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Regelvorrichtung für ein mit einem umlaufenden Medium arbeitendes
Wärmeübertragungssystem Im Hauptpatent 565 804 ist eine Regelvorrichtung für ein
Wärmeübertragungssystem beschrieben, in welchem ein flüssiges Medium durch Beheizung
und Abkühlung im Umlauf gehalten wird. Um diesen wärmeübertragenden Umlauf ohne
Verwendung von Ventilen regulieren zu könmen, ist dabei das Umlaufssystem an einer
Stelle mit einem Überlauf versehen. Durch Änderung der relativen Lage des Flüssigkeitsspiegels
zu dieser Überlaufsstelle wird die Wärmeübertragung in Betrieb genommen .bzw. außer
Betrieb gesetzt, und zwar wird für das Ingangsetzen des Flüssigkeitsumlaufs -der
Flüssigkeitsspiegel über das Niveau des Überlaufs erhöht und zwecks Abstellens des
Flüssigkeitsumlaufs unter das Niveau des Umlaufs gesenkt.
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Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung der oben beschriebenen
Art für ein Wärmeübertragungssystem, bei dem als Übertragungsmittel eine abwechselnd
verdampfende und kondensierende Flüssigkeit verwendet wird. Für ein solches Übertragungssystem
ist gemäß der Erfindung der Überlauf an einen Vorratsbehälter angeschlossen, der
das gesamte Kondensat der Umlaufsflüssigkeit aufnehmen kann. Zur Regelung des Flüssigkeitsumlaufs
und damit der Wärmeübertragung wird die relative Lage des Flüssigkeitsspiegels in
dem Vorratsbehälter zu diesem Überlauf verändert. Man kann die Erfindung so verwirklichen,
daß ein beweglicher Überlauf in bezug auf einen feststehenden Flüssigkeitsspiegel
im Vorratsbehälter verstellt wird. Umgekehrt ist es auch möglich, den Flüssigkeitsspiegel
im Vorratsbehälter in bezug auf einen fest mit dem Vorratsbehälter verbundenen Überlauf
zu heben bzw. zu senken. Man kann ferner auch beide Möglichkeiten kombinieren, indem
man beispielsweise den Vorratsbehälter um einen festen Punkt schwenkbar macht. Zum
Heben bzw. Senken des Flüssigkeitsspiegels in bezug auf einen -,feststehenden Überlauf
kann man das Volumen des Vorratsbehälters unterhalb des Überlaufspunktes durch bewegliche
Wände (Balg o. dgl.), durch eine Regelflüssigkeit, durch einen mechanisch bewegten
Verdrängungskörper
oder ähnliche Mittel verändern.
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Die Änderung des Flüssigkeitsstandes im Vorratsbehälter kann in allen
den genannten Fällen von Hand vorgenommen werden. Es ist aber auch möglich- und
in vielen Fällen sehr vorteilhaft, zur Einstellung ein Regelorgan zu verwenden,
welches die Änderungen des Flüssigkeitsstandes selbsttätig vornimmt.
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Die Erfindung ist bei Wärmeübertragungssystemen, die zu den verschiedensten
Zwecken dienen, mit Vorteil anwendbar, sei es, daß es sich z. B. darum handelt,
die in einem Kühlraum befindliche Wärme zum Zwecke der Kälteerzeugung an ein kälteres
Medium abzuführen, oder darum, Wärme von einer Wärmequelle, beispielsweise einem
Dampfkessel, auf_ einen zu beheizenden Raum zu übertragen. Ebenso kann man die Erfindung
auch bei einem Wärmeübertragungssystem benutzen, das dazu dient, die Absorptionswärme
einer periodisch wirkenden Absorptionskältemaschine von den wärmeabgebenden Teilen
des Kocherabsorbers zu einem Rückkühler abzuführen.
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Wenn man die Wärmeübertragungsvorrichtung mit einem selbsttätig arbeitenden
Regelorgan ausrüstet, kann man in besonders einfacher Weise den Flüssigkeitsumlauf
in Abhängigkeit von der Temperatur eines Raumes regeln. Man benutzt dann als Regelorgan
zweckmäßig ein Gas- oder Flüssigkeitsthermometer, in welchem Temperaturschwankungen
Volumenänderungen hervorrufen. So kann man eine einfache Einrichtung schaffen, die
bei Heizanlagen die Abgabe der Heizwärme in Abhängigkeit von der Temperatur des
zu beheizenden Raumes und bei Kühlanlagen die Übertragung der Kälte in Abhängigkeit
von der Kühlraumtemperatur regelt.
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Die.Zeichnung zeigt vier Ausführungsbeispiele der Erfindung. In Fig.
z ist ein übertragungssystem gezeichnet, welches dazu dient, die in einem Schmelzspeicher
2 eines Kühlschrankes aufgespeicherte Kälte zu einem davon isolierten Kühlraum 3'
zu übertragen. In den Schmelzspeicher 2 kann die Kälte dabei in irgendeiner Form
geliefert werden. In der Figur ist hierfür die Verdampfungsschlange i einer im übrigen
nicht dargestellten Kältemaschine gezeichnet. Man kann den Speicher aber auch mit
Eis, Soleis, Köhlensäureeis, Kältemischungen o. dgl. beschicken. In dem Schmelzspeicher
:2 befindet sich der Kondensator q. für das Umlaufssystem. Mit ihm steht durch eine
Rohrleitung 6 ein Vorratsbehälter 5 für die Umlaufsflüssigkeit in Verbindung. An
dem oberen Teil des Vorratsbehälters 5 ist eine Überlaufsleitung 7 angeschlossen,
durch die das flüssige Übertragungsmittel zu einer im Kühlraum angeordneten Verdampfungsschlange
8 gelangen kann. Dort wird es verdampft, wobei die Verdampfungswärme dem Kühlraum
entzogen und somit der Kühleffekt hervorgerufen wird. Der Dampf gelangt dann durch
eine Leitung g in den Kondensator ¢, der zweckmäßig zur besseren Wärmeübertragung
mit Kühlrippen 1g versehen ist. Der Dampf wird im Kondensator q. niedergeschlagen,
und das Kondensat fließt durch die Leitung 6 in den darunter befindlichen Vorratsbehälter
5. Dieser ist so dimensioniert, daß er bei einer bestimmten tiefsten Temperatur
im Kühlraum 3 die gesamte zur Wärmeübertragung dienende Hilfsflüssigkeit aufnehmen
kann, ohne daß diese durch die Leitung wieder zum Verdampfer abfließen kann.
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Für die Regelung der Wärmeübertragung ist im Kühlraum ein Gasthermometer
1o angeordnet, das durch eine Leitung i i mit einem geschlossenen Behälter i2 in
Verbindung steht. Dieser Behälter i2 ist am Vorratsbehälter 5 befestigt; er besitzt
als Abschluß gegen die im Behälter 5 befindliche Flüssigkeit einen beweglichen Balg
13. Durch Temperaturschwankungen im Kühlraum werden in dem Gasthermometer entsprechende
Volumenänderungen hervorgerufen. Diese Volumenänderungen verursachen bei Temperaturanstieg
im Kühlraum eine Ausdehnung des Balgs 13, wodurch das Volumen des Raumes
5 verkleinert wird und dadurch ein Überlaufen der Kühlflüssigkeit bewirkt wird.
Umgekehrt verursacht ein Temperaturabfall im Kühlraum ein Zusammenziehen des Balgs
13 und damit Vergrößerung des Vorratsbehälters 5, so daß' jetzt ein Überlaufen der
Kühlflüssigkeit verhindert ist. Besonders zweckmäßig ist es, die Oberfläche der
Umlaufsflüssigkeit so klein zu machen, daß schon bei kleinen durch das Regelorgan
hervorgerufenen Volumenveränderungen die Flüssigkeit zum Überlaufen ,gebracht bzw.
daran gehindert wird. Beim Ausführungsbeispiel in Fig. i ist aus diesem Grunde der
Vorratsbehälter so bemessen, daß der Flüssigkeitsspiegel sich in der Verbindungsleitung
6 und dem zunächst nach oben führenden Teil der Überlaufsleitung 7 befindet.
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Wenn also durch Ansteigen der Temperatur im Kühlraum 3 ein Kühlbedarf
in diesem Raum entsteht, wird in der beschriebenen Weise der Flüssigkeitsumlauf
in Gang gesetzt, so daß der Kühleffekt aus dem Kältespeicher 2 auf den Kühlraum
übertragen wird. Ist die Temperatur genügend tief gesunken, so unterbricht die beschriebene
Einrichtung selbsttätig den Umlauf und damit die weitere Kältelieferung. Es empfiehlt
sich, das Regelorgan einstellbar zu machen, um die Ansprechtemperatur des Übertragungssystems
beliebig
wählen zu können. Zu diesem Zweck besitzt das Gasthermometer 1o einen durch eine
Einstellschraube2o verstellbaren Balg21.
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Fig. 2 zeigt ein ähnliches Ausführungsbeispiel. Die den in Fig. z
entsprechenden Apparateteile sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Das im
Kühlraum angeordnete Regelorgan 14 ist hier ein Flüssigkeitsthermometer. Es arbeitet
mit einer Regelflüssigkeit, deren spezifisches Gewicht größer ist als das der Umlaufsflüssigkeit.
Beispielsweise kann man als Regelflüssigkeit Quecksilber verwenden. Der Stand der
Übertragungsflüssigkeit in den Leitungen 6 und 7 wird hierbei durch die Volumenänderungen
der Regelflüssigkeit unmittelbar eingestellt. Bei Temperaturanstieg drückt nämlich
die in dem Thermometer 14 befindliche Regelflüssigkeit die Umlauf sflüssigkeit in
den Leitungen 15 und 16 nach oben und verkleinert infolgedessen das für die Umlaufsflüssigkeit
zur Verfügung stehende Volumen, so daß die Flüssigkeit in den Leitungen 6 bzw. 7
steigt und .bei einer bestimmten Temperatur am Überlaufspunkt derUmlaufsleitung7
überläuft und in den Verdampfer 8 gelangt, so daß damit der schon für Fig. 1 beschriebene
Umlauf und damit eine Übertragung der Kälte einsetzt. Das Regelorgan 14 besitzt
einen beweglichen Balg 17, der durch eine Einstellschraube 18 verstellt werden kann.
Hierdurch ist es möglich, die Ansprechtemperatur der Einrichtung einzustellen.
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Die einzelnen Apparateteile sind, wie die Fig.2 zeigt, so ausgebildet
und angeordnet, daß die schwerere Regelflüssigkeit leicht auch nach Transporten
an den ihr zugewiesenen Platz fließen kann. Man braucht nämlich den Apparat nur
zunächst- auf die rechte Seite umzulegen und danach in die normale Lage aufzurichten,
um zu erreichen, daß die Flüssigkeiten sich in den ihnen zugewiesenen Behältern
sammeln. Die Leitung 16 dient dazu, der etwa während des Transportes in das Thermometergefäß
14 gelangten Umlaufsflüssigkeit oder dem etwa darin befindlichen Gas den Austritt
aus dem Behälter 14 zu ermöglichen.
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Eine Anwendungsform der Erfindung, für Heizanlagen ist in Fig.3 gezeichnet,
und zwar ist darin schematisch ein Wärmeübertragungssystem dargestellt, welches
dazu dient, einen Raum 21 zu beheizen. Die Wärmezufuhr erfolgt von einem Dampfkessel
22 her, in dessen Dampfdom eine Verdampfungsschlange 23 angeordnet ist. Von dem
obersten Teil dieser Verdampfungsschlange 23 aus führt eine Leitung 24 zu einem
im zu beheizenden Raum 21 angeordneten, als Heizkörper ausgebildeten Kondensator
25. An das andere Ende dieses Kondensators ist eine Leitung 26 angeschlossen, die
in einen um den Punkt 27 drehbaren Vorratsbehälter 28, führt. An diesem Behälter
ist die zur Verdampfungsschlange 23 zurückführende Umlaufsleitung 29 angeschlossen.
Zur Regelung der Wärmeübertragung dient ein temperaturempfindlicher Stab 3o, dessen
Längenänderungen ein Maß für die Temperatur des Raumes sind. Dieser Stab greift
an den Vorratsbehälter 28 gegebenenfalls über ein Hebelwerk derart an, daß er entsprechend
der Raumtemperatur diesen Behälter heben bzw. senken kann. Um die Bewegung des Vorratsbehälters
zu ermöglichen, müssen die Zuleitung 26 und das obere Ende der Rücklaufsleitung
29 beweglich sein. Der Vorratsbehälter 28 ist so bemessen, daß die gesamte zur ,Wärmeübertragung
dienende Flüssigkeit in ihm aufgenommen werden kann. Der den Behälter 28 steuernde
temperaturempfindliche Stab 30 wird dann so eingestellt, daß bei der gewünschten
Raumtemperatur der Flüssigkeitsspiegel im Behälter 28 gerade mit dem Überlaufspunkt
31 abschneidet, so daß keine Flüssigkeit vom Vorratsbehälter 28 durch die Umlaufsleitung29
zum Verdampfer23 gelangen kann. Bei dieser Stellung findet infolgedessen keine Wärmeübertragung
statt. Sinkt die Temperatur im Raum 21, so wird der Vorratsbehälter 28 durch die
infolge der Temperaturabsenkung bedingte Verkürzung des Stabes 3o entgegengesetzt
dem Uhrzeigersinne geschwenkt, so daß jetzt die Flüssigkeit aus ihm in die Umlaufsleitung
29 und den Verdampfer 23 gelangen kann. Durch die Beheizung -:des Verdampfers 23
wird hier die Flüssigkeit verdampft. Die Dämpfe gelangen durch das Steigrohr 24
in den Kondensator 25 und geben dort unter Verflüssigung ihre Kondensationswärme
ab. Das Kondensat fließt dann wieder durch die Leitung 26 zum Vorratsbehälter 28
zurück.
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Fig.4 zeigt ein Anwendungsbeispiel der Erfindung für ein Wärmeübertragungssystem,
welches dazu dient, die Absorptionswärme einer periodisch wirkenden Absorptionskältemaschine
nach außen abzuführen. 41 ist der Kocherabsorber der Maschine, welcher mit einem
festen Absorptionsmittel, beispielsweise Chlorcalcium, gefüllt ist, das mit Ammoniak
gesättigt ist. Während der Heizperiode wird die Heizpatrone 54 dieses Kocherabsorbers
über eine Schaltuhr 55 an ein Netz 56 gelegt. Infolge der Erwärmung wird das Ammoniak
aus dem Kocherabsorber 41 ausgetrieben und gelangt durch eine Leitung 42 zu einem
oben auf dem Kühlschrank angeordneten luftgekühlten Kondensator 43. Dort werden
die Ammoniakdämpfe verflüssigt; das Kondensat fließt in einen in der Kühlschrankisolation
angeordneten Sammelbehälter 44, an den eine
in den Kühlraum 46 hineinragende
Verdampfungsschlange 45 angeschlossen ist.
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Der Kocherabsorber 41 ist von einem wärmeisolierten Mantel 47 umgeben,
an dessen oberes Ende eine Leitung 48 angeschlossen ist, die zu einem oben auf dem
Kühlschrank befindlichen luftgekühlten Rückkühler 49 führt. Das andere Ende des
Rückkühlers mündet in den oberen Teil eines Vorratsbehälters 5o ein. An diesen Vorratsbehälter
ist eine Rückleitung 51 in mittlerer Höhe angeschlossen, die zum unteren Teil des
Kocherkühlmantels 47 zurückführt.
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Im Vorratsbehälter So befindet sich ein Verdrängungskörper 52, der
durch einen Elektromagneten mit Hilfe der Wicklung 57 in Abhängigkeit von der Schaltuhr
55 gesteuert werden kann. Während der Heizperiode ist dieser Elektromagnet erregt,
so daß der Verdrängungskörper 52 die gezeichnete Lage einnimmt und die gesamte Menge
der in dem beschriebenen Übertragungssystem befindlichen Hilfsflüssigkeit sich in
dem Vorratsbehälter So sammeln kann. Die Leitung 5i mündet so hoch in diesen Vorratsbehälter,
daß in diesem Falle keine Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter durch diese Leitung
zum Mantel 47 gelangen kann. Eine Wärmeübertragung vom Kocherabsorber 41 zum Rückkühler
49 ist infolgedessen während dieser Periode nicht möglich.
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Während der Absorptionsperiode schaltet die Schaltuhr 55 den Elektromagneten
53 und die Heizpatrone 54 vom Netz ab, so daß nunmehr der Verdrängungskörper 52
herabfällt.
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Hierdurch wird die im Vorratsbehälter So befindliche Übertragungsflüssigkeit
so weit emporgedrückt, daß sie nun durch die Leitung 51 zum Kochermantel47 gelangen
kann. Dort wird sie durch Berührung mit den heißen Außenwandungen des Kocherabsorbers
41 verdampft. Der Dampf ,gelangt durch die Leitung 48 zum Rückkühler 49, wo er kondensiert
wird, und das Kondensat fließt zum Vorratsbehälter zurück, womit der Kreislauf der
Flüssigkeit von neuem beginnt. Durch diese Kühlung des Kocherabsorbers wird der
Absorptionsstoff wieder absorptionsfähig, so daß das flüssige Ammoniak in der Verdampfungsschlange
45 verdampft und in den Kocherabsorber 41 zurückkehrt. Die Verdampfungswärme des
Ammoniaks wird dem Kühlraum :entzogen, der auf diese Weise gekühlt wird.
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Mit dieser Einrichtung läßt sich in sehr einfacher Weise auch die
Kühlraumtemperatur auf einen gewünschten Wert konstant halten. Zu dem Zweck ist
im Kühlraum ein Thermostat 56 angeordnet, der beim Unterschreiten einer bestimmten
Kühlraumtemperatur seinen Kontakt schließt und dadurch eine zweite Wicklung 53 für
den Elektromagneten unter Umgehung der Schaltuhr 55 direkt an das Netz 56 legt.
In diesem Falle wird der Verdrängungskörper 52 ebenfalls nach oben gezogen, so daß
keine Flüssigkeit mehr zum Kocherkühlmantel zurückgelangen kann. Der Umlauf der
Hilfsflüssigkeit zur Abführung der Absorptionswärme ist hierdurch unterbrochen,
so daß keine Absorption von Ammoniak mehr stattfindet und somit auch eine weitere
Kälteerzeugung im Kühlraum 46 unterbunden ist. Steigt die Kühlraumtemperatur wieder
über den Ansprechwert des Thermostaten, so öffnet dieser seinen Kontakt wieder,
der Verdrängungskörper 52 taucht wieder in die Flüssigkeit ein, so daß der wärmeübertragende
Umlauf und damit die Kälteerzeugung wieder einsetzt.
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An Stelle der in Fi.g.4 gezeichneten Kocherkonstruktion kann mit Vorteil
auch eine Anordnung gewählt werden, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist. Hier ist
der senkrecht stehende Kocher 41 an seinem Außenmantel mit Rillen 58 versehen, in
welchen sich die durch die Leitung 51 vom Vorratsbehälter So herabfließende Kühlflüssigkeit
sammelt, so daß sie die heißen Teile des Kocherabsorbers berührt und hierbei verdampft.
Der Dampf gelangt dann aus dem wärmeisolierten Mantel 47 durch die an dessen oberem
Ende angeschlossene Leitung 48, ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel in Fig.4, zum
Rückkühler 49.
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An Stelle des in Fig.4 gezeichneten Verdrängungskörpers könnte man
in entsprechender Weise auch eines der in den anderen Ausführungsbeispielen gezeichneten
Regelorgane verwenden. Man kann dann das Regelorgan beispielsweise so ausbilden,
daß es durch eine besondere Heizvorrichtung erwärmt wird, die eingeschaltet wird,
wenn die Heizung des Kochers ausgeschaltet ist, so daß auch in diesem Falle durch
eine Volumenänderung eines Regelmediums, z. B. durch Volumenänderung eines Gases
entsprechend Fig. i oder eine Flüssigkeit entsprechend Fig. 2, der Umlauf in Gang
gesetzt wird.