DE2242342A1 - Abtauverfahren und anordnung dafuer bei einem mit inertem gas arbeitenden absorptionskaelteapparat - Google Patents

Description

Patentanwälte _ ^

Dipl.-Ing. W. Beyer £242342

Dipl.-Wirtsch.-Ing. B.Jochem

Prankfurt am Main Freiherr-vom-Stein-Str.

In Sachen:

Sarlab Aktiengesellschaft
Zürich / Schweiz
Hardturmstr. 173

Abtauverfahren und Anordnung dafür bei einem mit inertem Gas arbeitenden Absorptionskälteapparat.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtauen eines Verdampferteils in einem mit inertem Gas arbeitenden Absorptionskälteapparat sowie eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Im Kühlraum eines Kühlschrankes schlägt sich die Luft an den kältesten Oberflächen, d.h. an den Kühlelementen und deren die Oberfläche vergrößernden Ansätzen nieder» Dort werden fortwährend Reif und Eis gebildet, was zn ernsthaften Schwierigkeiten führt, da das Wärmeübertragungsvermögen des Kühlelementes vermindert wird. Zahllose Vorschläge für Abtaueinrichtungen in Absorptionskälteapparaten sind gemacht worden, jedoch nur wenige solche Anordnungen haben sich in der Praxis als tauglich für die Erfüllung der gestellten Bedingungen erwiesen. Bei einer bekannten solchen Lösung wird einem Verdampferteil Wärme von dem Kochersystem durch eine direkte Dampfleitung zugeführt. Die Leitung hat eine Flüssigkeitssperre, die gelegentlich entfernt wird«, Die Anordnung basiert auf der Voraussetzung, daß die normale

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Dampfleitung des Apparates, die sich vom Dampfraum des Kochersystoms zur Kondensator den Apparates crctreckt, eine Flüssigkeitssperre enthält, durch welche Dampf während der normalen Kälteerzeugung hindurchtritt, jedoch nicht während der Abtauperioden, in denen es erwünscht ist, daß der Dampf stattdessen durch die direkte Leitung zum Verdampferteil strömt.

Es gibt jedoch auch Absorptionskälteapparate mit Kochersystemen, die ohne Flüssigkeitssperre in der zum Kondensator des Apparates führenden Dampfleitung arbeiten. In einem solchen Apparat kann die vorstehend erwähnte Abtaumethode ohne Anordnung einer Flüssigkeitssperre in der gewöhnlichen Dampfleitung nicht angewandt werden, jedoch ändern sich die Eigenschaften der Kochereinheit dadurch zu stark.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung des Abtauproblems bei einem Absorptionskalteapparat mit einer Kochereinheit der erwähnten Art zu schaffen. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemäße Verfahren darin, daß flüssiges Arbeitsmittel über einer ersten Standhöhe in einer Flüssigkeitssperre gesammelt und oberhalb einer zweiten Standhöhe dazu gebracht wird, einen Gasstrom in dem Gasumlaufsystem des Apparates zu unterbrechen, bis eine dritte Standhöhe erreicht ist, woraufhin die Flüssigkeitssperre entleert wird.

Weiterhin besteht eine Anordnung in einem mit inertem Gas arbeitenden Absorptioriskalteapparat zur Durchführung des vorstehend gekennzeichneten Verfahrens erfindungsgemäß darin, daß das Gasumlaufsystem des Apparates eine mit einem flüssigen Arbeitsmittel arbeitende Sperreinrichtung enthält, in welcher ununterbrochen Flüssigkeit über einer ersten Standhöhe gesammelt wird, um das Gasumlaufsystem

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zu unterbrechen, wenn eine zweite Standhöhe erreicht ist, und die gesammelte Flüssigkeit zu einem anderen Apparateteil abzuleiten, wenn eine dritte Standhöhe erreicht ist.

Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit mehreren in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines Äbsorptions-

kälteapparates gemäß der Erfindung, bei welchem die 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 Absorbersystem angeordnet sind,

Fig. 3 eine Abänderung der Ausführungsform nach Fig. und

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

Die in den Zeichnungen dargestellten Äbsorptionskälteapparate können in bekannter Weise mit Wasser als Absorptionslösung, Ammoniak als Kältemittel und Wasserstoff als druckausgleichendes inertes Gas betrieben werden. Während normaler Kälteerzeugung arbeiten die Apparate in bekannter Weise und könnet von einem (nicht dargestellten) Thermostat gesteuert werden, der in Abhängigkeit vom Kältebedarf einen elektrischen Stromkreis über Leitungen 10 zu einer elektrischen

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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. Reiche 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 Kocher 15 nach weiterer Erzeugung von Kältemitteldampf während dessen Abwärtsströmung durch den Kocher unter Schwerkraft durch eine Leitung 18 des Flüssigkeitstemperaturwechslers des Apparates fließen und ferner durch einen senkrechten Leitungsteil 19 in den Absorber 20 des Apparates gelangen kann. Die nach unten durch den Absorber 20 fließende arme Lösung absorbiert Kältemittel aus einer Mischung von inertem Gas und an Kältemittel reichem Dampf, die durch den Absorber nach aufwärts strömt. Die an Kältemittel reiche Lösung, die dadurch am Ausgang des Absorbers vorhanden ist, wird in einem Absorbergefäß 21 gesammelt. Von dem Absorbergefäß wird die reiche Lösung durch eine Leitung 22 innerhalb des Flüssigkeitstemperaturwechslers zur Pumpe

16 geleitet. Dämpfe von Ammoniak und einer geringen Menge Wasser, die in der Pumpe 16 und dem Kocher 15 erzeugt 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 welchen der Wasseranteil in dem im Kondensator gebildeten Kondensat sehr gering ausfällt. Das Kältemittelkondensat wird dann durch eine Kondensatleitung 26 zum oberen Ende 27 des Verdampfersystems geführt.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 1 besteht das Verdampfersystem aus einem Tieftemperaturverdampfer 28 und einem Hochtemperaturverdampfer 29> die durch einen Gastemperaturwechsler miteinander verbunden sein können. Das Verdampfersystem 28, 29 ist an das Absorbersystem des Apparates durch

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einen Gastemperaturwechsler 30 angeschlossen, und zwar einerseits¹über eine Leitung 31 für reiches Gas, die zum Abnorborfiofüß 21 führt, und nndororne.itü durch olno Loitunp; 32 für armen Gas, die vom oberen Endo doa Abcorboro 20 kommt und zum Verdampferaystem 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 2? des Systems leitet, und einem das eigentliche Verdampferrohr bildenden Außenrohr 34· _s in welchem Kältemittelkondensat in einem Strom von inertem Gas verdampft wirdo Die Kondensatleitung 26 steht in wärmeleitender Verdindung zunächst mit dem Hochtemperaturverdampfer 29 und dann mit dem Tieftemperaturverdampfer 28, woraufhin sie in das obere Ende 27 des Verdampfersystems öffnet<= Hierdurch wird im Normalbetrieb das Kondensat gekühlt, bevor es in aas Verdampfersystem selbst eingeleitet wird_o

Eine Entlüftungsleitung 55 erstreckt sich vom Kondensator 25 zum Gasumlaufsystem und ist im dargestellten Ausführungsbeispiel an die Leitung 31 für reiches Gas angeschlossene

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

Bei der Anordnung nach Fig. 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 Side 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

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langsam in dem U-Rohr 36 aus und kondensiert darin fortlaufend. Während des normalen Betriebes strömt armes Gas durch die Leitung 32 herab in den linken Schenkel 37 und in das untere Ende 41 des Innenrohrs 33, um von hier durch das Verdampfersystem zu strömen und in Berührung mit dem Kältemittolkondennnt nm oberen Ende 27 des Systems Rebrocht zu werden. Im U-Kohr *>6 otoigt jedoch die Standhöhe deo angesammelten Kondensates gleichzeitig, und der Gasumlauf wird unterbrochen, wenn diese Standhöhe das untere Ende 41 des Innenrohres 33 erreicht hat. Die Folge ist, daß nun keine Kühlwirkung des Verdampfersystems mehr auftritt. Auf der anderen Seite wird die Wärmezufuhr zum Kochersystem 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 Schenkels 38 des U-Rohres 36 ausgewählten Abmessungen bestimmt werden. 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 Ausführungs-

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beispiel 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 ist ein Heberohr 43 angeschlossen, dessen höchster Punkt oder Scheitel 44 in einer geeigneten Höhe oberhalb des unteren Endes 41 des Innenrohres 33 liegte Wenn die !Flüssigkeit in dem U-Rohr 36 auf die gleiche Höhe wie der Scheitel 44 des Heberohres 43 angestiegen ist, die im U-Bohr angesammelte Flüssigkeit durch das .Heberohr 43 aus und wird in 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, was während dieser Perioden in das Verdampfersystem eingeführt iijorden ist, verdampft nicht, sondern fließt stattdessen durch das Verdampfersystem, den Gastemperaturwechsler 30, die Leitung 31 und weiter in das Absorbergefäß 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 Abtauperiode einerseits durch 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

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es auch möglich, die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtauperioden festzulegen.

Fig. 2 zeigt einen Absorptionskälteapparat, der für seine normale Kälteerzeugung in gleicher Weise ausgebildet ist wie der Apparat nach Fig. 1, so daß es überflüssig 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 zum Absorbergefäß 21 unterbrochen wird. Eine Leitung 51 für armes Gas ist unmittelbar zwischen dem Absorber 20 und dem Innenrohr des Verdampfersystems angeordnet. Die Leitung 50 hat einen U-förmigen Teil 52, in welchem vom Verdampfersystem und dem Gastemperaturwechsler 30 kommende Flüssigkeit gesammelt wird und eine Flüssigkeitssperre bildet, die gelegentlich den Gasstrom unterbricht. An der tiefsten Stelle des U-Rohres 52 ist der kurze Schenkel 53 eines Heberohres dergestalt anget.-hlossen, daß das U-Rohr 52, wenn die Flüssigkeit darin eine Höhe entsprechend dem höchsten Punkt oder Scheitel 54- des Heberohres erreicht hat, von der darin enthaltenen Flüssigkeit durch den langen Schenkel 55 des Heberohres, der mit dem Absorbergefäß 21 verbunden ist, entleert wird. Durch Auswahl der richtigen 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 Betrieb gesammelte Flüssigkeit enthält Kältemittel, das nicht im Verdampfer verdampf worden ist und einen großen Anteil an Absorptionsmedium aufweist. Die Flüssigkeitsmenge in der Flüssigkeitssperre steigt langsam solange an, wie der Gasumlauf nicht unterbrochen ist; wenn dieser jedoch unterbrochen wird, fließt die gesamte im Kondensator erhaltene Kältemittelmenge durch das. Verdampfersystem, den Gastemperaturwechsler und die Leitung 50 in das U-Rohr 52, und die Flüssigkeit darin steigt nun schnell.

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Auch bei dieser Ausführungsform wird reiche Lösung während der gesamten Äbtauperiode zur Pumpe 16 geleitet, die deshalb fortgesetzt auf der beabsichtigten Arbeitstemperatur gehalten wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 enthält die im U-Rohr 36 gesammelte Flüssigkeit in erster Linie Kondensat, das von der Leitung 40 herab in den Schenkel 38 fließt. In zweiter Linie enthält das U-Rohr Kondensat, das im Innenrohr 33 gebildet ist und in den Schenkel 37 fließt. Aufgrund des Umstandes, daß die zuletzt erwähnte Kondensatmenge stark von der Temperatur der Umgebung abhängt, kann sie das Abtauen bei verschiedenen Gelegenheiten derart beeinflussen, daß dieses nicht in konstanten Zeitabschnitten erfolgt. Dies kann jedoch durch die Ausführungsform des Apparates nach Fig. 3 vermieden werden, weil hierbei das vom armen Gas in den Gastemperaturwechsler und dem Verdampfersystem gebildete Kondensat am Herabfließen in das U-Rohr 36 gehindert wird.

Der Apparat nach Fig. 3 hat einen konzentrischen Gastemperaturwechsler 30, dessen Innenrohr 33 sich in Form einer Verlängerung 57 herab in die Flüssigkeit innerhalb des Absorbergefäßes 21 erstreckt.

Ein Rohr 58» cLas armes Gas führt, jedoch beim Abtauen gesperrt wird, ist an das Innenrohr 33 angeschlossen und hat einen Abschnitt, der zum Verzweigungspunkt hin geneigt ist. Hierdurch wird gelegentlich im Rohr 33 gebildetes Kondensat vollständig daran gehindert, in die Flüssigkeitssperre zu fließen.

Der Apparat nach Fig. 4· ist ähnlich demjenigen nach Fig. 3, unterscheidet sich jedoch von diesem darin, daß der Strom reichen Gases wahrend des Abtauens des Verdampfers unter-

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brochen wird. Armes Gas vom Absorber strömt durch eine Leitung 591 die an das Innenrohr 33 im Gastemperaturwechsler angeschlossen 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.

Ansprüche /

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Claims (14)

Pat entansprüche

1.) Verfahren zum Abtauen eines Verdampferteils in einem mit inertem Gas arbeitenden Absorptionskälteapparat, dadurch gekennzeichnet, daß flüssiges Arbeitsmittel über einer ersten Standhöhe in einer Flüssigkeitssperre gesammelt und oberhalb einer zweiten Standhöhe dazu gebracht wird, einen Gasstrom in dem Gasumlaufsystem des Apparates zu unterbrechen, bis eine dritte Standhöhe erreicht ist, woraufhin die Flüssigkeitssperre entleert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein an Kältemitteldampf armer Gasstrom zum Verdampfersystem zeitweise unterbrochen wird (Fig. 1 und 3)·

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein an Kältemitteldampf reicher Gasstrom vom Verdampfersystem zeitweise unterbrochen wird (Fig. 2 und 4).

4-, Anordnung in einem mit inertem Gas 'arbeitenden Absorptionskälteapparat zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasumlaufsystem des Apparates eine mit einem flüssigen Arbeitsmittel arbeitende Sperreinrichtung (36; 52) enthält, in welcher ununterbrochen Flüssigkeit über einer ersten Standhöhe gesammelt wird, um das Gasumlaufsystem zu unterbrechen, wenn eine zweite Standhöhe erreicht ist, und die gesammelte Flüssigkeit zu einem anderen Apparateteil abzuleiten, wenn eine dritte Standhöhe erreicht ist.

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5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Gasumlaufsystem des Apparates mit einem U-Rohr (36; 52) verbunden ist, in welchem sich flüssiges Arbeitsmittel von selbst sammelt und welches eine periodisch wirksame Entleerungsvorrichtung (44; 53» 55) aufweist, wobei die gesammelte Flüssigkeit bei Erreichen einer bestimmten Standhöhe im U-Rohr den Gasumlauf unterbricht.

6. Anordnung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daß die Entleerungsvorrichtung von einem Heberohr (44; 53» 55) gebildet ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Auslaß (55) des Heberohres (44; 531 55) an eine Flüssigkeitsversorgungseinrichtung (21) angeschlossen ist.

8. Anordnung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet , daß der Auslaß (55) des Heberohres (44; 53ϊ 55) an das Absorbergefäß (21) des Apparates angeschlossen ist.

9. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Sperreinrichtung (36) in einer Leitung (32, 33) für armes Gas innerhalb des Gasumlaufsystems angeordnet ist.

10. Anordnung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet , daß die Sperreinrichtung 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-Rohres (36) eine Leitung (33; 58; 61)

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unterhalb einer Standhöhe öffnet, auf welche die Flüssigkeit in diesem Schenkel ansteigt.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß der mit dem Dampfraum (39) des Kochersystems (15) verbundene Schenkel (38) des U-Rohrs (36) von der gleichen Höhe in v/elcher die Gasleitung (33 > 58; 61) in den anderen Schenkel (37) des U-Rohrs (36) öffnet, nach aufwärts einen im Querschnitt gegenüber dem restlichen U-Rohr verjüngten Teil (4-2) aufweist, der beispielsweise durch Deformation der (Querschnittsfläche des betreffenden Rohrabschnittes erhalten ist.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 11 in einem Absorptionskalteapparat mit einer innerhalb des Verdampfersystems verlaufenden Leitung für armes Gas, dadurch gekennzeichnet , daß ein Teil dieser Leitung (33) zu einer Anschlußstelle hin geneigt ist, von welcher eine im Absorbergefäß (21) unter dessen Flüssigkeitsspiegel öffnende Leitung (57) abzweigt,

13- Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Sperreinrichtung (52) in einer Leitung (34·) für reiches Gas innerhalb des Gasumlaufsystems angeordnet ist.

14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß die Gasleitung (34·, 50) zwischen dem Verdampfersystem (28, 29) und dem Absorbergefäß (21) eine Flüssigkeitssperre (50) enthält.

15· Anprdnung nach einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in wärmeleitender Verbindung mit dem abzutauenden 'Verdampferteil (28, 29) eine Leitung (26) für -vom Kondensator (25) kommendes Kältemittelkondensat angeordnet istο

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