DE2439442B2

DE2439442B2 - Wärmetauscher

Info

Publication number: DE2439442B2
Application number: DE2439442A
Authority: DE
Inventors: Toshitsugu Hara; Yasushige Musashino Kashiwabara; Motokazu Uchida; Michio Hachioji Yanadori
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1973-08-17
Filing date: 1974-08-16
Publication date: 1980-04-30
Also published as: DE2439442C3; NL166325C; NL166325B; DE2439442A1; NL7410833A; JPS5723194B2; US3985182A; JPS5042451A; IT1016826B; GB1483606A

Description

1 - C

A H

-7-<_T<\
A₀ L

C - Konstante,

y_f = Dichte des Dampfes der Flüssigkeit (6,52,64,

77) [kg/cm J],
r = latente Wärme [kcal/kg] der Flüssigkeit (6,

52,64,77),
A = Fläche [m²] des Heizbereiches, der die

Flüssigkeit (6,52,64,77) berührt,
A₀ = Fläche [m²] der Flüssigkeit (6, 52,64, 77), die

das nichtkondensierbare Gas (9,65) berührt, H = Tiefe der Flüssigkeit (6,52,64,77), und
L = Abstand vom Innenboden des Behälters (8) zur Oberseite der Wärmeisolierwand (2, 68, 76).

3. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beziehung zwischen der Flüssigkeit (6, 52, 64, 77) bzw. der Oberfläche (19) der Flüssigkeit und der Geometrie des dichten Behälters (8) die folgende Gleichung erfüllt:

I - C

A₀

J-L

C = Konstante,

)V = Dichte des Dampfes der Flüssigkeit (6,52,64,

77) [kg/cm^J],
r = latente Wärme [kcal/kg] der Flüssigkeit (6, 52.64.77)

A = Fläche des Heizbereiches, der die Flüssigkeit

berührt,
A₀ = Fläche [m²] der Flüssigkeit (6,52,64, 77), die

das nichtkondensierbare Gas (9,65) berührt, H = Tiefe der Flüssigkeit (6,52,64,77)
L = Abstand vom Innenboden des Behälters (8)

zur Oberseite der Wärmeisolierwand (2, 68,

76), und
t = Dicke der Wärmeisolierwand (2,68,76).

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des nichtkondensierbaren Gases (9, 65) im Behälter (8) mindestens 03 kg/cm² ist.

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solcher Wärmetauscher ist bekannt (US-PS 17 25 906). Bei dem bekannten Wärmetauscher wird wegen der Temperaturdifferenz Wärme von dem Ort höherer Temperatur zu demjenigen niedriger Temperatur übertragen. Die übertragene Wärmemenge ist dabei im wesentlichen proportional der Temperaturdifferenz.

Die zu übertragende Wärmemenge hängt also lediglich von der zwischen zwei Orten vorhandenen Temperaturdifferenz, nicht jedoch von einem absoluten Temperaturwert ab.

Ein weiterer bekannter Wärmetauscher mit vergleichbarem Wärmeübertragungsverhalten ist aus der US-PS 37 49 158 bekannt, in dessen Behälter kein Gas eingeschlossen ist. Bei einem weiteren bekannten Wärmetauscher (DE-PS 8 21 729) ist sogar der Behälter mit der Umgebung über eine öffnung verbunden und wird einem Motor mittels des Wärmetauschers ununterbrochen Wärme zugeführt, wobei der Wärmetauscher im wesentlichen das gleiche proportionale Wärmeübertragungsverhalten hat.

Eine exponentiell verlaufende Kurve des Wärmeübertragungsverhaltens erreicht ein bekanntes Wärmerohr (US-PS 25 81347), bei dem ein Inertgas im Behälter enthalten ist, d. h. ein Gas, das mit der im Wärmerohr enthaltenen Flüssigkeit chemisch nicht reagiert.

Zwar erlauben die bekannten Wärmetauscher die Übertragung großer Wärmemengen von einem Ort zum anderen auch bei geringer Temperaturdifferenz. Jedoch ist keine Schalt- bzw. Ventilfunktion erreichbar, d. h. eine Wirkungsweise, bei der Wärme im wesentlichen nur dann übertragen wird, wenn eine vorgegebene Temperatur überschritten ist, wogegen sie im wesentlichen nicht übertragen wird, wenn die vorgegebene Temperatur unterschritten ist, und zwar unabhängig von der Größe der Temperaturdifferenz. Bisher mußte, um eine solche Wirkung zu erreichen, im Dampf- oder Fluidstrom ein Ventil vorgesehen werden, das abhängig vom Erreichen der vorgegebenen Temperatur steuerbar ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine Wärmeventilwirkung erreichbar ist, wobei die Übertragung großer Wärmemengen möglich sein soll.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung wird durch die Merkmale der Unteransprüche weitergebildet. Bei dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher ist ein WärmeiibertragunKSver-

halten erreichbar, das einer aus der Elektrotechnik bekannten Diodenkennlinie im wesentlichen entspricht. Bei dem erfindungsgemäßen Wärmetauscher wird die Dampfmenge, die erzeugt wird, wenn die Flüssigkeit nicht siedet, herabgesetzt, wodurch Blasen beim Sieden der Flüssigkeit so plötzlich auftreten, daß sie die Flüssigkeit vom Hochtemperaturbereich in den Niedertemperaturbereich heben bzw. befördern. Dabei genügt es, wenn lediglich ein nichtkondensierbares Gas verwendet wird. Dadurch wird die Wärmeschaltwirkung erreicht. Das heißt, daß eine große Wärmemenge über der vorgegebenen Temperatur durch Auslösen von Dampfblasen, die sich durch das Sieden der Flüssigkeit ergeben, übertragbar sind, während unter der vorgegebenen Temperatur praktisch keine Wärme übertragen wird. Der erfindungsgemäße Wärmetauscher ist geeignet zur Verwendung bei Geräten oder Maschinen, die eine Wärmeventilfunktion benötigen, wie insbesondere bei einem Refrigerator, wie z. B. einem Kühlschrank, der mindestens zwei bezüglich eines Luftstroms voneinander vollständig getrennte Kammern hat, wobei die Temperatur in jeder Kammer ohne einen solchen Luftstrom durch Verwendung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers frei eingestellt werden kann.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch einen Querschnitt des Grundaufbaus eines Wärmetauschers,

F i g. 2 schematisch einen Querschnitt durch den Wärmetaurcher,

F i g. 3 ein Diagramm der Betriebsmerkmale des Wärmetauschers,

F i g. 4 bis 8 Querschnitte weiterer Ausführungsformen eines Wärmetauschers,

F i g. 9 ein Diagramm der Betriebsmerkmale eines Wärmetauschers und

Fig. 10 bis 17 Querschnitte von Anwendungen des Wärmetauschers.

(F i g. 1) Ein Behälter 8, enthält eine Flüssigkeit 6 mit niedrigem Verdampfungs- oder Siedepunkt und ein nichtkondensierbares Gas 9. Eine Wärmeisolier- oder -dämmwand 2 teilt den Behälter 8 in einen Heizbereich

3 und einen Kühlbereich 4. Die Flüssigkeit 6 mit niedrigem Siedepunkt und das nichtkondensierbare Gas 9 sind in dem Behälter 8 unter Druck gespeichert, der von der Betriebstemperatur und dem Sattdampfdruck der Flüssigkeit 6 abhängt. Solche Wärmetauscher sind bekannt. Nach Fig. 1 ist ein Teil des Behälters 8 mit kleinem Durchmesser ausgeführt, um die Flüssigkeitsoberfläche 19 herabzusetzen, die das nichtkondensieri*are Gas 9 berührt, wodurch die Dampfmenge während des Nichtsiede-Zeitabschnitts herabgesetzt wird (wobei die Oberfläche 19 als freie Oberfläche der Flüssigkeit zu bezeichnen ist) und gleichzeitig leicht eine solche Wirkung der Dampfblasen erreicht wird, daß die Flüssigkeit nach oben gehoben wird. Zusätzlich ist die die Flüssigkeit 6 berührende Wärmeübertragungsfläche des Behälters 8, das ist die Wärmetauscherfläche 20, so ausgelegt, daß sie auf eine maximale Erstreckung vergrößert ist, um dadurch die übertragene Wärmemenge zum Siedezeitpunkt zu erhöhen. Darüber hinaus ist die gespeicherte Menge der Flüssigkeit 6 so bestimmt, daß die Flüssigkeitsoberfläche 19 nicht in den Kühlbereich 4 reicht, sondern niedriger als der Kühlbereich 4 ist, wenn keine Verdampfung stattfindet, wogegen die Flüssigkeitsoberfläche 19 den Kühlbereich

4 zum Siedezeitnunkt erreicht.

Selbst wenn die Temperatur der Flüssigkeit 6 durch eine Wärmequelle erhöht wird, kann die Flüssigkeit 6 nicht sieden, bis der Dampfdruck höher als der Speicherdruck des Gases wird, und die Flüssigkeit 6 vei dampft solange nicht von der Flüssigkeitsoberfläche 19, da sie mit dem nichtkondensierbaren Gas 9 bedeckt und der Dampfdruck geringer ist im Vergleich zum Speicherdruck. Andererseits wird, da die Verdampfungsmenge der Flüssigkeit 6 wegen des kleinen

ίο Fläcjeninhalts der freien Oberfläche 19 gering ist und da die Schicht des nichtkondensierbaren Gases 9 hochkonzentriert die Flüssigkeitsoberfläche 19 überdeckt, der Dampf im wesentlichen nicht den Kühlbereich 4 erreichen. Daraus folgt, daß selbst dann, wenn die Flüssigkeit 6 erwärmt wird, keine Wärme mit dem Dampf weggetragen wird, so daß die Wärme nur durch die Wände des Behälters 8 infolge Wärmeleitung übertragen wird. In einem solchen Fall sollte die Wand des Behälters 8 aus einem Werkstoff geringer Wärmeleitfähigkeit und mit geringer Dicke ausgeführt sein, wodurch die übertragene Wärmemenge auf einen geringen Anteil begrenzt wird.

Im Gegensatz dazu wird, wenn die Temperatur der Flüssigkeit 6 einen bestimmten Wert überschreitet und dann der Sättigungsdruck höher ist als der Speicherdruck, die Flüssigkeit 6 zu sieden beginnen (Fig 2), wobei viele Dampfblasen 10 in der Flüssigkeit 6 erzeugt werden. Die Blasen 10 steigen zur Flüssigkeitsoberfläche 19 infolge ihres Auttriebs auf, während das

jo scheinbare Volumen der Flüssigkeit 6 zunimmt. Aus diesem Grund steigt die freie Oberfläche 19 der Flüssigkeit 6 nach oben und erreicht möglicherweise den Kühlbereich 4. In diesem Augenblick werden, da die Flüssigkeit 6 nahe dem Kühlbereich 4 unter die

r, Sättigungstemperatur abgekühlt wird, die nahe dem Kühlbereich 4 vorhandenen schwebenden Blasen 10 innerhalb der Flüssigkeit 6 kondensiert. Der Dampf wird sogleich kondensiert und überträgt die Wärme, ohne dem Einfluß des Wärmewiderstandes des nichtkondensierbaren Dampfs 9 zu unterliegen. Darüber hinaus tritt dieser Effekt nur im Zeitpunkt der Verdampfung (des Siedens) auf und kann bei Nichtverdampfung nicht auftreten.

Der Wärmewiderstand von der Heizfläche zur 3 Kühlfläche kann an der Grenze einer kritischen Temperatur plötzlich gewechselt werden. Je geringer der Durchmesser des Behälters 8 wird, um so geringer wird das Gleiten, das zwischen den Blasen 10 und der Flüssigkeit 6 auftritt, und um so wirksamer wird die Anstiegswirkung der Flüssigkeitsoberfläche 19. Andererseits wird, je größer der Flächeninhalt der Wärmetauscherfläche 20 wird, die Erzeugung von Blasen 10 um so kräftiger, wodurch die Oberfläche stärker angehoben wird mit dem damit verbundenen Anstieg der übertragenen Wärmemenge.

Durch Anwenden der Flüssigkeitsoberflächen-Anhebwirkung infolge der Blasen 10 (sog. Blasenpumpwirkung) und dem Verdampfungs- oder Siedseffekt der Flüssigkeit 6 wird keine Wärme übertragen bei

bo Temperaturen unter dem Siedepunkt, wogegen nach dem Sieden der Flüssigkeit 6 eine große Wärmemenge schnell übertragen wird. Wenn die durch Sieden erzeugten Blasen 10 nach oben steigen und dann in der Flüssigkeit 6 nahe dem Kühlbereich 4 kondensieren,

_b5 wird die Dampfwärme durch das Medium der Flüssigkeit zur Kühlfläche übertragen. Die Wärmeübertragung ist sehr bedeutend. Wenn z. B. Fluorkohlenstoff fKohlenwasserstoff-Fluoridi kondensiert wird, ist die

Wärmeübertragung durch Kondensation etwa 400 kcal/ cm² · h · "C in einem Fall, bei dem 10 Gew.-% Luft mit dem Dampf vermischt wird, während die Wärmeübertragung etwa 1500 kcal/cm² · h · ⁰C in einem Fall ist, in dem der Dampf in der Flüssigkeit kondensiert ist. Die Blasen kondensieren und werden flüssig, nachdem die Wärme von ihnen entfernt ist, und sinken dann durch Schwerkraft nach unten.

Fig.3 zeigt eine Kurve, die die Beziehung zwischen der Temperatur und der übertragenen Wärmemenge darstellt, mit der Temperatur an der Abszisse und der übertragenen Wärmemenge an der Ordinate, wobei die Kurve auf einem Experiment mit einem Behälter 8 mit Innendurchmesser 1 cm und Länge 30 cm beruht, mit Fluorkohlenstoff (Fluorcarbon) als Flüssigkeit 6 und Luft als nichtkondensierbares Gas 9. Dies zeigt deutlich die Wärmeventilwirkung des Wärmetauschers.

Der verwendete Werkstoff für den Behälter 8 ist unerheblich. Im Fall eines aus Stahl hergestellten Behälters 8 ist er befriedigend, wenn seine Dicke ausreichend gering ist. Ebenso kann der Behälter 8 aus Keramikglas oder Kunststoff od. dgl. hergestellt sein. Es kann jeder Behälter 8 verwendet werden, insoweit er dem Speicherdruck und der Temperatur im Betriebstemperaturbereich widerstehen kann. Es gibt jedoch bevorzugte Ausführungsformen des Behälters 8 unter dem Gesichtspunkt der Wärmetauschwirkung, und deshalb werden diese Ausführungsformen des Behälters 8 im folgenden beschrieben.

Im allgemeinen gilt für das Kräftegleichgewicht in der Flüssigkeit

L· —

1 -

mit 0 < λ < 1

(D

H = Ausgangstiefe der Flüssigkeit,

L' = Tiefe der Flüssigkeit, wenn Blasen erzeugt

werden, und
a = Blasen-Volumen (der sog. Porositäts- oder Hohlraumfaktor.

Andererseits ergibt sich der Hohlraumfaktor λ zu

(2)

,4ο =

während der Einheitszeit erzeugtes Blasenvolumen [mVhj,

Auftriebsgeschwindigkeit der Blasen [m/h], und Flächeninhalt des die Flüssigkeit berührenden nichtkondensierbaren Gases [m²] (bei einem Beispiel, in dem der Behälter 8 gemäß F i g. 1 und 2 senkrecht zur Horizontalebene angeordnet ist, entspricht dieser Wert der Querschnittsfläche des Behälters 8.

Ferner wird

= hATA

(3)

(4)

r = latente Wärme der Flüssigkeit [kcal/kg],

y_g = die Wichte des Dampfes der Flüssigkeit [kg/m³].

Q = Wärmeübertragungsmenge [kcal/h],

h — Siedewärmeübertragungsmenge
[kcal/m² ■ h · ⁰C],

AT - Temperaturdifferenz[⁰C],

*> A = Flächeninhalt des Heizbereichs, der die Flüssigkeit 6 berührt (Wärmeübertragungsfläche) [m²].

Wenn die Gleichungen (2), (3) und (4) in die Gleichung (1) eingesetzt werden, ergibt sich die Gleichung, die die in Oberflächenerhöhung der Flüssigkeit ausdrückt zu

U=

1 -

b A T

Da r, y_f. Up im wesentlichen konstant sind, und unter der Voraussetzung, daß h und Δ Τ konstant sind, nimmt L'zu, wenn AZA₀ ansteigt und überschreitet möglicherweise den Wert von L, der die Höhe bis zur Isolierwand 2 darstellt. Mit anderen Worten wird je kleiner die Wärmetauschfläche A wird, Z.'um so größer, wodurch die übertragene Wärmemenge zunimmt und die Wärmetauschwirkung steigt. In diesem Zusammenhang ist eine Beziehung L< L' zum Durchführen der Wärmeübertragung zum Siedezeitpunkt notwendig, während eine Beziehung H < L notwendig ist, um keine Wärmeübertragung zum Zeitpunkt des Nichtsiedens zu erreichen. Auf diese Weise ist folgende Gleichung aus der Gleichung (5) und den genannten Bedingungen ableitbar:

1	mit	C ' ·	^A < ^H < L	(6)
1	C = L =		A₀-L
		zur Oberseite der
h · AT/Ug,una Abstand vom Isolierwand 2.	Behälterboden

Um das Wärmeleck zu verringern, ist es notwendig, die Höhe des Flüssigkeitsspiegels H kleiner als L zu machen, wie das aus F i g. 1 ersehen werden kann.

Darüber hinaus ist es erwünscht, die Werte L und H so zu bestimmen, daß gilt

mit

= Dicke der thermischen adiabatischen Wand 2.

Die F i g. 4 zeigt eine Ausführungsform, bei der der Behälter 8 aus einem Rohr besteht, das geringen Durchmesser über seine Länge hat, mit einem Vorratsbehälter 5 nichtkondensierbaren Gases, der an seinem oberen Ende befestigt ist Dadurch, daß ein Vorratsbehälter 5 mit einem großen Aufnahmevermögen vorgesehen ist, kann der gleiche Druck wie zur Speicherzeit aufrechterhalten werden, selbst wenn die Oberfläche 19 der Flüssigkeit 6 ansteigt Das gibt eine scharf nach oben knickende Kurve (F i g. 3).

Fig.5 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der ein Fallrohr 12 zusammen mit einem Steigrohr 21 vorgesehen ist, wobei der nach oben strömende Dampf und die Flüssigkeit in einen Zweiphasenstrom und einen Flüssigkeitsstrom geteilt werden kann, so daß sich keine gegenseitige Beeinflussung ergibt womit die Flüssigkeit 6 leicht zurückfließt Als Folge wird eine Blasenpump-

wirkung erzielt, mit einer Wärmeiibertragungsmenge, die doppelt so hoch ist wie bei einem einfachen Rohr. Zusätzlich ist besonders zufriedenstellende Flüssigkeitsumwälzung und die erhöhte Wärmeiibertragungsmenge erreicht bei einer Querschnittsfläche des Steigrohrs 12, die nicht größer als 36 mm- ist.

Die Fig.6 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der der Heizbereich 3 und der Kühlbercich 4 im oberen bzw. unteren Abschnitt angeordnet sind. Es ist jedoch vorzuziehen, daß jeder Abschnitt des Behälters etwas gegen die Horizontale geneigt ist.

In diesem Fall ist der Wert von L die Flüssigkeitshöhe kurz bevor die in dem Steigrohr 21 wegen der in der Flüssigkeit auftretenden Blasen nach oben strömende Flüssigkeit vorn oberen Ende des Rohrs 21 durch d^p. Kühlbereich 4 zum Rohr 12 weiter nach unten fließt. Es kann eine Verbesserung der Wärmeübertragung erwartet werden durch geeignetes Auswählen der Winkel des Heizbereichs 3 und des Kühlbereichs 4 gegen die Horizontale, wobei die Bereiche 3 und 4 im oberen bzw. unteren Abschnitt angeordnet sind, oder durch Ändern des Umwälzwiderstandes des Wärmemediums, das durch den Behälter umgewälzt wird, z. B. durch Erhöhen des Rohrdurchmessers im Heizbereich 3, während der Durchmesser des Rohrs 21 gegenüber dem Durchmesser des Rohrs im Heizbereich 3 verringert ist und die Länge des Rohrs noch geringer gemacht wird als die des Rohres 12, und diese Merkmale kombiniert sind, wodurch die Wärmeübertragung verbessert wird.

F i g. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der ein Steigrohr und ein Fallrohr im selben Behälter 8 angeordnet sind, wobei ein Zustand gezeigt ist, bei dem die Temperatur der Flüssigkeit 6 höher ist als die Sättigungstemperatur, um dadurch Blasen 10 zu erzeugen.

Jegliche Flüssigkeitsart kann als Flüssigkeit 6 verwendet werden, soweit sie einen niedrigen Siedepunkt hat. Als Flüssigkeit 6 können zusätzlich zu dem beschriebenen Fluorkohlenstoff verwendet werden: Alkohol, Wasser, Quecksilber, Alkalimetalle wie Kalium od. dgl.. Silikonöl, Flüssigstickstoff, Flüssigsauerstoff und Flüssigerdgas usw. Andererseits werden als nichtkondensierbares Gas 9 vorzugsweise solche verwendet, die chemisch stabil gegenüber der Flüssigkeit 6 sind. Deshalb können neben der obengenannten Luft noch Stickstoff, Argongas, Kohlendioxidgas od. dgl. verwendet werden.

F i g. 8 zeigt noch eine weitere Ausführungsform, bei der ein Teil 13 des Behälters 8 aus einem flexiblen Werkstoff hergestellt ist, wie z. B. einem Metailbalg, der den Speicherdruck des nichtkondensierbaren Gases 9 durch Ändern des Innenvolumens des Behälters 8 mittels eines Druckstempels 14 verändert. Fig. 9 zeigt die Beziehung zwischen der Temperatur und der übertragenen Wärmemenge, bei der die nach oben knickende Temperaturkurve verändert werden kann.

Unterdessen kann, wenn der Speicherdruck des nichtkondensierbaren Gases gering ist, die Sättigungstemperatur nicht genau eingestellt werden. Die Verwendung -von Fluorkohlenstoff und Luft lassen eine Genauigkeit von ± 1°C bei einem Druck von 0,3 kg/cm² einhalten.

Ein Temperaturfühler komplizierter Bauart ist nicht erforderlich, sondern es ist ein Wärmeübertrager einfachen Aulbaues ohne Ventil gebildet, der jedoch eine Ventilwirkung bietet, da er abhängig von der Temperatur betreibbar ist, die sich selbst eingestellt hat durch Prüfen des Wärmestroms.

Es kann mil dem beschriebenen Wärmetauscher ein Refrigerator, insbesondere ein Kühlschrank ausgestattet sein, der mindestens zwei Kammern verschiedener Temperaturen durch Verwenden einer einzigen Kühl^r) einrichtung kühlen kann, ohne eine Luftverbindung oder eine Luftströmung zu benötigen.

Fig. 10 ist eine Darstellung, die das Prinzip eines den beschriebenen Wärmetauscher verwendenden Kühlschranks wiedergibt. Der Wärmetauscher 51 ragt durch

ίο eine Trennwand, die vom Gefrierfach 31 und einem Kühlraum oder -fach 32 begrenzt ist, wobei der untere Abschnitt des Wärmetauschers 51 im Kühlfach 32 und der obere Abschnitt im Gefrierfach 31 angeordnet sind. Es gibt keine Begrenzung der Größe und der

!5 Einsteü-Lagedes Wärmetauschers51. Fig. !Ozeigtden Fall,daßderÜbertauscher51 im Kühlfach 32 langer und im Gefrierfach 31 kürzer ist. Es gibt keine Luftverbindung zwischen dem Kühlfach 32 und dem Gefrierfach 31.

Bei einer derartigen Anordnung wird das Gefrierfach 31 mit kalter Luft 35 aus dem Kühlgerät-Raum oder Kühler-Abteil 33 gekühlt, während das Kühlfach 32 mittels des Wärmetauschers 51 gekühlt wird. Nun sei angenommen, daß die Temperatur im Kühlfach 32 höher als der festgelegte Wert ist. Dieser festgelegte Wert ist abhängig von den für das Kühlfach 32 benötigten Funktionen und liegt meistens zwischen 2 und 5°C. Dann, wenn die Temperatur diesen vorgeschriebenen Wert überschreitet, beginnt die in dem

jo Wärmetauscher 51 gespeicherte Flüssigkeit 52 zu sieden, und auf diese Weise heben die Dampfblasen die Flüssigkeitsoberfläche in dem Wärmetauscher 51 an, so daß die Flüssigkeitsoberfläche den oberen Bereich 53 des Wärmetauschers 51 erreicht. Demzufolge können

r. die Dampfblasen leicht den oberen Bereich durch die Flüssigkeit 52 erreichen, ohne dem Einfluß des nichtkondensierbaren Gases, das im Raum 53 gespeichert ist, zu unterliegen. Auf diese Weise wird das Kühlfach 32 gekühlt. Wenn die Temperatur im Kühlfach

4(1 32 unter dem vorgeschriebenen Wert liegt, wird der obere Abschnitt des Wärmeübertragers so vom unteren Abschnitt thermisch getrennt, daß das Gefrierfach 31 im wesentlichen vollständig vom Kühlfach 32 wärmeisoliert ist, weshalb das Kühlfach 32 auf diese Weise unter

4-, den vorgeschriebenen Wert abgekühlt wird.

Bei einem derartigen Kühlschrank wird, da es keine Luftverbindung zwischen dem Gefrierfach und dem Kühlfach gibt und der Wärmetauscher selbst mit Funktionen wie der eines Temperaturfühlers und der

so einer Steuereinrichtung zum Steuern des Wärmestroms versehen ist, weder ein besonderer Wärmefühler noch eine besondere Steuer- oder Regelschaltung benötigt. Das vermindert die Ablagerung von Eis und ergibt einen billigen Kühlschrank mit guter Steuer- oder RegelbarkeiL

Bei der Ausbildung des Wärmetauschers sind zahlreiche weitere Ausbildungsformen und Anwendungsfälle möglich. Beispielsweise kann der Wärmetauscher als flache Platte ausgebildet sein und können

bo mehrere parallel angeordnete Rohre verwendet werden.

Gemäß Fig. 11 sind ein Wärmetauscher 61 für das Gefrierfach 31 und ein Wärmetauscher 62 für das Kühlfach 32 getrennt voneinander innerhalb des

b5 Kühler-Abteils 33 vorgesehen, das das Kühlgerät 34 enthält. Der Wärmetauscher 62 durchsetzt dabei das Gefrierfach 31, wobei sich die Oberfläche dessen Flüssigkeit im Kühlfach 32 befindet.

Bei dem Kühlschrank gemäß Fig. 12 ist der Wärmetauscher 63 ringförmig ausgebildet, wobei in dessen oberem Abschnitt das nichtkondensierbare Gas 65 und in dessen unterem Abschnitt die Flüssigkeit 64 gespeichert sind. Die Trennung der Durchtrittswege für aufsteigende und abweichende Strömung beseitigt gegenseitige Unterbrechungen und verringert den Strömungswiderstand.

Bei dem in F i g. 13 dargestellten Ausführungsbeispiel berührt der obere Abschnitt 65 des ringförmigen Wärmetauschers 63 das Kühlgerät 34 direkt, wodurch der Wärmewiderstand verringert wird. Weiter ist das einen Teil des Wärmetauschers 63 bildende Fallrohr 67 wärmeisoliert, wodurch die Umwälzwirkung durch die Pumpwirkung der Blasen stark erhöht wird.

Fig. 14 zeigt im Teilschnitt eine Trennwand 68 zwischen dem Gefrierfach 31 und dem Kühlfach 32, wobei ein ringförmiger Wärmeübertrager 63 vorgesehen ist und wobei Kühlseite und Heizseite sich horizontal gegenüberliegen. Dadurch wird ein vergleichsweise sanfter Flüssigkeitsstrom hervorgerufen.

Fig. 15 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit drei Fächern 31, 32, 69, wobei Wärmetauscher 70, 71, 72 unterschiedlicher Betriebstemperaturen verwendet sind, um die drei Fächer 31, 32, 69 auf unterschiedliche

Temperaturen zu halten. In ähnlicher Weise können zumindest zwei der Fächer auf gleicher Temperatur gehalten werden, wobei unterschiedliche Feuchtigkeitswerte erreichbar sind. In einem solchen Fall ist der Durchmesser eines Teils des Wärmetauschers verringert, um das Ansteigen der Flüssigkeitsoberfliiche zu erleichtern.

Fig. 16 zeigt eine Zellen- oder Kastenausbildung des Wärmetauschers 73 in einer Trennwand 76 zwischen dem Gefrierfach 31 und dem Kühlfach 32. An der Innenseite sind Vorsprünge 74 und 75 in der Or>er- bzw. Unterseite vorgesehen, um das Ansteigen de- Flüssigkeitsoberfläche in der erläuterten Weise dadurch zu erleichtern, daß die Flüssigkeit beim Sieden mit den oberen Vorsprüngen 75 in Berührung kommt.

Nach Fig. 17 ist der Wärmetauscher auch auf ein Raumkühlgerät anwendbar. Zwei von einander unabhängige Räume 80, 81 können unabhängig voneinander mittels eines Kühlers 82 gekühlt werden. Während der Raum 80 direkt vom Kühler 82 gekühlt wird, wird der Raum 81 mittels des Wärmetauschers 83 auf die geeignete Temperatur gebracht, wobei der Wärmetauscher am Kühler 82 angebracht ist. Zum Umwälzen der Luft kann ein Gebläse 84 vorgesehen sein.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wärmetauscher, mit einer Wand zum Trennen eines Hochtemperaturbereichs von einem Niedertemperaturbereich, mit einem durch die Wand ragenden Behälter, dessen eine Seite im Hochtemperaturbereich und dessen andere Seite im Niedertemperaturbereich angeordnet ist, und mit einer Wärmetausch-Flüssigkeit im Behälter, um durch deren Sieden Wärme vom Hochtemperaturbereich zum Niedertemperaturbereich zu übertragen, d adurch gekennzeichnet,

daß die Wand eine Wärmeisolierwand (2,68,76) ist, daß ein nichtkondensierbares Gas über der Wärmetauschflüssigkeit (6, 62, 64, 77) im Behälter (8) vorgesehen ist,

daß die das nichtkondensierbare Gas (9, 65) berührende freie Oberfläche (19) der Flüssigkeit (6, 52,64,77) kleiner als der übrige die Flüssigkeit (6,52, 64) enthaltende Flächenbereich des Behälters (8) ist, daß ein Teil des Behälters (8) mit dem kleineren Flächenbereich zwischen der freien Oberfläche (19) der Flüssigkeit (6,52,64, 77) und der Wärmeisolierwand (2, 68, 76) liegt und daß die freie Oberfläche der Flüssigkeit (6, 52, 64, 77) nicht in den Niedertemperaturbereich ragt.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beziehung zwischen der Oberfläche (19) der Flüssigkeit (6,52,64,77) und der Geometrie des Behälters (8) die folgende Gleichung erfüllt: