DE908428C - Verdampfungskuehlung - Google Patents

Verdampfungskuehlung

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DE908428C
DE908428C DEH10581A DEH0010581A DE908428C DE 908428 C DE908428 C DE 908428C DE H10581 A DEH10581 A DE H10581A DE H0010581 A DEH0010581 A DE H0010581A DE 908428 C DE908428 C DE 908428C
Authority
DE
Germany
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condenser
air
steam
cooling
pressure
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Expired
Application number
DEH10581A
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Richard Brandt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hannoversche Maschinenbau AG
Original Assignee
Hannoversche Maschinenbau AG
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Publication date
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Application granted granted Critical
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01PCOOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P5/00Pumping cooling-air or liquid coolants
    • F01P5/02Pumping cooling-air; Arrangements of cooling-air pumps, e.g. fans or blowers
    • F01P5/04Pump-driving arrangements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01PCOOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00Liquid cooling
    • F01P3/22Liquid cooling characterised by evaporation and condensation of coolant in closed cycles; characterised by the coolant reaching higher temperatures than normal atmospheric boiling-point

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description

  • Verdampfungskühlung Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem mit Verdampfungskühlung. Es ist bekannt, daß man bei einfachen Brennkraftmaschinen mit Verdampfungskühltmg den Wasserverlust auf kleine Beträge herabsetzen kann, wenn man über den Motor einen Kühler setzt, aus dem das verdampfte Wasser auskond,ensiert und heraustropft. Dieser Kühler mu;ß zwecks Wärmeabfuhr durch einen Lüfter mit einem Luftstrom beschickt werden, da diese einfachen Motoren meist für stationäre Zwecke oder für langsam laufende Fahrzeuge Verwendung finden, bei denen die Fahrtwindkühlun g ausscheidet.
  • Die einfachste Ausführung eines solchen Kühlers besteht aus oben offenen Kühlerröhrchen, die unten gasdicht durch eine Bodenplatte hindurchtreten,die gasdicht den Wasserraum des Motors abschließt. Der Dampf verdrängt die Luft aus den Kühlerröhrchen nach oben, je mehr Dampf entwickelt wird. Bei konstanter Kühlbelastung stellt sich dann ein Gleichgewichtszustand ein, bei dem die Luft derart nach oben verdrängt wird, daß die Kühlfläche zur Kondensation des entstehenden Dampfes ausreicht. Reicht die Kühlfläche (innere Oberfläche der Kühlerröhrchen) nicht für die Kondensation des entstehenden Dampfes aus, so zieht ein Teil des Dampfes, der nicht kondensiert, oben aus den Küblerröhrchen ab. Der Kühlluftstrom umströmt quer die Kühlerröhrchen. In diesem Kühlluftstrom liegen auch die oberen Enden der Kühlerröhrchen. Durch diesen Luftstrom wird ein intensiver Austausch der Luft aus den Kühlerröhrchen mit dem Luftstrom eintreten, der einen erhöhten Wasserverlust zur Folge haben müßte. Es ist daher notwendig, an den oberen offenen Enden der Kühlerröhrchen einen Kasten anzuordnen, von dem aus eine einzige Öffnung mit einem gerade ausreichenden Querschnitt mit der Außenluft vorhanden sein muß. Dies führt auf das vom normalen Kühler her bekannte überlaufrohr, dessen Länge ein Schutz gegen das Eindringen von Schmutz ist.
  • Der Nachteil dieser bekannten Kondensationskühlung ist, daß die Luft nicht restlos .aus dem Kondensator entfernt wird und bei Änderung der abzuführenden Wärmemenge durch das Verbindungsrohr des oberen Kühlerkastens Luft von außen in den Kühler eintritt, wenn die vom Kühler abzuführende Wärmemenge abnimmt und Dampf-Luft-Gemisch aus dem Rohr raustritt, wenn die vom Kühler abzuführende Wärmemenge zunimmt.
  • Bei Kraftfahrzeugen tritt eine häufige Änderung der Belastung des Motors .auf und damit eine Änderung der abzuführenden Wärmemenge. Dies bedingt ein häufiges Ein- und Ausströmen von Luft und Luft-Dampf-Gemisch aus dem Kondensator, das zu einem dauernden Wasserverlust führt, der nicht immer tragbar ist. Um dies zu vermeiden, wurde unter anderem vorgeschlagen, durch eine Luftschleuse oder durch Überdruck- und Unterdruckventile die Verbindung mit der Außenatmosphäre auf das Anlaufen und auf die Abkühlung nach Stillsetzen der Anlage zu beschränken. Diese Anlage hat nun aber den Nachteil, daß bei größeren Änderungen der Belastung die Drücke im Kondensator in einem größeren Bereich schwanken.
  • Dieser Nachteil wird erfindungsgemäß vermieden durch die Anordnung einer zwischen Kondensator und Atmosphäre geschalteten Luftschleuse bei einem Kondensator, der mit einem Kühlventilator arbeitet, welcher durch eine Dampfkraftmaschine betrieben wird. Vorzugsweise ist die Luftschleuse auf der dem Dampfeintritt in den Kondensator entgegengesetzten Seite an den Kondensator angeschlossen. Außerdem läßt sich die Wirkung noch wesentlich dadurch steigern, da.ß hinter dem Kondensator eine vom Motor getriebene Kondensatpumpe geringer Fördermenge angeordnet ist.
  • Der Erfindungsgedanke läßt die verschiedensten Ausführungsmöglichkeiten zu; eine davon ist in der Anlage dargestellt, ohne daß die Erfindung jedoch hierauf beschränkt sein soll. Die Zeichnung zeigt ein Kühlsystem einer Verbrennungskraftmaschine.
  • Das Dampfzuführrohr i führt je nach der Belastung der zu kühlenden Maschine den Dampf bei mehr oder weniger großem Überdruck der Dampfkraftmaschine 2 zu, im der ein bestimmtes Druckgefälle umgesetzt wird. Der Abdampf wird über die Leitung 3 dem Kondensator zugeführt, der aus einem oberen Kasten ¢, Kühlerröhrchen 5, welche den oberen Kasten mit dem unteren Kasten 7 verbinden, besteht. Durch die Zwischenräume 6 der Kühlerröhrchen wird durch den Lüfter 13 Kühlluft durchgeblasen, wobei- der Lüfter seinen Antrieb durch die Dampfkraftmaschine erfährt. An dem unteren Wasserkasten ist die mit Quecksilber gefüllte Luftschleuse 8 angeordnet, die den Überdruck und den Unterdruck im Kondensator durch die möglichen Flüssigkeitshöhen hl und 112 begrenzt, wobei diese Flüssigkeitshöhen ,den möglichen Überdrücken und Unterdrücken bei verschiedenen Belastungen des Kühlsystems entsprechen. An den unteren Kasten 7 ist außerdem die Kondensatableitung io angeschlossen, welche das Kondensat der von der Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Kondensatpumpe i i zuführt. Von der Dampfkraftmaschine 2 führt eine Kondensatleitung 9 zu dem Kondensatrohr i o, welche den in der D:ampfkraftmaschine kondensierten Dampf ableitet und verhindert, daß sich Kondensat in der Leitung 3 ansammelt.
  • Bei dieser Anlage wird bei Belastungsschwankungen der Lüfter 13 von der Kraftmaschine 2 je nach Belastung schneller oder langsamer angetrieben, Zoobei bei höheren Belastungen die Kraftmaschine höhere Druckgefälle verarbeitet, also schneller läuft und die Kondensatorröhrchen 5 intensiver gekühlt werden und bei kleiner Belastung das Druckgefälle in der Kraftmaschine kleiner ist, diese also langsamer läuft und die Kondensatorröhrchen 5 weniger intensiv kühlt. Dadurch tritt ein Ausgleich der Kühlwirkung bei großer und kleiner Belastung ein, d. h. die Druckunterschiede im Kondensator sind klein bei verschiedenen Belastungen. Ein wesentlicher Vorteil ist aber der Gewinn der Lüfterleistung, die nun nicht mehr von der Verbrennungskraftmaschine ,aufzubringen ist und etwa 5% der Leistung der Verbrennungskraftmaschine ausmacht. Ein weiterer Vorteil der Anlage ist die Anordnung einer vom Motor angetriebenen Kondensatpiunpe i i, die nur etwa 2% der Fördermenge einer Wasserpumpe für ein normales Kühlsystem einer Verbrennungskraftmaschine durchsetzen muß. Diese K ondensatpumpe erlaubt, den Kondensator in jeder Höhenlage anzuordnen, auch unter dem siedenden Wasserspiegel. Eine Auslegung der Kondensatpumpe mit reichlicher Fördermenge erübrigt jede Regelung der Pumpe. Die Leitung io ist dann während des Betriebes immer leer. Sollte bei Stillstand der Anlage der Kondensator durch die etwa undichte Kondensatpumpe i i zum Teil mit Wasser vollaufen, so ist beim Inbetriebsetzen der Anlage das Wasser aus dem Kondensator schon durch die Kondensatpumpe i i leergesaugt, bevor eine erhebliche Drucksteigerung im Dampfraum einsetzt. Dies ist wichtig für die Luftschleuse, in die das Wasser beim Vollaufen des Kondensators ebenfalls eintritt. Da:ß dieses Wasser nicht verlorengeht, soll nachher beschrieben werden.
  • Der Anlaufvorgang der Anlage geht folgendermaßen vor sich: Beien Stillstand ist Luft in den Kondensator eingetreten. Bei Erwärmung der Anlage steigt der Druck langsam an. Es ist .anzunehmen, daß dieses so langsam erfolgt, daß die Dampfkraftmaschine infolge ihrer Dampfdurchlässigkeit noch nicht in Bewegung kommt. Der Druck breitet sich im Kondensator aus. Die Flüssigkeit in der Luftschleuse wird hochgetrieben, bis in dem abwärts gehenden Bogen des U-Rohres die Flüssigkeit vollständig verdrängt ist. Von diesem Augenblick an nimmt aber die Flüssigkeitshöhe bei weiterer Verdrängung im aufsteigenden U-Rohr nicht mehr zu, sondern ab, d. h. auch der Druck nimmt ab. Dies hat zur Folge, daß das kleine Volumen des aufsteigenden Teiles des U-Rohres sehr schnell von dem unter Spannung stehenden Dampf-Luft-Gemisch des Kondensators mit den Dampfzuführungsrohren verdrängt wird, wobei der Druck sehr schnell auf den Druck sinkt, der der Flüssigkeitshöhe in der Erweiterung des U-Rohres am oberen Ende des U-Rohres entspricht. Dieser Druck kann je nach der Wahl der Größe der Erweiterung sehr klein sein. Diese rasche Druckabnahme hat auch ein rasches Nachdampfen aus dem Wasser zur Folge, so daß die ganze Gasmenge im Kondensator in Bewegung kommt. Die Kraftmaschine kommt in Bewegung, der Lüfter wird angetrieben, und die Luft perlt durch das Quecksilber hindurch, bis der Überdruck im Kondensator auf die Höhe der Quecksilbersäule gesunken ist, die der Flüssigkeitshöhe in der oberen Erweiterung entspricht.
  • Diese Druckabnahme beim Abblasen der Luft ist sehr vorteilhaft, weil der Abblasvorgang dadurch sehr rasch erfolgt und daher ,auch die Luft dann. restlos entfernt wird, wenn nach der Anlage nicht sofort auf volle Leistung gegangen wird, wie es z. B. notwendig ist, wenn man ein überdruckventil anordnet, das den eingestellten Druck festhält. Eine restlose Entfernung der Luft ist beim überdruckventil daher nur möglich, wenn beim Anlaufen sofort auf volle Belastung so lange gegangen wird, bis dieses nicht mehr abbläst. Außerdem ist bei der verwendeten Luftschleuse das vor der Luftschleuse vorhandene Wasser nicht dem Kühlsystem verloren. Es geht vor der Luft durch das Quecksilber hindurch und ist dann in der oberen Erweiterung oberhalb des Quecksilbers.
  • Bei Stillsetzen der Anlage kondensiert der Dampf im Diampfraum, der Druck im Kondensator sinkt, und der Außendruck verdrängt das Quecksilber in die untere Erweiterung. Der Vorgang ist genau umgekehrt wie vorher, und die Außenluft dringt wieder in den Kondensator ein, bis ein Druck erreicht ist, der nahezu dem Außendruck entspricht. Dabei tritt auch das Wasser wieder vor der Luft durch das Quecksilber hindurch und befindet sich dann über dem Quecksilber in der Erweiterung und dein Teil des U-Rohres, der am Kondensator angeschlossen ist, so daß hei erkaltetem Motor über dem Quecksilber in dem Teil des U-Rohres, der mit der Außenluft in Verbindung steht, sich kein Wasser befindet.
  • Der besondere Vorteil der Anlage ist also a) Gewinn der Lüfterleistung bei kleinem überdruck im Kondensator (etwa o, i atü) und bei kleinem überdruck im Kühlwasserraum (etwa o,6 atü) durch die Dampfkraftmaschine; b) beliebige Höhenlage des Kondensators durch die Anwendung der Kondensatpumpe mit Antrieb durch den Motor mit reichlicher Fördermenge, wodurch eine besondere Regelung derselben sich erübrigt; der Leistungsaufwand für die Kondensatpumpe ist etwa i0/0,) der Motorleistung; c) durch die Eigenart der Wirkungsweise der Luftschleuse wird die Luft aus dem Kondensator 'beim Anfahren restlos entfernt.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: r. Verdampfungskühlung, gekennzeichnet durch die Anordnung einer zwischen Kondensator und Atmosphäre geschalteten Luftschleuse bei einem Kondensator, der mit einem Kühlventilator arbeitet, welcher durch eine Dampfkraftmaschine betrieben wird. Verdampfungskühlung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftschleuse auf der dem Dampfeintritt in den Kondensator entgegengesetzten Seite an den Kondensator angeschlossen ist. 3. Verdampfungskühlung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Kondensator eine vom Motor ,getriebene Kondensatpumpe geringer Fördermenge angeordnet ist.
DEH10581A 1951-11-29 1951-11-29 Verdampfungskuehlung Expired DE908428C (de)

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DEH10581A DE908428C (de) 1951-11-29 1951-11-29 Verdampfungskuehlung

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DEH10581A DE908428C (de) 1951-11-29 1951-11-29 Verdampfungskuehlung

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DE908428C true DE908428C (de) 1954-04-05

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