-
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.