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Flüssigkeitskühler mit Kompressionskältemaschine und Flüssigkeitsvorratsbehälter
Die Erfindung bezieht sich auf Flüssigkeitskühler mit Kompressionskältemaschinen
und lre,trifft insbesondere solche Kühler, die einen Flü ssigkeitsvorratsbehälter
besitzen, von dem aus die zu kühlende Flüssigkeit zu einer Kältekammer geleitet
wird, aus der die Entnahme des Bedarfes erfolgt.
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Bei Kompressionskältemaschinen muß stets ein Kondensator zur Kühlung
des komprimierten Kältemittels vorhanden sein. Zur Abfuhr der Wärme von dem Kondensator
hat man teils Luftkühlung, teils Wasserkühlung angewendet. Die Luftkühlung verlangt
einte große Kühloberfläche des Kondensators. Dieser ist teuer und sperrig. Außerdem
verlangt er die Füllung der Maschine mit einer großen Menge des teuren Kältemittels,
wodurch die Anschaffungskos:ten der Maschine erhöht werden. Die Wasserkühlung hat
in der gebräuchlichen Ausführung den Nachteil, daß sie den Anschluß an eigne Kühlwasserleitung
und -ableitung erforderlich macht. Es ist außerdem vorgeschlagen worden, eine Kühlung
in der Weise auszuführen, daß man das im Kondensator erwärmte Kühlwasser im ständigen
Kreislauf von einem Kühlwasserbehälter durch die Kühlschlange und von der Kühlschlange
wieder zurück zum Kühlwasserbehälter führt. 'Fenn die Vorrichtung jedoch wirksam
arbeiten soll, muß der Kühlwasserbehälter offenbar eine verhältnismäßig große ausstrahlende
Oberfläche erhalten, um bei dem verhältnismäßig geringen Temperaturgefälle zwischen
Flüssigkeit und Außenluft die in der Kühlschlange zugeführte Wärme abgeben zu können.
Demnach hat sich der Gedanke, einen besonderen Kühlwasserkreislauf vom Kühlbehälter
durch eine Kühlschlange und zurück zum Kühlbehälter vorzusehen, bei tragbaren Kähemaschi,nen
praktisch nicht durchführenlassen.
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Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß ein ortsbeweglicher
Flüssigkeitskühler dieser Art ohne zusätzlichen Wasserbehälter ausgeführt werden
kann, indem man die große Oberfläche des Vorratsbehälters für die zu kühlende Flüssigkeit
gleichzeitig zur Kondensatorkühlung benutzt, mit anderen Worten, an Stelle eines
besonderen Kühlwasserum.laufs mit Wasserbehälter, Kühlschlange und Rückführungsrohr
eine Abzweigleitung aus dem Nutzflüssvgkeitsvorrat verwendet.
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Die neue Anordnung scheint, rein theoretisch betrachtet, keinen technischen
Fortschritt zu -ergeben. Aber von der Erkenntnis ausgehend, daß die Entnahme gekühlter
Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter immer
nur p,ar ,od.iscli erfolgt
und daß somilt die erwärmt in den Verratsbehälter zurückkehrende Wassermenge verhältnismäßig
lange Zeit hat, um ihre Wärme abzugeben, hat sich der Gedanke, den Nutzflüssigkeitsvorratsbehält.er
gleichzeitig als Wasserbehälter für den an sich bekannten- Kühiwasserumlauf zu verwenden,
als praktisch sehr wertvoll erwiesen, weil es auf diese Weise gelingt, eine leicht
beförderbare und nicht sperrige Maschine zu schaffen, bei der die Kältemittelmenge
nicht größer ist als b:ei einer normalen, durch stets frisch zugeführtes Kühlwasser
gekühlten Maschine. Auch der Raumbedarf und das Gewicht an derartigen Maschinen
sind nicht größer als Raumbedarf und Gewicht einer in dieserWeiae ausgebi.ld@etenbekannten
Isältemaschine. Andererseits benötigt die Maschine keines Anschlusses an die Kaltivasserlsitung.
Sie vereinigt somit die Vorteile der verschlede:nen bekannten Systeme, ohne jedoch
ihre Nachteile zu zeigen.
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Die Erfindung ist durch die Zeichnung beispielsweise dargestellt,
und zwar ist Abb.1 ein senkrechter Längsschnitt, teilweis;. in Ansicht, durch ein
Ausführunigsbeispiel des neuen Kühlers, Abb.2 eine Einzeldarstellung des Flüssigkeitsauslasses
mit Verdampfer nach Abb.1 im Längsschnitt.
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Bei der Ausführung nach. Abb. 1 besteht der Kühler aus einem Tragwerk
1o, auf den ein zvlindr?sches Gehäuse 11 aufgebracht ist. In dem unteren Teil des
Gehäuses befindet sich eine Kondenskammer 12 mit einem Kompr essor 13 samt seinem
Antriebsmotor 14. Der Kompressor 13 hat einen Auslaß 15 für den Austritt des Kältemitteldampfes.
Oberhalb dieser Austrittsöffnung liegt eine Stoßwand 16 zum Zurückhalten etwaiger
Flüssigkeit, die der vom Kompressor kommende Dampf miroge-.-issen haben könnte.
Die so aus dem Kältemitteldarnpf zurückgehaltene Flüssigkeit schlägt sich in einem
Behälter 17 nieder, der durch eine vom Motorgehäuse emporragendle und den Kompressor
völlig umschließende Wand i 8 gebildet wird. Die Flüssigkeit, die Stich im Behälteir
17 ansammelt, wird durch eine Leitung 1g ZUM Kompressor geführt, um ihn zu schmieren
und dicht zu halten. In dem Kondensraum 12 liegt eine Kühlwasserschlange 21, die
Kompressor und Motor umschließt und einen Einlaßaiischluß 22 und einen Au.slaßanschluß
23 aufweist. Die im Kondensraum kondensierte Flüssgl>eit wird durch ein Rohr 24
zu einem Schwimmerraum 25 (bgeführt, in dem sich ein Schwimmerventil--6 befindet,
das den Abfluß kondensierter Flüssigkeit vom Kondensraume regelt. Die Flüssigkeit,
die das Schwimmerventil 26 durchströmt, wird durch ein Rohr 27 zum Verdampfen 28
,gebracht. Der Verdampfer a8 :i@gt in einer Kühlkammer 29, die eine Menge der zu
kühlenden Flüssigkeit enthält.
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Der im Verdampfer erzeugte Dampf wird zum Kornpressorgetriebe durch
ein Rohr 31 zurückgeführt. Gemäß Abb.2 ist das Rohr 31 so daß sein oberster Teil
32 oberhalb des Flüssigkeitsspiegels im Verdampfer liegt, der bei, 33 angedeutet
ist. Den Teil 32 des Rohres 31 umschließt ein um-ekehrtes Rohrstück 34, das bis
unter den Flüssigkeitsspiegel ragt und im unteren Teil eine Anzahl ringsum liegender
öffn ngen 35 und oben eine Entlüftungsöffnung 36 trägt. Das umgekehrte Rohr 34 umschließt
ein Becher 37, der über den FlüssiglLeitsspi.e` ei emporragt, jedoch unterhalb des
Flüssigkei:sspie:gel@s eine feine Öffnung 38 besitzt, die es bestattet, daß eine
bestimmte Flüssigkeitsmenge im Kältemitteldampf mitgerissen wird, der abwärts zwischen
der Außenwanduing des umbekehrten Rohres 34 und der Inrer.:wandung des Bechers 37
strömt. Rohr 34 und Becher 37 können auf der Leitung 3 z @itle1i. Wie in Abb. i
dargestellt ist, führt die Leitung 31 zum Einlaßkanal 41 in der Kondenskammer, und
dieser Kanal wieder ist in Verbindung mit einer Bohrung der Hohlwelle 42 des Motors
14. Die Hohlwelle 42 ist durch eine Öffnung 43 zeit einer Saugöffnung .l des Kampressors
in Verbindung.
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Die zu kühlende Flüssigkeit kann dem Kühlraum 29 auf verschiedene
Weise zugeführt werden. In der Zeichnung -ist eine Flaschle 51 dargestellt, die
umgekehrt auf einen Aufnelune.rraum 52 gesetzt wird, wie . es bei Wasserkühlern
üblich ist, die Eis als Kühlmittel verwenden. Die Flasche 51 liegt so, daß
evn erheblicher Teil ihrer Oberfläche der Temperatur der umgebenden Atmosphäre ausgesetzt
ist. Vorzugsweise wird die Flas_he in den Raum 52 so eingesetzt, daß der bei 5 angedeutete
Wasserspiegel darin erhalt-ii bleibt. Eine Luftöffnung 54 im Behälter läP)t den
Atmosphärendruck auf die im Aufnahmebehälter befindliche Flüssigkeit einwirken.
Zwischen Raum 52 und Kühlkammer 29 befindet sich eine Isolierwand 54, um einen Wärmeaustausch
zwischen beiden zu verhüten. In der Wandung 54 befindet sich ein Kanal 55, der die
Ableitung der Flüssigkeit gestattet, so da:ß die Kühlkammer immer vollständig mit
Flüssigkeit gefüllt ist. Aus der Kühlkaminen wird das Wasser als Getränk oder für
andere Verwendung durch einen geeigneten Hahn oder ein Ventil 56 abgelassen. Ein
Teil des Wassers in der Kühlkammer wird durch ,eine Leitung 57 zum Einlaß 22 der
Kühlschlange gebracle. Das von der Kühlschlange kommende Wasser wird durch eine
Leitung 58 zu .einer Schlange 59 geführt,
die clun Zylinder t i
umgibt. Diese Schlange besitzt ein Auslaßrohr 6o, das nach oben ir de Flasche 51
führt, um die Flüssigkeit ztirückzuleiten, die beim Kondensvorgang verwendet ist.
Eine Wärmeisolierung 61 zwis--he;i der Kühlkammer 29 und dem Zylinder i i %-erhiticlert
eine Wärmeleitung nach innen auf cl:e Kühlkammer. Ein Mantel 62 umgibt die
Schlange 59. Er ist so angeordnet, daß Luft frei diese eine Ausstrah.lvorrichtung
bildende Schlange 59 umspülen kann.
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D,*-e beschriebene Vorrichtung wirkt wie ft: Der Kondensraum 12 und
der Verdampfer 28 werden bis zu einer bei 2o und 33 angedeuteten Ebene mit entsprechendem
Arbeitsmittel gefüllt. Dieses Mittel besteht vorzugsweisc aus einem Kältemittel
und einem Schm_'#ermittel, die sich leicht miteinander mischen und ein homogeti!es
Gemisch oder eine physikalische Lösung geben. Nach Einsetzen der Flasche 51 in den
Aufneh ierraum 52 fließt das Wasser nach unten und füllt die Kühlkammer 29, den
Kanal 55 und die Kammer 52 etwa bs zur Höhe 53. Auf den Wasserspiegel 53 wirkt atmosphärischer
Druck zwecks Ausgleichs des Wasserdruckes in der Flasche 51, wie dies allgemein
üblich ist.
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Nach Angehen des Motors 1:1 saugen d:e ersten Umläufe des Kompressors
i3 durch Leitung 31, Kanal .11, Bohrung der Hohlwelle .12 und Öffnungen .13 und
.f.f eine gewisse Menge Flüssigkeit an, um gleich zu Beginr. (las Kompressonverk
abzudichten. Der Kompressor saugt so lange Flüssigkeit an, bis der Flüssigkeitsspiegel
im Becher 37 nach Abb. Z genügend gesenkt worden ist, um die üffnungen 35 freizugeben.
Dann veranlaßt der t;uterdruck im Verdampfer 28 eine Verdampfung des Kältemittelbestandteiles
des flüssigen Arheitsmittels. Danach saugt der Kompressor 13 aus dem Verdampferratun
Iiä lremitteldämpfe, die eine kleine Menge llüssi.gen Arbeitsmittels mit sich reißen;
die Menge dves:er Flüssigkeit hängt ab von der Größe der Öffnung 38. Dieser Vorgang
des ständigen Miniehmens verhindert die Ansammlung von Schmiermittel im @'crclainpfer,
das bei dem darin herrschenden Arbeitsdruck nicht verdampfbar ist. Weiter dient
die mitgenommene Flüssigkeit, die aus dem Kälte- und Schmiermittel besteht, beim
Durchgang durch das Kompressorgetriebe zur Abdichtung und Schmierung seiner arbeitenden
Teile. Die Öffnung 36 im Rohr 3r1 verhütet, daß die Flüssigkeit aus dem Verdampfer
durch die Leitung 31 während des Stillstandes durch He.herwirkung abgeleitet wird.
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Der aus dem Verdampfer abgenommene Kältemitteldampf tritt durch die
Auslaaßöftnung 15 aus und trifft gegen die Stoßwand 16, «:darauf de mitgerissctie
F;üssigkeit häl:@,.:nitteldampf getrennt wird. Die abgeschledene mitgerissene Flüssigkeit
fällt nach unten über den Konipressormechanismus in den Behälter 17, und ein etwaiger
i"h!erschtil:, :ließt über in den unteren Teil des Kondensraume:s. Die Flüssigkeit,
die im Behälter i,-enthalten ist, umschließt den Kompressor i und nimmt die, Kompressionswärme
sowie glelchzeitig einen Teil der vom Motor erzeugten Wärme auf. Die vom Motor und
Kompressor gelieferte Wärme ist groß genug. tun das Kältemittel abzudampfen und
einen Flüssigkeitsrückstand im Behälter 17 zu. belassen, der im wesentlichen aus
Schmiermittel besteht. Dieses wird durch die Leitung ig zu.m oberen Teil des Kompressors
geführt, von wo es durch die verschiedenen Lager für das Weile gebilde 4.2 zum unteren
Teii des Motorgehäuses abfließt. Dann st rötnt es durch die, Ablewtungsöffnung 3o
und wird im Iiälteinitteldampf mitgenommen, der zum hompre,ssor strömt.
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Der Kälternitteldampf, der den Kompresser verläßt, und der Xältemitteldampf,
der durch Erhitzen der Flüssigkeit im Behälter i,- fr @ i geworden ist, strömen
radial nach außen, in die Nähe der Kühlschlange 2 i, die d:e Verdampfungshitze aufnimmt.
Das infolgedessen gebildete Kondensat sammelt sich im untere:. Teile des betreffenden
Rauaases. Der Durchgang der Flüssigkeit vom Kondensraum zum Verdampfer infolge des
in diesem herrschenden geringen Druckes wird durch das SchwimmervCnti.l 26 geregelt.
Nach Ansammlung einer genügenden Menge Flüssigkeit im Kondensrau-m hebt sich das
Schwimmerventil und gestattet der Flüssigkeit, durch die Leitungen 24i27 zum Verdampfer
28 zu strömen, wo das in der Flüssigkeit enthaltene Kältemittel wiederum verdampft,
worauf die Kreisfolge der Vorgänge von neuem einsetzt.
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Die Bildung des Kältemitteldampfes im Verdampfer 28 nimmt Wärme von
der den Verdampfer umschließenden Flüssigkeit ab und erzeugt somit eine gewisse
Vorratsmenge kalter Flüssigkeit im Kühlraum 29. Diese Flüssigkeit kann jederzeit
leicht durch Öffnen des Zapfhahnes 56 abgezogen «-erden. E::n Teil der im Kühlraum
29 enthaltenen kalten Flüssigkeit wird durch die Leitung 57 zum unteren Ende der
2i geleitet. Beim Durchließen dieser Schlange 2 i nimmt das kalte Wasser d'se latente
Wärme des Kältemitteldampfes auf. Es ist festgestellt worden, daß die Temperatur,
die dieses zum Kondensieren dienende Wasser annimmt, gewöhnlich die der Außenatmosphäre
übersteigt. Das warme Wasser wird zur Ausstrahlschlange 59 mit großer wärmeabgebender
Oberfläche geleitet, die die Wass,ert;eniperatur ungefähr
auf die
der Außenatmosphäre bringt, bevor es durch die Leitung 6o zur Flasche 5 i zurückkehrt.
Wenn hier die Anwendung eines Awsstrahlkörpers zur Herabsetzung der Flüssigkeitstemps;ratur
vor Rücilzführung zur Flasche beschrieben ist, so soll doch-bemerkt werden, daß
diese Wärmeabgabeschlange unter Umständen wegbleiben kann, wobei dann die Ausstrahlfläch-e
der Flasche 5 i allein ausreicht, um die Wassertemperatur im wesentlichen auf die
Außenrtemperatur herabzusetzen, ehe es wieder .zur Kühlkammer 29 zurückfließt. Es
sei bemerkt, daß das Wasser die Flasche im wesentlichen bei Raumtempieratur verläßt
und dann zur Kühlkammer 29 fließt, worin seine Wärme auf beispielsweise o bis 5 '
C herabgesetzt wird, worauf es der vergleichswei,s@e warmen Temperatur des Kältemittelda.mpfes
ausgesetzt und auf eine Temperatur über der der Außenluft erhitzt wird. Dann wird
die Temperatur wiederumentweder durch. Anwendung einer besonderen Ausstrahlschlange
o. dgl. oder durch Ausstrahlung der Flaschenwandungen im wesentlichen auf Außentemperatur
gebracht. Die Anordnung des Verdampfers gegenüber dem Kondensator ist so, daß die
Erhitzung des Kühlwassers an einer Stelle unterhalb der Stelle erfolgt, an der das
Kühlwasser gekühlt wird. Infolgedessen findet ein Wärmeauftrieabskreislauf des Kühlwassers
statt. Die Ausbildung des Kühlers ist so. @getroffen, daß die Kühlschlange zu allen
Zeiten mit Wasser angefüllt ist. Feim Anlassen macht schon die Erzeugung nur einer
geringen Menge von gekühlter Flüssigkeit kälteres Wasser für die Kühlzwecke verfügbar,
so daß die Masse des im Kühlraum 2o vorhandenen Wassers sehr rasch auf die verlangte
Temperatur herabgekühlt wird. Eine solche rasche Erzeugung kalten Wassers ist eine
Eigenschaft, die für einen mechanischen Wasserkühler äußersterwünsch.t ist. Ein
weiterer Vorteil des neuen Kreislaufsystemsbesteht darin, da.ß kein Einfrieren des
Wassers in der Kühlkammer eintreten kann; hierdurch wird die Notwendigkeit teurer,
von der Temperatur abhängiger Steuervorrichtungen zum Anhalten und Anlarssen des
Motors vermieden.