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Absorptionskälteapparat Die Erfindung bezieht sich auf Absorptionskälteapparate
mit druckausgleichendem Gas. Es ist bereits bekannt, bei derartigen Apparaten, wenn
sie ohne bewegliche Teile arbeiten, Steuervorgänge im Innern .des Apparates dadurch
hervorzurufen, daß man den Inhalt eines Flüssigkeitsschlosses durch dessen Erwärmung
zur Verdampfung bringt und dadurch den Weg von Betriebsmitteln im Apparat verändert.
Als derartige Steuervorgänge wurden bereits vorgeschlagen: erhöhte Kältemittelzufuhr
zum Verdampfer, Beschleunigung des Startens des Apparates, Abtauen des Verdampfers
und Regelung seiner Kälteleistung. Die bisher bekannten Anlagen benutzen entweder
willkürliche Veränderungen durch . die menschliche Hand, besondere Wärmeübertragungssysteme
oder komplizierte und daher verhältnismäßig teuere Thermostatanlagen, um die Steuervorgänge
hervorzurufen, die .die Kälteleistung,des Verdampfers verändern sollten.
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Die vorliegende Erfindung löst Steuervorgänge im Apparat dadurch aus,
daß sie die Vorgänge im Verdampfer selbst dazu benutzt, ein Flüssigkeitsschloß durch
Verdampfung seines Inhalts zu öffnen und dadurch die Kälteleistung,des Verdampfers
zu verändern.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel .dargestellt, in dem
das flüssiges Kältemittel enthaltende Flüssigkeitsschloß, das durch Verdampfung
seines Inhalts Kocherdämpfen neue Wege öffnet, eben durch erhöhte Verdampferbelastung
geöffnet wird.
Es ist ferner bereits bekannt, derartige Apparate
finit unterteiltem Kondensator zii versehen und von den Unterteilungsstellen des
Kondensators das verflüssigte Kälteinittel verschiedenen Verdampferteilen zuzu-.
führen. Gemäß weiterer Erfindung wird der durch die Öffnung des Flüssigkeitsschlosses
ausgelöste Steuervorgang dazu benutzt, die bei geschlossenem Flüssigkeitsschloß
die l@ondensatorteile hintereinander durchziehenden Kocherdämpfe in Parallelschaltung
zu verändern. Hierdurch erreicht man den Vorteil, daß man den stärker belasteten
Verdampferteil entsprechend mehr Kondensat zuführen kann als er in der \ornialschaltung
erhalten würde.
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In der Figur ist mit io der Kocher, mit i i der Kondensator, mit 1a
der Verdampfer und mit 13 -der Absorber bezeichnet, die in bekannter Weise durch
Leitungen miteinand--r verbunden sind. Der Apparat enthält eine Lösung von Kältemittel,
z. B. Ammoniak, in einer Absorptionsflüssigkeit, z. B. Wasser, und ein Hilfsgas,
z. B. @@asserstof.
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Der Kocher io wird in beliebiger Weise, z. B. durch einen Gasbrenner,
beheizt, dem das Gas durch die Hauptleitung 15 zugeführt wird. Durch die Erhitzung
mittels des Brenners 14, wird Kä lteinitteldampf im Kocher io aus der Lösung ausgetrieben.
Dieser Dainpf steigt im Standrohr 16 und in einer Leitung 17 aufwärts zum luftgekühlten
Kondensator i i, wo er verflüssigt.
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Der Kondensator i i besteht aus einem oberen Teil i i" und einem unteren
Teil i iv. Ini oberen Teil i ia des Kondensators verflüssigt Kältemittel, läuft
in einen Gasabscheideraum 18 un.d von dort durch eine Leitung i9 in den Verdampfer
12. Kältemittel, das noch nicht im oberen Teil i i" des Kondensators verflüssigt
worden ist, tritt vom Gasabscheideraum 18 in den unteren Teil i ib des Kondensators
und verflüssigt dort. Vom unteren Kon;lensatorteil läuft die Flüssigkeit in den
weiteren Gasabschei.derauni 2o und von dort durch eine Leitung 2i in den Verdampfer
12.
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Der Verdampfer 12 liegt in einem Raum 22 innerhalb der Isolation 23
eines Kühlschrankes o. dgl. Flüssiges Kältemittel verdampft im Verdampfer 12 in
das Hilfsgas, das durch eine Leitung 2.I in den Verdampfer eintritt. Das entstehende
reiche Gas strömt vom oberen Teil des Verdampfers durch eine Leitung 25, die Innenleitung
26 eines Gastemperaturwechslers 27 und Leitung 28 in den unteren Teil des Absorbers
13.
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Im Absorber 13 strömt das reiche Gas im Gegenstrom zur abwärts rieselnden
armen Absorptionslösung, die durch eine Leitung 29 in den Absorber eintritt. Die
Absorptionslösung wäscht das Gas arm, und das arme Gas strömt vom Absorber 13 durch
eine Leitung 3o, die äußere Leitung 31 des Gastemperaturwechslers 27 und Leitung
24 in den unteren Teil des Verdampfers 12.
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Der Gasumlauf kommt im Ausführungsbeispiel durch die Gewichtsunterschiede
der beiden Gasschenkel in den inneren und äußeren Leitungen 26 bzw. 31 des GastemperaturwechslerS
z; zustande. Das schwerere reiche Gas fällt abwärts, wenn das leichte arme Gas aufsteigt.
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Im Absorber angereicherte Absorptions Lösung strömt vom unteren Teil
des Absorbers 13 durch eine Leitung 32, die äußere Leitung des Flüssigkeitstemperaturwechslers
33 und Leitung 34 in den Kocher io. In ihm wird die Lösung durch das Steigrohr 35
zu einer höheren Spiegelhöhe gehoben, die höher als das Ende der Leitung 29 liegt.
Von hier fließt ,die Lösung zurück durch das Standrohr 16 zum Kocher. Aus der Lösung
im Kocher io ausgetriebener Kältemitteldampf strömt zusammen mit dem Pumpgas der
Steigleitung 35 im Standrohr 16 aufwärts und durch Leitung17 zum Kondensator i i.
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Die Absorptionslösung, aus der das Kältemittel ausgetrieben ist, strömt
vom Kocher io durch Leitung 36, die innere Leitung des Flüssigkeitstemperaturwechslers
33 und Leitung 29 zu dem oberen Teildes Absorbers 13. Der Umlauf der Lösung kommt
durch das Heben von Flüssigkeit in der Steigleitung 35 zustande. Die Absorptionswärme
im Absorber 13 wird an ein Kühlmittel übertragen, das im Ausführungsbeispiel die
Schlange 37 durchläuft, die in wärmeleitender Verbindung mit dem Absorber steht.
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Das untere Ende des Kondensators i i ist durch eine Leitung 38, das
übliche Druckausgleichsgefäß 39 und Leitung 4o an das Gaskreislaufsystem angeschlossen,
z. B. an den oberen Teil des Gastemperaturwechslers 27. Hilfsgas kann daher aus
dem Kondensator in den Gasumlaufkreis entlüftet werden. Kältemitteldampf, der im
Kondensator i i nicht verflüssigt ist, strömt durch Leitung 38, um das Hilfsgas
aus dem Gefäß 39 herauszudrücken, und es von hier durch Leitung 40 in den Gaskreislauf
zu pressen. Hierdurch wird der Gesamtdruck im System vergrößert, wodurch ein ausreichender
Kondensationsdruck geschafft wird, um die Verflüssigung der Kä ltemitteldämpfe im
Kondensator i i zu erreichen.
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Der Verdampfer 12 besteht aus einem oberen Teil 12" und einem unteren
Teil 12h. Beide Teile sind hintereinandergeschaltet, wobei das Hilfsgas aufwärts
im Gegenstrom zum flüssigen Kältemittel strömt, das durch die Leitungen i9 und 21
in den Verdampfer
eintritt. Da .das arme Gas in den unteren Teil
121, des Verdampfers durch Leitung 24 eintritt und reiches Gas durch Leitung 25
den oberen Teil i?-" ,des Verdampfers verläßt, hat das Gasgemisch im oberen Verdampferteil
12Q einen höheren Kältemittel-Partialdruck als der untere Verdampferteil. Die Verdampfungstemperatur
im unteren Verdampferteil 12b ist .daher niedriger. Der obere Verdampfertei112Q
ist vornehmlich zur Kühlung des Raumes 22 bestimmt und mit Kühlrippen 41 versehen,
um seine Kühloberfläche zu vergrößern.
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Der untere Verdampferteil 12b hat im Verhältnis dazu kleinere Wärmeübergangsflächen
und dient zum Frieren von Eiswürfeln und zur Schnellkühlung. Der untere Verdampferteil
ist schematisch in,der Form einer Schlange dargestellt, die in Wandungen 42, wie
gestrichelt dargestellt, eingebettet oder in anderer Art in wärmeleitende Verbindung
mit ihnen gebracht sein kann. Eine derartige Wandung enthält, wie allgemein bekannt,
mehrere Kühlkammern zum Einsetzen von Kästchen zur Eisbereitung oder zum Schnellfrieren
anderer Gegenstände.
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Der beschriebene Apparat wird zweckmäßig durch eine Thermostatanordnung
43 gesteuert, die durch die Temperatur des Verdampfers 12 beeinflußt wird. Wie in
der Figur dargestellt, ist der Fühlkörper 43 der Thermostatanlage in wärmeleitender
Verbindung mit dem Boden des unteren Verdampferteiles 12b. Der Fühlkörper ist- idurch
eine Leitung 44 mit dem Steuerorgan 45 verbunden, das das Gas in der Leitung 15
steuert. Der Fühlkörper 43 und die Leitung 44 sind in bekannter Weise mit einem
Druckmittel bekannter Art gefüllt, das die Steuerimpulse der Verdampfertemperatur
auf die Gasleitung überträgt.
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Wenn die Temperatur im unteren Verdampferteil 12b z. B. wegen stärkerer
Belastung -des Verdampfers steigt, stellt der Fühlkörper 43 über sein Steuerorgan
45 einen vergrößerten Gaszutritt zum Brenner 14 her, so -daß der Kocher io stärker
beheizt wird. Unter diesen Umständen wird im Kocher io mehr Kältemitteldampf ausgetrieben,
so .daß auch mehr im Kondensator i i verflüssigt und ,dem Verdampfer 12 zuläuft.
Wenn andererseits die Temperatur des unteren Verdampfer-. teiles 12b abnimmt, vermindert
der Thermostat die Gaszufuhr zum Brenner und damit die Wärmezufuhr zum Kocher io.
Demzufolge wird weniger Kältemitteldampf -im Kocher ausgetrieben, weniger kondensiert
und weniger flüssiges Kältemittel dem Verdampfer 12 zugeführt.
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Wenn Kästchen zum Eisfrieren in die Wandungen 42 des unteren Verdampferteilesi2b
eingesetzt werden, köznnte der Fall eintreten, daß kein flüssiges Kältemittel mehr
bis zum unteren Teil des Verdampferteiles 12b -gelangt. Dies kann beispielsweise
sich ereignen, %venn -die Belastung des Verdampfers zu einer Zeit erhöht wird, in
welcher die Raumtemperatur niedrig und die Wärmezufuhr zum Kocher io gering ist.
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Unter diesen, als Beispiel gegebenen, Bedingungen verflüssigt aller
Kältemitteldampf bereits im oberen Teil ii" des Kondensators und läuft durch Leitung
i9 in den oberen Teil 12" des Verdampfers und von dort nach dem unteren Verdampferteil
I2b. Wird die Belastung dieses Verdampferteils nun noch erhöht, z. B. :durch das
Einsetzen von Wasserkästchen, soerreichtunter Umständen kein flüssiges Kältemittel
mehr den untersten Teil des unteren Verdampferteiles 12b, weil durch Leitung 21
in den unteren Verdampferteil i2b kein Kältemittel tritt und -das zum oberen Verdampferteil
12, tretende Kältemittel schon: an höherer Stelle verdampft. Erreicht nun kein flüs
iges Kältemittel den unteren Teil .des unteren Verdampferteiles 12b, so wird unter
normalen Verhältnissender Fühlkörper 43 wegen der ansteigenden Temperatur die Wärmezufuhr
zum Kocher io vergrößern.
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Wird aber unter diesen Betriebsbedingungen -die Heizung des Kochers
io vergrößert, so wird die Gleichmäßigkeit der Temperatur, auf der man den Kühlraum
22 halten- will, gestört. Ist nämlich die Raumtemperatur niedrig und die Wärmezufuhr
zum Kocher io gering, so könnte die vom Verdampfer 12 gelieferte Kälteleistung an
sich ausreichend sein, um den Raum 22 auf der gewünschten niedrigen Temperatur zu
halten, auch wenn :der untere Teil des Verdampfers mehr belastet wird. Wird jedoch
jetzt die Wärmezufuhr zum Kocher durch die Thermostatvorrichtung 43 vergrößert,
weil kein flüssiges Kältemittel in den unteren Teil :des unteren Verdampferteiles
i2b tritt, so muß mehr flüssiges Kältemittel in den Verdampfer eintreten. Außer
der erhöhten Kältemittelmenge, die für die erhöhte Belastung des unteren Verdampferteiles
erforderlich ist, wird auch eine zusätzliche verstärkte Kühlung des Raumes 22 eintreten,
die damit unter den gewünschten Betrag sinken kann.
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Erfindungsgemäß wird dieser :Nachteil beseitigt, indem die Zufuhr
von flüssigem Kältemittel zum oberen Teil 12" des Verdampfers verringert wird, dafür
aber flüssiges Kältemittel direkt zum unteren Verdampferteil 12b geführt wird, wenn
der Kältemittelbetrag in diesem Verdampferteil nicht ausreicht, um die Belastung
zu decken.
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In der Zeichnung ist schematisch eine Lösung dieser Aufgabe gezeigt.
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Am unteren Ende des unteren Verdampferteils
I-21,
ist ein Gefäß 46 vorgesehen, in dem sich flüssiges Kältemittel sammeln kann. Das
Gefäß 46 kann als ein Teil des unteren Verdampferteiles i2b angesehen werden und
kann auch in die unterste Schlinge hineingelegt werden oder in anderer Weise in
wärmeleitende Verbindung mit der Wand 42 gebracht werden. An das Gefäß 46 ist das
eine Ende einer Entwässerungsleitung 47 angeschlossen, die einen Flüssigkeitverschluß
48 enthält. Das andere Ende der Entwässerungsleitung 47 ist mit der inneren Leitung
26 des Gastemperaturziechslers 27 verbunden, so daß überschüssige Flüssigkeit vom
unteren Verdampferteil 12b entwässert werden kann. Statt überschüssiges Kältemittel
direkt vom Boden des unteren Verdampferteiles 12b in üblicher Weise zu entwässern,
ist also das Gefäß 46 vorgesehen, in dem sich flüssiges Kältemittel bis zu einer
bestimmten Spiegelhöhe aufspeichert, bevor die Entwässerung in den Gastemperaturwechsler
27 eintritt.
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An den Boden des Gefäßes 46 ist das eine Ende einer Leitung 49 angeschlossen,
deren anderes Ende in einem Behälter 5o mündet. Der Teil der Leitung 49, der dicht
am Behälter 5o liegt, ist bei 51 zu einer Schlaufe ausgebogen und mit Kühlrippen
versehen, um als Hilfskondensator dienen zu können. Der untere Teil des Behälters
5o ist durch eine Leitung 52 mit der Leitung 17 verbunden, und ein oberer Teildes
Behälters steht durch eine Leitung 53 mit dem oberen Teil der Kammer 18 in Verbindung.
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Die Leitung 52, Behälter 5o und Leitung 53 bilden einen Nebenschluß
zum oberen Kondensatorteil iia, so daß Kältemitteldampf, der vom Kocher io heraufkommt,
unmittelbar zum unteren Kondensatorteil 11b treten kann. Das Gefäß 46 und der Behälter
5o bilden mit ihrer Verbindungsleitung 49 zusammen ein Flüssigkeitsschloß.
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Wenn die Flüssigkeitsmenge im Gefäß 46 so groß ist, daß der Flüssigkeitsspiegel
im Behälter 5o höher steht als die Mündung der Leitung 52, so sperrt die Flüssigkeit
im Beh-lter 5o den Nebenschluß für die Kocherdämpfe ab. Unter diesen Bedingungen
tritt also der Kocherdampf durchLeitung 17 hintereinander durch die beiden Kondensatorteile
i i" und i i.. Alles flüssige Kältemittel. das in den Verdampfer 12 durch Leitung
i9 tritt; strömt zuerst in den oberen Verdampferteil 12" und die nicht verdampften
Teile weiter in den unteren Verdampferteil I2b, während weiteres flüssiges Kältemittel,
das im unteren Kondensatorteil kondensiert ist, durch Leitung 21 direkt in den unteren
Verdampferteil 12b strömt.
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Wenn jedoch bei erhöhter Verdampferbelastung das flüssige Kältemittel
im Gefäß 46 schneller verdampft als es wieder zuläuft, dann sinkt der Spiegel im
Gefäß 46. Dies kann z. B. beim Einsetzen von Wasserkästchen in den unteren Verdampferteil
12b erfolgen. Sinkt demzufolge der Spiegel im Gefäß 46, so sinkt entsprechend der
Spiegel im Behälter 5o, bis sich das Flüssigkeitsschloß öffnet und Kältemitteldampf
vom Kocher io durch Leitung 52, Behälter 50, Leitung 53 und Kammer 18 unmittelbar
zum unteren Kondensatorteil i 1b treten kann.
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Dann strömt also Kältemitteldampf in parallelen Strömen durch die
Kondensatorteile iia und IIb. Es wird daher im oberen Teil i i" weniger und im unteren
Teil I Ib verhältnismäßig mehr Kältemittel kondensieren. Das im unteren Kondensatorteil
i i, verflüssigte Kältemittel fließt unmittelbar in den unteren Verdampferteil 12b,
um dessen Kälteleistungsfähigkeit zu erhöhen. Da unter diesen Umständen weniger
Kältemittel im oberen Kondensatorteil i i" verflüssigt, fließt auch weniger Kältemittel
dem oberen Verdampferteil 12" zu. Unter diesen Umständen wird also die Kälteleistung
des unteren Verdampferteiles 12b erhöht und die des oberen Ver-,dampferteiles 12"
verringert. Nun kann also eine erhöhte Verdampferbelastung erfolgen, ohne die Kälteleistung,
die der Raumkühlung dient, entsprechend zu erhöhen.
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Durch die Einführung des Hilfskondensators 51 wird Kältemitteldampf
im Flüssigkeitsschloß kondensiert, wenn der Kälteapparat angelassen wird, so daß
ein Übertritt von Kältemitteldämpfen aus der Leitung 17 in den unteren Teil des
unteren Verdampferteiles 12b verhindert wird. Während des Betriebes des Kälteapparates
sichert der Kondensator 51, daß stets Flüssigkeit im Flüssigkeitsv ersdlluß 49 verbleibt.
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Die Erfindung ist dicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt.