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Verfahren zum Transport von Wärme Die Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum Transport von Wärme, insbesondere von oben nach:
unten, mit Hilfe eines an sich bekannten Verdampfungs- und Kondensationssystems.
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Es ist bereits bekannt, Wärme dadurch zu transportieren, daß man eine
in einem hermetisch geschlossenen System befindliche Flüssigkeit an bestimmten Stellen
erwärmt und das System an anderen höher gelegenen Teilen kühlt, wobei die im System
enthaltene Flüssigkeit an der erwärmten Stelle zum Sieden kommt, worauf die entstandenen
Dämpfe an den gekühlten Teilen des Systems wieder verflüssigt werden. Es ist ferner
vorgeschlagen worden, mit derartigen Systemen Wärme von oben nach unten zu transportieren,
wobei eine Gasblasenpumpe den Umlauf der Flüssigkeit im System hervorruft. Bei derartigen
Systemen tritt die umgewälzte Flüssigkeit, die von dem durch äußere Kühlmitteb gekühlten
Teil des Systems kommt, oft mit ziemlich niedriger Temperatur an die Wärme abgebenden
zu kühlenden Körper heran. In diesem Fall kommt es dann erst nach längerer Zeit
zu einer Gasblasenbildung im System, die die Flüssigkeit weiter umwälzt. Es lassen
sich aber durch diese Gasblasenbildung, d. h. durch die Verdampfung des im System
enthaltenen Mittels, wesentlich größere Wärmemengen in der Zeiteinheit transportieren
als durch die Kühlflüssigkeit allein. Ferner ist bei derartigen Anlagen die tatsächliche
Kühltemperatur schwankend, da teilweise gekühlte Flüssigkeit an die zu kühlenden
Körper herantritt, die dann bis auf den Siedepunkt erhitzt wird, worauf es zu einer
mehr oder weniger stoßweisen Umlaufsbewegung der Flüssigkeit kommt und dann wieder
stark gekühlte Flüssigkeit an die Wärme abgebenden Körper herantritt. Insbesondere
bei der Kühlung von Kälteapparaten ist eine derartige Temperaturschwankung unerwünscht,
da sie zu stoßweisen Druckänderungen im Apparat Anlaß gibt.
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Es ist ferner bereits bekannt, Wärme abgebende Teile durch eine in
einem geschlossielnen System umlaufendeFlüssigkeit annähernd gleicher Temperatur
zu kühlen, wobei auftretende Gasblasen oberhalb des Flüssigkeitsumlaufsystems verflüssigt
und im verflüssigten Zustande denn Flüssigkeitsumlaufsystem in der Höhe der Wärme
abgebenden Körper wieder zugeführt werden.
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Gemäß der Erfindung soll in einem System ohne bewegliche Teile, bei
dem die Kühlung von Körpern durch eine im Kreis umlaufende Flüssigkeit erfolgt und
wobei sich bei der Erwärmung aus der Flüssigkeit bildende Dämpfe durch Abkühlung
wieder verflüssigen und als Kondensat dem zu kühlenden Körper zugeführt werden,
Wärme von oben nach unten geschafft werden. Die Erfindung löst diese Aufgabe, indem
sie die sich bei der Erwärmung bildenden Dämpfe innerhalb einer in einem zweiten
Kreis umlaufenden Flüssigkeit wieder verflüssigt, wobei diese Flüssigkeit an einer
tiefer als der Wärme abgebende
Körper liegenden Stelle geküblt
wird. Dies hat z. B. bei Kälteapparaten, die Kühlschränke betreiben, den außerordentlichen
Vorteil,--däß man die Wärme des Kondensators bzw. des Absorbers, die nach ihrem
Einbau in den Schrank eine bestimmte Höhenlage erfordern, unter Ausnutzung der gesamten
Schrankwandung, d. h. auch mit Hilfe der unterhalb dieser Wärme abgebenden Körper
liegenden Srhrankläcl%en,, kühlen; kann, so daß sich dieWärme abgebendeFläche also
wesentlich vergrößern läßt, ohne daß die Schrankteile selber zu wachsen brauchen.
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Als besonders vorteilhaft hat sich gemäß weiterer Erfindung in derartigen
Systemen die Verwendung eines Stoffes erwiesen, der bei Atmosphärendruck unterhalb
von 15' C verdampft, insbesondere Äthyl-Chlorid.
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Die Erfindung soll näher unter Hinweis auf die beiliegende Zeichnung
beschrieben werden, wobei sich auch die aus den Unteränsprüchen ersichtlichen Merkmale
der Erfindung ergeben werden.
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In der Figur ist schematisch ein Kühlsystem gemäß der Erfindung dargestellt,
beispielsweise für die Wärme abgebenden Teile eines Absorptionskälteapparates. In
der Figur bezeichnen *A und K den Absorber bzw. Kondensator eines beliebigen Absorptionskälteapparates,
der zur Vereinfachung der Figur nicht weiter dargestellt ist. Die beiden zu-kühlenden
Gefäße A und K sind mit einer beispielsweise die Gefäße schlangenartig umgebenden
Kühlleitung io versehen. Beide Enden dieser Kühlleitung sind in verschiedenen Höhenlagen
mit einer aufsteigenden Leitung i i verbundef, deren oberes Ende zweckmäßig in einem
Überlauftopf i2 endet. Vom Überlauftopf 12 aus führt eine Leitung 13 abwärts zu
einer Kühlschlange o. dgl. 14, die beispielsweise unterhalb des Grundwasser-. spiegels
25 oder innerhalb einer anderen Kältequelle gelagert ist. An die Schlange 14 schließt
die aufsteigende Leitung i i wieder an, wodurch ein Umlaufsystem, bestehend aus
den Leitungen i i, dem Überlauftopf 12 und den Leitungen 13 und 14, entsteht. Wie
erwähnt, ist die Kühlleitung io mit ihren beiden Enden in verschiedenen -Höhenlagen
an die Leitung ii angeschlossen. Die Leitung fo ist ferner nochmals durch eine besondere
Verbindungsleitung 15 in sich selbst gewissermaßen kurzgeschlossen. Zweckmäßig 'ist
die Mündung der Leitung 15 in den. oberen Ast der Leitung fo mit einem Flüssigkeitsabscheidegefäß
versehen.
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Die Vorrichtung arbeitet wie folgt: Die von dem Kondensator bzw. Absorber
abgegebene Wärme bringt das in der Leitung fo enthaltene flüssige Mittel zum Kochen.
Die dadurch entstehenden Gasblasen versuchen aufwärts zu steigen und nehmen dabei
Flüssigkeitspfropfen mit sich hoch. Es tritt also eine Aufwärtsbewegung in der Flüssigkeit
in der Leitung io ein. Diese mitgeförderte Flüssigkeit trennt sich im Abscheidergefäß
16 von den Gasblasen. Die geförderte, nahe am Kochpunkt liegende Flüssigkeit fällt
durch die Leitung i 5 zum unteren Teil der Leitung io zurück und wiederholt im,
wesentlichen dauernd diesen Kreislauf, so daß die an die Wärme abgebenden Teile
A und K
gelangende Flüssigkeit also stets nahe am Kochpunkt ist. Dadurch
erreicht man, daß es stets wieder schnell in diesen Gefäßen zu einer Gasbildung
kommt, die die Flüssigkeiten in verhältnismäßig schnellem Umlauf erhält, und daß
man wegen der bei der Gasbildung aufgenommenen Verdampfungswärme große Wärmemengen
schnell transportiert. Nur der Flüssigkeitsverlust, der durch die Gasbildung entsteht,
ersetzt sich selbsttätig aus der Leitung i i.
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Der im Gasabscheider 16 von der Flüssigkeit getrennte Dampf wird durch
das zweckmäßig etwas geneigte Verbindungsstück 17 der Leitung fo der kalte Flüssigkeit
enthaltenden Leitung i i zugeführt. Der in diese Leitung eintretende Dampf macht
die Flüssigkeit in der Leitung i i leichter als die in der Leitung 13 und bewirkt
so einen Umlauf der Flüssigkeit in dem System 11, 12, 13, 14. Die in diesem System
umlaufende Lösung ist ziemlich kalt, so daß der aus der Leitung 17 in die Leitung
i i tretende Dampf während seines Ansteigens in dieser Leitung durch die Berührung
mit der kalten Flüssigkeit allmählich zur Kondensation kommt. Da die gesamte durch
die Wärmeabfuhr entstandene Dampfmenge der Leitung i i zugeführt wird, wird eine
ziemlich kräftige Zirkulation im System 11, 12, 13, 14 gewonnen, die es gleichzeitig
ermöglicht, große Wärmemengen nach der Kühlschlange 14 zu transportieren.
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Das Ausführungsbeispiel zeigt also zwei zwar miteinander verbundene,
aber dennoch in sich geschlossene Umlaufsysteme verschiedener Temperatur, und zwar
einmal das System io, 16, 15, in dem das Kühlmittel annähernd auf Kochtemperatur
ist, so daß die Wärme abgebenden Teile A bzw. K ihre Wärme durch Verdampfung der
auf annähernd konstanter Temperatur bleibenden Flüssigkeit abgeben. Die entstandenen
Dämpfe werden durch die Leitung 17 an das zweite kalte Umlaufsystem 11, 12, 13,
14 abgegeben. Da das warme Umlaufsystem bei der Dampfbildung einen geringen Flüssigkeitsverlust
aufweist, wird dieser vom kalten System durch die -Leitung io ersetzt, ohne
dabei die Temperatur des warmen Umlaufsystems nennenswert zu erniedrigen. Die in
das
kalte System 11, 12, 13, 14 eintretenden Dämpfe, die die fortzuschaffende Wärme
der Behälter A und K aufgenommen haben, bringen einerseits das kalte System in Umlauf
und führen anderseits ihre Wärme, da sie in diesem System kondensieren, an die tiefliegende
Kältequelle, z. B. das Grundwasser, ab.
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Die Anlage wird am zweckmäßigsten mit einer Flüssigkeit gefüllt, deren
Kochpunkt bei Atmosphärendruck ungefähr in der Nähe der gewöhnlichen Temperatur
menschlicher Räume, d. h. bei etwa -E- i5° C, liegt. Als günstiges Füllmittel für
die Anlage hat sich Äthyl-Chlorid erwiesen, das einmal den Vorteil hat, das beispielsweise
aus Eisen bestehende Rohrsystem nicht anzugreifen, sowie den weiteren Vorteil, bei
Atmosphärendruck bei etwa r2° C zu kochen. Dieser Punkt ermöglicht eine besonders
einfache Füllung einer derartigen Anlage, weil eine besondere Entlüftung des Rohrsystems
beim Füllen nicht notwendig ist. Die in das Rohrsystem eingefüllte Flüssigkeit verdrängt
ohne weiteres bereits zum größten Teil die im System befindliche Luft, und da das
Äthyl-Chlorid nach der Einschüttung bei -f- z2° C siedet, treiben die sich entwickelnden
Dämpfe ohne weiteres die im System noch enthaltenen Luftmengen aus der Anlage hinaus.