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Kältemaschine Das Hauptpatent 6.45 oor bezieht sich auf eine Kältemaschine,
bei der die von den wärmeabgebenden Teilen abgeführte Wärme zur Erwärmung des einem
Warmwasserspeicher zugeführten Wassers verwendet wird. Dabei wird gemäß dem Hauptpatent
so vorgegangen, daß die wärmeabgebenden Teile (Kondensator und 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 dem Warmwasserspeicher zugeführt wird. Dabei
sind im Zuge der Zuiaufleitung 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 richtige Einstellung und Bemessung
der kontinuierlich durch den Wärmeaustauscher der Kältemaschine fließenden Wassermenge
macht bei solchen Anordnungen insofern Schwierigkeiten, als es sich dabei meist
darum handelt, sehr geringe Wassermengen pro Zeiteinheit durch den Wärmeaustauscher
der Kältemaschine -zu leiten. Zweck der Erfindung ist es, die im Hauptpatent behandelten
Apparate weiter durchzubilden und einfache Mittel zu schaffen, die ein richtiges
Bemessen der Kühlwassermenge ermöglichen. Erfindungsgemäß wird der große Wasserleitungsdruck
durch ein einstellbares Reduzierventil herabgesetzt und durch ein zweites im Zuge
der Kühlwasserleitung liegendes betriebsmäßig nicht veränderliches Drosselorgan
die Durchflußgeschwindigkeit des Kühlwassers so festgelegt, daß bei kontinuierlichem
Fließen des Kühlwasstrs durch den Wärmeaustauscher normalerweise im Laufe von 24
Stunden die dem Tagesbedarf entsprechende Wassermenge in den Speicher fließt. Durch
Einstellung des Reduzierventils kann man die durch den Apparat fließende Wassermenge
verändern, was bei einem bestimmten Apparat auch eine Änderung der Austrittstemperaturen
des Wassers zur Folge hat. Besonders vorteilhaft ist es, die genannten Drosselorgane
im Zuge der Wasserleitung vor dem' Wärmeaustauscher der Kältemaschine anzuordnen.
Das außer dem einstellbaren Reduzierventil vorgesehene
Drosselorgan
kann beispielsweise aus einem Rohr mit kleinem Innendurchmesser bestehen. Dieses
Rohr wird man vorzugsweise spiralförmig winden, wobei der Durchmesser der Spirale
vorzugsweise kleiner gewählt wird als der zehnfache Innendurchmesser des Rohres.
Je nach der gewünschten Drosselwicklung wird eine entsprechende Länge dieses Drosselrohres
verwendet. Eine andere Möglichkeit, die dauerndgleichmäßigfließende Wassermenge
auf den entsprechenden Wert abzudrosseln, besteht darin, daß man als Drosselorgan
eine Reihe von hintereinandergeschalteten Scheiben mit kleinen Durchtrittsöffnungen
für das Kühlwasser verwendet. Da die in der Zeiteinheit frei werdenden Wassermengen
im Kondensator und im Absorber in der Regel nicht gleich sind, ist es zweckmäßig,
zwei Drosselorgane verschiedener Drosselwirkung zu verwenden. Wird z. B. im Kondensator
j e Zeiteinheit mehr Wärme frei als im Absorber, so wird man das Drosselorgan geringer
Drosselwirkung vor den Kondensator schalten, um während der Heizperiode durch diesen
Teil mehr Wasser zuzuführen als während der Absorptionsperiode durch den Absorber.
Man vermeidet auf diese Weise einen zu hohen Temperaturanstieg des Wassers im Kondensator.
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Das Kühlwasser- führt meist mehr oder weniger große Mengen von Luft
mit sich, deshalb muß dafür gesorgt werden, daß keinerlei Luftsäcke im Zuge der
Kühlwasserleitung entstehen können. Aus diesem Grunde wird gemäß der weiteren Erfindung
das von den. Drosselorganen herkommende Kühlwasser dem Wärmeaustausches der Kältemaschine
so zugeführt, daß es diesen von unten nach oben durchströmt. In der vom Wärmeaustausches
zum Warmwasserspeicher führenden Leitung wird zweckmäßig vor Eintritt in. den Speicher-
eine Entlüftungsleitung angeschlossen. Diese Einrichtung verhindert ferner, daß
bei Nichtentnahme von Wasser aus dem Speicher dieser volläuft und den Durchlauf
von Wasser durch die Wärmeaustausches des Kälteapparates verhindert. Ebenso empfiehlt
es sich, auch an den oberen Teil des Warmwasserspeichers, wenn man ihn als nach
oben geschlossenen Behälter ausbildet, eine Entlüftungsleitung anzuschließen. Die
erreichbare Wassertemperatur hängt von dem gewählten Arbeits- und Absorptionsmittel
ab. Ferner ist auch die erwünschte Verdampfertemperatur im Kühlschrank maßgebend.
Wenn die erreichbare Wassertemperatur in ihrer Höhe zu dem Verwendungszweck nicht
ausreichend ist, kann man durch Anordnung einer Zusatzheizung im Speicher die erwünschte
Temperatur erzielen. Die Zusatzheizung wird vorzugsweise zur Zeit billigen Tarifs
mit Hilfe einer Nachtstrom= schaltuhr eingeschaltet. Die vorhin in der Beschreibung
erwähnte Überlaufeinrichtung vor dem Speicher, die auch Entlüftungsmöglichkeit für
das aus dem-Wärmeaustauscher kommende Warmwasser ist, hat im Falle einer etwaigen
Nachheizung durch die Zusatzheizung im Speicher noch den folgenden Zweck zu erfüllen
: ' , Das bei der Nachheizung entstehende Warmwasser wird sich stets im oberen Bereich
des Speichers aufhalten. Würde man nun, um die vorhin erwähnte Überfüllung des Speichers
bei Nichtentnahme von Wasser zu verhindern, .eine einfache Überlaufleitung 'direkt
am oberen Ende desselben vorsehen, so würde durch das aus dem Wärmeaustausches kontinuierlich
zulaufende Warmwasser das Heizwasser verdrängt werden und damit ein Verlust des
wertvollen Heißwassers die Folge sein. Erfindungsgemäß wird durch den überlauf vor
dem Speicher lediglich das aus dem Wärmeaustausches kommende Warmwasser unbenutzt
ablaufen, während das wertvolle Heißwasser zur Entnahme aus dem Speicher jederzeit
bereitsteht. Die Entnahmeleitung für warmes Wasser wird bei dieser Anlage dann so
ausgeführt, daß die in den Speicher eingebaute Hilfsheizung stets vom Wasser bedeckt
bleibt. Das kann man beispielsweise dadurch erreichen, daß die Warmwasserentnahmeleitung
fest in den Warmwasserspeicher eingebaut wird, und daß die Öffnung, durch welche
das warme Wasser aus dem Speicher in die Entnahmeleitung eintritt, in einer mittleren
Höhenlage im Speicher liegt, so daß die Heizpatrone niemals vom Wasser entblößt
werden kann. Die Öffnung, durch welche das warme Wasser aus dem Speicher in die
Entnahmeleitung eintritt, wird dann gemäß der weiteren Erfindung .in einer solchen
Höhenlage angeordnet, daß bei normalem » Betrieb der Kältemaschine und normaler
Einschaltung der Hilfsheizung während der Nachtzeit die im Laufe der Tageszeit aus
dem Wärineaustauscher der Kältemaschine in den unteren Teil des Warmwas?erspeichers
zufließenden Wassermengen mittlerer Temperatur nach Abschluß der letzten Warmwasserentnahme
die genannte Öffnung noch nicht erreicht hat. Der gesamte Apparat wird dann vorzugsweise
so bemessen, daß die im Laufe der Tageszeit dauernd qberhalb der Eintrittsöffnung
zur Entnahme bereitgestellte Wassermenge höherer Temperatur für den Tagesbedarf
ausreicht.
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In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Fig. z zeigt eine Anlage, bei welcher ein periodisch arbeitender Absorptionskälteapparat
gleichzeitig zur Kühlung eines Haushaltskühlschrankes und zur
Beheizung
eines Warmwasserspeichers verwendet wird. Mit i ist der Kocherabsorber der Kältemaschine
bezeichnet. In diesen ist ein fester Absorptionsstoff, beispielsweise Calciumchlorid,
eingefüllt, der mit dem Kältemittel (z. B. Ammoniak) eine chemische Verbindung bildet.
Der Kocherabsorber wird während der Austreibungsperiode durch die elektrische Heizpatrone
2 beheizt; dabei wird das Kältemittel ausgetrieben und gelangt durch eine Leitung
3 in den Kondensator 4. Von dort fließt das Kondensat durch Leitung 47, Kondensator
48 und Leitung 5 in einen Sammelbehälter 6, der in die Kühlschrankisolation eingebaut
ist. An diesen Sammelbehälter ist der Verdampfer 7 angeschlossen, der seinerseits
in einen Speicherkasten 8 eingebaut ist. In diesem Speicher befindet sich eine bei
der Verdampfung des Kältemittels gefrierende Flüssigkeit. Mit 9 ist eine Eisschublade
bezeichnet.
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Zur Abfuhr der Absorptionswärme und der Kondensationswärme dient Kühlwasser.
Dieses fließt aus einer Zulaufleitung io über einen Haupthahn i i, einen Filter
12, ein Reduzierventil 13 und den Wassermesser 14 einem Verzweigungspunkte 16 zu.
Ein Zweigstrom führt zum unteren Teil des den Kocherabsorber umschließenden Kühlmantels
i9. Im Zuge dieser Zulaufleitung liegt ein elektromagnetisch gesteuertes Ventil
17 und ein Drosselorgan 18. Der .andere Zweigstrom führt zum unteren Teil des den
Kondensator umhüllenden Kühlmantels 22; im Zuge dieser Zulaufleitung liegt das elektromagnetisch
gesteuerte Ventil 2o und ein Drosselorgan 21. Das Reduzierventil 13 und die beiden
Drosselorgane 18 und 21 sorgen dafür, daß dem Kühlmantel des Kocherabsorbers und
des Kondensators während der Zeit der Wärmeabgabe ein dauernd gleichmäßig fließender
Kühlwasserstrom zufließt. Das Reduzierventil 13 setzt den hohen Wasserleitungsdruck
von 4 -f- 5 Atmosphären zunächst herab, auf beispielsweise 0,3 Atmosphären.
Die Drosselorgane i8 und 21 bestimmen dann ihrerseits die pro Zeiteinheit durch
den jeweils zugehörigen Wärmeaustauscher fließenden Wassermengen. Die Drosselorgane
18 und 2i sind zweckmäßig verschieden groß bemessen, und zwar derart, daß die in
den einzelnen Perioden (Heiz- bzw. Kühlperiode) durch den Kondensator bzw. Absorber
strömenden Wassermengen den in der Zeiteinheit im Kondensator bzw. Absorber frei
werdenden Wassermengen jeweils proportional sind. Oben an die Kühlmäntel i9 und
22 sind die Entnahmeleitungen für das Kühlwasser angeschlossen, die sich im Punkt
23 wieder vereinigen. Eine gemeinsame Leitung 24 führt von dort das Wasser, welches
die Konden-Batorwärme bzw. die Absorptionswärme aufgenommen hat, in ein Gefäß 25.
Daran ist eine Leitung 26 angeschlossen, die zum tiefsten Punkt des Warmwasserspeichers
27 führt. Mit 28 ist ein Wasserstandglas bezeichnet. An das Gefäß 25 ist ferner
oben eine Überlaüfleitung 29 und eine Entlüftungsleitung 30 angeschlossen. Der höchste
Punkt des Überlaufrohres 29 liegt in der Höhe der größten zulässigen Speicherfüllung
und hat durch die Leitung 30 offene Verbindung mit der Außenluft. Die für den Speicher
bestimmte Flüssigkeit wird dem oberen Ende der Überlaufeinrichtung durch das Rohr
24 zugeführt und gelangt von dort durch das Rohr 26 zum unteren Ende des Speichers
27. Mit fortschreitender Füllung des Speichers steigt der Flüssigkeitsspiegel auch
in dem mit dem Speicher kommunizierenden Rohr 26, bis die größte mögliche Füllung
erreicht ist. Sollte keine Entnahme von Warmwasser aus dem Speicher erfolgen, so
wird das darüber hinaus noch `zufließende Wasser als überschuß nicht an den Speicher,
sondern in den Ausguß oder zur anderweitigen Verwertung abgeleitet. Auf diese Weise
ist sichergestellt, daß auf keinen Fall das wertvolle Heißwasser, welches sich im
oberen Bereich des Speichers befindet, fortfließen kann. Die überlaufeinrichtung
sorgt auch dafür, daß keine Gefährdung des Speichers durch Druck eintreten kann;
ferner wird ein Stocken in der Wasserkühlung der Kältemaschinen verhindert. 31 ist
die mit einem Hahn 32 versehene Warmwasserentnahmeleitung, welche fest in den Warmwasserspeicher
27 eingebaut ist.
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Die Öffnung 52, durch welche das Warmwasser in die ,Entnahmeleitung
fließt, ist in einer mittleren Höhenlage im Warmwasserspeicher angeordnet. Eine
Entlüftungsleitung 33, die innen durch die Warmwasserentnahmeleitung 31 hindurchgeführt
ist, verbindet den oberen Teil des Warmwasserspeichers mit der Außenluft. In dem
unteren Teil des Warmwasserspeichers ist eine elektrische Heizpatrone 34 eingebaut.
Die Öffnung 52 der Entnahmeleitung 31 liegt über dem höchsten Punkt dieser Heizpatrone,
so daß sichergestellt ist, daß die Heizpatrone stets vom Wasser bedeckt bleibt.
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Die Kühlmäntel i9 und 22 des Kocherabsorbers und des Kondensators
und der Warmwasserspeicher sind in der aus der Figur ersichtlichen Weise mit Wärmeisoliermaterial
35 und 36 bzw. 37 umhüllt. Mit 48 ist ein zusätzlicher, direkt durch Luft gekühlter
Hilfskondensator für das Kältemittel bezeichnet, der mit Hilfe der Leitung 47 an
den wassergekühlten Kondensator 4, vorzugsweise in Hintereinanderschaltung, und
zwar im Zuge des Kälteinittelstromes bei der Heizperiöde
hinter
den wassergekühlten Kondensator angeschlossen ist. Dieser Hilfskondensator besitzt
Kühlrippen 49 und ist so bemessen, daß bei Ausbleiben des Kühlwassers eine unzulässige
Drucksteigerung im Apparat nicht auftreten kann.
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Die Zufuhr der Heizenergie erfolgt aus den Leitungen 38, 39 über den
Hauptschalter 40. Die Heizpatrone :2 des Kocherabsorbers und die elektromagnetisch
gesteuerten Ventile 17 und 2o werden entsprechend den Arbeitsperioden des Kälteapparates
mit Hilfe der Schaltuhr41 ein- und ausgeschaltet. Während der Heizperiode wird die
Erregerwicklung43 des Ventils2o eingeschaltet und dieses Ventil geöffnet, so daß
der Kühlwasserstrom zum Kondensator fließt. In der Absorptionsperiode schließt sich
das Ventil 2o, statt dessen wird jetzt das Ventil 17 durch Erregung der Wicklung
44 geöffnet, so daß nun der Kühlwasserstrom dem Kocherabsorberkühlmantel i9 zufließt.
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Die Heizpatrone 34 des Warmwasserspeichers 27 wird mit Hilfe der Schaltuhr
45 auto= matisch ein- und ausgeschaltet. Did Heizpatrone 2 und die Heizpatrone 34
können mit Hilfe der Schalter 42 und 46 auch von Hand ausgeschaltet werden.
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Fig. -> zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel für ein Drosselorgan"das
beispielsweise an Stelle des in Fig. i verwendeten Drosselorganes 18 bzw. 2i in
die Kühlwasserzuflußleitung zum Wärmeaustauscher des Kälteapparates gelegt werden
kann. Dieses Drosselorgan besteht aus einer Reihe von hintereinandergeschalteten
Scheiben 51,. die in ein Rohr 5o eingebaut sind. Die Scheiben besitzen kleine Durchtrittsöffnungen
53.=für das Kühlwasser. Je nach der gewünschten Drosselwirkung werden mehr oder
weniger solcher Scheiben hintereinandergeschaltet.
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In Fig. 3 ist ein Diagramm aufgezeichnet, in welchem zur Erläuterung
der Wirkungsweise der vorbeschriebenen Anlage die Anzahl der Liter Wasser im Speicher
in Abhängigkeit von der Tageszeit aufgetragen ist. Gemäß diesem Diagramm ist beispielsweise
an einen Absorptionsapparat gedacht, der im Laufe von 24 Stunden drei Heiz- und
drei Absorptionsperioden durchläuft. Die Heizperiode wird beispielsweise von der
Schaltuhr 41 in der Zeit von 4 Uhr bis 5" Uhr, von 12 Uhr bis 133o und von
2o Uhr bis 21g° eingeschaltet. Ferner ist bei dem Ausführungsbeispiel angenommen,
daß die Hilfsheizung 34 des Warmwasserspeichers durch die Schaltuhr 45 in der Zeit
von 21g° bis 4 Uhr eingeschaltet ist. Das Diagramm ist unter der Voraussetzung aufgezeichnet,
daß der maximale Wasserinhalt des Warmwasserspeichers 16o 1 beträgt, und daß im
Laufe. des Tages dreimal, und zwar um 5 Uhr, um 9 Uhr und um 16 Uhr etwa 501 Wasser
aus dem Speicher genommen werden sollen. Dabei besitzt das entnommene Wasser eine
Temperatur von 8o° C. Unter der Voraussetzung, daß die Kältemaschine und der zugehörige
Wärmeaustauscher so bemessen sind, daß das Kühlwasser dem Warmwasserspeicher mit
40° zuläuft, ergibt sich im Diagramm die Kurvehl, deren Ordinaten die jeweils noch
im Speicher vorhandene Menge von 40° Wasser wiedergeben. Die Hilfsheizung ist so
bemessen, daß die gesamte um 2z3° im Speicher vorhandene Wassermenge und die noch
bis 4 Uhr morgens zufließende Wassermenge auf 8o° erwärmt wird. Man erkennt aus
dem Diagramm, daß am Ende der Einschaltperiode für die Hilfsheizung 34 eine Wassermenge:
von 150 1 Wasser von 8o° C zur Entnahme für den nächsten Tag bereitgestellt
ist. Die Öffnung 52 der Warmwasseraustrittsleitung 31 ist nun bei der beschriebenen
Anlage beispielsweise so gelegt, daß mindestens 8o 1 Wasser stets im Speicher bleiben
müssen. Auf diese Weise wird erreicht, daß bei normalem Betrieb der Kältemaschine
und normaler Einschaltung der Hilfsheizung 34 während der Nachtzeit die im Laufe
der Tageszeit aus den Wärmeaustauschern i9 und 22 in den unteren Teil des Warmwassers
27 mit 40° zufließende Wassermenge nach Abschluß der letzten Wasserentnahme, die
um 16 Uhr erfolgt, die Wasseraustrittsöffnung 52 noch nicht bzw. gerade erreicht
hat. Die im Laufe der Tageszeit dauernd oberhalb der Öffnung 52 zur Entnahme bereitgestellte
Wassermenge von 8o° reicht also für den vorgesehenen normalen Tagesbedarf aus.