DE645001C - Kaeltemaschine - Google Patents

Description

Es ist schon vielfach vorgeschlagen worden, die beim Betrieb von Kältemaschinen frei werdende Wärme zur Warmwasserbereitung zu verwenden. Vielfach wird dabei so verfahren, daß die wärmeabgebenden Teile der Kältemaschine während des Betriebes dauernd mit der sich allmählich mehr und mehr erwärmenden Wassermenge des Speichers in Wärmeaustausch sind. Das hat den Nachteil, daß die Wärmeabfuhr von der Kältemaschine durch die allmählich steigende Temperatur des Kühlmittels und damit auch die Kälteleistung selbst beeinträchtigt wird. Es ist auch schon bekannt, für die wärmeabgebenden Teile der Kältemaschine einen Wärmeaustauscher anzuordnen, durch welchen ständig frisches Wasser aus der Wasserleitung läuft. Bei einer bekannten Anordnung dieser Art besitzt der Wärmeaustauscher des Kondensators einer Kompressionskältemaschine eine ganze Anzahl von Entnahmestellen für Warmwasser. Entsprechend dieser Vielzahl von Entnahmestellen sind auch zahlreiche Ventile erforderlich, die vorn Benutzer der Anlage entsprechend dem Bedarf und den Jahreszeiten eingestellt werden sollen. Das Warmwasser wird hier dem Wärmeaustauscher unmittelbar entnommen, ohne daß es erst einem Warmwasserspeicher zugeführt wird, wie es bei einer anderen Anordnung bekannt ist. Zweck der Erfindung ist es, eine sowohl zur Kühlung als auch zur Herstellung von Warmwasser dienende Anlage zu schaffen, bei der der Benutzer überhaupt nicht in den Stromkreis des den Wärmeaustauscher durchfließenden Kühlwassers regelnd eingreifen muß, sondern .bei der stets ein kontinuierliches Fließen vom Kühlwasser durch den Wärmeaustauscher und von dort in den Warmwasserspeicher stattfindet. Hierzu sind erfindungsgemäß im Zuge der Zulaufleitung· zum Warmwasserspeicher Drosselorgane angeordnet, die so eingestellt werden, daß bei kontinuierlichem Fließen des Kühlwassers durch den Wärmeaustauscher normalerweise im Laufe von 24 Stunden die dem Tagesbedarf entsprechende Wassermenge in den Speicher fließt. Die Anordnung wird dabei so gewählt, daß die gesamte Wassermenge, welche Wärme von den Teilen der Kältemaschine aufnimmt, im normalen Betrieb dem Warmwasserspeicher zugeführt wird. Man kann auf diese Weise den Kälteapparat dauernd gleichmäßig belastet betreiben und seine Abwärme während des normalen Betriebes restlos dem Warmwasserspeicher zuführen. Die gewünschte Temperaturerhöhung des Wassers für den Warmwasserspeicher wird dabei in sehr wirtschaftlicher Weise erzielt. Bei der praktischen

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing. Kurt Nesselmann in Berlin-Siemensstadt.

Ausbildung der Erfindung empfiehlt es sich, den Speicher so einzurichten, daß die vom Wärmeaustauscher zu ihm führende Leitung;*; i Sili di Di Fülln

als einzige Speiseleitung dient. Die Füllung des Warmwasserspeichers erfolgt bei der findung also dadurch, daß dem Speicher

entsprechende Wassermenge zufließt. Zu diesem Zweck wird beispielsweise im Zuge ίο der Zulauf leitung zum Speicher hinter dem Wärmeaustauscher ein Reduzierventil angeordnet, das so eingestellt wird, daß bei kontinuierlichem Fließen des Kühlwassers durch den Wärmeaustauscher im Laufe eines Tages gerade die dem Tagesbedarf entsprechende Menge zum Speicher fließt. Um sicherzustellen, daß hierbei stets die zum Betrieb des Kälteapparates erforderliche Wärmemenge von den wärmeabgebenden Teilen abgeführt ao wird, empfiehlt es sich, zu dem Reduzierventil ein thermostatisch gesteuertes Ventil parallel zu schalten, welches sich bei überschreiten einer bestimmten Temperatur an dieser Stelle öffnet, so daß ein verstärkter Durchfluß von Kühlwasser durch den Wärmeaustauscher eintritt. Zur Entnahme des Warmwassers aus dem Speicher wird gemäß der weiteren Erfindung eine vorzugsweise mit einem Schwimmer versehene Vorrichtung verwendet, die es ermöglicht, das warme Wasser stets aus der oberen wärmsten Schicht zu entnehmen.

Cm die Warmwassererzeugung für den Speicher auch in den Fällen sicherzustellen, wenn der Kälteapparat ganz abgeschaltet wird, kann man für den Speicher in an sich bekannter Weise eine Hilfsheizung vorsehen, die dann zweckmäßig temperaturabhängig eingeschaltet wird. Diese Hilfsheizung kann auch dazu benutzt werden, eine höhere Wassertemperatur zu erzielen, als sie von der Kältemaschine erzeugt wird. Man kann bei der Erfindung Kältemaschinen sämtlicher Systeme, also sowohl Kompressions- als auch Absorptionsmaschinen verwenden. Bei Anwendung von Absorptionsmaschinen wird man zweckmäßig sowohl die Absorptionswärme als auch die Kondensationswärme zur Warmwassererzeugung benutzen. In den Figuren sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Fig. 1 zeigt eine Anlage, bei welcher ein periodisch arbeitender Absorptionskälteapparat gleichzeitig zur Kühlung eines Haushaltskühlschrankes und zur Beheizung eines Warmwasserspeichers verwendet wird. Mit 1 ist der Kocherabsorber des Kälteapparates bezeichnet. In diesem ist ein fester Absorptionsstoff, beispielsweise Calciumchlorid, enthalten, der mit dem Kältemittel, beispielsweise Ammoniak, eine chemische Verbindung bildet. Bei der Austreibungsperiode gelangt das Kältemittel durch eine Leitung 2 in einen Kondensator 3. y.Das Kondensat fließt durch die .Leitung 4 in /•ieiftien Sammelbehälter 5, der in die Kühl- " Mhkili ib i A di

Laufe des Tages gerade die dem Tagesbedarf' "[_^::Mt)rankisolation eingebaut ist. An diesen rt\, ^"piammelbehälter ist der Verdampfer 6 ange-

" schlossen, der seinerseits in einen Speicherbehälter 7 eingebaut ist. In diesem Speicher befindet sich eine bei der Verdampfung des Kältemittels gefrierende Flüssigkeit. Mit 8 ist eine Eisschublade bezeichnet.

Zur Abfuhr der Absorptionswärme und der Kondensationswärme dient Kühlwasser, das aus einer Zulauf leitung 9 über ein Ventil 10 einem Verzweigungspunkt 11 zufließt. Von diesem Punkt führt eine Rohrleitung 12 zu einem den Kocherabsorber umhüllenden Kühlmantel 13. Eine zweite Rohrleitung 14 führt zu einem den Kondensator 3 umhüllenden So Kühlmantel 15. Die Teile 1, 13 bzw. 3, x$ bilden Wärmeaustauscher, durch welche während der Zeit der Wärmeabgabe ständig frisches Wasser aus der Wasserleitung läuft. Vom oberen Teil des Kühlmantels 13 führt eine Leitung 16 und vom Kühlmantel 15 eine Leitung 17 zu einem Dreiwegehahn 18. Dieser Hahn wird entsprechend den Arbeitsperioden umgeschaltet, und zwar derart, daß er in der Heizperiode in der dargestellten Stellung steht, während er in der Absorptions·- periode eine um 90⁰ im Uhrzeigersinn gedrehte Lage einnimmt. Vom Dreiwegehahn fließt das erwärmte Wasser durch eine Leitung 19 über ein Reduzierventil 20 zu einem Dreiwegehahn 21 und gelangt von dort durch die Leitung 22 in den unteren Teil des Warmwasserspeichers 24. Parallel zum Reduzierventil 20 liegt ein vorzugsweise thermostatisch gesteuertes Ventil 25. Dieses ist so eingestellt, daß es sich bei Überschreiten einer bestimmten Warmvvassertemperatur an dieser Stelle öffnet, so daß ein verstärkter Durchfluß von Kühlwasser durch die Kühlmäntel 13 bzw. 15 eintritt.

Der Warmwasserspeicher 24 wird lediglich durch die Leitung 22 mit warmem Wasser gespeist. Zur Entnahme des warmen Wassers dient ein Entnahmehahn 26. Dieser ist an eine bewegliche Rohrleitung 27 angeschlossen, die ihrerseits an einem Schwimmer 28 befestigt ist. Die Öffnung 29 der Rohrleitung 28 wird durch den Schwimmer stets so gehalten, daß sie in die obere warme Schicht des im Speicher enthaltenen Wassers taucht. Bei öffnen des Hahnes 26 wird somit das warme Wasser von oben her aus dem Speicher entnommen. Wenn der Speicherbehälter bis zu einer gewissen Höchstgrenze mit Wasser gefüllt ist, wird der Dreiwege· i»o hahn 21 mit Hilfe der Schwimmersteuerung ._% 30, 31, 32 um 90⁰ entgegen dem Uhrzeiger- '*■

sinn gedreht. Hierdurch wird ein weiterer Zulauf von warmem Wasser durch die Leitung 22 abgesperrt- Das von den wärmeabgebenden Teilen der Kältemaschine herkommende warme Wasser fließt jetzt unmittelbar durch eine Leitung 33 und über das Ventil 34 zum Abflußrohr 35. Oben ist an dem Warmwasserspeicher noch eine Überlaufleitung 36 angeschlossen, die in der aus der Figur ersichtlichen Weise unmittelbar in die Abflußleitung 35 mündet.

Um aus dem Warmwasserspeicher stets Wasser einer bestimmten Temperatur entnehmen zu können, ist in den unteren Teil des· Speichers eine zusätzliche Heizpatrone 37 eingebaut, die mit Hilfe eines Thermostaten 38 eingeschaltet wird, wenn die Warm wassertemperatur den gewünschten Wert nicht erreicht.

Zur Schaltung der Heizpatrone des Kocherabsorbers i, des Dreiwegehahnes 18 und der Hilfsheizung 37 dient beim Ausführungsbeispiel eine Schaltuhr 39. Diese steuert an Kontakten 40, 41, 42 die Heizpatrone des Kochers und den Dreiwegehahn 18 und an einem Kontakt 43 die Hilfsheizung 37. Im vorliegenden Fall ist an einen periodischen Absorptionsapparat gedacht, der mit drei Heizperioden arbeitet, und ferner ist die Hilfsheizung 37 des Speichers durch die Schaltuhr so blockiert, daß ihr Heizstrom nur zur Zeit billigen Tarifs (z. B. in der Nacht) entnommen werden kann. Beispielsweise sei die Schaltuhr so eingestellt, daß der Heizstrom für die Heizpatrone 37 von der Schaltuhr von 20 bis 4 Uhr freigegeben wird und daß der Strom" für die Heizpatrone des Kocherabsorbers von 4 bis 5.30 Uhr von 12 bis 13.30 Uhr und von 20 bis 21.30 Uhr eingeschaltet wird. Zur Steuerung des Dreiwegehahnes 18 dient ein Elektromagnet 44, der den Dreiwegehahn während der Heizperiode entgegen der Wirkung einer Feder 45 in der dargestellten Lage hält. Bei Ausschaltung des Heizstromes wird der Dreiwegehahn 18 durch die Feder 45 in die andere Schaltlage gesteuert. Zum Einschalten des Kälteapparates dient ein im Heizstromkreis liegender Schalter 46. Ebenso ist in den Heizstromkreis der Heizpatrone 37 ein Schalter 47 vorgesehen. Das in der Frischwasserzulaufleitung 9 liegende Wasserabsperrventil 10 ist mit dem Schalter 46, der die Energiezufuhr zur Kältemaschine regelt, und mit dem Schalter 47, der die Energiezufuhr der Heizpatrone 37 regelt, so verriegelt, daß es nur dann geschlossen werden kann, wenn die Schalter 36 und 47 ausgeschaltet sind. Eine Heizenergiezufuhr zum Apparat kann also nur stattfinden, wenn der Kühlwasserzufluß eingeschaltet ist. Die genannte Verriegelung des Ventils 10 mit den Schaltern 46 und 47 ist in der Zeichnung schematisch durch die punktierten Linien 48, 49 dargestellt.

Fig. 2 zeigt schematisch eine Ausführungsform für eine mechanische Verriegelung dieser Schalter. Hierbei sind mit der Achse des Ventiles 10 Verriegelungsstücke 51, 52 verbunden und mit den" Achsen der Schalter 46 und 47 entsprechende Verriegelungsstücke 53 und 54. In der Figur sind die Schalter 46 und 47 in der der Ausschaltstellung entsprechenden Lage dargestellt. Das Ventil 10 ist in der dargestellten Lage geöffnet. Die Verriegelungsstücke 53 und 54 lassen nur in dieser Lage ein Verdrehen des Ventils 10 im Sinne des Schließens zu.

Das in' der Abflußleitung 33 befindliche Ventil 34 ist mit dem Schalter 46 derart gekuppelt, daß das Ventil 34 bei abgeschalteter Kältemaschine — also wenn kein Kältebedarf vorhanden ist — geschlossen ist. Diese Kupplung ist in der Figur schematisch durch die strichpunktierte Linie 50 angedeutet. Bei abgeschalteter Kältemaschine wird daher durch Vermittlung der Schwimmersteuerung 30, 31, 32 nur dann Frischwasser in den Speicher 24 eingelassen, wenn der Speicher nicht ganz gefüllt ist. In diesem Fall wird das Wasser im Speicher lediglich durch die go Heizung 37 erwärmt. Die Größe des Speichers ist zweckmäßig so zu wählen, daß auch dann stets genügend warmes Wasser zur Verfügung steht, wenn die Beheizung nur durch die Hilfsheizung 37, beispielsweise während dej- Nacht, erfolgt.

Während der Heizperiode des Kühlapparates wird das Wasser im Kühlmantel 13 des Kocherabsorbers verdampft. Da der Dampf infolge der Anordnung der Anschlußleitungen keinen Ausweg hat, drückt er das im Kühlmantel 13 befindliche Wasser heraus, so daß der Kocherabsorber in dieser Zeit durch den so entstehenden Dampfsack nach außen hin isoliert ist. Wenn der Druck in der Wasserleitung so hoch ist, daß er über dem Siededruck des Wassers bei der an. der Außenseite des Kochers herrschenden Temperatur liegt, findet keine Verdampfung statt.

Für den Fall, daß das Kühlwasser ganz ausbleiben sollte, ist die Kältemaschine noch mit einem luftgekühlten Hilfskondensator 51 ausgerüstet, der dem wassergekühlten Kondensator 3 parallel geschaltet ist. Die Dimensionierung des luftgekühlten Hilfskondensators erfolgt zweckmäßig so, daß er nur dann in Tätigkeit tritt, wenn der Druck in der Maschine und damit die Kondensationstemperatur ein bestimmtes Maß überschreitet. Eine unzulässige Druckerhöhung kann daher im Kälteapparat niemals eintreten.

In Fig. 3 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeichnet. Soweit die Einzelteile mit denen in Fig. ι übereinstimmen, sind dieselben Bezugszeichen verwendet. Dieses Ausführungsbeispiel zeigt den konstruktiven Zusammenbau eines Haushaltskühlschrankes mit einem Warmwasserspeicher. Die Kältemaschine besitzt hier zwei Kocherabsorber 6i, 62, deren Heizpatronen ίο parallel geschaltet sind. Die Kühlmantel 63 bzw. 64 der Kocherabsorber sind mit Isolierhüllen 65, 66 umgeben. Das Kühlwasser fließt durch diese Kühlmantel 63 und 64 ir. parallel geschalteten Zweigen. Abweichend von der in Fig. 1 dargestellten Anlage ist hier der Kondensator der Kältemaschine 67 in den unteren Teil des Warmwasserspeichers selbst eingebaut. Der Speicher besteht aus einem oben offenen Behälter 68, der mit einer Wärmeisolierhülle 69 umgeben ist. Der Speicher sitzt oben auf dem Kühlschrank; in den Raum zwischen ihm und dem eigentlichen Kühlraum 70 sind die beiden Kocherabsorber eingebaut. Der Sammelbehälter 71 für das kondensierte Kältemittel liegt in der oberen Kühlschrankisolierung 72. Zwischen dieser Isolierung 72 und den Isoliermänteln 65 bzw. 66 der Kocherabsorber ist ein Luftraum frei gelassen, so daß eine Wärmeeinstrahlung von den Kocherabsorbern in den Kühlraum hindurch weitgehend verhütet ist. Während man bei Kältemaschinen, deren Abwärme unmittelbar an die Luft oder an Kühlwasser abgeführt wird, welches direkt in die Abflußleitung fließt, zur Regelung der Kühlschranktemperatur meist die Energiezufuhr zur Kältemaschine beeinflußt, empfiehlt es sich, bei den Anlagen gemäß der Erfindung den Kühlschrank selbst so zu betreiben, daß er stets mit einer bestimmten Vollast eingeschaltet ist. Ein zu tiefes Absinken der Kühlschranktemperatur wird man durch besondere Mittel verhüten, indem beispielsweise dem Kühlraum von außen her Wärme zugeführt wird. Man kann zu diesem Zweck selbsttätig in Abhängigkeit von der Kühlraumtemperatur arbeitende Vorrichtungen vorsehen, die den Kühlraum bei zu tiefen Außentemperaturen mit der Außenluft verbinden. Obwohl diese Betriebsweise auf den ersten Blick unwirtschaftlich erscheint, ist sie im vorliegenden Fall immer dann vorzuziehen, wenn man eine bestimmte Warmwassertemperatur auf möglichst wirtschaftliche Weise erzielen will. 55

Claims (14)

1. Patentansprüche:

   i. Kältemaschine, deren wärmeabgebende Teile (Kondensator oder Absorber) ihre Wärme direkt oder indirekt an einen Wärmeaustauscher abführen, durch welchen während der Zeit der Wärmeabgabe ständig frisches Wasser aus der Wasserleitung läuft, das nach dem Durchströmen des Wärmeaustauschers einem Warmwasserspeicher zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Zuge der Zulaufleitung zum Warmwasserspeicher Drosselorgane angeordnet sind, die so ein- ·- gestellt werden, daß bei kontinuierlichem Fließen des Kühlwassers durch den Wärmeaustauscher normalerweise im Laufe von 24 Stunden die dem Tagesbedarf entsprechende Wassermenge in den Speicher fließt.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem Drosselorgan ein thermostatisch gesteuertes Ventil liegt, welches sich beim Überschreiten einer bestimmten Wässertemperatur an dieser Stelle öffnet, so daß ein verstärkter Durchfluß von Kühlwasser durch den Wärmeaustauscher eintritt.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entnähme des Warmwassers eine vorzugsweise mit einem Schwimmer versehene Leitung dient, deren Öffnung in die obere warme Schicht der Speicherflüssigkeit taucht.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher mit einem Überlaufrohr versehen ist.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß im Zuge der Zulaufleitung zum Speicher ein Dreiwegehahn liegt, der selbsttätig in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsstand im Speicher derart gesteuert wird, daß die Zulaufleitung bei gefülltem Speicher mit einer Ablaufleitung und bei nichtgefülltem Speicher mit letzterem verbunden ist.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Warmwasserspeicher in an sich bekannter Weise mit einer zusätzlichen elektrischen Heizeinrichtung versehen ist, die vorzugsweise mit Hilfe einer Schaltuhr zur Zeit billigen Tarifs eingeschaltet wird.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Zulaufleitung zum Wärmeaustauscher liegende Wasserabsperrventil mit dem Regler für die Energiezufuhr zur Kältemaschine und gegebenenfalls auch mit dem Regler für die Energiezufuhr der zusätzlichen Heizeinrichtung so verriegelt ist, daß es nur iao geschlossen werden kann, wenn die genannten Regler ausgeschaltet sind.
8. 8. Anordnung nach Anspruch I oder einem der folgenden, bei der eine Absorptionskältemaschine verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß einer der wärmeabgebenden Teile, vorzugsweise der Kondensator, in den Speicher selbst eingebaut ist.
9. 9. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß neben den in den Wärmeaustauscher eingebauten Kondensatorflächen, die während der Wärmeabgabe ständig von frischem Wasser umspült werden, in bekannter Weise noch Kondensatorfiächen vorgesehen sind, die dauernd der Außenluft ausgesetzt sind.
10. 10. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, bei der eine periodische Absorptionskältemaschine verwen- - det wird, dadurch gekennzeichnet, daß für den Kocherabsorber und für den Kondensator je ein besonderer Wärmeaustauscher vorgesehen ist.
11. 11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Zuge der Kühlwasserleitung hinter dem Wärmeaustauscher für den Kocherabsorber und den Kondensator Ventile (vorzugsweise ein Dreiwegehahn) liegen, die entsprechend der Arbeitsperiode des Kälteapparates den Durchfluß des Kühlwassers durch den Wärmeaustauscher des Kocherabsorbers (Absorptionsperiode) oder des Kondensators (Austreibungsperiode) freigeben.
12. 12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine gemeinsame Schaltuhr zum Umschalten der Heiz- und gegebenenfalls der Kühleinrichtung des periodischen Absorptionskälteapparates und der Hilfsheizeinrichtung des Warmwasserspeichers dient.
13. 13. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, bei der eine periodische Absorptionskältemaschine verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß in bekannter Weise das Kühlwasser in den Wärmeaustauscher des Kocherabsorbers unten eintritt und ihn oben verläßt, so daß durch das Absperren des Kühlwasserdurchflusses während der Heizperiode das Kühlwasser durch aus ihm entwickelten Dampf aus der Wärmeberührung mit den Wärmeaustauschflächen des Kocherabsorbers entfernt wird.
14. 14. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch eine solche Bemessung des Kälteappaf ates, daß er bei dem kontinuierlich durch den Wärmeaustauscher fließenden Kühlwasserstrom seine normale Kälteleistung entwickelt und daß die Regelung der Kühlraumtemperatur bei geringerem Kältebedarf in an sich bekannter Weise durch Wärmezufuhr zum Kühlraum von außen her erfolgt, wobei diese Wärmezufuhr vorzugsweise durch einen von der Kühlraumtemperatur abhängigen Thermostaten selbsttätig geregelt wird.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

    BERLIN'. GEDRUCKT IN' DEIi