DE707855C

DE707855C - Absorptionskaelteapparat

Info

Publication number: DE707855C
Application number: DEP78883D
Authority: DE
Inventors: Hugo Malcolm Ullstrand
Original assignee: Platen Munters Refrigerating System AB
Current assignee: Platen Munters Refrigerating System AB
Priority date: 1938-03-24
Filing date: 1939-03-21
Publication date: 1941-07-05

Description

Absorption'skälteapparat 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 besondere komplizierte und daher verhältnismäßig teure Thermostatanlagen, um die Steuervorgänge hervorzurufen, die die Kälteleistung des Verdampfers verändern sollten.

Die vorliegende Erfindung löst Steuervorgänge im Apparat, d. h. die Eröffnung neuer Wege von Betriebsmitteln im Apparat, dadurch aus, daß die Vorgänge im Verdampfer selbst, die durch erhöhte Verdampferbelastung auftreten, dazu benutzt werden, das Flüssigkeitsschloß zu öffnen. Insbesondere sieht die Erfindung vor, durch die Öffnung des Flüssigkeitsschlosses dem Hilfsgas einen neuen Weg zu öffnen. Es ist in Absorptionskälteapparaten mit druckausgleichendem Gas, z. B. bei starker Belastung des Verdampfers, nicht immer sichergestellt, daß an die zum Schnellfrieren oder -Eisbereiten bestimmte

Stelle des Verdampfers genügend Kältemittel-

konciensat gelangt, wenn das Verdampfungs-

svstem bereits an anderen Stellen stark

lastet ist. Da im allgemeinen aber

Schnellfrieren oder Eisbereiten den Vo

vor der übrigen Schrankkühlung, jeden

für kurze Zeit, haben sollen, läßt die Erfin-

dung im Ausführungsbeispiel einett Teil des

Verdampfers in bezug auf das Hilfsgas durch

Offnen des Flüssigkeitsschlosses derart kurzschließen. daß im kurzgeschlossenen Verdampferteil keine nennenswerte Verdampfung von Kältemitteln erfolgt. Das somit im kurzgeschlossenen Verdampferteil nicht verdampfbare flüssige Kältemittel wird dadurch derjenigen Stelle zugeführt, an der die schnelle "Tiefkühlung beabsichtigt ist, vorteilhaft also der Stelle. der das ärmste Gas zugeführt wird.

Die Erfindung soll näher unter Hinweis auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden, wobei sich weitere kennzeichnende Merkmale der Erfindung ergeben werden.
In Abt). i bedeutet io den Kocher, i i den Kondensator, 12 den Verdampfer und 14 den Absorber, die in bekannter Weise durch Leitungen miteinander verbunden sind. Der Apparat arbeitet zweckmäßig mit Wasser als Absorptionsmittel, Ammoniak als Kältemittel und Wasserstoff als Hilfsgas. Der Kocher io wird in beliebiger Weise, z. B. durch einen Gasbrenner 15, beheizt. Die sich dabei bildenden Dämpfe treten durch das Standrohr 16 und eine Leitung 17 zum Kondensator 11, wo sie verflüssigen. Das flüssige Kältemittel läuft durch eine Leitung i8 zu dem Verdampfer 1.2.
Der Verdampfer 12 ist im Kühlraum i9 eines Kühlschrankes untergebracht. dessen Isolation mit 2o bezeichnet ist. Das flüssige Kältemittel verdampft im Verdampfer 12 in das Hilfsgas. das durch eine Leitung 21 in den Verdampfer eintritt. Die reiche Gasmischung fließt voni olleren Teil des Verdampfers durch eine Leitung 22, die innere Leitung 23 des Gastentperaturwechslers 24. und Leitung 25 in den unteren Teil des Absorbers 14.
Hier wird das reiche Gas durch die im Gegenstrom laufende arme Absorptionslösung, die durch Leitung 26 in den Absorber tritt, ausgewaschen. Das arme Gas strömt vom Absorber 14 durch Leitung 27, die äußere Leitung 28 des Gastemperaturwechslers 24 und Leitung 21 In den unteren Teil des Verdampfers 12.
Der Gasumlauf kommt beim Ausführungsbeispiel durch den Gewichtsunterschied der armen und reichen Gassäule zustande.

Die Absorptionslösung läuft vom unteren Teil des Absorbers 14 durch Leitung 29, den Außenmantel des Flüssigkeitstemperatur-

wechslers 30 und Leitung 31 zum Kocher to.

Die Flüssigkeit wird hier im Steigrohr 32 in

bekannter Weise zum Standrohr 16 gehoben.

44ie arme Lösung tritt vom Kocher durch

itung 33, den inneren Teil des Flüssigkeits-

#nperaturwechslers 30 und Leitung 26 zum

oberen Teil des Absorbers 1q.. Die Absorp-

tionswärme des Absorbers 14. wird im Aus-

führungsbeispiel durch ein Kühlmittel fortgeschafft, das durch die den Absorber umgebende Kühlschlange 3.4 läuft. Der Absorber kann Jedoch in beliebiger anderer Art gekühlt «-erden.

Der untere Teil des Kondensators t t steht durch eine Leitung 35 mit dem Druckgefäß 36 in Verbindung, das in bekannter Weise Druckschwankungen im Apparat zufolge verschiedener Kühlmitteltemperaturen für den Kondensator i i ausgleicht. Eine Leitung 37 verbindet das Druckgefäß 36 mit dem Gasumlauf, z.13. mit dein oberen Teil des Gastemperattirwechslers 24, wodurch gleichzeitig der Kondensator vom Hilfsgas entlüftet wird. Wenn bei steigender Temperatur der Kühlluft nicht alle Kältemitteldämpfe im Kondensator verflüssigen, so treten sie durch Leitung 35 in das Druckgefäß 36 und drücken das Hilfsgas durch Leitung 37 in den Gaskreislauf. Hierdurch wird der Totaldruck im Apparat erhöht und also ein erhöhter Kondensationsdruck im Kondensator i i erreicht.
Der Verdampfer 12 besteht aus einer Anzahl Yon Abteilungen 1211, 12b, 12f (Fig.2 und 3), die eine Mehrzahl von U-förmigen Rohrschlingen 38" bis 38f aufweisen (Abb. q.): Die Rohrschlangen sind vorn geschlossen und hinten offen, übereinander angeordnet und hinten durch senkrechte Krümmer 39 sowie teilweise durch einen geraden Stutzen 39' miteinander verbunden.
Wie die Fig. 2 zeigt. tritt das arme Gas von Leitung 21 in die Schlinge 38e, die die vorletzte von unten ist, und dann durch den linken Krümmer 39 zu der untersten Schlinge 38f. Von dieser untersten Schlinge 38f strömt das Hilfsgas durch die in Fig.2 rechts gelegene gerade Leitung 39' zur Schlinge 38d, die über der vorletzten Schlinge 38" liegt. Von der Schlinge 38d strömt das Gas aufwärts durch die Schlangen.38f, 38b und 38a und verläßt diese letzte Schlinge durch Leitung 22.
Das Hilfsgas durchfließt die Schlangen 38a bis 38f in Gegenwart von flüssigem Kältemittel, das durch Leitung 18 oben in den Verdampfer eintritt. Da reines Hilfsgas in die unterste Abteilung 12f des Verdampfers durch die Leitung 21 eintritt und reiches Gas die ()berste Abteilung 12a des Verdampfers durch Leitung 22 v erläßt, so enthält das Gas in der obersten Abteilung i2° des Verdampfers mehr Kältemitteldampf als das Hilfsgas in der mittleren Abteilung 12b, und das Gas in dieser Abteilung enthält mehr Kältemittel als in der untersten Abteilung i2e. Der Partialdruck des Kältemittels in der Gasmischung steigt also in der Richtung nach oben, so daß auch die Verdampfungstemperatur entsprechend nach oben steigt. Die tiefste Temperatur entsteht in der untersten Abteilung i2c des Verdampfers.
Die obere Abteilung i2a des Verdampfers wird zweckmäßig zur Kühlung des Kühlraums i9 benutzt und ist mit mehreren Kühlrippen 40 versehen, die eine vergrößerte Oberfläche ergeben. Die mittlere und untere Abteilung i2b und i2c des Verdampfers haben verhältnismäßig geringe Oberflächen und dienen zum Frieren von Eiswürfeln o. dgl. Die Rohrschlangen, die die mittlere und untere Abteilung i2b und 12e des Verdampfers bilden, sind beispielsweise in Wandungen 41 bzw. 42 eingegossen. Diese Wandungen bilden Kühlkammern 43 zur Aufnahme von Kästchen ,44 zum Frieren von Eis o. dgl.
Der Apparat wird zweckmäßig von einer Thermostatanlage gesteuert, deren Fühlkörper 45 auf die Verdampfertemperatur steuert.-Wie in der Figur gezeigt, ist der Fühlkörper 45 in wärmeleitender Verbindung mit dem Boden der untersten Verdampferabteilung i 2e. Er .ist durch eine Leitung 46 mit einem Ventil 47 verbunden, das zwischen der Gasleitung 48 und dem Brenner 15 angeordnet ist. Die Ausbildung der Thermostatanlage kann beliebig sein.
Steigt die Temperatur in der untersten Verdampferabteilung i2`, so erhöht die Thermostatanlage die Gaszufuhr zum Brenner 15. Es wird daher aus dem Kocher io mehr Kältemitteldampf ausgetrieben, der im Kondensator i i kondensiert und durch Leitung 18 in verflüssigtem Zustand in den Verdampfer 12 gelangt. Wenn andererseits die Temperatur der untersten Verdampferabteilung i2c sinkt, so verringert die Thermostatanlage die Gaszufuhr zum Brenner 15. Dann wird weniger Kältemittel im Kocher ausgetrieben, und es gelangen weniger Dämpfe zum Kondensator i i und weniger flüssiges Kältemittel in den Verdampfer 12.
Wenn Kästchen mit Wasser, das gefroren werden soll, in die mittlere und untere Verdampferabteilung 12b und i2c eingesetzt werden, wird die Belastung des Verdampfers vergrößert. Unter diesen Umständen kann mehr flüssiges Kältemittel verdampfen und in das Hilfsgas diffundieren. Unter bestimmten Betriebsbedingungen, wenn z. B. die Kühlraumtemperatur hoch ist, also der Raumkühlverdampfer 12a stark belastet ist und die Belastung der unteren Abteilung wegen Eisbereitung gleichfalls erhöht ist, gelangt möglicherweise kein flüssiges Kältemittel mehr bis zur untersten Verdampferschlange 38i, und-..',auch die Verdampferschlangen der mittlereri, Unterteilung erhalten nur geringe Käitemittelmengen. Deshalb wird die Eislierstellung mindestens sehr verlangsamt sein.
Gemäß der Erfindung wird diesem Übelstand dadurch abgeholfen, daß die Kältemittelzufuhr zu einer bestimmten Verdampferabteilung mit Sicherheit auch gewährleistet ist, wenn der Verdampfer 12 stark belastet wird. Gemäß der Erfindung wird also auch bei erhöhter Verdampferbelastung, beispielsweise durch das Einsetzen von Wasserkästchen, flüssiges Kältemittel in einer Verdampferabteilung sichergestellt, um schnell Eis zu bereiten oder tiefzukühlen.
Zu diesem Zweck sind die Verdampferschlangen 38b bis 38f nicht wie üblich zwischen gemeinsamen Wandungen angebracht. Erfindungsgemäß sind vielmehr die -Wandungen 44 42 voneinander getrennt, um so die Verdampferabteilungen 12b und i2c zu erhalten, zwischen denen keine oder praktisch keine beachtenswerte Wärmeleitung besteht. In wärmeleitender Verbindung mit der untersten Verdampferabteilung i2c ist ein Speichergefäß 49 für flüssiges Kältemittel angebracht, in dem im Normalbetrieb überschüssiges flüssiges Kältemittel gespeichert wird.
Darüber hinaus überflüssiges Kältemittel läuft über das U-Schloß 51 in die Entwässerungsleitung 5o und die innere Leitung 23 des Gastemperaturwechslers 24. Das Speichergefäß 49 kann auch in die tiefste Verdampferschlange selbst eingebaut sein.
Gemäß der Erfindung geht ferner eine Leitung52 vom unteren Teil des Speichergefäßes 49 senkrecht nach oben und ist an das vordere Ende der höchsten Verdampferschlange 38a angeschlossen. Steht der Flüssigkeitsspiegel im Speicher 49 oberhalb der Mündung der Leitung 52, so wird diese eben durch die Flüssigkeit abgeschlossen. Fällt jedoch der Flüssigkeitsspiegel im Speicher 49 um einen bestimmten Betrag, so kann Gas unmittelbar von der untersten Verdampferschlange 381 durch Leitung 52 zur Verdampferschlange 38a treten, so daß die Verdampferschlangen 38b, 38c und 38d kurzgeschlossen werden.

Das hintere Ende der Verdampferschlange 38d ist hochgezogen, wie bei 53 (Abb. 3) gezeigt, um einen Stau zu bilden. Durch diesen Stau wird verhindert, daß flüssiges Kältemittel, das von der Verdampferschlange 38a bis zur Schlange 38d läuft, von hier durch Leitung 39' zur Verdampferschlange 38f treten kann. Das Kältemittel muß vielmehr durch eine Verbindungsleitung 54 zwischen den

Schlangen 381 und 38e laufen, und zwar dort-

hin, wo das arme Gas durch Leitung 21 ein-

tritt.

Im normalen Betrieb des Kälteapparates,

wenn der Flüssigkeitsspiegel im Speicher .19

die untere Mündung der Leitung 52 abdeckt,

tritt das 1dilfsgas nacheinander durch die

Schlangen 38e, 38f und 38'l. Von derSchlange

38" geht das Hilfsgas weiter durch die Schlan-

gen 38c, 38b und 38". Das flüssige Kältemittel

tritt durch Leitung 18 ein und läuft durch

die Schlangen 38°, 38b, 38e und 381 iniGegen-

strorn zum aufsteigenden Gas. Von der

,;clilange 381 fließt das flüssige Kältemittel

durch die Leitung 5d und darin durch die

Schlangen 38e 'lud 38f, in diesen in Mitstroin

(nit dein I-lilfsgas, (las durch Leitung 21 ein-

tritt.

Erreicht bei dein soeben beschriebenen

Lauf von flüssigem Kältemittel und Gas im

@-erdanipfer 12 fliissiges Kältemittel die

unterste Schlange 38f und sammelt es sich

dabei in dem Speichergefäß d.9 so hoch an,

daß das untere Ende der Leitung 52 durch

Flüssigkeit abgeschlossen wird, so tritt eine

Kälteleistung in allen Teilen des Verdanipfers

ein. wobei die mittlere und Untere Abteilung

12b und 12` beide zum Eisfrieren dienen

können.

Fällt jedoch bei starker Belastung des

Apparates der Flüssigkeitsspiegel irii Gefäß

..19 unter die Mündung der Leitung 52. So daß

diese nicht mehr durch Flüssigkeit verschlos-

sen ist, so strömt das Gas aufwärts in die

Leitring 52. Das Sinken des Flüssigkeits-

spiegels ini Gefäß .49 kann durch erhöhte Be-

lastung der mittleren und unteren Verdamp-

ferabteilungen i2b und 12c beispielsw-eise

durch Einsetzen von Wasserkästchen. die

gefroren werden sollen. bedingt sein. Unter

diesen Umständen tritt das arme Gas aus der

Leitung 21 in die Schlange 38e und durch sie

hindurch zur untersten Schlange 38f. \"on

hier strömt das Gas nun sowohl durch Lei-

tung 52 aufwärts als auch in die Schlangen

38`', 38e und 38b in der mittleren Verdainpfer-

abteilung 12b. Der Strömungswiderstand in

der Leitung 52 ist jedoch wesentlich kleiner

als der in den Schlangen in der mittleren Ver-

dampferabteilung, so daß der größere Teil

des Gases von der untersten Schlange 38f

durch Leitung 52 auf kurzem Wege zur höch-

sten Schlange 38" strömen muß.

Flüssiges Kältemittel wird noch weiter in

der mittleren Verdanipferabteilung 12b in

das Hilfsgas verdampfen, da aber der Gas-

durchgang durch diese Abteilung wegen der

Kurzschließung durch Leitung 52 wesentlich

verringert ist, so inuß der Partialdruck des

Kältemittels in der mittleren Verdampfer-

abteilung steigen, hier also weniger flüssiges

Kältemittel verdampfen. Verdampft nun aber

weniger flüssiges Kältemittel in diesem Ab-

schnitt, so. muß mehr flüssiges Kältemittel zu

der tiefsten Verdampferabteilung 12e ge-

langen.

Dies ergibt sich am besten bei der Betrach-

tung der schematischen Fig. 5, in der die drei

Verdampferteile 12", 12b und 12e schematisch

als Zickzacklinien dargestellt sind.

Da der Verdampfer im wesentlichen mit

Gegenstrom arbeitet, ist die Ursache des Gas-

umlaufs die, daß Gas in der zum Absorber

führenden Leitung a schwerer ist als das

durch die Leitung b aus dem Absorber kom-

mende reine Gas. Es beherrscht daher an

der mit c bezeichneten Stelle der Skizze eine

Saugkraft, die dem Übergewicht der Säule a

entspricht. Wird nun, wie gestrichelt darge-

stellt, der Verdampferteil 12b und die Hälfte

des Teiles i2° durch die gestrichelt darge-

stellte Leitung 52 kurzgeschlossen, so herrscht

am Punktd eine Saugkraft, die um den Rohr-

widerstand der Leitung 38" der Fig. 2 kleiner

ist als die am Punkt c. Am Punkt e der Skizze

herrscht eine Saugkraft, die noch um den

Rohrwiderstand in der Leitung 52 kleiner ist

als am Punkte d. Betrachtet man nun den

kurzgeschlossenen Teil, d. h. die sechs Lei-

tungen des Verdampferteiles 12b und die eine

Leitung des Verdampferteiles 12", so sieht

man, daß sowohl oben wie unten, d. h. an

den Punkten d und c, je eine Saugkraft wirkt,

die sich nur um den Reibungswiderstand im

Rohr 52 unterscheidet. Da nun durch den

Kurzschluß die Zirkulation durch den Ver-

dampferteil12b zunächst verlangsamt wird,

belädt sich das Gas dort sehr stark. Es wird

infolgedessen verhältnismäßig schwer. Die

Saugkraft d ist, wie erwähnt, um den Rohr-

widerstand der Leitung 52, der nur gering'

ist, größer als die Saugkraft am Punkt e.

Diesem Übergewicht der Kraft d tritt aber

das Schwererwerden des Gases im Verdamp-

fer 12b sowie der große Reibungswiderstand

in den nahezu horizontal liegender: >sieben

Rohrlängen entgegen, so daß praktisch die

Gaszirkulation in diesem Teil volistärdig

aufhört.

Durch diese Erfindung,wird also sicher-

gestellt, daß flüssiges Kältemittel auch dann.

wenn der Verdampfer 12 stark belastet ist,

in die unterste Verdampferabteilung 12C ein-

tritt. Das hier eintretende flüssigeKältemittel

ist in der oberen und mittleren Verdampfer-

abteilung 12" und 12b bereits vorgekühlt.

Auch das arme Gas, das in die unterste

Schlange 38f eintritt, ist unterkühlt durch

Einführung von flüssigem Kältemittel durch

Leitung 54. in die Schlange 38e, in die das

arme Gas durch Leitung 21 eintritt. Da also

sowohl Kältemittel wie Gas vorgekühlt sind

und die unterste Schlange 38f armes Gas erhält, hat also der unterste Teil des Verdampfers i2 stets die Möglichkeit, als Schnellfrierer zu arbeiten. Um dabei einen möglichst großen Temperaturunterschied zwischen der mittleren und unteren Verdampferabteilung 12b und i#gc zu erhalten, sind sie, wie oben erwähnt, mit getrennten Wandungen 4.i und :12 versehen.

Wenn die untere Verdampferabteilung i2c in dieser Weise als Schnellfrierer wirkt, strömt Gas durch Leitung 52 und durch die oberste Schlange 38a aufwärts. Das Gas, das die mittlere Verdampferabteilung 12v umgeht, strömt nur durch die eine Hälfte der Leitung 38a, da dieLeitung 52 an das vordere geschlossene Ende der Schlange 38a angeschlossen ist. _ , Während das Frieren von Eis oder das sonstige. Schnellfrieren in der Schnellfrierabteilung i2c vor sich geht, ist das Frieren in der mittleren Verdampferabteilung 12U verlangsamt. Ist jedoch das Eis in der untersten Verdampferabteilung i2c gefroren und damit die Belastung dieses Verdampferteils wieder verringert, so speichert sich wieder flüssiges Kältemittel im Gefäß 49 auf, und die Mündung derLeitung52 wird dadurchwieder abgeschlossen. Da hierdurch der Kurzschluß aufgehoben wird, tritt die normale Gaszirkulation in der mittleren Verdampferabteilung 12" wieder ein und erhöht die Kälteleistung in diesem Abschnitt.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt,

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Absorptionskälteapparat mit druckausgleichendem Hilfsgas und einem im wesentlichen flüssiges Kältemittel enthaltenden Flüssigkeitsschloß, das durch Verdampfung seines Inhalts geöffnet wird und dabei Betriebsmitteln - im Apparat neue Wege öffnet, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnuhg des Flüssigkeitsschlosses durch erhöhte Verdampferbelastung hervorgerufen wird.
2. Absorptionskälteapparat nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das .=Kältemittel speichernde Flüssigkeitsschloß in wärmeleitender Verbindung mit dem unteren Teil des Verdampfers steht.-3.
Absorptionskälteapparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Apparatbeheizung steuerndeThermostat in wärmeleitender Verbindung mit dem Flüssigkeitsschloß steht. .
Absorptionskälteapparat nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Öffnen des Flüssigkeitsschlosses dem Hilfsgas einen zweiten, einen Verdampferteil umgehenden Weg öffnet.
5. Absorptionskälteapparat nach einem der Voransprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer in mehrere, zweckmäßig drei untereinander schlecht wärmeleitende Abteilungen unterteilt ist, deren mittlere bei öffnung des Flüssigkeitsschlosses im Gaskreislauf kurzgeschlossen wird.
6. Absorptionskälteapparat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auch ein Teil der oberen Verdampferabteilung kurzgeschlossen wird.
7. Absorptionskälteapparat nach Anspruch6, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsgas in der unteren Verdampferabteilung abwärts in Mitstrom zum flüssigen Kältemittel und in der mittleren und oberen Verdampferabteilung aufwärts in Gegenstrom zum flüssigen Kältemittel geführt wird. B. Absörptionskälteapparat nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß sich bei Abnahme der Verdampferbelastung der neu geöffnete Weg selbsttätig wieder schließt.