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Kühlvorrichtung Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung jener
bekannten Art, bei welcher ein dampfförmiges Treibmittel zur Absaugung von Kältemitteldämpfen
aus einem Kühler dient und der Kältemittelkreislauf mit dem Treibmittelkreislauf
einen gemeinsamen Teil aufweist, in welchem die Energierübertragung von dem Treibmittel-
auf den Kältemitteldampf durch Ansaugen erfolgt, und an welchem sich der getrennte
Umlauf der miteinander unmischbaren Flüssigkeiten anschließt. Bei Vorrichtungen
dieser Art findet auch bei völliger Unmischbarkeit beider Flüssigkeiten im Laufe
der Zeit ein mechanisches Mitreißen von Treibmitteltröpfchen in den Kältemittelkreislauf
statt. Hier sammeln sich die schweren Treibmitteltröpfchen an den tiefsten Funkten
und führen schließlich eine Unterbrechung des Kältemittelkreislaufes herbei. Dieser
Nachteil wird erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß Rückflußleitungen vorgesehen
sind, um etwa in den Kältemittelkreislauf mitgerissene Treibmittelanteile in den
Kocher zurückzuführen. Insbesondere ist zwischen dem Kühler und dem Kocher eine
Rückflußleitung angeordnet, durch welche das von dem leichteren Kältemittel mitgerissene
schwerere Treibmittel zurückgeführt wird. Die Rückflußleitung ist zweckmäßig mit
dem unteren Teil des Kühlers durch einen mit Treibmittel gefüllten Flüssigkeitsverschluß
verbunden, durch welchen die in den Kühler mitgerissenen Treibmittelanteile nach
dem Kocher zurückfließen. Vorteilhaft wird der Kondensator für das Kältemittel so
angeordnet, daß die in ihn mitgerissenen Treibmittelanteile selbsttätig in den Kocher
zurückfließen.
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In den Zeichnungen stellt Abb. z eine Seitenansicht einer solchen
Kühlvorrichtung dar.
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Abb. z, 3 und q. zeigen im Schnitt Flüssigkeitsverschlüsse.
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Abb. 5 gibt einen Schnitt nach Linie 5-5 von Abb. z .
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Abb. 6 und 7 stellen Längsschnitte der Aspiratoranordnungen für die
erste bzw. zweite Stufe dar.
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Abb.8 veranschaulicht die schematische Anordnung einer Kühlvorrichtung
mit automatischen Hilfsmitteln zur Befreiung des Systems von schädlichen nichtkondensierbaren
Gasen.
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Abb. g gibt einen Vertikalschnitt durch eine Ausbildungsform des Kühlers.
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In beiliegenden Zeichnungen, besonders in Abb. z, wird eine kombinierte
Kühl-und Wassererwärmungsvorrichtung gezeigt, welche aus einem Kühler z besteht,
der in einem Haushaltungskühlschrank oder an irgendeiner anderen Stelle untergebracht
ist, von welcher die Wärme weggeführt werden soll. Indem Kühler befindet sich ein
flüchtiges Kältemittel mit vorzugsweise niedrigem Molekulargewicht und niedrigem
Siedepunkt, verglichen mit jenem der Treibflüssigkeit. Die Rohrleitung a verbindet
den Kühler mit einer Mischkammer 3, in welche vermittels der
Aspiratordüse
4 Dämpfe. der Treibflüssigkeit eingeführt werden, welche vorzugsweise eine höhere
Dichte, ein höheres Molekulärgewicht und einen höheren Siedepunkt als die Kältemittelflüssigkeit
aufweist. Letztere kann beispielsweise Wasser oder eine wäßrige Sodalösung sein,
so daß das Kältemittel sich in seiner flüssigen und Dampfphase unterscheidet, während
als Treibmittel vorzugsweise Quecksilber verwendet wird. Der Treibmitteldampf empfängt
seine Energie von einem Kocher 5, welcher durch irgendwelche geeignete Mittel, z.
B. dem Gasbrenner 6, erhitzt werden kann. Das Heizrohr 9 bildet einen Auslaß für
die Verbrennungskammer 7, welche im Innern des Kochers untergebracht ist. Eine senkrechte
Dampfröhre io umgibt das Heizrohr 9 und führt den Treibmitteldampf aus dem Kocher
in die Zweigleitungen i i, welche mit Erweiterungen und Verengungen 8 versehen sind
und mit den nach abwärts geneigten Aspiratordüsen 4 bzw. 33 in Verbindung stehen.
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Die Aspiratordüse kann eine sich erweiternde Form aufweisen und leitet
den Treibmitteldampf aus der Hochdruckkammer 12 in die Mischkammer 3, wo der Druck
in eine kinetische Energie umgewandelt wird, wodurch der Treibmitteldampf eine hohe
Geschwindigkeit erreicht. Gewünschtenfalls kann die Mischkammer an ihrem Boden durch
eine geeignete Rohrleitung 16 mit einem Flüssigkeitsverschluß 17 (Abb. 3)
verbunden sein, welche zur Aufnahme der kondensierten Treibmittelflüssigkeit geeignet
ist, und eine Flüssigkeitssäule des Treibmittels enthält, um dem Druck im Kocher
das Gleichgewicht zu halten.
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Das Kondensatorrohr 43 (.4bb. 6) erstreckt sich konzentrisch in der
Verlängerung der Düse 4; der Treibmitteldampf überträgt hier seine Energie auf das
Kältemittel und wird gemeinschaftlich mit diesem kondensiert. Das Rohr 43 kann einen
Kondensator für die Treibflüssigkeit bilden, wobei es von einem geeigneten Kühlwassermantel
67 umgeben ist, welcher mit dem Wasserbehälter i9 vermittels der Ein- und Auslaßrohre
22 und 21 in Verbindung steht. Das Rohr 43 weist eine Verlängerung 14 auf, an deren
unterem Ende eine geeignete Leitung 35 zwecks Rückführung der kondensierten Treibflüssigkeit
zum Flüssigkeitsverschluß 17 angesetzt ist, wobei jene Flüssigkeit in dieser Röhre
ebenfalls eine Säule bildet, die dem Druck im Kocher das Gleichgewicht hält. Die
Rohrleitung 14 krümmt sich vorzugsweise nach oben und weist einen senkrechten Teil
26 auf, welcher an seinem oberen Teil zu einem schrägen Teil 27 gebogen ist, der
vermittels der nach abwärts gebogenen Leitung 28 den Kältemitteldampf in die zweite
Stufenmischkammer 3 führt. Die Rohrleitung 14 ist vorzugsweise mit geeigneten Kühlmitteln,
z. B. den Rippen 29, versehen.
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Infolge der Differenz zwischen den Siedepunkten des Kältemittels und
der Treibflüssigkeit wird praktisch die gesamte Menge der letzteren, welche durch
den Aspirator ¢ hindurchströmt, im Rohr43 kondensiert, und nur eine geringe Menge
wird durch die Rohrleitungen 26 und 27 mit fortgetragen, wo eine weitere Kondensation
des Treibmittels stattfindet. Die Temperatur des Kältemittels in diesem Teil des
Systems liegt noch beträchtlich oberhalb seines Taupunktes bei dem betreffenden
Druck. Es ist in erster Stufe durch den Aspirator 4 etwas komprimiert worden und
wird bei seinem Übergang zum zweiten Stufenaspirator zwar gekühlt, aber nicht kondensiert.
Infolgedessen hat der letztere ein geringeres Volumen der Kältemitteldämpfe zu fördern.
Der zweite Aspirator 33 empfängt seine Treibmitteldämpfe aus der einen der beiden
Rohrleitungen i i und fördert die Kältemitteldämpfe durch das Kompressionsrohr
13, in welchem das Treibmittel kondensiert wird, ähnlich wie es bereits bezüglich
des Rohres 43 beschrieben wurde. Ein jeder der beiden Aspiratoren und Kompressionsrohre
ist vorzugsweise so geformt und dimensioniert, um die beste Pump-#virkung zu liefern,
in Übereinstimmung mit den Zustandsgrößen des Dampfes in den betreffenden Stufen.
Die Rohrleitungen 16' und 35' sowie ein Kühlwassermantel 67 mit seinen Zu- und Ableitungen
zum Wasserbehälter i9 können für den zweiten Stufenaspixator in ähnlicher Weise
vorgesehen sein wie für den ersten.
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Das Kompressionsrohr 13 besitzt eine nach oben gebogene Verlängerung
47, durch welche die Kältemitteldämpfe in die Abscheidekammer 46 geleitet werden,
aus welcher sie in den Kondensator 49 eintreten. Letzterer umfaßt vorzugsweise eine
einzige Rohrleitung mit im allgemeinen schräger Lage und mit Radiatorkühlrippen
51. Die Abscheidekammer 46 besitzt einen Auslaß 71, welcher zu einem Flüssigkeitsverschluß
52 führt (Abb. 4), der seinerseits durch die Leitung 53 mit dem Kühler i verbunden
ist.
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Der Flüssigkeitsverschluß 52 kann einen schräg nach oben geführten
Teil 54 aufweisen, während das Ende der Rohrleitung 71 nach unten in den unteren
Teil von 54 hineinragt. Der Verschluß kann irgendeine geeignete Flüssigkeit, z.
B. das Treibmittel, enthalten und gestattet die Aufrechterhaltung einer Druckdifferenz
zwischen Kondensator und Kühler. Wenn eine hinreichende Menge von kondensiertem
Kältemittel sich in der
Röhre 71 angesammelt hat, wird die Sperrflüssigkeit
in dem anderen Schenkel des Verschlusses gehoben und läßt mithin einen Teil des
Kältemittels aus dem unteren Ende des Rohres 71 austreten. Das Kältemittel wird
vermöge seines leichteren Gewichts in dem anderen Schenkel hochsteigen und so in
den Kühler i gelangen.
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Um irgendwelche Mengen der Treibflüssigkeit, welche in den Kondensator
und Kühler mitgerissen worden sind, zurückzuführen, sind Hilfsmittel vorgesehen,
beispielsweise eine Rohrleitung 6o, die mit der Rohrleitung 35 in Verbindung steht
und welche ebenfalls eine Flüssigkeitssäure enthält. Die Rohrleitung 6o weist auch
einen Flüssigkeitsverschluß 61 auf, welcher vorzugsweise Quecksilber enthält, so
daß ein wirksamer Flüssigkeitsverschluß erzielt wird (Abb.2). Dieser Verschluß hat
zwei Verbindungsleitungen 63 und 64 zum Kühler, wobei letztere, 64, sich in den
Kühler erstreckt, um ein Aufsteigen des Kältemittels zu ermöglichen, welches etwa
von den schwereren Treibmitteln mit in den Verschluß gerissen wurde. Die Rohrleitung
35 kann vorzugsweise in den mittleren Teil eines schräg nach oben geführten Schenkels
des Flüssigkeitsverschlusses 17 hineinragen (Abb.3). Dieser Schenkel endigt in einer
Rohrleitung 16 und gestattet das Hochsteigen des Kältemittels, falls dieses etwa
von dem schwererenTreibmittel mitgerissen worden ist.
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Ein geeigneter Kühlwassermantel 70 ist um das Rauchrohr g oberhalb
des Rohres io angebracht und in eine Rohrverbindung zwischen den Wassermänteln 67
und dem Vorratsbehälter i9 eingeschaltet. Der Wasservorratsbehälter ig ist vorzugsweise
angeordnet, um warmes Wasser für den Haushalt oder fürandere Zwecke zu liefern.
Er besitzt einen Kaltwassereinlaß 77, der mit irgendeiner geeigneten Quelle in Verbindung
steht, sowie einen Auslaß 72, der entweder direkt oder unter Zwischenschaltung einer
Hilf sheizv orrichtung zu den Zapfstellen oder anderen Auslässen führt. Um eine
Überhitzung des Wassers im Behälter i g zu vermeiden, ist eine Rohrleitung 73 vorgesehen
mit thermostatisch überwachtem Ventil 74, vermittels welchem ein Abfluß von heißem
Wasser erfolgt, wenn die Temperatur im Behälter über einen vorbestimmten Wert steigt.
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Durch die Wirkung des ersten Stufenaspirators wird der vom Kühler
i kommende Kältemitteldampf im Rohr 43 komprimiert, während das Treibmittel aus
seiner Mischung mit den Kältemitteldämpfen kondensiert .-,vird und letztere in der
Rohrleitung 14 beim Überströmen zum zweiten Stufenaspirator gekühlt werden, in welchem
die Dämpfe weiter komprimiert und in einen Kondensator 49 gepreßt werden; wo sie
bei einer Temperatur unterhalb jener, bei welcher das Treibmittel sich verflüssigt,
kondensiert- werden. Das Kältemittelkondensat kehrt sodann durch den Tlüssigkeitsverschluß
52 in den Kühler i zurück, wodurch der Kreislauf geschlossen wird. Das kondensierte
Treibmittel kehrt inzwischen zum Kocher durch die Rohrleitungen 16, 35 und 6o zurück
und wird dort wiederum verdampft. Es ist klar, daß vor Inbetriebsetzung die permanenten
oder nichtkondensierbaren Gase aus dem System abgepumpt werden, so daß Säulen der
Treibflüssigkeit von mäßiger Höhe dem Druck im Innern des Kochers 5 die Waage halten
können. Es wurde gefunden, daß bei verhältnismäßig großen Druckunterschieden zwischen
dem Dampf im Kühler i und Kondensator, wie sie bei warmem Wetter auftreten, wenn
der Kondensator 49 mit Luft gekühlt wird, die Verwendung eines mehrstufigen Aspirators
wirksam die Energie der Treibmitteldämpfe ausnutzt, indem im wesentlichen die gesamten
Treibmitteldämpfe, welche aus der ersten Druckstufendüse entströmen, kondensiert
werden, bevor sie die zweite Stufenmischkammer erreichen und zwischen den Stufen
Kühlung stattfindet.
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Der Wasserumlauf zwischen den Wassermänteln 67 und den Behältern i9
erfolgt nach Art eines Thermosiphons; indem das kalte Wasser vom Boden des Behälters
durch die Kondensation- der heißen Treibmitteldämpfe in den. Rohren 43 und 13 erwärmt
und seine Temperatur im Wassermantel 70 weiter gesteigert wird, so daß im
wesentlichen die gesamte Kondensationswärme der' Treibflüssigkeit und ein beträchtlicher
Teil der in den Rauchgasen enthaltenen Wärme zur Warmwasserbildung verwendet wird.
Gewünschtenfalls können natürlich auch Hilfsheizvorrichtungen für den Behälter i9
vorgesehen sein, welche in Verbindung mit der aus dem Treibmittel stammenden Wärme
benutzt werden können.
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Eine derartige Einrichtung ist als selbstregulierende bestimmt, und
zwar ohne Verwendung von Thermostaten oder Monostaten, so daß die Heizquelle weiterwirken
kann und das Wasser im Behälter ig auch dann erwärmt wird, wenn im Kühler i kein
Kälteverbrauch stattfindet. Ein derartiges Ergebnis kann unter besonderen wünschenswerten
Bedingungen erzielt werden, wenn eine wäßrige Sodalösung o. dgl. als Kältemittel
benutzt wird, so daß das im Kühler i enthaltene Kältemittel einen Gefrierpunkt aufweist,
welcher unterhalb des Gefrierpunktes von Wasser liegt, während das Kältemittel,
welches durch den Verschluß 52 zum Kühler strömt, vorzugsweise aus reinem Wasser
besteht. Wenn
die Temperatur des Kühlers i beträchtlich unterhalb
des Gefrierpunktes des zurückströmenden Kältemittels fällt, wird letzteres in der
Rohrleitung 53 erstarren. Hierdurch wird die Leitung 71 mit kondensiertem Kältemittel
angefüllt, welches gegebenenfalls in die Rohrleitung 47 überströmt und so das Abpumpen
von Kältemitteldämpfen aus dem Kühler i verhindert. Wenn also die Temperatur des
Kühlers auf ein Minimum gesunken ist, welches durch geeignete Auswahl der Kältemittellösung
vorbestimmt werden kann, wird eine weitere Verdampfung des Kältemittels und mithin
die Wirksamkeit des Systems als Kühlvorrichtung unterbrochen, obwohl die Erwärmung
des Wassers im Behälter i9 und die Wirksamkeit des Brenners 6 weiter fortgesetzt
werden kann.