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Verfahren und- Vorrichtung zum Betriebe von intermittenten Absorptionskälteapparaten
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betriebe von
intermittent arbeitenden Kälteapparaten.
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Es ist bei derartigen Apparaten üblich, daß in-der Kochperiode die
Kocherdämpfe vom Spiegel des Kochers zum Kondensator geführt werden, worauf das
verflüssigte Kältemittel zum Verdampfer läuft, während in den Absorptionsperioden
den Kältemitteldämpfen der Weg vom Verdampfer zum Kocberspiegel durch ein Flüssigkeitsschloß
verriegelt wird, damit die Verdampfendämpfe unterhalb des Kocherspiegels in die
Absorptionslösung eintreten können. Diese Apparatart hat die Nachteile, daß die
zwischen dein Kocherspiegel und dem Flüssigkeitsschloß stehenden Kocherdämpfe am
Abschluß der Kochperiode langsam kondensieren müssen, da es nicht möglich ist, sie
zur Absorption in Absorptionslösung, insbesondere bei Apparaten mit Umlauf der Absorptionslösung
in kalte Absorptionslösung, einzuführen. Demzufolge sinkt der Gesamtdruck der Apparate
nur langsam. Die Erfindung beseitigt diese Nachteilebei intermittenten Absorptionskälteapparaten
mit Umlauf von Absorptionslösung zwischen einem Kocher und einem unbeheizten Speichergefäß,
indem sie im Gegensatz zu den bekannten Anlagen, die in den Absorptionsperioden
ein Flüssigkeitsschloß aufbauen, gerade während der Kochperioden eine Flüssigkeitssäule
aufbaut, die in den Absorptionsperioden- zusammenbricht und damit den Kocherdämpfen
den Eintritt in kalte Lösung ermöglicht. Die Erfindung ist im wesentlichen dadurch
gekennzeichnet, daß in den Kochperioden durch geeignete Mittel .eine Flüssigkeitssäule
aufgebaut wird, durch deren Einwirkung die Gaseintrittsstelle in das System der
kalten Absorptionslösung gegen Kocherdämpfe verschlossen wird, während in den Absorptionsperioden
diese Flüssigkeitssäule zum Zusammenbrechen gebracht und dadurch der Gaszutritt
zur kalten Lösung sowohl für Verdampferdämpfe wie für über (lern Kocherspiegel stehende
: Kocherdämpfe gestattet wird.
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Die Erfindung soll näher unter Hinweis auf die beiliegende Zeichnung
beschrieben werden, wobei sich die kennzeichnenden Merkmale der Erfindung ergeben
werden.
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Der Apparat enthält ein Speichergefäß io für Absorptionslösung. Dieses
Gefäß kann.in beliebiger Weise durch Kühlwasser oder durch Luftkühlflanschen gekühlt
sein. Das Speichergefäß io ist durch eine Leitung i t über einen Temperaturwechsler
12 bekannter Bauart sowie eine andere anschließende Leitung 13 mit einem Kocher
14. zum Transport armer Lösung vom Kocher zum Speichergefäß io verbunden. Das Speichergefäß
io steht ferner über eine Leitung 15 finit dem eigentlichen Absorberelement 16 in
Verbindung, das mit Kühlflanschen 17 versehen ist, aber naturgemäß auch durch Kühlwasser
gekühlt werden kann. Vorn Absorberelement 16
führt eine Leitung
18 zu einem Stoßgefäß 1g, das im Innern mit durchlochten Stauplatten 2o versehen
ist. Vom Boden des Stoßgefäßes 1g aus führt ein Standrohr 2z, das gleichzeitig als
Abgasleitung dient, zur höchsten Stelle des Speichergefäßes 1o zurück.
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Im Apparat ist ferner ein Ausgleichsgefäß 22 vorgesehen, dessen Volunxen
so groß gewählt ist, daß es sowohl die in den Kochperioden im Verdampfer oder Kondensatsammelbehälter
gespeicherten Kältemittelmengen aufnimmt als auch die Flüssigkeitsmengen, die dem
Inhalt des Stoßgefäßes 1g, des Absorberelements 16 sowie den diese Gefäße mit dem
Speichergefäß io verbindenden Leitungen entsprechen. Das Ausgleichsgefäß 22 wird
zweckmäßig entweder wärmeisoliert, und zwar vermittels einer Wärmeisolation geringer
Wärmekapazität, oder aber es kann mit in den Kochperioden des Apparates warmen Apparatteilen
wärmeleitend verbunden sein, um seine Temper atur während der Kochperioden über
der Kondensationstemperatur der Kältemitteldämpfe zu halten. Das Ausgleichsgefäß
22 steht über eine Leitung 23 mit dem unteren Ende eines Standgefäßes 24 in Verbindung.
Vom unteren Ende dieses Standgefäßes 24 führt eine Leitung 25 über eine Pumpschlinge
26 und ein Steigrohr 27 in den Kocher 14. Gleichfalls vom unteren Ende des Standgefäßes
24 führt eine Leitung 28 zu einer zweiten, später zu erörternden Pumpschlinge 29,
die sich in einer Leitung 30 fortsetzt. Diese Leitung 30 mündet in
einen im oberen Teil des Standgefäßes 24 vorgesehenen Ringraum 31. Von diesem Ringraum
3 i führt eine Leitung 32 über den Temperaturwechsler 12 und eine Leitung 33 nach
dem Stoßgefäß 1g, in dem dieseLeitungzweckmäßigzwischen den Stoßplatten 2o mündet.
Hierdurch erhält man oberhalb der Stoßplatten 20 im Gefäß 1g einen gewissen Raum,
in dem sich im Betrieb des Apparates etwa bildende Zersetzungsgase oder in ihn eindringende
Fremdgase ungefährlich sammeln können. Der Ringraum 31 des Standgefäßes 24 ist nach
innen zu mit flüssigkeitsfangenden Stoßplatten 34 versehen, über die Absorptionslösung,
die über den oberen Rand 35 des Ringraumes läuft, in das Innere des Standgefäßes
24 hinabrinnen kann: Durch diese Platten 34 hindurchgeführt ist eine Leitung 36,
die das Standgefäß mit dem oberen Teil- des Kochers 14 verbindet. Der obere Teil
des Standgefäßes 24. ist endlich durch eine Leitung 37 mit dem oberen Teil des Ausgleichsgefäßes
22 verbunden.
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Vom unteren Teil des Kochers 14 geht eine Leitung 38 aus, die gleichfalls
in Form einer Heizschlinge 39 ausgebildet ist und deren Steigrohr 40 in den oberen
Teil des Kochers 14 einmündet. Diese- Heizschlinge 39 stellt die eigentliche Beheizung
des Kocherinhalts dar. Zweckmäßig werden die Purnpschlingen 26, 29 und die Heizschlinge
39 gemeinsam auf einen Schornstein 41 gewickelt, der durch eine beliebige bekannte
Heizquelle, beispielsweise eine elektrische Heizpatrone, eine Gasflamme oder einen
Petroleumbrenner, beheizt wird. Die Beheizung der einzelnen Schlingen, insbesondere
die Beheizung des Kochers, kann jedoch in beliebiger anderer Art erfolgen, z. B.
kann die Beheizung des Kochers direkt sein. Es kann aber auch der Schornstein 41
durch den Kocher 14 hindurchgehen oder in beliebiger anderer Weise wärmeleitend
mit dem Kocher 14 verbunden sein.
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Die vom oberen Teil des Standgefäßes 24 zum Ausgleichsgefäß 22 gehende
Leitung 37 steht einerseits über eine Leitung 42 mit der Leitung 15 in Verbindung,
und zwar liegt die Verbindungsstelle 43 beider Leitungen etwas unterhalb der Überlaufstelle
35 im _ Standgefäß 24, aber oberhalb der Eintrittsstelle 54 der Leitung 32 in dem
unteren Teil des Ringraumes 31. Der senkrechte Abstand der Punkte 43 und 54 ist
in der- Zeichnung mit A bezeichnet. Das sich an die Leitung 15 anschließende Absorberelement
16 liegt hingegen etwas oberhalb dieser Überlaufstelle 35. Von der Leitung 37 zweigt
ferner eine Gasleitung 44 ab, die sich in einer Kondensatorschlinge 45 fortsetzt.
DieKondensatorschlinge45 wird zaveckmäßig durch dieselben Kühlflanschen 17 gekühlt,
durch die das Absorberelement 16 gekühlt wird. Das vom Kondensator 45 gebildete
Kondensat fließt einem Mantelgefäß 46 zu, das das mit Stoßplatten 47 versehene Rohr
44 umgibt. Vom unteren Teil des Mantelgefäßes 46 führt eine Leitung 48 zum Verdampfer
49, der in beliebiger Weise ausgebildet sein kann. Er kann beispielsweise mit einem
indirekten Kühlsystem versehen sein, das Wärme nur in einer Richtung überträgt.
Er kann wärmeisoliert ausgebildet sein, so daß aus seiner Isolation heraus ständig
kältemittelgefüllte Rohrschlangen oder Rohrelemente in den eigentlichen Kühlraum
oder das zu kühlende Gut hinabragen. Er kann aber auch unisoliert gleichzeitig mit
einem indirekten Kühlsystem im Schrank angeordnet sein.
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Zweckmäßig wird der Verdampfer 49 mit einer Überlaufanordnung 5o an
sich bereits bekannter Art versehen sein, die eine selbsttätige Entwässerung von
mitgenommenem Absorptionsmittel gestattet. Die Überlaufleitung 51 dieses Verdampfers
wird zweckmäßig in wärmeleitende. Verbindung mit einem Apparatteil geführt, der
während der Kochperioden des Apparates über der KondensationstemperaturderKältemitteldämpfe
liegt. Im Ausführungsbeispiel ist diese Leitung 51
an der Stelle
52 mit dem Ausgleichsgefäß -22 in wärmeleitende Verbindung gebracht. Von dieser
Stelle aus ist -die Leitung 51 weiter in die Leitung 15 'eingeführt, wo sie zweckmäßig
unterhalb der Mündungsstellen 43 mündet. Oberhalb dieser beiden Mündungsstellen
ist die Leitung 15 mit einer Thermostatanordnung 53 bekannter Art versehen, die
beim Warmwerden der Leitung 15 die Beheizung des Kochers abstellt und so den Periodenwechsel
hervorruft.
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'Der Apparat wirkt wie folgt. Es sei beispielsweise des einfachen
Verständnisses wegen angenommen, derApparat sei rrlit einer Ammoniakwasserlösung
der üblichen Konzentration sowie den üblichen Korrosionsschutzmitteln bis zu einer
Höhe gefüllt, die der Niveaulinie I der Zeichnung entspricht. Das Füllventil wird
entweder amVerdampferoder besonders zweckmäßig am oberen Teil des Stoßgefäßes i9
angeordnet, so daß es zugleich als Entlüftungsventil für Fremdgase dienen kann.
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Der Apparat kann jedoch mit beliebigen anderen Arbeitsmitteln betrieben
werden, und die Füllung braucht nicht auf die nur zur Erklärung gezeigte Niveaulinie
I zu erfolgen. Zumal wenn die Mündung der Leitung 33 in das Stoßgefäß i9 nicht flüssigkeitsgefüllt
sowie der Ringraum 31 des Standgefäßes 2 nicht bis zum Überlauf 35 gefüllt ist,
stellt der Apparat eine Anlage zweier [J-Rohredar, die nur mit ihren Gasräumen kommunizieren,
also verschieden weit gefüllt sein können.
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Wird aus der angenommenen Grundstellung der Flüssigkeitsspiegel, der
durch die Niveaulinie I bezeichnet ist, die Beheizung des Apparates angestellt,
so beginnt die sogenannte Kochperiode. In allen drei Pumpvorrichtungen 26, 29@ und
39 werden Gasblasen gebildet, die ein Fördern der Flüssigkeit in diesen Leitungen
zur Folge haben. Die Heizschlinge 39 bewirkt dabei nur eineEntgasung desKocherinhalts.
Die Pumpschlinge 26 fördert aus dem unteren Teil des Standrohres 24 Flüssigkeit
in den Kocher 14. Demzufolge sinken die Spiegel im Ausgleichsgefäß 22 und im Standrohr
2.4, während sich der Kocherspiegel hebt. Das Steigen des Kocherspiegels bewirkt,
daß arme Lösung durch Leitung 13, den Temperaturwechsler 12 und Leitung i i in das
Speichergefäß io läuft, so daß sich in den an das Speichergefäß angeschlossenen
Leitungen 15 und 21 gleichfalls die Spiegel heben, um sich auf gleiche Höhe mit
dem neu gehobenen Kocherspiegel zu stellen. Die Pumpe 29 bewirkt ein Aufsteigen
von Flüssigkeit gleichfalls aus dem Druckausgleichsgefäß 22 und dem Standgefäß 24
in den Ringraum 31 des Standgefäßes 24, das allmählich bis zum Überlauf 35 gefüllt
wird. Mehr gehobene Flüssig-]zeit läuft über den Überlauf 35 in das Standgefäß
2@. zurück. Das Steigen des Flüssigkeitsspiegels im Ringraum 31 bewirkt gleichzeitig
über Leitung 32 und den Temperaturwechsler 1-2, Leitung 33, das in den Kochperioden
gefüllte Stoßgefäß i g, Leitung 2 1 und Speichergefäß iö, ein Steigen des Spiegels
in der Leitung 15 bis zur Höhe des Überlaufs 35. Dadurch wird die Mündung 4.3 der
Gasleitung 42 in die Leitung 15 durch Flüssigkeit abgeschlossen.
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Durch die Beheizung steigt der Druck im Apparat, und dieser steigende
Druck bewirkt, daß die im Stoßgefäß i9, der Leitung 18, dem Absorberelement 16 im
Standrohr 21 und in der Leitung 33 eingeschlossenen Gase verflüssigen, so daß sich
das genannte System vollständig mit Flüssigkeit füllt. Da die Leitung 42 einerseits
über Leitung i5 mit dein Speichergefäß io und dieses init dem Flüssigkeitsraum des
Kochers kommuniziert und die Leitung 42 andererseits über Leitung 37 das Standgefäß
24 und Leitung 36 mit dem Gasraum desKochers kommuniziert, so stellt sich der Flüssigkeitsspiegel
in der Leitung 42 auf die gleiche Höhe wie der Kocherspiegel ein, unter der Voraussetzung,
daß man die Reibungsverluste der umlaufenden Flüssigkeiten an den Rohrwandungen
vernachlässigt. Da, sobald das Stoßgefäß i9 flüssigkeitserfüllt ist, eine kommunizierende
Verbindung von Speichergefäß io über das Stoßgefäß i9, Leitung 33, Temperaturwechsler
12 und Leitung 32 mit dem Ringraum 31 gebildet wird, so tritt ein Umlauf der Lösung
ein, sobald der Kocherspiegel entsprechend (lern Reibungswiderstand der Flüssigkeit
über den Überlauf 35 gestiegen ist. Die wegen des hochgestiegenen Kocherspiegels
aus dem Speichergefäß io durch das Stoßgefäß i9 über den Überlauf 33 quellende Lösung
läuft in das Innere des Standgefäßes 24 und von hier aus durch die Pumpschlinge
26 in den Kocher zurück.
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Das im Kocher 14 ausgetriebene Gas tritt durch Leitung 36 in das Standgefäß
24 und stößt hier gegen die von der reichen' Losuilg überspielten Stoßplatten 34,
wobei die Kocherdämpfe rektifiziert werden. Die Kocherdämpfe treten weiter in Leitung
37 ein. Durch den Spiegel in der Leitung 42 wird ihnen der Weg nach dem gekühlten
Absorberelement 16 verriegelt. Einige Kocherdämpfe treten in das Ausgleichsgefäß
22, das sie so weit erwärmen, bis seine Spiegeloberfläche oberhalb der Kondensationstemperatur
der Kältemitteldämpfe liegt. Im wesentlichen treten die Kältemitteldämpfe durch
die Platten 47 des Abscheiders 44 zum Kondensator .I5, in dein sie verflüssigen.
Das verflüssigte Kältemittel läuft in den Mantelraum
46 und wird
durch den 'steigenden Kocherdruck zum Verdampfer 49 emporgedrückt. Während der Kochperiode
füllt sich daher allmählich der Verdampfer 49 bzw. ein ihm vorgeschaltetes, nicht
dargestelltes Kondensatsainmelgefäß mit Kältemittelkondensat. Die dieser Füllung
entsprechende Flüssigkeitsmenge verändert die Spiegel im Flüssigkeitssystem, und
zwar tritt eine entsprechende Verminderung der Flüssigkeitsmengen im Ausgleichsgefäß
22 sowie im Standgefäß 24 ein, während das Stoßgefäß ig wegen. des hohen Druckes
im Apparat ständig flüssigkeitsgefüllt bleibt.
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Die Pumpschlinge 29 hat im wesentlichen nur die Aufgabe, während der
Kochperiode das -Niveau im Ringraum 31 auf der Höhe des Überlaufs 35 zu halten und
damit den Flüssigkeitsabschluß der Stelle 43 sicherzustellen. Da diese Pumpschlinge
im Grunde genommen nur Flüssigkeit vom unteren Teil des Standgefäßes 24 nach dem
oberen Teil des Standgefäßes zurückfordert, braucht ihre Wirkung nur so gering zu
sein, daß sie eben den Flüssigkeitsspiegel im Ringraum 31 auf der entsprechenden
Höhe hält. Über das Auffüllen des Ringraumes 31 bis zur Höhe des Überlaufes 35 zur
Sicherung des Gasabschlusses an der Stelle 73 hinaus ist ein Laufen von Lösung durch
die Pumpschlinge 29 nur insofern erforderlich, als kein Korrosionsmittel in dieser
Schlinge ausfallen soll.
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Es sei angenommen, daß das Niveau im Ausgleichsgefäß 22 und im Standgefäß
24 auf die mit II bezeichnete Niveaulinie gesunken ist, wenn der Verdampfer 49 mit
Kältemittelkondensat so weit gefüllt ist, daß ein Überlaufen in Leitung 51 eintritt.
Die Überlaufvorrichtung ist so ausgebildet, daß zunächst die trotz der Rektifikationsvorrichtungen
34, 47 mitgenommenen Absorptionsmittelmengen durch die Leitung 51 ablaufen. Diese
Absorptionsmittelmengen werden bei ihrem Ablauf durch die wärmeleitende Verbindung
52 mit dem Ausgleichsgefäß z2 unwesentlich erwärmt und treten in der Leitung i5@
in verhältnismäßig kühle Absorptionslösung ein. Diese geringe Erwärmung genügt noch
nicht, um. den Thermostaten 53 in Tätigkeit zu setzen. Wenn aber nach dem Ablaufen
der Absorptionsmittelreste praktisch reines Kältemittel durch Leitung 51 abläuft,
so muß das Kältemittel bei der Berührung mit dem Ausgleichsgefäß 22 verdampfen,
und diese Dämpfe treten jetzt in die Leitung 15 ein, in der sie absorbiert werden.
Die dabei ausfallende Absorptionswärme bringt den Thermostaten 53 zum Anspringen,
so daß die Beheizung des Apparates unterbrochen wird, worauf die Kühl- oder Absorptionsperiode
beginnt. Das Abstellen der Beheizung bewirkt das sofortige Aufhören der Pumpvorrichtungen.
Sobald die Temperatur so weit gesunken ist, daß die Gasblasen in der Leitung
30 in der Flüssigkeit wieder absorbiert'sind, läuft der Inhalt des Ringraumes
31 durch Leitung 30, die nicht mehr beheizte Pumpschlinge 29 und Leitung 28 in das
Standgefäß 24 über. Entsprechend der Menge der ablaufenden Flüssigkeit steigen die
Spiegel im Ausgleichsgefäß 22 und im Standgefäß 24 entsprechend ein wenig. Da nun
das Stoßgefäß ig über Leitung 33, den Temperaturwechsler 12 und Leitung 32 mit dem
Ringraum 31 verbunden ist, so will Flüssigkeit aus dem Stoßgefäß ig, dem Absorberelement
16 und der Leitung 42 in den Ringraum 31 laufen. Wegen der offenen Gasverbindung
zwischen der Leitung 42 und dem Gasraum des Standgefäßes 24 muß diese ablaufende
Flüssigkeitsmenge der Leitung 42 entnommen werden, da kein Gas in das Stoßgefäß
ig eintreten kann. Sobald aber die geringe Flüssigkeitsmenge aus dein Rohr 42 abgelaufen
ist, besteht eine offene Gasverbindung sowohl vom Verdampfer 49 als auch vom Gasrauen
des Kochers an der Eintrittsstelle 43 in die Absorptionsflüssigkeit. Die heißen
Dämpfe des Kochers treten also nun in die Absorptionslösung der Leitung 15 ein und
werden im Absorberelement 16 absorbiert. Hierdurch stürzt der Druck im Apparat plötzlich
ab, so daß das im Verdampfer 49 gespeicherte Kältemittel in außerordentlich kurzer
Zeit nach Abstellung der Beheizung bereits zur Verdampfung kommt. Diese Verdampfergase
treten durch Leitung 48 über den Abscheide' und den Kondensator durch Leitung 37
und 42 in die Leitung 15, wo sie auf ihrem weiteren Weg im Absorberelement 16 absorbiert
werden, wobei sie gleichzeitig ein Umlaufen der Lösung in der Hauptsache durch Leitungen
15, 16 und 18 zum Stoßgefäß ig und von da durch Standrohr 21 zurück zum Speichergefäß
io ver anlassen. Die im Speichergefäß io enthaltene arme Lösung wird daher angereichert.
Da sich durch die Absorption die Flüssigkeitsmenge vergrößert, läuft die überschüssige
Flüssigkeitsmenge durch Leitung 33, den Temperaturwechsler 12, Leitung 32, Ringraum
31 und Leitungen 30, 29 und 28 zum Standgefäß 24, dessen Spiegel und der mit ihm
kommunizierende Spiegel im Ausgleichsgefäß 22 sich also. entsprechend wieder hebt.
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Es sei angenommen, daß der Kocherspiegel bei Beendigung des' Abkochens
auch beispielsweise auf das Niveau II gefallen sei. Dann herrscht an der entsprechenden
in gleicher Höhe gelegenen Stelle der Leitung 15 der dem Gasdruck des Kochers 14
entsprechende Druck P. Die Entfernung B zwischen
dieser Stelle
der Leitung 15 und dem Mündungspunkt ,43, an dem der Druck P-B herrscht, stellt
eine Flüssigkeitssäule dar, die das Verdampfergas in die Leitung 15 und damit in
das Absorberelement 16 drückt. Sollte beispielsweise an heißen Tagen die Kühlung
des Absorberelementes nicht ausreichen, um alle unter der Wirkung der Flüssigkeitssäule
zuströmenden Dämpfe zu absorbieren, so muß ein Teil dieser Dämpfe über Leitung 18
in das Stoßgefäß i9 eintreten und sich dort sammeln. Dies sich ansammelnde Gas bewirkt
ein Ablaufen eines 'feiles des Inhalts des Stoßgefäßes i9 über Leitung 33 in das
Standgefäß 24. und das Ausgleichsgefäß 22. Sobald die ablaufende Flüssigkeit jedoch
die Mündung der Leitung 33 erreicht, tritt an Stelle von Flüssigkeit ein Gaspfropfen
in die Leitung 33 ein. Dieser Gaspfropfen, der beispielsweise die Größe H annehmen
mag, verringert um seine Länge H die Wirkurig der Flüssigkeitssäule B. Die Antriebskraft,
mit der die Verdampferdämpfe jetzt in das Absorbersystem gesaugt werden, beträgt
also jetzt nur noch B - H,
so daß sich die Eintrittsgeschwindigkeit der Dämpfe
in die Absorptionslösung verringert, und zwar so lange, bis eine volle Absorption
der eintretenden Dämpfe im Absorberelement 16 wieder sichergestellt ist. Auch die
im Stoßgefäß i9 stehenden Dämpfe werden allmählich wieder absorbiert, so daß sich
das Gefäß iy wieder mit Flüssigkeit füllt, wodurch das Bremsen des Gaspfropfens
H wieder verschwindet, so daß die- Saugwirkung auf die Verdampferdämpfe ieder steigt.
Durch diese Ausbildung wird eine besonders feine Regelung der Anlage entsprechend
der jeweiligen Lufttemperatur erreicht.
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Solange Kälternitteldämpfe-durch Leitung 4-9 in die Leitung 15 eintreten,
bleibt der Thermostat 33 heiß, so daß die Heizung abgestellt bleibt. Hört die Verdampfung
im Verdampfer auf, «weil alles Kältemittel aus ihm verdampft ist, so treten keine
Dämpfe mehr in die Leitung i S ein, so daß der Thermostat 53 wieder kalt wird, worauf
er die Beheizung wieder anstellt und sich die Kochperiode erneuert.