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Verfahren zur Kälteerzeugung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Erzeugung künstlicher Kälte. Es sind bereits Apparate bekannt,
die künstliche Kälte erzeugen und für kleine Haushalte, die nur sehr wenig Kälte
bedürfen, geeignet sind. Derartige Apparate sind für Dauerbetrieb gedacht und sind
mit Vorrichtungen, z. B. Kühlschrankräumen, versehen, um Speisen längere Zeit kühl
zu halten. Es lohnt sich aber, z. B. in kälteren Monaten, in kleinen Haushalten
nicht immer, einen Kühlschrank in Dauerbetrieb zu halten. Will man, wenn der Kühlschrank
aus diesen Gründen abgestellt ist, zu irgendwelchen Zwecken etwas Eis haben oder
nur eine Flasche kühlen, so dauert es ziemlich lange, bis die bekannten Apparate
nach ihrer Anstellung Kälte leisten. Ein Raum zur Kühlung von Speisen ist ferner
nicht immer erforderlich. In Hotelzimmern will ein Gast beispielsweise ein kleines
Stück Eis oder kaltes Trinkwasser haben, er braucht aber keinen Raum zur Speisenaufbewahrung.
Aber auch in Haushaltungen kommt es oft darauf an, schnell und unerwartet ein Getränk
abkühlen zu können. Die Erfindung bezweckt ein geeignetes Verfahren und eine Vorrichtung
zu schaffen, mit der man schnell und billig besonders einen kleinen unregelmäßig
auftretenden Kältebedarf decken kann.
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Die Erfindung benutzt in an sich. bekannter Weise die Verdunstungskälte
einer sich nicht mit Wasser mischenden Flüssigkeit, die vermittels einer Wasserstrahldüse
unter Unterdruck gesetzt wird, unter Wiedergewinnung eines Teils des verdampften
Kältemittels. Bei derartigen Anlagen für kontinuierlichen Kältebetrieb hat man bereits
vorgeschlagen, das zurückgewonnene Kältemittelkondensat vermittels Schwimmerventile
in den Verdampfer zurücktreten zu lassen. Da jedoch nie das gesamte verdampfte Kältemittel
wiedergewonnen werden- kann, sind derartige Regelventile betriebsunsicher, insbesondere
weil die Höhe der Spiegelfläche bei. derartigen Anlagen keinen Anhalt darüber gibt,
wieviel Kältemittel und wieviel Wasser durch den Schwimmer angezeigt wird. Die Erfindung
beseitigt derartige Betriebsunsicherheiten. Sie läßt das Kältemittel abwechselnd
oder wahlweise zwischen zwei Behältern durch eine Wasserstrahldüse zur Verdampfung
bringen und wieder kondensieren. Zweckmäßig werden die ablvechselnd als Verdampfer
bzw. Kondensator wirkenden Behälter derart ausgebildet, daA der Verdampferteil des
einen Behälters als Eisbereiter, der des anderen Behälters als - Flaschenkühler
ausgebildet ist. Hierdurch erhält man gerade für unregelmäßig auftretenden geringen
Kältebedarf den Vorteil, daß die von der Wasserstrahldüse gelieferte Kälte nur den
jeweilig vorliegenden Kältebedarf zu decken braucht. Bei derartigen Anlagen ist
die für Kompressorapparate bereits bekannte Verwendung von Dichlormethan als Kältemittel
besonders geeignet,
weil es sich nicht mit Wasser mischt und seine
Dämpfe, die etwa aus der Abwasserleitung aufsteigen können, nicht giftig sind.
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Die Erfindung soll näher unter Hinweis auf die anliegenden Figuren
beschrieben werden, wobei sich die kennzeichnenden Merkmale der Erfindung ergeben
werden.
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In der Abb. i ist eine Vorrichtung für die Ausführung des Verfahrens
gemäß der Erfindung in schematischer Form dargestellt. Die Abb. 2 bis q. zeigen
nähere Details einer Ausführungsform der Erfindung.
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In der Abb. i ist ein Apparat für das Verfahren gemäß der Erfindung
dargestellt, und zwar ist der Apparat in bezug auf seine Mittelachse io im wesentlichen
schematisch svmmetrisch gebaut. Die Bezugszeichen des rechten Teils der Abbildung
sind mit Index versehen. Der Apparat besteht aus zwei gleichartigen Behältern i
i, 1 i 1, deren Gasräume durch mittels einer Ouerleitung 1 2 verbundene Rohre 13,
13' in gegenseitiger Verbindung stehen. In den aufrecht stehenden Rohren
13, 131 ist je eine Düse 1q., 14' vorgesehen, die durch einen Hahn 15 wechselweise
an die Hauswasserleitung angeschlossen werden können.
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Es sei zunächst angenommen, daß das Gefäß i i durch eine von einer
Verschlußschraube 16 verschlossene Öffnung mit beispielsweise Dichlormethan bis
zu dem in der Abbildung dargestellten Flüssigkeitsspiegel angefüllt worden ist.
Die Behälter ii und i11 sind ferner je mit einer Entwässerungsleitung 17 und 171
versehen, die je durch ein unter Überdruck öffnendes Ventil 18, 181 abgeschlossen
sind und deren Mündungen ig, igl zweckmäßig oberhalb des Behälters i i liegen, um
das ablaufende Wasser nochmals zu Kühlzwecken zu verwenden.
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Wird z. B. die Wasserdüse 141 angestellt, so entsteht im Behälter
i i ein Unterdruck, der das Dichlormethan zum Verdampfen bringt, da die Düse im
Behälter i i einen unterhalb des Kochpunktes des Dichlormethans liegenden Druck
erzeugt. Das Dichlormethan im Behälter i i müß daher schnell zum Kochen kommen und
dabei Kälte erzeugen. Im Behälter i 11 entsteht ,durch die Wirkung der Düse 141
ein gewisser Überdruck, der die übergesaugten Dichlormethandämpfe wieder zur Kondensation
zwingt, besonders weil das eingespritzte Wasser gleichzeitig als Kühlmittel dieser
Dämpfe dient. Im Behälter i 11 müssen daher die Dichlormethandämpfe kondensieren,
und da sich Dichlorrnethan nicht mit Wasser mischt, sondern sich von ihm durch Schichtung
trennt, muß sich im unteren Teil des Behälters i i 1 Dichlormethanflüssigkeit sammeln,
auf der das eingespritzte Wasser schwimmt. Die Leitung 171 wird all. einer Stelle
des Behälters i il abgezweigt, die über dem Niveau liegt, bei der alles Dichlormethan
durch die Düse 141 vom Behälter ii in den Behälter i 11 übergepumpt wäre. Das Ventil
181 wird dabei derart eingestellt, daß es sich auf einem gewissen Überdruck im Behälter
1 il öffnet und das über der Dichlormethanflüssigkeit stehende Wasser durch die
Leitung 171 ablaufen läßt. Das aus der Mündung igl austretende Wasser kann noch
einmal dazu benutzt werden, den Behälter i 11 zu kühlen, sei es dadurch, daß der
Behälter i 11 in einem zweckmäßig mit dem Behälter i i gemeinsamen Kühlgefäß enthalten
ist, durch den das durch die Leitung 14' eingespritzte Wasser weiter abläuft, sei
es dadurch, daß der Behälter i il mit porösem Material umkleidet ist, das das aus
der Mündung i g' ablaufende Wasser aufsaugt. Ist alles Dichlormethan vom Behälter
i i in den Behälter i 11 übergesaugt, so kann gegebenenfalls, wenn man Dauerkälte
erzeugen will, durch Einwirkung eines an sich bekannten Thermostaten die Düse 141
abgestellt und die Düse 14 angestellt werden. Denn das Kältemittel Dichlormethan
befindet sich jetzt im Behälter i11 auf dem Niveau der gepunkteten Linie und wird
von einer gewissen Wassermenge, deren Niveau strichpunktiert angedeutet ist, bedeckt.
Der Apparat ist daher jetzt für den umgekehrten Gebrauch verwendungsfähig. Der dlurch
die Düse 14 bei Umstellen des Apparates entstehende Unterdruck bringt das Dichlormethan
im Behälter i 11 zum Kochen, wobei naturgemäß auch Wasserdämpfe mitfolgen, ohne
daß das Wasser zum Kochen kommt, und wobei das aus der Leitung 2o1 hochkommende
Dichlormethan wegen seiner Berührung mit dem Wasser eine besonders schnelle Verdampfung
ergibt, und zwar - wiederholt sich das geschilderte Spiel, bis wieder alles Dichlormethan
vom Behälter i 11 in den Behälter i i überverdampft ist. Um eine gute Verdampfung
des Kältemittels sicherzustellen, das von einer Wasserschicht bedeckt ist, ist in
dem Behälter i1 bzw. iil je ein enges aufsteigendes Rohr 20, 20' vorgesehen, dessen
eine Mündung am Boden der Behälter i i, i il liegt, deren obere Mündung oberhalb
des durch die Ventile 18, 181 regelbaren Flüssigkeitsspiegels liegt. Tritt durch
das Auftreten von Unterdruck durch die Düsenwirkung an einem der Behälter i i oder
i 11 ein Unterdruck ein, so bewirkt das sich bildende Gas ein Kochen der Flüssigkeit
in den engen. Rohren 2o bzw. 2o1, was zur Folge hat, daß das über dem Kältemittel
stehende Wässer aus den Rohren 2o, 2o1 ausgeworfen wird, so daß der Gasarm der Behälter
i i, i 11 unter allen Umständen mit dem flüssigen Kältemittel unmittelbar in Verbindung
steht. In der Praxis
werden die Rohre 2o zweckmäßig außerhalb der
Behälter i i angeordnet, um ein evtl. Einfrieren von Wasser zu verhindern. Die Anwesenheit
einer gewissen Wassermenge außer dem Kältemittel in den Verdampfungsbehältern i
i, i i' ist günstig, da hierdurch der Dampfdruck des Kältemittels herabgesenkt und
tiefere Temperaturen und schneller verwertbare Kälte erzeugt werden.
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Eine vollkommene Trennung des Dichlormethäns von dem Wasser läßt sich
naturgemäß nicht erreichen, sondern mit dem ablaufenden Wasser werden geringe Mengen
des Kältemittels mit ablaufen, die nach längerer Zeit erneuert werden müssen. Die
dadurch für die Kältewirkung entstehenden Kosten sind jedoch außerordentlich gering,
insbesondere wenn man Vorrichtungen vorsieht, die eine gute Trennung des Kältemittels
und des eingespritzten Wassers hervorrufen. Eine derartige Trennvorrichtung des
schwereren und des leichteren Mittels ist in der Abb. 2 dargestellt. Die Bezugszeichen
der Abb.2 haben die gleiche Bedeutung wie die der Abb. i. Das durch die Düse 14'
in die Leitung 13' eingespritzte Wasser zusammen mit den Kältemitteldämpfen tritt
jedoch gemäß Abb. ä in einen zylinderförmigen Behälter 2i1 ein, der gleichzeitig
als Kondensator für die Kältemitteldämpfe dient. Das aus der Leitung 131
austretende Flüssigkeits- und Dampfgemisch wird zunächst in einer Vorkammer 22 aufgefangen,
worauf es über eine Platte 23 in das zylindrische Gefäß 211 läuft. Das Gefäß 211
ist mit einer Mehrzahl von Platten 24 versehen, die oben und unten mit gegeneinander
versetzten Öffnungen versehen sind. In jedem einzelnen Abschnitt des Behälters 2i1,
der durch die Platten 24 getrennt ist, beruhigt sich die Strömung des ,eingespritzten
Wassers und des kondensierenden Kältemittels derart, daß eine Trennung durch Schichtung
der beiden Flüssigkeiten eintreten muß. Von dem unteren Teil der Kammern treten
Leitungen 25 aus zu einer gemeinsamen Leitung 26, die zu dem Behälter i 11
führt. Die in Abb. 2 dargestellte Vorrichtung erzwingt also, daß das verflüssigte
Dichlormethan, di.s wesentlich schwerer als Wasser ist, sich im untenliegenden Behälter
i il sammelt, während das leichtere Wasser, -wie bereits beschrieben, durch das
Ventil 181 über Leitung 17 ausgestoßen wird. Um eine Regelung des
Unterdrucks im Behälter i i zu ermöglichen, ist das Ventil 181 in an sich bekannter
Weise durch eine Feder 27 belastet, dereni Stärke durch eine von Hand einstellbare
Stellschraube 28 reguliert werden kann. Diese Schraube ermöglicht es, den Druck
im jeweilig als Verdampfer dienenden Behälter i i bzw. i il zu regeln und dadurch
die Temperatur zu steuern. Im Erfindungsbeispiel der Abb. 2 ist der Behälter iil
als ein von Flüssigkeit erfüllter, mit Ausnehmungen für Eiskästchen 29 versehener
Behälter dargestellt, der zweckmäßig in geeigneter, an sich bekannter, nicht dargestellter
Weise isoliert ist. Das, untere Ende des Behälters i i' ist, ähnlich wie in Abb.
i gezeigt, durch ein enges Rohr 2o1 mit dem Gasraum des Behälters verbunden.
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Die Abmessungen des Apparates sowie die Höhe der Rohrmündungen in
den Gefäßen sind in der Abbildung rein schematisch. Wird bei einem Apparat gemäß
Abb. 2 z. B. die Gegendüse 14 angestellt, so wird erst das in der Vorkammer 22 stehende
Wasser und das im zylindrischen Behälter 2i1 oberhalb der Platte 23 über dem Kältemittel
stehende Wasser durch die Düse 14 abgesaugt, bevor die Verdampfung des Kältemittels
beginnt. Dies ist bei der Eisbereitung im Behälter iil von Vorteil, weil dieses
Wasser sonst gefrieren müßte und dabei unnötig Kälte verbraucht, die der beabsichtigten
Eisbereitung entzogen würde. Die Höhe der Rohrmündungen in die -Gefäße wird daher
nach praktischen Gesichtspunkten derart gewählt, daß nicht zuviel Wasser im Verdampfungsliehälter
iil zum Gefrieren kommen kann, sondern der Ü"berschuß fortgeführt wird. Ein kleiner
Teil des Wassers wird: jedoch zweckmäßig im Behälter i il belassen, weil er den
Partialdruck des Kältemittels und dadurch die Verdampfungstemperatur herabsetzt.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist nur in bezug auf das Verfahren
symmetrisch gebaut. Die Ausbildung der beiden Verdampfungsbehälter i i, i il kann
je nach den Erfordernissen verschieden sein. In der Abb. 2 war beispielsweise ein
kleiner Eisbereiter gezeigt. Bei seiner Verwendung kann jedoch der linke Behälter
i i beispielsweise gemäß Abb.3 als ein Flaschenkühler ausgebildet sein, in den eine
Flasche oder auch ein Glas eingesetzt und schnell gekühlt werden kann. Der Kondensatorteil21
kann in, genau gleicher Weise wie bei der Abb.2 ausgeführt sein, jedoch ist der
Verdampfer i i in diesem Fall derart ausgebildet, daß er eine Flasche aufnehmen
kann. Um den Wärmeübergang zwischen dem Verdampfer und der Flasche zu erleichtern,
ist das Innere des Verdampfers, wie Abb. 4 zeigt, mit federnden Blechen
30 versehen, die sich eng um die Flasche bzw. das eingesetzte Glas legen.
Diese federnden Bleche stehen über metallische Halter 31 in wärmeleitender Verbindung
mit der Verda.mpferwand. Für verschiedene Zwecke, z. B. Hotels, ist es besonders
vorteilhaft, den einen Verdampfer als Flaschenkühler, den anderen als Eisbereiter
auszubilden. Durch Umstellen des Hahnes i5 hat man- es dann in vier Hand,
in
welchem der beiden Verdampfer man die gewünschte Kälte erzeugen lassen will. Denn
es wird sicher selten vorkommen, daß der Apparat nur auf einer Betriebsseite so
lange benutzt wird, daß alles Kältemittel von dieser Seite nach der anderen abge:dunstet
wird. Um dies praktisch zu verhindern, kann eine durch einen Hahn während des Betriebes
verschlossene, in der Zeichnung nicht dargestellte Verbindungsleitung zwischen den
unteren Teilen der Behälter i r und i 1 i vorgesehen sein. Durch vorübergehendes
Öffnen dieses Hahnes erzwingt man, daß beide Behälter stets zur Kälteleistung bereit
sind.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
und nicht auf das genannte Kältemittel Dichlormethan beschränkt. Es kommen alle
Kältemittel in Frage, deren Verdampfung und Wiederkondensation innerhalb der Jahresschwankungen
der Außentemperatur zwischen o und etwa .4o bis 6o° bei den Druckunterschieden erreichbar
ist, die durch im Haushalt zur Verfügung stehende Kräfte, wie Wasserleitungsdüsen
oder auch Ventilatoren, Staubsauger o. dgl., geschaffen werden können.
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Wird ein Kältemittel verwandt, das leichter ist als Wasser, so muß
die das Wasser abführende Leitung selbstverständlich entsprechend tiefer gelegt
werden, um -das dann schwerere @Zasser abzuziehen.
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Zweckmäßig ist es ferner, den Austritt des eingespritzten Wassers
icgl evtl. nach Kühlung der Kondensatoren 21, :20 luftdicht aus einem beide Kondensatoren
umgebenden nicht dargestellten Behälter abzuleiten, so daß von diesem Wasser evtl.
gelöste Kältemitteldämpfe nicht in den Raum eintreten können, sondern durch die
Wasserablaufleitung fortgeschafft werden. Dies ist insbesondere von Wichtigkeit,
wenn Kältemittel verwandt werden, die feuergefährlich oder gesundheitsschädlich
sind.