DE825693C

DE825693C - Capillary fluid delivery system, especially for heat transfer

Info

Publication number: DE825693C
Application number: DEG3819A
Authority: DE
Inventors: Richard S Gaugler
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1945-04-30
Filing date: 1950-09-28
Publication date: 1951-12-20

Description

Kapillarflüssigkeitsfördersystem, insbesondere für Wärmeübertragung Die Erfindung betrifft mit Kapillarwirkung arheitende Fliis:igkeit:fördermittel und ihr-- Verwendung insbesondere in Wärmeübertragungssystemen, wie z. B. in \rebensystenten von Kühlschränken.Capillary liquid delivery system, especially for heat transfer The invention relates to liquid that works with capillary action and their use especially in heat transfer systems, such as B. in \ rebensystenten of refrigerators.

Solche Fördermittel gestatten die Herstellung von Wärmeübertragungssystemen, welche Wärme von oben nach unten übertragen können.Such subsidies allow the production of heat transfer systems, which can transfer heat from top to bottom.

Im allgemeinen besteht ein solches Flüssigkeitsfördermittel aus einem Röhrchen, welches ein Kapillärgefüge in der Form eines Geflechts aus Wolle oder Drahtgaze oder eines Dochts enthält.In general, such a liquid conveying means consists of one Tube, which has a capillary structure in the form of a braid of wool or Contains wire gauze or a wick.

Das Kapillargefüge dieser Erfindung, im weiteren mit Dcxlii bezeichnet, besteht aus einem Bund von feinen, nicht saugfähigen Fasern, wie z. B. aus Glas, welcher durch eine nicht saugfähige Litze umgeben und gehalten wird und sich in der Länge des Röhrchens erstreckt. Dieser Bund besteht vorzugsweise aus endlosen oder aus endlichen außerordentlich feinen Glasfasern, welche einen mittleren Durchmesser von o,ooa mm haben. Er wird vorzugsweise durch Zusammenpressen auf eine bestimmte Dichte gebracht und in diesem Zustand durch die ihn umschließende Litze aus entweder endlosen oder endlichen Fasern gehalten. Es entsteht so ein Docht mit außerordentlich hoher Kapillarwirkung. Im allgemeinen sollte die Dichte zwischen o,5 g/cms für maximale Saugwirkung und 0,2 g/cms für maximalen Durchfluß liegen. Die Dichte kann kontinuierlich oder schrittweise längs des Dochtes verändert werden.The capillary structure of this invention, hereinafter referred to as Dcxlii, consists of a bundle of fine, non-absorbent fibers, such as B. made of glass, which is surrounded and held by a non-absorbent strand and is in extends the length of the tube. This covenant preferably consists of endless ones or from finite, extremely fine glass fibers, which have an average diameter of o, ooa mm have. He is preferably by pressing on a certain Brought density and in this state by the braid enclosing it from either held endless or finite fibers. The result is a wick with extraordinary high capillary action. In general, the density should be between 0.5 g / cms for maximum Suction and 0.2 g / cms for maximum flow. The density can be continuous or be changed gradually along the wick.

Um ungehinderte Verdampfung der leichtflüchtigen Flüssigkeit und leichten Zurückfluß der Dämpfe zum Kondensator zu ermöglichen und weiterhin einen guten unmittelbaren Wärmeübergang von einer jeden beliebigen Stelle des Röhrchens zur nächsten Stelle an der Oberfläche des Dochtes zu gewährleisten, wird der Docht von einem aus feinem Draht gewebten oder gestrickten Mantel umgeben, welcher den Docht von der Wandung des Röhrchens trennt.To ensure unhindered evaporation of the volatile liquid and light Allow the vapors to flow back to the condenser and continue to have a good immediate flow Heat transfer from any point on the tube to the next point to ensure the wick is at the surface of the wick one from fine wire woven or knitted coat, which surrounds the wick of the wall of the tube separates.

Weitere Ziele undVprteile derErfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, wobei auf die Zeichnungen Bezug genommen wird.Other objects and advantages of the invention emerge from the following Description, reference being made to the drawings.

Fig. r stellt die Rückansicht eines aufgeschnittenen Kühlschrankes dar; Fig. 2 ist ein Schnitt nach der Linie 2-2 von Fig. i, worin i-i die Schnittlinie von Fig. i darstellt; Fig. 3 ist ein Schnitt längs 3-3 von Fig. i durch den Kondensatsammler und eines der Röhrchen; Fig. 4 veranschaulicht die Anordnung der Glasfaserstränge in den Röhrchen des Nebensystems, welches in Fig. i dargestellt ist; Fig. j ist die Teilansicht eines Röhrchens mit einer abgeänderten Anordnungsform der Glasstränge und Glasfasern; l@ ig. 6 ist die Teilansicht einer Anordnungsform des Röhrchens, welches einen Glasfaserdocht enthält.Fig. R shows the rear view of a cut-open refrigerator; Figure 2 is a section on line 2-2 of Figure i, wherein ii is the section line of Figure i; Figure 3 is a section along 3-3 of Figure i through the condensate collector and one of the tubes; Fig. 4 illustrates the arrangement of the glass fiber strands in the tubes of the ancillary system shown in Fig. I; Fig. J is a partial view of a tube with a modified form of arrangement of the glass strands and glass fibers; l @ ig. 6 is a partial view of one form of assembly of the tube containing a fiberglass wick.

In l@ 1g. i bis 3 ist ein Kühlschrank 2o dargestellt, dessen äußere Wandung 22 die Isolation 24 umschließt, welche an den Hauptverdampfer 26 und die kastenförmige innere \'andung 28 angrenzt. Der Hauptverdampfer 26 besteht aus zwei Blechtafeln. Der zwischen den Tafeln befindliche ]Zaum bildet den Durchgang für das Kältemittel. Der Hauptverdampfer bildet den Boden, die Seitenwände und die Rückwand des unteren Kühlraumes 3o. Die unteren Kanten des inneren Wandteils 28 sind unter einem Winkel von etwa 45° nach innen abgewinkelt und bilden so einen Flansch 32 (Abb. 2), welcher durch einen Streifen aus Wärmeisoliermaterial von dem nach außen abgewinkelten Flansch 34 der oberen Kante des Ylatil>tv,erdampfers 26 getrennt ist.In l @ 1g. i to 3 a refrigerator 2o is shown, its outer Wall 22 encloses the insulation 24, which is attached to the main evaporator 26 and the box-shaped inner wall 28 adjoins. The main evaporator 26 consists of two Sheet metal. The bridle between the panels forms the passage for the refrigerant. The main evaporator forms the bottom, the side walls and the rear wall of the lower refrigerator 3o. The lower edges of the inner wall part 28 are below angled inwards at an angle of approximately 45 ° and thus form a flange 32 (Fig. 2), which is covered by a strip of thermal insulation material from the outside angled flange 34 of the upper edge of the Ylatil> tv, evaporator 26 is separated.

Auf dem Flansch 32 liegt eine horizontale Trennwand 36 aus einem geeigneten durchsichtigen Stoff finit geringer Wärmeleitfähigkeit auf (z. B. Polyinethylmetacrylat). Am Umfang dieser Trennwand 36 ist ein Dichtstreifen 38 aus einem gummiähnlichen Stoff angebracht, welcher eine Abdichtung zwischen der Trennwand, der Tür 40 und dem Flansch 32 am unteren Ende der inneren Wandung 28 herstellt.On the flange 32 is a horizontal partition 36 made of a suitable one transparent material with finite low thermal conductivity (e.g. polyethyl methacrylate). On the circumference of this partition 36 is a sealing strip 38 made of a rubber-like one Fabric attached, which forms a seal between the partition, the door 40 and the flange 32 at the lower end of the inner wall 28 produces.

Flüssiges Kältemittel wird dem Hauptverdampfer 26 zugeführt und verdampftes Kältemittel durch die Saugleitung 42 mittels der Kondensatoreinheit abgepumpt. Die Kondensatoreinheit besteht aus einem gekapselten Motorkompressor.44, dem Kondensator 46 und der Drossel 48, welche den Zufluß des flüssigen Kältemittels zum Hauptverdampfer 26 regelt. Das flüssige Kältemittel verdampft unter verringertem Druck im Hauptverdampfer, um die Temperatur im Kühlraum 30 unter dem Gefrierpunkt zu halten.Liquid refrigerant is fed to the main evaporator 26 and evaporated refrigerant is pumped out through the suction line 42 by means of the condenser unit. The condenser unit consists of an encapsulated motor compressor 44, the condenser 46 and the throttle 48, which regulates the flow of the liquid refrigerant to the main evaporator 26. The liquid refrigerant evaporates under reduced pressure in the main evaporator in order to keep the temperature in the refrigerator compartment 30 below freezing point.

Um den oberen feuchten Kühlraum 28 kühl ohne Trockenheit zu halten, ist es erforderlich, daß große Kühlflächen vorhanden sind, welche bei Temperaturen gehalten werden, die nur wenig unter den gewünschten Lufttemperaturen im Kühl- raum 28 liegen. Das Nebenkühlsystem ermöglicht diese Kühlung, indem es das Oberteil der inneren Verkleidung 28 mit dem unten liegenden Haupt- verdampfer 26 verbindet. Das Nebenkühlsystem besteht aus einem Sammler 5o, welcher in der Nähe des Verdampfers 26 angeordnet ist. In diesem Sammler ist eine solche Zahl von Röhrchen hinein- geführt, wie sie erforderlich ist, um eine aus- reichend große Fläche der inneren Wandung 28 zu kühlen. In den Zeichnungen sind elf Röhrchen dar- gestellt, wobei die äußeren Röhrchen 52 und 54 an der Hinterwand des Kühlraumes bis zur halben Höhe hinaufreichen und dann schräg an vier Seiten- wand aufwärtsgeführt sind (Fig. 2). Die übrigen neun Röhrchen werden an der Rückwand nach oben geführt, wobei sie über die Breite des Schrankes auseinandergezogen werd:n und auch das Oberteil des Schrankes erfassen. Die Röhrchen sind an der Rückwand mittels Laschenstreifen 56 und an dein Oberteil mittels Laschenstreifen 58 befestigt. Der Sammler 5o kann unmittelbar an die Rück- wand des Hauptverdampfers 26 befestigt werden, jedoch wird die darge>telltt- Ausführung vor- gezogen, wobei ein zusätzliche: Rohr 6o (Fig. i und 3) an dem einen Ende des Sammlers 5o an- geschlossen ist und zuerst scnlkreclit und dann mit geringer Steigung schräg nach ollen verläuft. Dieses Rohr ist, wie in Fig. 3 dargestellt, abgeplattet und ist mittels -der Laschen 6 .2 und den Schrauben 64 an der Rückwand des Hauptverdampfers 26 be- festigt. Der Sammler 5o ist teilweise mit einer leichtflüchtigen Flüssigkeit 66, wie z. 13. wasser- freiem Ammoniak, gefüllt. Die Ainmonial:däinpfe fließen vom Oberteil des Sammlers zu, schlagen auf der Wandung des Rohre: 6o nieder. welches durch den Hauptverdampfer gekühlt wird, und diese so kondensierte 1# lüssigkeit fließt unter (lern Einfluß der Schwerkraft zum Sammler zurück. Falls das Nebenkühlsystem die Lelien@mittcl unter eine gewünschte Temperatur kühlt, kann ein inertes Gas, @i ie z. B. Stick:tott, in (las S@-;tcin ein- gefüllt werden. Dieses inerte Gas sammelt sich itl dem Rohr 6o, wobei es dessen oberes Ende bei kleiner oder großer Belastung mehr oder wenig;°r blockiert. In den Röhrchen 52, 5,4, 68 sind eine \"ielzalil von Strängen 72 von Bunden oder Bändern von Glaswolle, vorzugsweise Wie ü) Fig.4 dargestellt, angeordnet. Diese Bunde bestehen aus Strätig:n endlicher Glasstapelfasern init einem Neindurch- messer von 0,002 mm. Innerhalb eines Röhrchens von etwa io mm Durchmesser sind die Stränge z. B. so angeordnet, daß es am unteren 1"ilcfe 40 sind, wobei die Zahl schrittweise vergrößert wird, so daß am oberen Ende etwa 7o Stränge vorhanden sind. Somit erstrecken sich 4o Stränge über die gesamte Rohrlänge, weitere zehn .erstrecken sich ungefähr Tiber '/a der Rohrlänge, eine weitere Zehnergrupp° von Strängen über die Hälfte des Rohres, während die vierte Gruppe sich auch wieder mit zehn zu- sätzlichen Strängen über das letzte \"iertel des Rohres erstreckt. Um das _Nrheiten zti erleichtern, sind alle Stränge von einem litzenartigen Strumpf aus Glasschnur umschlossen und zusammengepreßt. Das aus Strängen und Litze 70 bestehende Element ist wiederum vors einer weitmaschigen Drahtlitzenummantelung 78 umschlossen, wobei das gesamte Element einen Docht bildet. Die Ummantelung 78 trennt die kapillar wirksamen Glasfasern von der Wandung des Röhrchens, wodurch ein netz- und ringförmiger Zwischenraum entsteht. Gleichzeitig dient die Ummantelung zur Wärmeleitung. Der Docht wird in da$ Röhrchen eingezogen, ehe das Röhrchen an den Sammler angeschlossen und an seinem oberen Ende verschlossen ist. Das Ende eines jeden Röhrchens und der Docht reichen fast bis an den Boden des Sammlers 5o (Fig. 3), so daß (las untere Ende des Dochtes immer von der leichtflüchtigen Flüssigkeit durchtränkt ist. Der Docht ist sehr stramm in das Röhrchen eingezogen, wobei seine Dichte \-(»n unten nach oben von 0,2 g/cm3 bis auf o,5 g/cm3 zunimmt, so daß ein gewünschter Kapillarzwischenraum zwischen denGlaswollfasern gebildet wird. Falls erforderlich, kann der litzenartige Strumpf 70 fortgelassen werden.In order to keep the upper moist cooling space 28 cool without dryness, it is necessary that large cooling surfaces are available, which are kept at temperatures that are only slightly below the desired air temperatures in the cooling. room 28 lie. The secondary cooling system enables this cooling by making the top part of the inner Covering 28 with the lower main evaporator 26 connects. The auxiliary cooling system consists of a collector 5o, which is nearby of the evaporator 26 is arranged. In this Collector is such a number of tubes into- as it is necessary to carry out an ex- sufficiently large area of the inner wall 28 to cool. Eleven tubes are shown in the drawings. placed with the outer tubes 52 and 54 on half of the rear wall of the refrigerator compartment Reach up and then at an angle on four wall are led upwards (Fig. 2). The remaining nine tubes are facing up on the back wall led, taking them across the width of the closet be pulled apart: n and also the top of the cabinet. The tubes are on the Back wall by means of tab strips 56 and to your Upper part fastened by means of tab strips 58. The collector 5o can be sent directly to the wall of the main evaporator 26 are attached, however, the version shown is presented drawn, with an additional: tube 6o (Fig. i and 3) at one end of the collector 5o is closed and first scnlkreclit and then with runs obliquely towards ollen. This Tube is, as shown in Fig. 3, flattened and is by means of the lugs 6 .2 and the screws 64 on the rear wall of the main evaporator 26 solidifies. The collector 5o is partially with a volatile liquid 66, such as. 13.water free ammonia, filled. The Ainmonial: däinpfe flow from the top of the collector to hit on the wall of the pipe: 6o down. which is cooled by the main evaporator, and this 1 # liquid condensed in this way flows under (learn Influence of gravity back to the collector. If the secondary cooling system the Lelien @ mittcl cools below a desired temperature, a inert gas, @i ie z. B. Stick: tott, in (read S @ -; tcin a be filled. This inert gas collects itl the tube 6o, with its upper end at small or large load more or less; ° r blocked. In the tubes 52, 5, 4, 68 are a \ "ielzalil of strands 72 of coils or ribbons of Glass wool, preferably as shown in ü ) Fig. 4, arranged. These bundles consist of Strätig: n of finite glass staple fibers with a knife of 0.002 mm. Inside a tube of about 10 mm in diameter, the strands are z. B. arranged so that there are 40 at the bottom 1 ", the number is gradually increased so that there are about 70 strands at the top. Thus 40 strands extend over the whole Pipe length, another ten .stretch approximately Tiber '/ a of the pipe length, another group of tens ° of strands across half of the tube while the fourth group again with ten to additional strands over the last \ "¼ of the Pipe extends. In order to facilitate the _nosiness zti, are all Strands enclosed in a strand-like stocking made of glass cord and pressed together. The element consisting of strands and braid 70 is in turn enclosed in front of a wide-meshed wire braid sheathing 78, the entire element forming a wick. The sheathing 78 separates the capillary active glass fibers from the wall of the tube, creating a net-like and annular space. At the same time, the sheathing serves to conduct heat. The wick is drawn into the tube before the tube is connected to the collector and closed at its upper end. The end of each tube and the wick extend almost to the bottom of the collector 50 (Fig. 3), so that (the lower end of the wick is always soaked in the volatile liquid. The wick is drawn very tightly into the tube, whereby its density increases from 0.2 g / cm3 up to 0.5 g / cm3, so that a desired capillary gap is formed between the glass wool fibers. If necessary, the strand-like stocking 70 can be omitted.

In einer in Fig. 5 dargestellten abgeänderten Form besteht das Kapillargefüge in dem Röhrc hen 8 2 aus ,Strängen 84, welche aus endlosen Glasfasern mit einem Durchmesser von o,oo56 mm und aus feineren endlichen Glasfasern mit einem mittleren Durchmesser i-011 0,002 mm aufgebaut sind. Diese Stränge sind von einem litzenartigen Mantel, bestehend aus endlosen oder endlichen Glasfasern umschlossen, welcher wiederum von einem litzenartigen Dralitmatitel 9o umschlossen ist. Dieser sitzt stramm in dem Röhrchen 82. Diese Bauweise gestattet es, daß die Stränge 86 aus feinen Fasern die Flüssigkeit möglichst hoch steigen läßt, während die Stränge 84 des gröberen Nfaterials einen ausreichenden Flüssigkeitsstrom ermöglichen.In a modified form shown in FIG. 5, there is the capillary structure in the Röhrc hen 8 2 from, strands 84, which are made of endless glass fibers with a Diameter of o, oo56 mm and made of finer finite glass fibers with a medium one Diameter i-011 0.002 mm. These strands are of a strand-like shape Sheath consisting of endless or finite glass fibers enclosed, which in turn is enclosed by a strand-like Dralitmatitel 9o. This sits tight in the tube 82. This construction allows the strands 86 of fine fibers lets the liquid rise as high as possible, while the strands 84 of the coarser Nfaterials allow a sufficient flow of liquid.

In der in Fig. 6 dargestellten Form bestehen die Stränge 92 aus feinen endlichen Fasern, welche sich in einem litzeriartigen Mantel aus endlosen Glasfasern 94 befinden, welcher wiederum von einem litzenartigen Drahtmantel 96 umschlossen ist. Bei dieser Form ist jedoch das Röhrchen 98 schwach konisch, so daß die Stränge im oberen Teil stärker zusammengepreßt werden als im unteren Teil, um eine starke Fiüssigkeitsanliel>ung zu bekommen. Diese Anordnung ermöglicht eine allmähliche Steigerung (1(,r Dichte und der Kapillarität von unten nach ol;etr innerhalb der Grenzen von 0,2 Isis 0,5 g/cm3.In the form shown in FIG. 6, the strands 92 consist of fine, finite fibers, which are located in a litz-like sheath made of endless glass fibers 94, which in turn is enclosed by a litz-like wire sheath 96. In this form, however, the tube 98 is slightly conical, so that the strands are more compressed in the upper part than in the lower part, in order to obtain a strong liquid contact. This arrangement enables a gradual increase (1 (, r density and capillarity from bottom to ol; etr within the limits of 0.2 isis 0.5 g / cm3.

Bei allen oben beschriebenen und dargestellten Systemen steigt die Flüssigkeit im Röhrchen in den Kapillaren, welche sich zwischen den Fasern gebildet haben, hoch. Die Wärme aus dem Lel>ensmittelvorratsabteil geht durch die Wand 28 durch die Wandurig des Röhrchens und von dort durch (]en I)ralitlitzenmantel78 an die Flüssigkeit über, welche durch die äußersten Fasern des Dochtes gehalten wird. Diese Flüssigkeit verdampft, und der 1)anil)f wird (furch den netzartigen ringförmigen Sl)alt, welcher durch den \latrtel 78 gebildet wird, in den Sammler 50 nach unten gedrückt; von dort steigt er in dem kalten Rohr 6o hoch, wo er niederschlägt und dann als Flüssigkeit zum Sammler 50 zurückläuft.In all of the systems described and illustrated above, the liquid in the tube rises up in the capillaries that have formed between the fibers. The heat from the solvent storage compartment passes through the wall 28 through the wall of the tube and from there through the ralitlitzenmantel78 to the liquid, which is held by the outermost fibers of the wick. This liquid evaporates, and the 1) anil) f is (through the reticulate ring-shaped S1) old, which is formed by the \ latrtel 78, pressed down into the collector 50; from there it rises in the cold pipe 6o, where it precipitates and then runs back to the collector 50 as a liquid.

Die Litze aus Draht 78 ermöglicht (las ungehinderte Verdampfen des flüssigen Kältemittels an der Oberfläche des kapillarwirksamen Stoffes. Sie ist auch Wärmeleiter zwischen der Wandung des Röhrchens und der Oberfläche des kapillarwirksamen Stoffes und bildet gleichzeitig einen Zwischenraum, durch welchen das verdampfte Kältemittel zum Sammler So zum Kondensieren geleitet wird. Dadurch wird die Wirksamkeit des Kapillarwärmeübertragungssystems verbessert. Wo die Wärme nur über eine kurze Strecke übertragen werden soll, kann als faseriges Material verdichtete Wollfaser benutzt werden.The strand of wire 78 allows unhindered evaporation of the liquid refrigerant on the surface of the capillary-active substance. she is also heat conductors between the wall of the tube and the surface of the capillary Substance and at the same time forms a space through which the evaporated Refrigerant is routed to the collector so to condense. This will increase the effectiveness of the capillary heat transfer system improved. Where the heat only lasts for a short time Distance to be transmitted can be called fibrous material, compacted wool fiber to be used.

Während die bislang beschriebenen Formen der Erfindung im allgemeinen vorgezogen werden sollen, ist trotzdem klar, daß auch andere Formen in den Bereich der Erfindung fallen. So können z. B. andere leicht flüchtige Flüssigkeiten als wasserfreies Ammoniak wie Äthyl- und Methylalkohol und andere nicht saugfähige Fasern als Glas oder Metall benutzt werden.While the forms of the invention so far described generally Should be preferred, it is nevertheless clear that other forms are also included in the range fall of the invention. So z. B. other volatile liquids than anhydrous ammonia such as ethyl and methyl alcohol and other non-absorbent fibers be used as glass or metal.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Capillary liquid delivery system, in particular for heat transfer in refrigerators, characterized in that it consists of a bundle of fine, non-absorbent fibers which is enclosed and held by a non-absorbent strand (70).

2. Capillary liquid delivery system according to Claim i, characterized in that it consists of a strand of thermally conductive material (78) e.g. B. metal, is surrounded.

3. capillary liquid delivery system according to claim 2, characterized in that it is enclosed in a tube (68).

4th Capillary liquid delivery system according to one of Claims i to 3, characterized in that that the federal government has increasing fiber density from one end to the other, creating a increasing capillary action is achieved.

5. Capillary liquid delivery system according to one of claims i to 4, characterized in that the bundle of glass fibers, which have a diameter of the order of 0.002 mm.

6. Heat transfer system according to claim i, characterized by an airtight container (50) for a highly volatile liquid (66), which consists of two parts, so are arranged to be exposed to two different temperatures at the same time can be, whereby the two parts by a capillary system of fine fibrous, non-absorbent material (72), which through a strand (7o) made of non-absorbent Material is held in the compressed state, are connected.

7th Heat transfer system according to Claim 6, characterized in that it consists of composed of a plurality of enclosed capillary systems, which of a common container containing a volatile liquid. B. Heat transfer system according to claim 7 for cooling purposes, characterized in that that these capillary systems enclose the surface to be cooled. G. Heat transfer system according to claim 8 for cooling purposes, characterized in that it consists of a main evaporator (26) and a secondary heat transfer system, the ancillary system from a collector (50) which is in heat exchange with the main evaporator (26), and consists of a plurality of tubes (52, 54, 68) which of the aforesaid Go out collector and are in heat exchange with the space to be cooled (28), wherein each of the tubes contains a capillary system.