DE2244722A1

DE2244722A1 - In sich geschlossenes luftkuehlsystem

Info

Publication number: DE2244722A1
Application number: DE2244722A
Authority: DE
Inventors: Allan Sinclair Miller
Original assignee: Denco Miller Ltd
Current assignee: Denco Miller Ltd
Priority date: 1972-04-14
Filing date: 1972-09-12
Publication date: 1973-10-25
Also published as: FR2179713B1; FR2179713A1; IT976254B; JPS4920944A; GB1391703A; US3822561A; DE2244722B2; DE2244722C3; SE390842B; JPS5216653B2; NL7217242A; CA991407A

Description

PAT ENTANWÄLTE

K. SIEBERT G. GRÄTTINGER Dlpl.-Ing.

Dlpl.-Ing., Olpl.-Wirtsch.-lns.

813 Starnberg bei München Postfach 1650, Almeldaweg 12 Telefon (0 81 51) 27 30 <1 27 30> U. +115

den

Anwaltsakte

5392/2

Denco Miller Ltd.
Holraer Road, Hereford, England

In sich geschlossenes LuftkühIsystem

Die Erfindung betrifft ein Luftkühlsystem und insbesondere eine in sich geschlossene und transportable Luftkühlvorrichtung, die in Wohnungen,, Geschäfts- und Industriegebäuden verwendet werden kann.

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Das Prinzip des Wärmeentzuges aus einem begrenzten Raum mittels Luftzirkulation durch einen Wärmetauscher, der dafür vorgesehen ist, die Wärme auf einen Kühlkreislauf mit einem Kältemittel, vorzugsweise Kühlwasser, zu übertragen, oder als Alternative die Wärme durch einen Wärmetauscher abzuführen, indem ein flüssiges Kühlmittel, daß in den Rohren eines gerippten Flüssigkeits-Luftwärmetauscher fließt, verdampft wird, ist bekannt. Im Falle eines Kühlkreislaufes ist für den Wärmetransport eine niedrige Kältemitteltemperatur erforderlich, die üblicherweise durch eine separate Anlage erreicht wird, die getrennt von der Luftzirkulation- und Wärmeaustauschvorrichtung angeordnet ist. Diese separate Vorrichtung zum Kühlen des Kältemittels enthält wiederum einen Tankbehälter mit einer Wasserpumpe oder mit einer Zirkulationsvorrichtung, um das Kältemittel von dem Behälter zu dem Wärmeaustauscher in dem zu kühlenden Raum zu bringen, und einen Kühlmittelkreislauf, welcher einen Kühlwasserwärmeaustauscher, einen Kühlmittelkompressor, einen Kondensator, einen Kühlmittelbehälter, ein Entspannungsventil zum Festlegen der Kühlmittelverdampfungstemperatur und einen elektrischen Steuerkreislauf umfaßt. Bei einem direkten Entspannungs sys tem kann der Kühlmittelkreislauf; getrennt oder aber in einem Gehäuse zusammen mit der Luftzirkulation- und Wärmeaustauschvorrichtung angeordnet sein.

Die Nachteile der bekannten Systeme bestehen darin, daß der Entzug der Raumwärme und ihre übertragung auf eine Kühlflüssigkeit die Verwendung eines untereinander verbundenen Rohrnetzes zwischen der Kondensationsvorrichtung oder der Vorrichtung zum Kühlen des Kältemittels erfordert, oder, daß in dem Fall einer in sich geschlossenen Vorrichtung Kältemittelzulaufrohre und Kältemittelrücklaufrohre notwendig

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sind, oder, daß als Alternative für den Kondensator •eine Quelle für die Frischluftzufuhr erforderlich ist. Bei all diesen Systemen sind in irgendeiner Art Installationen erforderlich und sie sind daher nicht transportabel.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe ζugrunde,"""■*■

eine transportable, in sich geschlossene Luftkühl- ' vorrichtung für die Abführung von Wärme aus einem Raum zu schaffen, - sofern es erforderlich ist -, ohne ein.äußeres Rohrnetz oder Kanalnetz oder eine ■ äußere Luftquelle für die Belüftung der Kühlmittelvorrichtung zu verwenden. Als einzige äußere Energiequelle soll ein elektrischer Netzanschluß erforderlich sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination der folgenden Merkmale gelöst: . .

a) Einen Kühlmittelkreislauf, dessen Kondensationssystem in dem zu kühlenden Raum angeordnet ist j

b) einen Thermo-Behälter zur Aufnahme einer thermisch wirksamen Masse in der Art einer Wärmeaustauschflüssigkeit, die in einer Wärmeaustauschbeziehung' mit dem Kühlsystem des Kühlmittelkreislaufes steht;

c) eine Einrichtung für eine Wärmeaustauschverbindung zwischen dem Raum und dem Thermo-Behälter, -die eine Wärmeaustauschanordnung in dem zu kühlenden Raum umfaßt;

d) eine Einrichtung für die Luftzirkulation in diesem Raum, die in einem Wärmeaustausch-Kontakt mit der Wärmeaustauschanordnung steht, und

e) eine Einrichtung für ein wahlweises und alternatives Betätigen des Kühlmittelkreislaufes und Herstellen der Wärmeaustauschverbindung zwischen dem Raum und dem Thermo-Behälter, um den Raum zu erwärmen oder zu kühlen.

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Bei einer besonderen, bevorzugten Ausführungsform kann ein Kühlkreislauf in Verbindung mit den Thermo-Behälter vorgesehen sein, und zuzüglich kann ein in dem zu kühlenden Raum angeordneter Wärmeaustauscher für den Wärmeaustausch zwischen der Raumluft und der Wärmeaustauschflüssigkeit, dem Kältemittel, zusammen mit Einrichtungen für die Zirkulation der Wärmeaustauschflüssigkeit durch den Wärmeaustauscher vorgesehen sein.

Demgemäß wird bei der bevorzugten Vorrichtung die Aufgabe erfindungsgemäß durch die Kombination folgender Merkmale gelöst:

a) Einen Kühlmittelkreislauf, dessen Kondensationssystem in dem zu kühlenden Raum angeordnet ist;

b) einen Thermo-Behälter zur Aufnahme einer thermisch wirksamen Masse in der Art eines Kältemittels, das in einer Wärmeaustauschbeziehung mit dem Kühlsystem des Kühlmittelkreislaufes steht;

c) einen Kühlkreislauf in Verbindung mit dem Thermo-Behälter und einem in dem zu kühlenden Raum angeordneten Wärmeaustauscher für den Wärmeaustausch zwischen der Raumluft und des Kältemittels des Kühlkreislaufes;

d) eine Einrichtung zum Anströmen des Wärmeaustauschers mit Raumluft, und

e) eine Steuereinrichtung zum wahlweisen und alternativen Betätigen von Kühlmittelkreislauf und Kühlkreislauf zum Heizen oder Kühlen des Raumes.

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Die Betätigung des Kühlmittelkreislaufes und des Kühlkreislaufes wird im allgemeinen automatisch durch eine Uhr gesteuert. Die automatische Betätigung mittels der Uhr kann manuell, sofern gewünscht, ausgeschaltet werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Thermo-Behälter eine aus einem Teil des Kältemittels gebildete Eisbank. Der Thermo-Behälter kann aber auch eine andere Flüssigkeit oder Stoff mit für eine thermische Speicherung geeigneten Eigenschaften entr halten, z. B. eine.eutektische. Verbindung oder eine gekühlte Kältemittelmenge mit einer Temperatur-, die niedriger ist als die des zu kühlenden Raumes. Die Eisbank wird bevorzugter Weise in einem flexiblen Tank angeordnet, in welchem der Verdampfer des Kühlmittelkreislaufes angeordnet ist.

Der Wärmeaustauscher für die Raumkühlung wird im allgemeinen aus einer in dem Raum angeordneten, die Luft kühlende Schlange bestehen, durch welche gekühltes Kältemittel von der Eisbank zirkuliert wird. Vorteilhafterweise ist der Wärmeaustauscher ein langgestreckter, gerippter Flüssigkeit-Luft-Wärmeaustauseher, durch dessen Rohre das gekühlte Kältemittel strömt, während die Luft von dem zu kühlenden Raum über die gerippte Außenfläche des Wärmeaustauschers zirkuliert wird. Das Kältemittel in Kontakt mit der Eisbank oder mit anderen thermische Energien speichernden Medien wird üblicherweise durch eine Tauchpumpe oder durch einen Zirkulator, der in dem flexiblen Tank angeordnet ist, zirkuliert. Der Kühlmittelkreislauf wird üblicherweise ein serienmäßiger Kühlmittelkreislauf sein mit einem Kühlmittelkompressor, einem in dem zu kühlenden oder zu wärmenden Raum angeordneter Kondensator, einem

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Flüssigkeitsbehälter, einem Entspannungsventil und einem Verdampfer, welcher in der bevorzugten Ausführungsform, bezogen auf das Obengenannte, aus einer Kühlschlange besteht, die in dem Thermo-Behalter angeordnet ist.

Zur Luftzirkulierung in dem Raum rund um den Wärmeaustauscher werden üblicherweise, Lüfter verwendet. Bei einer bevorzugten Konstruktion, ist ein einziger Lüfter angeordnet, durch den die Luft durch den Wärmeaustauscher und durch das Kondensationssystem des Kühlmittelkreislaufes geblasen wird, so daß in ' einer bevorzugten Ausführungsform die Luft-Kühlvorrichtung mit zwei Kreisläufen ausgebildet ist, wobei der eine Kreislauf der Kühlmittelkreislauf ist, der zum Gefrieren des Kältemittels, also zum Bilden der Eisbank vorgesehen ist und durch den zusätzlich als Nebenprodukt unter Verbrauch der von dem Kondensator des Kühlmittelkreislaufes abgegebenen Wärme eine Erwärmung des Raumes erfolgen kann, und wobei der andere Kreislauf der Kühlkreislauf ist, der für die Kühlung des Raumes während der Kühlperiode vorgesehen ist. Der Wärmeaustauscher des Kühlkreislaufes für die Luftkühlung und der Kondensator des Kühlmittelkreislaufes sind also in getrennten Kreisläufen enthalten, die aber in einer einzigen Einheit bzw. Vorrichtung untergebracht sind, so daß ein einziger Ventilator genügt, um beide Kreisläufe, d. h. vor allem den Wärmetauscher des Kühlkreislaufes und den Kondensator des Kühlmittelkreislaufes, mit Luft zu umströmen.

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Me Luftleitvorrichtung ist in- erster Linie zur Raumkühlung vorgesehen; sie kann jedoch auch in vielen Pällen, wenn beides, Heizen und Kühlen, zu verschiedenen Zeiten erforderlich ist, für die. Raumheizung verwendet werden, indem die von dem Kondensator des Kühlmittelkreislaufes abgegebene Wärme während des Eegene-rationszyklus - das ist dielhase während der die Eisbank regeneriert wird -, welcher ein Nebenprodukt des Kühlmittelprozesses ist, verbraucht wird.«, Mäsl- isfe inska— sondere in Klimazonen mit? honen Tages— und niedrigen Eachttemperaturen erforderlich. In diesen Fällen ist ein Kühlen im allgemeinen während der bekannten Tagesabschnitte und ein Heizen während der Nacht erforderlich,

3?ür die Heizperiode genügt es, die von der Kältemittelmenge in dem Thermo-Behalter gehaltene Wärme mittels des üblichen Kühlmittelkreislaufes abzuführen. Die so abgeführte Wärme wird infolge des Kondensationsprozesses in dem Kondensator des Kühlmittelkreislaufes in den Raum geleitet. Während dieser Heizperiode wird die Abnahme der Kältemitteltemperatur eine' Zustandsänderung des Kältemittels, z. B. von Wasser in Eis, bewirken, bis am Ende der Heizperiode nahezia_: das ganze Kältemittel gefroren ist.

Um eine Kühlung zu erreichen, wird das Kältemittel, welches in Kontakt mit der Eisbank ist, die vorher während der Heizperiode gebildet wurde, durch Pump- oder Zirkulationseinrichtungen in der Wärmeaustauscherschlange des Kühlkreislaufes zirkuliert bzw. umgewälzt; das Kühlmittel wird nun durch den Kühlprozeß erwärmt und kommt bei der Rückführung in Kontakt mit der Eisbank, wo es seine Wärme abgibt, indem es eine Eismenge schmilzt.

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Eine Kühlung ist solange vorhanden, bis das Eis völlig geschmolzen ist.

Die Erfindung wird im weiter.en anhand eines einzigen Beispieles, welches sich auf die zugehörigen Zeichnungen bezieht, beschrieben. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine schematische Skizze eines Luftkühlsystemes,

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht der Luftkühlvorrichtung, gem. dem Luftkühlsystem der Fig. 1 und

Fig. 3 eine vergrößerte Detailansicht der Kühlvorrichtung gem. Fig. 2.

Das Luftkühlsystem, wie es in den Zeichnungen gezeigt■ ist, ist in erster Linie für die Kühlung eines Raumes

1 gedacht, und enthält im wesentlichen einen von dem Kältemittel, vorzugsweise Kühlwasser, durchströmten,

Kühlkreislauf 2, welcher mit einer Eisbank 3 verbunden ist, und einen Kühlmittelkreislauf k für die. Bildung von Eis in der Eisbank. Der Kühlmittelkreislauf 4 selbst enthält einen Kondensator 5, welcher in dem Raum 1 angeordnet ist, einen Flüssigkeitsbehälter 6, ein Entspannungsventil 7» eine Kühlschlange 8 und einen Kompressor 9. Diese Bestandteile sind in der genannten Reihenfolge durch das Rohrnetz Io verbunden. Die Kühlschlange 8 ist in einem flexiblen Tank 11 angeordnet, welcher das Kältemittel, also hier beispielsweise Kühlwasser, für den Kühlkreislauf

2 enthält.

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Der Künlkreislauf 2 schließt eine die Luft kühlende Schlange 12 ein, die in dem Raum 1 angeordnet ist und die mit der Eisbank 3 durch ein Rohrnetz 13 verbunden ist. Das gekühlte Kältemittel durchströmt den_Kühlkreislauf. Dies wird durch eine Tauchpumpe oder durch einen Zirkulator 14, der in dem Tank 11 angeordnet ist, erreicht.

Ein Ventilator oder ein Gebläse 15 ist in dem Raum 1 für die Zirkulation der Luft sowohl durch den Kondensator 5 des Kühlmittelkreislaufes 4 als auch durch die bzw. um die die, Luft kühlende Schlange 12 des Kühlkreislaufes 2 vorgesehen.

Die Fließrichtung des Kühlmittels durch den Kühlmittelkreislauf 4 und des Kältemittels durch den Kühlkreislauf 2 sind durch die Pfeile 16 und 17 gekennzeichnet. Die Luftkühlvorrichtung ist in einem Gehäuse lö untergebracht. In den seitlichen Wänden des Gehäuses sind Gitter 19 vorgesehen, durch welche die Luft, wie in der Zeichnung mit Pfeilen gezeigt, in die Vorrichtung einströmt, und im oberen Teil der Vorrichtung ist ein Gitter 2o angeordnet, durch welches die Luft von der " Luftküh!vorrichtung in den Raum 1 austritt.

Das Eis wird durch die Wirkungsweise des Kühlmittelkreislaufes 4 während des Heizens des Raumes 1 in der Eisbank gebildet und abgeschieden. Das Kühlmittel wird durch den Kompressor 9 unter Druck gesetzt und strömt durch ein Rohr, welches in der Eisbank angeordnet ist. Das Rohr ist in geringer Nähe des Einlasses der Tauchpumpe und des Ausgangsrohrs der Pumpe installiert.

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- Io -

Der Zweck besteht darin, das heiße Gas in die Eisbank in einem geringeren Abstand zu der Wasserpumpe einzuleiten, und damit ein Gefrieren des Kältemittels in diesem Bereich zu verhindern, das eine Zirkulation. des Kältemittels nicht mehr möglich machen würde. Das heiße Gas wird dann zu dem Raum 1 geleitet, wo es in dem Kondensator' 5 kondensiert und dabei wärmefreigebend niedergeschlagen wird. Diese Wärme wird dann in den Raum 1 abgegeben. Das kondensierte Kühlmittel fließt in Richtung durch den Flüssigkeitsbehälter 6 zu dem Entspannungsventil J und dann durch die Kühlschlange 8, in der es verdampft. Die Verdampfung des Kühlmittels bindet die von dem Kältemittel in dem Tank 11 gehaltene Wärme, die Abnahme der Kaltemit.teltemperatur bedingt die Zustandsänderung des Kältemittels in Eis, bis am Ende dieses Vorganges nahezu das ganze Kältemittel in dem Tank gefroren ist.

Um den Raum 1 zu kühlen, wird das Kältemittel, welches in Kontakt mit der Eisbank 3 ist, wo es, wie im vorangegangenen beschrieben, durch das vorherige Heizen des Raumes 1 gebildet wurde, mittels einer Pumpe 14 durch die die Luft kühlende Schlange 12 geleitet, die mit Raumluft mittels des Ventilators 15 angeströmt wird. Die Wärme wird durch das zirkulierende Kältemittel absorbiert, so daß der Raum gekühlt wird. Das erwärmte Kältemittel kehrt in den Kontakt mit der Eisbank 3 zurück, und gibt dort die Wärme ab. Dies geschieht durch Schmelzen einer Eismenge. Das Kältemittel wird solange für die Kühlung des Raumes verwendet, bis das ganze Eis vollkommen geschmolzen ist.

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Die Kühlperiode und die Eisregenerierung durch das Erwärmen des Raumes kann automatisch mittels einer . Uhr betätigt werden, und die automatische Betätigung der "Uhr kann ausgeschaltet werden, unr, falls erforderlich, eine sofortige Kühlung des,Raumes für einen kleinen Zeitabschnitt durchführen zu können.

Wenn die Luftkühlvorrichtung beispielsweise für den häuslichen Gebrauch bestimmt ist, wird der Tank 11 empfehlenswerterweise so konstruiert sein, daß er ca. I4o Liter Wasser enthält. Die Luftkühlvorrichtung kann dann so gesteuert werden,-daß sie in einem 24Stunden-Zyklus arbeitet, so daß ein Kühlen während der Tageszeit und ein Regenerieren der-Eisbank während ,der Nachtzeit, in der die Wärme als ein Nebenprodukt abgegeben wird, erfolgen kann. Solch eine Luftkühlvorrichtung' würde näherungsweise l6. Stundenbenötigen, um die Eisbank vollkommen zu regenerieren. Nach der Regenerierung kann automatisch durch eine Ohr zum Kühlen umgeschaltet- werden. Es ist dann eine Kühlung für 6 bis 7 Stunden möglich. Das Gebläse bzw. der "Ventilator 15 kann mit zwei Schaltstellungen versehen sein, um zwei Kühlstufen einstellen zu können, wobei die Luftkühlvorrichtung den Kühlprozeß bei der geringeren Kühlstufe für eine längere Zeitperiode aufrechterhält als bei der größeren Kühlstufe. Beispielsweise kann die Luftkühlvorrichtung eine sechsstündige Kühlung mit der größten Ventilatorstufeoder aber eine siebenstündige Kühlung mit der niedrigeren Ventilatorstufe durchführen.

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Wie bereits oben ausgeführt, ermöglicht die manuelle Betätigung der Uhr dem Benutzer die Kühlung oder die Regeneration einzustellen, wie es gerade ihm erforderlich erscheint. In näherungsweisen Zeitabschnitten gesehen, ermöglicht eine 2 1/2-stündige Regeneration näherungsweise eine einstündige Kühlung.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

In sich geschlossenes Luftkühlsystem, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Merkmale in Kombination aufweist:

a) Einen Kühlmittelkreislauf (¹I), dessen Kondensat ionssystem (5) in dem zu kühlenden Raum (1) angeordnet ist;

b) einen Thermo-Behälter (11) zur Aufnahme einer thermisch wirksamen Masse in der Art einer Wärmeaustauschflüssigkeit, die in einer Wärmeaustauschbeziehung mit dem Kühlsystem des Kühlmittelkreislaufes steht; '

c) eine Einrichtung für eine Wärmeaustauschverbindung (13) zwischen dem Raum (1) und dem Thermo-Behälter (11), die eine WärmeaustauschanOrdnung (12) in dem zu kühlenden Raum umfaßt;

d) eine Einrichtung (15) für die Luftzirkulation in diesem Raum, die in einem Wärmeaustausch-Kontakt mit der Wärmeaustauschanordnung (12) steht, und

e) eine Einrichtung für ein wahlweises und alternatives -Betätigen des Kühlmittelkreislaufes (4) und Herstellen der Warmeaus tausch verb indung'.zwischen dem Raum und dem Thermo-Behälter zur Erwärmung oder Kühlung des Raumes.

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2. In sich geschlossene Luftkühlvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie die folgenden Merkmale in Kombination aufweist:

a) Einen Kühlmittelkreislauf (-4), dessen Kondensationssystem (5) in dem zu kühlenden Raum (1) angeordnet ist;

b) einen Thermo-Behälter (11) zur Aufnahme einer thermisch wirksamen Masse in der Art eines Kältemittels, daß in einer Wärmeaustauschbeziehung mit dem Kühlsystem des Kühlmittelkreislaufes steht;.

c) einen Kühlkreislauf (2) in Verbindung mit dem Thermo-Behälter (11) und einem in dem zu kühlenden Raum (1) angeordneten Wärmeaustauscher (12) für den Wärmeaustausch zwischen der Raumluft und dem Kältemittel des Kühlkreislaufes;

d) eine Einrichtung zum Anströmen des Wärmeaustauschers mit Raumluft, und

e) eine Steuereinrichtung zum wahlweisen und alternativen Betätigen von Kühlmittelkreislauf (H) und Kühlkreislauf (2) zum Heizen oder Kühlen des Raumes*.

3. Luftkühlvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Kühlmittelkreislaufes (4) unterhalb des Kühlmittel-Kompressors (9) in dem Thermo-Behälter (11) und benachbart zu den Einrichtungen für die Zirkulation des Kältemittels angeordnet ist.

4. Luftkühlvorrichtung nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermo-Behälter (11) ein flexibler Tank zur Aufnahme eines gefrorenen Kältemittels, z.B. einer Eismasse ist, und daß in ihm der Verdampfer des Kühlmittelkreislaufes angeordnet ist.

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5. Luftkühlvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,'daß der Verdampfer eine in dem Thermo-Behälter (11) angeordnete Kühlschlange (8) ist.

6. Luftkühlvorrichtung nach_einem der Ansprüche 2 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkreislauf (2) für die Zirkulation des Kältemittels eine Pumpe oder einen Kompressor aufweist-, der in dem Thermo-Behälter (11) angeordnet ist.

7. Luftkühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Anströmen des Wärmeaustauscher ein Ventilator ("15) ist.

8. Luftkühlvorrichtung nach Anspruch 7 s dadurch gekennzeichnet, daß ein einziger Ventilator zum Beströmen des Wärmeaustauschers (12) des Kühlkreislaufes (2) und des Kondensationssystemes (5) des Kühlmittelkreislaufes

(4) mit Luft angeordnet ist.

9. Luftkühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8_a dadurch gekennzeichnet, daß für die automatische Steuerung des Kühlmittelkreislaufes (·4) und des Kühlkreislaufes (2) eine Uhr vorgesehen ist.

Io. Luftkühlvorrichtung nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet, daß das Ausschalten der automatischen .Steuerung und das Einschalten des Kühlkreislaufes bzw. des Kühlmitte !kreis lauf es manuell erfolgen kann.

12. September 1972/748 d

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