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Gebläsekühlanlage zum Tiefkühlen von Luft Die Erfindung bezieht sich
auf eine Gebläsekühlanlage zum Tiefkühlen von Luft mittels einer ein mehrreihiges
Rippenrohrsystem durchströmenden Kühlflüssigkeit von einer Temperatur unter o°,
bei der durch eine Schaltvorrichtung einerseits die Luft gezwungen wird, die Rohre
des Rohrsystems in wechselnder Reihenfolge zu durchströmen, und anderseits die Kühlflüssigkeit
gezwungen wird, in die von der Luft zuletzt bespülten Rohre einzutreten. Solche
Gebläsekühlanlagen, in denen Luft bis auf etwa o° oder darunter gekühlt wird, weisen
den Nachteil auf, daß sich die in der Luft enthaltene dampfförmige Feuchtigkeit
auf der Luftaustrittsseite als Reif oder Eis ausscheidet, wodurch sich der Wärmeübergang
verschlechtert und der Strömungswiderstand beim Durchgange der Luft durch das Rippenrohrsystem
erhöht wird. Dieses Bereifen oder Vereisen der Rippenrohre auf der Austrittsseite
der Luft läßt sich wohl durch Wahl einer geringen Strömungsgeschwindigkeit der Kühlflüssigkeit
und einer hohen Strömungsgeschwindigkeit für die Luft vermeiden, wenn die Temperatur
der gekühlten Luft noch einige Grade über o° und die Temperatur der Kälteflüssigkeit
nicht gar zu viel unter o° liegt, nicht dagegen, wenn die Luft bis etwa auf o° oder
gar darunter gekühlt werden soll. Man hat daher meistens zwei Rippenrohrsysteme
vorgesehen,, die derart wechselweise betrieben werden, daß das eine abgetaut wird,
während das andere die Luft kühlt. Diese Lösung hat den Nachteil, daß zwei Rippenrohrsysteme
nötig sind, die doppelt so teuer sind wie eins, daß sich eine verhältnismäßig teure
Umschaltung ergibt und daß durch das periodische Abtauen des Rippenrohrsystemen
Wärmeverluste auftreten, Durch die Erfindung werden diese Nachteile dadurch beseitigt,
daß mit der Umschaltvorrichtung, durch welche die Luft die Rohre eines mehrreihigen
Rippenrohrsystems abwechselnd in entgegengesetzter Reihenfolge quer bespült, eine
Umsteuerung der Strömungsrichtung der Kühlflüssigkeit in den Kühlrohren verbunden
ist, derart, daß die Luft die Rohre in umgekehrter Reihenfolge erreicht wie die
Kühlflü"s;sigkeit.
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Die Zeichnung stellt die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen
dar.
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Abb. r zeigt einen mit einem Rippenrohrsystem a versehenen Kühler,
durch dessen Rohre die Kühlflüssigkeit in mehreren Wegen dem die Rippenrohre umspülenden
Luftstrome entgegengeführt wird. Dieser Luftstrom, der bei 3 in das erweiterte Gehäuse
4. eintritt, wird durch eine an sich bekannte Umstellklappe 5 gezwungen, in Richtung
der eingetragenen Pfeile zu strömen, wobei er durch die Leitbleche 6 rechtwinklig
abgelenkt
und auf das Rippenrohrsystem geleitet wird, da die Umstellklappe
7 ihn daran hindert, zum Abflußrohr 8 zu gelangen, ohne das Rippenrohrsystem durchströmt
zu haben. Nat,h dem Durchströmen des kippenrohrsystei'n#@r gelangt der Luftstrom
weiter in Richtung &f' Pfeile zum Abflußrohr B.
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Bei dieser Stellung der Umstellklappen 5 und 7 durchströmt die Kühlflüssigkeit
den Steuerkopf 9 in Richtung der Pfeile. Die frische Kühlflüssigkeit gelangt mit
der niedrigsten Temperatur durch das Rohr io zu dem Steuerkopf 9 des steuernden
Organs ii, das die Kühlflüssigkeit in das Rohr 12 führt, das an die Kammer 13 des
Rippenrohrkühlers 2 angeschlossen ist. Aus dieser Kammer 13 werden diejenigen Rohre,
die der Luftstrom zuletzt erreicht, mit der Kühlflüssigkeit zuerst versorgt, welche
durch diese Rohre hindurch zur Kammer 14 gelangt, in welcher sie umwendet, um dann
den mittleren Teil des Rohrbündels zu durchströmen. Dadurch gelangt sie zur Kammer
15, in welcher sie wiederum umwendet und dann denjenigen Teil der Rohre durchströmt,
die vom Luftstrome zuerst getroffen werden, so daß also die wärmste Luft an die
am weitesten erwärmte Kühlflüssigkeit die Wärme abgibt: Aus der Kammer 16, in die
die Kälteflüssigkeit schließlich eintritt, strömt sie durch das Rohr 17 zum Steuerkopf
9, in welchen das steuernde Organ i i sie zum Rückflußrohr 18 führt.
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Ist die Kühlanlage bei dieser Stellung der Klappen 5 und 7 sowie bei
der gezeichneten Stellung des Steuerorgans i i eine Zeitlang in Betrieb, so werden
die Rippenrohre des Rippenrohrbündels 2 auf der Seite, auf der die Luft das Rippenrohrbündel
verläßt, bereift. Um diesen Reif wieder zu beseitigen und die Kühlanlage dadurch
dauernd betriebsfähig zu halten, werden die Umstellklappen 5 und 7 derart umgelegt,
daß sie in die punktiert gezeichnete Lage gelangen, wofür eine Drehung um i8o° erforderlich
ist. Diese Drehung ist so groß, weil die Klappe 5 mit einem zylinderförmigen Ansatz
i9 und die Klappe 7 mit einem zylinderförrnigzn Ansatz 2o versehen ist, die den
Zweck haben, zu verhindern, daß beim Umlegen der Klappe für einen Augenblick Luft
ungekühlt durch das Gehäuse 4 hindurchgeht. Diese zylindrischen Ansätze i9 und 2o
verschließen beim Umlegen die Luftzuführung 3 und die Luftabführung 8 und öffnen
sie erst wieder, nachdem die Luft bereits auf dem neuen Wege, der dem bisherigen
gerade entgegengesetzt ist, durch das Rippenrohrsystem 2 hindurchströmt.
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Die beiden Klappen 5 und 7 können beispielsweise durch Kettenräder,
die sich auf ihren Achsen befinden, und eine Barumgeschlungene Kette miteinander
gekuppelt werden. In der Abb. i sind diese Kettenräder i .und 22 punktiert angedeutet.
Die ebenfalls ktiert angedeutete Kette 23, die in sich hlossen ist, umschlingt auch
noch das e en falls punktiert gezeichnete Rad 24, welches sich auf der Achse des
Steuerorgans i i befindet. Dieses letztere Rad hat einen doppelt so großen Durchmesser
wie die Räder 21 und 22 und dreht sich daher, wenn sich die beiden Räder 21 und
22 um i8o° drehen, nur um 9o°, wodurch das Steuerorgan i i in die in Abb. 2 dargestellte
Lage gelangt. Bei dieser Lage gelangt die kälteste frische Kühlflüssigkeit durch
das Rohr io zum Rohre 17 und aus diesem in die Kammer 16 des Rippenrohrkühlers 2,
also in diejenige Kammer, in die sie vor der Umstellung der Klappen 5 und 7 zuletzt
gelangte. Die Kühlflüssigkeit durchfließt auf die Weise den Rippenrohrkühler in
umgekehrter Richtung wie vorher, gelangt dadurch zum Schluß in die Kammer 13 und
aus dieser durch das Rohr 12 zum Steuerkopf 9 zurück, aus dem sie durch das Rohr
18 abfließt. Auf die Weise wird erreicht, daß die durch das Rippenrohrbündel hindurchströmende
Luft zunächst die Rohre bespült, die von der am meisten erwärmten Kühlflüssigkeit
durchströmt werden, und zuletzt diejenigen Rohre erreicht, die von der frischen
kältesten Kühlflüssigkeit durchflossen werden, so daß also auch nach der Umstellung
wieder der Quergegenstrom vorhanden ist.
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Dadurch, daß die warme abzukühlende Luft jetzt nach der Umstellung
der Klappen zuerst auf die Rohre trifft, die bei dem voraufgegangenen Betriebsabschnitt
bereiften, werden diese Rohre jetzt abgetaut, zumal durch sie auch die bereits in
den übrigen Rohren vorgewärmte Kühlflüssigkeit fließt.
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Sind nach einer gewissen Betriebszeit wiederum die Rohre auf der Austrittsseite
der Luft bereift, so wird wiederum umgesteuert, wodurch die Klappen 5 und io sowie
das Steuerorgan ii in die anfängliche in Abb. i dargestellte Lage gelangen, wobei
dann der Luftstrom wieder in Pfeilrichtung fließt und dadurch die Rohre abtaut,
die jetzt von ihm zuerst getroffen werden.
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Eine andere beispielsweise Lösung zeigen die Abb. 3 und 4, von denen
Abb. 3 einen Blick auf die Anlage quer zum Luftstrome zeigt, während Abb. 4 in Richtung
des Luftstromes gesehen ist.
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Durch den Kanal 3 gelangt die zu kühlende Luft zum Rippenrohrbündel
2 und verläßt dieses durch den Kanal B. Das Rippenrohrbündel2 ist um eine winkelrecht
zum Luftstrome liegende Achse drehbar, so daß durch eine Drehung um iSo° die Rippenrohrreihe,
welche
der Luftstrom zuletzt erreichte, an die Stelle gelangt, zu der der Luftstrom zuerst
an das Rippenrohrbündel herantrifft. Gleichzeitig wird aber bei einer solchen Drehung
der Strom der Kühlflüssigkeit gesteuert. Dieses wird dadurch erreicht, daß die beiden
Achsstummel, in #denen der Rippenrohrkühler gelagert ist, hohl ausgeführt und als
Zu- und Abführung für die Kühlflüssigkeit ausgebildet sind. Bei der gezeichneten
Lage tritt die Kühlflüssigkeit durch das Rohr io ein und gelangt aus ihm nach unten
durch das Rohr 12 in die Verteilungskammer 13, um dann im Zickzackwege das Rohrbündel
dem Luftstrome entgegen zu durchströmen, bis sie schließlich in die Kammer 16 gelangt
und aus ihr durch das Rohr 17 zum Abflußrohr 18 geführt wird. Durch die Rohre 12a
und 17a strömt bei dieser Lage des Rippenrohrkühlers keine Flüssigkeit.
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Erst wenn das ganze Rippenrohrbündel um i8o° gedreht ist, kommt das
Rohr i2a, welches sich bei der gezeichneten Lage in Abb. 3 hinter dem Rohre 17 befindet,
in die Lage des Rohres 12 und führt auf die Weise der Kammer 16, die die Stellung
der Kammer 13 einnimmt, die kälteste Kühlflüssigkeit zu, die dann wiederum das ganze
Rippenrohrbündel im Zickzackwege durchströmt, um schließlich in die Kammer 13, die
sich dort befindet, wo jetzt die Kammer 16 ist, zu gelangen und aus ihr durch das
Rohr 17a zum Abflußrohr 18 zu strömen.
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Die Abb. 5 und 6 zeigen einen ganz ähn-. lichen Kühler wie die Abb.
3 und 4.. Er unterscheidet sich dadurch von demjenigen nach Abb. 3 und 4., daß das
Rippenrohrbündel in zwei Teile geteilt ist, zwischen denen die Steuerköpfe im Inneren
des von der Luft durchströmten Kanals untergebracht sind. Der Abstand zwischen den
beiden Teilen des Rippenrohrbündels hat den Vorteil, daß in dem freien Raume das
Wasser, welches bereits im ersten Teil des Rippenrohrbündels ausgeschieden ist,
niederfällt und abgeführt werden kann, so daß sich aus diesem Wasser in dem Teil
des Rippenrohrbündels, das die Luft zuletzt erreicht, kein Reif oder Eis mehr bilden
kann.
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Es empfiehlt sich, bei der Ausführung nach den Abb. 5 und 6 ebenso
wie bei der Ausführung nach den Abb. 3 und 4. die Breite h etwa ebenso groß zu wählen
wie die Länge der Rippenrohre bzw. die Höhe der Luftkanäle 3 und 8, damit beim Umschalten
keine Luft urgekühlt durch den Kühler hindurchgehen kann.
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Damit die beschriebenen Kühlanlagen ganz selbsttätig arbeiten, kann
ein an sich bekannter Zeitschalter vorgesehen werden, der beispielsweise einen Elektromotor
einschaltet, welcher die drehbaren Teile antreibt, und sich selbsttätig wieder ausschaltet,
sobald die Drehung so weit vorgeschritten ist, daß die neue Lage erreicht ist.
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Die absatzweise Drehung um i8o°, die für die Kühler, die in Abb. 3
und .4 sowie Abb. 5 und 6 dargestellt sind, erforderlich ist, kann aber auch, wie
die Abb. 7 und 8 zeigen, durch einen ständig umlaufenden Elektromotor erreicht werden.
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Ein Schneckenrad 25, welches beispielsweise auf dem Abflußrohr 18
gelagert ist, wird durch die Schnecke 26 mittels eines nicht gezeichneten Elektromotors
in langsame Umdrehung versetzt. Gleichachsig mit diesem Rade 25 ist ein Hebel 27
mit einem Gewicht 28 gelagert, der von einem Knaggen 29, der mit dem Rade 25 fest
verbunden ist, mitgenommen werden kann. Dadurch wird der Hebel 27 mit dem Gewicht
28 bis in die höchste Lage befördert. Sobald er diese überschritten hat und in die
strichpunktiert angedeutete Lage gekommen ist, gewinnt er das Übergewicht und fällt
in die obere punktiert gezeichnete Lage. Gleichzeitig verschiebt sich durch sein
Eigengewicht der radial verschieblichauf dem Hebel 27 gelagerte Knaggen 30, der
sich dadurch gegen den Arm 31 legt, der mit dem kippenrohrbündel fest verbunden
ist. Der Arm 31 und damit das Rippenrohrbündel werden von dem Gewichtshebel
27 mitgenommen, der hinabfällt und dabei wegen seines Beharrungsvermögens
über die untere Lage hinausschwingt bis in die untere punktiert gezeichnete Lage,
in welcher er durch einen Anschlag 32 daran gehindert wird, über diese Lage hinauszuschwingen.
Dadurch gelangt der Arm 31, der mit dem Rippenrohrbündel fest verbunden ist, in
die Lage eines gleichen Armes 31a, der um i8o° gegen den Arm 31 versetzt ebenfalls
mit dem Rippenrohrbündel fest verbunden ist. Der Arm 31a wird dabei in die Lage
gedreht, die vorher der Arm 31 einnahm.
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Um die Stärke des Anschlages des Hebels 27 am Anschlage 32 regeln
zu können, ist eine federnde Bremsfläche 33 vorgesehen, deren bremsende Wirkung
mittels einer Feder 3.1 einstellbar ist.
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Nachdem der Hebel 27 am Anschlage 32 zur Ruhe gekommen ist, kehrt
sich seine Bewegung um, und er gelangt in die tiefste ausgezogene Lage, wobei das
radial v erschiebliche Gewicht 3o auf dem unteren Anschlage 35 zur Ruhe kommt.
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Aus. dieser Lage nimmt der Knaggen 29, der mit dem Rade 25 fest verbunden
ist, sobald er bei der stetig kreisenden Bewegung die tiefste Lage erreicht hat,
den Hebel 27
wieder mit und befördert ihn wieder in seine höchste Lage. Dabei
bewegt sich der Knaggen
3o an dem Anschlage des Hebels 3
j a vorbei, weil sein Abstand von der Drehachse, wenn er an
dem Bund 35 anliegt, größer ist als der Abstand der äußeren Teile des Hebels 31a
von der Drehachse. Damit der Anschlag 32 den Hebel 27 bei seiner Aufwärtsbewegung,
wenn er vom Rade 25 mitgenommen wird, nicht aufhalten kann, ist am Rade 25 -ein
Arm 36 vorgesehen, an dessen Ende sich eine Rolle 37 befindet, die den federnden
Hebel 33' fortdrückt, so daß das äußerste Ende des Hebels 27 frei an dem
Anschlage 32 vorbeigehen kann.
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Sobald auf diese Weise der Hebel 27 in die oberste Lage gefördert
'ist, beginnt das Spiel aufs neue. Auf die Weise kommt auf eine Umdrehung des Rades
25 immer eine halbe Umdrehung des Rippenrohrbündels, die durch das Niederfallen
des Gewichtes schnell ausgeführt wird. Dann dreht sich das Rad 25 während einer
halben Umdrehung leer, hebt während der nächsten halben Umdrehung den Hebel 27 mit
dem Gewicht 28 an, die auf diese Weise wieder in die höchste Lage gelangen. Dann
wiederholt sich das Spiel aufs neue, indem der Gewichtshebel das Rippenrohrbündel
wieder um eine halbe Umdrehung weiterdreht.
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Statt das Rippenrohrbündel absatzweise um eine halbe Umdrehung zu
drehen, kann die Drehung bei entsprechender Ausbildung auch eine stetige sein, wie
Abb.9 und io dieses zeigen.
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Die vom Kühlmittel durchflossenen Rippenrohre 2 sind bei dieser Ausführung
in einem Zellenrade untergebracht. Das kranzförmige Kühlrohrbündel ist dabei in
so viel Teile unterteilt, wie Zellen vorhanden sind. Jedes Teilbündel besitzt für
das Kühlmittel eine Zuflußkammer 4o und eine Abflußkammer 4, an die die Enden der
Rippenrohre angeschlossen sind. Die Zuflußkammern 4o werden durch radiale gerade
Rohre 42 mit Kühlmittel versorgt, während aus den Abflußkammern .4i .das Kühlmittel
durch die Rohre 43 nach dem mittleren Teile der umlaufenden Trommel zurückkehrt.
Die Rohre 42 und 43 nehmen an der umlaufenden Bewegung der Trommelteil und sind
an einen Zylinder angeschlossen, der um einen stillstehenden Steuerkopf 44 kreist.
Dieser stillstehende Steuerkopf 44 empfängt das Kühlmittel durch das Rohr 45. Dieses
gelangt auf die Weise in den Raum 46 des Steuerkopfes und aus ihm durch das gerade
radiale Rohr 47, welches die tiefste Lage bei der Drehung der Trommel bereits überschritten
hat, in die zugehörige Zuflußkammer 4o der umlaufenden Trommel, durchströmt von
hier das zugehörige Teilrohrbündel der Rippenrohre und gelangt so in die zugehörige
Abflußkammer 41. Aus dieser strömt es durch das Rohr 48 zu der Zelle 49 des Steuerkopfes,
in welches es sich parallel zur Achse bewegt und auf die Weise durch das Rohr 5o
wieder zu der nächsten Zuflußkammer 4o des benachbarten Teilrohrbündels gelangen
kann. Von hier setzt das Kühlmittel seinen Weg in immer gleicher Weise durch die
Teilrohrbündel und die Zellen des Steuerkopfes fort, bis es schließlich durch das
Rohr 51 zum Raume 52 des stillstehenden Steuerkopfes gelangt, aus dem es
durch das Rohr 53 abströmt.
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Die zu kühlende Luft durchströmt das ringförmig angeordnete Kühlrohrbündel
zweimal, indem sie aus dem Kanalteil 3 in das Innere der Trommel und aus diesem
Innenraum in den Kanalteil 8 strömt. Dabei trifft die Luft infolge der beschriebenen
Kühlmittelführung zunächst auf das bereits erwärmte Kühlmittel, während sie beim
Wiederaustritt aus der Trommel die Rohre umspült, die von dem frischen Kühlmittel
durchströmt werden. Infolge der Drehung der Trommel gelangen die Kühlrohre immer
abwechselnd in den aus der Trommel abziehenden vorgekühlten Luftstrom und den frisch
in die Trommel einströmenden noch warmen Luftstrom, wodurch die Bereifung, die sie
im ersteren Falle erleiden, wieder abgetaut wird. Das aus der Luft abgeschiedene
Wasser wird aus dem untersten Teil des Trommelgehäuses durch das Rohr 54 abgezogen.