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Kühlschrank mit einem Absorptionsapparat Die Erfindung bezieht. sich
auf Kühlschränke, die von einem Kälteapparat gekühlt werden, der mit druckausgleichendem
Hilfsgas ohne Gaszirkulation arbeitet. Derartige Kälteapparate ohne bewegliche Teile,
in denen das verflüssigte Kältemittel in ein im wesentlichen ruhendes indifferentes
Gas hineinverdampft, sind bereits bekannt. Es ist ferner bereits bekannt, in Apparaten,
bei denen ein Hilfsgas zwischen getrennten Verdampfungs-und Absorptionsgefäßen umläuft,
das Kältemittel in mehreren Verdampfungsstufen verdampfen zu lassen und die dabei
entstehenden Nutzkälten verschiedener Temperatur für verschiedene Kühlzwecke zu
benutzen. Es ist endlich bekannt, zur Übertragung von Wärme Verdampfungs- und Kondensationssysteme
zu benutzen. Die Erfindung kombiniert die bekannten Anordnungen und ermöglicht es
dadurch, in mit druckausgleichendem Gas arbeitenden Kälteapparaten, bei denen das
Hilfsgas unbewegt bleibt, verschiedene Verdampfertemperaturen für verschiedene Kühlzwecke
nutzbar zu machen.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe, indem sie in oder an dem Verdampferabsorber
gegenüber der Absorptionsfläche, die von der umlaufenden Absorptionslösung benetzt
wird, mehrere thermisch getrennte Verdampfer oder Verdampferflächen anordnet, an
denen sich infolge des verschiedenen Partialdruckgefälles zwischen der Absorptionsfläche
und der gegenüberliegenden Verdampferfläche verschiedene Temperaturen einstellen,
die auf den Verdampfern oder den Verdampferflächen zugeordnete Kühlstellen übertragen
und somit verschiedenen Kühlzwecken nutzbar gemacht werden. .
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Die Erfindung soll näher unter Hinweis auf die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben werden, wobei sich weitere kennzeichnende Merkmale der Erfindung ergeben
werden. Die Abb. i und 2 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele der Kälteübertragung
verschiedener Temperaturen aus einem gemeinsamen Verdampfungs- und Absorptionsgefäß
auf einen Kühlschrank.
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Die Abb. 3 zeigt einen Teil einer solchen Anlage.
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In der Abb. i bezeichnet io die Isolation eines Kühlschrankes beliebiger
Abmessung. Mit i i ist ein an sich bekanntes Verdampfungs- und Kondensationssystem
bezeichnet, das mit seinem einen Ende in einen besonders kalt zu haltenden Kühlschrankteil
27 hineinragt, wo es zum Zwecke der besseren Wärmeübertragung mit Kühlflanschen
12 versehen ist. Der Teil des Elementes, der innerhalb der Kühlschrankisolation
liegt, liegt im wesentlichen horizontal, damit die im Verdampfungs- und Kondensationssystem
enthaltene Flüssigkeit, z. B. Ammoniak o. dgl., möglichst die ganze Länge der Wandung
dieses Teiles berührt, gleichzeitig aber auch auf der ganzen
Länge
des Querschnittes einen Luftraum über sich hat, -*ag# die 'Vdrdämpfung erleichtert.
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Um die Flüssigkeit an der günstigsten Stelle zu hälfen, ih das System
ii zweckmäßig mit einem Knick 13 in schräger Richtung nach oben durch die Isolation
io des Kühlschrankes geführt. Außerhalb des Kühlschrankes ist das System i i dann
senkrecht aufwärts gebogen und an seinen Außenwandungen mit einem spiralförmig umlaufenden
Band 14 o. dgl. versehen.
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Dieser Teil des Systems ii, der im Inneren als Kondensator für das
Verdampfungs- und Kondensationssystem dient, dient mit seiner Außenwand gleichzeitig
als der Verdampfer des Kälteapparates. Es tritt in an sich bekannter Weise durch
eine Leitung 15 Kondensat auf die Bandspirale 14, das im Inneren des Behälters 16,
der gleichzeitig als Absorber des Apparates dient, zur Verdampfung kommt. Der Absorber
16 ist auf seinen Innenwänden gleichfalls mit einem spiralförmigen Band o. dgl.
17 versehen, auf das die Absorptionslösung -in an sich bekannter Weise durch eine
Leitung 18 gepumpt wird. Die arme vom Kocher kommende Lösung rieselt auf dem spiralförmigen
Band 17 abwärts, wobei sie sich anreichert, und tritt durch eine Leitung i9 vom
unteren Teil des Absorbers 16 zum Kocher zurück, wo sie in bekannter Weise wieder
entgast wird. Die Außenwand des Absorbers 16,ist mit einer beliebigen Kühlvorrichtung,
beispielsweise init einer Kühlspirale 24, versehen, in die Kühlwasser bei 25 ein-
und aus der es bei 26 austritt. Doch kann die Abfuhr der Absorptionswärme auch durch
Luftkühlflanschen oder durch ein besonderes Verdampfungs-und Kondensationssystem
erfolgen. Letzteres ist besonders zweckmäßig, wenn man Ventilationskanäle o. dgl.
hat, in -denen eine stärkere Luftzirkulation. erzeugt werden kann, als dies bei
der in Abb. i gezeigten Ausführungsform der Fall ist: Um Wärmeverluste von dem kalten
Teil des Verdampfers ir an die Außenluft zu verhüten, wird der zwischen dem Absorber
r6 und dem inneren Schrankraum gelegene Teil des Systems i i. zweckmäßig durch eine
Isolierung geführt und die Absorberwand, wie bei 22 gezeigt, wulstförmig eingezogen.
In dem Absorptionsgefäß-16 ist in der Richtung des Laufs der Absorptionslösung einzweites
dem System: i i entsprechendes Verdampfungs- und Kondensationssystem angeordnet,
dessen Teile mit dem Index a versehen sind. Die unterste Stelle des im Inneren des
Absorbers. 16 gelegenen Teils des Systems ir wird zweckmäßig mit einer Spitze, Traufe
o. dgl. 28 versehen, von der aus flüssiges Kältemittel, -das auf der Bandspirale
14 nicht, verdampft ist, .. auf das zweite Element ija und dessen Band-: spirale
149 tropfen kann. Da die der Bandspirale 14 gegenüber an der Absorberwand entlang
laufende Absorptionslösung noch sehr arm. ist, ist in dem Zwischenraum dieser beidien
Apparatteile das Druckgefälle des Kältemittels besonders groß, so daß eine sehr
starke Verdampfung von der Bandspirale 14. aus stattfindet. Infolgedessen hat der
mit dieser Bandspirale 14 bekleidete Teil des Systems i i eine sehr niedrige Temperatur,
so daß die in dem im Schrankinneren gelegenen Teil des Systems i i enthaltene Flüssigkeit
sehr stark ins Kochen kommt, wodurch dem Schrankabteil 27 schnell und viel Wärme
entzogen wird. Der Schrankabteil 27 ist des-'halb besonders für Herstellung von
Eis o. dgl. geeignet. Naturgemäß kann der im Inneren des Abteils 27 liegende Teil
des Systems i i statt, wie dargestellt, mit Kühlrippen 12 auch mit Vorrichtungen
zur Eiserzeugung, beispielsweise mit einem Gußblock aus Aluminium o. dgl., zur Aufnahme
von Kästchen für die Eisbereitung" versehen sein. Das Element iia, auf das überschüssiges
Kältemittel vom Element i i herabtropft, bekommt bei der Verdampfung eine höhere
Temperatur, da die an den gegenüberliegenden Wandungen des Absorbers 16 herablaufende
Lösung, bereits reicher geworden ist, so daß das Partialdruckgefälle zwischen beiden
Wandungen geringer geworden ist. Die im Inneren des Systems i ia enthaltene Flüssigkeit
kocht daher weniger stark, so daß der im Inneren des Schrankes gelegene Teil i ja
eine höhere Temperatur als der entsprechende Teil des Systems i i annimmt. Zweckmäßig
ist es, das Element iia größer zu machen als das im wesentlichen zur Eisherstellung
dienende Element i i. Will man mit Sicherheit verhindern, daß sich im Schrank unerwünscht
tiefe Temperaturen bilden, kann man dies auch dadurch erreichen, daß man beispielsweise
in das Element iia ein indifferentes Gas einfüllt, um dadurch den Kochpunkt der
im System .ja enthaltenen Flüssigkeit schärfer zudeterminieren. Der Absorber 16
ist im Ausführungsbeispiel durch eine Kühlschlange 24 gekühlt sowie durch eine Isolation
21 gegen die Außenluft abgeschlossen.
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Um den Übergang von Wärme von der warmen Absorberwand auf die kalte
Verdampferwand- zu erschweren, ist es zweckmäßig, die einander zugekehrten warmen
und kalten Flächen aus spiegelndem Material zu machen. Bei Verwendung von Wasser
als Absorptionsmittel und Ammoniak als Kältemittel kommt hierfür beispielsweise
rostfreier Stahl in Betracht. Doch können auch andere Materiale, beispielsweise
spiegelndes Aluminium, blankes Kupfer o. dgl., Verwendung
finden,
je nach Wahl der im Kälteapparat benutzten Stoffe.
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Der Abstand zwischen der kalten V erdampferwand i i und der warmen
Wand des Absorbers 16 wird zweckmäßig klein .gemacht, um die Diffusion des verdampfenden
Kältemittels nach den Absorptionsflächen zu erleichtern. Vorteilhaft ist es ferner,
den Druck im Apparat beispielsweise durch Wahl geeigneter Betriebsmittel möglichst
niedrig zu halten und entsprechend die Beimischung des indifferenten Gases auch
sehr niedrig zu halten. Bekanntlich ist die Wärmeleitfähigkeit und die Diffusion
stillstehender Gase bis zu einer gewissen unteren Grenze konstant. unterhalb dieser
Grenze vergrößert sich vor allem die Diffusionsfähigkeit wesentlich. Es ist daher
vorteilhaft, die Beimischung des indifferenten Gases so gering zu machen, daß der
Partialdruck des Gases unterhalb dieser Grenze der Konstanz für die Wärmeleitfähigkeit
und die Diffusion liegt, d. h. daß der Partialdruck des Hilfsgases weniger als etwa
5 mm Quecksilberdruck beträgt.
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Unter diesen Verhältnissen wird es im allgemeinen überflüssig sein,
ein besonderes Hilfsgas in den Apparat einzuführen. Wird dieser vor der Füllung
evakuiert, so bleibt doch eine gewisse Gasmenge im Apparat zurück. Nach der Beschickung
des Apparates mit dem Absorptions- und dem Kältemittel treten ferner im allgemeinen
geringfügige Zersetzungen der Betriebsmittel ein (z. B. bei Verwendung von Ammoniak
ein Zerfall einiger Moleküle in Stickstoff und Wasserstoff). Der bei der Evakuierung
übriggebliebene Gasrest sowie etwaige Zerfallprodukte der Betriebsmittel werden
im allgemeinen schon ausreichen, das erforderliche Hilfsgas zu liefern. Um zu verhüten,
daß Sauerstoff bei der Evakuierung übrigbleibt, kann es zweckmäßig sein, den Apparat
nach der ersten Evakuierung mit Stickstoff oder Wasserstoff zu füllen, ihn nach
dieser Füllung nochmals zu evakuieren und erst dann mit den Betriebsmitteln zu beschicken.
Bei Verwendung eines höheren Partialdruckes des Hilfsgases wird wegen der guten
Diffusionseigenschaften am besten Wasserstoff verwendet.
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Besonders wenn der Apparat mit niedrigen Drucken arbeitet, ist es
von Wichtigkeit, ein Absorptionsmittel zu benutzen, das einen niedrigen Dampfdruck,
d. h. einen hohen Kochpunkt hat. Denn es ist zu vermeiden, daß bei dem niedrigen
Druck im' Verdampfer und Absorber Absorptionsmittel von den Wänden des Absorbers
verdampft, auf dem kalten Verdampferteil kondensiert und hier das flüssige Kältemittel
bindet. In solchen Fällen hat sich beispielsweise Paraffinöl als Absorptionsmittel
und Toluol als Kältemittel oder Fuselöl als Absorptionsmittel und Äthylchlorid als
Kältemi=ttel als besonders vorteilhaft erwiesen.
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In der Abb. 2 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, in dem die Kälte
vom Verdampfer statt durch ein Verdampfungs- und Kondensationssystem durch ein Luftzirkulationssystem
auf den Schrankinhalt übertragen wird. Gleiche- Bezugszeichen haben die gleiche
Bedeutung wie in der Abb. i.
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Abweichend von der Abb. i ist der Verdampferteil der Anlage, der wieder
mit einer Bandspirale 1q. versehen ist, auf die das Kondensat oder bei Resorptionsmaschinen
die reiche Verdampferlösung aus der Leitung 15 läuft, durch zwei Verbindungsrohre
23 mit der Raumluft der Kühlschrankkammer 27 verbunden. Die im Verdampferteil stehende
Luft wird durch die Kühlung schwerer und kommt dadurch zur Zirkulation, wobei sich
allmählich die gesamte im Abteil 27 enthaltene Luft stark abkühlen muß. Zweckmäßig
ist es, die obere Leitung 23 hoch an der Schrankdecke münden zu lassen. Das untere
Kühlsystem ist durch Leitung 23a mit dem Hauptraum des Kühlschranks verbunden und
kühlt diesen in entsprechender Weise.
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Ebenso wie bei der vorhergehenden Abbildung ist die Erfindung nicht
auf die seitliche Lagerung des Verdampferabsorbers am Schrank eingeschränkt, sondern
die Verdampferabsorberanlage kann beispielsweise oberhalb des Schrankes angebracht
werden. Falls erforderlich, kann auch eine besondere Ventilationsvorrichtung im
Inneren des Kühlschrankes oder an einer derLeitungen23 vorgesehen werden. Dieses
ist besonders zweckmäßig, wenn; man den inneren Verdampferteil beispielsweise mit
Luftrippen versieht, um den Übergang der Wärme der durchstreichenden Luft besser
auf die kalte Verdampferwand zu übertragen.
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In der Abb. 3 ist ein Teil des Absorbers in dem unteren Kühlsystem
i i11 gezeigt. Das Absorptionsgefäß 16 ist bei diesem Ausführungsbeispiel an seinem
unteren Ende 22 wulstförmig ausgeführt, um den Weg für die Wärme von der warmen
Absorber- zur kalten Verdampferwand zu verlängern und dadurch die Wärmeübertragung
zu' verringern. Diese wulstartige Verbindung 22, die auch bei den vorgenannten Darstellungsformen
verwendet werden kann, ist in der Abb. 3 bis an die Schrankisolation io nach unten
herabgezogen. Abgesehen davon, daß der Wärmeaustausch der beiden Flächen dadurch
verringert wird, kann gleichzeitig die in Abb. i vorgesehene Isolation -i dieses
Teiles des Systems ii erspart werden. Hierzu ist es jedoch erforderlich, den unteren
Teil des Absorbers entsprechend napfförmig, wie bei 35 gezeigt, auszubilden,
so
daß die an der Absorberwand herabtropfende Lösung sich in dem wulstförmigen Napf
35 fängt und durch Leitung i9 abgeführt wird. I3`enn es ist zweckmäßig, den Raum
zwischen dem Element i i und der hier gewissermaßen als Mantelrohr ausgebildeten
Wulst 22 gaserfüllt zu haben, da das zwischen den Wandungen stehende Gas weniger
Wärme überträgt, wie dies die Absorptionslösung tun würde. Naturgemäß muß jedoch
an der tiefsten Stelle dieses Mantelrohres eine Entwässerungsleitung 36 vorgesehen
werden, die nach einem beliebigen Teil des Kälteapparates entwässert. Die obere
Verbindung zwischen der warmen Absorberwand 16 und der kalten Verdampferwand kann
in entsprechender Weise ausgeführt werden. Auch hier kann die zweckmäßig eingezogene
Absorberwand die Wände des Systems i i mit einer langgestreckten, aber schmalen
Gasschicht ummanteln.
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Sowohl die Verdampfer- als die Absorberwand der vorstehenden Ausführungsform
kann statt mit der dargestellten Bandspirale auch mit gut wärmeleitenden, porösen
Stoffen, beispielsweise Drahtgaze o. dgl., bekleidet oder mit kapillar wirkenden
Riffelungen o. dgl. versehen sein, die eine Befeuchtung der Wände sicherstellen.
Auch können statt der Bandspirale eine Mehrzahl von Näpfchen an den entsprechenden
Wandungen vorgesehen sein, von denen die Betriebsmittel durch Überläufe von einer
Platte zur nächstniederen Platte herabtropfen.
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Der Kälteapparat selbst kann in beliebiger, bekannter Weise als Kälteapparat
ohne bewegliche Teile ausgeführt sein, z. B. nach den bekannten Methoden von Gep
p er t, P 1 a t en-Munter; Siemens o. dgl. Es ist ferner nicht erforderlich, daß
das Verdampfungs-und Kondensationssystem unmittelbar die Verdampferwandung darstellt.
Es ist auch möglich, ein derartiges Element in das Innere des dargestellten Verdampfer-Absorberkörpers
einzusetzen und beispielsweise durch Verlötung o. dgl. wärmeleitend mit der inneren
Verdampferwand zu verbinden.
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Der Kälteapparat kann ferner mit Kondensation des Kältemittels arbeiten
oder das Kältemittel aus einer Resorptionslösung verdampfen lassen.
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Endlich können die Verdampfer- und Absorberwände ihre Stellung gegeneinander
wechseln, so daß der Absorberteil innen und der Verdampferteil außen liegt, wobei
dann der Kondensationsteil des Verdampfungs-und Kondensationssystem i i den Verdampfer
des Apparates umschließt.
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Um die wirksame Absorptionsfläche des Absorberteils zu vergrößern,
kann man im Inneren des Absorbers besondere Einsatzwände vorsehen, über die gleichfalls
in an sich bekannter Weise Absorptionslösung herabsickert. Diese Wände können beispielsweise
aus Drahtgazen bestehen oder mit Drahtgazen bekleidet sein, wobei diese Drahtgaze
beispielsweise einfach in die oberste Rille der Bandspirale 17 eingehängt werden
kann.