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Einrichtung zum Regeln der Temperatur eines flüssigen Wärmeträgers
von Wärmekraftanlagen, insbesondere Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich
auf eine Einrichtung zum Regeln der Temperatur eines flüssigen Wärmeträgers durch
Steuerung seiner durch einen Wärmetauscher strömenden Menge bei Wärmekraftanlagen,
insbesondere Brennkraftmaschinen, mit für den flüssigen Wärmeträger geschlossenem
Kreislauf, der im wesentlichen aus einer Pumpe, der wärmeabgebenden Anlage, einem
in Abhängigkeit von der Temperatur des flüssigen Wärmeträgers arbeitenden automatischen
Regler und dem Wärmetauscher besteht, wobei der jeweilige, durch den Wärmetauscher
strömende Teil der Menge des flüssigen Wärmeträgers von dem Regler bestimmt wird,
während der andere Teil des flüssigen Wärmeträgers in eine den Wärmetauscher umgehende
Kurzschlußleitung abgezweigt wird.
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An den Wärmeträger bzw. an das Kühlmittel von Wärmekraftanlagen werden
in Abhängigkeit von der jeweiligen Betriebsbelastung und je nach den Temperaturverhältnissen,
die in der Umgebung der Anlage herrschen, sehr unterschiedliche Wärmemengen pro
Zeiteinheit abgegeben. Sehr stark wirken sich die Unterschiede dann aus, wenn es
sich um eine in Bezug auf ihre Betriebstemperatur empfindliche Wärmekraftanlage
handelt und diese entweder ortsfest in einer geografischen Zone installiert ist,
in der zwischen Tag und Nacht oder Sommer und Winter hohe Temperaturschwankungen
herrschen, oder in Fahrzeugen eingebaut ist, die sowohl tropische als auch arktische
Zonen durchfahren oder wie Flugzeuge große Höhenunterschiede zu bewältigen haben.
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Die Folgen dieser Temperaturschwankungen treten z. B. bei Brennkraftmaschinen
stark in Erscheinung; denn bei diesen darf sich die Kühlmitteltemperatur nur in
geringen Grenzen ändern, um sie in einem thermisch günstigen Betriebszustand zu
halten und keinen starken thermischen Belastungsschwankungen auszusetzen. Die Praxis
hat gezeigt, daß bei Schiffsmotoren, die unter extremen klimatischen Bedingungen
arbeiten müssen, die Regelung für die Menge des Kühlmittels, welche jeweils durch
den Kühler strömen soll, in einem Bereich zwischen annähernd 100 und unter 111/o
der Gesamtkühlmittelmenge liegen muß, um einwandfreie Betriebsbedingungen für die
Brennkraftmaschine zu schaffen. Der eine Regler, der in bekannter Weise vor dem
Kühler im Kühlmittelkreislauf eingebaut ist und die durch den Kühler fließende Kühlmittelmenge
bestimmt, muß also so ausgebildet sein, daß über 99°/o der Gesamtkühlmittelmenge
von ihm gesperrt werden können. Der Grund für eine in einem derart weiten Bereich
erforderliche Regelung liegt darin, daß einerseits mit Rücksicht auf tropische Verhältnisse
das Kühlsystem in Bezug auf Kühlmittelmenge und Kühlergröße so dimensioniert sein.
muß, daß hierbei noch eine ausreichende Kühlung auch bei Vollast gewährleistet ist,
-während andererseits unter arktischen Bedingungen das gleiche Kühlsystem bei Teillastbetrieb
nur dann zufriedenstellend arbeitet, wenn für das Kühlmittel der Durchfluß durch
den Kühler nahezu gesperrt ist (unter 111/o liegt).
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Bekanntlich weisen die handelsüblichen, selbsttätigen Regler Verluste
durch Undichtheit von rund 5% der Gesamtkühlmittelmenge und darüber auf. Die durch
dieselben in Sperrichtung trotzdem noch hindurchtretende Kühlmittelmenge von 5%
ist jedoch für arktische Bedingungen, wie bereits erwähnt, unzulässig hoch, so daß
die Brennkraftmaschine bei Teillast und insbesondere im Leerlauf unterkühlt werden
würde. Man hat daher besondere Regler entwickelt und gebaut, die noch bis in den
Bereich von unter 1% arbeiten. Diese sind jedoch teuer und durch ihre Größe räumlich
schwierig unterzubringen. Auch sind sie kompliziert in ihrem konstruktiven Aufbau
und daher störungsanfällig, insbesondere gegenüber den im Kühlmittel meist vorhandenen
Verunreinigungen, wie Schmutzteilchen. Andererseits sind die vorerwähnten handelsüblichen
Regler einfach und billig und kaum störungsanfällig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu suchen,
die auch bei extremen klimatischen Bedingungen die Verwendung von handelsüblichen
einfachen Reglern im Flüssigkeitskreis von Wärmekraftanlagen, insbesondere im Kühlsystem
von Brennkraftmaschinen erlaubt.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen,
im den Wärmeträger
dem Wärmetauscher zuführenden Leitungsstrang
zwei oder mehr hintereinandergeschaltete Regler anzuordnen, von denen je eine Kurzschlußleitung
abzweigt.
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In Ausführung der Erfindung wird weiter vorgeschlagen, durch den oder
die vor dem in Strömungsrichtung an letzter Stelle angeordneten Regler liegenden
Regler den größten Teil der Menge (95'%) des flüssigen Wärmeträgers in Richtung
Wärmetauscher zu sperren und über die zuständige Kurzschlußleitung abzuweigen.
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Angenommen, daß der erste automatische Regler in voller Sperrstellung
noch 5% der Gesamtkühlmittelmenge in Richtung zum Kühler hindurchläßt und von einem
zweiten automatischen Regler von diesen 5% der Gesamtkühlmittehnenge wiederum nur
501o durchgelassen werden, so wird der Kühler bei einer Anordnung von zwei solchen
Reglern hintereinander nur mehr von 0,25 % der Gesamtkühlmittelmenge beaufschlagt,
was durchaus tragbar ist.
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Bei Anordnung von mehr als zwei Reglern hintereinander werden also
die in Strömungsrichtung vor dem letzten Regler liegenden Regler erfindungsgemäß
so ausgeführt, daß durch sie der größte Teil der Gesamtkühlmittelmenge in Richtung
Kühler gesperrt wird, d. h., der größte Teil der Gesamtkühlmittelmenge fließt bereits
über die entsprechenden Kurzschlußleitungen zur Rücklaufleitung, so daß der letzte
vor dem Kühler liegende automatische Regler nur mehr von einem Bruchteil der Gesamtkühlwassermenge
durchflossen wird.
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Ferner wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, an Stelle eines Reglers,
vorzugsweise des in Strömungsrichtung vornliegenden, ein verstellbares Steuerorgan,
z. B. einen einstellbaren Schieber, vorzusehen, der z. B. nach der Temperatur des
den Kühler andererseits durchfließenden frischen Seewassers eingestellt wird. Dieser
Schieber, der auch in der Kurzschlußleitung liegen kann, ist vorzugsweise in üblicher
Bauart ausgebildet und entlastet durch sein Vorhandensein den oder die nachfolgenden
automatischen Regler.
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Weiter wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, einzelne Regler oder
alle Regler bzw. Steuerorgane zu einer Baueinheit zusammenzufassen.
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Damit die Kühlmittelpumpe unter einem annähernd konstanten Gegendruck
arbeiten kann, wird außerdem vorgeschlagen, in die einzelnen Kurzschlußleitungen
in an sich bekannter Weise Strömungswiderstände einzubauen, welche mit Rücksicht
auf den Kühlerwiderstand und die Widerstände der Leitungen und Regler einen solchen
festen oder einstellbaren Widerstandswert besitzen, daß der Gesamtwiderstand des
Kühlerkreislaufes unabhängig von der Stellung der einzelnen Regler annähernd konstant
bleibt.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigt die Figur des Kühlsystems einer Wärmekraftanlage mit geschlossenem Kühlmittelkreislauf.
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Von der Kühlmittelpumpe 11 wird das Kühlmittel durch die Wärmekraftanlage,
z. B. eine Brennkraftmaschine 12, gedrückt. Die Gesamtkühlmittelmenge, die die Brennkraftmaschine
verläßt, ist mit Quo bezeichnet. Nach der Brennkraftmaschine 12 ist im Leitungsstrang
13 des Kühlmittelkreislaufes ein erster Regler 14 angeordnet, von dem eine Kurzschlußleitung
15 abzweigt. Nach dem Regler 14 ist im gleichen Leitungsstrang 13 ein zweiter Regler
16 vorgesehen, von dem ebenfalls eine Kurzschlußleitung 17 abzweigt. Am Leitungsstrang
13 ist ein Kühler 18
angeschlossen, der andererseits, z. B. bei Schiffsantrieben,
von Seewasser beaufschlagt wird, wobei ein Wärmetausch zwischen dem Kühlmittel und
dem frischen Seewasser stattfindet. In die Rücklaufleitung 19 nach dem Kühler
18 münden die beiden Kurzschlußleitungen 15, 17, in denen Strömungswiderstände
20, 21, z. B. Lochblenden, vorgesehen sind, die den Gesamtwiderstand des Kühlmittelsystems
unter allen Betriebsbedingungen möglichst konstant halten.
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Der Regler -14 kann auch durch ein Steuerorgan, z. B. einen
einstellbaren Schieber, ersetzt werden und innerhalb der Kurzschlußleitung 15 eingebaut
sein.
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Die Wirkungsweise der als Beispiel vorgeschlagenen Anlage unter arktischen
Bedingungen ist folgende: Der Regler 14 ist unter diesen Bedingungen so eingestellt,
daß er die Leitung 13 nach dem Kühler 18 hin sperrt, so daß (unter der Voraussetzung,
daß der Regler 14 einen Undichtigkeitsgrad von 5% besitzt) eine Kühlmittehnenge
Qui von 95 % der Gesamtkühlmittehnenge über die Kurzschlußleitung abströmt, während
nur 5 0/0 (Kühlmittehnenge Qu2) durch den Leitungsstrang 13 weiterfließen.
Von der Kühlmittelmenge Qu2 werden im zweiten Regler 16
wiederum 5% gesperrt,
so daß in die Kurzschlußleitung 17 4,75% (Kühlmittelmenge Qu2) der Gesamtküblrnittelmenge
abgezweigt werden, während nur mehr 0,25% (Kühlmittelmenge Quo) durch den Kühler
18 strömen.
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Vor der Kühlmittelpumpe 11 ist ein an sich bekannter Ausgleichbehälter
22 angeordnet, durch den der statische Druck im Kühlkreislauf bestimmt wird und
der zur Entlüftung des Kühlmittelsystems dient.