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Verfahren zum Betriebe eines Ranque^Hilsch-Wirbelrohres zur Luftkühlung
und Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Betriebe eines Ranque-Hilsch-Wirbelrohres zur Luftkühlung und eine Einrichtung
zur Ausübung des Verfahrens.
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Bezeichnet man den Druck der in ein solches Wirbelrohr eingeführten
Luft mit Po und ihre Temperatur mit To, den Druck der Luft von tieferer Temperatur
mit P und deren Temperatur mit T, so erhält man, wenn log Po/P als Abszisse und
T/To als Ordinate angegeben werden, Wirkungskurven (Fig. 5). Es ergibt sich, daß
die Kurve höher liegt - wie durch die dünne Linie gezeigt -, wenn Druckluft durch
die Düse des Wirbelrohres in das Wirbelrohr hineingedrückt wird, als dann, wenn
der Druck vor der Düse gleich dem atmosphärischen Druck bzw. niedriger ist als der
atmosphärische, wie durch die stärker ausgezogene Linie veranschaulicht.
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Daraus ergibt sich, daß bei Verwendung eines Wirbelrohres zur Abkühlung
von Luft eine größere Abkühlwirkung erreicht werden kann, wenn Luft mit atmosphärischem
Druck in die Düse hineingeblasen bzw. durch Unterdruck in die Düse des Wirbelrohres
hineingesaugt wird. Zusammenfassend kann man feststellen, daß es, um die Abkühlwirkung
zu vergrößern, zweckmäßiger ist, die im Wirbelrohr befindliche Luft aus den Auslaßöffnungen
desselben herauszusaugen, als vorher komprimierte Luft in dieses Rohr hineinzudrücken.
Die Erfindung besteht in der Anwendung dieser Feststellung. Es wird also erfindungsgemäß
vorgeschlagen, die zu kühlende Luft bei atmosphärischem Druck in das Wirbelrohr
durch Unterdruckerzeugung an seinen Auslässen einzuführen. Angewandt beispielsweise
auf Kraftfahrzeuge heißt diese Anweisung, daß der Warmluftauslaß des Wirbelrohres
zweckmäßigerweise mit der Ansaugleitung der Verbrennungskraftmaschine unmittelbar
in Verbindung gebracht werden sollte und der Kühlluftauslaß des Wirbelrohres mittelbar
über einen Wärmeaustauscher und gegebenenfalls einen Wasserabscheider mit der gleichen
Unterdruckstelle, also der Ansaugleitung des Verbrennungsmotors, in Verbindung zu
bringen wäre. Selbstverständlich kann der Erfindungsgedanke auch bei anderen Geräten,
wie Kompressoren, Vakuumpumpen od. dgl., angewandt werden.
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Es wird also beispielsweise der Luftansaugstutzen eines Verbrennungsmotors,
einer Vakuumpumpe oder einer anderen Maschine, die mit Unterdruck ansaugt, an zwei
Luftauslaßöffnungen des an sich bekannten Wirbelrohres angeschlossen. Dadurch wird
Luft durch die Einlaßöffnung des Wirbelrohres angesaugt.
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Bei auftretendem Unterdruck, der also niedriger ist als der atmosphärische
Druck, beginnt das Wirbelrohr zu arbeiten, und aus dem Kühlluftauslaß desselben
kommt gekühlte Luft heraus, deren Temperatur niedriger ist als die Temperatur, die
dann vorhanden wäre, wenn man komprimierte Luft dem Wirbelrohr zuführt.
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Über eine in dem länglichen, zylinderförmigen, mit zwei Basisflächen
versehenen Wirbelrohr vorgesehene Düse wird von außen her in ungefähr senkrechter
Richtung zur Zylinderachse ein starker Gasstrom angesaugt. Die Düse ist nahe der
einen Basisfläche an der inneren Seitenwand des Zylinders tangential angebracht.
Jede der beiden Basisflächen ist mit je einer Öffnung versehen. Durch die eine der
Düse näher liegende Öffnung wird Luft von niedrigerer Temperatur als die angesaugte
Luft herausgeleitet und durch die andere Öffnung fließt Luft von höherer Temperatur
heraus.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen schematisch veranschaulicht.
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Fig. 1 zeigt die Anwendung der Erfindung auf den Ottomotor. Der Ansaugstutzen
einer Verbrennungskraftmaschine a weist zwei mit voneinander getrennten Leitungen
b und c verbundene Durchtrittsquerschnitte
auf, deren eine über
einen Wärmeaustauscher d mit dem Kühlluftauslaß e des Wirbelrohres f und deren andere
mit dem Auslaßstutzen des Vergasers g verbunden ist. Dabei steht der Einlaß des
Vergasers sowohl mit dem Warmluftauslaß h des Wirbelrohres f als auch über eine
Klappe, ein Ventil i
od. dgl. mit einem Auslaß j eines Luftreinigers
k in Verbindung. Die Düse des Wirbelrohres ist mit einem zweiten Auslaß
l des Luftreinigers k über eine weitere Klappe m od. dgl. verbunden,
Fig.2 zeigt die Anwendung der Erfindung auf einen Dieselmotor a1. Der Ansaugstutzen
steht mit drei Leitungen in Verbindung, deren eine über einen Wärmeaustauscher dl
mit dem Kühlluftauslaß e1 des Wirbelrohres f l, deren zweite mit dem Warmluftauslaß
h1 des Wirbelrohres f 1 und deren dritte durch eine Klappe n od. dgl. mit dem Auslaß
des Luftreinigers k1 verbunden ist. Die Düse des Wirbelrohres f l ist über die gleiche
Klappe n an den Auslaß des Luftreinigers k1 angeschlossen.
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Fig. 3 zeigt eine Anwendung auf einen Kompressor a2, dessen Lufteinlaß
sich in drei Leitungen verzweigt. Eine dieser Leitungen ist über einen Wasserabscheider
o mit dem Kühlluftauslaß e.> des Wirbelrohres f2, eine zweite mit dem Warmluftauslaß
h2 des Wirbelrohres und eine dritte über eine Klappe n1 od. dgl. mit dem Auslaß
des Luftreinigers k2 verbunden. Die Düse des Wirbelrohres steht über die Klappe
n1 od. dgl. ebenfalls mit dem Auslaß des Luftreinigers in Verbindung.
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Die Beispiele der Fig. 1 und 2 zeigen, daß durch den Unterdruck am
Ansaugstutzen des Motors Luft durch das Wirbelrohr hindurchgeleitet und die durch
den Kühlluftauslaß herausfließende Kühlluft durch einen Wärmeaustauscher hindurchgeleitet
wird und dadurch eine weitere Abkühlung erfährt.
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Auf diese Weise kann man eine Abkühlvorrichtung konstruieren, welche
folgende Vorteile hat: 1. Ihre Herstellung ist verhältnismäßig billig, weil der
Luft kein hoher Druck gegeben zu werden braucht; 2. der Energieverlust durch Reibung
ist erheblich verringerbar, weil das Wirbelrohr durch Unterdruck betätigt wird,
und 3. läßt sich trotzdem eine hohe Abkühlwirkung erzielen.
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Dadurch, daß man die aus dem Wirbelrohr herausströmende Warmluft zunächst
auf Normaltemperatur abkühlt und dann in den Ansaugstutzen des Motors hineinleitet,
ist selbstverständlich eine höhere Leistung zu erzielen; aber die höhere Leistung
des Motors kann auch dadurch erzielt werden, daß die durch den Wärmeaustauscher
hindurchgeleitete Kühlluft in den Motoransaugstutzen hineingelassen wird, bevor
sie sich auf Normaltemperatur erwärmt hat.
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Auch in dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird mit Normaltemperatur
in das Wirbelrohr eintretende Kühlluft verwendet. Das Wirbelrohr wird durch Unterdruck
beeinflußt und die aus dem Kühlluftauslaß heraustretende Kühlluft in einen Wasserabscheider
geleitet. Auch dadurch wird ein Vorteil erzielt, weil Kühlluft von tieferer Temperatur
gewonnen werden kann.
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Dadurch, daß die aus dem Warmluftauslaß des Wirbelrohres austretende
Warmluft erst noch durch einen Wärmeaustauscher abgekühlt und dann in den Kompressor
hineingeleitet wird, kann die Wirkung des Kompressors erhöht werden. Wie es Fig.
4 zusammenfassend zeigt, werden die Auslässe des Wirbelrohres f. mit den Vorrichtungen,
die Unterdruck erzeugen, z. B. mit dem Ansaugstutzen eines Verbrennungsmotors, eines
Kompressors oder einer Vakuumpumpe a., verbunden. Der Luftreiniger ist mit ko, der
Wärmeaustauscher bzw. Wasserabscheider mit d. gekennzeichnet. Dadurch kann eine
hochgradige Abkühlwirkung erzielt werden. Insbesondere dann, wenn das Wirbelrohr
mit dem Ansaugstutzen einer Verbrennungskraftmaschine in Verbindung gebracht wird,
kann man die schon vorhandene Druckdifferenz zwischen dem atmosphärischen Luftdruck
und dem Druck im Ansaugstutzen der Verbrennungskraftmaschine zur Abkühlung der Luft
ausnutzen. So erreicht man die Vorteile der hohen Leistung und der Einfachheit der
Konstruktion und außerdem auch den Vorteil, daß eine Abkühlung erzielt wird, ohne
daß man eine besondere Vorrichtung dazu benötigt, die zwischen dem Ein- und Auslaß
des Wirbelrohres eine Druckdifferenz erzeugt.
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Um aus dem Warmluftauslaß h3 des Wirbelrohres f. Warmluft austreten
zu lassen und aus demselben Rohr über den Luftansaugstutzen des Verbrennungsmotors
a3 und den Wärmeaustauscher d3 Kühlluft zuzuführen, kann natürlich auch, - wie in
Fig. 8 dargestellt -eine mit dem Verbrennungsmotor verbundene Ansaugvorrichtung
p verwendet werden. Zur Erreichung des gleichen Zweckes können auch andere Vorrichtungen
verwendet werden. Der Verbrennungsmotor, dessen Ansaugkraft in bezug auf die Menge
der anzusaugenden Luft begrenzt ist, kann dadurch wirkungsvoll unterstützt werden,
und es kann auch eine hohe Abkühlwirkung für andere Zwecke, z. B. die Belüftung
des Fahrgastraumes, erzielt werden.
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Fig.6 und 7 zeigen einen Kraftwagen, dessen Innenraum gekühlt werden
soll. Fig. 6 zeigt eine Aufsieht, Fig. 7 eine Seitenansicht eines Kraftfahrzeuges.
1 ist der Vergaser, 2 das Umschaltventil, das dazu dient, die aus dem Wirbelrohr
5 austretende und aus der Auspuffleitung 3 kommende angesaugte Luft und die aus
dem Luftreiniger 7 kommende angesaugte Luft vermittels eines vom Führersitz aus
steuerbaren Drahtseiles 14 umzuleiten. Die durch den Luftreiniger 7 angesaugte Luft
strömt durch die Düse 6, wird vermittels des Wirbelrohres 5 abgekühlt und die von
tiefer Temperatur strömt durch die Leitung 8 und den Wärmeaustauscher 12 in die
Auslaßleitung 13, fließt in der Auslaßleitung 13 mit der aus dem Warmluftauslaß
4 herausströmenden Luft von hoher Temperatur zusammen und strömt in den Vergaser
1 hinein.
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Die durch den Lufteinlaß 15 angesaugte Luft wird im Wärmeaustauscher
12 abgekühlt und vermittels eines Motorventilators 10, '.1 durch einen Diffusor
9 in den Innenraum des Kraftwagens befördert.
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Auf diese Weise wird unter Benutzung der Ansaugkraft des Motors das
Wirbelrohr in Gang gesetzt, und die abgetrennte Kühlluft kühlt die in den Wagen
einzuführende Luft ab. Dadurch kann die in den Wagen einzuführende Luft erheblich
abgekühlt werden.