DE833500C - Geschlossenes Waermeuebertragungssystem - Google Patents

Description

• Geschlossenes Wärmeübertragungssystem Die Erfindung betrifft Wärmeübertragungssysteme.
• Um Wärme von einem Punkt zu einem anderen zu übertragen, ist es üblich, ein geschlossenes, teilweise mit einer leicht flüchtigen Flüssigkeit gefülltes System zu benutzen, wobei Wärme an einem Punkt durch Verdampfen der Flüssigkeit aufgenommen und Wärme an einem anderen Punkt durch Kondensation dieses Dampfes zu einer Flüssigkeit abgegeben wird.
• Die Erfindung verwendet ein geschlossenes System und besteht darin, daß eine leicht flüchtige Flüssigkeit in einer Ebene verdampft und ungehindert zu einer tiefer liegenden Ebene sinkt, wo sie kondensiert und <tann zur Verdampfungsebene durch Kapillarwirkung hinaufsteigt.
• Die Kennzeichen der Erfindung «erden jetzt an Hand der Zeicltnttn<,en beschrieben. Fig. i ist der Schnitt eines schematisch dargestellten Kühlschranke, der ein Wärmeübertragungssystem gemäß der Erfindung besitzt; Fig. 2 stellt den vergrößerten Schnitt längs der Linie 2-2 der Fig. i dar; Fig. 3 ist der vergrößerte Schnitt an der Stelle 3-3 der Fig. 2; Fig.4 ist ein der Fig.3 ähnlicher Schnitt und stellt eine veränderte Form der Erfindung dar; Fig. 5 ist ein weiterer Schnitt, ähnlich Fig. 3, und stellt eine weitere Form der Erfindung dar; Fig.6 ist der Schnitt eines Zweikammer-kühl-Schrankes, welcher das verbesserte Wärmeübertragungssystem enthält.
• Fig. i zeigt einen isolierten Kühlschrank 2o, welcher die Kühlkammer 22 enthält, die auf einer niedrigen Temperatur gehalten werden soll. An der Unterseite des Kühlschrankes ist mittels Flügelmuttern 2; eine zerstoßenes Eis enthaltende lösbare Schale angeordnet. Das im folgenden ausführlicher beschriebene Rohr 24 geht durch die untere `'Fand des Kühlschrankes hindurch.
• Der Aufbau der verschlossenen Röhre 24, welche das 'Mittel zur Wärmeübertragung aus der isolierten Kammer 22 an das zerstoßene Eis innerhalb des Behälters 26 enthält, ist ausführlich in den Fig. 2, 3, .4 und j dargestellt. Ein Kennzeichen des Wärmeübertragungssystems, dargestellt in Fig.2 und 3, ist das an seinem oberen Ende verschlossene lotrechte Rohr 28, dessen unteres Ende in einem waagerechten kurzen, beiderseitig verschlossenen behälterähnlichen Rohr 30 mündet. Das waagerechte Rohr 30 ist mit einer Rippe 32 versehen, die die mit dem `'Wasser und zerstoßenem Eis in Berührung stehende Oberfläche vergrößern soll. Weiterhin ist das Rohr 30 teilweise mit einer leicht flüchtigen Flüssigkeit 34 gefüllt. Alle anderen Gase und Flüssigkeiten sind soweit wie möglich aus (lern Behälter, welcher durch die Rohre 28 und 30 gebildet ist, entfernt. Durch die Anwesenheit anderer Gase und Flüssigkeiten wird die Vorrichtung nicht wirkungslos werden; das Tem1)e-raturgefälle erhöht sich jedoch dadurch. Es ist wünschenswert, daß die verwendete Flüssigkeit eine große Verdunstungswärme, niedriges spezifisches und niedriges Molekulargew ficht und große Oberflächenspannung besitzt. Bis zu einem bestimmten Grad wird jede flüchtige Flüssigkeit arbeiten. Wasserfreies Ammoniak, Wasser, Äthyl- und Methylalkohol sind beispielsweise verwendbare Flüssigkeiten. Das bisher beschriebene WärmeübertragUngssystem 24 würde die Kammer 22 nicht wirksam kühlen. Es würde nur ein verhältnismäßig kleiner Wärmetransport von der Kammer 22 zum Wasser und zerstoßenen Eis in der Schale 26 mittels direkter Wärmeleitung über die Wandung des metallenen Rohres 28 stattfinden. Die Flüssigkeit 34 wird sich im tiefster- Punkt des Behälters ansammeln. Der Dampf innerhalb der verschlossenen Röhre 24 wird an deren kältester .Stelle kondensieren. Diese Stelle befindet sich an dem Teil des Rohres, welches in das Eiswasser det Schale 26 eingetaucht ist. Bislang war es erforderlich, einen Zwangsumlauf zu verwenden oder das Wärmeübertragungssystem so einzurichten, daß der kalte Teil oben und der warme Teil sich unten befindet, so daß die Flüssigkeit sich im warmen Teil sammelt und verdampft und der Dampf im kälteren oberen Teil kondensiert. Eine derartige Anordnung mit dem kälteren Teil oben ist in manchen Fällen unpraktisch und kann nicht benutzt werden, wenn die -'Wärmequelle über der Kältequelle liegt.
• Diese Erfindung ermöglicht jedoch auf einfache Art und Weise das Arbeiten eines solchen Wärmeiibertragurigssystems, wie auch das Verhältnis der Höhenlagen der Wärme- und Kältequelle sei, durch Verwendung eines Hilfsmittels, welches eine Flüssigkeit nach oben oder in eine beliebige Richtung fördert, ohne Verwendung eines Zwangsumlaufs oder von beweglichen Teilen. Dieses Hilfsmittel besteht aus einem Kapillargefüge 36, welches

  im Rohr 28 von unterhalt> der@lrP@äche der leicht

  flüchtigen Flüssigkeit 33 bis zu seinem oberen

  Ende oder so weit reicht, wie die Kühlwirkung er-

  wünscht ist.

  Man hat festgestellt, dall viele Kal)illargefüge

  für diesen Zweck verwendet werden können. Die

  Wahl des Kapillargefüges ist abhängig von der

  Flüssigkeit und von der Höhe. auf welche die

  Flüssigkeit gehoben werden soll. Für eine Flüssig-

  keit, wie wasserfreies _Xtninoiiiak, kann z.13. ein

  gleichmäßiges Kapillargefüge aus gesintertem ge-

  1)ulvertem Eisen benutzt werden. Ein solches Ka-

  pillargefüge 36 kann folgendermaßen hergestellt

  werden: Unverdichtetes Eisenpulver wird in einem

  solchen Verhältnis mit Eisen-Phosphorpulver ge-

  mischt, so daß das fertige Produkt 1,8% Phosphor

  enthält. Vorzugsweise wird Eisenpulver aus mög-

  lichst reinem Eisen henutzi und von solcher Korn-

  größe, daß es vollständig durch ein Prüfsieb mit

  tooo :laschen je cm2 tln(1 iilrerliaul)t nicht mehr

  durch ein Sieb mit t5oo Maschen je (n12 hindurch-

  geht. Die richtige Mischung von Fisen und Eisen-

  Phosphorpulver wird in (las Rohr 28 eingefüllt,

  wobei eine schmale Al)st;ill<Isleiste durch die ganze

  Rohrlänge hindurchgellt. Das Rohr wird dann

  waagerecht gelegt, und in elieser Lage wird die Ab-

  standsleiste herausgezog=en. In dieser waagerechten

  Lage wird das Rohr in einen Glühofen eingebracht.

  Der Glühofen wird vorzugsweiss 1; -Minuten bis

  t Stunde bei Temperaturen von 1o0,6 bis 11 jo= C

  gehalten. Das Rohr wird zweckniäliiger%veise unter

  solchen Verhältnissen erhitzt und abgekühlt, daß

  es nicht oxydieren kann. Sofern kohlenstoff-

  freies Eisenpulver nicht heschafft werden kann, soll

  während des Sintervorganges eine gleichzeitige

  Entkohlung durchgeführt werden, so daß das fertig

  gesinterte Material im \\ esentliclien kohlenstoff-

  frei ist. Dieser Sintervorgang liefert ein poröses

  homogenes Gefüge, welches eine große Kapillar-

  wirkung hat und welches fest mit der Wandung

  des Rohres 28 verbunden ist. Anschließend wird

  das Rohr 28 mit dem Rohic 30, z. 13. finit Hilfe eines

  geeigneten Anschlußstückes, dichtend verbunden,

  dann wird das ganze Teil luftleer gepumpt, worauf

  die leicht flüchtige Flüssigkeit

  -,wird.

  Darauf erfolgt (las luftdichte Verschließen des so

  gebildeten Behälters durch Abkneifen des oberen

  Endes des Rohres 28. Es sollte soviel leicht

  flüchtige Flüssigkeit eingefüllt werden, daß sich

  das poröse Kapillargefügt vollsaugen kann, wobei

  sich zusätzlich soviel Flüssigkeit iln Rohr 3o an-

  sammelt, daß der untere Teil des Kapillargefüges

  unter allen Umständen durch die Flüssigkeit be-

  netzt wird. Vor dem Zusammenbau kann das untere

  Ende des Rohres 28 abgeschnitten werden, um das

  untere Ende des Kapillargefiiges 33 freizulegen, so

  claß es über das Ende des Rohres 28 hinausragt

  und dadurch tiefer 111 (]je Flüssigkeit 34 eintauchen

  kann. Dies ist jedoch nicht unbedingt erforderlich,

  und gute Ergebnisse werden auch ohne das Ab-

  schneiden erzielt. Gesintertes oder nicht gesintertes

  brikettiertes oder verdichtetes Metallpulver kann

  auch verwendet werden. -.s hat jedoch eitle ver-

  ringerte Kapillarströmung, da die Porceität geringer ist. Weiterhin kann Eisen-, Kobalt- oder Nickelpulver zusammen mit Eisen-, Kobalt- oder Nickel-Pliosl>liorl>ul\,er verwendet werden. Im allgeineinen kann jedes gleichmäßig poröse Kapillargefüge verwendet werden, und das Ergebnis wird seiner Fähigkeit entsprechend in jeder beliebigen Richtung Flüssigkeitsströmung durch Kapillar-221 hervorrufen.
• Im Betrieb wird die leicht flüchtige Flüssigkeit 34 infolge der Kapillarwirkung in dem porösen Kapillargefüge 36 zum oberen Teil dies Rohres 28 aufsteigen, «-o sie unter der höheren Temperatur, welcher dieser Teil des Rohres 28 und das KapillargefÜge 36 in der Kammer 22 ausgesetzt sind, ve:rclamiift. Die verdampfte Flüssigkeit sammelt sich im oberen Bereich des Rohres und wird infolge ständiger Vermehnurg& durch den Gang 38 neben dem Kapillargefüge 36 nach dem unteren Ende des Rohres 28 gedrückt, wo sie durch die Flüssigkeit 34 hindurch in dein Raum oberhalb der Flüssigkeit 34 entweichen kann, worauf sie an der Wandung des Rohres 3o niedergeschlagen wird. Es wird also bei diesem Verfahren Wärme. von oben nach unten durch Verdampfen und Kondensieren übertragen, und Flüssigkeit wird gehoben, ohne daß von außen Arbeit zum Heben der Flüssigkeit geleistet wird.
• Die in Fig.4 gezeigte Bauweise kann auch in diesem Wärmeübertragungssystem verwendet werden. Das Rohr 48 enthält ein. Kapillargefüge 56, bestehend aus drei Teilen, welche einen dreieckigen Gang 58 einschließen. Bei dieser Form kann das Eisenpulver pastenförmig mit geringem Druck gegen die Wandung des Rohres gepreßt werden, wobei es vor dem Sintern leicht gebacken werden kann. Wo es erwünscht ist, daß wenig Wärmeleitung zwischen der Rohrwandung und dem Kapillargefüge stattfindet, kann die in Fig.5 gezeigte Form verwendet werden. In diesem Fall hat das Kapillargefüge 76 die Form einer quadratischen Stange, deren Ecken so weit abgerundet sind, daß die erforderliche Berührung mit der Rohrwandung sichergestellt ist. Die Stange wird in einer Form gesintert und wird nach dem Sintern in das Rohr 623 eingeschoben. Bei dieser Bauweise ist der größere Teil des Kapillargefüges 76 durch vier im wesentlichen gleiche Gänge 78, welche zwischen der inneren Wandung des Rohres 68 und den vier flachen Seiten des Kapillargefüges entstehen, von der Wandung getrennt. Bei jeder der abgeänderten, in F ig. .4 und 5 gezeigten Formen entsprechen die Gänge 58 und 78 dein Gang 38 und die Kapillargefüge 56 und 76 dem Kapillargefüge 36, während die Rohre 48 und 68 dem Rohr 28 entsprechen.
• In Fig.6 findet die Erfindung Anwendung bei einem Zweikammerkühlschrank t2o, wobei sich im unteren Teil des isolierten Schrankes die Gefrierkammer 122 befindet. Um die innere Wandung 124 dieser Kammer 122 ist ein Rohr 126 gewickelt, welches den Hauptverdampfer des Hauptkühlsystems darstellt. Dieses System besteht aus einem Motorverdichter 128, welcher das verdampfte Kältemittel aus dem Hauptverdampfer pumpt und das verdichtete Kältemittel dem Kondensator 130 zuführt, worin das verdichtete Kältemittel verflüssigt und von welchem es über ein geeignetes Druckmindererventil 132 dem Verdampfer 126 zugeleitet. wird. Dieses Hauptkühlsystem ist zur Erläuterung schematisch dargestellt.
• Der isolierte Schrank hat auch eine obere Kammer 134, deren Temperatur etwas über dem Gefrierpunkt gehalten werden soll, z. B. bei 2 oder .I,5° C. Es ist besonders erwünscht, daß die Luft in der Kammer nirgendwo mit einer Fläche in Berührung kommt, die weniger als o° C hat. Weiterhin wird gefordert, daß die Kühlung der Kammer durch ein möglichst kleines Temperaturgefälle zwischen der gewünschten Temperatur der Luft und der Temperatur der Kühlflächen erzielt wird.
• Um die innere Wandung 136 der oberen Kammer 134 zu kühlen, werden mehrere verbesserte Wärmeübertragungssysteme 138 (ähnlich den in Fig. 2 dargestellten) verwendet, wobei die unteren Enden dieser Systeme verlängert sind und unter gutem thermischen Kontakt auf dem Hauptverdampfer 126 aufliegen. Die oberen Enden der Wärmeübertragungssysteme sind um die Kammer von unten nach oben bei gutem thermischen Kontakt mit der inneren Wandung 136 herumgeführt. Infolge dieser Anordnung steigt die leicht flüchtige Flüssigkeit aus dem unteren Teil eines jeden Rohres in dem porösen Kapillargefüge nach oben und tritt in Wärmeaustausch mit den Seiten und dem oberen Teil der inneren Wandung, wobei sie erhitzt, verdampft und durch den Gang nach unten in das untere Rohr, welches auf dem Hauptverdampfer liegt, gedrückt wird, wo sie wieder kondensiert. Dieser Vorgang findet in jedem der Wärmeübertrager statt, und der Abstand der Sy%teme voneinander und ihre Zahl wird so festgelegt, daß die Kammer 134 bei einer gewünschten Temperatur gehalten werden kann. Diese Wärmeübertragungssysteme ermöglichen es, auf einfache Art und Weise die Kammern des Kühlschrankes für größeren thermischen Wirkungsgrad und größere Bequemlichkeit so anzuordnen, daß die wärmere Kammer, welche am meisten gebraucht wird, in einer bequemen Höhe unmittelbar über der kälteren Kammer liegt.
• Das in Fig. 2 dargestellte Wärmeübertragungssystem ermöglicht also, die Wärme nach unten oder in eine beliebige Richtung ohne bewegliche Teile oder Zwangsumlauf zu transportieren. Es ist ersichtlich, daß seine Verwendung sich nicht auf die Kältetechnik beschränkt, sondern daß es immer dann verwendet werden kann, wenn Wärme bei beliebiger Temperatur und für beliebige Zwecke übertragen werden soll.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Geschlossenes Wärmeübertragungssystem mit einem abwechselnd verdampfenden und kondensierenden Hilfsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß eine leicht flüchtige Flüssigkeit an einer Stelle verdampft und als Dampf zu einer tiefer liegenden Stelle hinabsinkt, wo sie kondensiert und von wo sie zur Verdampfungsstelle durch Kapillarwirkung wieder ansteigt.
2. 2. Geschlossenes Wärmeübertragungssystem nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die leicht flüchtige Flüssigkeit im oberen Teil einer Leitung verdampft, in welcher sie ungehindert a18 Dampf nach unten zu einem Kondensator sinkt, woraus sie wieder als Flüssigkeit durch Kapillarwirkung in einen porösen, in der Leitung befindlichen Körper ansteigt.
3. 3. Geschlossenes Wärmeübertragungssystein nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem Behälter (30), der im Wärmeaustausch mit einem Tieftemperaturkörper steht, aus einem Rohr (28), welches an den Behälter angeschlossen ist und oberhalb desselben einen Verdampfer bildet, und aus einem bis in den Behälter (30) reichenden porösen Körper (36) besteht, der in dem Rohr unter Freilassung eines Ganges (38) ein Kapillargefüge darstellt, durch welches die leicht flüchtige Flüssigkeit (34) aufsteigen kann.
4. Geschlossenes Wärmeübertragungssystem nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Kapillargefüge aus einem porösen Körper aus gesintertem metallischem Pulver bestellt.
5. 5. Geschlossenes Wärmeübertragungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte metallische PulNer derart durch Sintern mit der inneren Wandung des Rohres verbunden ist, daß ein Gang zwischen ihm und der inneren Wandung des Rohres frei bleibt.
6. 6. Kühlschrank, bestehend aus einer oberen Kammer (i34) und einer unteren Kammer (i22), dadurch gekennzeichnet, daß die untere Kammer (122) durch den Verdampfer (126) einer Kälteinaschine gekühlt wird und daß die obere Kammer (i34) durch ein geschlossenes Wärmeübertragungss_vstem (138) nach einem der Ansprüche i bis 5 gekühlt wird, wobei der Kondensator oder Ziehälter des geschlossenen Systems im Wärmeaustausch mit dem Verdampfer der Kältemaschine steht. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 575 535.