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Absorptionskälteapparat Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Betrieb von Absorptionskälteapparaten, bei denen zwei Verdampfer
verschiedener Temperatur vor einem Hilfsgasstrom hintereinander durch--flossen werden,
und bezweckt, eine günstigere Arbeitsweise des Kälteapparats, insbesondere in bezug
auf die Tiefkühlung, zu erreichen. Die Erfindung bezweckt, vorzugsweise die beiden
Verdampfungsstellen zu einem verminderten gegenseitigen Einfluß zu bringen.
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Es sind bereits Absorptionskälteapparate bekannt, die zwei oder mehrere
Verdampfungsstellen verschiedener Temperatur aufweisen, von denen eine als besonderer
Tiefkühler ausgebildet sein kann. Es ist ferner bekannt, derartige Verdampfungsstellen
derart zu schalten, daß sie durch einen und denselben Hilfsgasstrom hintereinander
durchflossen werden. Man hat dabei das arme, von dem Absorber kommende, gegebenenfalls
durch einen Gastemperaturwechsler geführte Gas zunächst an die als Tiefkühler ausgebildete
Verdampfungsstelle geführt. Nach seinem Durchgang durch den Tiefkühler wurde das
Gas bisher unmittelbar in den Raumkühler geleitet, der einer Verdampfungsstelle
höherer Temperatur entspricht.
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Endlich hat man vorgeschlagen, den aus dem Verdampfer kommenden Kältemittelhilfsgasstrom
zu unterteilen, den Hauptteil durch den üblichen Gästemperaturwechsler zu schicken
und in einem kleineren; abgezweigten Teil des Stromes im Verdampfer überschüssige
Kältemittelmengen verdampfen zu lassen, um das vom Absorber kommende Gas damit zu
kühlen. Erfindungsgemäß wird nun aus dem ersten Verdampfer, z. B. einem Tiefkühler,
strömendes Hilfsgas zuerst zum zweiten Verdampfer, z. B. einem Raumkühler, und dann
erst zum Absorber geführt, wobei zwischen beiden Verdampfern ein Gastemperaturwechsler
vorgesehen ist, in dem das von und zum ,ersten Verdampfer strömende Hilfsgas Wärme
wechselt. Dadurch wird das in den Tiefkühler strömende Gas stark unterkühlt,
das
bei Verwendung des bisher üblichen, einzigen Gastemperaturwechslers nur durch Gas
von der Temperatur des wärmeren Raumkühlers gekühlt wurde, während es jetzt .,:@:,,
Gas von der Temperatur des TiefkühlerA i . Wärmeaustausch tritt. Andererseits @%
durch den neuartig angeordneten Temperatur Wechsler die Temperatur des Raumkühlers
erhöht, da dieser wärmeres Gas als bisher b;-kommt, was für den Wirkungsgrad und
die Verringerung der Beeisungsgefahr wünschenswert ist. Gleichzeitig werden dadurch
beide Verdampfer beim Schwanken der Außentemperatur voneinander unabhängig.
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Die Erfindung soll näher unter Hinweis auf die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben werden, wobei sich weitere kennzeichnende Merkmale der Erfindung ergeben
werden.
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Es sei zunächst auf die in der Abb. I gezeigte schematische Darstellung
eines Ausführungsbeispieles hingewiesen, aus der sich die Schaltungsweise der verschiedenen
Apparatteile erkennen läßt. Die arme, aus dem in der Abbildung nicht gezeigten Kocher
eines Kälteapparats kommende Lösung strömt durch die Leitung io in den oberen Teil
des als Rohrschlinge ausgebildeten Absorbers i i. Die im Absorber angereicherte
Lösung strömt in das Speichergefäß 12 und durch die Leitung 13 über einen Flüssigkeitstemperatur=
Wechsler zur Fördervorrichtung des Kochers zurück. Das Hilfsgas, das in dem Absorber
i i arm geworden ist, strömt durch das Innenrohr eines ersten Gastemperaturwechslers
14. aufwärts und wird durch das Innenrohr eines zweiten Gastemperaturwechslers 15
weiter in den oberen Teil eines als Tiefkühler ausgebildeten Verdampfers 16 geleitet.
Im oberen Teil dieses Verdampfers mündet die flüssiges Kältemittel führende Leitung
17, die an einen nicht dargestellten Kondensator angeschlossen ist. Das Hilfsgas
nimmt im Tiefkühler 16 Kältemittel unter Erzeugung einer tiefen Temperatur auf und
wird durch das äußere Rohr des zweiten Gastemperaturwechslers 15 wieder abwärts
geleitet. Das reiche, schwere und kalte Gas nimmt einen Teil des Wärmeinhalts des
durch das Innenrohr des Gastemperaturwechslers 15 strömenden Hilfsgases auf. Dieses
Gas gelangt somit, stets stark unterkiihlt, in den oberen Teil des Tiefkühlers 16.
Vom Temperaturwechsler 15 strömt das Hilfsgas weiter in den Raumkühlverdampfer 18,
in dessen oberem Teil eine Kältemittel führende Leitung i9 mündet, die an einen
zweiten nicht dargestellten Hilfskondensator angeschlossen sein kann. Nach seinem
Durchgang durch den Raumkühler 18 ist das Hilfsgas im allgemeinen mit Kältemitteldampf
gesättigt 'und wird in bekannter Weise durch das Außenrohr des Gastemperaturwechslers
14. und weiter durch das Speichergefäß z2 in den unteren Teil des Schlingenabsorbers
i i geleitet.
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Die beiden nicht dargestellten Kondensaren, die flüssiges Kältemittel
an die Verdirlpfer 16 bzw. 18 liefern, sind derart ange ordnet und bemessen, daß
der zweite, der Kältemittel für den Raumkühler 18 liefern soll, im allgemeinen nur
dann in Tätigkeit tritt, wenn die Kühllufttemperatur hoch ist. In anderen Fällen
wird der Verdampfer 18 in bekannter Weise z. B. über einen U-Verschluß mit Kältemittel
beschickt, das nach Durchgang des Tiefkiihlers 16 noch nicht verdampft worden ist,
oder auch durch Kältemittel, das aus dem Verdampfer 16 über den Gastemperaturwechsler
15 kommt. Ein Teil dieses Kältemittels kann dabei bereits im Temperaturwechsler
i 5 verdampfen, dessen Temperatur höher als die des Tiefkühlers 16 ist. Der zweite
Gastemperaturwechsler 15 von tieferer Temperatur als der Wechsler 14 kann deswegen
eine beträchtliche Kühlwirkung ausüben sowohl auf das durch sein Innenrohr strömende
arme Gas als auch auf die umgebende Luft. Um zu verhindern, daß Kälte verlorengeht,
kann man entweder den zweiten kalten Temperaturwechsler 15 gut isolieren, .oder
man kann ihn auch, wenn er vom im Kaltverdampfer nicht verdampften Kondensat durchflossen
wird, im Innern des Kühlschrankes anordnen und ihn als zusätzlichen Raumkühler ausbilden,
wie dies in Abb.2 gezeigt ist. Vom Tiefkühler 16 der Fig. 2 geht überschüssiges
Kondensat und das kalte Gas zum zweiten kalten Gastemperaturw-echsler 15, der im
Innern des Kühlschrankes angeordnet ist, etwas oberhalb des Raumkühlers 18, in den
also die vom Temperaturwechsler 15 kommende Gasmischung sowie überschüssiges Kondensat
eintreten. Da unter den meisten Betriebsverhältnissen auch der obere Teil des ersten
an sich wärmeren Gastemperaturwechslers 14 Temperaturen aufzuweisen pflegt, die
in der Nähe der gewünschten Kühlschranktemperatur oder darunterliegen, kann, wie
in Abb. 2 gezeigt, auch dieser Teil als zusätzliche Kühlstelle für die Raumkühlung
des Kühlschrankes ausgebildet werden. Auch diesen kalten Teil des wärmeren Temperaturwechslers
14 wird man jedoch isolieren, wenn man ihn beispielsweise aus Abmessungsgründen
außerhalb des Kühlschrankes anordnet.
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Um die durch die besondere Anordnung des Gaskreises entstehenden Möglichkeiten
zur Tiefkühlung in vollem Umfang ausnutzen zu können, empfiehlt es sich, die beiden
bereits erwähnten Kondensatoren gemäß den Abb. 3 und q. anzuordnen. Die Bezugszeichen
dieserAbhildungen entsprechen denen der Abb. i und 2.
>er von dein
nicht dargestellten Kocher des Kälteapparats kommende Dampf wird durch eitle Leitung
25 an einen Wasserabscheider z6 geleitet und strömt von da aus durch das Kondensatorrohr
27, wo der Kältemitteldämpf zii kondensieren beginnt. Sowohl der Wasserabscheider
26 als auch das Kondensatorrohr 2; sind in üblicher Weise mit Kühlrippen versehen.
Das sich im Rohr 27 bildende Kondensat des Kältemittels fließt in den rechten Schenkel
28 eines als [)-Rohr ausgebildeten Flüssigkeitsverschlusses 29 ein und sammelt
sich an dessen Boden. Sobald die Spiegelhöhe genügend hoch geworden ist, läuft das
K=ondensat durch die Leitung 30 in einen zweckmäßig innerhalb der Schrankisolation
liegenden Vorkühler 31 über, wo sich ein Spiegel flüssigen Kältemittels ausbildet.
Von cla aus fließt das Kältemittel weiter durch die Leitung 17 nach dein oberen
Teil des in Abb. d. dargestellten Tiefkühlers 16. Der Vorkühler 31 ist durch zwei
Gasleitungen 32 und 33 an das Außenrohr des Temperaturwechslers 14. angeschlossen,
so daß ein Gasumlauf des reichen Gasstromes zwischen dein Temperaturwechsler und
dem Vorkühler 31 stattfinden kann. Dieser Gasumlauf bewirkt. eine Verdampfung von
flüssigem Kältemittel im Vorkühler 31. Das nach dem Tiefkühler 16 strömende Kältemittel
wird dadurch vorgekühlt, so daß es schon bei seinem Eintritt in den Tiefkühler kalt
ist.
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Der im Rohr 27 der Abb. 3 noch nicht kondensierte Kältemitteldampf
strömt im rechten Schenkel 28 des [)-Verschlusses 29 weiter nach oben und gelangt
in das zweite Kondensatorrohr d.o, wo ein weiterer Teil des Dampfes kondensiert
und flüssig in den linken Schenkel .I1 des [)-Verschlusses gelangt. Von da aus fließt
das Kondensat durch die Leitung 30 gleichfalls nach dem Vorkühler 31. Besonders
bei hoher Temperatur der Kühlluft trifft es ein, daß auch im zweiten Kondensatorrohr
.Io noch Kältemitteldämpfe unkondensiert bleiben. Diese Dämpfe, denen durch den.
[J-Verschluß 29 der Eintritt in die Verdampfer gesperrt ist, strömen in ein drittes
Kondensatorrohr 4.2, wo sie auch unter schwereren Bedingungen restlos kondensiert
werden. Das dort gebildete Kondensat gelangt in ein Rohr 38, wo es von mitgerissenem
Hilfsgas und etwa noch nicht kondensierten Kältemitteldämpfen scheidet, von wo es
durch eine Leitung 39 in das Außenrohr des zweiten in der Abb. q. gezeigten Gastemperaturwechslers
15 gelangt. Es empfiehlt sich, die Kondensatleitung 39 in bekannter Weise teilweise
durch das Innere des Gastemperaturwechslers 14. hindurchzuziehen. Dadurch wird erstens
eine Unterkühlung auch dieses Kondensators erreicht, und zweitens wird eine besondere
Durchbrechung der Kühlschrankisolation vermieden. Das im Kondensatorrohr ,.z bei
ungünstigsten Betriebsverhältnissen etwa noch nicht kondensierte Kältemittel gelangt
durch das Rohr 38 an ein Druckgefäß 37 (Abb. 3) an sich bekannter Art. Dieses
Gefäß ist durch eine Entlüftungsleitung 36 in üblicher Weise mit dein reiches Gas
führenden Teil des Temperaturwechslers i.:" verbunden. Die Arbeitsweise und Aufgaben
dieses Gefäßes sind bereits bekannt. Das Innen- bzw. Außenrohr 34 bzw. 35 des Gastemperaturwechslers
14 sind mit dem in den Abb. 3 und d. nicht gezeigten Absorber i i verbunden.
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Durch diese besondere . Anordnung des Kondensationssystems für das
Kältemittel wird zunächst erreicht, daß bei Inbetriebsetzung des Kälteapparats zuerst
entstehendes Kältemittelkondensat sehr früh unterkühlt wird, weil der Vorkühler
31 schon kurz nach dem Anstellen des Apparats in Tätigkeit tritt. Sobald also überhaupt
Kondensat in den Tiefkühler 16 gelangt, ist dies bereits so weit unterkühlt, daß
die Tiefkühlung sofort beginnt, unabhängig von der Temperatur des Kühlschrankes
und seines Raumkühlers.
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Das Anordnen des zweiten zwischen den Tiefkühler und den Raumkühler
eingeschalteten Gastemperaturwechslers macht also die beiden Verdampfer bzw. ihre
Temperatur voneinander unabhängiger als bisher und gibt gleichzeitig die N-I.öglichkeit
eines besonders schnellen Eisfrierens. Der neue Gasteinperaturwechsler kann ferner,
wie erwähnt, auch als wirksamer Kühlkörper für die Raumkühlung ausgebildet sein.
Dies isf in vielen Fällen sehr vorteilhaft, weil man dadurch die für die Raumkühlung
bestimmten Flächen vergrößert. Daher kann man diese Flächen auf einer Temperatur
über o° halten, was sehr erwünscht ist. Eine derartig hohe Raumkühlertemperatur
macht nicht nur jede Abtauvorrichtung überflüssig, sondern gestattet es ferner,
die Feuchtigkeit der Kühlschrankluft hochzuhalten, so daß ein Austrocknen des Kühlgutes
verhindert wird. Es ist dabei zweckmäßig, die kühlenden Flächen in ganz besonderer
Weise anzuordnen, damit ihre Größe nicht Schwierigkeiten für den Kühlschrankbau
ergibt. In den Abb. 5 und 6 sowie auch in der bereits erwähnten Abb. 4. ist schematisch
dargestellt, wie die verschiedenen Apparatteile im Schrankinnern besonders praktisch
angeordnet sein können. Die Abb. .1. zeigt die Anlage von der Seite gesehen, die
Abb. 5 von vorn und die Abb. 6 von oben gesehen. Die Bezugszeichen der verschiedenen
Abbildungen sind gleich gewählt. Mit 5o ist das übliche für die Einführung der Verdampfer
angeordnete Fenster in der Isolation der
Kühlschrankrückwand bezeichnet.
Die Durchführungen sowie auch der Vorkühler 31 sind in einem Isolationsstück 51
angeordnet, durch das das Fenster 5o abgedichtet wird. Die besondere Ausbildung
des Fensters und des Isolationsstückes 5o ist bereits bekannt. Wie besonders aus
der Abb. 5 hervorgeht, ist der zuoberst im Schrank angeordnete Tiefkühler 16
mit vier Fächern versehen, die je ein Kästchen aufnehmen können. Nach vorn ist der
Tiefkühler und gegebenenfalls auch das Raumkühlsvstem zweckmäßig durch eine Abdeckplatte
abgeschirmt, so daß nur die Öffnungen der Fächer von vorn sichtbar sind. Zweckmäßig
wird eine Tür zum dichten Abschließen dieser Öffnungen vorgesehen. Ferner ist der
Tiefkühler außen mit einer vorzugsweise aus halbvulkanisiertem porösem Kautschuk,
z. B. Schwammgummi, hergestellten Isolation 57
gekleidet, die mit Rippen 58
versehen ist. Durch diese Isolation sowie durch die wärmeaufnehmende Wirkung der
Rippen 58 wird gesichert, daß die der Kühlschrankluft ausgesetzte Oberfläche der
Tiefkühlerisolation auf einer Temperatur von etwa o° oder höher gehalten werden
kann. Die Rippen machen es möglich, mit einer dünneren Gummischicht auszukommen
als sonst, da sie Wärme aufnehmen und auf die gegebenenfalls glatte Oberflächenschicht
der Bekleidung verteilen. Dadurch ist ihre Beeisungsgefahr vermieden. Um jedoch
die Temperatur im Innern des Tiefkühlers stets möglichst niedrigzuhalten, ist der
Tiefkühler verhältnismäßig nahe -an den oberen und seitlichen Wandungen des Kühlraumes
angebracht, so daß er als Ganzes der Umspülung der feuchten Kühlschrankluft mit
ihrer Beeisungsgefahr möglichst entzogen ist. Während also der Tiefkühler möglichst
vor der Einwirkung umlaufender Kühlschrankluft geschützt ist, ist dagegen der Raumkühler
18 derart eingerichtet und angebracht, daß seine Berührung mit der umlaufenden Kühlschrankluft
möglichst innig wird. Die Verdampferschlinga 18 ist zu diesem Zweck in möglichst
großem Bogen seitlich um die beiden durch die Kühlschrankmitte gehenden Temperaturwechsler
i4 und 15 heroingeführt, wobei die beiden seitlichen sowie auch das hintere Rohr
mit Rippen 43 versehen sind. Die Abmessungen der verschiedenen Teile und ihrer Abstände
zueinander sind derart gewählt, daß ein möglichst kleiner Luft-@viderstand entsteht.
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Um den Umlauf der Kühlschrankluft noch weiter zu verbessern, ist ein
Schirm 52 vorgesehen, der in seiner Mitte eine von Kanten 6o umgebene Öffnung
59 aufweist und der gleichzeitig zum Aufsammeln von Tropfwasser dienen kann.
Dieses fließt, wie aus Abb. 4 hervorgeht, in einen Behälter 53 ab, der entweder
selbsttätig oder willkürlich nach außen en-,-leert werden kann. Das Abschirmen der
unteren Raumkühlerfläche hat den Zweck, zu verhindern, daß die von den Kühlrippenpaketen
43 gekühlte Luft sofort nach unten abstürzt. Sie wird statt dessen zu einem etwa
in der Mitte des Kühlraumes herabfließenden Strom gezwungen. Dieser Strom wird sich
dabei ungefähr in den von den Pfeilen angedeuteten Richtungen bewegen. Da im allgemeinen
die größte Erwärmung der Kühlschrankluft gerade an den Innenwandungen des Kühlraumes
erfolgt, entsteht durch diese Anordnung des Schirmes die größtmögliche Antriebskraft
für den Selbstumlauf der Luft. Es ist also durch die Abschirmung für eine möglichst
regelmäßige und starke Luftströmung gesorgt, was im allgemeinen für das Benutzen
von ausschließlich nullgradigen Raumkühlern von entscheidender Bedeutung ist.