DE1130457B - Vorrichtung zur Kaeltespeicherung - Google Patents

Vorrichtung zur Kaeltespeicherung

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DE1130457B
DE1130457B DEC17344A DEC0017344A DE1130457B DE 1130457 B DE1130457 B DE 1130457B DE C17344 A DEC17344 A DE C17344A DE C0017344 A DEC0017344 A DE C0017344A DE 1130457 B DE1130457 B DE 1130457B
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Germany
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cold
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DEC17344A
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Marcel Eugene Edouard Houplain
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MARCEL EUGENE EDOUARD HOUPLAIN
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CIE IND DES PROCEDES RAOUL PIC
MARCEL EUGENE EDOUARD HOUPLAIN
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    • F25DREFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F25D3/005Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies combined with heat exchangers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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Description

  • Vorrichtung zur Kältespeicherung Es sind schon Anordnungen zur Kälteerzeugung bekannt, die zwischen der Kältequelle und dem zu kühlenden Medium ein flüssiges übertragungsmittel aufweisen.
  • Bei einer bekannten Ausführungsform ist diese Flüssigkeit (Kühlflüssigkeit) bei tiefer Temperatur flüchtig, und die Kältequelle steht mit dem Dampf dieser Flüssigkeit in Berührung, während der flüssige Teil durch einen Wärmeaustauscher in wärmeleitender Verbindung mit dem zu kühlenden Medium steht.
  • Die Wärme des zu kühlenden Mediums verdampft daher die Kühlflüssigkeit, welche durch die Kältequelle von neuem kondensiert wird. Dadurch wird die Übertragung der Kälte von ihrer Quelle auf das zu kühlende Medium sichergestellt. Besitzt die Kühlflüssigkeit eine geringe spezifische Wärme, so ist das Kältespeichervermögen einer derartigen Anordnung praktisch vernachlässigbar.
  • Es ist bereits vorgeschlagen worden, insbesondere zur schnellen Kühlung einer bedeutenden Flüssigkeitsmenge, als übertragungsmittel eine Flüssigkeit zu verwenden, die wie Wasser gefrierbar ist, und in diese die Kältequelle, insbesondere den Verdampfer einer Kältemaschine, sowie einen Teil eines von einer Kühlflüssigkeit durchflossenen Kühlkreislaufes eintauchen zu lassen. Dabei entsteht um den Verdampfer eine Schicht gefrorener Flüssigkeit, welche eine Kältereserve bildet, die im Bedarfsfalle durch die benötigte Schmelzwärme zur Kühlung der Kühlflüssigkeit beiträgt.
  • Die erzielten Erfolge sind jedoch nur mittelmäßig, da die Wärmeübertragung im wesentlichen eine langsame Konvektionsströmung im Innern der nicht gefrorenen übertragungsflüssigkeit ist. Zur Verbesserung ist es daher nötig, die Flüssigkeit mechanisch in Bewegung zu setzen.
  • Es ist weiter eine Vorrichtung zur Kältespeicherung bekannt, bei der in einem Behälter zwei nicht miteinander mischbare Flüssigkeiten übereinander angeordnet sind, von denen die eine gefrierbar, die andere nicht gefrierbar ist. In der nicht gefrierbaren Flüssigkeit ist die Kältequelle angeordnet. Bei dieser bekannten Vorrichtung wird der Zweck verfolgt, das Erstarren der mit der Kältequelle unmittelbar in Berührung kommenden Flüssigkeit unmöglich zu machen, weil anderenfalls durch die geringere Wärmeleitfähigkeit einer gefrorenen Flüssigkeitsschicht um die Kältequelle herum die Übertragung der erzeugten Kälte auf die beiden Flüssigkeiten behindert würde. Aber auch bei dieser Vorrichtung beruht die Kälteübertragung im wesentlichen auf einer langsamen Konvektionsströmung, so daß die Kälte nur sehr langsam auf das zu kühlende Medium übertragen wird.
  • Die Erfindung hat eine Vorrichtung zur Kältespeicherung zum Gegenstand, welche diese Nachteile beseitigt, indem sie ohne eine äußere Energiequelle zur Bewegung einen beschleunigten Austausch durch ein flüssiges Medium zwischen der Kältequelle und dem zu kühlenden Medium gestattet.
  • Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die nicht gefrierbare Flüssigkeit eine größere Wichte als die gefrierbare Flüssigkeit aufweist, daß der Siedepunkt der nicht gefrierbaren Flüssigkeit bei dem im Behälter herrschenden Druck geringfügig oberhalb des Gefrierpunktes der gefrierbaren Flüssigkeit liegt und daß die Kältequelle in wärmeleitender Verbindung mit der gefrierbaren Flüssigkeit steht, während das zu kühlende Medium periodisch in wärmeleitende Verbindung mit der nicht gefrierbaren Flüssigkeit gebracht wird.
  • Die dadurch gebildeten Dampfblasen, die sich in dem freien Raum zu sammeln trachten, kommen dabei mit der festen Phase in Berührung, wobei sie deren Schmelzen hervorrufen, kondensieren dadurch und kehren in die Flüssigkeit zurück und führen dabei dem Austauscher eine Kältemenge bei der Temperatur des Tripelpunktes zu.
  • Man kann jedoch auch diesen Siedevorgang verzögern, d. h. die Temperatur erhöhen, bei der er sich zeigt, indem man ein inertes Gas in den freien Raum einführt, so daß dessen Druck dem Dampfdruck hinzugefügt wird.
  • In diesem Falle vollziehen sich die intensiven Wärmeaustauschvorgänge, die durch den Siedevorgang bewirkt werden, bei einem höheren Temperaturniveau, d. h., die Kälte wird bei einer höheren Temperatur als der des Gefrierpunktes der Flüssigkeit abgegeben.
  • Die Verwendung einer einzigen Flüssigkeit im Gleichgewichtszustand ihrer festen und dampfförmigen Phase bringt jedoch ernsthafte Schwierigkeiten bei der Einstellung und Inbetriebnahme mit sich. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung trennt man daher die Vorgänge der Speicherung der Kälte und der Dampfbildung zur Beschleunigung des Wärmeaustausches, indem man zwei Flüssigkeiten benutzt: Eine schwere und leicht verdampfbare Flüssigkeit und eine andere, leichtere und gefrierbare, welche miteinander nicht mischbar sind.
  • In diesem Falle enthält die Vorrichtung in dem dichten Behälter, von unten nach oben geschichtet, leicht verdampfbare Flüssigkeit, gefrierbare Flüssigkeit, wobei letztere eine geringere Dichte als die leicht verdampfbare Flüssigkeit besitzt und welche beide praktisch miteinander nicht mischbar sind, und darüber einen freien Raum, welcher den oberen Teil des Behälters einnimmt. Eine Kältequelle ist in die gefrierbare Flüssigkeit eingetaucht, während die leicht verdampfbare Flüssigkeit mit dem zu kühlenden Medium mittels eines Wärmeaustauschers in wärmeleitende Verbindung gebracht werden kann.
  • Bei einer derartigen Vorrichtung besteht die gasförmige Phase in dem freien Raum im oberen Teil des Behälters mindestens aus dem gesättigten Dampf der leicht verdampfbaren Flüssigkeit. Die flüssigen Phasen der beiden Stoffe sind entsprechend ihrer Dichte übereinandergeschichtet. Die vorhandene feste Phase ist ein Teil der gefrierbaren Flüssigkeit, die durch Berührung mit der Kältequelle gefroren ist.
  • Wenn das zu kühlende Medium mit der nicht gefrierbaren Flüssigkeit in wärmeleitende Verbindung gebracht wird, beginnt diese zu verdampfen, und die so gebildeten Dampfblasen steigen gegen den freien Raum auf, wobei sie in der gefrierbaren und teilweise auch bereits gefrorenen Flüssigkeit wieder zu Flüssigkeitstropfen kondensieren, die dann wegen ihrer größeren Wichte wieder in den unteren Teil des Behälters zurücksinken. Man erhält so einen umkehrbaren Austausch zwischen dem durch die Berührung mit dem Austauscher gebildeten Dampf der leicht verdampfbaren Flüssigkeit, der strebt, den freien Raum einzunehmen, und dem gesättigten Dampf, den dieser Raum bereits enthält. Bei der Kondensation kann der Dampf infolge der Schwerkraft zum Boden des Behälters durch die gefrierbare Flüssigkeit hindurch zurückkehren.
  • Die Tropfen des kondensierten Dampfes werden auf ihrem Weg durch die gefrierbare Flüssigkeit abgekühlt, indem sie dabei ein Schmelzen des gefrorenen Teiles dieser Flüssigkeit bewirken. Sie kühlen daher, sobald sie wieder in die leicht verdampfbare, aber nicht gefrierbare Flüssigkeit gelangen, diese ab und gestatten ihr, Kälte an das zu kühlende Medium abzugeben.
  • Der Behälter und der Austauscher können derart angeordnet werden, daß der Dampf der leicht verdampfbaren Flüssigkeit, der sich durch die Berührung mit dem Austauscher bildet, unmittelbar den oberen freien Raum erreicht, so daß er dort kondensiert und in Form von Tröpfchen durch die gefrierbare Flüssigkeit hindurch zurückfließt, wobei sich die Tropfen auf diesem Wege stark abkühlen.
  • Man kann aber auch den Austauscher derart in der leicht verdampfbaren Flüssigkeit anordnen, daß die Dampfblasen unmittelbar in der gefrierbaren Flüssigkeit aufsteigen. In diesem Falle kann zumindest eine teilweise Kondensation der Dampfblasen in der gefrierbaren Flüssigkeit selbst stattfinden, ohne daß die Dampfblasen den freien Raum erreichen müßten.
  • Der freie Raum kann gasfrei sein und nur den Dampf der leicht verdampfbaren Flüssigkeit enthalten (zusätzlich etwas Dampf der gefrierbaren Flüssigkeit). Der Dampfdruck hängt dabei von der Temperatur des freien Raumes ab. Diese ist im wesentlichen durch den Gefrierpunkt der gefrierbaren Flüssigkeit festgelegt, da ja der freie Raum sich in enger, wärmeleitfähiger Verbindung mit der gefrierbaren Flüssigkeit befindet. Die dampfförmige Phase der leicht verdampfbaren Flüssigkeit ist dabei im Gleichgewicht mit der flüssigen Phase dieser Flüssigkeit, auf die der Dampfdruck, vermehrt durch den Druck der Flüssigkeitssäule der über ihr lagernden gefrierbaren Flüssigkeit, wirkt. Man kann nun eine leicht verdampfbare Flüssigkeit derart auswählen, daß ihr Dampfdruck beim Gefrierpunkt der gefrierbaren Flüssigkeit hoch ist, so daß der zusätzliche Druck der Flüssigkeitssäule im Verhältnis zum Dampfdruck klein ist, und daß bei der Wärmezufuhr vom zu kühlenden Medium ein Sieden der leicht verdampfbaren Flüssigkeit bei einer Temperatur bewirkt wird, die nur sehr wenig höher als die Temperatur ihrer dampfförmigen Phase ist, d. h. der Temperatur der gefrierbaren Flüssigkeit, wenn diese teilweise gefroren ist. In diesem Falle ist die Vorrichtung in der Lage, Kälte mit einer Temperatur zu erzeugen, die sehr nahe bei der Temperatur der gefrierbaren Flüssigkeit liegt. Wenn der freie Raum außerdem ein Gas enthält, dann wird der Druck, unter dem die leicht verdampfbare Flüssigkeit steht, um den Druck dieses Gases vergrößert, so daß sich ihr Siedepunkt erhöht. In diesem Falle erfolgt der Kältetransport von der leicht verdampfbaren Flüssigkeit zum Austauscher, der sich im wesentlichen durch Verdampfung der Flüssigkeit bei der Berührung mit dem Austauscher vollzieht, bei der Siedetemperatur der leicht verdampfbaren Flüssigkeit, die mehrere Grade über derjenigen Siedetemperatur liegen kann, welche bei Abwesenheit von Gas in dem freien Raum vorhanden wäre.
  • Es ist auch möglich, bei einer sehr niedrigen Temperatur Kälte zu speichern, sie jedoch erst bei erhöhter Temperatur abzugeben. Das könnte z. B. bei der Getränkekühlung mit Wasser als gefrierbarer Flüssigkeit von Interesse sein, da die günstigste Temperatur gekühlter Getränke bei 8 bis 10° C liegt.
  • Es ist möglich, durch die Wahl einer bestimmten gefrierbaren Flüssigkeit eine Betriebstemperatur für die Vorrichtung und ein Verhältnis zwischen Druck und Temperatur zu wählen, welches das Temperaturniveau bestimmt, bei dem die von der Vorrichtung erzeugten Kältemengen abgegeben werden.
  • Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung kann die Kältequelle fortlaufend arbeiten, während die erzeugten Kältemengen unregelmäßig abgegeben werden. Bedingung ist nur, daß die gesamte Kälteerzeugung in einer bestimmten Zeit der Summe der unregelmäßigen Kälteentnahmen entspricht.
  • Die Leistung der Kältequelle wird vorzugsweise derart gewählt, daß sie größer als die mittlere unregelmäßige Entnahme ist. Die Anordnung enthält dabei Mittel, um die Kältequelle stillzulegen, nachdem eine bestimmte Menge der Flüssigkeit gefroren ist. Diese Mittel können in vorteilhafter Weise von der Änderung des Volumens der gefrierbaren Flüssigkeitsmenge abhängig sein, welche sich bei deren teilweisem Gefrieren einstellt, oder durch die sich daraus ergebende Änderung des Flüssigkeitsstandes. Man kann auch alle anderen Kriterien benutzen, welche die überwachung des Verhältnisses zwischen fester und flüssiger Phase der gefrierbaren Flüssigkeit gestatten.
  • Eine derartige Regelung der gefrorenen Menge der gefrierbaren Flüssigkeit vermeidet im Falle zu großer Abstände der Kälteentnahme das Gefrieren dieser Flüssigkeit im großen Umfange, wodurch der Wärmeaustausch mit der leicht verdampfbaren Flüssigkeit behindert würde, wodurch im Falle einer übergroßen Dampfbildung eine Explosion der Vorrichtung eintreten könnte.
  • Als gefrierbare Flüssigkeit kann vorteilhaft Wasser verwendet werden, falls die gewünschte Temperatur bei 0° C liegt. Dabei sind einerseits die Speicherfähigkeit der Kälte (80 kcal pro Kilogramm Eis) und andererseits eine beträchtliche Ausdehnung beim Gefrieren bemerkenswert, welche die Regelung der gefrorenen Flüssigkeitsmenge erleichtert.
  • Man kann auch andere gefrierbare Flüssigkeiten, eutektische oder nichteutektische Lösungen verwenden, wenn verschiedene Temperaturen gefordert werden.
  • Als leicht verdampfbare Flüssigkeit wird vorteilhafterweise ein Chlorfluorderivat des Methans oder des Äthans verwendet. Derartige Verbindungen sind im Handel unter dem Namen »FREON« bekannt. Ihre Dichte ist groß (in der Größenordnung von 1,5), und die Siedepunkte liegen unterhalb normaler Umgebungstemperaturen. Im besonderen besitzt Chlortetrafluoräthan (»FREON 114) einen Siedepunkt in der Nähe von 4° C bei Atmosphärendruck. Da es praktisch mit Wasser nicht mischbar ist, ist es besonders geeignet, zusammen mit Wasser als gefrierbare Flüssigkeit verwendet zu werden.
  • Die Erfindung und weitere Einzelheiten sind an Hand der nachfolgenden Beschreibungen und der Zeichnungen von Ausführungsbeispielen erläutert, wodurch die Erfindung aber nicht auf diese Beispiele beschränkt sein soll. Andererseits gehören die der Beschreibung und der Zeichnung entnehmbaren Einzelheiten zur Erfindung.
  • Fig.1 zeigt schematisch den Querschnitt einer Vorrichtung mit zwei Flüssigkeiten, die zur Kühlung strömender Medien bestimmt ist; Fig.2 zeigt eine andere Ausführungsform einer derartigen Vorrichtung zur Kühlung eines Behälters; Fig. 3 und 4 zeigen zwei weitere Ausführungsformen der Erfindung zur Kühlung flüssiger Medien; Fig. 5 stellt ein Diagramm der Abhängigkeit zwischen Temperatur und Druck dar, um die Arbeitsweise der Vorrichtungen zu erläutern.
  • Die in Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtungen bestehen aus einem gasdichten und wärmeisolierten Behälter 1, der in seinem oberen Teil einer Kältequelle in Form eines Verdampfers 2 einer nicht dargestellten Kältemaschine enthält. Dieser Verdampfer besteht z. B. aus Rohrschlangen. Im unteren Teil des Behälters ist ein Austauscher 3 angeordnet, der ebenfalls aus einer Rohrschlange besteht, die von der zu kühlenden Flüssigkeit durchströmt wird.
  • In Fig. 1 und 2 enthält der untere Teil des Behälters 1 eine leicht verdampfbare und schwere Flüssigkeit L2, z. B. Dichlortetrafluoräthan (C2 C12 F4, »FREON 114«). In dieser ist der Austaucher 3 angeordnet. Die Flüssigkeit L2 reicht normalerweise bis zu der Linie XX. Der Behälter enthält außerdem eine weitere Flüssigkeit L1, die gefrierbar, aber mit der Flüssigkeit L2 nicht mischbar ist und eine viel geringere Dichte als diese besitzt. Sie befindet sich daher ausschließlich oberhalb der Linie XX und reicht bis zu der Linie YY, so daß der Verdampfer 2 vollkommen untertaucht. Wenn die Flüssigkeit L2 aus Dichlortetrafluoräthan (»FREON 114) besteht, kann für die Flüssigkeit L1 Wasser oder eine Mischung von Wasser und einer Flüssigkeit mit niedrigerem Gefrierpunkt verwendet werden.
  • Wenn der Behälter beim Einfüllen der Flüssigkeiten L1 und L2 luftleer war, dann enthält er oberhalb der Linie YY einen freien Raum, der mit der gasförmigen Phase der leicht verdampfbaren Flüssigkeit L2 und einer geringen Dampfmenge der Flüssigkeit L1 in Abhängigkeit von deren Temperatur angefüllt ist. Der auf die Flüssigkeit L, wirkende Druck hängt von dem Druck im Raum E ab (d. h. gemäß dem Daltonschen Gesetz von der Summe der Drücke des gesättigten Dampfes der Flüssigkeiten L1 und L2 bei der betrachteten Temperatur) und von dem Druck, der durch die Flüssigkeitssäule L1, die über der flüssigen Teilmenge der Flüssigkeit L., steht, erzeugt wird.
  • Im oberen Teil enthält der dargestellte Behälter zwei abgedichtete Durchführungsisolatoren zur Einführung der Leitungen 4 a und 5a, welche mit den Elektroden 6 und 7 verbunden sind. Ist die Anordnung außer Betrieb, so befinden sich diese oberhalb der Linie YY und sind daher von der gasförmigen Phase der leicht verdampfbaren Flüssigkeit L2 umgeben.
  • Die aus dem Behälter herausführenden Leitungen 4 a und 5 a sind mit den Klemmen Bi und B., verbunden, welche an ein Wechselstromnetz angeschlossen werden können. In diesem Stromkreis ist ein Relais eingeschaltet, dessen Kontakt im stromlosen Zustand der Schaltung geschlossen ist.
  • Infolge der dielektrischen Eigenschaften des Dampfes der Flüssigkeit L2 (insbesondere im Falle von »FREON«) fließt durch den an die KlemmenBi und Bz angeschlossenen Stromkreis kein Strom, solange sich die Elektroden 6 und 7 außerhalb der Flüssigkeit L1 befinden.
  • Wenn das mit dem Verdampfer verbundene Kühlaggregat vom Strom gespeist wird, kühlt sich das Wasser, das den Verdampfer umspült, ab und beginnt zu gefrieren, wobei sich an dessen Außenwänden eine Eisschicht G bildet. Die bedeutende Volumenvergrößerung des gefrierenden Wassers führt zu einem fortschreitenden Anstieg des Flüssigkeitsspiegels YY. Der Spiegel XX verändert sich wenig, da einerseits die Dichteunterschiede der Flüssigkeit L.2 bei den im Betrieb der Anordnung vorgesehenen Temperaturen und andererseits die Änderungen des Massenverhältnisses zwischen der gasförmigen und der flüssigen Phase gering sind. Das Ansteigen des Flüssigkeitsstandes YY beim Gefrieren von L1 gestattet, wenn die Elektroden 6 und 7 im geeigneten Abstand vom Flüssigkeitsspiegel YY im Ruhezustand angeordnet sind, mit ausreichender Genauigkeit die Menge der gefrorenen Flüssigkeit (z. B. die Eismenge) zu regeln, welche man am Verdampfer 2 anzusammeln wünscht. Erreicht der Flüssigkeitsstand YY die Elektroden 6 und 7, so fließt zwischen ihnen ein elektrischer Strom., welcher das vorgesehene Relais derart erregt, daß das Kühlaggregat außer Betrieb gesetzt wird. Man kann die Leitfähigkeit des Wassers durch eine geringe Zugabe von z. B. alkalischen Salzen erhöhen.
  • Es sei angenommen, daß eine für zweckmäßig gehaltene Eisansammlung vorhanden sei. Wenn nun der Austauscher 3 im Innern durch eine zu kühlende Flüssigkeit durchflossen wird, welche Wärme durch die Wände zuführt und sie auf die Flüssigkeit L, überträgt, dann wird diese zum Sieden gebracht, wenn die Temperatur der zu kühlenden Flüssigkeit oberhalb der Siedetemperatur der Flüssigkeit L2 liegt, die durch den Druck im Raum E und die Höhe der Flüssigkeit L1 bestimmt wird.
  • Die dabei frei gewordenen Dampfblasen b steigen durch die Flüssigkeit L1 in ihrem nicht gefrorenen Teil auf, welche den Verdampfer 2 umgibt, auf dessen Oberfläche sich eine Eisschicht gebildet hat. Hierbei kühlen sich die Blasen ab und kondensieren zu Flüssigkeit, sei es bereits, während sie im Wasser aufsteigen, sei es erst an der Wasseroberfläche. Der Dampf der Flüsigkeit L2 kehrt so in den stark abgekühlten flüssigen Zustand zurück und fällt in Form von Tropfen durch die Flüssigkeit L, infolge der Dichteunterschiede beider Flüssigkeiten zurück. Die Tropfen der Flüssigkeit L2 führen auf ihrem Rückweg dem Austauscher 3 Kälte zu.
  • Wenn eine bestimmte Menge der gefrorenen Flüssigkeit Lt abgebaut ist, sinkt der Flüssigkeitsstand, gibt die Elektroden 6 und 7 frei und setzt das Kälteaggregat mit Hilfe des Relais wieder in Betrieb. Dadurch wird auch die sofort verfügbare Leistung des Kompressors der beim Schmelzen der gefrorenen Flüssigkeit frei werdenden Kälte zugesetzt.
  • Das in Fig. 5 dargestellte Diagramm zeigt schematisch die Betriebsbedingungen der Anordnung.
  • Die Kurven Cl. C2 und C3 entsprechen der gefrierbaren Flüssigkeit L1, und die Kurve C4 entspricht dem Flüssigkeits-Dampf-Gleichgewicht der Flüssigkeit L2. Bei der Gefriertemperatur der Flüssigkeit L1 (welche bei den benutzten Drücken nahe der Temperatur des Tripelpunktes liegt) besitzt die leicht verdampfbare Flüssigkeit den Dampfdruck p3. Dieser Druck kann hoch sein (in der Größenordnung des Atmosphärendruckes oder darüber). Infolge des Dampfdruckes der gefrierbaren Flüssigkeit und des Druckes der Flüssigkeitssäule besteht im Raum E der Druck p4, der einer Siedetemperatur t¢ der leicht verdampfbaren Flüssigkeit entspricht. Diese liegt in der Nähe von t. infolge der stärkeren Neigung der Kurve C4, weil sich ja die Flüssigkeit L2 in der Nähe ihres kritischen Punktes befindet.
  • Wegen dieser stärkeren Neigung der Kurve C4 kann man ein Gas in den Raum E einführen, um die Betriebstemperatur t5 des Austauschers durch den Druck p. im Raum E genau einzustellen.
  • Wenn der Raum E unter Druck ein neutrales Gas enthält, so muß dieser Raum groß genug sein, daß Änderungen des Spiegels YY den Gasdruck nicht fühlbar ändern. Tatsächlich könnte im Falle der Verwendung von Wasser als gefrierbare Flüssigkeit der Druck des im Raum E enthaltenen Gases bei der Eisbildung den Siedepunkt der flüchtigen Flüssigkeit derart erhöhen, daß die Kühltemperatur, welche die Vorrichtung liefert, um so höher ist, je mehr Eis die Anordnung enthält.
  • Bei der in Fig.2 dargestellten Ausführungsform ist der Austauscher 3 durch einen äußeren Austauscher 13 ersetzt, und die Vorrichtung dient zur Aufstellung in einem wärmeisolierten Raum 14 (durch unterbrochene Linien ist schematisch das zu kühlende Medium umgrenzt).
  • Dieser Raum kann z. B. ein Kühlschrank sein, in dem größere Mengen schnell abgekühlt werden Söllen, die in Abständen hineingebracht werden. Ist die Vorrichtung vollständig in diesem Raum untergebracht, so braucht der Behälter 1 nicht wärmeisoliert zu sein.
  • Der äußere Austauscher 13 bildet einen Teil des Bodens des Behälters 1. Er erstreckt sich in mit Kühlrippen versehenen Rohrwindungen vom unteren Teil des Behälters in den darunter befindlichen Raum. Die im Austauscher 13 verdampfte Flüssigkeit strömt im Dampfzustand direkt in den freien Raum des Behälters, wo sie kondensiert und dann zum Boden des Behälters hinuntertropft. Um ein Mitreißen von Flüssigkeit durch die Dampfblasen zu verhindern, kann der Austauscher 13 ein Ausdehnungsgefäß 13 a enthalten, welches in der vom Flüssigkeitsspiegel unter dem Druck der Säule der Flüssigkeit L1 eingenommenen Höhe angeordnet ist.
  • Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform werden dieKonvektionsströmungen (aufsteigendeDampfblasen und fallende Tropfen der kondensierten Flüssigkeit L2) in einem zylindrischen Rohrstück 8 geführt, welches sich innerhalb des Verdampfers 2 befindet und das an seinem unteren Ende verbreitert ist, so daß es den Austauscher 3 umschließen kann.
  • Um jegliche Gasentwicklung im freien Raum im Oberteil des Behälters zu unterbinden, wird hier die Regelung der gefrorenen Flüssigkeitsmenge in einer andersartigen Weise vorgenommen, als in den Fig. 1 und 2 dargestellt.
  • In die gefrierbare Flüssigkeit ist ein Widerstand R1 eingetaucht. Ferner ist ein temperaturabhängiger Widerstand R2 oberhalb des Flüssigkeitsstandes YY angeordnet. Je ein Anschluß der Widerstände R1 und R2 ist mit der äußeren Stromeingangsklemme Bi verbunden, während die anderen Anschlüsse zu den Klemmen B3 und B4 geführt sind. Mit diesen beiden Klemmen sind die Widerstände R3 und R4 verbunden, welche zu der Stromausgangsklemme führen. Die vier Widerstände R1, R2, R3 und R4 bilden eine Wheatstonesche Brücke, deren Gleichgewicht sich mit der Temperatur des Widerstandes R2 ändert, je nachdem, ob dieser in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsstand YY in die Flüssigkeit eintaucht oder nicht. Ein zwischen den Klemmen B3 und B4 angeschlossenes Relais gestattet, das Kühlaggregat stillzusetzen, wenn die Temperatur des Widerstandes R2 sich ändert, d. h. durch die Änderung des Flüssigkeitsstandes Y Y auf- oder untertaucht.
  • Um die Menge der gefrierenden Flüssigkeit L1 zu regeln, kann man auch andere mechanische oder elektrische Einrichtungen verwenden, welche die Höhe des Flüssigkeitsstandes YY als Meßwert benutzen. Im einfachsten Falle kann übrigens ein Schwimmer vorgesehen werden, der innerhalb des Behälters 1 schwenkbar an dessen Wand gelagert ist und der beim Steigen oder Sinken einen Schalter betätigt.
  • Gemäß der in Fig.4 dargestellten Ausführungsform sind der Verdampfer 2 und der Austauscher 3 in zwei übereinander angeordneten zylindrischen Behältern untergebracht, welche durch die Röhren 11 und 12 miteinander verbunden sind. Diese Röhren dienen, wie die Pfeile anzeigen, dazu, den Dampf der Flüssigkeit L2 aufsteigen und das Kondensat zurückfließen zu lassen.
  • Die beschriebenen Ausführungsformen können sinngemäß mit Änderungen versehen werden, welche technisch gleichwertig sind, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen.

Claims (9)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Vorrichtung zur Kältespeicherung, bei der in einem gasdichten Behälter eine Kältequelle und übereinander zwei nicht miteinander mischbare Flüssigkeiten angeordnet sind, von denen die eine gefrierbar, die andere nicht gefrierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht gefrierbare Flüssigkeit(L2) eine größere Wichte als die gefrierbare Flüssigkeit (L1) aufweist, daß der Siedepunkt der nicht gefrierbaren Flüssigkeit(L2) bei dem im Behälter herrschenden Druck geringfügig oberhalb des Gefrierpunktes der gefrierbaren Flüssigkeit (L1) liegt und daß die Kältequelle (2) in wärmeleitender Verbindung mit der gefrierbaren Flüssigkeit (L1) steht, während das zu kühlende Medium periodisch in wärmeleitende Verbindung mit der nicht gefrierbaren Flüssigkeit (L2) gebracht wird.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Raum oberhalb der beiden Flüssigkeiten ein inertes Gas unter bestimmtem Druck enthält.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zu kühlende Medium eine Flüssigkeit ist, die mittels eines in der nicht gefrierbaren Flüssigkeit (L2) angeordneten Wärmeaustauschers (3) mit dieser in wärmeleitende Verbindung gebracht ist.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter innerhalb der Flüssigkeit Röhren enthält, welche die in den freien Raum aufsteigenden Dämpfe und die in die flüchtige Flüssigkeit hinabfallenden Tropfen des Kondensates leiten.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter aus zwei übereinander angeordneten Behältern (9 und 10) besteht und daß der obere Behälter (9) eine Kältequelle (2) enthält, während der andere mit dem zu kühlenden Medium in wärmeleitender Verbindung steht, daß ferner beide Behälter durch vertikale Rohre (11 und 12) verbunden sind, von denen sich mindestens eines (11) vom oberen Teil des unteren Behälters bis in die Höhe des oberen Behälters erstreckt, und daß ein weiteres vom unteren Teil des oberen Behälters hinunter in den unteren Behälter führt.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um die Kältequelle nach dem Gefrieren einer bestimmten Teilmenge der gefrierbaren Flüssigkeit (L) außer Betrieb zu setzen, und daß diese Mittel eine Unterbrechung durch die beim Übergang der flüssigen Phase in die feste Phase eintretende Volumenänderung bewirken.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gefrierbare Flüssigkeit eine wäßrige Lösung ist und daß die Kältequelle durch von der Niveauänderung des Flüssigkeitsspiegels abhängige Mittel regelbar ist. B.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein temperaturabhängiger Widerstand (R2) vorgesehen ist, welcher an der Oberfläche der gefrierbaren Flüssigkeit derart angeordnet ist, daß er aus der Flüssigkeit heraustritt oder je nach Änderung des Oberflächenstandes in die Flüssigkeit mehr oder minder tief eintauchen kann, und daß dieser Widerstand in einer Regelschaltung für die Kältequelle angeordnet ist.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als gefrierbare Flüssigkeit (L) Wasser und als nicht gefrierbare Flüssigkeit (L2) Dichlortetrafluoräthan Verwendung findet. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 480 037; USA.-Patentschriften Nr. 2 022 764, 2146 058.
DEC17344A 1957-09-04 1958-08-14 Vorrichtung zur Kaeltespeicherung Pending DE1130457B (de)

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