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Vorrichtung zur Kältespeicherung Es sind schon Anordnungen zur Kälteerzeugung
bekannt, die zwischen der Kältequelle und dem zu kühlenden Medium ein flüssiges
übertragungsmittel aufweisen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Man kann auch andere gefrierbare Flüssigkeiten, eutektische oder nichteutektische
Lösungen verwenden, wenn verschiedene Temperaturen gefordert werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Das in Fig. 5 dargestellte Diagramm zeigt schematisch die Betriebsbedingungen
der Anordnung.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die beschriebenen Ausführungsformen können sinngemäß mit Änderungen
versehen werden, welche technisch gleichwertig sind, ohne vom Grundgedanken der
Erfindung abzuweichen.