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Ausnutzung und Speicherung der Abwärme einer kontinuierlichen Absorptionskältemaschine
Der Zweck dieser Erfindung ist, eine Einrichtung zu schaffen, welche in der Hauptsache
als Heißwasserspeicher dienen soll und in welcher die für den praktischen Gebrauch
erforderlichen hohen Temperaturen von 7o bis 9o° erzielt werden sollen. Die Einrichtung
soll ferner zur Kälteerzeugung dienen. Der Absorber, der Kondensator und evtl. der
Kocher einer kontinuierlich arbeitenden ,#£bsorptionskältemaschine werden in dem
Heißwasserspeicher gelagert, so daß das Wasser des Speichergefäßes durch diese wärmeabgebenden
Teile aufgeheizt wird und dabei gleichzeitig zur Kühlung der wärineabgebenden Teile
der Absorptionsmaschine dient. Da das Wasser auf 70 bis 90° aufgeheizt werden
soll und dabei seine Temperatur die erforderliche und übliche Kühltemperatur weit
überschreitet, würde sich im Innern der Absorptionsmaschine ein unzulässig hoher
Druck einstellen, wenn nicht durch eine zusätzliche, außerhalb des Wasserspeichers
angeordnete Kühlvorrichtung dafür gesorgt würde, daß der Druck in noch zulässigen
Grenzen bleibt.
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Die Erfindung besteht nun darin, daß die Kondensation des Kältemittels
bei hohen Temperaturen des aufzuheizenden Speicherwassers durch eine außerhalb des
Heißwasserspeichers vorgesehene, bei diesen hohen Temperaturen als Hilfskondensator
wirksam werdende Kühlvorrichtung sichergestellt wird. Zwar ist eine Einrichtung
bereits vorgeschlagen worden, bei welcher die Abwärme einer Kompressionskältemaschine
zur Heiß-Wasserbereitung ausgenutzt werden soll. Die Abwärme des Kondensators soll
ähnlich wie beim Erfindungsgegenstand durch zwei getrennte Kühlvorrichtungen auf
verschiedenen Tempiera.turstufen abgeführt werden. In der oberen Kühlvorrichtung
soll bei dieser bekannten Einrichtung das Wasser auf hohe Temperatur erhitzt werden.
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Immerhin besteht aber ein .wesentlicher Unterschied zwischen dem Erfindungsgegenstand
und dieser bekannten Einrichtung. Bei letzterer soll nur ein ganz geringer Bruchteil
des gesamten Kühlwassers auf die brauchbare Temperatur von etwa 7o bis 9o° erhitzt
werden, nämlich beispielsweise nur o,6 bzw. 1,3 1 von insgesamt
29,6 1. Beim Erfindungsgegenstand kann dagegen die gesamte Wassermenge des
Speichers auf die brauchbare hohe Temperatur gebracht werden. Ein grundlegender
Unterschied besteht ferner darin, daß bei der erwähnten bekannten Einrichtung die
untere Kühlvorrichtung dauernd eingeschaltet bleibt, so daß die entsprechende abgeführte
Wärmemenge, falls das Kühlwasser , hierbei mit etwa zS° ungenutzt .abfließt ,-ganz
verlorengeht. Jedenfalls wird sie, falls an eine Ausnutzung doch gedacht sein sollte,
nicht dazu benutzt, das Wasser auf die hohe Temperatur von 7o his 9o° aufzuheizen.
Beim
Erfindungsgegenstand ist dagegen die mit der obengenannten unteren Kühlvorrichtung
zu vergleichende Kühlvorrichtung nicht dauernd wirksam. Sie -wird vielmehr erst
i wirksam, wenn die Temperatur des Speicher-Wassers sich der oberen Temperaturgrenze
nähert. Solange das Speicherwasser eine niedrige Temperatur besitzt, kann der bei.-spielsweise
als Solesp_ eicher ausgebildete .Hilfskondensator durch den Verdampfer gekühlt werden.
Beim Erfindungsgegenstande kann die Anordnung so getroffen werden, daß keine Abwärme
verlorengeht: Die Abwärme der Kältemaschine wird hierbei ganz für die Aufheizung
des Wasserspeichers- auf die gewünschte hohe Temperatur ausgenutzt.
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Es mag sein, daß beim Erfindungsgegenstande der Wirkungsgrad der Kältemaschine
durch die Wiedererwärmung der Sole ungünstig beeinflußt wird. Es wird diese Verschlechterung
des Wirkungsgrades aber in den Kauf genommen, da es darauf ankommt, in erster Linie
einen brauchbaren Heißwasserspieicher zu schaffen, und die anfallende Kälte gewissermaßen
nur als Nebenprodukt ausgenutzt werden soll. Hierbei ist zu bemerken, daß die beim
Erfindungsgegenstande erreichte Kältewirkung für viele Häushal= tungszwecke ausreichend
sein wird. -Die Zeichnung dient zur beispielsweisen Erläuterung der Erfindung, angewandt
für eine Kombination Haushaltheißwasserspeicher mit Kühlschrank: In einen wärmeisolierten
Heißwasserspeicher r2 mit Kaltwassereinlauf 13 und Warm-Wasserauslauf 1q. sind der
wärmeisolierte Kocher i, -der- Kondensator 2 und der Absorber 4. leingebaut. In
den Kühlschrank 1 5 ist der Verdampfer 3 eingebaut, welcher durch Leitungen 16 bzw.
17 mit dem Kondensator 2 bzw. dem Absorber q. in Verbindung steht.
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Die Wirkungsweise des Kältemittelkreislaufes ist folgende: Der Kocher
i wird durch irgendeine in iR angebrachte Heizungsart, beispielsweise eine elektrische
oder eine Gas- oder auch eine andere Heizung, geheizt. Im Kocher befindet sich eine
nicht eingezeichnete Absorptionsflüssigkeit, in welcher das Kältemittel gelöst isst.
Als Absorptionsflüssigkeit kann z. B. Wasser und als Kältemittel z. B. Arumoniäk
verwendet werden. Es können aber selbstverständlich auch andere Stoffe zu diesen
Zwecken Verwendung finden.
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Infolge der durch die Heizung entwickelten Wärme wird in bekannter
Weise das Ammoniak aus der Flüssigkeit ausgetrieben und steigt- unter Mitnahme eines
gewissen Prozentsatzes von Wasserdampfteilchen zum Kondensator 2, während das größtenteils
entgaste heiße Wasser durch das am oberen Teil des Kochers gezeichnete Rohr in den
oberen Teil des Absorbers q. geleitet wird (auf dex Zeichnung durch einen Pfeil
angedeutet). Bei seinem Durchfluß im Kondensator 2 wird das Kältemittel durch das
den Kondensator :2 umgebende Kühlmedium gekühlt und gelangt durch das Rohr 16 in
den in einem separaten Kühlraum 2o angeordneten Verdampfer 3.
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Da durch die Erfindung bezweckt wird. Abwärme auf einer hohen Temperaturstufe
auszunutzen und zu speichern, muß mit hohen Kühlwassertemperaturei gearbeitet werde.
Die Sicherstellung der Kondensation bedingt deshalb die nachfolgenden, beispielsweise
beschriebenen erfindungsgemäßen Maßnahmen: Während bei niederen Temperaturen im
Behälter i2 die Kondensation vollständig im Kondensator :2 erfolgt, wird diese -dort
bei hohen Kühlwassertemperaturen nur noch teilweise möglich. Es muß deshalb zur
Erreichung vollständiger Kondensation noch Wärme außerhalb des Heißwasserspeichers,
z. B. im Rohr 16, abgegeben werden, was zweckmäßigerweise durch genügende Dimensionierung
und konzentrische Anordnung dieses Rohres 16 mit dem den entspannten Kältemitteldampf
aus dem Verdampfer führenden Rohr 17 durch Wärmeaustausch erreicht werden kann.
Die Rohre 16 und 17 könnten aber auch getrennt geführt werden, wobei das Rohr 16
Wärme nach außen abgibt, während das Rohr 17 aus der Umgebung Wärme aufnimmt und
dem aufzuheizenden Wasser zuführt. Auf diese Weise gelingt es, bei hohen Kühlwassertemperaturen
die Kondensation noch sicherzustellen. Soll jedoch die Apparatur auch bei hohen
Kühlwassertemperaturen anfahren können oder die Temperatur des Heißwasserspeichers
noch weiter erhöht werden, kann es notwendig werden, noch eine weitere Hilfskondensationsvorrichtung
zur Wirkung zu bringen. Eine solche kann beispielsweise durch den in einem Solebehälter
i S verlaufenden Endteil des Rohres 16 gebildet werden, wobei die Kühlung besonders
einfach durch die vorgekühlte Sole im Behälter 18 erfolgen kann; allerdings wird
hierbei zeitweise ein Teil der bei niedrigen Temperaturen des Speicherwassers gespeicherten
Kälteleistung. verbraucht. Durch das nachfolgende Einsetzen des Kälteprozesses wird
aber sofort wieder Kälte erzeugt, so daß die verbrauchte Kälteleistung mindestens
teilweise wieder ersetzt wird. Im Verdampfer 3 wird das verflüssigte Kältemittel
expandiert, wodurch es unter Verdampfung Wärme aus dem Verdampfer bzw. dem Kühlraume
aufnimmt. Der Verdampfer 3 ist in Abteilungen 3« unterteilt, in welchen die Expansion
erfolgt und zwischen welchen Höhlungen 3b gebildet
sind, die zur
Erzeugung von Eis dienen. Der Verdampfer sitzt in einem mit Sole angefüllten Gefäß
18, welches auf einer Trennwand 19 des Kühlschrankes aufruht. Zur Kühlung des unteren
Kühlraumes 2o des Kühlschrankes dient eine an das Solegefäß 18 angeschlossene Kühlschlange
21, wobei zur Erhaltung eines selbsttätigen Umlaufes der Sole die Enden der Kühlschlange
in verschiedenen flöhen des Gefäßes angeordnet sind. Es kann während der Niedertarifstunden
bei entsprediend großer Dimensionierung des Gefäßes i8 eine große 1-Ienge Sole auf
eine tiefe Temperatur abgekühlt werden, die dann während der N ichtbetriebsstunden
Wärme aus dem Kühlraum 2o abzuführen vermag. Die Temperatur des Kühlraumes 2o kann
vermittels des Kreislaufes der Sole reguliert werden. Für den Fall, daß zeitweilig
das Kältemittel aus dcni Kondensator 2 noch im gasförmigen Zustand austritt, übernimmt
die Sole die schon früher beschriebene Sicherstellung der Kondensation.
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Vom Verdampfer aus wird das entspannte dämpfförmige Kältemittel durch
das Rohr 17 in den unteren Teil des Absorbers 4. geleitet, wo es mit der aus der
Leitung 6 ausströmenden gasarmen Lösung in Berührung kommt und sich darin löst unter
Wärmeabgabe an das Wasser. Im unteren Teil des Absorbers 4. sammelt sich die gasreiche
Lösung, die (las Rohr i i in den Kocher i zurückführt, wo das Gas unter Einwirkung
der Heizung von neuem ausgetrieben wird. Die Richtung des Kältemittelumlaufes ist
durch Pfeile angedeutet.
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Der Druckunterschied zwischen Absorber und Kocher kann in bekannter
Weise durch ein neutrales Gas oder auch durch eine in die Leitung i i einzubauende
Pumpe aufgenominen werden.
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Das aufzuheizende Kühlwasser des Speicherbehälters 12 dient zur ununterbrochenen
Kühlung des durch den Kondensator 2 durchfließenden Kältemittels sowie des Absorbers
zwecks Abführung der durch das Kältemittel abgegebenen Wärme. Außerdem wird noch
durch den geheizten Kocher an das Kühlwasser Verlustwärme übertragen, welche, wenn
der Kocher sich im Freien befindet, hauptsächlich durch Strahlung verlorengeht.
Der Kocher wird gegen den Warmwasserraum in üblicher Weise isoliert, wobei die Isolation
je nach dem Verhältnis des Warmwasserzum Kältebedarf eine vollständige oder teilweise
sein kann. Bei großem Wairinwasserbedarf und relativ kleiner Kälteleistung wird
eine schwache Isolation genügen, während im umgekehrten Falle eine möglichst vollständige
Isolation gewählt wird. Schließlich wird noch durch die mehr oder weniger heißen,
im Absorptionsraum befindlichen Leitungen Wärme an das Kühlwasser abgegeben.
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Es ist in diesem Beispiel eine elektrische Heizung ja mit automatischer
Temperaturregulierung angenommen. 22 ist die elektrische Stromzuführungsleitung,
23 der im Boiler 12 eingebaute Temperaturregler zur Steuerung des elektrischen Heizkörpers
und 2.4 die Verbindungsleitung zwischen Temperaturregler und Heizkörper. Die Pfeile
25, 26, 27, 28, 29 und 30 zeigen die Richtung des Kühlw asserumlaufes. Das
durch den Einlauf 13 in den Boiler eintretende kalte Wasser (Pfeil 25) bestreicht
der Reihe nach den Absorber .a. und steigt dann gemäß Pfeil z6 über eine zwischen
Absorber und Kocher einerseits und Kondenser anderseits vorgesehene waagerechte
Trennwand 31 und kühlt weiter unter Wärmeaufnahme den Kondensator 2 ab. Oberhalb
des Kondensators ist eine weitere Trennwand mit waagerechtem Teil 32 und
senkrechtem Teil 33 angeordnet.
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Durch den Teil 32 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 senkrechten Teil 33 der Trennwand 32, 33 und der Boilerwandung
bis zum oberen Ende des Heißwasserspeichers und kann dann durch den Warmwasserauslauf
14. zur Benutzungsstelle gelangen. Ist der Auslauf geschlossen, so drückt das steigende
erhitzte Wasser das in der Boilermitte noch vorhandene kalte Wasser durch einen
im Teil 32 angeordneten, nach unten bis unterhalb des Absorbers ,4 führenden Kanal
34 nieder, so daß der Wasserkreislauf gemäß den Pfeilen 29., 30, 26, 27 und
28 fortbesteht, bis der volle 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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Ein weiterer Vorteil der Anordnung ist der, daß die Isolation des
Kälteschrankes eine sehr schlechte sein kann (billig), da im allgemeinen in der
Haushaltung der Wärmebedarf im Vergleich zum Kältebedarf ein sehr hoher ist. Isolationsverluste
der Kälteanlage bedeuten aber in diesem Falle Wärmegewinne im Heißwasserboiler.
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Es kann die Erfindung auch durch Anbau einer Absorptionskältemaschine
der genannten Art an bereits bestehende Heißwasserspeicher zum Zwecke der kostenlosen
Erzeugung einer gewünschten Kälteleistung bei gleichzeitiger Verbesserung des Wirkungsgrades
des kalorischen Teiles der Anlage allgewendet werden.