NL8501291A - Werkwijze en inrichting voor het koelen van inwendige verbrandingsmotoren. - Google Patents

Description

4 kt' N.O. 33181 1

Werkwijze en inrichting voor het koelen van inwendige verbrandingsmotoren.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het koelen van inwendige verbrandingsmotoren en op een inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze.

De overgrote meerderheid van alle inwendige verbrandingsmotoren 5 met positieve verplaatsing die heden ten dagen ter wereld gebruikt worden, wordt gekoeld door het pompen van een op water gebaseerd koelmid-del in een gesloten circuit omvattende koelmantels om de verbrandings-kamers en een warmtewisselaar (radiateur). Bepaalde motoren, meestal weinig vermogen hebbende motoren en bepaalde vliegtuigmotoren zijn 10 luchtgekoeld, maar luchtkoeling is weinig geschikt voor grote statinai-re motoren en motoren voor zich langs de bodem voortbewegende voertuigen omdat het onmogelijk is de redelijk stabiele temperaturen te handhaven die vereist zijn om een lange motorlevensduur te verzekeren alsmede goede opbrengst onder verschillende omgevingsomstandigheden en 15 -belastingen.

Praktisch alle vloeistofgekoelde motoren gebruiken water of een oplossing van een antivriessoort, zoals ethyleenglycol in water. Het gebruik van water als koelmiddel heeft vele voordelen, zoals de aanwezigheid daarvan als natuurlijke substantie met ruime toevoer op de 20 meeste plaatsen ter wereld, het niet brandbaar zijn, en uitstekende warmtecverdrachtseigenschappen. De voordelen daarvan gaan de nadelen daarvan zijnde het veroorzaken van corrosie en het achterlaten van resten verontreinigingen ver te boven, welke beide nadelen in elk geval in aanzienlijke mate overwonnen worden door toevoegingen in antivriessoor-25 ten.

Gedurende ongeveer de laatste twintig jaar en in het bijzonder de laatste jaren is er een stijging van de bedrijfstemperatuur van motor-koelstelsels geweest, welke mogelijk geworden is door het verhogen van de druk van het stelsel en door het gebruik van een bij hogere tempera-30 tuur werkende thermostaat, ten einde de omvang van het afgeven van warmte te verminderen en het rendement van de motor te verbeteren. Hogere temperaturen van het koelmiddel verbeteren het rendement niet alleen door meer uitgangswarmte in de thermische kringloop te gebruiken in plaats daarvan dit af te voeren, maar eveneens door het verminderen ; · “ ' v ö 1 2 •r ίι

V

van het afschrikken van de vlam door de wanden van de verbrandingskamer warmer te houden. Anderzijds veroorzaken hoge temperaturen en drukken in het koelstelsel onderhoudsproblemen, zoals lekken in slangen en koppelingen alsmede falen daarvan, en bedrijfsproblemen, zoals een grotere 5 neiging om het oververhitten van een motor mogelijk te maken, het kloppen van de motor, ongewenst hoge olietemperaturen en verhoogde emissie van stikstofoxiden (N0X).

Ondanks de onderkende doelmatigheid van het koelen met circulerende vloeistof zijn eveneens tekortkomingen onderkend. Het is noodzake-10 lijk om in een grote hoeveelheid koelmiddel te voorzien alsmede een warmtewisselaar die groot genoeg is om de maximale thermische belasting die het stelsel zal ondergaan, te hanteren. Anders zal de motor soms oververhit raken en ernstig beschadigd kunnen worden. Deze vereisten doen het stelsel zwaarder en duurder worden. Het koelmiddel wordt van 15 de bovenkant van de koelmiddelmantel naar de warmtewisselaar gecirculeerd en teruggeleid naar het benedendeel van de koelmiddelmantel. Dit neigt een tamelijk stijle temperatuursgradiënt langs de cilinderwanden te geven, hetgeen de cilinderdiameter van boven naar beneden doet variëren. De zuigerveren moeten uitzetten en samentrekken, hetgeen slijtage 20 van de zuigerveren en zuigerveervelden veroorzaakt. De benedendelen van de cilinderwanden bevinden zich vaak bij een temperatuur onder het dauwpunt van de aanwezig waterdamp. Waterdampcondensaat gemengd in de smeerolie van de motor zal de olie verontreinigen en de vorming van zuren en sludge veroorzaken.

25 In de technische literatuur bestaan rapporten van eerdere proeven met bij hoge temperatuur werkende vloeibare koelmiddelen, zoals ethy-leenglycol en aniline, gebruikt in gepompte vloeistofstelsels (zie Gibson, A.H., "Aero-Engine Efficiencies", Transactions of the Royal Aeronautical Society, No. 3, 1920; Frank, G.W., "High-Temperatur Liquid 30 Cooling", SAE Journal, vol. 25, October 1929, biz. 329-340; en Wood, H., "Liquid Cooled Aero Engines", SAE Journal, vol. 39, juli 1936, biz. 267-287). Problemen aangehaald in deze rapporten omvatten voorbeelden van cilinderkoptemperaturen die aanzienlijk boven de gewenste niveaus stijgen, vervorming, warme plaatsen en lekkage van koelmiddel.

35 Young, infra, beschrijft op blz. 635 (geschreven in 1948) het ver hogen van de koelmiddeltemperaturen van automotoren van de toenmalige stand der techniek 60ÖC tot 82°C naar hogere niveaus. Hij veronderstelt waarschuwend dat niet onderdruk staand ethyleenglycol gebruikt kan worden als koelmiddel, dat zou werken bij een temperatuur hoger dan het 40 kookpunt van water maar merkt vervolgens op (blz. 635) dat de warmte- " ^ Λ „—* 1 v; «yj A ii 3 opname kan afnemen en "hot spots could also be expected in the average engine” (warme plaatsen kunnen eveneens verwacht worden bij de gemiddelde motor). Young concludeert zijn bespreking met suggesties van onder druk staande vloeistofstelsels die water-antivriesoplossingen ge-5 bruiken. De huidige stand der techniek valt samen met Young's concluderende suggesties.

Het Britse octrooischrift 480 461 (1938) stelt een onder druk staand koelstelsel met circulerend water voor voor vliegtuigmotoren aangevuld met een condensor voor het verzamelen van de stoom opgewekt 10 onder abnormaal aanzienlijke belastingen, het condenseren van de stoom, en het opslaan van het condensaat. Een kleppenstelsel belet de terugkeer van condensaat totdat de motor tot stilstand gebracht wordt en af-gekoeld is. De stoom verlaat de koelmiddelmantel meegesleept met de verpompte stroom vloeistof en vereist een "watervat” om de damp van de 15 vloeistof te scheiden. Aangezien het uittreden van stoom uit de koelmiddelmantel afhankelijk is van de omvang van de stroom vloeibaar koel-middel, zal een wezenlijk deel van de koelmiddelmantel, in het bijzonder nabij de verbrandings- en uitlaatgebieden, met damp gevuld raken indien de omvang van dampproduktie een wezenlijk percentage van de om-20 vang van de stroming van het vloeibare koelmiddel wordt.

Een met benzine bedreven automoblelmotor volgens hedendaagse technologie die gebruik maakt van een standaard vloeistof koelstelsel, dat een koelmiddel bestaande uit water en ethyleenglycol met een 50/50-op-lossing onder druk brengt tot een aanzienlijke druk, in de ordegrootte 25 van 172 kPa, en voorzien van een thermostatische afsluiter die werkt bij 104°C, schijnt de bovengrens van de gemiddelde temperatuur van het koelmiddel te naderen die getolereerd kan worden zonder onaanvaardbaar kloppen, scheuren door thermisch spanning van de cilinderkop en andere negatieve effecten van ongelijkmatige en buitensporige motortemperatu-30 ren. In praktijk wordt vaak onaanvaardbaar kloppen ondervonden na enkele duizenden kilometers van bedrijf indien koolstofafzettingen die opgebouwd zijn aan de verbrandingskamerkoepels in plaatsen beginnen te voorzien voor het gloeien van warme plekken die vooronsteking en detonatie veroorzaken.

35 Bij dieselmotoren vindt ontsteking plaats indien brandstof in een verbrandingskamer inspoten wordt; bijgevolg is voorontsteking door warme plaatsen geen probleem zoals bij met benzine werkende met een vonk ontstoken motoren. Niettemin veroorzaken ongelijkmatige en buitensporige temperaturen in een dieselmotor, hetgeen typische problemen zijn 40 voor een motor gekoeld met een gebruikelijk koelstelsel met vloeistof, >' V £ -j 9 > 4 vervorming en falen van onderdelen alsmede verhoogde motoruitstoot.

In de begindagen van de inwendige verbrandingsmotor was het met damp koelen (eveneens kokend of verdampend koelen) zeer gebruikelijk. Bij een met damp koelend stelsel wordt het koelmiddel in staat gesteld 5 te koken in de koelmiddelmantels en wordt naar een condensor in damp-toestand geleid, normaliter samen met wat water. De gecondenseerde damp wordt naar de motor hetzij door zwaartekracht hetzij door pompen teruggeleid. Met damp koelende stelsels kwamen buiten gebruik bij toepassingen voor automobielen omstreeks 1930, waarschijnlijk vanwege het intro- 10 duceren van thermostatische regeling bij vloeistof stelsels, hetgeen het mogelijk maakte om in redelijk stabiele motor'temperaturen onder verschillende omstandigheden te voorzien. Bovendien waren met damp koelende stelsels onderhavig aan overbelasting met damp en het verlies van koelmiddel door drukontlastafsluiters was buitensporig.

15 Gedurende de laatste 50 of 60 jaren, zijn verscheidene koelstel- sels met damp voorgesteld in de leken-, technische en octrooilitera-tuur, maar geen daarvan heeft ooit enig meetbaar commerci'éel succes verkregen, met mogelijke uitzondering van stelsels voor stationaire motoren, zoals motoren gebruikt in de boorindustrie. Werk aan het koelen 20 met damp is niettemin voortgezet omdat dit een aantal voordelen biedt. De belangrijkste voordelen zijn: (1) De warmteoverdrachtscoefficiënten voor koken en condenseren van het koelmiddel zijn ongeveer een ordegrootte groter dan de coëfficiënt van het verhogen of verlagen van de temperatuur van een vloeibaar 25 koelmiddel.

(2) Het koken vindt bij een gelijkblijvende temperatuur plaats (aangenomen dat de druk constant is), zodat de temperaturen langs de verplaatste gebieden van de cilinderwanden gelijkmatiger blijven, hetgeen slijtage van de zuigerveer en het zuigerveerveld beperkt wanneer 30 de zuigerveren naar binnen en naar buiten bewegen.

(3) Bij een meer gelijkmatige temperatuur hoort een in hoofdzaak hoger temperatuursniveau in de lagere delen van de cilinderwanden, hetgeen het brandstofverbruik verbetert door verminderde afgifte van warmte, afschrikken van de vlam en wrijving.

35 (4) De hoeveelheid koelmiddel voor een dampstelsel is aanzienlijk geringer dan in een vloeistofstelsel, hetgeen het gewicht verminderd.

(5) Een met lage druk werkend dampstelsel kan lichtere minder kostbare slangen en koppelingen hebben en is minder onderhavig aan lekken en falen dan een vloeistofstelsel.

40 Voorbeelden van voorgestelde koelstelsels met damp worden gevonden Q? ' v 0 1 * % 5 in de Amerikaanse octrooischriften 1.658.934, 1.630.070, 1.432.518, 3.384.304, 3.371.660 en 4.367.699 alsmede in het artikel van Young, F.M., "High Temperature Cooling Systems", SAE Quarterly Transactions, vol. 2, no. 4, oct. 1948.

5 Afgezien van een uitzondering gebruiken alle koelstelsels met damp volgens de stand der techniek welke de uitvinder van de onderhavige uitvinding kent water of water-antivriesoplossingen, die aanzienlijke aandelen water omvatten als het koelmiddel, en alle stelsels volgens de stand der techniek worden als niet praktisch verondersteld omdat bij 10 hoge omgevingstemperaturen en hetzij zware motorbelastingen hetzij langdurig stationair lopen, de hoeveelheid damp voortgebracht door de motor niet door een condensor met praktische afmeting gehanteerd kan worden. Daarom zal enige damp onvermijdelijk belucht worden.

Van meer belang is dat indien de omstandigheden met betrekking tot 15 de omgeving en het bedrijf zodanig zijn dat grote hoeveelheden stoom opgewekt worden in de motor, het rendement van het koelstelsel aanzienlijk verminderd; grote hoeveelheden damp zijn aanwezig in de koelmid-delmantels van de motor en verplaatsen zich in vloeistoffase bevindend koelmiddel dat anders aanwezig zou zijn om de motor te koelen. Het vor-20 men van een dampdeken en het koken met' een film vindt plaats in de gebieden met aanzienlijke temperatuur, in het bijzonder boven de koepels van de verbrandingskamer en om de uitlaatkanalen, de leidingen die de doorgangen tussen de verbrandingskamers en de uitlaatpoorten bevatten.

De dampdeken aanwezig bij filmkoken vermindert de warmteoverdracht van 25 metaal naar het koelmiddel aanzienlijk, waardoor warme plaatsen ontstaan en aanzienlijk kloppen ontstaat. Grote hoeveelheden damp treden uit de koelmantel van de cilinderkop de koelmantel van het cilinderblok binnen, en de hoeveelheid vloeibaar koelmiddel die samengaat met de damp in de kop wordt verminderd. Indien de motor niet uitgeschakeld 30 wordt, kan mogelijk schadehebbend oververhitten plaatsvinden. Waarschijnlijk zal zodra het beluchten van het koelmiddel begint, dit een aanzienlijke tijd doorgaan, zelfs nadat de motor gestopt is, en het verlies van koelmiddel zal zo groot zijn dat de motor niet kan lopen totdat de toevoer van koelmiddel aangevuld is.

35 Koken binnen de koelmiddelmantel is op generlei wijze beperkt tot koelstelsels met kokende vloeistof. De maximum vlamtemperaturen binnen de verbrandingskamers van motoren liggen in de ordegrootte van 109°C, en typisch zijn uitlaatgastemperaturen wel 482°C hoog voor dieselmotoren en 760°C voor benzinemotoren. De temperaturen van de oppervlakken 40 van de koelmantel nabij de verbrandingskamerkoepels en de uitlaatkana- o-O > i s. 'd i

9 V

6 len zijn hoog genoeg om plaatselijk koken van het koelmiddel te veroorzaken, zelfs bij een vloeistofkoelstelsel dat circuleert, waar het vloeibare koelmiddel gemiddeld op een temperatuur gehouden wordt die wezenlijk onder de verzadigingstemperatuur van het koelmiddel ligt. De 5 warmteoverdracht binnen een vloeistof is niet voldoende om een tempera-tuursgradiënt in de vloeistof van een dergelijk nabijliggend gebied naar gebieden van het koelmiddel waar het koelmiddel zich bij een lagere temperatuur bevindt te beletten. Het vloeibare koelmiddel dat zich het dichtst bij de warme metalen wanden van de mantel bevindt bevindt 10 zich bij de verzadigingstemperatuur en bevindt zich in de trap van het verdampen.

In het Amerikaanse octrooischrift 4.367.699 wordt voorgesteld "pure ethylene glycol" (zuiver ethyleenglycol) als koelmiddel te gebruiken voor het met dampfase koelen van een motor met dieselkringloop. Voorzo-15 ver de onderhavige uitvinder bekend is, is dat de eerste keer dat een koelmiddel met hoge verzadigingstemperatuur en gering wateraandeel voorgesteld is aan het publiek voor gebruik in een met dampwwerkend koelstelsel. Deze informatie werd het eerst openbaar op 16 december 1981 via publikatie van Evans' ter inzage gelegde Europese octrooi-20 aanvrage 0041853. Verondersteld wordt echter dat niet kokende koelmid-delen (koelmiddel die zo hoge verzadigingstemperaturen hebben dat deze niet in een motor zullen koken) ten minste op experimentele schaal voorgesteld en gebruikt zijn, in dieselmotoren met circulerende vloei-stofkoelstelsels. Het is algemeen bekend dat dieselmotoren goed en op 25 van voordeel zijnde wijze bij hogere temperaturen dan benzinemotoren kunnen lopen.

In het octrooischrift van Evans, wordt in overeenstemming met het met damp koelen volgens de stand der techniek voor benzinemotoren het gebruik van in hoofdzaak op water gebaseerde koelmiddelen aanbevolen, 30 die nabij gebruikelijke koeltemperaturen koken en bij het uitvoeren daarvan de kennis doortrekkend verkregen gedurende de lange historie van met benzine aangedreven inwendige verbrandingsmotoren en de hedendaagse algemene praktijk, dat water (met antivries voor bescherming tegen bevriezen, afzetting en corrosie) het enig aanvaardbare koelmiddel 35 voor benzinemotoren is.

In de PCT aanvrage US83/01775 getiteld "Boiling Liquid Cooling System for Internal Combustion Engines" (kokend vloeistofkoelstelsel voor inwendige verbrandingsmotoren) en ingediend in november 1983, wordt een kokend vloeistofkoelstelsel ontvouwd ("kokende vloeistof" 40 wordt geacht een uitdrukking te zijn voor stelsels die eveneens "damp" 9 5 fi 15» C* 1 V ty i· u «ta -» * 1 7 of "kokend" of "verdampend" in de stand der techniek genoemd worden) dat gebruik maakt van organische vloeibare koelmiddelen met verzadi-gingstemperaturen boven en in hoofzaak aanzienlijk boven 132°C. De drempeltemperatuur werd gekozen overwegende dat het koelmiddel in de 5 koelmiddelmantel van het blok zich normaliter onder dat niveau bevindt.

Daarom zal een koelsubstantie met een verzadigingstemperatuur boven de drempel zelden in het blok koken, en geen wezenlijke hoeveelheid koe-lende damp zal de koelmantel van de cilinderkop uit de koelmantel van het cilinderblok binnentreden. De koelmantel van de cilinderkop is niet 10 langer een leiding voor damp om naar de condensor van de koelmantel van het cilinderblok te stromen. De daaruit ontstaande vermindering van koelmiddel in dampvorm in de koelmantel van de cilinderkop vermindert de verhouding vloeistof-damp binnen de mantel van de cilinderkop.

Het gebruik van een organisch koelmiddel met een hoge verzadi-15 gingstemperatuur is eveneens van voordeel met betrekking tot het verhogen van de omvang van de warmteoverdracht van de koelmiddelmantel naar het koelmiddel door het verminderen van de toestand van het ontstaan van een dampdeken bij de inwendige oppervlakken van de koelmiddelmantel. Dampdekens ontstaan indien de temperatuur van een oppervlak de 20 verzadigingstemperatuur van vloeistof in aanraking daarmee overschrijdt in een omvang die de kritische oververhitting genoemd wordt, of het kritische temperatuursverschil. Het kritische temperatuursverschil is voor een organische vloeistof in de ordegrootte van 50°C, of ongeveer tweemaal dat van water. Bovendien zal, naar mate de verzadigingstempe-25 ratuur hoger is, het minder waarschijnlijk zijn dat het kritische temperatuursverschil bereikt zal worden. Het koken van vloeistof door het overdragen van warmte van een warm oppervlak naar de vloeistof via een dampdeken wordt filmkoken genoemd. Onder omstandigheden van filmkoken is de temperatuur van de oppervlakken van de koelmiddelmantel niet be-30 perkt tot een niveau dat dicht bij de verzadigingstemperatuur van het koelmiddel ligt.

Bij het kiezen van koelmiddelen, is de verdampingswarmte, of de hoeveelheid warmte aanwezig in elk gram verdampte vloeistof, minder belangrijk dan de molaire verdampingswarmte, of de hoeveelheid warmte 35 aanwezig in elke voortgebrachte mol damp. Hoe hoger de molaire verdampingswarmte hoe minder dampmoleculen voortgebracht bij een bepaalde hoeveelheid warmte. Zelfs hoewel water een verdampingswarmte heeft die veel groter is dan elke organische vloeistof, hebben vele organische vloeistoffen een molaire verdampingswarmte die wezenlijk groter is dan 40 die van water.

i .· 1 ^ 3 J

> V

8

Indien het mogelijk zou zijn om koelmiddelen met aanzienlijke ver-zadigingstemperatuur te gebruiken die volledig vrij van lucht en water of andere vluchtige bestanddelen of verontreinigingen zouden zijn, zou het gas aanwezig binnen de koelmiddelmantel damp zijn dat bij een hoge 5 temperatuur volledig condenseerbaar zou zijn. Door de gemiddelde temperatuur van het koelmiddel in de koelmiddelmantel op een niveau te houden lager dan de verzadigingstemperatuur. van het koelmiddel op een plaats waardoor alle damp heen moet gaan, zou alle damp binnen de koelmiddelmantel condenseren zonder de noodzaak van het bewegen van de damp 10 naar een warmtewisselaar buiten de koelmiddelmantel voor condensatie. Helaas is dit geen praktische mogelijkheid. Koelmiddelen die mengbaar zijn met water, die direct met water oplossingen worden, zijn hygrosco-pisch en absorberen direct water uit de omgevingslucht die daarmee in aanraking is.

15 Hoewel het percentage water in een bepaalde oplossing van weinig belang lijkt te zijn, zijn de effecten van water, zeis in kleine hoeveelheid in van weinig belang. Een liter zeer geconcentreerde oplossing van propyleenglycol met water die 97 gew.% propyleenglycol bevat, bevat ongeveer 30 gram water of ongeveer 1,67 mol water. Deze hoeveelheid wa-20 ter zal verdampend bij atmosferische druk een volume van 37,4 liter hebben. Indien waterdamp een bestanddeel van een mengsel met damp van een tweede substantie is, kan de damp van de tweede substantie niet volledig gecondenseerd worden totdat de temperatuur van het dampmengsel verlaagd wordt tot een temperatuur onder de verzadigingstemperatuur van 25 water voor de druk van het stelsel. Zelfs een vloeistof die algemeen beschouwd wordt als niet mengbaar met water bevat normaliter kleine hoeveelheden water. Een liter vloeistof die slechts een half of een procent water bevat heeft het potentieel 6,2 liter damp voort te brengen, die niet bij of boven de temperatuur van het kookpunt van water 30 zal condenseren. Naast de hoeveelheden water die een koelmiddel indien nieuw kan bevatten, plus water dat het koelmiddel binnentreedt door absorptie van omgevingslucht, kan water onbedoeld aan een koelstelsel toegevoegd worden tijdens onderhoud of doelbewust in een noodsituatie. Een andere wijze waarop water het koelstelsel binnen kan treden is door 35 lekkage van verbrandingsgassen in de koelmiddelmantel.

Er bestaan wezenlijke voordelen bij het handhaven van de koelmiddel tempera turen in aanzienlijke mate boven 100°C. Door het werken met hogere temperaturen in de. boringen wordt minder warmte uit de motor afgevoerd en ontstaat een groter motorrendement. Emissies van koolmonoxi-40 de (CO) en van koolwaterstoffen (HC) worden verminderd omdat een volle- £ λ t) 1 2 Ö 1 i « 9 diger verbranding van brandstof plaatsvindt. Bij dieselmotoren verlagen hogere temperaturen van de cilinderboring eveneens de deeltjesvormige uitstoot. De circulerende vloeistofkoelstelsels volgens de stand der techniek kunnen deze voordelen slechts gedeeltelijk verwezenlijken door 5 de toevlucht te nemen tot zeer hoge drukken van het koelstelsel.

De kokende vloeistofkoelwerkwijze volgens de bovengenoemde PCT aanvrage vertrouwt in hoofdzaak geheel op een condensor (of condensoren) voor het uit het koelmiddel onttrekken van warmte. De condensor moet vanzelfsprekend een voldoende warmteoverdrachtsvermogen hebben om 10 alle warmte afgestaan uit de motor te hanteren door het koelstelsel onder de zwaartste belastingen en omgevingsomstandigheden ondervonden door de motor, hetgeen betekent dat deze bemeten moet worden voor de meest bezondere omstandigheden. Onder gemiddelde omstandigheden wordt slechts een gering deel van de condensor gebruikt, en bestaat er een 15 aanzienlijk ongebruikt vermogen. Een condensor voor een stelsel volgens bovengenoemde PCT aanvrage kan gemakkelijk geconstrueerd en aangebracht worden in een kleine automobielmotor, van b.v. 1600 cc, maar omdat de condensor in afmeting vergroot moet worden om aan de koelvereisten van grotere motoren te voldoen, maakt de afmeting van de condensor een aan-20 brengen minder praktisch voor een grote motor. Het stelsel van bovengenoemde PCT aanvrage neigt eveneens een bepaalde gemiddelde temperatuur van de motor te handhaven die in aanzienlijke mate afhankelijk is van de verzadigingstemperatuur van het koelmiddel. Met de praktische koel-middelen met hoge verzadigingstemperatuur die heden verkrijgbaar zijn, 25 kan het wenselijk zijn om de gemiddelde koelmiddeltemperatuur op een niveau te houden dat lager en misschien aanzienlijk lager is dan de verzadigingstemperatuur van het koelmiddel ten einde de opbrengst van de motor en de duurzaamheid te verbeteren.

Het is een doeleinde van de onderhavige uitvinding om de tempera-30 tuur op elke plaats binnen een koelmiddelmantel van een motor te beperken tot een niveau dat overeenkomt met de verzadigingstemperatuur van het koelmiddel. Het is een tweede doeleinde om het mogelijk te maken de koelmiddeltemperatuur in de koelmiddelmantel in het verplaatste volume of boringsgebieden, van een motor te handhaven boven de verzadigings-35 temperatuur van water maar onder de verzadigingstemperatuur van het koelmiddel bij enige systeemdruk. Een derde doeleinde is het beperken van de aanwezigheid van damp, afkomstig van plaatselijk koken, in gebieden van de koelmiddelmantel nabij de verbrandingskamerkoepels en uitlaatkanalen, waarbij het grootste deel van de koelmiddelmantel van 40 de motor in deze gebieden steeds gevuld blijft met koelmiddel in de "\ ^ ; * '; > -3 ”* .» J - J - * i v 10 vloeistoffase. Een vierde doeleinde is het verwezenlijken van een passende regeling van de temperaturen van de koelmiddelmantel bij het beperken van de afmeting van warmtewisselaars van koelstelsels. Een andere doeleinde is bovendien het beperken van het koelmiddelverlies uit 5 het stelsel.

Bovenstaande doeleinden worden in overeenstemming met de onderhavige uitvinding verwezenlijkt door het gebruik van een kokend vloeibaar koelmiddel, het verbeteren van de condensatie van koelmiddeldamp binnen de koelmiddelmantel, het voorzien in een onbelemmerde baan voor gassen 10 die niet gecondenseerd zijn in de koelmiddelmantel om door convectie naar een condensormiddel te bewegen voorzien van middelen voor het terugleiden van het condensaat naar de koelmiddelmantel, het verwijderen van warmte uit het zich in vloeibare fase bevindende koelmiddel door gepompte circulatie door een warmtewisselaar, het verbeteren van de 15 warmteoverdracht uit het vloeibare koelmiddel naar omgevingslucht door een groot verschil in temperatuur, het vertragen van de overdracht van gassen tussen de condensormiddelen en omgevingslucht en door het slechts blootstellen van omgevingslucht aan koelmiddel die een dampdruk heeft die in hoofdzaak lager is dan die van water.

20 Meer in het bijzonder omvat een werkwijze in overeenstemming met de onderhavige uitvinding de stappen van het mechanisch verpompen van een vloeibaar koelmiddel dat kan koken, met een verzadigingstemperatuur boven 132°C bij atmosferische druk uit de koelmiddelmantel van de motor door een warmtewisselaar en terug naar de koelmiddelmantel om de warm-25 teafgifte in de warmtewisselaar te voorzien, zodat geen damp gevormd wordt in de vloeistof buitenzijde van de koelmiddelmantel als resultaat van de drukval opgewekt door de pomp en zodanig dat de temperatuur van het koelmiddel binnen delen van het cilinderkopdeel van de koelmiddelmantel, die zich in zijaanzicht gezien boven plaatsen nabij de verbran-30 dingskamerkoepels en uitlaatkanalen bevinden, gehandhaafd wordt onder de verzadigingstemperatuur van het koelmiddel bij de druk van het stelsel, het voortdurend in hoofdzaak uit de koelmiddelmantel van de motor door in hoofdzaak onbelemmerde convectie door tenminste een uitlaat die van het hoogste gebied van het cilinderkopdeel van de koelmiddelmantel 35 gaat verwijderen van alle gassen andere dan gassen die condenseren binnen het koelmiddel in de mantel, omvattende damp gevormd door plaatselijk koken van het vloeibare koelmiddel in gebieden nabij verbrandings-kamerkoepels en uitlaatkanalen, waardoor het belangrijkste deel van het cilinderkopdeel van de koelmiddelmantel van de motor steeds gevuld 40 blijft met koelmiddel in de vloeibare toestand, het leiden van gassen ;; F| ^ i *) $ 1 i t 11 van de uitlaat naar een condensormiddel dat omvat een condensorkamer en het terugvoeren van het condensaat van het condensormiddel naar de koelmiddelmantel.

De koelmiddelen gebruikt bij de werkwijze zijn organische vloei-5 stoffen, waarvan sommige met water mengbaar zijn en andere in hoofdzaak onmengbaar met water zijn. In het geval van stoffen die mengbaar zijn met water, kan de werkwijze een koelmiddel dat een kleine hoeveelheid water bevat toestaan, wel tien procent en meer, maar de bedrijfsparame-ters van de werkwijze worden verbeterd door het wateraandeel tot een 10 minimum te beperken. Passende stoffen die mengbaar zijn met water omvatten ethyleenglycol, propyleenglycol, tetrahydrofurfurylalcohol, di-propyleenglycol en mengsels daarvan. In het geval van stoffen die een hoofdzaak niet te mengen zijn met water, is water eveneens een verontreiniging, maar water zal niet in oplossing gaan met de koelmiddelstof 15 behalve in sporenhoeveelheden, normaliter minder dan een procent. Water mag niet in hoeveelheden groter dan ongeveer een gewichtsprocent en meer dan sporenhoeveelheid in de oplossing aanwezig zijn. Passende stoffen die in hoofdzaak niet mengbaar zijn met water omvatten 2,2,4-trimethyl-1,3-pentaandiolmonoisobutyraat, dibutylisopropanolamine en 20 2-butyloctanol.

Vanwege onderstaande redenen wordt er de voorkeur aangegeven om het vloeibare koelmiddel van het boringdeel van de koelmiddelmantel en terug naar het cilinderkopdeel te circuleren. De werkwijze kan bovendien de stap omvatten van het geleiden van alle gassen die verblijven 25 in het hoogste gebied van de condensor door een beluchtingspijp naar een terugwincondensor, die zich op een plaats bevindt waar het waarschijnlijk is dat deze kouder blijft dan de hoofdcondensor, zodat con-denseerbare stoffen in de gassen gevoerd naar de terugwincondensor gecondenseerd worden en naar de hoofdcondensor teruggeleid kunnen worden.

30 Het condensaat van de terugwincondensor kan bijvoorbeeld continu teruggevoerd worden naar de condensor door zwaartekracht of intermitterend teruggevoerd worden door zwaartekracht of sifoonwerking die opgewekt wordt indien de druk binnen de terugwincondensor de druk in de hoofdcondensor plus de druk van de kolom van de hoeveelheid condensaat die 35 teruggevoerd wordt indien dit de beluchtingspijp inneemt, te boven gaat, hetgeen plaatsvindt gedurende perioden van verminderde thermische belasting en bij het afkoelen. Gassen in de terugwincondensor kunnen naar de atmosfeer belucht worden hetzij door een open beluchting hetzij door een bij lage druk werkende ontlastafsluiter. Alternatief kan een 40 tweeweg ontlastafsluiter die bij lage druk werkt aanwezig zijn tussen - i* »"x .

- t * * £ * * . . t v' ‘S ... .

12 de hoofdcondensor en de terugwincondensor, in welk geval de werkwijze omvat de stappen van het blokkeren van de overdracht van gassen van de hoofdcondensor naar de terugwincondensor behalve indien de druk in de hoofdcondensor de druk binnen de terugwincondensor een bepaalde mate te 5 boven gaat en het blokkeren van de doorgang van gassen van de terugwincondensor naar de hoofdcondensor, behalve indien de druk in de terugwincondensor de druk in de hoofdcondensor een bepaalde waarde te boven gaat.

In overeenstemming met een verdere variatie van de werkwijze vol-10 gens de uitvinding kunnen alle gassen die verblijven in het hoogste gebied van de condensor belucht worden door een beluchting naar de atmosfeer, welke beluchting verwijderd van de inlaat waardoor de gassen de condensor binnentreden uit de koelmiddelmantel van de motor aangebracht is, waarbij de beluchting echter geblokkeerd is door een druk-15 ontlastafsluiter, zodat de gassen niet belucht worden tenzij de druk in de condensor de omgevingsdruk een bepaalde waarde te boven gaat.

Bovendien is in overeenstemming met de onderhavige uitvinding in een inrichting voorzien voor het koelen van een inwendige verbrandingsmotor omvattende een koelmiddelmantel om tenminste een deel van elke 20 verbrandingskamer en uitlaatkanaal van de motor en bevattende een vloeibaar koelmiddel dat kan koken met een verzadigingstemperatuur boven 132°C bij atmosferische druk, een koelcircuit voor vloeistof omvattende een warmtewisselaar en mechanisch pompmiddel voor het circuleren van het koelmiddel uit de koelmiddelmantel door de warmtewisselaar en 25 terug naar de koelmiddelmantel om in warmteafgifte in de warmtewisselaar te voorzien, zodat geen damp gevormd wordt in het koelcircuit voor vloeistof als gevolg van de drukval opgewekt door de pomp en zodanig dat de temperatuur van het koelmiddel binnen delen van het cilinderkop-deel van de koelmiddelmantel, die zich in zijaanzicht boven plaatsen 30 nabij de verbrandingskamerkoepels en uitlaatkanalen bevinden, onder de verzadigingstemperatuur van het koelmiddel bij de druk van het stelsel gehouden wordt, tenminste een uitlaat van het hoogste gebied in de koelmiddelmantel geschikt om continu door in hoofdzaak niet belemmerde convectie uit de koelmiddelmantel in hoofdzaak alle gassen, omvattende 35 damp gevormd door het plaatselijk koken van het vloeibare koelmiddel in gebieden nabij de verbrandingskamerkoepels en uitlaatkanalen andere dan de gassen die condenseren in het koelmiddel binnen de mantel te verwijderen en vrij te geven, waardoor het belangrijkste deel van de koelmiddelmantel in gebieden om de verbrandingskamerkoepels en uitlaatkanalen 40 steeds gevuld blijft met koelmiddel in de vloeibare fase, condensormid- ·-: i 'i l 13 delen omvattende een condensorkamer voor het ontvangen van de gassen verwijderd en vrijgegeven uit de koelmiddelmantel door de uitlaat en het condenseren van condenseerbare bestanddelen daarvan en retourmidde-len voor het terugvoeren van het condensaat van de condensormiddelen 5 naar de koelmiddelmantel.

De inrichting volgens de uitvinding kan de volgende extra eigenschappen of variaties hebben: 1. De bij de uitvinding gebruikte koelmiddelen zijn die hierboven in samenhang met de koelwerkwijze beschreven.

10 2. Het koelmiddel wordt uit het boringdeel van de koelmiddelmantel gecirculeerd en teruggeleid naar het cilinderkopdeel.

3. De condensor is in zijaanzicht hoger aangebracht dan de uitlaat uit de koelmiddelmantel ten einde condensaat van de condensor naar de koelmiddelmantel door zwaartekracht terug te voeren.

15 4. Er bestaan verschillende methoden voor het hanteren van de gas sen verwijderd uit de koelmiddelmantel door de uitlaat in de condensor die in de condensor niet gecondenseerd zijn. Het gehele koelmiddelstel-sel kan gesloten zijn, afgezien van een drukontlastafsluiter die ontworpen is om slechts onder extreme belasting, omgevingstemperatuur of 20 veranderingen in hoogte of bij noodomstandigheden te werken maar normaliter niet open. Bij een andere constructie omvat de inrichting een ter rugwincondensor die verbonden is met de hoofdcondensor en verwijderd van de hoofdcondensor aangebracht is, zodat deze op een in hoofdzaak lagere temperatuur dan van die van de hoofdcondensor gehouden kan wor-25 den. De terugwincondensor is ontworpen om condenseerbare stoffen in de gassen belucht van de hoofdcondensor te condenseren, terwijl door een open beluchting gassen die niet gecondenseerd zijn belucht worden. Het condensaat verzameld in de terugwincondensor kan door zwaartekracht teruggevoerd worden, terug gepompt worden of intermitterend teruggevoerd 30 worden door zwaartekracht of sifoonwerking indien de druk in de terugwincondensor de druk in de hoofdcondensor plus de druk van de vloei-stofkolom van het condensaat in de terugwincondensor te boven gaat. De beluchting van de terugwincondensor kan eveneens een drukontlastafslui-ter omvatten of een drukontlastafsluiter kan geplaatst worden tussen de 35 hoofdcondensor en de terugwincondensor.

De werkwijze en inrichting volgens de onderhavige uitvinding kunnen beschouwd worden als hybriden van werkwijzen en inrichtingen met circulerende vloeistof en het koelen met damp, omdat elementen daarvan gemeenschappelijk zijn. Het vloeistof koelcircuit voorziet in over-40 dracht van warmte uit het koelmiddel, zodat het bij een temperatuur on- * ΐ -H 2 9 1 J * 14 der de verzadigingstemperatuur van het koelmiddel terugkeert naar de koelmiddelmantel van de motor. De meeste warmte verwijderd uit de motor wordt naar de omgevingslucht overgedragen door de warmtewisselaar in het vloeistofcircuit. In bovengenoemde opzichten lijken de werkwijze en 5 inrichting op gebruikelijke werkwijzen en stelsels met vloeistofkoe-ling.

Damp voortgebracht in het koelmiddel in de koelmiddelmantel van de motor door het overbrengen van warmte van de warmere plaatsen van de verbrandingskamerkoepels en om de uitlaatkanalen die niet gecondenseerd 10 wordt in vloeistof stijgt door convectie naar het hoogste gebied van de koelmiddelmantel van de cilinderkop en wordt door de uitlaat naar de condensor afgevoerd. Condenseerbare stoffen in de damp worden in de condensor gecondenseerd en worden naar de koelmiddelmantel teruggevoerd. In deze opzichten lijkt de uitvinding op een dampkoelstelsel.

15 De onderhavige uitvinding verschilt in een zeer belangrijk opzicht van een gebruikelijk circulerend vloeistofkoelstelstel, namelijk dat damp en andere gassen uit het hoogste gebied van de koelmiddelmantel verwijderd worden in plaats van opgesloten te worden binnen het vloeibare koelmiddel en gecirculeerd binnen het zich in vloeibare fase be-20 vindende koelmiddel. Bij een gebruikelijk circulerend vloeistofstelsel kan de damp ontstaan bij warme plaatsen van de verbrandingskamerkoepels en om de uitlaatkanalen op plaatsen opgesloten worden waar de circula-tiesnelheid van het vloeistofkoelmiddel verhoudingsgewijs gering is en waar weinig kans bestaat dat de damp ontsnapt door convectie vanwege 25 het nabij liggend bestaan van een gebied met circulatie met verhoudingsgewijs aanzienlijke snelheid. Dergelijke gebieden zijn plaatsen voor de vorming van dampzakken, die belemmeringen zijn voor doelmatige warmteoverdracht tussen het metaal en het koelmiddel. Dit zijn de plaatsen waar warme plekken kunnen ontstaan en het kloppen van de motor 30 veroorzaken. Onder zware belastingen neemt de hoeveelheid damp voortgebracht in de koelmiddelmantel toe tot een omvang waarbij wezenlijke hoeveelheden damp opgesloten worden in het koelmiddel en verplaatsing van het vloeibare koelmiddel en wat damp in het overstroomvat van het stelsel veroorzaken. Onder dergelijke omstandigheden zal de hoeveelheid 35 damp in het koelstelsel opbouwen tot het punt waarbij het vermogen van het koelstelsel om de warmte voortgebracht in de motor werkelijk verkleind is indien daaraan de meeste behoefte bestaat. Ten einde damp te condenseren in een circulerend vloeistofkoelstelsel volgens de stand der techniek, moet de damp van de koelmiddelmantel getransporteerd wor-40 den naar de radiotor meegesleept in het vloeibare koelmiddel langs een 8501291 * * 15 baan die normaliter in hoofdzaak horizontaal is. De snelheid van de damp is afhankelijk van de beweging van de vloeistof waarbinnen de damp meegesleept is. De snelheid van de vloeistof is een functie van de pompsnelheid en daarom van de motorsnelheid. Onder omstandigheden waar-5 bij de omvang van dampproduktie een wezenlijk percentage van de snelheid van de vloeistofbeweging uitmaakt, nemen grote hoeveelheden damp de koelmiddelmantel in.

De onderhavige uitvinding voorziet in het onbelemmerd vrijmaken van damp uit het hoogste gebied in de koelmiddelmantel, waardoor de om-10 vang tot welke damp opgesloten kan worden in het vloeibare koelmiddel zowel in de koelmiddelmantel als in het circulatiestelsel beperkt wordt. De omvang van de vloeistofcirculatie die vereist is bij de onderhavige uitvinding is minder dan de omvang vereist bij een gebruikelijk circulerend vloeistofstelsel en is geen functie van de behoefte 15 aan het transport van damp. Het stelsel volgens de onderhavige uitvinding draagt bij aan het snel vrijgeven dan damp van alle oppervlakken binnen de koelmiddelmantel en aan onbelemmerde stroming door convectie naar de uitlaat in het hoogste gebied van de koelmiddelmantel onafhankelijk van de beweging van vloeibaar koelmiddel. Gassen zijn vrij om de 20 koelmiddelmantel te verlaten, zelfs indien er geen circulatie van vloeibaar koelmiddel bestaat.

Er wordt de voorkeur aangegeven om het wateraandeel van het koelmiddel te beperken in het geval van stoffen die mengbaar zijn met water en onder een procent te houden in het geval van stoffen die niet meng-25 baar zijn met water. De aanname dat een koelmiddel in het geheel geen water kan bevatten is niet realistisch, in het bijzonder voor stoffen, die mengbaar zijn met water, die allen hygroscopisch zijn. Water in een stof die te mengen is met water doet de daaruit ontstaande oplossing een kookgebied vertonen. Hoewel het eerste kookpunt van het gebied la-30 ger ligt dan die van de zuivere stof, wordt de temperatuur in bepaalde gebieden waar koken plaatsvindt beperkt door de verzadigingstemperatuur van de zuivere stof in plaats van door het eerste kookpunt. Het is hier van belang dat het toevoegen van een kleine hoeveelheid water aan een zuivere stof die mengbaar is met water, hoewel het eerste kookpunt 35 daardoor verlaagd wordt, de temperatuur in gebieden met aanzienlijke warmtes'troom niet aanzienlijk verlaagd door plaatselijke distillatie en plaatselijke zuivering van het vloeistof.

Een negatieve eigenschap van een groot kookbereik ontstaan door het opnemen van water is dat cavitatie van de pomp waarschijnlijker 40 plaats zal vinden. Een vloeistof die zich nabij de verzadigingstempera-

-v Γ* «j -1 A

/.-1-. - y i 16 tuur daarvan bevindt kan gemakkelijk verdampt worden door een geringe drukval. Cavitatie van de mechanische pomp en verdamping van koelmiddel binnen de leidingen die de inlaatzijde van de pomp voorzien, zal plaatsvinden indien de pomp vloeistof opzuigt die zich nabij de verza-5 digingstemperatuur daarvan verbindt. Onder deze omstandigheden houdt circulatie van vloeibaar koelmiddel door de warmtewisselaar op en het koelstelsel moet volledig vertrouwen op de condensormiddelen voor het geheel afstaan van de warmte uit het koelstelsel. Aangezien het toevoegen van water de temperatuur van het belpunt van het koelmiddel doet 10 dalen, moet de temperatuur waarop het vloeibaar koelmiddel gehouden moet worden evenens dalen ten einde pompcavitatie te vermijden. In praktijk blijkt dat pompcavitatie vermeden wordt indien de gemiddelde vloeistoftemperatuur binnen de koelmiddelmantel ongeveer 10°C lager is dan het eerste kookpunt van het koelmiddel. Een wens voor een redelijke 15 veiligheidsfactor zou aangeven dat het stelsel ontworpen werd zodat de gemiddelde vloeistoftemperatuur ongeveer 20°C lager gehouden wordt dan het eerste kookpunt van het koelmiddel. Bij een niet onder druk staand stelsel bijvoorbeeld dat gebruik maakt van een 99% oplossing van propy-leenglycol dat de gemiddelde koelmiddeltemperatuur bij of onder 157°C 20 houdt zal pompcavitatie vermijden, terwijl een stelsel dat gebruik maakt van een 95% oplossing van propyleenglycol de gemiddelde koelmiddeltemperatuur op of onder 129°C moet houden bij een niet onder druk staand stelsel. De werking van het stelsel in een vliegtuig bij aanzienlijke hoogte terwijl een stelsel met geringe druk gehandhaafd wordt 25 zou betekenen dat de gemiddelde vloeistoftemperatuur in de ordegrootte van 30°C lager gehouden moet worden dan het eerste kookpunt van het koelmiddel onder atmosferische omstandigheden.

Het is belangrijk te onderkennen dat met de koelmiddelstoffen gebruikt bij de onderhavige uitvinding, die te mengen zijn met water, 30 enige damp aanwezig zal zijn die in de koelmiddelmantel niet condenseert en verwijderd zal worden door de uitlaat naar de condensor indien de temperatuur van het koelmiddel in de koelmiddelmantel boven het kookpunt van water ligt bij de heersende druk. Hoe lager de temperatuur van het vloeibare koelmiddel in het bovendeel van de koelmiddelmantel, 35 hoe groter de hoeveelheid damp zal zijn die gecondenseerd wordt in de koelmiddelmantel. Niettemin zal er normaliter enige damp zijn die niet zal condenseren, omdat de temperatuur binnen de koelmiddelmantel niet laag genoeg is om het condenseren te voltooien. Deze restdamp wordt vaak opgevangen in gebruikelijke gepompte vloeistofkoelstelsels met wa-40 ter-glycol. Een belangrijke eigenschap van de onderhavige uitvinding is 3 5 ‘1 1 o '3 1 V· V W J ^ W Λ

- V

17 het voortdurend verwijderen van de restdamp naar de condensor, hetgeen waarborgt dat het belangrijkste deel van het bovengebied van de koelmiddelmantel koelmiddel in vloeibare toestand bevat. Verwijderen van de damp verbetert in aanzienlijk mate de warmteoverdracht tussen het me-5 taal en het koelmiddel. De doelmatigheid van het koelmiddel om warmte uit het metaal te verwijderen wordt niet langer beperkt door de opgesloten dampzakken. Het is niet langer noodzakelijk om op aanzienlijke pompsnelheden te vertrouwen om damp van de warme oppervlakken te verplaatsen en dit naar koelere gebieden en naar de radiator te leiden.

10 Het gedrag van koelmiddelen die een stof bevatten die onmengbaar is met water en water verschilt van koelmiddelen die een mengbare stof en water bevatten. Het onmengbare koelmiddelmengsel kookt eerst bij een temperatuur enigszins onder het kookpunt van water, en indien de damp-druk van het niet mengbare koelmiddel zeer veel kleiner is dan dat van 15 water, bestaat de damp bijna volledig uit water. Dienovereenkomstig kookt het water uit en wordt naar de condensor geleid. Nadat het water weg uitgekookt is, is het kookpunt van het koelmiddel die van de stof.

De damp van de stof die gevormd is in de warme gebieden van de mantel van de cilinderkop van de motor zal bijna zeker volledig condenseren in 20 de koelere vloeistof in de koelmiddelmantel. Ondertussen kookt, zolang de temperatuur van het koelmiddel in de cilinderkop boven het kookpunt van water blijft, watercondensaat dat terugkeert naar de motor van de condensor zeer snel weg bij het opnieuw binnentreden in de koelmiddelmantel. Het is wenselijk om het stelsel eerst te vullen met een koel-25 middel dat zo weinig water als mogelijk bevat. Na het vullen kan het meeste water uit het stelsel gespoeld worden door het beluchten van de condensor via een met geringe druk werkende ontlastafsluiter (b.v.

2 psi). Daarna zal afgezien van water dat het stelsel binnentreedt, het koelmiddel stabiliseren met een samenstelling met een kleine hoeveel-30 heid restwater die in het stelsel in hoofdzaak in damptoestand aanwezig zal zijn tijdens bij normaal opwarmen lopen van de motor.

De onmengbare koelmiddelstoffen zullen zelden damp voortbrengen die de mantel van de cilinderkop verlaat, aangezien de condensatietem-peratuur van de damp hetzelfde is als het kookpunt van de vloeistof.

35 Vloeibaar koelmiddel wordt voortdurende gecirculeerd in het vloeistof koelstelsel, en warmte wordt afgegeven in de warmtewisselaar (radiator) om de gemiddelde temperatuur van het koelmiddel in de koelmiddelmantel van de motor onder het kookpunt te houden. Daarom wordt koelmiddeldamp gevormd bij warme oppervlakken normaliter gecondenseerd in het koudere 40 vloeibare koelmiddel.

n 5 o i ·> 3 -i V y i * 4» V a 18

Onder niet gebruikelijke bedrijfsomstandigheden (warm weer en aanzienlijke belastingen), kan damp van de onmengbare stof van het koel-middel niet volledig condenseren in de koelmiddelmantel en zal de mantel door de uitlaat verlaten en de condensor binnentreden, waar het zal 5 condenseren en terugkeren als condensaat naar de koelmiddelmantel van de motor. Dit kan plaatsvinden gedurende het beklimmen van een lange helling of indien het voertuig stationair draaiend stopt na het lopen onder een aanzienlijke belasting. In het laatste geval voorziet een door de motor aangedreven pomp in een verminderde circulatie bij stati-10 onair lopen en de temperatuur van het vloeibare koelmiddel kan gedurende korte tijd voldoende stijgen zodat deze de koelmiddeldamp niet volledig condenseert.

Dienovereenkomstig treedt, indien de motor uitgeschakeld wordt, deze in een afkoelmode waarin geen vloeistof gecirculeerd wordt. Het 15 warme metaal omvat een wezenlijke hoeveelheid warmte, die overgedragen wordt naar het koelmiddel. Even, misschien wel vijf minuten, wordt koelmiddeldamp opgewekt, stijgt in de condensor, condenseert en keert terug naar de motor als condensaat. Tijdens het afkoelen verzekert het vrij ontsnappen van damp uit het hoogste gebied van de koelmiddelmantel 20 het doelmatig koelen van de motor door de belangrijkste delen van de gebieden van de koelmiddelmantel nabij de warme metaaloppervlakken gevuld houden met vloeibaar koelmiddel, waardoor grote thermische belastingen voorkomen worden, die tot het scheuren van de cilinderkop en het falen van de koppakking kunnen leiden. Het stelsel belet de cyclische 25 opbouw en het wegnemen van dampzakken, die abrupte en wezenlijke veranderingen in metaaltemperatuur in de verbrandingskamerkoepels en uit-laatkanalen mogelijk maken.

Een belangrijke werking van de condensor van stelsels die de onderhavige uitvinding omvatten, is het opnemen van de veranderingen in 30 blijkend volume koelmiddel tussen koude en warme omstandigheden. Deze veranderingen liggen vaak in de ordegrootte van 10% tot 15%. Bij gebruikelijke geforceerde vloeistofkoelstelsels wordt het uitzetten gedeeltelijk opgenomen door overstromen van het koelmiddel in het expan— sievat en gedeeltelijk door het samenpersen van de opgesloten gassen.

35 Volgens de onderhavige uitvinding wordt de expansie opgenomen door (1) een stijging van het niveau vloeibaar koelmiddel in de uitlaatleiding voor damp en, afhankelijk van het ontwerp, in het benedendeel van de condensor en (2) door het vrijmaken van damp uit het vloeibare koelmiddel in de condensor waar de dampdruk door expansie laag gehouden wordt, 40 koelen en condenseren.

p R n 1 y ΰ 1 19

Alle hierboven beschreven koelmiddelstoffen kunnen in dieselmotoren gebruikt worden, waarbij aan de stoffen met hoge kooktemperatuur de voorkeur gegeven wordt, omdat dieselmotoren het meest doelmatig werken bij hoge boringtemperaturen. Natuurlijk moet aandacht geschonken worden 5 aan het ontwerp van het smeerstelsel bij hoge temperaturen, zoals doelmatig filteren, het gebruik van bij hoge temperatuur werkzame synthetische smeermiddelen en mogelijk, oliekoelen. Zwaar belaste dieselmotoren voor vrachtwagens, bussen en locomotieven eisen normaliter toch aanzienlijk verfijnde smeelstelsels.

10 Onwikkeling en beproeving van de onderhavige uitvinding tot nu toe geeft aanzienlijke aanwijzingen dat er bovengrenzen bestaan voor de kookpunten van de koelmiddelstoffen die gebruikt kunnen worden in het in vonkontstoken benzinemotoren. Tot nu toe bleken ethyleenglycol, propyleenglycol en tetrahydrofurfurylalcohol passend voor benzinemoto-15 ren te zijn. Dipropyleenglycol en de hierboven genoemde drie onmengbare koelmiddelstoffen hebben, tenminste volgens de huidige kennis, kookpunr-ten die te hoog zijn voor gebruik in met vonkontstekende benzinemotoren.

Water blijkt een onwenselijk bestanddeel van koelmiddelen te zijn 20 gebruikt bij de onderhavige uitvinding. Hoe groter het wateraandeel hoe groter de hoeveelheid damp die van de koelmiddelmantel naar de condensor beweegt, en hoe groter het vermogen van de condensor vereist om de damp te hanteren. Water is een bron van corrosie, erosie en afzettingen in motorkoelstelsels, in het bijzonder in aluminium motoren.

25 Alle hierboven genoemde koelmiddelen hebben in het bijzonder vriespunten geschikt voor zeer koude klimaten, afgezien van ethyleenglycol, dat een vriespunt van -12,7°C heeft. Het is algemeen bekend dat het toevoegen van een klein percentage water aan ethyleenglycol het vriespunt van de vloeistof zal verlagen. Het toevoegen van propyleen-30 glycol aan ethyleenglycol is een betere wijze om hetzelfde doeleinde te bereiken, terwijl het toevoegen van water vermeden wordt.

De hoofdwerking van de dampuitlaat en het condensor neven-stelsel volgens de onderhavige uitvinding is het in staat stellen van damp het hoogste gebied van het cilinderkopdeel van de koelmiddelmantel van de 35 motor zo vrij als redelijkerwijs mogelijk te laten verlaten zodat het aandeel damp in de koelmiddelmantel van de motor en in het vloeibare koelcircuit beperkt wordt. De condensor neemt eveneens uitzetting van het koelmiddel op, zoals hierboven beschreven is. Het is belangrijk dat zoveel koelmiddeldamp als mogelijk die aanwezig is in het condenserende 40 neven-stelsel gecondenseerd wordt zodat koelmiddelverliezen uit het '1 'v. . < * ; --- _ ’Vfc»* fi · 'Λβφ * w 20 stelsel tot een minimum beperkt worden. De condensor voorziet natuurlijk in warmteafgifte, maar slechts in een geringe mate, in het algemeen slechts ongeveer 5% van de totale warmte afgegeven door het koel-stelsel.

5 Een wezenlijk voordeel van de onderhavige uitvinding is het vermo gen van het bedrijven van een inwendige verbrandingsmotor bij een in hoofdzaak hoger temperatuursniveau in de motorboringen dan in het verleden mogelijk is geweest. Het vermogen om de boringen bij een hoger temperatuursniveau te bedrijven voorziet in verbeteringen in het brand-10 stofverbruik ten eerste veroorzaakt door een geringere omvang van warmteafgifte uit de motor, hetgeen een aanzienlijker verbruik van warmte in de thermische kringloop betekent, en ten tweede voor een meer volledige verandering van de brandstof door een vermindering in afschrikken, ten derde, door meer gelijkmatige temperatuursverdeling van boven naar 15 beneden van de motor voor verminderde wrijving en verminderde slijtage en ten vierde door betere smering door een gelijkmatige hoge temperatuur langs de verplaatste oppervlakken.

Een ander voordeel van de uitvinding is een vermindering van alle drie belangrijkste uitstoten in benzinemotoren en bovendien verminde-20 ring van uitstoot van deeltjesvormige stoffen in dieselmotoren door een meer volledige verbranding en verminderde detonatie.

Zowel de warmtewisselaar als de condensator kunnen verhoudingsgewijs klein zijn, omdat minder warmte afgegeven wordt door de motor door het koelstelsel en omdat het temperatuursverschil tussen de koelmidde-25 len met hoog kookpunt gebruikt bij de uitvinding en de omgevingslucht veel groter is dan tussen water of water/glycol en lucht.

Door de hoge verzadigingstemperatuur van de organische stoffen gebruikt als koelmiddelen in de uitvinding ontstaat geen corrosie of neerslag in de koelmiddelmantel, condensor, radiator of enig ander deel 30 van het stelsel. Dienovereenkomstig kunnen de warmtewisselaar en condensor met gehoudingsgewijs geringe kosten van aluminium vervaardigd worden. Bovendien worden corrosie- en erosieproblemen ontmoet bij aluminium motoren met circulerende vloeistof koelstelsels volgens de stand der techniek opgelost.

35 De werkwijze en inrichting voor het koelen volgens de uitvinding werken onder hetzij omgevingsdruk hetzij een geringe overdruk, in hoofdzaak van 7 tot 35 kPa. Daarom kunnen alle delen van het koelstelsel een eenvoudiger ontwerp hebben dan de onderhavige met hoge druk werkende stelsels en zijn minder onderhavig aan lekkage en falen.

40 De kleine afmeting van de warmtewisselaar en condensor en de ver-

·> "ï Λ Ί Λ A

3 Μ ϊ / V i ' *&/ '3 » »ϊ.·3 *!«. & 21 minderde hoeveelheid luchtstroming vereist om warmte daaruit te verwijderen stelt deze in staat fysiek geplaatst te worden op plaatsen anders dan de gebruikelijke plaats in de neus voor radiatoren van conventioneel gepompte vloeistof koelstelstels, waardoor het mogelijk wordt om 5 de neus van het voertuig korter te maken en een aërodynamisch gevormd neusdeel te verwezenlijken. De warmtewisselaar kan gericht zijn om bij elke ontwerpvorm te passen, zelfs horizontaal. De condensor en radiator kunnen gecombineerd wordt tot een enkele eenheid in welk geval het con-dersordeel zich boven de radiator en boven het niveau van het vloeibare 10 koelmiddel zal bevinden. Aangezien deze eenheid kleiner zou zijn dan een gebruikelijke radiator en minder luchtstroming daardoor zou vereisen, kan de eenheid weg van de neus van het voertuig aangebracht worden en dezelfde aërodynamische mogelijkheden als de vorm van de radiator en condensor als gescheiden eenheden bieden.

15 De stroomsnelheden van het vloeibare koelmiddel in het vloeistof- koelcircuit zijn minder dan vereist bij gebruikelijke koelstelsels, hetgeen betekent dat een eenvoudige weinig kostende pomp die minder vermogen eist gebruikt kan worden.

Een koelstelsel dat de onderhavige uitvinding omvat vereist een 20 radiator met een derde tot een zesde van de afmeting van een radiator gebruikt bij een circulerend vloeistofkoelstelsel vereist volgens de stand der techniek. Het volume koelmiddel dat nodig is wordt met een zelfde hoeveelheid verminderd gelijk aan het verschil tussen de respectievelijke radiatorvolumina. Indien beschouwd in samenhang met het het 25 feit dat aluminium in de radiator en condensorconstructie gebruikt kan worden en dat het buizenstelsel slechts geringe drukken hoeft te weerstaan, blijkt dat de uitvinding in belangrijke besparingen in gewicht en kosten voorziet.

Een ander wenselijke eigenschap van de onderhavige uitvinding is 30 het vermogen om het koelmiddel in de tegenovergestelde richting te laten stromen van die bij huidige stelsels de enige praktische wijze is om koelmiddel te verpompen. In het bijzonder is het bij koelstelsels volgens de huidige stand der techniek niet doelmatig om koelmiddel uit de boringen te pompen door de radiator en terug in de cilinderkop. De 35 reden daarvoor is dat bij huidige stelsels noodzakelijkerwijs de gemiddelde koelmiddeltemperatuur zeer dicht bij de verzadigingstemperatuur van het koelmiddel bij de druk van het stelsel werkt. Indien koelmiddel gecirculeerd wordt uit de cilinderkopmantel door de boringgebieden naar een uitlaat, gaat het warmste koelmiddel in de motor door de boringge-40 bieden. In het geval van een stelsel dat water-antivrieskoelmiddel ge- ^ --¾ i . \ ; 3 *· W C-* * *** J* · 22 bruikt, zal het koelmiddel uit de boringgebieden uittreden en de pomp bij een temperatuur die zeer dichtbij het kookpunt daarvan ligt binnentreden. De drukval door zuiging van de pomp doet de pomp caviteren, en de stroming zal aanzienlijk beperkt worden of in het geheel stoppen.

5 Dit probleem wordt vermeden door de onderhavige uitvinding door de temperatuur van het vloeibare koelmiddel vergenoeg onder het kookpunt van het koelmiddel te houden om te beletten dat het koelmiddel verdampt in de pomp of in de leidingen stroomopwaarts van de pomp. Hoe hoger de verzadigingstemperatuur van het koelmiddel hoe gemakkelijker het is om 10 de temperatuur van het vloeibare koelmiddel op een niveau aanzienlijk onder de verzadigingstemperatuur te houden.

Belangrijke voordelen worden verkregen door het vermogen om vloeibaar koelmiddel van het blokdeel van de koelmiddelmantel naar en door de radiator te circuleren en dit terug te voeren naar het cilinderkop-15 deel van de koelmiddelmantel. De gekoelde vloeistof uit de radiator die het cilinderkopdeel binnentreedt bevindt zich in de beste toestand voor het condenseren van damp binnen de cinlinderkop, waar het belangrijkste deel van de warmteafgifte uit de motor plaatsvindt, omdat het koelmiddel niet voorverwarmd wordt in het cilinderblokdeel zoals wel het geval 20 zal zijn indien dit gecirculeerd wordt van de cilinderkop en teruge-voerd wordt naar het blok. Bovendien zal het warmere koelmiddel uit de cilinderkop warmte naar beneden in het cilinderblok brengen, zodat de boringen warmer werken, in tegenstelling met de omgekeerde toestand indien de gekoelde vloeistof uit de radiator naar het blok teruggevoerd 25 wordt.

Voor een beter begrip van de onderhavige uitvinding wordt verwezen naar de onderstaande beschrijving van als voorbeeld dienende uitvoeringen, genomen in samenhang met de figuren van de bijgaande tekening, waarin: 30 fig. 1 een schematisch dwarsdoorsnedeaanzicht is van een motor voorzien van een koelstelstel dat de onderhavige uitvinding omvat; en fig. 2 een schematische afbeelding is van een andere uitvoering van de uitvinding.

Fig. 1 toont schematisch een inwendige verbrandingsmotor van het 35 zuigersoort met een oliepan 10 met bouten bevestigd aan de bodem van een cilinderblok 12 voorzien van cilinderboringen 14 waarin zuigers 16 op en neer bewegen gestuurd door drijfstangen 18 gedragen door een (niet afgebeelde) krukas. Een koelmiddelmantel 20 voor het blok omgeeft de hulsen die de cilinders 14 begrenzen. Een cilinderkop 22 is met bou-40 ten aan het cilinderblok bevestigd, waarbij tussen het cilinderblok en :n ,·* i f\ Λ /V 1Λ ' * · * 1 / / \ v i -j ; f 23 de cilinderkop een koppakking 24 aangebracht is om de verbrandingskamer af te dichten ten opzichte van de koelmiddeldoorgangen binnen de mantel en de koelmiddeldoorgangen afdichten ten opzichte van het uitwendige van de motor. Een koelmiddelmantel 26 is in de cilinderkop gevormd. Een 5 klepdeksel 28 is aangebracht aan de bovenkant van de cilinderkop. Een-voudigheidshalve zijn de kleppen en met de kleppen samenhangende onderdelen en de inlaat- en uitlaatkanalen niet afgeheeld. De koelmiddelman-tels van het cilinderblok en de cilinderkop staan via talrijke gaten 30 in de koppakking met elkaar in verbinding.

10 Een leiding 32 gaat van een poortopening door het benedendeel van het blok in de koelmiddelmantel 20 van het blok naar een proportionele thermostatische afsluiter 34. Indien de temperatuur van het koelmiddel verwijderd uit de koelmiddelmantel 20 van het blok verhoudingsgewijs laag is, geleidt de afsluiter 34 al het koelmiddel naar een omlooplei-15 ding 36 die naar de inlaatzijde van een pomp 38 gaat, die hetzij een door een motor aangedreven pomp hetzij een electrische pomp kan zijn.

De pomp kan alternatief aangebracht worden in de leiding 32. Indien het koelmiddel gecirculeerd van de koelmiddelmantel van het blok zich op een hoge temperatuur bevindt, stuurt de afsluiter 34 al het koelmiddel 20 door een leiding 40 naar een warmtewisselaar (radiateur) 42. Tussen de lage en hoge temperatuurdrempels van de afsluiter proportioneert de afsluiter de stroming tussen de omloopleiding 36 en de radiateur 42. Het koelmiddel verlaat de radiateur 42 door een leiding 44 en wordt teruggeleid door de pomp 38 naar de koelmiddelmantel 26 van de cilinderkop 25 via een leiding 46. Indien het koelmiddel onttrokken van het benedendeel van de koelmiddelmantel 20 van het cilinderblok zich op een bepaalde hoge temperatuur bevindt, wordt een waaier 48 aangedreven door de accu 50 van het voertuig ingeschakeld door een thermostatische schakelaar 52, waardoor de warmtewisseling van de radiateur naar de omge-30 vingslucht vergroot wordt.

Het vloeistofkoelcircuit omvat eveneens een aftakking voor het naar behoefte toevoeren van warmte naar het passagierscompartiment, die omvat een regelafsluiter 54 en een warmtewisselaar 56.

De radiateur 42 kan elke passende constructie hebben, zoals ver-35 scheidene evenwijdige van ribben voorziene buizen. De buizen kunnen een verhoudingsgewijs grote diameter hebben en de radiateur kan van aluminium vervaardigd zijn, wanneer tenminste de gebruikte koelmiddelen volgens de uitvindig aluminium niet corroderen of eroderen. De radia-• teur 42 is geen opslagplaats voor gassen, en geen deel daarvan hoeft 40 boven het hoogste niveau van de koelmiddelmantel van de cilinderkop ge- * Λ V ? f f - -V. >3 ** <3 24 plaatst te worden. De plaats van van de radiateur 42 is een kwestie van ontwerpkeuze; deze is kleiner van afmeting, zodat deze bijvoorbeeld gemakkelijk achter de voorbumper van een voertuig aangebracht kan worden. Deze kan horizontaal aangebracht worden. Lucht kan daardoor gekanali-5 seerd worden en de neus van een voertuig kan aërodynamisch gevormd worden en verkleind worden voor verminderde weerstand. De radiateur 42 kan eveneens dubbel werken als de warmtewisselaar voor het verwarmingsorgaan voor passagierscompartiment met kanaalstelsel en kanaalregelaf-sluiters ingericht om warme lucht van de warmtewisselaar naar het pas-10 sagierscompartiment en/of naar buiten te leiden, zoals gekozen door degene die zich in het voertuig bevindt door een kachelregeling.

Omdat een koelinrichting volgens de uitvinding niet berust op een aanzienlijke omvang van circulatie van koelmiddel om koelmiddeldamp uit de mantel van de cilinderkop te verwijderen, bestaan er verschillende 15 methoden voor het regelen van de warmteafgifte in het vloeistofcircuit om de gewenste temperatuursniveaus in de motor onder variërende belastingen en omgevingsomstandigheden te handhaven. De afsluiter 34 kan bijvoorbeeld vervangen worden door een T en een thermostatische smoor-afsluiter geplaatst in hetzij de leiding 40 hetzij de omloopleiding 36 20 om de stroomsnelheid door de radiateur 42 te regelen. Een andere benadering is het regelen van de omvang van het warmtewisselen van de radiator door thermostatisch geregelde dempers voor het kanaliseren voor de > radiateur of door de radiateur aan een verhoudingsgewijs geringe circu latie van lucht te onderwerpen opgewekt door beweging van het voertuig 25 maar indien vereist vergroot door een thermostatisch gestuurde waaier. Bovendien is een andere mogelijkheid het gebruik van een thermostatisch geregelde pomp met variabele snelheid. Degene bekwaam in de stand der techniek kan gemakkelijk passende vloeistof koelcircuits voor gebruik bij de uitvinding bedenken. Het feit dat de radiateur een kleine afme-30 ting heeft en in een aanzienlijke omvang van de warmtewisseling voorziet (omdat koelmiddel met hoge temperatuur gecirculeerd wordt met weinig damp aanwezig en vanwege de geringere behoefte aan warmteafgifte) sluit vele van de ontwerpbeperkingen opgelegd door de vraag van gebruikelijke koelstelsels uit.

35 In de warmere gebieden van de cilinderkop, zoals boven de verbran- dingskamerkoepels en om de uitlaatkanalen zal wat koelmiddel verdampen onder alle bedrijfsomstandigheden van de motor behalve tijdens het opwarmen. Omdat het vloeibare koelmiddel op een temperatuur gehouden wordt onder de verzadigingstemperatuur van het koelmiddel op plaatsen 40 boven verbrandingskamerkoepels en uitlaatkanalen, zal de meeste damp •ïw i Zin 25 gevormd bij deze warme oppervlakken condenseren in het vloeibare koel-middel in de koelmiddelmantel van de cilinderkop. De hoeveelheid damp die niet gecondenseerd wordt in de mantel van de cilinderkop zal natuurlijk ervan afhankelijk zijn hoeveel damp voortgebracht is, de ge-5 middelde temperatuur van het vloeibare koelmiddel aanwezig in de koelmiddelmantel van de cilinderkop en de condensatie-eigenschappen van de damp in de cilinderkopmantel. Indien het koelmiddel te mengen is met water en een kleine hoeveelheid water in oplossing met het koelmiddel is, zal de meeste koelmiddeldamp condenseren in koelmiddelvloeistof die 10 een lagere temperatuur heeft dan de verzadigingstemperatuur van het koelmiddel en een hogere temperatuur heeft dan de verzadigingstemperatuur van water, maar niet alle koelmiddeldamp zal zo condenseren. Koel-middelen die te mengen zijn met water zijn hygroscopisch en aangenomen moet worden dan deze enig water omvatten.

15 Koelmiddelen die niet mengbaar zijn met water zijn niet hygrosco pisch, zullen geen water absorberen indien in aanraking met omgevingslucht die waterdamp bevat, en kunnen gemakkelijker zeer "droog" gehouden worden in vergelijking met mengbare koelmiddelen. Bij koelmiddelen die niet mengbaar zijn met water zal de damp van het koelmiddel norma-20 liter gevolledig gecondenseerd raken binnen de mantel van de cilinderkop. Enig water aanwezig in een onmengbaar koelmiddel zal vroegtijdig verdampen bij een temperatuur die enigszins lager is dan de verzadigingstemperatuur van water. De daaruit ontstaande waterdamp, zal, samen met een kleine hoeveelheid koelmiddeldamp met een molaire verhouding 25 gelijk aan de verhouding van de respectievelijke dampdrukken, niet condenseren in de mantel van de cilinderkop en zal de condensor als een damp binnentreden, geheel of gedeeltelijk condenseren, terugkeren als condensaat naar de mantel van de cilinderkop en opnieuw verdampen. Het laten verlaten van iets van deze damp uit het stelsel zal het wateraan-30 deel van het koelmiddel verminderen terwijl slechts kleine hoeveelheden koelmiddelstof belucht worden. De molaire verhouding voor water met 2,2,4-trimethyl-l,3-pentaandiolmonoisobutyraat is bijvoorbeeld ongeveer 450 tot 1.

Damp die niet gecondenseerd is in het vloeibare koelmiddel in de 35 mantel van de cilinderkop stijgt door convectie naar het hoogste gebied of gebieden van de koelmiddelmantel van de cilinderkop, vanwaar deze verwijderd wordt door een of meer uitlaten 60 die van het hoogste gebied of gebieden van de koelmiddelmantel van de cilinderkop gaan. De koelmiddelmantel van de cilinderkop kan ontworpen zijn om beweging van 40 de damp naar een of meer hoge gebieden te vergemakkelijken om tot zo -ii» „y - 26 redelijk mogelijke omvang te verzekeren dat damp gemakkelijk uit de koelmiddelmantel van de cilinderkop door de uitlaten 60 verwijderd kan worden.

De damp verwijderd uit de cilinderkop door de uitlaat of uitlaten 5 wordt door een leiding 62 naar een dampcondensor 64 geleid. In de in fig. 1 afgeheelde uitvoering is de condensor aangebracht boven de koelmiddelmantel van de cilinderkop bij alle oriëntaties van de motor tijdens normaal bedrijf, zodat het condensaat uit de condensor teruggevoerd kan worden naar de motor door zwaartekracht via hetzij een re-10 tourleiding (niet afgebeeld) hetzij dezelfde leiding 62 waardoor de damp in de condensor geleid wordt. De leiding waardoor condensaat teruggevoerd wordt naar de koelmiddelmantel van de motor kan eveneens gebruikt worden om het koelmiddel uit het circuit met vloeibaar koelmid-del terug te leiden naar de motor, zoals afgebeeld in fig. 1. Alterna-15 tief kunnen de retourleiding of retourleidingen voor het verpompen van vloeibaar koelmiddel uit het circuit voor vloeibaar circuit terug naar de motor gescheiden worden van de retourleiding of retourleidingen voor het terugvoeren van condensaat naar de koelmiddelmantels van de motor.

Het ontwerp van de condensor 64 kan aanzienlijk variëren. Goede 20 resultaten zijn verkregen met metalen vaten die verhoudingsgewijs onbeperkte beweging van de damp daardoor mogelijk maken om aanraking van de damp met de wanden te vergemakkelijken. In overeenstemming met de wenselijkheid van het beperken van enige wezenlijke beperking voor de beweging van de damp, verkleinde opstuwing van damp in de koelmiddelman-25 tel van de cilinderkop en enigszins beperkt in het verlaten van de koelmiddelmantel, moet de leiding 62 een aanzienlijke diameter hebben, b.v. 38 mm in het geval van automobielmotoren. De condensor moet eveneens ontworpen worden zodat condensaat door zwaartekracht naar een verzamelpunt stroomt, waarvan dit dan teruggeleid kan worden naar de koel-30 middelmantel van de motor. Bij een voertuig omvat een wenselijke inrichting een langwerpig condensorvat in langsrichting van het motorcompartiment onder de motorkap aangebracht van voren naar achteren hellend. De condensor kan geconstrueerd worden als een carrosseriedeel van het voertuig, zoals een deel van de motorkap.

35 Onafhankelijk van de hoeveelheid dampcondensatie die plaatsvindt binnen de koelmiddelmantel zal enige hoeveelheid lucht aanwezig boven het warme koelmiddel koelmiddeldamp opnemen totdat de hoeveelheid verzadigd wordt. De hoeveelheid damp uitgedreven door dit middel is een functie van de dampdruk van het koelmiddel, en hoe hoger de temperatuur 40 hoe hoger de dampdruk. De verhoudingsgewijs koude wanden van de conden- r * -) - * *»·* .· , i 2 &· i 27 sor 64 dienen niet alleen om damp te condenseren die gevormd was door koken maar eveneens om damp te condenseren die verdampt is van de koel-middeloppervlakken voor warme vloeistof.

De damp van de organische verbindingen gebruikt als koelmiddelen 5 in overeenstemming met de uitvinding met aanzienlijk molecuulgewicht, is zwaarder dan lucht; daarom daalt deze eerst in lucht neer en neigt te verzamelen in benedendelen van de condensor voor diffusie in de lucht. Om deze laagvorming te bevorderen kan de inlaat naar de condensor uit de leiding 62 zich in het laagste gebied bevinden. Schotten 10 kunnen aanwezig zijn in de condensor om de beweging van damp daarbinnen te regelen op een wijze die aanraking van de damp met de condensorwan-den verbetert en beweging van de ingaande damp direct beperkt tot plaatsen hoog in de condensor. Wanneer de condensatie verder gaat, neemt het percentage waterdamp in de overblijvende damp toe. Damp die 15 hoofdzakelijk waterdamp omvat heeft een lager gewicht dan lucht en beweegt door convectie naar de bovendelen van de condensor.

Het aanwezige volume van de vloeistof in het stelsel variëert met de temperatuur en de omvang van kookactiviteit; de vloeistof zet uit en ongecondenseerde damp verplaatst de vloeistof om een groter volume te 20 vullen, waardoor het vloeistofniveau stijgt. Zoals afgebeeld in fig. 1 wordt het stelsel eerste gevuld met vloeibaar koelmiddel tot een niveau A zodat de koelmiddelmantel steeds gevuld is. Indien het stelsel verwarmt is de uitzetting van het koelmiddel in de ordegrootte van 15%, en het koelmiddelniveau zal stijgen tot in leiding 62 tot niveau B en 25 misschien in de condensor zoals afgebeeld in fig. 1.

Indien de condensor niet belucht wordt zal de toename van aanwezig vloeistofvolume toename van de druk van het stelsel veroorzaken. Bovendien zullen verwarming van de lucht binnen de condensor en een toenemende aanwezigheid van niet gecondenseerd koelmiddel of waterdamp de 30 druk verder doen stijgen. De omvang van de druktoename gemeten ten opzichte van de omgevingsdruk gebaseerd op deze factoren is een functie van het voltime van de condensor en de gemiddelde temperatuur van de gassen binnen de condensor. Bij gelijkblijvende hoogte zal de omvang van de drukstijging voor een bijzonder stelsel in de ordegrootte van 35 70 kPa zijn. Veranderingen in hoogte beïnvloeden eveneens het drukver schil tussen het gesloten stelsel en de omgeving. Van zeeniveau tot 3000 meter daalt de omgevingsdruk 31 kPa en tot 6000 meter daalt de druk 26 kPa verder.

Het ontwerp van het stelsel moet rekening houden met stijgingen en 40 dalingen in druk. Er bestaan verschillende mogelijkheden daarvoor, ' ; ' - -.· - -· '·» '* * -* **’ * * ψ 28 waarvan er een in de fig. 1 afgebeeld is. Een beluchtingspijp 66 gaat van een gebied hoog in de condensor en verwijderd van de dampinlaat waar de aanwezige gassen in hoofdzaak lucht en waterdamp zijn - de meeste damp van de koelmiddelstof zal bij de bodem blijven en condense-5 ren tegen de wanden van het vat zoals hierboven beschreven. Een tweeweg drukontlastafsluiter 68 in de beluchtingspijp blokkeert de doorgang van gassen uit de condensor 64 door de beluchtingspijp totdat de druk toeneemt tot een bepaald niveau, b.v. 2 psi. Indien de afsluiter 68 opent stromen gassen van de bovenkant van de condensor in een terugwinconden-10 sor 70, een klein vat waarvan verondersteld wordt dat dit steeds koel blijft. Aangezien de meest waarschijnlijke plaats voor de condensor 64 zeer dicht bij de motor is, en omdat de condensor 64 normaliter enige warme vloeistof als koelmiddel zal bevatten, zullen de condensatieop-pervlakken van de terugwincondensor 70 normaliter een aanzienlijk lage-15 re temperatuur hebben dan de condensatieoppervlakken van de condensor 64, waardoor de terugwincondensor 70 damp die niet gecondenseerd is door de condensor 64 kan condenseren. De pijp 66 mondt dichtbij de bodem van de terugwincondensor uit, waar de opening bedekt zal worden door condensaat in vat. Een open beluchting 72 gaat van de bovenkant 20 van het vat naar de omgevingslucht op een wijze waarbij bescherming bestaat tegen luchtstromingen, die in hoofdzaak de statische atmosferische druk van de omgeving bij de beluchting zullen veranderen. Conden-seerbare stoffen geleid door de beluchtingspijp in de terugwincondensor worden gecondenseerd en verzameld.

25 De afsluiter 68 zal gassen in staat stellen slechts naar de terug wincondensor te stromen gedurende perioden waarbij grote hoeveelheden damp voortgebracht worden in de koelmiddelmantel van de motor en de condensor 64 werkt nabij het volle vermogen daarvan, zodat de gassen in het condensorvat warm genoeg zijn om de druk voldoende te verhogen om 30 de afsluiter 68 te openen. Zodra de gassen in de condensor afkoelen, daalt de druk, en omdat gassen (hoofdzakelijk lucht en waterdamp) de condensor verlaten hebben en belucht zijn door de beluchting zal de druk in de condensor (en het koelstelsel) onder de atmosferische dalen.

De afsluiter 68 zal bij een drempeldrukverschil openen indien de af-35 sluiterdruk plus de kolom condensaat in het terugwinvat die verplaatst wordt in de beluchtingspijp minder zijn dan het verschil in druk tussen de atmosfeer en de druk in het koelstelsel. Dit ontwerp voor het hanteren van de drukveranderingen in het koelstelsel voorziet in het terugwinnen van bijna alle te condenseren stoffen en is wenselijk indien 40 verwacht wordt dat het vermogen van de condensor om de damp uit de mo- <*> --5 /Λ <. «* . j . V' ·.· > 29 tor te behandelen van tijd tot tijd bereikt zal worden en het gewenst is om de druk in het stelsel te beperken en het vermogen van de condensor niet te vergroten. De terugwincondensor kan klein zijn en ontworpen met schotten of gevuld zijn met metaaldraad of -vezels om in een groot 5 oppervlaktegebied te voorzien voor een aanzienlijk condensatierende-ment. De beluchting kan een luchtfilter hebben om de stof buiten te sluiten.

Een eerste reden voor de aanwezigheid van de afsluiter 68 is het beperken van het "ademen" van lucht in en uit het stelsel. De hoeveel-10 heid koelmiddeldamp die het stelsel kan verlaten met een uitwisseling van lucht hangt van het vermogen van de condensor 64 en van de terugwincondensor 70 af om te damp te condenseren. In sommige gevallen kan de afsluiter 68 geheel weggelaten worden zonder onaanvaardbaar verlies van koelmiddel.

15 Het uit de terugwincondensor 70 beluchten, met of zonder de af sluiter 68, is van voordeel indien waterdamp het stelsel verlaat. Een vermindering van water binnen het stelsel zal het gebruik van een kleinere condensor 64 mogelijk maken. Indien het koelmiddel te mengen is met water zal een vermindering in wateraandeel de verzadigingstempera-20 tuur van het koelmiddel doen stijgen, waardoor het verschil tussen de verzadigingstemperatuur van het koelmiddel en die van de koelmiddelstof verkleind wordt en de mogelijkheid van cavitatie in de pomp 38 verminderd. Indien het koelmiddel onmengbaar is met water zal een vermindering van de hoeveelheid water de hoeveelheid waterdamp en condensaat 25 die circuleert tussen de cilinderkopmantel 26 en de condensor 64 verkleinen.

Door het kiezen van een verhoudingsgewijze hoge instelling voor de afsluiter 68, in het algemeen in de ordegrootte van 70 kPa, wordt het koelstelsel doelmatig gesloten behalve bij ongebruikelijk zware belas-30 tingomstandigheden of grote verandering in hoogte. De beluchting zal eveneens openen door het gebruik van koelmiddelen die te vluchtig zijn of door falen van onderdelen hetgeen het onder druk brengen van het koelstelsel kan veroorzaken, zoals een lek in de koppakking. Ten einde het stelsel onder hogere drukken te bedrijven moeten de onderdelen van 35 het stelsel zoals samengevoegd in staat zijn de druk te verdragen. Een gevolg van het bedrijf onder hogere druk is dat de verzadigingstempera-tuur tot een hoger niveau zal stijgen. Een drukstijging van 70 kPa zal de verzadigingstemperatuur van het koelmiddel ongeveer 20°C doen stijgen.

40 De inrichting afgeheeld in fig. 2 is hetzelfde als die afgebeeld ;·· Λ 7 1 '· ί ; 30 in fig. 1 behalve dat geen terugwincondensor aanwezig is. In plaats daarvan is de condensor 110 ontworpen met overmaat condensatiecapaci-teit, zodat de werking van de terugwincondensor daarin opgenomen is.

Van een bij lage druk, bijvoorbeeld 35 kPa, werkende tweeweg terugweg-5 afsluiter, zijn beide banen aangebracht in een beluchtingspijp 114 en deze afsluiter is bedoeld om te openen tijdens het opwarmen en uitschakelen om lucht uit het stelsel te drijven en in het stelsel te zuigen. Tijdens het opwarmen wordt lucht naar buiten gedrukt door de beluchting wanneer het aanwezige vloeistofvolume toeneemt en de lucht in de con-10 densor verwarmt. Zodra het stelsel verwarmt tot een normale belastings-toestand onder de heersende omgevingsomstandigheden, sluit de beluchting en wordt niet verondersteld te openen behalve bij aanzienlijk be-lastingsveranderingen of na aanzienlijk hoogteveranderingen. In het geval dat deze opent, niet zijnde tijdens het opwarmen, zal het meeste 15 uitgedreven gas lucht zijn. Het kleine dampverlies dat hiermee samenhangt zal duidelijk zijn, zelfs gedurende langere perioden, en is waarschijnlijk niet meer dan ondervonden bij overstroomvaten die heden ten dage gebruikt worden. Het ontwerp van fig. 2 maakt het mogelijk de terugwincondensor weg te laten, maar de condensor 110 moet groter zijn 20 dan de condensor 64 vereist voor de uitvoering uit fig. 1. De condensoren uit zowel figuur 1 als figuur 2 kunnen verkleind worden door het verminderen van het wateraandeel van het koelmiddel. Inrichtingen ontworpen voor gebruik met koelmiddelen die niet mengbaar zijn met water kunnen kleinere condensors hebben, omdat het koelmiddel niet hygrosco-25 pisch is.

Een variatie van het stelsel in fig. 2 is een stelsel waarbij de afsluiter 112 thermostatisch gestuurd wordt om een verhoogde druk te handhaven, onderhevig aan een ontlasting in geval van nood, zodra de motor en het koelstelsel opgewarmd zijn. Bij deze uitvoering combineert 30 deze een in hoofdzaak open beluchting voor opwarmen en uitschakelen met een gesloten stelsel onder bedrijfsomstandigheden. De maximum druk kan lager gehouden worden dan bij een volledig gesloten systeem, omdat de temperatuur- en druktoename van het opwarmen afgetrokken kunnen worden van de totale temperatuur-drukverandering naar piekbelasting.

35 Afgezien van de verschillende wijzen om de temperatuur-drukveran- deringen in het stelsel te veranderen werken de bovengenoemde uitvoeringen precies hetzelfde. Vloeibaar koelmiddel wordt voortdurend gepompt uit het blokdeel van de koelmiddelmantel door een condensor (of een omloop tijdens het opwarmen en omstandigheden met lage belasting 40 bij koud weer) en teruggevoerd naar het cilinderkopdeel van de koelmid- 3 Λ n ^ * .3 1 ir ,i 31 delmantel van de motor bij een temperatuur onder de verzadigingstempe-ratuur van het koelmiddel, zodat een deel van de damp voortgebracht bij de warme metalen oppervlakken van de koepel van de verbrandingskamer en om de uitlaatpoorten condenseert in het vloeibare koelmiddel. De damp 5 die niet gecondenseerd wordt in het vloeibare koelmiddel wordt van het hoogste gebied verwijderd en naar de condensor geleid waar het condenseert. Het condensaat wordt teruggevoerd naar de koelmiddelmantel.

Het stelsel moet zo ontworpen worden dat het vloeibare koelmiddel teruggevoerd naar de mantel uit het vloeibare koelmiddelcircuit zich op 10 een temperatuur bevindt die voldoende hoog is om de voordelen van het werken van de motor bij een verhoudingsgewijs hoge gemiddelde temperatuur te verkrijgen, zoals hierboven in detail beschreven is, maar laag genoeg om mogelijk te maken om damp in de koelmiddelmantel van de ci-linderkop te condenseren en de temperatuur van het koelmiddel laag ge-15 noeg te houden in het deel van het vloeistofcircuit stroomopwaarts van de pomp om pompcavitatie te vermijden.

De tekeningen schetsen verticaal gerichte zuigermotoren. Het koel-stelsel volgens de onderhavige uitvinding kan natuurlijk gebruikt worden bij motoren die met de assen van de cilinders daarvan schuin ge-20 richt ten opzichte van de verticaal of horizontaal aangebracht zijn. In elk geval zal de damp het hoogste gebied of gebieden van de koelmantel zoeken en de dampuitlaat of -uitlaten moeten overeenkomstig aangebracht worden. Het stelsel kan eveneens gebruikt worden voor wankelmotoren. De bovenstaande beschrijving met betrekking tot de koelmiddelmantel van de 25 cilinderkop heeft betrekking op het van mantel voorziene gebied om ver-brandings- en uitlaatdelen van de wankelmotor, terwijl de bespreking van de koelmiddelmantel van het cilinderblok betrekking heeft op de van mantel voorziene gebieden om de verplaatste volumedelen van de wankel-verbrandingskamer. Ten slotte kan de onderhavige uitvinding gebruikt 30 worden bij een motor waarbij slechts de cilinderkop gekoeld is of waarbij minder dan alle gebieden die de verplaatste gebieden van de cilin-derwanden omgeven door vloeibaar koelmiddel gekoeld worden.

De tekening toont inrichtingen waarbij de condensor aangebracht is boven de motor voor het door zwaartekracht terugvoeren van condensaat, 35 aan hetgeen de voorkeur gegeven wordt. Niettemin kan de condensor indien noodzakelijk onder het hoogste niveau van het vloeibare koelmiddel aangebracht worden en het condensaat mechanisch terug naar de motor gepompt worden. Bij het ontwerp van een dergelijk stelsel moet aandacht gegeven worden aan de aanwezigheid van een volume in de dampuitlaatlei-40 ding(en) boven de cilinderkop om een stijging van het vloeistofniveau ' „ V i 'i 32 op te nemen en om beperking van de stroming van damp in de leiding naar de condensor te beperken. Bij geringe snelheid is een met geringe omvang werkende pomp voor condensaat voldoende.

In de uitvoering van fig. 1 is de terugwincondensor 70 lager aan-5 gebracht dan de condensor 64 en is aangebracht voor het terugbrengen van condensaat met sifoonwerking naar de condensor 64. Alternatief kan de terugwincondensor hoger aangebracht worden dan de condensor 64 waardoor een met zwaartekracht terugkeren van condensaat mogelijk wordt.

De verdampings- en condensatiekringloop gaan door met werken na 10 het uitschakelen van de motor volgens de werkwijze en met de inrichting volgens de onderhavige uitvinding. Metaal binnen de cilinderkop in aanraking met vloeibaar koelmiddel zal zich op een temperatuur bevinden die hoger is dan de verzadigingstemperatuur van het koelmiddel en het koken zal doorgaan totdat de temperatuur van het metaal de verzadi-15 gingstemperatuur van het koelmiddel bereikt. Indien de vloeistofcircu-latiepomp door de motor aangedreven wordt of op andere wijze uitgeschakeld wordt bij het uitschakelen van de motor, zal de temperatuur van het koelmiddel binnen de mantel van de cilinderkop tot de verzadings-temperatuur stijgen. Minder damp zal in het vloeibare koelmiddel gecon-20 denseerd worden, en een vergrote hoeveelheid damp zal de condensor binnentreden. Hoewel de omvang van thermische energie opgeslagen in de motor bij temperaturen boven de verzadigingstemperatuur van het koelmiddel niet groot is in vergelijking met de warmte afgegeven aan het koelmiddel tijdens bedrijf van de motor, zal een wezenlijke hoeveelheid 25 damp opgewekt worden door het koken tijden het afkoelen. De condensor moet voldoende capaciteit hebben om de damp opgewekt tijdens het afkoelen te condenseren alsmede de damp die ontstaat tijdens bedrijf van de motor te condenseren. Indien de pomp het vermogen heeft om koelmiddel tijdens de afkoelfase te circuleren kan de temperatuur van het vloeiba-30 re koelmiddel onder de verzadigingstemperatuur van het koelmiddel gehouden worden en de hoeveelheid damp die in de condensor komt tijdens het afkoelen zal in zeer aanzienlijk mate verminderd worden.

y - - W :y Ü f-r, ς·-

Claims (21)

1. Werkwijze voor het koelen van een inwendige verbrandingsmotor, met het kenmerk, dat deze omvat de stappen van het mechanisch verpompen van een vloeibaar koelmiddel dat kan koken met een verzadigingstempera-5 tuur boven ongeveer 132eC bij atmosferische druk uit de koelmiddelman-tel (20, 26) van de motor door een warmtewisselaar en terug naar de koelmiddelmantel om in warmteafgifte in de warmtewisselaar (42) te voorzien, zodat geen damp gevormd wordt bij de uitlaat voor vloeistof van de koelmiddelmantel als gevolg van de drukval opgewekt door de pomp 10 (38) en zodanig dat de temperatuur van het koelmiddel dat zich binnen delen van het cilinderkopdeel van de koelmiddelmantel (26), die zich boven bovengenoemde plaatsen nabij de verbrandingskamerkoepels en uit-laatkanalen bevindt, gehandhaafd wordt onder de verzadigingstemperatuur van het koelmiddel bij de druk van het stelsel, het voortdurend uit de 15 koelmiddelmantel (20, 26) van de motor verwijderen door in hoofdzaak onbelemmerde convectie door tenminste een uitlaat (60) die van het hoogste gebied in het cilinderkopdeel (26) van de koelmiddelmantel gaat, van in hoofdzaak alle gassen ander dan gassen die condenseren binnen het koelmiddel in de mantel, omvattende damp gevormd door het 20 plaatselijk koken van het vloeibare koelmiddel in de gebieden nabij de verbrandingskamerkoepels en uitlaatkanalen, waardoor het grootste deel van het cilinderkopdeel van de koelmiddelmantel van de motor steeds gevuld blijft met koelmiddel in vloeibare toestand, het leiden van gassen van de uitlaat (60) naar een condensormiddel, dat een condensorkamer 25 (64, 110) omvat, en het terugleiden van het condensaat van het conden sormiddel naar de koelmiddelmantel.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het koelmiddel in hoofdzaak tenminste een stof omvat die mengbaar is met water en een dampdruk heeft die in hoofdzaak kleiner is dan die van water bij 30 een bepaalde temperatuur.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de stof van het koelmiddel gekozen wordt uit de groep omvattende ethyleenglycol, propyleenglycol, tetrahydrofurfurylalcohol en dipropyleenglycol.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het koel-35 middel in hoofdzaak omvat een stof die in hoofdzaak niet mengbaar is met water en een dampdruk heeft die in hoofdzaak kleiner is dan die van water bij elke bepaalde temperatuur.

5- Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de stof van het koelmiddel gekozen wordt uit de groep omvattende 2,2,4-trimethyl-40 1,3—pentaandiolmonoisobutyraat, dibutylisopropanolamine en 2—butylocta- « 1 - > - I V nol.

6. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het vloeibare koelmiddel uit het boringdeel (20) van de koelmiddelmantel van de motor gecirculeerd wordt en teruggeleid wordt 5 naar het cilinderkopdeel (26) van de koelmiddelmantel.

7. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het vloeibare condensaat door zwaartekracht voortdurend teruggeleid wordt van de condensorkamer (64) naar de koelmiddelmantel.

8. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat deze boven- 10 dien omvat de stappen bestaande uit het geleiden van gassen die verblijven in het hoogste gebied van de condensorkamer (64) naar een te-rugwincondensor (70) die naar de atmosfeer (72) belucht is en zich op een plaats bevindt die waarschijnlijk kouder zal zijn dan de condensorkamer voor condensatie van de condenseerbare gassen daarin en het te- 15 rugleiden van het vloeibare condensaat van de terugwincondensor naar de condensorkamer.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat deze bovendien omvat de stappen omvattende het blokkeren van de overgang van gassen van de condensorkamer naar de terugwincondensor, behalve indien de 20 druk binnen de condensorkamer de druk binnen de terugwincondensor een bepaalde waarde te boven gaat, door middel van een drukontlastafsluiter (68) geplaatst tussen de condensorkamer en de terugwincondensor, en het blokkeren van de overdracht van condensaat en gassen uit de terugwincondensor naar de condensorkamer behalve indien de druk binnen de te- 25 rugwincondensor plus enige druk van de kolomcondensaat de druk binnen de condensorkamer met een bepaalde waarde te boven gaat door middel van een tweede drukontlastafsluiter (68) geplaatst tussen de condensorkamer en de terugwincondensor.

10. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat deze bo- 30 vendien omvat de stappen bestaande uit het geleiden van gassen die verblijven in het hoogste gebied van de condensorkamer (110) door een beluchting (114) naar de atmosfeer dan en slechts dan indien de druk binnen de condensor de omgevingsdruk met een bepaalde waarde te boven gaat, en het geleiden van omgevingslucht door de beluchting in de con- 35 densor, dan en slechts dan indien de omgevingsdruk de druk binnen de condensor een bepaalde waarde te boven gaat.

11. Inrichting voor het koelen van een inwendige verbrandingsmotor, omvattende een koelmiddelmantel (20, 26) om tenminste een deel van elke verbrandingskamer en uitlaatkanaal van de motor, met het kenmerk, 40 dat deze omvat een vloeibaar koelmiddel dat kan koken met een verzadi- -'k — ' j · : Λ -) gingstemperatuur boven 132°C bij atmosferische druk, een met vloeistof werkend koelcircuit omvattende een warmtewisselaar (42) en mechanische pompmiddelen (38) voor het circuleren van het koelmiddel van de koel-middelmantel door de warmtewisselaar en terug naar de koelmiddelmantel 5 om in warmteafgifte in de warmtewisselaar te voorzien, zodat geen damp gevormd wordt in het met vloeistof werkende koelcircuit als gevolg van de drukval opgewekt door de pomp (38) en zodat de temperatuur van het koelmiddel binnen delen van het cilinderkopdeel (26) van de koelmiddelmantel die zich boven plaatsen nabij de verbrandingskamerkoepels en 10 uitlaatkanalen bevinden, onder de verzadigingstemperatuur van het koelmiddel bij de druk van stelsel gehouden worden, tenminste een uitlaat (60) van het hoogste gebied in de koelmiddelmantel (20, 26) geschikt om voortdurend door in hoofdzaak onbelemmerde convectie uit de koelmiddelmantel in hoofdzaak alle gassen te verwijderen en vrij te geven, omvat-15 tende damp gevormd door plaatselijk koken van het vloeibare koelmiddel in gebieden nabij verbrandingskamerkoepels en uitlaatkanalen, zijnde andere dan gassen die condenseren in het koelmiddel binnen de mantel, waardoor het belangrijkste deel van de koelmiddelmantel in gebieden om de verbrandingskamerkoepels en uitlaatkanalen steeds gevuld blijft met 20 koelmiddel in vloeibare fase, condensormiddelen omvattende een conden-sorkamer (64) voor het ontvangen van de gassen verwijderd en vrijgegeven uit de koelmiddelmantel door de uitlaat (60) en het condenseren van condenseerbare bestanddelen daarvan, en terugvoermiddelen (62) voor het terugvoeren van het condensaat uit de condensormiddelen naar de koel-25 middelmantel.

12. Inrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat het koelmiddel in hoofdzaak tenminste een stof omvat, die mengbaar is met water en een dampdruk heeft die in hoofdzaak kleiner is dan die van water bij een bepaalde temperatuur.

13. Inrichting volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de stof omvattende het koelmiddel gekozen wordt uit de groep omvattende ethy-leenglycol, propyleenglycol, tetrahydrofurfurylalcohol en dipropyleen-glycol.

14. Inrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat het 35 koelmiddel in hoofdzaak omvat tenminste een stof die in hoofdzaak niet mengbaar is met water en een dampdruk heeft die in hoofdzaak kleiner is dan die van water bij een bepaalde temperatuur.

15. Inrichting volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat de stof waaruit het koelmiddel bestaat gekozen wordt uit de groep omvattende 40 2,2,4-trimethyl-l,3-pentaandiolmonoisobutyraat, dibutylisopropanolamine • * V; · en 2-butyloctanol.

16. Inrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat het met vloeistof werkende koelcircuit geschikt is om koelmiddel te circuleren van het cilinderblokdeel (20) van de koelmiddelmantel en het vloeibare 5 koelmiddel terug te voeren naar het cilinderkopdeel (26) van de koelmiddelmantel.

17. Inrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de con-densorkamer (64 of 110) op een niveau hoger dan dat van de uitlaat uit de koelmiddelmantel aangebracht is en het terugvoermiddel (62) het con- 10 densaat van de condensorkamer door zwaartekracht naar de koelmiddelmantel terugvoert.

18. Inrichting volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de condensorkamer een beluchting (66 of 114) heeft aangebracht in het hoogste gebied daarvan en weg van de inlaat daarnaar.

19. Inrichting volgens conclusie 18, met het kenmerk, dat het con- densormiddel bovendien omvat een terugwincondensor (70) en een beluch-tingspijp (66) die de beluchting van het condensorvat en de terugwincondensor verbindt en in hoofzaak bij het laagste deel van de terugwincondensor uitmondt waarbij de terugwincondensor naar de atmosfeer be-20 lucht (72) wordt van het hoogste gebied daarvan en aangebracht is op een plaats die waarschijnlijk kouder zal zijn dan de plaats van de condensorkamer, waardoor indien de druk in de condensorkamer de druk in de terugwincondensor te boven gaat, gassen die in het hoogste gebied van de condensorkamer verblijven, in de terugwincondensor geleid worden 25 voor condensatie van de condenseerbare gassen daarin en voor het beluchten van niet condenseerbare gassen, en condensaat en gassen die verblijven binnen de terugwincondensor geleid worden van de terugwincondensor naar de condensorkamer indien de druk binnen de terugwincondensor de druk binnen de condensorkamer plus de druk van de kolom van 30 de hoeveelheid condensaat in de beluchtingspijp te boven gaat.

20. Inrichting volgens conclusie 19, met het kenmerk, dat deze bovendien omvat eerste drukontlastafsluitermiddelen (68) aangebracht tussen de condensorkamer en de terugwincondensor voor het blokkeren van de doorgang van gassen uit de condensorkamer naar de terugwincondensor be-35 halve indien de druk binnen de condensorkamer de druk in de terugwincondensor een bepaalde omvang te boven gaat en tweede drukontlastafsluitermiddelen (68) aangebracht tussen de condensorkamer en de terug-wincondensor voor het blokkeren van de doorgang van condensaat en gassen uit de terugwincondensor naar de condensorkamer behalve indien de 40 druk binnen de terugwincondensor de druk binnen de condensorkamer plus ' ' 1 ' " · ·.’ . w * "V § de druk van de kolomcondensaat in de beluchtingspijp met een bepaalde waarde te boven gaat.

21. Inrichting volgens conclusie 18, met het kenmerk, dat deze bovendien omvat uitlaatdrukontlastafsluitermiddelen (112) aangebracht bij 5 de beluchting (114) voor het blokkeren van de doorgang van gassen van de condensor (110) naar de atmosfeer behalve indien de druk binnen de condensorkamer (110) de omgevingsdruk een bepaalde waarde te boven gaat en inlaatdrukontlastafsluitermiddelen (112) aangebracht bij de beluchting voor het blokkeren van de doorgang van omgevingslucht uit de at-10 mosfeer naar de condensorkamer behalve indien de omgevingsdruk de druk binnen de condensorkamer een bepaalde waarde te boven gaat. —-ooo-- -S'- Λ * *' h V : ^ Λ *,l *.