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Kühleinrichtung unter Verwendung eines Ranquerohres Die bisher bekannten
Kühleinrichtungen weisen den Nachteil auf, daß sie mit einem Kältemittel als Wärmeträger
arbeiten und Verdampfer, Kondensatoren und Pumpen besitzen, die zur Anfälligkeit
der Anlagen beitragen. Die das Kältemittel führenden Anlageteile müssen gas- und
flüssigkeitsdicht ausgeführt werden, um Korrosionen zu vermeiden, und unterliegen
damit einer dauernden Wartung. Eine von den bekannten Kälteanlagen abweichende Einrichtung
ist das sogenannte RxnqueTohr, bei dem tangential ein unter Druck stehendes Gas,
insbesondereLuft, eingeblasen wird, welches sich wirbelförmig nach beiden Seiten
des Rohres aufteilt und durch Blenden an den Rohrenden austritt. Im Ranquerohr bildet
sieh dabei zentral .im Wirbel eine axiale Strömung aus. Der noch nicht eindeutig
geklärte Effekt des Ranquerohres ist der, daß sich der Wärmeinhalt der Luft entsprechend
der Aufteilung derselben verändert, so daß aus dem einen Ende des Ranquerohres heiße
Luft und aus dem anderen Ende kalte Luft austritt. Der Vorteil des Ranquerohres
besteht darin, daß ohne ein besonderes Kältemittel und ohne bewegte Teile ein Kühleffekt
erzeugt wird. Die Betriebssicherheit eines solchen Rohres .ist damit jeder der gewöhnlichen
Anlagen weit überlegen.
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Um diese Vorteile im großen Maßstab nutzbar zu machen und zu erhalten,
d. h. um nicht
wiederum die Betriebssicherheit eines derartigen
Kühlsystems durch mechanisch betätigte Hilfsanlagen einzuschränken, wird erfindungsgemäß
eine Kühleinrichtung unter Verwendung eines Ranquerohres angewendet, bei der das
zum Betreiben des Rohres bestimmte gasförmige Medium durch ein Düsenverdichtersystem
gefördert und komprimiert wird. Als gasförmiges Medium soll wiederum insbesondere
Luft dienen. Die bekannten Düsenverdichtersysteme setzen Wärme in kinetische Spannungsenergie
dadurch um, daß Gase oder Dämpfe bei höherer Temperatur unter Umsetzung der Dehnungsarbeit
in kinetische Energie adiabatisch expandieren und -mit Hilfe dieser Energie bei
niedrigerer Temperatur wieder isotherm verdichtet werden. Vorteilhaft kann die aus
dem Ranquerohr austretende heiße Luft in das Düsenverdic'htersystem zurückgeführt
werden, also einen geschlossenen Kreislauf beschreiben, so daß die im Ranquerchr
auf die Heißgasseite übertragene Wärme als Nutzwärme verwertet werden kann. Die
aus dem Ranquerohr austretenden kalten Gase sollen nach Durchströmen eines Kühlers
bzw. nach Aufnahme der von einem zu kühlenden Mittel entzogenen Wärme ebenfalls
in das Düsenverdichtersystem zurückgeführt werden, also einen geschlossenen, dem
Heißgaskreislauf teilweise parallel geschalteten Kreislauf, den Kaltgaskreislauf,
beschreiben. Die zum Betreiben der Einrichtung, insbesondere zum Decken der Verluste
notwendige Wärme soll dem Medium vor Wiedereintritt desselben in das Düsenverdichtersystem
zugeführt werden. Das den Kühler verlassende Medium kann gleichzeitig die zur isothermischen
Verdichtung dienende Druckdüse des Düsenverd@iclttersystems kühlen, so,daß die dort
anfallende Wärme ebenfalls in den Kreislauf zurückgeführt wird. Eine zusätzliche
Wasserkühlung kann vorgesehen werden.
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Der Kühlmitteldurchfluß durch den Kühler soll durch eine Regelleitung
mit Beipaßventil, die dem Kühler parallel geschaltet ist, geregelt werden. Das durch
den Kühler und durch die Kühlung der Druckdüse des Düsenverdichtersystems bereits
vorgewärmte Medium kann mit dem die Druckdüse des Düsenverdichtersystems verlassende
Medium über einen Wärmeaustauscher in Wärmeaustausch gebracht werden, so daß eine
weitere Vorwärmung des kalten Gases vor Wiedereintritt desselben in das Düsenverdichtersystem
hzw. vor der Beh:eizung erfolgt. Gleichzeitig wird dadurch erreicht, daß das unter
Druck stehende Medium vor Eintritt in das Ranquerohr gekühlt wird. Zur Regelung
des Wärmeaustausches sollen dem Wärmeaustauscher beidseitig Leitungen zur Durchflußregelung
parallel geschaltet sein. Zusatzluft soll durch das Unterdruckgebiet des Düsenverdichtersystems
angesaugt werden. Die notwendigen A#bblaseventile sind vorzusehen.
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Die Wärmezuführung kann mittelbar durch Wärmeaustausch oder unmittelbar
durch Verbrennung beliebiger Brennstoffe innerhalb des Mediums erfolgen. Vorteilhaft
ist die Verwendung elektrischer Heizwiderstände als Wärmequelle. Ein derartiger
Heizwiderstand kann z. B. bei doppelwandig ausgeführter Heißgasseite des Ranquerohres
innenhalb der doppelten Warndung liegen. Die Wärmequelle soll wie üblich bei Kälteanlagen
in Abhängigkeit von der Kühlleistung zu- und abgeschaltet werden. Zum Anfahren der
Kühleinrichtung dient vorteilhaft die Wärmequelle selbst, die durch Erwärmung des
Mediums den Druck desselben vor dem Düsenverdidhtersystem so weit erhöht, bis der
Betriebsdruck des Düsenverdichtersystems erreicht ist: Durch eine Kühleinrichtung
nach der Erfindung ist eine völlige Unabhängigkeit von besonderen Kältemitteln erreicht,
sind sämtliche mechanisch betätigten Einrichtungen vermieden und-eine Unabhängigkeit
von der örtlichen Stellung und Lage der Einrichtung selbst erzielt. Zum Betreiben
der Einrichtung wird nur eine Wärmequelle benötigt. Die Kühleinrichtung eignet sich
besonders zur Verwertung von Abwärme, die in kalten Jahreszeiten zur Heizung dienen
kann, die jedoch in warmen Jahreszeiten nutzlos verlorengeht.
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Naturgemäß können mehrere Düsensysteme zur Erzeugung eines. höheren
Druckes und mehrere Wärmequellen hintereinandergeschaltet' werden. Das gleiche gilt
für das Ranquerohr und den Kühler. Um eine größere Durch satzmenge zu verarbeiten,
können die Anlageteile mehrfach angeordnet und parallel geschaltet sein.
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Das Grundprinzip -der Eifindung ist durch die Fig. i dargestellt.
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Die Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in besonders
geeigneter Schaltung.
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Nach Fig. i besteht eine Kühleinrichtung aus einem Ranquerohr i, einer
Heizung 8, einem Düsenverdichtersystem 13 und einem Kühler 6. Die Heizung 8 besteht
aus .einem Heizwiderstand .den Anschlußleitungen 30 und einem Schalter io,
der an einer passenden Stromquelle i i angeschlossen ist. In der Heizung 8 wird
Luft aufgeheizt, die über eine Heißleitung 26 dem Düsenverdichtersystem 13 zufließt.
Die Heißluft tritt in das Düsensystem 13 durch die Düse 1q. ein, expandiert im Diffusor
15 adiabatiseh unter Umsetzung der Wärmeenergie in kinetische Energie und wird in
der Druckdüse 18 isotherm verdichtet. Die Kühlung 'der Druckdüse erfolgt über eine
Kühlwasserleitung i9. Die kalte, unter Druck stehende Luft fließt der Wirbeldüse
2 des Ranquerohres i über die Druckleitung 29 zu und trennt sich im Ranquerohr in
einen Heißluftstrom, der durch die Warmblende q. austritt, und in einen Kaltluftstrom,
der durch die Kaltblende 3 austritt. Der Warmluftstrom fließt über die Warmleitung
25 zur Heizung 8 unmittelbar zurück. Der Kaltluftstrom fließt über eine Kaltleitung
23 einem Kühler 6 zu, nimmt dort Wärme auf und strömt über eine Kühlleitung 24 ebenfalls
zur Heizung zurück. Zusätzliche Luft kann über eine Zusatzleitung 27 und einem Saugventil
21 vom Unterdruckgebiet des Düsenverdidhtersystems 13 direkt durch die Ansaugöffnungen
2o angesaugt werden. Eine Abblaseleitung 28 mit einem A#bblaseventil 22
dient
zur Druckregulierung. Mit 16 ist eine Wärmeisolierung bezeichnet. In der Kühlleitung
24 ist ein Rückschlabventi:l 7, in der Waxmleitung 25 ist ein Rückschlagventil 5
und in der Heißleitung 26 ist ein Startventil 12 angeordnet. Der Zweck der Ventile
ist, die Kühleinrichtung automatisch bei Schließen .des Schalters io anzufahren.
Das Startventil 12 ist, wenn die Kühleinrichtung außer Betrieb ist, geschlossen.
Wird der Schalter io eingelegt, so wird die in der Heizung 8 befindliche Luft über
den Heizwiderstand 9 erhitzt, dehnt sieh aus und schließt die Rückschlagventile
7 und 4. Da die Luft nicht entweichen kann, steigt der Druck zwischen den Rücksdhlagventilen
7 und 4 und dem Startventil 12. Ist der zum Betrieb des Düsenverdichtersystems 13
notwendige Druck des Kühlmediums, in .diesem Falle der Luft, erreicht, so, öffnet
das Startventil 12, das auf diesen Druck eingestellt ist, automatisch und bleibt
in dieser Stellung temperaturabhängig voll geöffnet, d. h. esschließt erst dann,
wenn die Lufttemperatur bei ab gestellter Kühleinrichtung einen bestimmten Wert
unterschritten hat. Durch das Öffnen des Startventils 12 fließt -die unter Druck
stehende Luft schlagartig dem Düsenverdichtersysitem 13 zu, wird von diesem verdichtet
und gelangt über das Ranquerohr i @bzw. den Kühler 6 über cli,e sich nun automatisch
öffnenden Rücksahlagventile 5 und 7 zur Heizung 8 zurück. Der Kreislauf ist damit
geschlossen, die Kühleinrichtung ist in Betrieb gesetzt. Bei sich öffnendem Schalter
io wird die Heizung der Luft unterbrochen, so daß die Pumpwirkung des Düs,enverdichtersystems
13 ausläuft und der Kreislauf unterbrochen wird. Nach genügender Abkühlung schließt
das Startventil 12.
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Nach Fig. 2 ist das gleiche Prinzip beibehalten. Die Bezeichnungen
sind die gleichen. Um eine bessere Wärmeausnutzung zu erhalten, wird die aus dem
Kühler 6 austretende Kühlluft zur alleinigen bzw. zusätzlichen Kühlung der Druckdüse
18 verwendet. Die Kühlluft fließt dann über die Kühl.luftleitung 24, die Leitung
35 mit dem Ventil 34 zum Kühlmantel 17 und von diesem über die Leitung 36 und das
Ventil 37 zur Heizung 8 zurück. Der Kühlmantel 17 kann ü'b'er die Leitung 24 und
das Ventil 38 teilweise oder ganz für Regelzwecke umgangen werden. Die Kühlluft
ist durch Wärmeaufnahme im Kühlmantel' vorgewärmt, so daß die Heizleistung der Heizung
8 vermindert werden kann. Um ein weiteres Vorwärmen der Kühlluft zu erreichen und
um gleichzeitig ein Kühlen der Druckluft vor Eintritt in das Ranquerohr i zu ermöglichen,
steht die Druckluft der Dnuckleitung 29 und die Kühlluft der Kühlleitung 24 über
einen Wärmeaustau.scher 39 im Wärmeaustausch. Die den Kühlmantel 17 verlassende
Kühlluft strömt sodann bei. in der Kühlleitung 24 liegendem geschlossenem Ventil
37 über die Leitung 36 und die Kühlleitung 24 in den Wärmeaustauscher 39
und von dort über eine Leitung 40 und ein Ventil 41 in die Kühlleitung 24 zurück
und damit zur Heizung 8. Die Heizung 8 ist als Doppelmantel der Heißgasseite
des Ranquerohres i ausgeführt. Die Heißluft strömt innerhalb des. Rohres von links
nach rechts durch die 4 und zwischen der doppelten Wandung von rechts nach links
in die Heißleitung 26. Dadurch ist gleichzeitig eine bessere Wärmeisolierung des
Ranquerohres i erreicht und eine nicht nutzbare Wärmeabstrahlung dies Ranquerahres
i vermieden. Um die Kühlleistung zu regeln, ist- dem Kühler 6 eine Regelleitung
31 mit einem Beipaßventil 32 parallel geschaltet. Ein in cfer Kühlleitung 24 ,direkt
hinter d-em Kühler 6 liegendes Ventil 33 kann somit gemeinsam mit dem Beipaßventil
die Kühlleistung, d. h. den Durchfluß durch den Kühler 6 regeln.