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Verdampfer bzw. Entgaser für kontinuierlich wirkende Absorptionskältemaschinen
Die im Verdampfer einer Absorptionskältemaschine zur Verdampfung gelangende Flüssigkeit
enthält stets einen größeren oder geringeren Anteil an Lösungsmittel, der aus dem
Verdampfer fortlaufend 'und gründlich entfernt werden muß, damit dieser nicht an
Wirksamkeit verliert und die Füllung der einzelnen Apparate sich nicht ändert. Ü=berflutungsverdampfer
mit Umlauf, wie sie bei Kompressionsmaschinen üblich sind, sind daher für Absorptionskältemaschinen
ungeeignet, auch wenn, wie bereits vorgeschlagen, verhältnismäßig enge Rohre zur
Verwendung gelangen, in denen unverdampfte Flüssigkeit durch Dampfblasen aus dem
Flüssigkeitsraum in den Dampfraum des Verdampfers emporgehoben wird, da das in solchen
Fällen vorgesehene erweiterte Rücklaufrohr unverdampft gebliebenes Lösungsmittel
dem frischen Kondensat wieder zuführt.
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Findet die Verdampfung absichtlich aus einer reichen Lösung heraus
statt (Entgasung), so ist bei dem Entgasungsvorgang in verstärktem Maße dafür zu
sorgen, daß keine Vermischung bereits entgaster Lösung mit der neu zuströmenden
reichen Lösung eintritt. Da gleichzeitig der Druckverlust im Entgaser möglichst
gering sein soll, da sonst ein Temperaturverlust die Folge ist, so bleibt ein nicht
mit Flüssigkeit gefüllter Verdampfer oder Entgaser, in dem die Flüssigkeit im Dampfraum
an den Wänden herabrieseln kann, am vorteilhaftesten.
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Indessen ist es nicht leicht, parallel geschaltete Rohre dieser Art
gleichmäßig mit Verdampfungsflüssigkeit von oben zu beschicken, und mitunter steht
auch die Bauhöhe nicht zur Verfügung, die für diese Ausführung erwünscht wäre.
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Vorliegende Erfindung löst die gestellte Aufgabe in einer neuartigen
Weise, ohne die Vorteile der erwähnten Lösung preiszugeben, unter Verwendung eines
Verdampfers, bei dem die entstehenden Dampfblasen die nicht verdampfende Flüssigkeit
in engen Rohren aus dem Flüssigkeitsraum des Verdampfers in den Dampfraum des Verdampfers
emporheben, dadurch, daß die emporgehobene Flüssigkeit aus diesem Dampfraum durch
eine von dem Dampfraum abzweigende Flüssigkeitsleitung unmittelbar weitergeleitet
wird, so daß sie nicht in denselben Verdampfer oder Entgaser zurückkehren kann..
Gegebenenfalls kann die Leitung zur Abführung der Flüssigkeit aus dem Dampfraum
auch mit der den Dampf abführenden Leitung zusammenfallen. Die verhältnismäßig engen
Rohre des Rohrbündels sind von dem abzukühlenden Medium, beispielsweise der Sole,
umgeben.
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Diese Ausgestaltung des Verdampfers bzw. Entgasers hat gegenüber dem
bei Kompressionsmaschinen bekannten und auch für Absorptionskältemaschinen vorgeschlagenen
Überflutungsverdampfer mit Umlauf des Flüssigkeitsinhalts den Vorteil, daß keine
Vermischung der durch Ammoniakabgabe bereits verwässerten Flüssigkeit mit der neu
zuströmenden Flüssigkeit eintritt, daß also die Verdampfung stets bei der tiefsten
Temperatur stattfindet, die durch den Druck und Wassergehalt des zuströmenden Kondensats
bzw. der Lösung gegeben ist. Bei dem überfluteten Umlaufverdampfer entwickelt
sich
zudem der Dampf unter dem vollen Druck der Flüssigkeitssäule im Umlaufrohr, was
namentlich bei tiefer Verdampfertemperatur nachteilig ist. Bei der vorliegenden
Anordnung ist der Druck - entsprechend der Entlastung von der rücklaufenden Flüssigkeitssäule
- bei der Entstehung des Dampfes an den unteren Rohrenden geringer, die Verdampfertemperatur
also auch aus diesem Grunde noch niedriger.
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Die Vermeidung eines erweiterten Rücklaufrohres unter Voraussetzung
enger aufsteigender Verdampferrohre ist also für Absorptionskältemaschinen in doppelter
Beziehung besonders wertvoll. , Sind - unter dieser Voraussetzung - die aufsteigenden
Rohre eng genug, so wird das in ihnen aufsteigende Dampf-Flüssigkeits-Gemisch im
allgemeinen ein Zurückströmen der Flüssigkeit selbst dann verhindern, wenn sich
die Flüssigkeit im Dampfraum oberhalb der Mündung der engen Rohre staut. Kommt.aber
einmal durch irgendwelche Umstände in einem der Rohre eine abwärts gerichtete Flüssigkeitsströmung
zustande, so ist sie schwer wieder aufzuheben, da die an Lösungsmittel angereicherte
Flüssigkeit bei der tiefen Soletemperatur nicht mehr genügend Dampf entwickelt,
um die Lösung emporzuheben. Vorteilhafter ist es daher, jede Möglichkeit eines Umlaufs
der Lösung im Verdampfer dadurch zu verhindern, daß das Rohr für die Weiterleitung
der Flüssigkeit aus dem Dampfraum räumlich tiefer angeordnet wird als die Mündungen
der engen Rohre des Rohrbündels in diesem Dampfraum. Die emporgehobene Flüssigkeit
kann durch diese Leitung einem Verdampfer beliebiger Bauart zugeleitet werden; wegen
des noch stärkeren Gehaltes dieser Flüssigkeit an Lösungsmittel ist es jedoch besser,
auch für den nachgeschalteten Verdampfer oder Entgaser die geschilderte Bauart anzuwenden,
bis die Flüssigkeit genügend ausgedampft ist, um in den Lösungskreislauf des Entgasers
oder des Absorbers zurückzukehren.
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Im allgemeinen tritt hinter dem Regulierventil bereits eine Dampfentwicklung
auf, die die gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit im Rohrbündel beeinträchtigen
kann, wenn der Dampf nicht von dem Flüssigkeitsraum ferngehalten wird. Dies geschieht
erfindungsgemäß durch die Anordnung eines Behälters, der in seiner Höhenanordnung
zwischen dem Flüssigkeitsraum und dem Dampfraum liegt und der mit seinem unteren
Ende durch eine Leitung mit dem Flüssigkeitsraum und mit seinem oberen Ende mit
dem Dampfraum in Verbindung steht. Diesem Behälter wird die zu verdampfende Flüssigkeit
nach ihrer Entspannung im Regulierventil zunächst zugeführt, bevor sie in den Flüssigkeitsraum
gelangt. Der hinter dem Regulierventil sich bildende Dampf geht dann auf einem besonderen
Wege in den Dampfraum; ohne in den Flüssigkeitsraum zu gelangen und die Verteilung
zu stören.
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Je nach der Einstellung des Flüssigkeitsstandes in diesem Behälter
kann die Entgasung der Flüssigkeit weiter oder weniger weit getrieben werden, so
daß eine genaue und bequeme Kontrolle der Einstellung des Regulierventils gegeben
ist.
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Verwendet man den nachgeschalteten Verdampfer zur Vorkühlung der Flüssigkeit
vor dem Regulierventil, so kann man einerseits die in den Zwischenbehälter abzuleitende
Dampfmenge gering halten. Andererseits wird durch die weitgehende Entgasung die
Kälteleistung höherer Temperatur nutzbar gemacht, so daß sich eine Steigerung der
Kälteleistung ergibt.
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Verwendet man getrennte Leitungen für die Abführung der Flüssigkeit
und des Dampfes aus dem Dampfraum, so läßt sich bei den Maschinen, bei denen zwischen
Verdampfer und Absorber noch ein Resorber und ein Entgaser zur Erhöhung der Kälteleistung
eingeschaltet ist, die Restflüssigkeit des Verdampfers unter Vermeidung des Umweges
durch den Resorber mittels eines Regulierventils direkt dem Entgaser zuleiten. Im.
Resorber würde sie dessen Wirksamkeit beeinträchtigen, unter dem Druck des Entgasers
kann sie jedoch noch bei besonders tiefen Temperaturen Kälte leisten oder bei der
Temperatur des Entgasers zu weitgehender Ausdampfung -gelangen, 'so daß eine besonders
sorgfältige Rektifikation des im Austreiber erzeugten Dampfes vermieden werden kann.
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Da sich die arme Lösung nach ihrer Ausdampfung am oberen Ende des
Entgasers befindet, so läßt sich dies für die Vergrößerung der Zulaüfhöhe für die
Pumpe ausnutzen, indem man den für einen ungestörten Betrieb der Maschinen erforderlichen
Überlauf für unverdampfte Flüssigkeit vom Entgaser zum Absorber räumlich möglichst-hoch,
also in der Höhe des Dampfraumes anordnet, so daß sich bis zu dieserHöhe ein Stau
vor der Pumpe bilden kann. Dieses Überlaufrohr kann gleichzeitig als Dampfleitung
zum Absorber dienen.
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Man kann in einem Entgaser bekanntlich besonders tiefe Temperaturen
erreichen, wenn man die reiche Lösung soweit wie möglich vorkühlt, bevor man sie
dem Regulierventil entspannt. -Die neue Verdampferanordnung ermöglicht zwanglos
eine wirksame Vorkühlung, wenn man die vorzukühlende Lösung einen Wärmeaustauscher
mit einem Teil des ansteigenden Rohrbündels, in dem die Flüssigkeit durch die Dampfblasen
mitgerissen wird, bilden läßt. Man kann den der Vorkühlung dienenden Teil des Rohrbündels
auch außerhalb des die Nutzkälteleistung liefernden Entgasers anordnen und gewinnt
dadurch die konstruktive Möglichkeit, sich den von der Sole abweichenden Temperaturbedingungen
für
die Vorkühlung der Lösung durch entsprechende Bemessung der Länge oder des Ouerschnittes
für das abgezweigte Rohrbündel anzupassen. Denn da die erreichbare Entgasung einerseits
eine Funktion der Menge und Temperatur der abzukühlenden Flüssigkeit, andererseits
aber eine Funktion der Menge der zur Entgasung gelangenden Lösung ist, wird man
letztere z. B. durch Vergrößerung der Förderhöhe und Verringerung der Eintauchtiefe
der gestellten Aufgabe recht vollkommen anpassen können.
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In der Abbildung ist als Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
eine mit zweistufiger Verdampfung arbeitende Absorptionskältemaschine dargestellt.
Hierin bezeichnet i eine Pumpe, 2 einen Temperaturwechsler, 3 einen Austreiber,
4 eine Rohrleitung zwischen Temperaturwechsler 2 und Regulierventil 5, 5 ein Regulierventil,
6 einen Kondensator, 7 eine Rohrleitung zwischen Kondensator 6 und Nachverdampfer
8, 8 einen Nachverdampfer, 9 eine Rohrleitung zwischen Nachverdampfer 8 und Regulierventil
io, io ein Regulierventil, ii eine Rohrleitung zwischen Zulaufbehälter i9 und dem
Verdampfer 13, 12 den Flüssigkeitsraum des Verdampfers 13, 13 einen Verdampfer,
14 das Rohrbündel des Verdampfers 13, 15 den Dampfraum des Verdampfers 13, 16 eine
Rohrleitung zwischen dem Zulaufbehälter i9 und dem Dampfraum 15 des Verdampfers
13, 17 Rohranschlußstutzen für den Sole-Eintritt, 18 Rohranschlußstutzen für den
Sole-Austritt, i9 einen Zulaufbehälter, 2o einen Flüssigkeitsstandanzeiger, 21 einen
Zulaufbehälter, 22 den Flüssigkeitsraum des Nachverdampfers 8, 23 den Dampfraum
des Nachverdampfers 8, 24 einen Abscheider, 25 einen Flüssigkeitsstandanzeiger,
26 einen Flüssigkeitsstandanzeiger, 27 eine Rohrleitung zwischen dem Abscheider
24 und dem Solenachkühler 29, 28 ein Regulierventil, 29 einen Solenachkühler, 3o
einen Zulaufbehälter, 31 eine Rohrleitung zwischen dem Flüssigkeitsraum 32 des Entgasers
67 und dem Zulaufbehälter 30, 32 den Flüssigkeitsraum des Entgasers 67, 33 das Rohrbündel
des Entgasers 67, 34 den Dampfraum des Entgasers 67, 35 eine Rohrleitung zwischen
dem Zulaufbehälter 30 und dem Entgaser 67, 36 einen Zulaufbehälter, 37 einen Flüssigkeitsstandanzeiger,
38 eine Rohrleitung zwischen dem Zulaufbehälter 36 und dem Nachentgaser 68, 39 den
Flüssigkeitsraum des Nachentgasers 68, 4o eine Rohrleitung zwischen dem Zulaufbehälter
21 und dem Nachverdampfer 8, 41 die Rohrbündel des Nachverdampfers 8, 42 den Dampfraum
des Nachentgasers 68, 43 eine Rohrleitung zwischen Zulaufbehälter 36 und dem Nachentgaser
68, 44 einen Sammelraum, 45 eine Rohrleitung zwischen dem Zulaufbehälter 3o und
dem Lösungsvorkühler 54 und dem Nachentgaser 68, 46 eine Pumpe, 47 ein Verbindungsrohr
zwischen dem Sammelraum 44 und dem Absorber 48, 48 einen Absorber, 49 eine Rohrleitung
zwischen dem Sammelraum 44 und der Pumpe 46, 5o eine Rohrleitung zwischen der Pumpe
46 und dem Temperaturwechsler 53, 51 einen Resorber, 52 eine Rohrleitung zwischen
dem Resorber 51 und dem Temperaturwechsler 53, 53 einen Temperaturwechsler, 54 den
Lösungsvorkühler, 55 ein Regulierventil, 56 den Eintritt der Sole in den Nachentgaser
68, 57 eine Rohrleitung für die Sole zwischen dem Nachentgaser 68 und dem Entgaser
67, 58 ein Verbindungsrohr zwischen dem Entgaser 67 und Solenachkühler 29. 59 den
Austritt der Sole aus dem Solenachkühler 29, 6o eine Rohrleitung zwischen dem Dampfraum
15 des Verdampfers 13 und dem Resorber 51, 61 die Anschlußrohrleitung des Zulaufbehälters
2i an die Rohrleitung 6o, 62 die Anschlußrohrleitung des Abscheiders 24 an die Rohrleitung
6o, 63 ein Verbindungsrohr zwischen dem Verdampfer 13 und dem Zulaufbehälter 21,
6.1. ein Verbindungsrohr zwischen dem Nachverdampfer 8 und dem Abscheider 24, 65
ein Verbindungsrohr zwischen dem Dampfraum 34 des Entgasers 67 und dem Zulaufbehälter
36, 66 ein Verbindungsrohr zwischen dem Nachentgasers 68 und dem Sammelraum 44,
67 einen Entgaser, 68 einen Nachentgaser, 69 die Rohrbündel des Nachentgasers 68.
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Die Maschine arbeitet wie folgt: Die Pumpe i fördert die reiche Lösung
aus dem Absorber 48 durch den Temperaturwechsler 2 in den Austreiber 3. Von hier
fließt die entgaste arme Lösung über den Temperaturwechsler :z durch Rohr 4 und
Regulierventil 5 in den Absorber zurück, wo sie sich wieder anreichert.
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Der im Austreiber 3 entwickelte Dampf wird im Kondensator 6 verflüssigt
und gelangt durch Rohr 7 in den Nachverdampfer 8, wird hier vorgekühlt und fließt
dann durch Rohr 9 und Regulierventil io in den Zulaufbehälter i9, der mit dem Standglas
2o versehen ist. Der sich hinter dem Regulierventil io entwickelnde Dampf geht durch
Rohr 16 in den Dampfraum 15 des Verdampfers 13, die Flüssigkeit gelangt durch Rohr
ii in den Flüssigkeitsraum 12 und von hier in die aufsteigenden engen Rohre des
Rohrbündels 14, in denen sie, wenn sie nicht verdampfen würde, bis zur Höhe des
Flüssigkeitsspiegels in dem Zulaufbehälter ig emporsteigen würde. Die Rohre werden
von Sole, die bei 17 zuströmt und bei 18 abläuft, umspült, die Flüssigkeit in den
Rohren fängt an zu verdampfen, und die aufsteigenden Dampfblasen reißen die unverdampften
Teile der Flüssigkeit, die sich mehr und mehr mit dem Lösungsmittel anreichert,
in den Dampfraum mit empor. Man 'hat es nun ganz in der Hand, je nach der Höhe des
Flüssigkeitsstandes in 2o, die Entgasung bis zu der gewünschten Temperatur zu treiben
und
mehr oder weniger Restflüssigkeit in den Dampfraum mit emporzureißen. Dabei ist
der Druckverlust nicht etwa so groß, wie er bei einem flüssigkeitserfüllten Verdampfer
mit weiteren Rohren sein würde, sondern er ist nicht größer, als der Flüssigkeitsspiegel
in ig über den unteren Rohrenden des Rohrbündels liegt, so daß der Temperaturverlust
durch diese Druckerhöhung sehr gering ist.
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Es kann auch nicht vorkommen, daß etwa eins der Rohre nicht mitarbeitet,
denn selbst wenn es durch irgendeinen Zufall mit armer Lösung gefüllt sein sollte,,
so würde diese, da sie im Fall der hier vorausgesetzten Ammoniaklösung schwerer
ist als das reine Ammoniakkondensat, sehr bald von selbst herausgespült werden und
wie die anderen mit derselben Flüssigkeit gleichmäßig beschickt werden.
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Aus dem Dampfraum 15 gelangt der Dampf durch Rohr 6o in den Resorber
51, wo er von relativ armer Absorptionslösung wieder absorbiert wird. Die in den
Dampfraum 15 mitgerissene Flüssigkeit gelangt durch das unterhalb der Mündungen
der Rohre 14 in den Dampfraum angeordnete Verbindungsstück 63 in den Zulaufbehälter
2i, der durch das Dampfrohr 61 mit der Leitung 6o verbunden ist, damit nicht der
in 21 etwa entstehende Dampf die Flüssigkeit am Ablaufen durch das Rohr 63 verhindert.
An dem Standglas 25 läßt sich wieder der Spiegel beobachten und die Arbeitsweise
kontrollieren. Da in dem Nachverdampfer 8 die Lösung reicher an Lösungsmitteln ist,
wird man, um Druckverluste zu verringern, den Nachverdampfer weniger hoch und verhältnismäßig
breit ausführen. Die Flüssigkeit strömt durch Rohr 40 dem Flüssigkeitsraum 22 und
dem Rohrbündel 41 zu und wird in diesem dem Dampfraum 23 zugeführt. Die bei der
Verdampfung erzeugte Kälte dient zur Vorkühlung der dem Hauptverdampfer zugeführten
Flüssigkeit. Dampf und Flüssigkeit gehen zusammen durch Rohr 64 in den Abscheider
24, von wo der Dampf durch Rohr 62 und 6o dem Resorber zuströmt, während
die Flüssigkeit, deren Stand mit Hilfe des Standglases 26 beobachtet werden kann,
durch Leitung 27 und Regulierventil 28 dem Solenachkühler 29 zugeleitet wird, von
wo sie in das Zulaufgefäß 30 zum Entgaser 67 gelangt. Die in 29 erzeugte
Temperatur ist besonders tief, und man kann daher die dort erzeugte Kälte auch zu
anderen Zwecken benutzen als dem der Solenachkühlung. Man könnte z. B. auch einen
kleinen Teil der Sole abzweigen und diesen Teil in 29 besonders stark herunterkühlen,
wenn in der Anlage Bedarf für diese niedrige Temperatur vorhanden ist.
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Die im Resorber 51 angereicherte Lösung geht durch Rohr 52 und den
Temperatur= wechsler 53 zunächst durch einen besonderen Vorkühler 54 und tritt dann
durch Regulierventil 55 in den Zulaufbehälter 3o ein. Während der hinter dem Regulierventil
entstehende Dampf durch Rohr 35 in den Dampfraum 34 des Entgasers 67 geleitet wird,
fließt die Flüssigkeit durch Rohr 31 dem Flüssigkeitsraum 32 des Entgasers 67 zu
und wird dann im Rohrbündel 33 ebenfalls zu dem Dampfraum durch die entstehenden
Dampfblasen emporgehoben. Dampf und Flüssigkeit gehen durch das Verbindungsstück
65 in den Abscheider und Zulaufbehälter 36 des Nachentgasers 68, und während der
Dampf durch Rohr 43 dem Dampfraum 42 des Nachentgasers 68 zugeleitet wird, strömt
die Lösung, deren Stand sich am Standglas 37 ablesen läßt, durch Rohr 38 zu dem
Flüssigkeitsraum 39, von wo sie durch die in dem Rohrbündel 69 entstehenden
Dampfblasen in den Dampfraum 42 gerissen wird: Von dort fließt das Gemisch durch
das Verbindungsstück 66 in den Sammelraum 44, und während nunmehr der Dampf mit
der etwa im Überschuß vorhandenen Flüssigkeit durch das Rohr 47 in den Absorber
48 gelangt, wird die relativ arme Lösung durch Rohr 49 der Pumpe 46 zugeführt, von
wo sie durch Rohr 5o und Temperaturwechsler 53 wieder in den Resorber zurückgefördert
wird.
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Die Sole tritt bei 56 in den Nachentgaser 68 ein, gelangt dann durch
Rohr 57 in den Entgaser und durch Rohr 58 in den Solenachkühler 29, um bei
59 diesen zu verlassen. Von dem Zulaufbehälter 30 zweigt die Leitung
45 ab, die auch aus einem Rohrbündel enger Rohre bestehen kann, um im Lösungsvorkühler
54 durch Entgasung die reiche Lösung ausgiebig vorzukühlen. Da die reiche Lösung
im Temperaturwechsler 53 nicht bis zu sehr tiefer Temperatur herab vorgekühlt ist,
wird in Rohr 45 eine stärkere Ausdampfung erzielt als im Entgaser 67, und das Gemisch
von Dampf und Lösung kann daher gleich in den Dampfraum 42 des Nachentgasers 68
gefördert werden.
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Der Flüssigkeitsstand in den Zulaufgefäßen 30 und 36 wird in der Regel
wesentlich höher sein müssen als im Verdampfer und Nachverdampfer, da wesentlich
mehr Flüssigkeit zu fördern ist. Auch hier kann man aber, um Druckverluste zu vermeiden,
den Entgaser mit relativ geringer Höhe und größerer Breite, also einer größeren
Zahl von Rohren ausführen, ohne daß die gleichmäßige Beschickung der Rohre in Frage
gestellt wird, so daß man den Druckverlust und den damit verbundenen Temperaturverlust
in den gewünschten Grenzen halten kann.
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Mit dem beschriebenen Verdampfer und Entgaser lassen sich also auch
weniger einfache Anlagen mit großer Betriebssicherheit und recht vollkommener Wirkung
und guter Regelbarkeit ausführen, und zwar ist die Benetzung der Kühlflächen stets
in ebenso wirksamer Weise gesichert wie bei einem Verdampfer mit Flüssigkeitsumlauf,
doch
mit weit geringerem Druck-und Temperaturverlust und ohne jede Vermischung von bereits
entgaster Flüssigkeit mit neu zuströmender, so daß die Reversibilität der Entgasung
gesichert ist. Dabei ist sowohl der Kühlflächenbedarf wie der Raumbedarf besonders
gering.