DE531365C - Kuehlvorrichtung - Google Patents

Kuehlvorrichtung

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DE531365C
DE531365C DEC40477D DEC0040477D DE531365C DE 531365 C DE531365 C DE 531365C DE C40477 D DEC40477 D DE C40477D DE C0040477 D DEC0040477 D DE C0040477D DE 531365 C DE531365 C DE 531365C
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DEC40477D
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
    • F25B1/06Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle with compressor of jet type, e.g. using liquid under pressure

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cookers (AREA)

Description

  • 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.
  • In den Zeichnungen stellt Abb. z eine Seitenansicht einer solchen Kühlvorrichtung dar.
  • Abb. z, 3 und q. zeigen im Schnitt Flüssigkeitsverschlüsse.
  • Abb. 5 gibt einen Schnitt nach Linie 5-5 von Abb. z .
  • Abb. 6 und 7 stellen Längsschnitte der Aspiratoranordnungen für die erste bzw. zweite Stufe dar.
  • Abb.8 veranschaulicht die schematische Anordnung einer Kühlvorrichtung mit automatischen Hilfsmitteln zur Befreiung des Systems von schädlichen nichtkondensierbaren Gasen.
  • Abb. g gibt einen Vertikalschnitt durch eine Ausbildungsform des Kühlers.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRÜCHE: ' i. Kühlvorrichtung, 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 Energieübertragung von dem Treibmittelauf den Kältemitteldampf durch Ansaugen erfolgt und an welchen sich der getrennte Umlauf der miteinander unmischbaren Mittel anschließt, dadurch gekennzeichnet, daß Rückflußleitungen vorgesehen sind, um etwa in den Kältemittelkreislauf mitgerissene Treibmittelanteile in den-Kocher zurückzuführen.
  2. 2. Kühlvorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kühler (i) und dem Verdampfer (5) eine Rückflußleitung (6o) angeordnet ist, durch welche das von dem leichteren Kältemittel mitgerissene schwerere Treibmittel zurückgeführt wird (Abb. i).
  3. 3. Kühlvorrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, .daß die Rückflußleitung (6o) mit dem unteren Teil des Kühlers (i) durch einen mit Treibmittel gefüllten Flüssigkeitsverschluß (6i) verbunden ist, -durch welchen die in den Kühler mitgerissenen Treibmittelanteile nach dem Kocher zurückfließen (Abb. i, 2).
  4. 4. Kühlvorrichtung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Kondensator (49) für das Kältemittel mitgerissenen Treibmittelanteile selbsttätig über Rückflußleitungen (7i und 6o) in den Kocher (5) zurückfließen (Abb. i, 5).
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