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Haushaltmaschine zur gleichzeitigen wirtschaftlichen Erzeugung von
Kälte und Heißwasser unter Verwendung einer Luftkältemaschine Es ist bekannt, daß
das sogenannte direkte Verfahren zur Erzeugung von kalter Luft durch Kompression
von Frischluft, Abkühlung der heißen Luft und Expansion der abgekühlten komprimierten
Luft in einem Expansionsmotor im allgemeinen nicht in wirtschaftliche Konkurrenz
treten kann mit dem sogenanntenindirekten Verfahren, bei welchem ein besonders geeignetes
Arbeitsmittel, wie Ammoniak, Kohlensäure, schweflige Säure, einem geschlossenen
Kreisprozeß unterworfen wird. Dies rührt daher, daß bei dem Luftexpansionsverfahren
die aufzuwendende mechanische Arbeit die Differenz der Verdichtungs- und - Expansionsarbeit
zu decken hat und vom Wirkungsgrad dieser beiden Maschinen abhängig ist, während
bei dem indirekten Verfahren nur der Wirkungsgrad des Verdichters in Frage kommt.
Insbesondere trifft dies zu bei kleinen Maschinen und kleinen Kältemengen, wie sie
in, Haushaltungen benötigt werden. Andererseits ist aber gerade hier das Bedürfnis
nach einfachen und betriebssicheren Anordnungen und Vermeidung giftiger Arbeitsmittel,
welche beim Austreten durch Undichtigkeit gefährden können, sehr groß.
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Um nun die Luftkältemaschirie zur Kälteerzeugung wirtschaftlicher
zu gestalten, ist bereits vorgeschlagen, an die Kälteerzeugungsanlage eine Anlage
zur gleichzeitigen Erzeugung von Warmwasser anzuschließen. Die vom Verdichter der
Luftkältemäschine komprimierte Luft wird durch einen Wärmeaustauscher geführt, einerseits
um hier abgekühlt zu werden und andererseits um die Verdichtungswärme für die Warmwassererzeugung
zu verwerten.
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Da die Verdichtungstemperatur der verhältnismäßig kleinen Haushaltluftkältemaschine
für den Warmwasserbedarf des Haushaltes hinsichtlich, der Erwärmung nicht ausreicht,
wird gemäß vorliegender Erfindung vorgeschlagen, die elektrische Verlustwärme des
Antriebsmotors der Luftkältemaschine für die Warmwassererzeugung nutzbar zu machen.
Die Temperatur des Antriebsmotors wird so hoch gesteigert, daß das als Kühlmittel
dienende Wasser, welches durch die Abwärme der Luftkältemaschine in einem Wärmeaustauscher
vorgewärmt ist, auf eine für die Verwendung in einer Heißwasseranlage ausreichende
Temperatur erwärmt wird. Durch Herabsetzung der Spannung des Antriebsmotors auf
z. B. 8 bis 1o Volt und bei Verwendung einer Asbest-oder Glimmerisolierung kann
das Wasser auf eine Temperatur von z. B. zoo° erwärmt werden.
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Die Herabsetzung der Spannung hat in diesem Fall nichts zu tun mit
einer bekannter_ Einrichtung, in der die Spannung des Motors ebenfalls heruntergesetzt
ist, und zwar zu dem Zweck, um eine frühzeitige Zersetzung der in der Maschine verwendeten
Wicklungen durch Chemikalien zu vermeiden;
der Elektromotor ist
hier in die Kältemaschine eingebaut und dadurch dem Einfluß des in der Kältemaschine
verwendeten Kältemittels ausgesetzt. Die hier auftretende hohe Erwärmung des Motors
wirkt sich in dieser Anlage als wesentlicher Nachteil aus, da die Kältemittelgase
vom Motor her stark erwärmt werden, was eine Verminderung der Kälteleistung zur
Folge hat. In der vorliegenden Erfindung ist die Herabsetzung der Spannung des Antriebsmotors
Selbstzweck, um eine hohe Wärmeentwicklung herbeizuführen und das gleichzeitig als
Kühlmittel dienende Wasser auf eine für die Verwendung in. einer Heißwasseranlage
ausreichende Temperatur erwärmen zu können. Es handelt sich dabei also nicht . um
Abfallwärme im üblichen Sinne, sondern um eine von vornherein absichtlich herbeigeführte
besondere Wärmeentwicklung, die gemäß der Erfindung für besondere Zwecke nutzbar
gemacht wird.
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An Hand einiger Ausführungsbeispiele sei die Erfindung näher erläutert.
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Fig. i zeigt schematisch die Gesamtanlage für die gleichzeitige Kälte-
und Heißwassererzeugung. Fig.2 bis 4 zeigen besondere Schaltungen eines Speichers
zum Motor und zum Wärmeaustauscher; in Fig.2 ist der Speicher vor dem Antriebsmotor;
in Fig. 3 ist der Speicher zum Motor parallel geschaltet; in Fig. 4 ist der Speicher
zum Motor und zum Wärmeaustauscher, die beide in Serie geschaltet sind, parallel
geschaltet. Fig.5 zeigt eine Einzelheit im Speicher selbst.
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Es bedeutet i den Verdichter, 2 den Wärmeaustauscher, in welchem die
verdichtete Luft abgekühlt und die entzogene Wärme für die Heißwassererzeugung nutzbar
gemacht wird. 3 ist ein weiterer Wärmeaustauscher, in welchem die in der verdichteten
Luft noch vorhandene restliche Wärme durch die aus dem Kältekreislauf 4 zurücktretende
Luft vollends entzogen wird. 5 ist der Expansionsmotor, in `.welchen die abgekühlte,
verdichtete Luft arbeitsleistend entspannt wird. Der Expansionsmotor arbeitet auf
die gleiche Welle wie der Verdichter i. Der Unterschied der Leistungen wird durch
Antriebsmotor 6 aufgebracht. Von dem Expansionsmotor wird die Kaltluft durch Leitung
7 dem Verwendungsort (Kühlkammer, Kühlrohre, Kühl- oder Eisschrank) zugeleitet.
Zur Schmierung von Verdichter und Expansionsmotor wird der zirkulierenden Luft Schmiermittel,
z. B. Glycerin, beigemischt, welches also mit umgewälzt wird. Bei ä wird der Luft
das Schmiermittel mittels einer zweckmäßigen Einrichtung entzogen und mit Hilfe
der gestrichelt dargestellten Leitungen 9, io den Lagern vom Verdichter und Expansionsmotor
°bzw. der Luft vor Eintritt in den Verdichter wieder zugeführt.
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Das Kühlwasser wird dem Wärmeaustauscher 2 durch Leitung i i zugeführt,
in diesem vorgewärmt und dann durch Leitung 12 in den Kühlmantel 13 des Antriebsmotors
6 geführt. Gemäß der Erfindung wird die Temperatur des Motors so hoch gesteigert,
daß sich das Kühlwasser auf eine für die Verwendung in einer Heißwasseranlage ausreichende
Temperatur erwärmt. Durch Herabsetzung der Spannung auf i. B. 8 bis io Volt kann
die Erwärmung des Wassers auf ioo° gesteigert werden. Zum Schutze des Motors ist
eine Asbest- oder Glimmerisolierung vorgesehen.
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Da die Kälteerzeugung und der Heißwasserbedarf zeitlich nicht immer
übereinstimmen, ist es zweckmäßig, in der Heißwasseranlage einen Speicher vorzusehen,
der nun je nach den vorherrschenden Verhältnissen verschieden zum Motor und Wä_rmeaustauscher
geschaltet sein kann.
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In Fig. i ist der Speicher 14 hinter dein Antriebsmotor geschaltet;
durch Leitung 15 wird das aus dem Kühlmantel des Motors kommende Heißwasser dem
Speicher zugeführt; durch Leitung 16 wird das Heißwasser je nach Bedarf der Heißwasseranlage
zugeführt. Wenn z. B. die Kältemaschine mit billigem Nachtstrom betrieben wird,
so kann das Heißwasser für den Verbrauch im Haushalt am Tage gespeichert werden.
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In Fig. ä ist der Speicher 14 vor dem Antriebsmotor angeordnet; diese
Anordnung ist zweckmäßig, wenn zeitweise große Heißwassermengen benötigt werden;
das Wasser aus dem Speicher-wird stets nachträglich auf hohe Temperatur gebracht.
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In Fig. 3 ist der Speicher zum Antriebsmotor parallel geschaltet.
Die Schaltung ist dabei so gedacht, daß bei mangelnder Wasserentnahme das im Speicher
unten befindliche kältere Wasser infolge der Wärmeverteilung durch den Kühlmantel
des Antriebsmotors strömt, so daß derselbe nicht zu heiß werden kann. Auch bei starker
Wasserentnahme wird nicht unmittelbar kaltes Wasser, sondern stets vom Motor nachgewärmtes
Wasser zur Verfügung stehen.
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In Fig.4 ist der Speicher zum Motor und Wärmeaustauscher, die beide
in Serie geschaltet sind, parallel geschaltet, die zu Fig. 3 genannten Vorteile
gelten hier im gleichen Maße. Es findet hier überdies noch eine bessere Anpassung
an wechselnde Wasserentnahme statt, das untenliegende kältere Wasser des Speichers
wird nicht unmittelbar durch den Kühlmantel 13 (Fig.3), sondern erst wieder durch
den Wärmeaustauscher 2 geführt. .
Mit Rücksicht auf die im Speicher
vorhandenen verschiedenen Wasserschichten ist es zweckmäßig, diesen durch verschiedene
isolierende Trennwände 17 in eine Anzahl Unterabteilungen horizontal zu teilen,
vgl. Fig. 5, um dadurch eine gewisse Schichtung des Wassers nach verschiedenen Temperaturen
zu ermöglichen und eine stärkere Übertragung von Wärme oder einen allzu schnellen
Austausch der Wärme zu verhindern. Diese Trennwände sind mit Durchtrittsöffnungen
1ß versehen.