dienen, den Dampfdruck des in dem Verdampfer verdampften Kältemittels durch Veränderung der Zusammensetzung des Kältemittels zu steuern.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die \ zur Steuerung des Dampfdrucks dienenden Vorrichtungen eine Vorrichtung (loo) aufweisen, die dazu dient, das in dem Verdampfer befindliche Kältemittel mit einem Stoff zu verdünnen, der bei seiner Verbindung mit dem Kältemittel den Dampfdruck desselben erniedrigt.

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Steuerung des Dampfdruckes dienenden Vorrichtungen eine Rohrleitung (loo) aufweisen, die dazu dient, Absorptionsmittel-

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lösung einer Stelle des Systems zuzuführen, an der das in dem Verdampfer befindliche Kältemittel mit Absorptionsmittellösung verdünnt, dadurch der Dampfdruck erniedrigt und der Siedepunkt des in dem Verdampfer befindlichen Kältemittels bei einem Betriebszustand des Systems erhöht werden kann.

M. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Steuerung des Dampfdruckes dienenden Vorrichtungen mehrere Rohrleitungen (loo, 52, 53» 55) aufweisen, die dazu dienen, dem Verdampfer verdünntes Kältemittel zur Trennung, und konzentriertes Kältemittel einer Stelle (15, 85) innerhalb des Systems zuzuführen, an der das Kältemittel konzentriert, dadurch der Dampfdruck erhöht und der Siedepunkt des in dem Verdampfer befindlichen Kältemittels bei einem anderen Betriebszustand des Systems erniedrigt werden kann.

5· System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Steuerung des Dampfdruckes dienenden Vorrichtungen Rohrleitungen (loo, 85)/ die dazu dienen, Absorptionsmittellösung einer Stelle des Systems zuzuführen, an der das in dem Verdampfer befindliche Kältemittel mit Absorptionsmittellösung gefüllt, der Dampfdruck erniedrigt und der Siedepunkt des in dem Verdampfer befindlichen Kätemittels bei einem Betriebszustand erhöht werden kann, und Rohrleitungen (loo, 52) aufweisen, die dazu dienen, dem Generator verdünntes Kältemittel zur Trennung, und konzentriertes Kältemittel einer Stelle des Systems zuzu-

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führen, an welcher das in dem Verdampfer befindliche Kältemittel konzentriert, dadurch der Dampfdruck erhöht und der Siedepunkt des in dem Verdampfer befindlichen Kältemittels bei einem anderen Betriebszustand des Systems erniedrigt werden kann.

6. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kältemittelbehälter (85) zum Sammeln des von dem Verdampfer kommenden Kältemittels und ein Absorptionslösungsbehälter (52) zum Sammeln der von dem Absorber kommenden Absorptionsmittellösung vorgesehen sind und die zur Steuerung des Dampfdruckes dienenden Vorrichtungen eine Rohrleitung (loo)-aufweisen, die mit dem Kältemittelbehälter und dem Absorptionslösungsbehälter in Verbindung steht und dazu dient, in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Systems Flüssigkeit in einer der beiden Richtungen von dem einen zu dem anderen Behälter zuzuführen.

7. System nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, daß ein Kältemittelbehälter (85) zum Sammeln des von dem Verdampfer kommenden Kältemittels und ein Absorptionsmittelbehälter (52) zum Sammeln der von dem Absorber kommenden Absorptionsmittellösung vorgesehen sind und die zur Steuerung des Dampfdruckes dienenden Vorrichtungen eine Flüssigkeitsrohrleitung (loo) aufweisen, die mit dem Kältemittelbehälter und dem Absorptionslösungsbehälter in Verbindung steht und dazu dient, Flüssigkeit

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► von dem einen zu dem anderen Behälter durch Schwerkraft zuzuführen, und daß die Dampfdruck-Steuerleitung dazu dient, die Pegelstände der Flüssigkeiten in den Behältern bei einem Betrieb des Systems bei niedrigen Absorbertemperaturen auszugleichen.

8. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (15) einen adiabatischen Verdampfer zum Verdampfen eines Teils des Kältemittels und zum Kühlen des übrigen Teils des darin befindlichen flüssigen Kältemittels aufweist, sowie Kältemittelleitungen (84, 86, 88), die dazu dienen, abgekühltes flüssiges Kältemittel von dem Verdampfer einem Wärme absorbierenden Wärmeaustauscher zuzuführen und das abgekühlte flüssige Kältemittel in einen Wärmeaustausch mit einer Kühllast zu bringen, und Kältemittelleitungen (95, 96, 98) vorgesehen sind, die dazu dienen, flüssiges Kältemittel von dem Wärme absorbierenden Wärmeaustauscher dem Verdampfer zur Abkühlung zuzuführen, und dass die zur Steuerung des Dampfdruckes dienenden Vorrichtungen eine Rohrleitung (loo) aufweisen, die dazu dient, das von dem Verdampfer dem Wärme absorbierenden Wärmeaustauscher zugeführte Kältemittel mit Absorptionsmittellösung zu verdünnen und den Dampfdruck des in dem Verdampfer befindlichen flüssigen Kältemittels bei einem vorbestimmten Betriebszustand des Systems zu erniedrigen.

9. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet„ daß der

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Verdampfer (15) einen adiabatischen Verdampfer zum Verdampfen eines Teils des Kältemittels und zur Abkühlung des übrigen Teils des darin befindlichen flüssigen Kältemittels aufweist, Kältemittelleitungen (84, 86, 88), die dazu dienen, abgekühltes flüssiges Kältemittel von dem Verdampfer einem Wärme absorbierenden Wärmeaustauscher zuzuführen und das abgekühlte flüssige Kältemittel in einen Wärmeaustausch mit einer Kühl- w last zu bringen, Kältemittelleitungen (95» 96, 98), die dazu dienen, das flüssige Kältemittel von dem Wärme absorbierenden Wärmeaustauscher dem Verdampfer zur Abkühlung zuzuführen, und Rohrleitungen (51, 53, 55, 56, 57), die dazu dienen, Absorptions mittellösung von dem Absorber zu dem Generator zuzuführen, vorgesehen sind, und daß die zur Steuerung des Dampfdruckes dienenden Vorrichtungen eine mit den Kältemittelleitungen und den Absorptionsmittelleitungen in Verbindung stehende Rohrleitung (loo) aufweisen.

10. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Vorrichtungen (45» 36) vorgesehen sind, die dazu dienen, Luft in einen Wärmeaustausch mit der in dem Absorber befindlichen Absorptionsmittellösung und mit dem in dem Kondensator befindlichen Kältemittel zu bringen.

11. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionsmittellösung aus einer wässrigen Lösung eines Lithiumhalogens, und das Kältemittel aus Wasser besteht.

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12. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Vorrichtungen (36," 45) vorgesehen sind, die dazu dienen, Luft in einen Wärmeaustausch mit der in dem Absorber befindlichen AbBorptionemittellÖBung, und in einen Wärmeaustausch mit dem in dem Kondensator befindlichen Kältemittel zu bringen, und daß die AbBorptionsmittellösung aus einer wässrigen Lösung von Lithiumbromid, sowie das Kältemittel aus Wasser besteht.

13. Verfahren zum Betrieb eines. Absorptions-Kältesystems zur Kälteerzeugung, wobei das System einen Generator, einen Kondensator, einen Verdampfer und einen Absorber aufweist und das Verfahren darin besteht, daß eine schwache Absorptionsmittellösung in dem Generator gekocht, die Lösung konzentriert und Kältemitteldampf gebildet wird, der in dem Generator gebildete Kältemitteldampf in dem Kondensator verflüssigt und flüssiges Kältemittel gebildet wird, das in dem Kondensator gebildete flüssige Kältemittel in dem Verdampfer zur Kühlung verdampft und der in dem Verdampfer gebildete Kältemitteldampf in dem Verdampfer in die in dem Generator gebildete starke Absorptionsmittellösung absorbiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfdruck des in dem Verdampfer befindlichen Kältemittels durch Veränderung der Zusammensetzung des Kältemittels entsprechend eines Betriebszustandes des Systems gesteuert wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß

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- 4ο -

die zur Steuerung des Dampfdruckes des in dem Verdampfer befindlichen Kältemittels durch Verdünnung des Kältemittelt mit einem Stoff erfolgt, der dazu dient, bei seiner Verbindung mit Kältemittel den Dampfdruck desselben zu erniedrigen.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des Dampfdruckes des in dem Verdampfer befind-

r liehen Kältemittels durch Veränderung der Zusammensetzung des darin befindlichen Kältemittels darin besteht, daß die Menge des in dem Kältemittel innerhalb des Verdampfers befindlichen Absorptionsmittels verändert wird.

16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des Dampfdruckes des innerhalb des Systems befindlichen Kältemittels darin besteht, daß das in dem Verdampfer befindliche Kältemittel mit Absorptionsmittellösung

I^ verdünnt wird, wenn beim Betrieb des Systems die Menge der den Absorber verlassenden Absorptionsmittellösung größer ist als die Menge des den Verdampfer verlassenden Kältemittels, und daß die Konzentration des in dem Verdampfer befindlichen Kältemittels erhöht wird, wenn die Menge der den Absorber verlassenden Absorptionsmittellösung kleiner ist als die Menge des den Verdampfer verlassenden Kältemittels.

17. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des Dampfdruckes des innerhalb des Systems

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befindlichen Kältemittels darin besteht, daß das in dem Verdampfer befindliche Kältemittel mit Absorptionsmittellösung verdünnt wird, wenn die Umgebungstemperatur des Absorbers unter eine vorbestimmte Temperatur abfällt, und daß das in dem Verdampfer befindliche Kältemittel konzentriert wird, indem verdünntes Kältemittel dem Generator zur Abtrennung des Kältemittels von dem Absorptionsmittel zugeführt wird, wenn die Umgebungstemperatur des Absorbers auf die vorbestimmte Temperatur ansteigt.

l8. Verfahren nach Anspruch 133 dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des Dampfdruckes des innerhalb des Systems befindlichen Kältemittels darin besteht, daß das in dem Verdampfer TDefindliche Kältemittel mit Absorptionsmittellösung verdünnt und die in dem Absorber befindliche Absorptionsmittellösung mit Kältemittel verdünnt wird, wenn die Außentemperatur des Absorbers unter eine vorbestimmte Temperatur abfällt, und daß das in dem Verdampfer befindliche Kältemittel, sowie das in dem Absorber befindliche Absorptionsmittel konzentriert werden, wenn die Umgebungstemperatur des Absorbers auf dfe vorbestimmte Temperatur ansteigt.

19* Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des Dampfdruckes des Kältemittels darin besteht, daß das von dem Verdampfer abgegebene flüssige Kältemittel in einem Kältemittelbehälter gesammelt, und die von dem Ab-

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sorber abgegebene Absorptionsmittellösung in einem Absorptionsmittelbehälter gesammelt und der Pegelstand der Flüssigkeit in dem Kältemittelbehälter gegen den der Flüssigkeit in dem Absorptionsmittelbehälter ausgeglichen wird, indem Flüssigkeit von einem der beiden Behälter dem anderen Behälter zugeführt wird.

Ψ* 2o. Verfahren nach Anspruch 1.3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des Dampfdruckes des innerhalb des Systems befindlichen Kältemittels darin besteht, daß die Verdampfungstemperatur des in dem Verdampfer befindlichen Kältemittels unabhängig von durch Veränderungen der Außentemperatur bedingten Änderungen des Absorberdampfdruckes im wesentlichen konstant gehalten wird.

21. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß

fe die Steuerung des in dem System befindlichen Kältemittels darin besteht, daß Absorptionsmittellösung von dem Absorber dem Verdampfer zugeführt und der Dampfdruck des darin befindlichen Kältemittels erniedrigt wird.

22. Absorptions-Kältesystem nach einem der Ansprüche 1-12, welches Kondensatleitungen zum Zuführen von Kältemittelkondensat von dem Kondensator zu dem Verdampfer aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (97) vorgesehen ist, die bei einem Betriebszustand des Systems zur Verdünnung

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d·· durch die Kondensatleitungen (68, 69) hindurchgehenden Kondensate und zur Veränderung des Dampfdruckes des Kältemittelkondensats dient, wodurch ein Qefrieren des Kältemittels während dieses Betriebszustandes des Systems verhindert wird.

23. System nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Verdünnung des Kondensats dienende Vorrichtung (97) aus einer zur Verdünnung des Kältemittelkondensats mit Absorptionsmittellösung dienenden Rohrleitung besteht.

24. Verfahren zum Betrieb eines Absorptions-Kältesystems, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Kondensator Kältemittelkondensat dem Verdampfer zur Verdampfung zugeführt und die Zusammensetzung des von dem Kondensator dem Verdampfer zugeführten Kältemittelkondensats entsprechend eines Betriebszustandes des Systems verändert wird.

25· Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung der Zusammensetzung des dem Verdampfer zugeführten Kältemittelkondensats darin besteht, daß das Kältemittelkondensat mit Absorptionsmittellösung verdünnt wird.

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