DE2242342C3 - Vorrichtung zum selbsttätigen Abtauen eines Verdampferteils in einem mit inertem Gas arbeitenden Absorptionskälteapparat - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum selbstta :en Abtauen eines Verdampferteils in einein mit inerm Gas arbeilenden Absorptionskälteapparat mit ner llüssiukc tssnerre. in welcher flüssiges <\rbcits· Bei einer bekannten solchen Lösung (DT-AS 10 19 328) wird dem abzutauenden Verdampferteil Kältemitteldampf vom Kochersystem durch eine direkte Dampfleitung zugeführt. Diese Leitung hat eine Flüssigkeitssperre, die gelegentlich entfernt wird. Die Flüssigkeitssperre arbeitet dergestalt, daß sich dann kondensierendes Arbeitsmittel über einer ersten Standhohe bis zu einer zweiten Standhöhe ansammelt, bei deren Erreichen die bis dahin offene c.irekte Dampfleitung gesperrt wird. Hierauf setzt sich der Kondensationsvorgang in der Flüssigkeitssperre bis zu einer dritten Standhöhe fort, bei deren Überschreiten ein Heber in Tätigkeit tritt und die Flüssigkeitssperre bis auf die erste Standhöhe entleert, in der die direkte Dampfleitung wieder frei für den Durchtritt des Kältemitteldampfes unmittelbar zum Verdampferteil ist.

Die vorbekannte Anordnung basiert auf der Voraussetzung daß die normale Dampfleitung des Apparates. die sich vom Dampfraum des Kochersystems zum Kondensator des Apparates erstreckt, ebenfalls eine Flüssigkeitssperre enthält, durch welche Dampf während der normalen Kälteerzeugung hindurchtritt, nicht jedoch während der Abtauperioden, in denen die erste Flüssigkeitssperre die direkte Leitung zum Verdampferteil freigibt.

Es gibt jedoch auch Absorptionskälteapparate mit Kochersystemen, die ohne Flüssigkeitssperre in der zum Kondensator des Apparates führenden Dampfleitung arbeiten. In einem solchen Apparat sind die vorstehend erwähnten Maßnahmen zum selbsttätigen Abtauen des Verdampfers oder eines Teils desselben nicht anwendbar, und es läßt sich auch das, dafür erforderliche Flüssigkeitsschloß in der zum Kondensator führenden Dampfleitung nicht einbauen, da dies die Eigenschaften der Kochereinheit völlig verändern würde.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung zum selbsttätigen Abtauen eines Verdampfericiis in einem mit inertem Gas arbeitenden Absorptionskälteapparat zu schaffen, die ohne das Erfordernis einer Flüssigkeitssperre in der zum Kondensator führenden Dampfleitung auskommt.

Ausgehend von einer Vorrichtung mit den eingangs genannten Merkmalen wird diese Aufgabe crfindungs· gemäß dadurch gelöst, daß man eine derartige Anordnung der Flüssigkeitssperre in be/.iij.: auf das Gasumlaiifsysiem verwirklicht, daß der Flüssigkeitspegel der Sperre bei Erreichen der zweiten St.andhöhe eine bis zum Überschreiten der dritten Stanc.höhc andauernde Unterbrechung des Gasstroms im Casumlaufsystein bewirkt. Bei der Erfindung wird die Flüssigkeitssperre also gerade umgekehrt verwendet als bei der vorbe-

lärmten Abtauvorrichtung, indem sie jetzt bei geöffneter Sperre den Normalbetrieb des Apparates gewähr leistet und erst nach dem Schließen das Abtauen bis jum Entleeren der Sperre erfolgen läßt.

Das Abtauen des Verdampfersystems durch Unterfrechen des Gasumlaufs im Gasumlauisystem mit einer Flüssigkeitssperre ist zwar schon irüher einmal vorge- ichlagen worden (GB-PS 5 42 685 und US-PS 2269 102). Bei den bekannten Vorschlägen arbeitet die Flüssigkeitssperre für den Gasumlauf jedoch nicht selbsttätig sondern wird durch Anheben des Flüssiglceitspegels in der Sperre mittels eines damit kommunizierenden Gefäßes oder einer flexiblen Leitung einge schaltet, was nicht nur ohne besondere Hilfsmittel ein selbsttätiges Regeln des zeitweiligen Abtauens an- schließt, sondern darüber hinaus auch mechanische Probleme bezüglich einfacher Herstellbarkeit und ho her Lebensdauer mit sich bringt.

Demgegenüber läßt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung einfach herstellen und arbeitel völlig ver- tchleißfrei und darüber hinaus absolut zuverlässig.

Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mi! mehreren in der Zeichnung dargestellten Ausführungs- fceispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine erste Ausführungsform eines Absorplionskälteapparates gemäß der Erfindung, bei welchem |ie Mittel zum Unterbrechen des Gasumlaufs in einer Leitung für armes Gas vom Absorbersystem zum Verdampfersystem angeordnet sind,

Fig. 2 einen Absorptionskälteapparat ähnlicher Ausführung, bei welchem jedoch die Mittel zum Unterbrechen des Gasumlaufs in einer Leitung für reiches Gas vom Verdampfer zum Absorbersysiem angeordnet sind,

F i g. 3 eine Abänderung der Ausführungsform nach F i g. 1 und

Fig.4 eine weitere Ausführungsform mit den Mitteln zur Unterbrechung des Gasumlaufs in einer Leitung für reiches Gas.

Die in den Zeichnungen dargestellten Absorptionskälteapparate können in bekannter Weise mit Wasser als Absorptionslösung, Ammoniak als Kältemittel und Wasserstoff als druckausgleichendem inertem Gas betrieben werden. Während normaler Kälteerzeugung arbeiten die Apparate in bekannter Weise und können von einem (nicht dargestellten) Thermostat gesteuert werden, der in Abhängigkeit vom Kältebedarf einen elektrischen Stromkreis über Leitungen 10 zu einer elektrischen Heizpatrone 11 innerhalb einer Metallhülse 12 unterbricht, die durch Schweißraupen 13, 14 einerseits mit einem Kocher 15 und andererseits mit einer Pumpe 16 wärmeleitend verbunden ist. Reic'r.e Absorptionslösung wird in dem Steigrohr 17 der Pumpe 16 gefördert und dem Kocher 15 bis zu einem Niveau zugeführt, das so hoch liegt, daß die Lösung in dem Koeher 15 nach weiterer Erzeugung von Kältemittel dampf während dessen Abwärtsströmung durch den Kocher unter Schwerkraft durch eine Leitung 18 des Flüssigkeitstemperaturwechslers des Apparates fließen und ferner durch einen senkrechten i.eiiungstcil 19 in f"> den Absorber 20 des Apparates gelangen kann. Danach unten durch den Absorber 20 fließende arme Le sung absorbiert Kältemittel aus einer Mischung von inertem Gas und an Kältemittel reichen! Dampf, clic durch den Absorber nach aufwärts strömt. Die an Killtemittcl reiche Lösung, J ie dadurch ;:_;in Ausgang des Absorbers 20 vorhanden is. wird in einem Absorberge faß ?i iTi'siimmeli. V01 dem Absorberaef-.i^ wird die· reiche Lösung durch eine Leitung 22 innerhalb des Flüssigkeitstemperaturwechsiers zur Pumpe 16 geleitet. Dämpfe von Ammoniak und einer geringen Menge Wasser, die in der Pumpe 16 und dem Kocher 15 er zeugt werden, werden durch eine Dampfleitung 23 zu einem mit Rippen 24 versehenen Kondensator 25 geführt. Die Dampfleitung 23 kann in bekannter Weise einen Wasserseparator (nicht dargestellt) enthalten, durch weichen der Wasseranteil in dem im Kondensator gebildeten Kondensat sehr gering ausfällt. Das Kältemittelkondensat wird dann durch eine Kondensatleitung 26 zum oberen Ende 27 des Verdampfer^ stems geführt.

Bei der Anordnung gemäß F i g. 1 besteht das Verdampfersystem aus einem Tiefiemperaiurverdampfer

28 und einem Hochtemperaturverdampfer 29. die durch einen Gastemperaturwechsler miteinander verbunden sein können. Das Verdampfersystem 28, 29 ist an das Absorbersystem des Apparates durch einen Gastemperaturwechsler 30 angeschlossen, und zwar einerseits über eine Leitung 31 für reiches Gas. die zum .Absorbergefäß 21 führt, und andererseits durch eine Leitung 32 für armes Gas, die vom oberen Ende des Absorbers 20 kommt und zum Verdampfersystem führt. Bei der dargestellten Ausführungsform besteht das Verdampfersystem aus zwei konzentrischen Rohren, nämlich einem an die Leitung 32 angeschlossenen Innenrohr 33. das das arme Gas zum oberen Ende 27 des Systems leitet, und einem das eigentliche Verdampferrohr bildenden Außenrohr 34, in welchem Kaltemiueikoudensat in einem Strom von inertem Gas verdampft wird. Die Kondensatleitung 26 steht in wärmeleitender Verbindung zunächst mit dem Hochtemperaturverdampfer

29 und dann mit dem Tieftemperat'irverdampfer 28. woraufhin sie in das obere Ende 27 des Verdampfersystems öffnet. Hierdurch wird im Normalbetrieb das Kondensat gekühlt, bevor es in das Verdampfersystem selbst eingeleitet wird.

Eine Entlüftungsleitung 35 erstreckt sich vom Kondensator 25 zum Gasumlaufsystem und ist im dargestellten Ausführungsbeispiel an die Leitung 31 für reiches Gas angeschlossen.

Im Betrieb eines in einem Kühlschrank angeordneten Kälteapparates der vorstehend erläuterten Art wird sich fortlaufend Reif auf dem Hochtemperauirverdampfer 29 und dessen die Oberfläche vergrößernden Ansätzen niederschlagen. Gemäß der Erfindung wird dieser Frost auf folgende Weise entfernt.

Bei der Anordnung nach F i g. 1 mündet die Leitung 32 für armes Gas vom Absorber 20 zum Verdampfersystem 28, 29 in den einen Schenkel 37 eines U-Rohres 36 ein. dessen anderer Schenkel 38 mit dem Dampfraum 39 des Kochers über eine Leitung 40 in Verbindung steht. Das untere Ende 41 des Innenrohres 33 des Verdampfersystems taucht in den linken Schenkel 37 des U-Rohres 36 ein. Vom Dampfraum 39 des Kochers breitet sich eine Mischung aus Ammoniak- und Wasserdampf langsam in dem U-Rohr 36 aus und kondensier: darin fortlaufend. Während des normalen Betriebes strömt armes Gas durch die Ivi'.ung 32 herab in den linken Schenkel 37 und in das untere Ernie 41 des Innenrohrs 33. um von hier durch das Veroampfersy-Mem /u strömen und in Berührung mit den; Kältemitlelkondensat am oberen Ende 27 des System gebracht /ü werden. Im U-Rohr 36 steigt jedoch die Siandhöhc des angesammelten Kondensates gleichzeitig, und der Gasumiauf wird unterbrochen, veni; diese Standhöhe das liniere Ende 41 des Innenrolves '13 erreicht hat. Die

Folge ist, daß nun keine Kühlwirkung des Verdampfersystems mehr auftritt. Auf der anderen Seite wird die Wärmezufuhr zum Koehersystem nicht unterbrochen, sondern darin fortgesetzt weiter Dampf erzeugt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Kocherart ohne Flüssigkeitssperre in der Dampfleitung zum Kondensator 25 verwendet, und der Dampfstrom vom Kocher zum Kondensator wird auch aufrechterhalten, wenn der Gasumlauf unterbrochen ist. In entsprechender Weise würde auch die Strömung in einem Apparat jener Art bestehenbleiben, in welcher die Kochereinheit einen Analysator oder eine ähnliche Flüssigkeitssperre in der Dampfleitung enthält. Daher wird nach wie vor Kältemittelkondensat gebildet und in das Verdampfersystem über die Leitung 26 geleitet. Das heiße Kondensat wird benutzt, Wärme an den Hochtemperaturverdampfer abzugeben, und es wird auch die Wärme, die die isolierten Wandungen des Kühlschrankes durchdringt, für diesen Zweck ausgenutzt.

Der Flüssigkeitsspiegel im U-Rohr 36 steigt während des Abtauens an, und das Ausmaß, in welchem dies erfolgt, kann durch die für einen Teil 42 des rechten Schenkeis 38 des U-Rohres 36 ausgewählten Abmessungen bestimmt werden. Der Teil 42 kann z. B. dadurch verjüngt werden, daß die Querschnittsfläche des betreffenden Rohrabschnittes deformiert wird. Der Teil 42 erstreckt sich eine geringe Entfernung von der Standhöhe aus nach aufwärts, die dem unteren Ende 41 des Innenrohres 33 entspricht. Im dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Rohrteil 42 einen beträchtlich geringeren Querschnitt als der Rest des rechten Schenkels 38 des U-Rohres 36. Wenn die Flüssigkeit die Standhöhe am Rohrende 41 erreicht hat, wird sie deshalb im weiteren Verlauf beträchtlich schneller als vorher steigen. An dem linken Schenkel 37 ist ein Heberohr 43 angeschlossen, dessen höchster Funkt oder Scheitel 44 in einer geeigneten Höhe oberhalb des unteren Endes 41 des Innenrohres 33 liegt. Wenn die Flüssigkeit in dem U-Rohr 36 auf die gleiche Höhe wie der Scheitel 44 des Heberohres 43 angestiegen ist, fließt die im U-Rohr angesammelte Flüssigkeit durch das Heberohr 43 aus und wird ir, das Absorbergefäß 21 abgeleitet.

Absorptionslösung, reich an Kältemittel, wird im U-Rohr 36 gesammelt und durch das Heberohr 43 zur reichen Seite des Flüssigkeitsumlaufsystems zurückgeführt, so daß die Lösung dann der Pumpe 16 zugeleitet wird, die bei normaler Betriebstemperatur auch während der Abtauperioden arbeitet. Kältemittelkondensat das während dieser Perioden in das Verdampfersystem eingeführt worden ist, verdampft nicht, sondern fließt statt dessen durch das Verdampfersystem, den Gastemperaturwechsler 30, die Leitung 31 und weiter in das Absorbergefäßt 21. Es ist notwendig, daß das Heberohr 43 mit dem linken Schenkel 37 des U-Rohres in einer solchen Höhe verbunden ist, daß die Leitung nicht so weitgehend von Flüssigkeit entleert wird, daß Dampf vom Dampfraum 39 in das Absorbersystem überströmen kann.

Es wurde schon erwähnt, daß die Dauer der Abtau- periodt- eiricfseiu üurch Veränderung des Höhenunterschiedes zwischen dem unteren Ende 41 des Innenrohres 33 und der Lage des Scheitels 44 des Heberohres 43 und andererseits durch die Dimensionierung des Teils 42 des rechten Schenkels 38 des U-Rohrs 36 beeinflußt werden kann. Durch abweichende Formgebung des U-Rohres 36 und der angeschlossenen Teile ist es auch möglich, die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtauperioden festzulegen.

F i g. 2 zeigt einen Absorptionskälteapparat, der für seine normale Kälteerzeugung in gleicher Weise ausgebildet ist wie der Apparat nach F i g. 1. so daß es enibehrlich ist, den Apparat in seinen Einzelheiten zu erläutern, in diesen Apparat ist jedoch die Erfindung in anderer Weise als zuvor beschrieben verwirklicht, da das Gasumlaufsystem in einer Leitung 50 für reiches Gas vom Verdampfersystem 28. 29 /.um Absorbergefäß

ίο 21 unterbrochen wird. Eine Leitung 51 für armes Gas ist unmittelbar zwischen dem Absorber 20 und dem Innenrohr des Verdampfersystems angeordnet. Die l.citung 50 hat einen U-förmigen Teil 52. in welchem vom Verdampfersystem und dem Gastemperatuiwethsiei 30 kommende Flüssigkeit gesammelt wird und eine Flüssigkeitssperre bildet, die zeitweilig den Gasstrom unterbricht. An der tiefsten Stelle des U-Rohres 52 ist der kurze Schenkel 53 eines Heberohres dergestalt angeschlossen, rici3 das U-Rohr 52, wenn die Flüssigkeil darin eine Höhe entsprechend dem höchsten Punki oder Scheitel 54 des Heberrohres erreicht hat, von der darin enthaltenen Flüssigkeit durch den langen Sehen kel-55 des Heberohres, der mit dem Absorbergefäß 21 verbunden ist. entleert wird. Durch Auswahl der riehtigen Höhe des Heberohrs sowie geeignete Abmessungen des U-Rohrs können sowohl die Abtauzeit wie auch die Zeitspanne zwischen zwei Abtauperioden bestimmt werden. Die im U-Rohr 52 im normalen Betriefc gesammelte Flüssigkeit enthält Kältemittel, das nichi im Verdampfer verdampft worden ist und einen großer Anteil an Absorptionsmediuni aufweist. Die Flüssigkeitsmenge in der Flüssigkeitssperre steigt langsam se lange an. wie der Gasumlauf nicht unterbrochen ist wenn dieser jedoch unterjochen wird, fließt die ge samte im Kondensator erhaltene Kältemittelmenge

durch das Verdampfersystem, den Gastemperatur

wechsler und die Leitung 50 in das U-Rohr 52. '.jp.d cm

Flüssigkeit darin steigt nun schnell.

Auch bei dieser Ausführungsform wird reiche Lo

sung während der gesamten Abtauperiode zur Pumpe 16 geleitet, die deshalb fortgesetzt auf der beabsichtig ten Arbeitstemperatur gehalten wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 enthält dit im U-Rohr 36 gesammelte Flüssigkeit in erster Link

Kondensat, das von der Leitung 40 herab in den Sehen kel 38 fließt. In zweiter Linie enthält das U-Rohr Kon densat das im Innenrohr 33 gebildet ist und in der Schenke! 37 fließt. Auf Grund des Umstandes. daß die zuletzt erwähnte Kondensatmenge stark von der Tem

peratur der Umgebung abhängt, kann sie das Abtauet bei verschiedenen Gelegenheiten derart beeinflussen daß dieses nicht in konstanten Zeitabschnitten erfolgt Dies kann jedoch durch die Ausführungsform des Ap parates nach Fig.3 vermieden werden, weil hierbe

das vom armen Gas in den Gastemperaturwechsle und dem Verdampfersystem gebildete Kondensat an Herabfließen in das U-Rohr 36 gehindert wird.

Der Apparat nach F i g. 3 hat einen konzentrisch« Gastemperaturwechsler 30, dessen Innenrohr 33 sich ii

Form einer Verlängerung 57 herab in die Flüssigkei innerhalb des AbsorbergefäBes 21 erstreckt.

Ein Rohr 58, das armes Gas führt, jedoch beim Ab tauen gesperrt wird, ist an das Innenrohr 33 ange schlossen und hat einen Abschnitt der zum Verzwei

gungspunkt hin geneigt ist Hierdurch wird gelegentlicl im Rohr 33 gebildetes Kondensat vollständig daran ge hindert in die Flüssigkeitssperre zu fließen. Der Apparat nach Fig.4 ist ähnlich demienisei

nach F i g. 3, unterscheidet sich jedoch von diesem darin, daß der Strom reichen Gases während des Abtauens des Verdampfers unterbrochen wird. Armes Gas vom Absorber strömt durch eine Leitung 59, die an das Innenrohr 33 im Gastemperaturwechsler 30 angeschlos-

sen ist. Das reiche Gas vom unteren Ende des Gastemperaturwechslers 30 strömt in eine Leitung 60 und durch die Unterbrechungseinrichtung in eine Leitung 61, durch das Absorbergefäß 21 und nach aufwärts durch den Absorber 20.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum selbsttätigen Abtauen eines Verdampferteils in einem mit inertem Gas arbeitenden Absorptionskälteapparat mit einer Flüssigkeitssperre, in welcher flüssiges Arbeitsmittel über einer ersten Standhöhe bis zu einer zweiten Standhöhe gesammelt wird, bei deren Erreichen der Sperrvorgang einsetzt, worauf beim Überschreiten einer dritten Standhöhe sich der Inhalt des Flüssigkeitsverschlusses bis auf die erste Standhöhe entleert, gekennzeichnet durch eine derartige Anordnung der Flüssigkeitssperre (36; 52) in bezug auf das Gasumlaufsystem, daß der Flüssigkeitspegel der Sperre bei Erreichen der zweiten Standhöhe eine bis zum Oberschreiten der dritten Standhöhe andauernde Unterbrechung des Gasstroms im Gasumlaufsys.tem bewirkt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der an Kältemittel arme Gasstrom zum Verdampfersystem (28. 29) zeitweise unterbrochen wird (F i g. 1 und 3).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der an Kältemitteldampf reiche Gasstrom von Verdampfersystem (28, 29) zeitweise unterbrochen wird (F i g. 2 und 4).

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine von einem Heberohr (44; 53, 5.'i) gebildete Entleerungsvorrichtung.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß des Heberohres (44; 53,55) an das Absorbergefäß (21) angescnlossen ist.

b. Vorrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitssperre von einem U-Rohr (.36) gebildet ist, dessen einer Schenkel (37) an eine Leitung (32) für armes Gas angeschlossen ist und dessen anderer Schenkel (38) mit dem Dampfraum (39) des Kochersystems (15) in Verbindung steht, wobei in den ersten Schenkel (37) des U-Rohrs (36) eine Leitung (33) unterhalb einer Standhöne öffnet, auf welche die Flüssigkeit in diesem Schenkel ansteigt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Dampfraum (39) des Kochersystems (15) verbundene Schenkel (38) des U-Rohrs (36) von der gleichen Höhe, in welcher die Gasleitung (33) in den anderen Schenkel (37) des U-Rohrs (36) öffnet, nach aufwärts einen im Querschnitt gegenüber dem restlichen U-Rohr verjüng- 5» ten Teil (42), z. B. einen durch Deformation der Querschnittsfläche des betreffenden Rohrabschnitts erhaltenen verjüngten Teil aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil einer innerhalb des Verdampfersystems verlaufender. Leitung (33) für armes Gas zu einer Anschlußstelle hin geneigt ist. von welcher eine im Absorbergefäß (21) unter dessen Flüssigkeitspegel öffnende Leitung (57) abzweigt.

mittel über einer ersten Standhöhe bis zu einer zweiten Standhöhe gesammelt wird, bei deren Erreichen der Sperrvorgang einsetzt, worauf beim Überschreiten einer dritten Standhöhe sich der Innalt des Flussigkeitsverschlusses bis auf die erste Standhöhe entleert.

Im Kühlraum eines Kühlschranks schlagt sich die Luft an den kältesten Oberflächen, d. h. an den Kühlelementen des Verdampfersystems und deren die Oberfläche vergrößernden Ansätzen nieder. Dort werden fortwährend Reif und Eis gebildet, was zu ernsthaften Schwierigkeiten führt, da das Wärmeübertragungsvermögen der Kühlelemente vermindert wird. Zahllose Vorschläge für Abtaueinrichtungen in. Absorptionskälteapparaten sind gemacht worden, jedoch nur wenige solcher Anordnungen haben sich in der Praxis als tauglich für die Erfüllung der gestellten Bedingungen erwie