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Kontinuierlich arbeitender Absorptionskälteapparat mit Hilfsgas Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln des Betriebes von insbesondere ölbeheizten
Haushaltsabsorptionskälteapparaten mit Hilfe eines regelbaren, indirekten Wärmeübertragungssystems
und bezweckt u. a. das Ab- und Anstellen der Kälteerzeugung, die Temperaturregelung
- und das Abtauen bei wärmebetriebenen Kälteapparaten zu vereinfachen.
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Für den Betrieb von Kälteapparaten, die ohne bewegliche Teile arbeiten,
werden häufig Wärmequellen benutzt, die selbsttätig schwer oder gar nicht regelbar
sind, wie z. B. Ölbrenner, so daß man, um den Betrieb der Kälteanlage zu regeln,
auf besondere Vorrichtungen angewiesen ist, um die Kühlschranktemperatur beeinflussen
zu können. Es ist bereits vorgeschlagen, bei ölbeheizten Absorptionskälteapparaten
ein regelbares, indirektes Wärmeübertragungssystem zu benutzen, durch das thermostatisch
oder willkürlich die Temperatur des vom Kälteapparat gekühlten Kühlschrankes geregelt
werden kann, und zwar dadurch, daß das Übertragungssystem je nach Bedarf größere
oder kleinere Wärmemengen von außen in den Kühlschrank hinein überträgt. Dadurch
ließ sich die Kühlschranktemperatur trotz fortdauernder Kälteerzeugung im Verdampfer
auf dem gewünschten Betrag halten. Jedoch war das Abtauen des Verdampfers durch
eine derartige Vorrichtung schwer oder sogar unmöglich, da die Kälteerzeugung in
dem beeisten Verdampfer nicht unterbrochen wurde. Es ist ferner bereits vorgeschlagen,
die Kälteerzeugung dadurch zu unterbrechen, daß Kocherdämpfe unmittelbar in den
Verdampfer eingeleitet werden, wobei eine Regelung dadurch erreicht wurde, daß ein
durch zusätzliche Wärme aufreißbarer Flüssigkeitsverschluß im Wege der Kocherdämpfe
zum Kondensator vorgesehen wurde. Das Aufreißen dieses Verschlusses sollte nach
den bisherigen Vorschlägen durch mittels Luftklappen
regelbare
Kanäle für Schornsteingase erfolgen. Eine derartige Regelung durch. klappengestenerte
Gaswege ist bei Gasheizung leicht durchführbar, kann aber unter Umständen zu unerwünschter
Rückwirkung auf die Heizquelle führen, wenn es sich um Ölheizung handelt. Man hat
deswegen auch vorgeschlagen, den Flüssigkeitsverschluß durch eine elektrische Wärmepatrone
aufzureißen.
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Die Erfindung sieht nun eine Regelung der Verdampfung des Kältemittels
dadurch vör, daß durch Regelung der Wärmeübertragung eines an sich bekannten regelbaren
Wärmeübertragungssystems trotz ununterbrochener Kocherheizung die Zufuhr von flüssigem
Kältemittel zum Verdampfer des Kälteapparates mittelbar oder unmittelbar veränderlich
wird.
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Die Erfindung soll unter Hinweis auf die anliegenden Zeichnungen näher
-beschrieben werden, wobei sich weitere kennzeichnende Merkmale der Erfindung ergeben
werden.
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In der Abb. i ist ein mit Tiefkühler und Raumkühler versehener Absorptionskälteapparat
schematisch dargestellt, der mit Ammoniak, Wasser und einem Hilfsgas, z. B. Wasserstoff,
arbeitet. Mit io ist der Kocher des Kälteapparates bezeichnet und mit i i ein die
Absorptionsflüssigkeit nach und von dem Kocher führender Temperaturwechsler. Im
Absorber 12, der als ein mit Kühlrippen versehener Schlingenabsorber ausgebildet
ist, nimmt arme Lösung Ammoniak auf und wird über ein Speichergefäß 13 in die äußere
Schlinge des Temperaturwechslers geleitet. Die aus dem Kocher io durch eine Ölflamme
oder einen Dauerbrandofen oder eine andere schwer regelbare Wärmequelle ausgetriebenen
Kälternitteldämpfewerden durch das Rohr 14 zunächst zu einem Wasserabscheider 17
geleitet, von wo aus die getrockneten Dämpfe in die Kondensatorschlinge 15 gelangen,
wo sie ganz oder teilweise kondensieren. Das Kondensat sammelt sich zunächst in
dem als Flüssigkeitsverschluß ausgebildeten Rohr 31, bis der Spiegel so weit gestiegen
ist, daß weitere Kältemittelmengen durch das Rohr 37 in den Raumkühler ig gelangen.
Etwa nicht verdampfbare Kältemittelmengen strömen durch die Rohre 32 und 28 in den
unterhalb des Raumkühlers i9 belegenen, als Schlinge ausgebildeten Tiefkühlverdampfer
18. Durch die gleiche Leitung gelangt ferner in den Verdampfer 18 das Kondensat,
das aus dem zusätzlichen -Kondensator 16 in das Rohr 33 einfließt. Der Kondensator
16 tritt nur bei verhältnismäßig hohen Kühllufttemperaturen in Tätigkeit, indem
im ersten Kondensator 15 nichtkondensierbare Kältemitteldämpfe im Rohr 31 vom Kondensat
abgeschieden werden und aufwärts in die Schlinge 16 gelangen. Die Verdampfung in
den Verdampfern ig und 18 erfolgt in einem Hilfsgasstrom, der durch die Leitung
5i und den Gastemperaturwechsler 26 zunächst durch das Rohr 24 in den Tieflcühler
18 gelangt, wo das arme Gas bei der im Tiefkühler vorhandenen Temperatur mit Kältemittel
gesättigt wird und in den äußeren Mantel des Gastemperaturwechslers 26 gelangt.
Nach Durchgang dieses Wechslers strömt das angereicherte Gas durch das Rohr 5o zum
Absorber 12 zurück. Ein Teil des reichen .Gases gelangt aber durch die Leitung 35
in den Raumkühler 1g, wo es bei höherer Temperatur noch weiteres Kältemittel aufnimmt,
wobei es noch schwerer wird und worauf es durch die Leitung 34 wieder zum Gastemperaturwechsler
zurückströmt. An dem reiches Gas führenden Wechslerteil ist ferner die zu dem üblichen
sog. Druckgefäß führende Leitung 36 angeschlossen. Etwa im Druckgefäß 30 kondensierendes
Kältemittel fließt durch das Rohr 33 und die Leitung 28 in den Verdampfer 18 zurück.
Der dargestellte Apparat ist besonders für die Kühlung größerer Haushaltskühlschränke
geeignet, bei denen die Raumkühlung erheblicher Kältemengen bedarf. Der Kältebedarf
schwankt aber bekanntlich erheblich bei schwankender Lufttemperatur. Einerseits
soll die Schranktemperatur noch bei Kühllufttemperaturen von 4o° C tief bleiben.
Um. dies zu erreichen, ist, wie aus der Abbildung hervorgeht, die Anordnung der
Kondensatoren 15 und 16 derart getroffen, daß in erster Linie der Raumverdampfer
19 mit Kältemittel beschickt wird. Erst wenn in ihm noch flüssiges Kältemittel
übrigbleibt oder wenn die Kondensa- i tion im Kondensator 15 nicht ausreicht, so
daß der Kondensator 16 wirksam wird, wird der Tiefkühler 18, der im allgemeinen
zusätzlich für die Raumkühlung benutzt werden kann, mit Kältemittel aus dem Raumkühler
ig bzw. aus dem Kondensator 16 beschickt. Diese Bevorzugung der Kältemittelzufuhr
zum Raumverdampfer ig bewirkt aber andererseits, daß bei verhältnismäßig niedriger
Lufttemperatur die Raumkühlung des Schrankes zu stark werden kann, was für das im
Schrank aufbewahrte Kühlgut schädlich werden könnte.
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Die Erfindung löst nun die Aufgabe, willkürlich oder selbsttätig die
Regelung der Kälteerzeugung trotz fortdauernder Kocherheizung zu ermöglichen und
dadurch eine möglichst zweckmäßige Kühlung des Kühlraumes zu sichern, wobei auch
der Betrieb der Gesamtanlage bestmöglich geregelt wird.
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Zu diesem Zweck ist gemäß der Erfindung ein regelbares; geschlossenes,
Flüssigkeit enthaltendes
Übertragungssystem bekannter Art vorgesehen,
dessen Kochstelle 6o in wärmeleitender Verbindung mit dem Kocher io des Kälteapparates
zweckmäßig innerhalb der nicht dargestellten Isolation des Kochers angeordnet ist.
Die Flüssigkeit am Übertragungssystem ist zweckmäßig derart gewählt, daß bei der
üblichen Kochertemperatur eine Verdampfung erfolgt. Die sich bildenden Dämpfe gelangen
durch eine Leitung 61 in den den Flüssigkeitsverschluß 31 mantelartig umgebenden
Kondensator 62, wo sie unter Abgabe ihres Wärmeinhaltes kondensieren. Das gebildete
Kondensat fließt durch die Leitung 63 in einen Speicher 64 ab. Der Speicher 6.4
ist durch Leitung 65 mit der Kochstelle 6o verbunden. Am tiefsten Punkt der Leitung
65 ist ein Ventil 66 vorgesehen, durch das der Rücklauf der Flüssigkeit zur
Kochstelle mehr oder weniger freigegeben bzw. gesperrt werden kann. Statt einer
verdampfbaren Flüssigkeit kann man auch mit einem flüssig bleibenden Mittel arbeiten,
das durch Schweredifferenzen zum Umlauf gebracht wird.
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Die auf den Flüssigkeitsverschluß 31 übertragene Wärme bewirkt eine
Verdampfung von in ihm gespeichertem flüssigem Kältemittel. Die dabei entstehenden
Gasblasen bewirken ein Hochpumpen des Kondensats, das somit in die Leitung 53 überläuft
und durch die arme Gasleitung 51 weiter in den Absorber 12 gelangt. Das Fortpumpen
des gesamten Kondensats aus dem Verschluß 31 würde eine sichere Beschränkung oder
ein Aufhören weiterer Kältemittelzufuhr zum Verdampfer ig bewirken, dessen Temperatur
unter Umständen schon dadurch steigen wird. Im allgemeinen ist es jedoch nicht nötig,
eine so starke Wärmezufuhr zum Flüssigkeitsverschluß 31 hervorzurufen, daß alles
aus dem Kondensator 15 gelangende Kältemittel zum Absorber übergepumpt wird. Es
genügt bereits, das Pumpen auf einen Betrag zu begrenzen, bei dem genügend Kältemittel
in die Leitung 51 bzw. in den Absorber gelangt, um das arme Gas so anzureichern,
daß weitere Verdampfung bei der in den Verdampfern ig und 18 vorhandenen, im allgemeinen
tieferen Temperatur nicht mehr möglich ist oder der Gasumlauf im Apparat zum Stillstand
kommt. Wenn nämlich das arme Gas in der Leitung 51 mit Kältemitteln beladen wird,
nimmt seine Schwere derart zu, daß der Gasumlauf durch die Verdampfer praktisch
ganz aufhört. Hierdurch erreicht man besondere Vorteile, die später näher beschrieben
werden sollen.
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Das Ventil 66 des Übertragungssystems braucht im allgemeinen
nur gegen Flüssigkeit zu dichten und kann deswegen von einfacher Art sein. Dies
trifft besonders zu, wenn man als Übertragungsmittel eine Flüssigkeit wählt, deren
Dampf noch bei der im Übertragungssystem herrschenden Temperatur einen niedrigen
Druck hat, der sogar weniger als i Atm. sein kann. Wie üblich, empfiehlt es sich,
das System vor dem Einfüllen des Übertragungsmittels zu evakuieren, doch kann zur
Festlegung des Kochpunktes auch ein Zusatzgas erwünscht sein. Das Ventil
66 kann für willkürliche Bedienung eingerichtet sein oder mit einer nicht
dargestellten Thermostatanlage bekannter Art zusammenarbeiten. Die Thermost.atanlage
kann, wie üblich, im Kühlschrank ihren Fühlkörper haben, der mit der Steuervorrichtung
des beispielsweise als Gefrierthermostat ausgebildeten Thermostaten verbunden ist.
Der Thermostat wird zweckmäßig derart ausgebildet, daß er in bekannter Weise willkürlich
aus- und eingeschaltet werden kann, unabhängig von der jeweiligen Stellung des Ventils
66. Will man z. B. schnell Eis frieren, wird der Thermostat so eingestellt, daß
das Ventil 66
geschlossen gehalten und somit jede Übertragung von Wärme an
den Flüssigkeitsverschluß 31 verhindert wird. In einer zweiten Stellung des Thermostaten
tritt die normale thermostatische Regelung der Wärmeübertragung des Hilfssystems
in Abhängigkeit von der Kühlschranktemperatur ein. In einer dritten Stellung bleibt
das Ventil,66 unabhängig von der eingestellten Regeltemperatur des Thermostaten
offen, wenn z. B der Verdampfer willkürlich abgetaut werden soll. Um den einmal
eingeleiteten Abtauvorgang zu beenden, können verschiedene bereits vorgeschlagene
Einrichtungen, die z. B. auf Dicke der Eisschicht oder eine Höchsttemperatur arbeiten,
mit dem Thermostaten verbunden werden, so daß das Ventil 66 nach beendigtem Abtauen
selbsttätig wieder schließt und erst beim erneuten Ansprechen des Thermostaten bei
zu tief sinkender Kühlschranktemperatur wieder öffnet.
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Wie bereits erwähnt, kann das Übertragungssystem derart eingerichtet
sein, daß. nur ein Teil des Kältemittelkondensats in die Leitung 53 übergepumpt
wird. Das übrige Kondensat wird durch die Leitung 37 bzw. 33 in den Verdampfer geführt.
Wegen des Stillsitzens des Gasumlaufs kann dieses Kondensat jedoch nicht zum Verdampfen
kommen. Es empfiehlt sich deswegen, wie bereits vor= geschlagen, den Verdampfer
derart auszubilden, daß diese Kältemittelmengen dort gespeichert werden. Zu diesem
Zweck können, wie aus der Abb. i ersichtlich, besondere Stauplatten 2o vorgesehen
werden sowie auch ein mit ' Entwässerungsorganen 42, 4.3 versehener größerer Speicher
40. Die Speicherung von flüssigem Kältemittel kann auch statt im Verdampfer außerhalb
des Kühlraumes
erfolgen, wobei es nach dem Wiedereinsetzen des
Gasumlaufs durch bereits vorgeschlagene Vorrichtungen in den Verdampfer hineingepumpt
werden kann. Der Vorteil der Kondensatspeicherung liegt darin, daß man bei zu tiefer
Kühlschranktemperatur, also eingeschaltetemÜbertragungssystem, und vorübergehender
plötzlicher Steigerung des Kältebedarfs, etwa zum Eisfrieren oder Schnellkühlen,
genügende Mengen von bereits flüssigem Kältemittel zur Verfügung hat. Dessen Verdampfung
kann sofort erfolgen, sobald der Gasumlauf bei aufhörender Wärmeübertragung des
Hilfssystems einsetzt. Wegen der fortdauernden Beheizung des Kochers darf man jedoch
nur so viel Kältemittel aufspeichern und dadurch dem Kreislaut entziehen, daß trotz
der dadurch eintretenden Verarmung der Lösung das Pumpen der Pumpe 67 sich ungestört
fortsetzt, um eine Überhitzung des Kochers zu vermeiden. Doch läßt sich diese Gefahr
der Überleitung von Kocher und Pumpe auch beseitigen, indem man das Übertragungssystem
in bekannter Weise als Überhitzungsschutz ausbildet.
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Vergleicht man die Anordnung gemäß Abb. i mit den bereits überall
käuflichen Kälteapparaten einer Standardtype, ergibt sich, daß die für den Anbau
des Übertragungssystems nötigen Änderungen sehr geringfügig sind. Außer dem neuen
Übertragungssystem sind nur der Flüssigkeitsverschluß 31 und die Leitung 53 zusätzlich
angebaut. Es ist praktisch möglich, auch diese Änderungen noch zu vereinfachen,
wie Abb.2 zeigt, deren Bezugszeichen denen der Abb. i entsprechen. Der Kälteapparat
gemäß Abb.2 einer anderen Standardtype hat nur eine Kondensatorschlinge
15, die -durch, das Rohr 1q., das teilweise als Wasserabscheider ausgebildet
sein kann, vom Kocher io mit Kältemitteldämpfen beschickt wird. Die Kühlrippen 72
des Kondensators sind nach unten verlängert und durch eine Verstrebung 73 verbunden.
Das Kondensat wird zu einem Gasabscheider 7d., der durch die übliche Hilfsgasentlüftungsleitung
71 mit dem Absorber verbunden ist, geführt und fließt weiter durch die Leitung 7o
nach dem Verdampfer des Kälteapparates. Die Entlüftungsleitung 71 ist -als umgekehrtes
[)-Rohr ausgebildet. Der Kondensator62 des Wärmeübertragungs-.y stems kann nun einfach
durch Löten, Schweißen oder sonstige metallische Verbindung mit der Kondensat führenden
Leitung 70 wärmeleitend verbunden werden. Unter Umständen empfiehlt es sich,
den Kondensator 2i sowie den von ihm berührten Teil der Leitung 70 gegen
Wärmeausstrahlung zu isolieren. Der Kocher 6o des übertragungssystems *ist in analoger
Weise mit dem Kocher io des Kälteapparates wärmeleitend verbunden. Sobald nun, sei
es durch die selbsttätige Wirkung des Thermostaten oder durch willkürliche Umstellung
seines Ventils 66, Wärme an das Rohr 7o übertragen wird, tritt eine Dampfentwicklung
aus dem hinunterströmenden Kältemittelkondensat ein, die ein Hochpumpen des Kondensats
in den Leitungen 70 und 71 bewirkt, so daß das Kältemittel flüssig oder dampfförmig
über die Leitung 71 unbenutzt in .den Absorber gelangt. Auch in diesem Falle kann
man das hochgepumpte Kondensat durch zusätzliche Mittel aufspeichern und nur den
Gasumlauf zum Stillstand bringen.
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Die Erfindung ist nicht auf die schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt. Die Ausbildung des Wärmeübertragungssystems, der Thermostatanlage, Abtauvorrichtungen
usw. kann beliebig sein. Das Verfahren gemäß der Erfindung kann außer bei Ölheizung
auch bei allen Arten von wärmebetriebenen Kälteapparaten benutzt werden, und zwar
nicht nur zur Regelung der Kühlschranktemperatur, die bei gasbeheizten oder elektrisch
betriebenen Kälteapparaten an sich einfach ist, sondern auch zum Ausgleich der Schwankungen
in der Beanspruchung des Apparates, die wegen der bei Luftkühlung schwankenden Kühlmitteltemperaturen
stets auftreten.