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Kühlanlage, bei der der Wärmeaustausch zwischen dem Kühlraum und einem
festen Kälteträger durch einen gut wärmeleitenden Metallkörper und eine Schicht
wärmeisolierenden Materials erfolgt Die Erfindung betrifft eine Kühlanlage, bei
der der Wärmeaustausch zwischen dem Kühlraum und einem festen Kälteträger, z. B.
Kohlensäureeis, .durch einen gut wärmeleitenden Metallkörper und durch eine Schicht
wärmeisolierenden- Materials erfolgt, das in Berührung mit dem Metallkörper stelzt.
Kühlanlagen dieser Art sind in der Form: von Kohlensäureschnee enthaltenden Metallzylindern
bekanntgeworden, die z. B. in Eisenbahnivaggons o. dgl. eingebaut werden. Diese
Behälter sind an ihrer Außenseite mit einer Schicht wärmeisolierenden Materials
umgeben, durch das die Kühlwirkung der festen Kohlensäure vermindert wird.
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Von den bekannten Einrichtungen. dieser Art unterscheidet sich die
vorliegende Erfindung dadurch, daß das Eis von einer Wärmeisolierung umgeben ist,
die an .der Wärmeaustauschfläche als eine Wärmewiderstandswand ausgebildet ist;
die Wärmewiderstandswand ist dabei in enger Berührung mit dem Eis und dem Metallkörper
zwischen beiden letzteren fest oder veränderlich angeordnet und j e nach der gewünschten
Kühlraumtemperatür bemessen: Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß
die andere; kühlraumseitige Oberfläche des Metallkörpers um ein Mehrfaches größer
ist als die Wärmeaustauschfläche.
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Die erfindungsgemäße Kühlanlage ermög-, licht auf Grund der erwähnten
Merkmale, die. sie kennzeichnen, eine Reihe von Vorteilen gegenüber den bekannten
Kühleinrichtungen, insbesondere gegenüber den eingangs erwähnten Kühlanlagen. Bei
den bekannten Kühlanlagen der erwähnten Art muß z. B. .der das Kohlensäureeis enthaltende
Behälter, weil die Wärmeisolation an der Außenseite des Metallkörpers angeordnet
ist, an seiner ganzen Oberfläche mit wärmeisolierendem Material umgeben sein, so
daß also eine verhältnismäßig große Menge an Isoliermaterial erforderlich ist. Demgegenüber
ermöglicht die erfindungsgemäße Kühlanlage die Verwendung einer geringeren -Menge
von wärmeisolierendem Material, weil ja das wärmeisolierende Material bei sonst
gleichen Umständen nur die viel kleinere Eismenge umgeben und an der Wärmenustauschfläche
nur entsprechend der Größe der letzteren angeordnet sein muß.
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Der praktisch wichtigste Vorteil der erfindunggemäßen Kühlanlage besteht
aber in ihrer rascheren Anpassungsfähigkeit, d. h. darin; daß die Kühlraumtemperatur
schneller den gewünschten Wert erreichen kann als bei den bekannten Einrichtungen,
was für viele Fälle. von ausschlaggebender Bedeutung ist. Bei den bekannten Einrichtungen,
bei denen das Isöliermaterial den gut wärmeleitenden metallischen Eisbehälter umgibt,
besitzt das wärmeisolierende Material, weil es an der Wärmeaustausehfläche_in viel
größerer Menge
als bei :der Erfindung erforderlich ist, auch eine
größere Wärmekapazität. Wenn nun z. B. die Temperatur im. Kühlraum gesenkt werden
soll, wird daher diese Senkung nur langsamer als bei der Erfindung erfolgen können,
weil ja der Wärmeinhalt der den Metallzylinder umgebenden Isolation ebenfalls erst
abgeführt bzw. diese Isolation abgekühlt werden muß. Wenn die Kühlraumtemperatur
erhöht werden soll, so muß die Wärmeisolation an der Wärmeaustauschfläche erst die
entsprechende Wärmemenge aufnehmen, weil bei den bekannten Einrichtungen die Wärmekapazität
der Isolation an der Wärmeaustauschfläche größer ist als bei der Erfindung, kann
also auch unter sonst gleichen Umständen eine Temperaturerhöhung nur langsamer erfolgen.
Die Erfindung ermöglicht also ein schnelleres Steigen oder Senken der Kühlraumtemperatur.
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Um die Temperatur im Kühlraum innerhalb der gegebenen Grenzen, nach
Belieben zu verändern, kann man die Wärmeisolation zwischen Eis und Metallkörper
veränderlich anordnen. Es wäre natürlich auch theoretisch denkbar, daß man bei den,
bekannten Einrichtungen, bei denen die Wärmeisolation den Metallbehälter an seiner
Außenseite umgibt, die Isolation je nach den geforderten verschiedenen Temperaturbedingungen
ändert. Eine solche Änderung wäre aber bei den bekannten Einrichtungen wegen der
großen Oberfläche des Metallkörpers und .der jeweils notwendigen Anpassung der Isolation
an die Form des Metallkörpers nur äußerst umständlich und mit großen Schwierigkeiten
durchzuführen. Wenn dagegen, wie dies bei der erfindungsgemäßen Anordnung der Fall
ist, die Wärmewiderstandswand zwischen Eis und Metällkörper angeordnet wird und
kleiner als die kühlraumseitige Oberfläche des Metallkörpers ist, so ergibt sich
schon aus diesen Maßnahmen allein ein weiterer Vorteil der Erfindung, der darin
liegt, :daß man die Wärmeaustauschwand gewünschtenfalls leicht verändern kann. Dieser
Vorteil ist auf jeden Fall schon auf Grund der soeben erwähnten beiden Erfindungsmerkmale
möglich und begründet somit ebenfalls den technischen Fortschritt des Erfindungsgegenstandes
gegenüber den bekannten Kühlanlagen auch dann, wenn von der Möglichkeit der veränderlichen
Anordnung der Wärmewiders-tandswand nicht Gebrauch gemacht wird. Vorzugsweise wird
jedoch eine veränderliche Wärmewiderstandswand vorgesehen, weil sich dadurch eine
außerordentlich leichte und einfache Möglichkeit zur Anpassung der Temperatur im
Kühlraum an die jeweils geforderten Bedingungen ergibt, indem man z. B. lediglich
Isolationsplatten verschiedener. Stärke oder verschiedener Wärmeleitfähigkeit zwischen
das Eis und den Metallkörper einlegt.
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Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung ergibt sich ferner; wenn
man die dem Kühlraum zugewandte Fläche des Metallkörpers als einen Teil der Wände
des Kühlraums ausbildet und diese Wände in bekannter Weise mit Kühlrippen versieht
oder wenn man überhaupt nur den Metallkörper kühlraumseitig mit Kühlrippen ausstattet.
Vorzugsweise kann auch das Eis auf einer geneigten Ebene aufliegen und durch sein
Eigengewicht gegen eine senkrechte Wärmewiderstandswand gedrückt werden. Einige
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind auf den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht.
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Fig. i zeigt eine schematische Darstellung eines Kühlschrankes, wie
er z. B. im Haushalt Anwendung finden kann; die Zeichnung zeigt den Schrank im Schnitts.
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Fig.2 zeigt schematisch eine Anordnung, die in Verbindung mit jedem
beliebigen Behälter oder einer Kühleinrichtung Anwendung finden kann.
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Fig.3 zeigt einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
Fig. q. zeigt ebenfalls einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 5 zeigt wieder eine andere Ausführungsform der Erfindung.
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Fig. 6 zeigt eine der Fig. 5 ähnliche Ausführungsform, jedoch
mit andersartiger Lagerung des Kühlmittels.
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Fig. 7 zeigt ebenfalls eine andere Ausführungsform der Erfindung.
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In der Fig. x ist ein Kühlschrank mit Oberkühlung dargestellt. Hierbei
ist in dem inneren oberen Teil des von der Wärmeisolation i umgebenen Eisschrankes
eine Platte 2, die das Eis trägt, vorgesehen. Diese Platte ist beiderseits von außen
nach innen geneigt, so daß das darauf gelegte feste Kühlmittel immer bestrebt ist,
nach der Mitte zu rutschen. Von der Mitte geht ein Ablaßrohr 3 nach unten ab bis
nach der Außenseite des Schrankes. An der unteren Seite der Platte sind rings um
die vier Seiten Rippen q. angebracht, die sich über einen Teil .der Platte nach
innen erstrecken. Unter diesen Rippen ist eine ringsherum laufende Platte 5 angeordnet.
Der Luftumlauf geht in der durch die Pfeile angegebenen Richtung vor sich, wobei
die Luft zwischen den Rippen q. und der Leitplatte 5 hindurchströmt. Bei der in
Fig. i veranschaulichten Ausführungsform; bei welcher Kohlensäureeis Anwendung findet,
ist ein Wärmewiderstand in der Form von wärmeisolierenden Platten 6 verhältnis-
i mäßig geringer Wärmeleitfähigkeit zwischen Eis und :die Platte 2 eingeschaltet.
Auch das
Kohlensäureeis ist vollständig mit einer Isolierung 7 umgeben,
um dasselbe gegenüber der Außentemperatur möglichst gut zu isolieren, weil ja die
Außentemperatur gegenüber dem Kohlensäureeis ein höheres Temperaturgefälle aufweist
als der eigentliche Kühlraum. Der Wärmewiderstand besitzt eine solche Größe und
ist derart gewählt, daß eine bestimmte Kühlraumtemperatur aufrechterhalten bleibt.
Die Verdampfungsgase gehen durch das Rohr 3 ab.
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In der Fig. 2 ist ein Metallkörper, der von besonderem Vorteil bei
der Verwendung von Kohlensäureeis ist, dargestellt. Derselbe besteht aus einem winkligen
Aluminiuingußstückg mitKupferrippen io. DerBodenteil, auf welchen das Eis zu liegen
kommt, ist etwas gegen die senkrechteWand geneigt, und in der Verbindungsecke zwischen
beiden sind Öffnungen 3 vorgesehen, durch welche die entstehenden Gase, entweichen
können. Der Hauptwärmeübergang findet hier durch .die dünnen Kupferrippen statt,
und zwar entlang der senkrechten Seite des Gußstückes, auf dessen Boden das Eis
liegt. Zwischen der festen Kohlensäure und diesem Boden ist ein geeigneter Wärmewiderstand
6 eingeschaltet, und das Eis ist ebenfalls von einer geeigneten Isolierung 7 umgeben.
Für gewisse Verhältnisse kann aber der Wärmewiderstand senkrecht hinter der Wand
der Rippen io angeordnet werden, so daß das Eis infolge- der Neigung der Bodenfläche
und seines Eigengewichtes gegen diese Wärmewiderstandswand gedrückt wird.
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In den Fig. 3 und q: ist ein Wasserkühler dargestellt, in .dem ebenfalls
Kohlensäureeis Anwendung findet. In Fig. 3 besteht der Metallkörper, der einen wesentlichen
Teil der Einrichtung bildet, aus einem starken Aluminium- oder Kupferbehälter ii,-der
in eine starke Isolierschicht 12 eingebettet ist. In der Isolierschicht ist rund
um den Kupferbehälter ein Behälter 13 in genügendem- Abstand von diesem für das
zu kühlende Wasser oder irgendeine andere Flüssigkeit eingelassen, so daß jede gewünschte
Temperatur der Flüssigkeit mit einer bestimmten Temperatur des Metallkörpers aufrechterhalten
werden kann. Diese Temperatur wird .durch die Stärke des Wärmewiderstandes 6, der
zwischen die feste Kohlensäure und den Boden des Leiters eingelegt ist, geregelt.
Mit einer derartigen Anordnung ist es möglich, im großen und ganzen jede beliebige
Temperatur der Flüssigkeit in dem Behälter 13 durch einfache Änderung .der Stärke
des Wärmewiderstandes 6 aufrechtzuerhalten. Hier hat zwar der Metallkörper die nötige
Oberfläche, ist aber nicht mit Rippen versehen, auch steht die Oberfläche des Metallkörpers
nicht in unmittelbarer Berührung mit der zu kühlenden Flüssigkeit, aber durch die
Isolierungsschicht wird eine wärmeleitende Verbindung hergestellt.
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In der Fig. q_ ist ein ähnlich gebauter Wasserkühler dargestellt,
bei welchem noch ein Kühlraum 6o vorgesehen ist, der unter dem Boden des Eisraums
liegt. Auch dieser Raum kann durch Änderung der Stärke des Wärmewiderstandes 6 praktisch
auf jeder verlangten Temperatur gehalten werden.
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Die Fig. 5 stellt einen Kühlschrank mit einem Kühlbehälter für Speiseeis
oder sonstige gefrorene Lebensmittel dar, bei welchem der aus Kupfer oder Aluminium
hergestellte Metallkörper die Form eines rechteckigen Behälters 14 hat und von.einer
geeigneten Isolierung i umgeben ist. Hier liegt das Kohlensäureeis oder irgendein
anderes Kühlmittel auf dem Böden des Metallkörpers unter Zwischenschaltung des Wärmewiderstandes
6. Ein kleiner äuswechselbarer Deckel 15 ist als Unterlage für das Speiseeis o.
dgl. über das Eis gelegt. Ein Abzugsrohr 3 ermöglicht .den Abzug des Kohlensäuregases.
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In der Fig. 6 ist ein kleiner Eisschrank für Verwendung von Kohlensäureeis
dargestellt. Hier hat der Metallkörper die Form eines rechteckigen Schrankes 16,
der an einer Seite offen ist. Das Eis kommt hier auf die Decke dieses Schrankes
zu liegen, und zwischen der Decke und dem Eis ist der Wärmewiderstand 6 vorgesehen.
Der Eisraum ist durch einen in der Isolierschicht i angeordneten Deckel 17 und der
Kühlraum durch einen im Boden des Eisraumes angeordneten, nicht dargestellten Deckel
zugänglich.
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In der Fig. 7 ist ein anderer kleiner Eisschrank dargestellt, bei
welchem der Metallkörper, der vorzugsweise aus Kupfer oder Aluminium hergestellt
ist, die Form eines auswechselbaren Vorratsbehälters i8 hat. Dieser Vorratsbehälter
ist durch einen abnehmbaren Deckel ig auf .der Kopfseite der Isolierungsumkleidung
i verschlossen, und der Kopfteil 2o ist mit Scharnieren an der Isolierungsumkleidung
des Eisschrankes befestigt, so daß das ganze Oberteil nach rückwärts geschwenkt
und der Behälter 18 herausgenommen werden kann. Das Kühlmittel liegt auf einer Platte
21, die Beine 22 besitzt und herausnehmbar ist. Diese Beine gehen durch Öffnungen
in .dem Boden .des Eisschrankes hindurch und stehen auf Odem Boden einer- anderen
Unterstützungsfläche. In demselben Maße, wie das Kohlensäureeis verdampft, sinkt
der ganze Eisschrank nach unten, wodurch das Kühlmittel in ständiger Berührung mit
dem Boden .des Metallkörpers 18 bleibt. Zwischen dem Kühlmittel und- dem Boden des
Metallkörpers ist wieder der Wärmewiderstand 6 eingelegt.