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Verfahren und. Vorrichtung zur Kühlung eines wärmeabgebenden Gegens
tand.es Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Kühlung wärmeabgebender Gegenstände u.dgl.
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Herkömmliche Ktihlvorrichtungen zeichnen sich dadurch aus, dass derartige
zu kühlende Gegenstände von Kühlmedien umströmt werden, die die von diesen Gegenständen
ausströmendellWärme abtransportieren. Der Wirkungsgrad solcher Systeme wird im wesentlichen
durch den Wärmeübertragungskoeffizienten zwischen dem Gegenstand und dem Kühlmedium
bestimmt, der wiederum
eine Funktion mehrerer Charakteristika des
Kühlmediums, wie z.B. des Massenflusses, der Viskosität u.dgl. ist. Dabei interessiert
aus derzSicht des Praktikers vor allem der Leistungsaufwand, der erforderlioh ist,
einen bestimmten Massenfluss des Kühlmediums aufrechtzuerhalten.
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Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung hat es sich erwiesen,
dass bestimmte Gase einen merklich besseren Kühlwirkungsgrad aufweisen (bezogen
auf dio für das Kühlmedium erforderliche Leistung) als bisher verwendete Kühlmedien,
wenn sie unter höherem, in bestimmten Grenzen gehaltenen, absolutem -Gasdruck umlaufen
und in Wärmetauschbeziehungen mit zu. kühlenden Gegenständen gebracht werden0 Bei
der Kühlung von konzentrierten Wärmequellen, wie z.B. von elektronischen Bauteilen,
von Lasern, von Blitzlichtröhren u.dgl. -und bei der Kühlung von verteilten Wärme
quellen, die durch erzwungene Konvektion gekühlt werden - entweder direkt oder über
Wärmetauscher--, wie z.B. kalten Platten od.dgl., war es bisher üblich, Luft über
diese zu kühlenden Bauteile zu blasen.
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Die Physik dieses Kühlvorganges wird im wesentlichen durch die folgonden
drei Bezichungen beschrieben: Q = m 0 4tLuft (1) Q = α F #m (2) α d
und Nu = = const. (Re)m (Pr)n (3) #
wobei Q = übertragende Wärmemenge
[J/sec] cp = spezifische Wärmekapazität [J/kg °C] # Luft = Temperaturanstieg in
der Luft [°C] # m = logarithmisch gemittelte Temperaturm differenz E0e3 mL = Massenfluss
der Luft [kg/sec] α = Wärmeübertragungskoeffizient [J/sec m2 °C] F = Oberfläche
der zu kühlenden Komponente [m2] d = hydraulischer Durchmesser des zu kühlenden
Bauteils oder Rohres [m] m = Exponent, = 0,8 für turbulente Strömung n = Exponent,
= 0,4 für turbulente Strömung # = Wärmeleitfähigkeit [J/sec m Re = Reynolds-Zahl
Pr = Prandtl-Zahl und Nu = Nusselt-Zahl const = 0.024 (Empirisch ermittelte Konstante).
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Gleichtung 1 zeigt, den Temperaturanstieg der Luft Luft als Funktion
ihrer--spezifi-schen Wärmekapazität, des Massenflusses der Luft und der gesamten
Wärmemenge, die an die Luft abgegeben wird. Die Temperatur des zu kühlenden Bauteils
wird im wesentlichen bestimmt
durch die Intensität des Wärmetauschkontaktes,
der zwischen der Luft und dem Bauteil herrscht. Diese Intensität wird durch den
Wärmeübergangskoeffizienten α beschrieben. Aus Gleichung (2) lässt sich ersehen,
dass der Temperaturunterschied zwischen der Luft und. dem Bauteil (die logarithmisch
gemittelte TempeYaturdifferenz Jm) durch den Temperaturanstieg # Luft in Gleichung
(1) beeinflusst wird. Der Wärmeübergangskoeffizient α wird aus Gleichung (3)
berechnet, die den Wärmeübergangskoeffizienten mit verschiedenen dimensionslosen
Parametern in Beziehung setzt,die im wesentlichen aus Geschwindigkeit, Luftdichte,
Viskosität und Wärmeleitfähigkeit des Mediums berechnet werden0 Aus Gleichung (2)
ist zu ersehen, dass die Kühlbedingungen verbessert werden können, wenn der Wärmeübergangskoeffizient
erhöht wird. Gleichung (3) zeigt, dass der Wärmeübergangskoeffizient im wesentlichen
eine Funktion der Reynolds-Zahl ist, woraus sich ergibt, dass sich der maximale
Wärmeübergangskoeffizient CH2 erhalten lässt, wenn die Reynolds-Zahl auf ihren Maximalwert
gebracht wird. Da die Reynolds-Zahl der Strömungsgeschwindigkeit des Gases direkt
proportional ist, resultiert dieses Bestreben meistens in möglichst grossen Geschwindigkeiten
der Luft in der Nähe der zu kühlenden Komponenten. Allerdings sinkt bei grossen
Luftgeschwindigkeiten der Wirkungsgrad des gesamten Kühlsystems ab, wodurch die
Geschwindigkeit nach oben begrenzt ist, da die Druckverluste proportional zum Quadrat
der Geschwindigkeit anwachsen, was letztlich in einem grösseren Leistungsbedarf
für dieses Kühlsystern resultiert.
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Die Beziehungen für den Druckabfall pro Längeneinheit des Kühlleitungssystems
lauten:
wobei ## = Druckabfall [N/m²] f = 16 für laminare Strömung Re f = #####0 für turbulente
Strömung (Re)0,2 und # = Luftdichte [kg/m3] Die Gleichung für den Leistungsbedarf
lautet:
wobei llo - Wirkungsgrad des Kompressers des Gebläses des Ventilators
Das
wesentliche Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Anwendung von gewissen, auf
kritischen Druck gebrachten oder verdichteten Gasen, die im Kühlsystem umlaufen.
Die Anwendung von komprimierten Gasen bringt mehrere bemerkenswerte Vorteile mit
sicht Zum Ersten erreicht man bei gleichem Leistungsaufwand für das Kühlsystem ein
wesentlich kleineres 2 Luft (s. Gleichung (1)). Zum Zweiten erhält man bei gleichem
Leistungsaufwand, wie bei herkömmlichen Kühlsystemen, einen gegenüber diesen Kühlsystemen
wesentlich grösseren Wärmeübergangskoeffizienten, wodurch die Temperatur der zu
kühlenden Bauteile auf einen wesentlich niedrigeren Wert gebracht werden können,
Dieses mit komprimiertem Gas arbeitende Kühlsystem kann somit -entweder zum Kühlen
einzelner bestimmter Komponenten verwendet werden, wie z.B. für die oben erwähnten
Laser, Blitzlichtröhren udgl., oder es kann in Wärmeübertragern angewendet werden,
wie z.B kalten Platten, Rühren oder mit Kühlrippen versehenen Wärmetauschern, um
den Wärmetausch auf ein zweites Kühlsystem mit einemguten Wirkungsgrad durchzuführen.
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Bin weiteres Merkmal der Erfindung ist die Nutzbarmachung der Tatsache,
dass bei einer Anzahl von Gasen, wie z.B. bei Stickstoff, es einige Dichteng@@ bereiche
gibt, in denen die Viskosität vom Druck annähernd unabhängig ist Aus der Definition
der Reynolds-Zahl
wobei w = = über den Leitungsquerschnitt gemittelte Geschwindigkeit
fm/secj Viskosität
u = benetzter Umfang des Wärmetauschers fmj d = hydraulischer Durchmesser der Leitung
[m] lässt sich sofort ersehen, dass die Reynolds-Zahl dem Massenfluss der Luft mL
direkt proportional ist, wenn die Viskosität sich nicht ändert. Aus Gleichung (4)
geht wiederum hervor, dass der Druckabfall in einem System der Dichte umgekehrt
proportional ist, wenn der Massenfluss des Gases im System konstant bleibt.
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Daraus ergibt sich, dass sich bei einem System, bei dem das Gas z.B.
auf 10 Atmosphären verdichtet ist, so dass die Dichte sich gegenüber der Normalatmosphäre
um den Faktor 10 erhöht, derselbe Massenfluss wie bei Normaldruck mit nur einem
Zehntel des bei Normaldruck herrschenden Druckabfalls erreichen lässt. Weiterhin
ergibt sich aus Gleichung (5), dass unter diesen Bedingungen der Leistungsbedarf,
der für den gleichen Massenfluss erforderlich ist, nur 1/100 des Leistungsbedarfes
bei atmosphärischem Normaldruck beträgt.
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Wenn darüber hinaus anstatt des Massenflusses der für den Umlauf des
Gases erforderliche Leistungsbedarf gegenüber den Verhältnissen bei normalem atmosphärischem
Druck konstant gehalten wird, ergibt sich nun, dass das Verhältnis L #P/# konstant
bleiben wird. Das kann erreicht werden, indem einmal
bpim System
konstant gehalten wird. Für konstanten Leistungsbedarf ergibt sich dann #L # # 0.71
und # # #L 0.8 # # 0.57 (6 Erfindungsgemäss ergibt sich dann, wie oben mathematisch
dargelegt worden ist, bei einer gegenüber der Normalatmopphäre zehnfachen Dichte
und dem gleichen Leistungsaufwand ein 3,7-fach stärkerer Wärmeübergangskoeffizient.
Dazu wird der Temperaturanstieg der Luft (Gleichung (1)) auf ein Zehntel reduziert,
wodurch gleichfalls auch
in Gleichung (1) und
in Gleichung (2) vermindert .wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues und verbessertes
Verfahren und eine Vorrichtung zur Kühlung wärmeabgebendor Gegenasände mit möglichst
universeller Anwendbarkeit vorzusehen, die sich insbesondere zur Kühlung konzentrierter
Wärmequeilsn, wie z.B. elektrischer Bauteile od.dgl., eignet.
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Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass bei dem -eingangs
erwähnten Kühlverfahren ein Gas durch einen abgeschlossenen Raum strömt, das in
Wärmetauschbeziehungen mit dem zu kühlenden
Gegenstand steht und
dass der absolute Gasdruck in diesem Raum im wesentlichen zwei oder mehr Atmosphären
beträgt und während des Kühlvorganges konstant gehalten wird. In weiterer Ausgestaltung
des erfindungsgemässen Verfahrens wird. der Gasdruck dabei in einem Bereich gehalten,
in dem die Viskosität, die spezifische Wärmekapazität und die Wärmeleitzahl des
Gases im wesentlichen vom Druck unabhängig sind. Der Raum ist dabei vorzugsweise
so beschaffen, dass Wärme nur in einem Teilbereich dieses Raumes ausgetauscht wird,
Der Gegenstand ist dabei vorzugsweise so angeordnet, dass er vom Gas vollkommen
umströmt wird.
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Dieses Verfahren eignet sich besonders für Gegenstände, die eine Strahlungsquelle
enthalten, wobei das Gas für die Strahlung dieser Quelle durchlässig ist, Das Tür
die kinetische Energie des Gasstromes erforderliche Energiepotential wird von einer
externen Energiequelle aufrechterhalten, indem das Druckgefälle über diesen abgeschlossenen
Raum im wesentliohen konstant gehalten wirdß während des Wärmetauschvorganges ist
diesem Gasstrom dann eine konvektive Strömung in der Umgebung des zu kühlenden Gegenstandes
überlagert.
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In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung besteht das Gas
aus Stickstoff und der absolute Gaddruok beträgt dabei im wesentlichen zehn Atmosphä
ren.
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Bei den Verfahren mit Stickstoffgas als Kühlmedium haben sich folgende
Kriterien für die Druckregelung als optimal erwiesen: Bei einer Temperatur von 270C
wird der Druck so geregelt dass die Viskosität des Stickstoffgases, bezogen auf
die Viskosität der Standardatmosphäre (µ/µSTANDARD)27°C sich im Bereich zwischen
1,074 und 1,87 einstellt, dass sich die spezifische Wärmekapazität, bezogen auf
die Gaskonstantem op/R im Bereich zwischen 3,51 und 3,66 einstellt und dass sich
die Wärmeleitfähigkeit des Gases A im Bereich zwischen 19,6 und 19,95 EJ/sec m °K]
(- 11,35 - 11,36 EBtu/Std. ft2 °F]) einstellt.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der absolute
Gasdruck im wesentlichen auf mindestens 20 Atmosphären eingestellt.
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Das Verfahren erlaubt es auch, Gase zu verwenden, die z.B. Gaskomponenten
enthalten, die aus Stickstoff, Sauerstoff oder Luft bestehen, Ein anderes Ausführungsbeispiel
sieht vor, ein Gas zu verwenden, das Gaskomponenten enthält, die aus Wasserstoff,
Helium, Sauerstoff, Stickstoff oder Luft bestehen.
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Die zur Durchführung des Verfahrens vorgesehene.yorrichtung besteht
orfindungsgemäss aus einem in sich geschlossenen Leitungssystem, das von unter Druck
stehendem Gas durchströmt wird und das mit einem vorbestimmten Bereich versehen
ist, in dem ein zu kühlender, wärmeabgebender Gegenstand angeordnet ist.
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Weiterhin ist die Vorrichtung mit Gaszu- und -ableitungen versehen,
die unter dem gleichen Gasdruck wie das Leitungssystem stehen, sowie mit einer in
diesem geschlossenen Leitungssystem angeordneten Gebläsevorrichtung und mit einer
an einer anderen vorbestimmten Stelle im Leitungssystem angeordneten Wärmetauschvorrichtung.
Im Leitungssystem selbst sind Druckregler angeordnet, die den Gasdruck so regeln,
dass er im wesentlichen mindestens zwei Atmosphären oder mehr beträgt. Grundsätzlich
aber wird er in einem Bereich gehalten, in dem die Viskosität, die spezifische Wärmekapazität
und die Wärmeleitfähigkeit im wesentlichen vom Druck unabhängig sind0 Da sich dieses
Verfahren vorzüglich zur Kühlung konzentrierter Wärmequellen eignet, ist es z.B.
zur Kühlung von Laservorrichtungen besonders geeignet.
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Dazu gehört auch eine Blitzlichteinrichtung, die zusammen mit der
Laservorrichtung im Gasstrom angeordnet ist und der Erregung des -Gase-s dient.
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In einer anderen Ausführungsfo-rm ist ein Teil des in sich geschlossenen
Leitungssystems mit einer Kühlplatte versehen, die mit einem ausser-halb des Leitungssystems
angeordneten Gegens-tand in Wärmetauschbeziehungen steht@.
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Bei der Verwendung von Stickstoffgas als Kühlmedium sind die Druckregler
so eingerichtet. dass sie einen Absolutdruck von im wesentlichen mindestens 10 Atmosphären
aufrechterhalten. In einem anderen
Auaführungsbeispiel sind diese
Druckregler so eingerichtet, dass sie einen absoluten Gasdruck von im wesentlichen
mindestens 20 Atmosphären aufrechterhalten.
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Ein weiteres spezielles Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen
Vorrichtung sieht eine Kühlvorrichtung vor, die wiederum aus einem Leitungssystem
besteht, das mit einem vorbestimmten Bereich versehen ist in dem die Vorrichtung
zur Erzeugung eines Laserstrahls angeordnet ist, weiterhin mit Zu- und Ableitungen
für Stickstoffgas, das unter einem Druck steht, der grösser als der Druck ausserhalb
des Leitungssystems ist und im wesentlichen mindestens 2 Atmosphären beträgt und
der in einem Bereich eingeregelt wird, in dem die Viskosität 4ie spezifische Wärmekapazität
und die Wärmeleitfähigkeit des Sti-ckstoffes im -wesentlichen vom Druck unabhängig
sind, die weiterhin mit ei-ner Gebläsevorrichtung ve-rsehen ist, die im geschlossenen
Leitungs.system zur Zirkulation des Stickstoffgases angeordnet ist und mit einer
an einer anderen vorbestimmten Stelle im Leitungssystem angeordneten Wärmetauschvorrichtung,
wobei die Laservorrichtung von dem Stickstoffgas im wesentlichen umspült wird und
so angeordnet ist, dass der Laserstrahl durch das umlaufende Stickstoffgas strahlt.
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Bei anderen Modifikationen dieses spieziellen Ausführungsbeispiels
sind die Druckregler so eingerichtet, dass sie den absoluten Gasdruck auf mindestens
10
Atmosphären halten und in einem anderen Fall wiederum so, dass sie diesen Druck
auf mindestens 20 Atmosphären halten. Auoh diese AusfUhrungsform ist mit einer Blitzlichteinheit
versehen, die im umlaufenden Stickstoffgas angeordnet ist.
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In den Figuren 1 bis 4 der beiliegenden Zeichnung ist der Gegenstand
der Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels schematisch dargestellt.
Es zeigen: Fig. 1 die schematische Anordnung einer Kühlvorrichtung zur Kühlung eines
Laserkanals od.dgl., Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1, Fig.
3 ein Diagramm, das die Abhängigkeit der Gasparameter, nämlich Viskosität1 spezifische
Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit in Abhängigkeit des Gasdruckes von Stickstoff
bei 27°C zeigt und Fig. 4 die schematisch. Anordnung einer Kühlplatte od.dgi. im
Kühlkroislauf.
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Eine Vorriohtung, die nach den eingangs beschriebenen physikalischen
Prinzipion arbeitet, ist in Fig. 1 dargestellt. Als Beispiel ist hier ine Vorrichtung
zum Kühlen eines Laserkanals 1 dargestellt, der inen Laserstab 3 od,dgl. nthilt,
der
durch die Strahlung eines daneben angeordneten Blitzlichtgerätes
5 angeregt wird1 das zwischen unteren und oberen Reflektoren 7 und 9 (Fig. *und
2) angeordnet ist. Eine konzentrierte Wärmequelle - hier der Laserkanal 1 - ist
in einem abgeschlossenen Raum oder in einer abgeschlossenen Leitung 2 oder als ein
Teil derselben angeordnet. Dieser abgeschlossene Raum ist mit einer Gaszuleitung
4 und einer Gasableitung 6 für unter Druck stehendes Gas versehen, die beide verschliessbar
sind, so dass das Gas in dem in sich gegeschlossenen Leitungssystem umläuft. Das
Gas wird von einem Gebläse 8 in Umlauf gehalten, das von aussen 8' mit elektrischer
Energie versorgt wird.
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Die Strahlung vom Laser 3 strahlt durch das strömende Gas und durch
ein entsprechendes Fenster 10 in der Leitung 2. Dur Wärmetransport von der Leitung
2 nach aussen erfolgt über einen weiteren Wärmetauscher 2'1 der beispielsweise mit
ausserhalb des Wärmetauschers angeordneten, von ähnlichen Einrichtungen her bekannten
Windungen 2" versehen ist.
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Wird z.B, unter Druck stehendes Stickstoffgas bei 27 C (3000K) über
die Gaszuleitung in das geschlossene Leitungssystem eingeführt, lassen sich folgende
Charakteristiken des Stickstoffgases zunutze machen: Bei 27°C sind bei Stickstoffgas
im Druckbereich zwischen- 2 und 10 Atmosphären sowohl die Viskosität als auch die
spezifische Wärmekapazität als auch die Wärmeleitfähigkeit im wesentlichen vom Druck
unabhängig (Fig. 3). Sie bleiben im wesentlichen im Bereich zwischen:
= 1,074 bis 1,093 (Viskosität, bezogen auf die Viskosität der Standardatmosphäre)
= 3,51 bis 3,55 (spezifische Wärmekapazität, bezogen auf die Gaskonstante) und A
= 19,6 bis 19,95 # 11,35 bis 11,37
| J |
| # # |
| sec m °K |
| Btu |
| # # |
| Std.ft°F |
Tatsächlich erstreckt sich diese Konstanz im wesentlichen sogar bis zu einem Druck
von 100 Atmos-phären (und darüber), wo die entsprechenden Verhältnisse der Viskosität
und der spezifischen Wärmekapazität sowie die Wärmeleitfähigkeit Werte von im wesentlichen
1,187; 3,66 und 20,25
| Btu |
| (# 11,63 # # ) |
| Std.sec.°F |
haben (Fig. 3).
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Weiterhin bietet unter Druck stehendes Stickstoffgas, wenn es in der
in Fig. 1 beschriebenen Anordnung angewendet wird, noch den - sich praktisch beiläufig
ergebenden - Vorteil, dass de ultraviolette Strahlung von Blitzlichtlampen od.dgl.
die sichtbare Strahlung im Gas in dem oben erwähnten Druckbereich in keiner Weise
beeinträchtigt - im Gegensatz zu heute üblichen Fluorkohlenstoff-Kühlmedien. Das
Gas bleibt über ein weites Wellenlängenband durchlässig und ausßern-a l-b der Wellenlängenbereiche,
in den Absorption auftritt.
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In Versuchen mit unter Druck stehendem Stickstoffgas bei ungefähr
20 Atmosphären (# 300[psi]), bei dem ein wärmestrahlender Gegenstand im Leitungssystem
2 angeordnet ist und ein Gebläse 8 das Gas mit einem @engenfluss von ungefähr 0,036
[m3/sec] (# 50 [ft3/min]) in Umlauf hält und dabei einen im wesentlichen konstanten
Druckabfall aufrechterhält, wurde ein wesentlich kleinerer Temperaturgradient zwischen
dem Gegenstand und dem Wärmetauschkühler 2" erhalten als mit Stickstoffgas, das
unter Normaldruck steht.
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Natürlich können auch andere Gase, die einige dieser vortoilhaften
Eigenschaften des Stickstoffgases haben, im Rahmen dieser Erfindung angewendet werden.
Komprimierte Luft, die natürlich auch Stickstoff enthält, verhält sich sehr ähnlich
dem Stickstoffgas. Sauerstoff hat im wesentlichen die gleiche Wärmeleitfähigkeit
wie Stickstoff, eine um ungefähr 12 1/2 % geringsre spezifische Wärmekap-azität
und eine um 12 1/2 % grössere Viskosität. Die Viskosität ton llelium ist ungefähr
die gleiche wie bei Sauerstoff, während diespezifische Wärmekapazität von Helium
ungefähr fünfmal grösser als die von Stickstoffgas ist und die Wärmeleitfähigkeit
von Helium ungefähr sechsmal grösser als die von Stickstoff ist. Wasserstoffgas
hat eine ungefähr fünfzehnmal grössere spezifische Wärmekapazität al.s Stickstoffgas
ungefähr die halbe Viskosität von Stickstoffgas und eine ungefähr um das 7-fache
grössere Wärmeleitfähigkeit als Sauerstoff und Stickstoff. Wasserstoff und Sauerstoff
allerdings sind, wenn sie unter Druck stehen, in der Handhabung gefährlicher wegen
der grösseren Explosionsgefahr.
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Zur Demonstration der mit der erfindungsgemässen Vorrichtung erreichten
Loistungsersparnis soll ein spezieller Fall im folgenden durchgerechnet werden:
Die Leitung 2 hat einen Durchmesser von 0,0127 [m] (# 1/2 ["]), eine Länge von 0,305
[m] (# 12 ["]) und eine innere Oberfläche von 0,0116 [m2] (# 18 [in.2]).
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Sie hat eine externe Wärmeerzeugung von 100[Watt], wobei atmosphärische
Luft durch das Leitungssystem strömt und von dem Gebläse 8 auf einen Mengenfluss
von 4,72 10-3 [m3/sec] (# 10[ft3/min] ) gehalten wird.
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Dabei stellt sich oin Druckabfall von 1,585 io3 [N/m2] (# 0,23 [psi]
) ein. Der erforderliche Leistungsbedarf errechnet sich aus Gleichung (5) wie folgt:
Wird der Wirkungsgrad des Gebläses 8 mit 100 ffi angenommen, berechnet sich die
Leistung zu 7,5[Watt]. Der Temperaturanstieg α# Luft berechnet sich nach Gleichung
(1) als # Luft = 19[°C] Aus Gieichung (3) wird der Wärmeübertragungskoeffizient
berechnet als (Re = 28.000, Pr = 0,71)α = 159 [J/m2] sec °C] #28 [Btu/ft2
hr °F]). Mit Gleichung (2) errechnet sich nin # m = 54[°C] (= 97°F). Da # Luft =
19°C beträgt, stellt sich die durchschnittliche Rohrtemperatur nun auf 540 + 9,50
= 63,50C ( 114°F) Uber der Einlasslufttemperatur ein.
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Wird die Luft nun nach dem erfindungsgemässen Verfahren unter Druck
gesetzt, z.B. auf einen Absolutdruck
52 von 2,026 106[N/m2] (#
20 [atm.]), d.h. = 20, # 1 so berechnet sich nach Beziehung (6) ein Verhältnis der
Wärmeübergangskoeffizienten von
= 5,5, woraus sich = 5,5 x 159 = 875 [J/sec m2 °C]und ein#m von 9,8°C (# 17,6°F)
ergibt. Gleichermassen) wird# Luft nun auf 0,945°C (# 1,7°F) reduziert. Das rosultiert
nun in einer Temperatur des zu kühlenden Bauteils von ungefähr 10°C (#18°F). Das
stellt eine beachtliche Verbesserung gegenüber der vorherigen Temperatur von 63,5°C
dar und demonstriert anschaulich die mit der vorliegenden Erfindung erzielten Verbesserungen
bei der Kühlung wärmeabgebender Gegenstände.
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Die Erfindung ist soweit anhand des in Figo 1 dargestellten Beispiels
beschrieben worden, in dem der zu kühlende Gegenstand von unter Druck stehendem
Gas umströmt wird. Der Kühlvorgang kann aber ebenso mittels einer kalten Platte
12 (Fig. 4) vorgenommen werden, entlang der z.B. ein Teil der Leitung 2 in Ziokzaokform
läuft und die in Wärmeübertragungsbeziehungen mit einem ausserhalb dieser Platte
angeordneten Gegen stand, der gekühlt werden soll, steht.
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Gleichermassen lässt sich an einigen Kühlsystemen der Gasumlauf auch
ganz odor teilweise durch freie Konvektion erzougen.