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Verfahren und Vorrichtung zum Betriebe von kontinuierlich arbeitenden
Absorptionskälteapparaten Die Erfindung bezieht sich auf kontinuierlich arbeitende
Absorptionskälteapparate, insbesondere solche, die ohne bewegliche Teile, beispielsweise
mit einem Hilfsgas, arbeiten. Es ist bei derartigen Apparaten bereits bekannt, während
gewisser Perioden, heispielsweise bei billigem Nachtstrom, mehr Kältemiti@el als
in der betreffenden Austreibezeit erforderlich :auszutreiben und im Verdampfer zu
speichern, so daß das gespeicherte Kältemittel zu anderen Zeiten bereit steht. Es
ist ferner bereits vorgeschlagen, im Verdampfer derartiger Apparate in der Zeit,
in der kein Eis gefroren werden soll, Kältemittel zu speichern, um ges für plötzlich
:auftretenden Eisbedarf zur Verfügung zu haben. Da bei den letztgenannten Apparaten.
das gespeicherte Kältemittel ziemlich lange im Verdampfer gespeichert bleibt, auch
wenn der Apparat abgestellt wird, stellt diese Speicherung des Kältemittels im Verdampfer
insofern eine Verkürzung der Anlaufzeit des Apparates dar, als die Verdampfung bereits
einsetzt, sobald die Pumpe des Apparats in Betrieb kommt, d. h. bevor im allgemeinen
eine praktisch brauchbare Kondensation des Kocherdampfeseintritt.
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Will man jedoch zu Tiefkühlzwecken oder Schnelleisfrienen größere
Mengen des Kältemittels im Verdampfer speichern, so muß dieser Verdampfer ziemlich
groß werden, so daß viel Nutzraum im eigentlichen Kühlschrank durch den Verdampfer
fortgenommen -wird.. Die Erfindung sucht daher eine Verkürzung der Anlaufzeit -und
ein Schnellfrieren von Eis -oder Schnelltiefkühlen .anderer Gegenstände dadurch
zu erreichen, daß sie in bekannter Weise Kondensat speichert, dieses sich aber außerhalb
des Kühlraumes sammelt, so daß der Verdampfer kleiner bleiben kann oder jedenfalls
nicht wesentlich gegen die bisher üblichen Maße vergrößert
zu werden
braucht. Dieses außerhalb des Kühlraumes gespeicherte Kältemittel wird dem Verdampfer
in geeigneter Weise zur Verkürzung der Anlaufzeit des Apparates oder willkürlich
zu Schnelltiefkühlzwecken zugesetzt.
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Flüssiges Kältemittel .außerhalb des Verdampfers zu speichern, ist
bereits bei Koinpressorapparaten vorgeschlagen, die mit mehreren Verdampfern verschiedener
Temperatur arbeiten sollen, zu dem Zweck, durch die Regelung der gespeicherten Kältemittelmenge
eine verschiedene Beschickung der beeiden Verdampfer des Kompressorapparates zu
erreichen. Eine derartige Regelung soll durch Verstellung von Ventilen, sei @es
von Hand, sei es durch Thermostaten, erfolgen. Gemäß der Erfindung wird bei kontinuierlich
arbeitenden Absorptionskälteapparaten das Kältemittel durch regelbare Wärmeaufnahme
des Speichers von warmen Apparatteilen, vorzugsweise von der Heizquelle des Apparates,
dem Verdampfer zugeführt.
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Die Erfindung soll näher unter Hinweis auf die beiliegenden Figuren
beschrieben werden, wobei sich weitere kennzeichnende Merkmale der Erfindung ergeben
werden.
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In den Figuren sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt, und zwar zeigen Fig. i und 2 sowie 6 Ausführungsformen, in denen das
Starten des Apparates beschleunigt -werden soll. Bei den Ausführungsbeispielen der
Fig.3 bis 5 handelt -es sich darum, willkürlich ein Schnellfrieren während des Betriebes
zu ermöglichen.
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Der Apparat gemäß Abb. i besteht im wesentlichen aus einem Kocher
i o, einem Abscheider i i, einem Kondensator 12, einem Kondensatnohr 13,
einem Verdampfer 14, einem Gastemperäturwechsler 15, einem in beliebiger Weise durch
Kühlwasser, Kühlrippen oder ,ein indirektes Übertragungssystem gekühlten Absorber
16 mit Sammelgefäß i 6a, @einein Flüssigkeitstempieraturwechsler
17 und einer Pumpe 18.
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Der Apparat arbeitet beispielsweise mit Wasser, Ammoniak und Wasserstoff.
Das Arbeiten derartiger Apparate, die mit be-
liebiger Beheizung laufen, ist
an sich bekannt und braucht nicht näher beschrieben zu werden. Erfindungsgemäß ist
ein Speicher i g außerhalb der Kühlschrankisolation vorgesehen, der eine beliebige
Menge Kondensat fassen kann, um die die Kondensation der eingefüllten Lösung gegen
normal vergrößert wird. Der Behälter i9 ist mit dem Kondensator 12 durch drei Leitungen
verbunden. Die Leitung 2o geht vom Boden i9 aus und ist in U-förmiger Gestalt etwa
an die Mündungsstelle der Leitung 13 an den Kondensator 12 angeschlossen. Eine Leitung
2 i, die gleichfalls U-förmig ausgebildet ist, jedoch ein kürzeres U darstellt,
mündet mit einem Trichter 22 dicht an der Oberkante des Gefäßes ig und mit seinem
anderen Schenkel etwa oberhalb der Mündungsstelle -der Leitung 2o in dem Kondensator
12. Eine dritte Leitung 23, gleichfalls U-förmig gestaltet, mündet einerseits im
oberen Teil des Gefäßgis i g und mit seinem anderen Schenkel an einer normal gasgefüllten
Stelle des Kondensators. Diese Leitung, die beispielsweise durch die Kühlrippen
des Kondensators ¢ gezogen sein kann, heiße in. dem Folgenden die Fülleitung, die
Leitung 2 i heiße Ventilleitung und die Leitung 2o Druckleitung. Das Gefäß 1g ist
endlich. beispielsweise über ein Metallstück 24 von zweckmäßig regelbarer Wärmeübertragungsfähigkeit,
wie später näher erläutert, in der Nähe des Kochers mit der Kocherdampfleitung -wärmeleitend
verbunden.
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Es sei angenommen, daß das Gefäß i g mit Kondensat gefüllt und der
Apparat außer Betrieb ist. Alle Apparate sind also auf gleicher Temperatur. Wird
nun die Beheizung des Apparates angestellt, so steigt die Kochertemperatur, was
sich auf das Verbindungsstück 2q. fortsetzt. Bei geeigneter Wahl der Wärmedurchgangsfähigkeit
dieses übertragungsorgans läßt es sich erreichen, daß, sobald der erste Pumpschlag
der Pumpe 18 .erfolgt, das Sammelgefäß ig so weit erwärmt ist, daß sich in ihm Gas
zu bilden beginnt. Hierbei wird durch die Druckleitung 2o etwas von dem Inhalt des
Gefäßes i9 in die Leitung 13 und damit zum Verdampfer gedrückt. Die Kälteleistung
des Apparats beginnt daher sofort mit dem ersten Anspringen der Pumpe. In diesem
Augenblick ist der Druck im Kondensator noch nicht so weit gestiegen, daß in ihm
eine für praktische Kälteleistung ausreichende Kondensation der Kocher- :oder Pumpdämpfe
eintreten kann, doch wird der U-förmige Teil der Leitung 13 bald gegen den
Durchtritt von Kocherdämpfen abgeschlossen. Die Temperatur des Kondensators ist
zu dieser Zeit auch ,noch niedriger als die des Gefäßes i g, das durch Wärmel-eitung
vom übertragungskörper 24 erwärmt wird. Durch die. Gasbildung im Gefäß i9 zufolge
der Wärmezufuhr durch das übertragungs-@element 24 wird, wie angenommen sei, das
Gefäß i g -allmählich beispielsweise in i Stunde leer gedrückt, jedenfalls soll
der Inhalt des Gefäßes so lange reichen, bis der Kondensator i,-, die im Verdampfer
geforderte Menge Kältemittel liefern kann. Ist nun, wie angenommen sei, das Gefäß
ig leer gedrückt, so daß der Spiegel im linken Schenkel der Leitung 2o sinkt, so
wird die Flüssigkeitssäule in der Ventilleitung 21 kürzer als die in der
Leitung
2o. Der weiter steigende Dampfdruck reißt daher die Ventilleitung 21 auf, und nunmehr
ist Beine offene Gasverbindung zwischen Kondensator und dem Sammelgefäß i g hergestellt.
Dadurch geraten Kondensator und Sammelgefäß unter gleichen Druck und in offene Gasverbindung,
so daß sie automatisch die gleiche Temperatur annehmen. Demzufolge läuft das sich
im Hilfskondensator bzw. Füllrohr 23 bildende Kondensat in den Behälter i9 ein und
beginnt ihn allmählich wieder zu füllen. Ein geringer Teil des ,einlaufenden Kondensats
kann, da das @einseitig beheizte Gefäß i9, wenn gasgefüllt, größere Temperaturunterschiede
zwischen seinen Enden hat, als wenn @es flüssigkeitsgefüllt ist, zunächst möglicherweise
am linken beheizten und daher wärmeren Ende des Gefäßes i g wieder verdampfen, um
im kälteren rechten Ende des Gefäßes oder im Hauptkondensator 12, der die gleiche
Temperatur wie das kältere Ende des Gefäßes ig bat, erneut zu verflüssigen. Ist
das Gefäß ig allmählich angefüllt, so läuft das gesammelte Kondensat in den Trichter
22 über und füllt die Ventilleitung 21. Damit ist der ursprüngliche Zustand wiederhergestellt.
Ordnet man den Hilfskondensator 23 hoch genug an, so wird in ihm weiter kondensierendes
Kondensat in dem kürzesten der drei U-Rohre, nämlich in der Ventilleitung 21, zum
Überlauf gebracht und läuft über Leitung 13 in den Verdampfer. Der Hilfskondensator
23 ist also auch in den normalen Betriebszeiten ausgenutzt. Wend das Ventil 22,
21 durch Überlauf geschlossen wird, also keine Gasverbindung mehr mit dem Kondensator
12 besteht, erhöht sich ,die Temperatur des Gefäßes ig trotzdem nicht mehr über
die Temperatur des Kondensators 12, da die Wärmezuführung zum Gefäß ig über das
Übertragungsorgan 24, vermindert um die Wärmeausstrahlung dieses Gefäßes i g, nicht
größer zu sein braucht als die Wärmezufuhr zum Kondensator 12 durch die Kocherdämpfe,
vermindert um die Wirkung der Kühlluft.
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Die Menge des pro Zeiteinheit aus dem Sammelgefäß i g in den Verdampfer
übergedrückter Kondensats läßt sich in zwei Weiseii regeln, einmal durch Regelung
der Wärmeübertragungsfähigkeit des übertragungsorgans 24, die später noch näher
beschrieben werden soll, und andererseits durch die Größe und die räumlichen Abmessungen
des Gefäßes i g. Da der Überlauf von Kondensat aus dem Speicher ig durch Leitung
21 beginnt, sobald der Speicher einen Überdruck vorn der Kondensatsäulea (s. Figur)
aufweist, so ist nur eine ganz geringe Druckkraft zum Überlauf erforderlich. Je
mehr Kondensat jedoch aus dem Sammelbehälter i g ausgedrückt wird, d. h. je tiefer
der Spiegel sinkt, um so höher wird die zu fördernde Flüssigkeitssäule, um so mehr
Gas muß im Gefäß also entwickelt werden. Die Anderungen der Abmessung des Gefäßes
ig bezüglich Weite und Tiefe sind also für die Gesch@vindigkeit, mit der sein Inhalt
in den Verdampfer gedrückt wird, von großer Bedeutung.
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Fig. 2 zeigt Beine Ausführungsform der Erfindung bei einem Kälteapparat,
der mit zwei Verdampfern arbeitet, nämlich einem Eisbereiter 14a und einem Raumkühler
14". Gleiche Bezugszeichen haben gleiche Bedeutung. Vom Kocher io aus gehen die
Kocherdämpfe an der Stelle 11 vorbei, die durch die Wärmeentziehung des Übertragungsorgans
24 gekühlt wird und somit einen Wasserabscheider darstellt. Die Dämpfe gehen zum
Kondensator 12a und über Leitung 13a in verflüssigtem Zustand in den Kaltverdampfer
.oder Eisbereiter i4a. Vom Kondensator 12a ist die Fülleituing 23 abgezweigt, die
gleichfalls durch die Koindensatorkühlflanschen gezogen ist. Durch sie wird das
Gefäß 19 aufgefüllt. Beim steigenden Druck im Gefäß 19 wird sein Inhalt über .die
Leitung 2o zur Verbindungsstelle des Kondensators 12a mit der Kondensatleitung 13a
gedrückt. Die Ventilleitung 21 ist im Ausführungsbeispiel mit der Leitung 26 verbunden,
die ein Drucka.usgleiChsgefäß.25 mit dem Raumkühlverdampfer 14v verbindet. Bei dieser
Ausführungsform erhält also das Speichergefäß ig Kondensat vom Eisbereiterkondensator
12a. Vor der Einmündllngsstelle dieses Kondensates in die Ko;ndensatleitung i3a
ist der Kondensator 1215 abgezweigt, der sein Kondensat über die Kondensatleitung
13v zum Raumkühlverdampfer 14v leitet. Dieser ist in bekannter Weise an den Gastemperaturwechsler
15 .angeschlossien und @entwässert in bekannter Weise nach dem Eisbereiter. Das
Ende des Kondensators 12a kann auch in bekannter Weise als Wasserabscheider ausgebildet
werden, so daß die sich in ihm entwickelnden Dämpfe zum Kondensator 12v gelangen.
In diesem Falle wird der Raumkühler ständig mit etwas Kondensat beschickt, während
im Ausführungsbeispiel der Raumkühler J 4b ,nur in Tätigh.eit tritt, wenn der Kondensator
i 2a nicht ausreicht, alle Kocherdämpfe zu kondensieren.
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In der Figur ist gestrichelt eine weitere Möglichkeit des Anschlusses
der Fülleitung 23 gezeigt, und zwar kann diese Leitung 23v auch vom Kondensator
121) abgezweigt werden. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn man mit kondensatgekühltem
Wasserabscheider arbeitet, da dann die Leitung 13v stets mit Kondensat beschickt
ist. Die Anschlußstelle kann dann wie in der Figur dargestellt gewählt werden, so
daß im Kondensator
12v gebildetes Kondensat erst den Speicher 19
auffüllen muß, bevor das Kondensat in den Raumkühlverdampfer eintreten kann.
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Bisher ist die Anlage nur beschrieben als eine Vorrichtung, die ,ein
schnelles Starten des Kälteapparates ermöglicht. In den Fig. 3 bis 5 sind weitere
Ausführungsformen schematisch dargestellt, die eine Benutzung des gespeicherten
Kondensates zu Tiefkühlzwecken ermöglichen. Zu diesem Zweck ist das Gefäß 19 mit
der Kocherdampfleitung 2; in eine die Wärmezufuhr willkürlich regelnde Verbindung
gesetzt. Die Leitung 2y ist hierzu von einem Luft @enthaltenden Mante128 umgeben,
der seinerseits mit einer Hülse 29 das Speichergefäß i9 größtenteils umgreift. Die
Hülse 19 weist Schlitze 3 0 auf und ist durch ein mit ähnlichen. Schlitzen
versehenes drehbares Organ 31 umgeben. Stehen die Schlitze des drehbaren Organs
3 i mit den Schlitzen 3o der Hülse 29 in Übereinstimmung, so wird das Gefäß i9 luftgekühlt,
und es kann kein Gas in ihm @entstehen, so da.ß das Speichergefäß i9 gefüllt bleibt.
Wird jedoch, weil man schnell Eis bereiten oder etwas schnell tiefkühlen will, das
drehbare Organ 31 so gedreht, daß @es die Schlitze 3o abdeckt, so erwärmt sich die
eingefangene Luft im Mantel 28 und der Hülse 29 so stark, daß das Speichergefäß
i 9 miberwärmt wird und nun seinen Inhalt durch die Druckleitung 20 nach dem Verdampfer
drückt. Will man also schnell Eis bereiten, d. h. wird eine größere Menge Kondensat
als normal im Verdampfer ,gebraucht, so .dreht man das Organ 31 bis zur Abdeckung
der Schlitze 3o. Nach Beendigung des Eisbereitensoder Schnellfrierens wird das drehbare
Organ 31 zurückgedreht, so daß das Gefäß i9 wieder luftgekühlt wird und sich :erneut
Kondensat in ihm sammelt. In der Fig. 5 ist eine ähnliche Ausführungsform gezeigt,
in der der Mantel 28 eine andere Form aufweist und das Gefäß 19 teilweise
umgreift. Der Mantel 28 ist in diesem Fall mit Klappen 32 versehen, die in geöffneter
Stellung eine Luftkühlung des Gefäßes i 9 bewirken, in geschlossener Stellung aber
dessen Erwärmung zur Folge haben. Man schließt die Klappen von Hand zum Schnellfrieren
und öffnet sie wieder, wenn weiteres Schnellfrieren nicht mehr nötig ist.
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An Stelle dieser Ausführungsform kann man auch das Wärmeübertragungsorgan
24 der Fig, i mit einem ziemlich großen Loch versehen, so daß wegen der Dünne des
übrigbleibenden Materials die Wärmeübertragung auf das Gefäß i 9 gering ist. Setzt
man aber in dieses Loch einen Metallpfropfen :ein, so verändert man die Wärmeübertragungsfähigkeit
des Organs 24 und erreicht somit :eine stärkere Erwärmung des Gefäßes i g. An Stelle
dieser Metallsteuerungen oder der iti den Fig.3 bis 5 gezeigten Steuerung kann man
auch ein Wärmeübertragungssystem bekannter Art mit Umlaufflüssigkeit oder einem
verdampfenden und kondensierenden Mittel wählen, .das direkt vom Kocher oder von
der Kocherdampfleitung Wärme aufnimmt und diese :an das Gefäß i9 abgibt. Die Steuerung
der Wärmeübertragung derartiger Systeme ist hinreichend bekannt und braucht da'her@
nicht beschrieben zu werden.
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In der tig, 6 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, das das Starten.
des Apparates noch wesentlich beschleunigt. Gleiche Bezugszeichen haben wieder gleiche
Bedeutung. Im Ausführungsbeispiel der Fig.6 wird das im Koindensator i2 verflüssigte
Kondensat durch die Fülleitung 23 zum Gefäß 19 und von diesem durch Leitung 2o zum
Verdampfer 14 geführt, so daß also die Leitungen 2o und 13 der vorstehenden Figur
identisch werden. Der Kandensabor i 2 ist ferner mit einer Entlüftungsleitung 5o
zum Gastemperaturwechsler 15 versehen. Vom Sammelgefäß 16a des Absorbers geht eine
Leitung 5 i aus, die zu einer Pumpschlinge 52 ausgebildet ist, die durch eine Wärmequelle,
beispielsweise eine elektrische Heizpatrone, beheizt werden kann. Von der Pumpschlinge
52 aus geht eine Leitung 53 in wärmeleitender Verbindung mit dem Speichergefäß i9
zum oberen Teil des Kochers i o. Wird nun beim Starten .oder wenn man zu bestimmten
Zeiten stärkeren Kältebedarf hat,- die Pumpschling@e 52 beheizt, so klommt die Flüssigkeitszirkulation
sofort in Gang, ohne daß der Kocherinhalt selbst beheizt zu werden braucht. Durch
die wärmeleitende Verbindung der Leitung 53 mit dem Speichergefäß i9 wird dieses
erwärmt und drückt steinen Inhalt in den Verdampfer 14, so daß der Apparat bereits
wenige Minuten nach Einschaltung der Beheizung der Pumpspirale 52 Kälte liefert.
De Beheizung der Spirale 'S2 kann gleichzeitig mit der Beheizung des Kochers eingeschaltet
werden, doch können auch getrennte Vorrichtungen dafür vorgesehen sein. Es ist ferner
möglich, einen Teil der reichen Lösung durch die Spirale 52 zu schicken und einen
weiteren Teil dieser Lösung durch seine punktiert dargestellte Leitung 54 der Pumpschlinge
18 zuzuführen.
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Um etwaige Kältemittelverluste zu vermeiden, die dadurch entstehen
können, daß aus dem Behälter i 9 pro Zeiteinheit mehr Kältemittel ausgedrückt wird,
als im Verdampfer jeweilig verdampfen kann, ist @es zweckmäßig, die unteren Stauorgane
des Verdampfersetwas größer zu machen, um dadurch zu verhindern, daß zeitweilig
überschüssige Kältemittelmengen unbenutzt dem Absorber zulaufen.