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Warmwasserspeicher mit Ausnutzung der von einer kontinuierlich wirkenden Absorptions- kältemaschine abgegebenen Wärme.
Absorptionskältemaschinen, bei denen ein Kältemittel in einem Kocher aus festen oder flüssigen
Absorptionsstoffen ausgetrieben wird, um nach Verflüssigung in einem Kondensator einem Verdampfer zugeführt zu werden, in dem es unter Wärmeaufnahme verdampft, worauf das Kältemittel in einen
Absorber gelangt, in dem es unter Wärmeabgabe sich in der Absorptionsflüssigkeit wieder löst oder vom festen Absorptionsstoff aufgenommen wird, sind bekannt.
Ferner sind Kombinationen von Kälte-mit Heizungsanlagen bekannt, die die Ausnutzung der
Abwärme von Kältemaschinen bezwecken. Bei einer bekannten Anordnung dieser Art für Zentralheizung wird die aus dem Heizkörper kühl zurückkehrende Heizflüssigkeit mittels Heizrohren bzw.
Heizschlangen durch den Absorber und hierauf durch den Kondensator der Kältemaschine geleitet, um nachher in die Heizräume wieder aufzusteigen. Bei ihrem Durchgang durch Absorber und Kondensator wird die Heizflüssigkeit durch die Abwärme der Kältemaschine erwärmt. Bei dieser bekannten
Zentralheizungsanlage muss die in die Heizflüssigkeit übergegangene Abwärme der Kältemaschine sofort aus den den Absorber und den Kondensator enthaltenden Gefässen abgeführt werden.
Sollte die Wärme- abführung nicht stattfinden, so würde die Temperatur in den genannten Gefässen steigen und infolgedessen die Drücke in der Kältemaschine unzulässige und gefährliche Werte annehmen. Derartige Heizunganlagen sind also nicht anpassungsfähig und kommen daher für Wärmeaufspeicherung nicht in Frage.
Ausserdem gelingt es nicht, mit Rücksicht auf den Gasdruck in der Kältemaschine, mit denselben hohe Wassertemperaturen zu erreichen. Zudem ergibt die Durchführung der genannten Heizröhren durch die verschiedenen Elemente der Kältemaschine eine umständliche und teure Konstruktion. Ist ferner nicht jedes Gefäss einwandfrei wärmeisoliert, so entstehen wieder beträchtliche Wärmeverluste.
Anderseits sind bereits Anordnungen vorgeschlagen worden zur Rückgewinnung der Abwärme von periodischen Absorptionskältemasehinen. Derartige Anordnungen bezwecken indessen in erster Linie eine Kälteerzeugung, während es sich bei der vorliegenden Erfindung hauptsächlich um die Erzeugung von Nutzwärme handelt. Bei den periodischen Absorptionskältemasehinen erfolgt durch eine einzige Rohrleitung mit Kondensator das Zuströmen des ausgetriebene Kältemittels zum Verdampfer bei der Heizperiode und das Zurückfliessen desselben von dem Verdampferraum in den Absorber während der Kühlperiode.
Diese Arbeitsweise hat folgende Nachteile : Wärme-und Kälteerzeugung erfolgen nicht gleichzeitig, sondern nacheinander (Zeitbedarf). Ferner muss zur Erreichung der Absorption das durch die Kondensationswärme aufgeheizte Nutzwasser entfernt und durch Kaltwasser ersetzt werden.
Auch diese Anordnung lässt deshalb eine Anpassungsfähigkeit vermissen. Es ergibt sich ferner die Notwendigkeit, Warmwasser gegebenenfalls nutzlos ablassen zu müssen, um Kälteleistung zu erreichen.
Es ist auch eine Anordnung bekannt, bei der die wärmeabgebenden Teile einer nach Art der periodischen Maschinen arbeitenden Absorptionskältemaschine (Kondensator, Absorber und Rohrleitung zum Überführen der armen Lösung vom Kocher in den Absorber) in einem Heizbehälter für Wasser angeordnet sind, der durch Rohrleitungen mit einem Speicherbehälter für das Warmwasser derart verbunden ist, dass das Wasser den Heizbehälter infolge Thermosiphonwirkung durchströmen muss. In diesem Falle stellt somit der die wärmeabgebenden Teile aufnehmende Behälter keinen Warmwasserspeiehe, r, sondern einen Durchlauferhitzer dar.
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Diese Anordnung weist aber Nachteile auf, da zwei Behälter vorgesehen und beide samt den sie verbindenden Rohrleitungen wärmeisoliert sein müssen. Diese Anordnung ist daher teuer und bedingt grössere Wärmeverluste. Überdies sind zwecks Steuerung der Perioden empfindliche Steuerorgane nötig, die leicht zu Störungen Anlass geben.
Die Erfindung betrifft nun einen Warmwasserspeicher, der die von einer kontinuierlich wirkenden Absorptionskältemaschine abgegebene Wärme ausnutzt und ermöglicht, Heisswasser von praktisch brauchbaren Temperaturen beliebig aufzuspeichern.
Die Erfindung besteht darin, dass mindestens der Kondensator und der Absorber unmittelbar im Speicherbebälter untergebracht sind und ausserhalb des Behälters zwischen Kondensator und Verdampfer Hilfsverflüssigungseinrichtungen vorgesehen sind, die bei höheren Temperaturen des Speicherinhaltes die Verflüssigung des Kältemittels sicherstellen.
Als eine solche Hilfsverflüssigungseinrichtung kann erfindungsgemäss ein den Verdampfer umgebender, als Kältespeicher wirkender Solebehälter verwendet werden. Wenn also bei hoher Speicherwassertemperatur das umlaufende Kältemittel aus dem Kondensator in dampfförmigem Zustande austritt, so wird dieser Dampf im Verdampfer durch die diesen umgehende kalte Sole verflüssigt, um später wieder zu verdampfen. Diese Massnahme verhindert somit die Entstehung unzulässig hoher Drücke in der Kältemaschine, wie solche bei den bekannten Anordnungen mit periodischen Kältemaschinen zu befürchten sind.
Da sieh somit nicht nur das Heisswasser, sondern auch die Kälteleistung aufspeichern lässt, wird durch die erfindungsgemässe Einrichtung eine volle Anpassungsfähigkeit an den Wärme-und Kältebedarf erzielt.
Die Erfindung lässt sich insbesondere auf die Kombination eines Heisswasserspeichers mit einem Kühlschrank anwenden. Die drei Elemente, Kocher, Kondensator und Absorber, können zweckmässigerweise im unteren Teil des Speichers eingebaut sein, wobei der Verdampfer in bekannter Weise zur Kälteerzeugung in einem Kühlschrank angeordnet ist. Die gesamte Heizleistung des Heisswasserspeichers setzt sich somit aus der dem Kocher zugeführten Wärmemenge zuzüglich der durch das Kältemittel aus dem Verdampfer bzw. Kühlsehrank entzogenen Wärme zusammen, während die Kälteleistung kostenlos erzielt wird.
Wie bereits erwähnt, handelt es sich beim Anmeldungsgegenstand hauptsächlich um die Erzeugung von Wärme. Dabei wird eine Verschlechterung der Kälteerzeugung in Kauf genommen. Dies trifft hinsichtlich des Kochers zu. der meistens nur teilweise gegen das umgebende Wasser isoliert ist, so dass er Wärme unmittelbar an das Wasser abgibt, was für die Austreibung des Kältemittels und demzufolge für die Kälteerzeugung ungünstig ist. Auch kann die Verwendung der bereits abgekühlten Sole zum Verflüssigen von allfällig in gasförmigem Zustand aus dem Kondensator austretenden Kältemittel für den eigentlichen Kälteprozess nicht als günstig angesehen werden.
Indessen ist diese Nebenerscheinung beispielsweise für Haushalt-Boiler-Kühlsehränke belanglos, indem die dabei erzeugte Kälteleistung die vorhandenen Kältebedürfnisse hinreichend deckt, so dass der angestrebte wirtschaftliche Fortschritt vollkommen erreicht wird.
Die Zeichnung dient zur beispielsweisen Erläuterung des Erfindungsgegenstandes. Es zeigen : Fig. 1 die übliche kontinuierliche Absorptionskältemaschine zur Erläuterung des Erfindungsprinzips ; Fig. 2 eine Anwendung desselben auf eine Kombination eines Heisswasserspeichers mit einem Kühlschrank.
Es bezeichnet in sämtlichen Figuren 1 den Kocher, 2 den Kondensator der Absorptionskältemaschine,. 3 den Verdampfer und 4 den Absorber. Nach der Ausführungsform gemäss Fig. 1 wird der Kocher 1 durch irgendeine in 1a angebrachte Heizvorrichtung geheizt. Die Heizung kann elektrisch, durch Gas oder anderswie erfolgen. Im Kocher befindet sich eine Absorptionsflüssigkeit, in der das Kältemittel gelöst ist. Als Absorptionsflüssigkeit kann z. B. Wasser und als Kältemittel z. B. Ammoniak verwendet werden. Es können aber selbstverständlich auch andere Stoffe zu diesen Zwecken Verwendung finden.
Infolge der durch die Heizung entwickelten Wärme wird in bekannter Weise das Ammoniak aus der Flüssigkeit ausgetrieben und steigt durch die Leitung 5 zum Kondensator 2, während das grösstenteils entgaste heisse Wasser durch das Rohr 6 in den Absorber 4 geleitet wird (auf der Zeichnung durch einen Pfeil angedeutet). Beim Durchfliessen des Kondensators 2 wird das Ammoniak bzw. das Kältemittel durch das den Kondensator 2 umgebenden Kühlmittel verflüssigt und gelangt durch das Rohr 7 in den in dem Kühlraum 8 angeordneten Verdampfer. 3. In diesem wird das Kältemittel verdampft und nimmt dabei Wärme aus dem Verdampfer bzw. dem Kühlraum auf, wodurch die Kälteleistung erzielt wird.
Vom Verdampfer aus wird das Kältemittel durch das Rohr 9 in den unteren Teil des Absorbers 4 geleitet, der zusammen mit dem Kocher und dem Kondensator in einem schematisch dargestellten Wärmespeicherraum 10 mit durch Pfeile angedeutetem Wassereinlauf und Auslauf untergebracht ist.
Im Absorber < 1 kommt das Kältemittel mit der aus der Leitung 6 ausströmenden gasarmen Lösung in Berührung und löst sich darin unter Wärmeabgabe an das Kühlmittel, das die Wärme ununterbrochen abführt. Im oberen Teil des Absorbers 4 sammelt sich die gasreiche Lösung, die durch das Rohr 11 in
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den Kocher 1 zurückgeführt wird, wo das Gas unter Einwirkung der Heizung von neuem ausgetrieben wird. Die Richtung des Kältemittelumlaufes ist durch Pfeile angedeutet.
Der Druckunterschied zwischen Absorber und Kocher kann in bekannter Weise durch ein neutrales Gas oder auch durch eine in die Leitung 11 einzubauende Pumpe überbrückt werden.
Der Behälter 10 ist mit einem Kühlmittel, zweckmässigerweise mit Wasser, gefüllt ; das Külllmittel kann auch eine andere Flüssigkeit oder irgendein Gas sein. Das Kühlwasser dient zur ununterbrochenen Kühlung des den Kondensator 2 durchfliessenden Ammoniaks sowie des Absorbers 4, zwecks Abführung der durch das Kältemittel abgegebenen Wärme. Ausserdem wird noch durch den geheizten Kocher an das Kühlwasser jene Wärme übertragen, die, wenn der Kocher von Luft umgeben wäre, hauptsächlich durch Strahlung verlorenginge. Im allgemeinen wird der Kocher gegen den Warmwasserraum in üblicher Weise isoliert, wobei die Isolation je nach dem Verhältnis des Warmwasserbedarfes zum Kältebedarf eine vollständige oder teilweise sein kann.
Bei grossem Warmwasserbedarf und verhältnismässig kleiner Kälteleistung wird eine schwache Isolation vorgesehen, während im umgekehrten Falle eine möglichst vollständige Isolation gewählt wird. Schliesslich wird noch durch die mehr oder weniger heissen, im Warmwasserbehälter befindlichen Leitungen 5, 6. 11 Wärme an das Kühlwasser abgegeben.
In Fig. 2 ist die Erfindung auf eine Kombination eines Heisswasserspeichers mit einem Kühlschrank angewendet. Im Boiler l ? mit Kaltwassereinlauf 1. 3 und Warmwasserauslauf 14 sind Kocher 1, Kondensator 2 und Absorber 4 eingebaut und in gleicher Weise wie im vorhergehend beschriebenen Beispiel durch Leitungen miteinander verbunden. Im Kühlschrank 15 ist der Verdampfer") eingebaut, der durch Leitungen 16 bzw. 17 mit dem Kondensator 2 bzw. dem Absorber 4 in Verbindung steht. Im Gegensatz z. B. nach Fig. l, in dem die Leitungen 7 und 9 getrennt voneinander angeordnet sind, sind hier die entsprechenden Leitungen 16 und 17 konzentrisch zueinander angeordnet, so dass die sie durchströmenden Mittel im Gegenstrom zueinander fliessen.
Dadurch wird das vom Kondensator zum Verdampfer strömende flüssige Kältemittel durch den im Gegenstrom fliessenden Kältemitteldampf gekühlt und erreicht im Verdampfer seine tiefste Temperatur. Im übrigen ist die Wirkungsweise des Kältemittelkreislaufes genau dieselbe wie im vorhergehend beschriebenen Beispiel, so dass es sich erübrigt, nochmals darauf im einzelnen zurückzukommen. Die Bewegungsrichtung des Kältemittels in den Leitungen 16 und 17 ist durch Pfeile angedeutet. Der Verdampfer 3 ist in Abteilungen z unterteilt, zwischen denen sich Höhlungen 36 befinden, die zur Erzeugung von Eis dienen. Der Verdampfer sitzt in einem mit Sole gefüllten Gefäss 18, das auf einer Trennwand 19 des Kühlschrankes aufruht.
Zur Kühlung des darunter befindlichen Kühlraumes 20 des Kühlschrankes dient eine an dem Solegefäss 18 angeschlossene Kühl- schlange 2 !, wobei zur Erhaltung eines selbsttätigen Umlaufes der Sole die Enden der Kühlschlange im Gefäss in verschiedener Höhe münden. Es kann während der Niedertarifstunden für den elektrischen Strom bei entsprechend grosser Dimensionierung des Gefässes 18 eine grosse Menge Sole auf tiefe Temperatur abgekühlt werden, die dann während der Nichtbetriebsstunden Wärme aus dem Kühlraum 20 abzuführen vermag. Die Temperatur des Kühlraumes 20 kann vermittels des Kreislaufes der Sole geregelt werden.
Für den Fall, dass zeitweilig die Temperatur des Warmwassers erheblich ansteigt (z. B. Ende der Heizperiode bei Warmwasserspeicher), so dass das Kältemittel aus dem Kondensator 2 noch im gasförmigen Zustand austritt, wird die Verflüssigung durch die schon abgekühlte Sole im Behälter 18 oder durch eine andere Kühleinrichtung sichergestellt. Das so verflüssigte Kältemittel verdampft dann wieder im Verdampfer.
In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist eine elektrische Heizung 1a mit automatischer Temperaturregelung angenommen. 22 ist die elektrische Stromzuführungsleitung, 2. 3 der im Boiler 72 eingebaute Temperaturregler zur Steuerung des elektrischen Heizkörpers und 24 die Verbindungsleitung zwischen Temperaturregler und Heizkörper.
Die Pfeile 25, 26,27, 28, 29 und 30 zeigen die Richtung des Kühlwasserumlaufes : Das durch den Einlauf 13 in den Boiler eintretende kalte Wasser (Pfeil 25) bestreicht den Absorber 4 und steigt dann gemäss Pfeil 26 in den Raum über der zwischen Absorber und Kocher einerseits und Kondensator anderseits vorgesehenen waagerechten Trennwand. 31 und kühlt unter Wärmeaufnahme den Kondensator 2. Oberhalb des Kondensators ist eine weitere Trennwand mit waagerechtem Teil 32 und lotrechtem Teil 33 angeordnet. Durch den waagerechten Teil der Trennwand wird verhindert, dass das umlaufende Wasser aufsteigen kann, ohne den Kondensator genügend zu bestreichen.
Nachdem das Wasser den Kondensator 2 vollständig bestrichen hat, steigt es gemäss den Pfeilen 27 und 28 zwischen dem lotrechten Teil 33 der Trennwand und der Boilerwandung bis zum oberen Ende des Heisswasserspeichers und kann dann durch den Warmwasserauslauf 14 zur Benutzungsstel1e gelangen.
Ist der Auslauf geschlossen, so drückt das steigende erhitzte Wasser das in der Boilermitte noch vorhandene kalte Wasser durch einen in der waagerechten Trennwand. 32 angeordneten, nach unten bis unterhalb des Absorbers 4 führenden Kanal 84 nieder, so dass der Wasserkreislauf gemäss den Pfeilen 29,30, 26,27 und 28 andauert, bis der gesamte Inhalt des Heisswasserspeichers auf die gewünschte Temperatur erwärmt worden ist, worauf die Heizung selbsttätig durch den auf diese Temperatur eingestellten Temperaturregler 23 ausgeschaltet wird.
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Die notwendige Wärmeabführung aus dem Kältemittel kann durch die beschriebene Anordnung auf einer Temperaturstufe erfolgen, welche die Verwendung des Kühlmittels bzw. Kühlwassers ermöglicht.
Ein weiterer Vorteil der Anordnung ist der, dass die Isolation des Kühlschrankes keine besonders gute sein muss (billig), da im allgemeinen im Haushalt der Wärmebedarf im Vergleich zum Kältebedarf viel grösser ist. Isolationsverluste der Kälteanlage bedeuten aber in diesem Falle einen Wärmegewinn im Heisswasserboiler.
Ausser für den Haushalt kann die Erfindung auch für Kühl-und Siedeanlagen von Brauereien, Molkereien od. dgl. angewendet werden sowie für alle andern Anlagen, bei denen Wärme-und Kälte-
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bad oder anderer Heisswasseranlage ; Fernheizung mit Kühlanlage).
Es wird bei dem Verfahren gemäss der Erfindung oft wissentlich in einem für die Absorptionsmaschine ungünstigen Gebiet gearbeitet, um dadurch andere Vorteile zu erreichen, wie z. B. Verbesserung des Wirkungsgrades der kalorischen Anlage.
Schliesslich kann die Erfindung durch Anbau einer Absorptionskühlmaschil1e der genannten Art an bereits bestehende kalorische Anlagen zum Zwecke der kostenlosen Erzeugung einer gewünschten Kälteleistung bei gleichzeitiger Verbesserung des Wirkungsgrades der kalorischen Anlage angewendet werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Warmwasserspeicher mit Ausnutzung der von einer kontinuierlich wirkenden Absorptions- kältemaschine abgegebenen Wärme, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens der Kondensator (2) und Absorber (4) unmittelbar im Speicherbehälter (12) untergebracht sind und ausserhalb des Behälters zwischen Kondensator und Verdampfer Hilfsverflüssigungseinrichtungen vorgesehen sind. die bei höheren Temperaturen des Speicherinhalts die Verflüssigung des Kältemittels sieherstellen.