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Durch einen Kälteapparat oder eine besondere Beheizung betriebener
Schrank o. dgl. Die Erfindung bezieht sich auf mit Kälteapparat betriebene Kühlschränke
u. dgl. mit einer Wärmequelle im Kühlschrank, bei denen die Kälteerzeugung und die
Wärmequelle durch Thermostateinrichtungen derart gesteuert werden, daß sich eine
konstante Schranktemperatur erreichen läßt. Es sind bereits Einrichtungen vorgeschlagen
worden, bei denen diese konstante Temperatur durch zwei Thermostatanlagen gehalten
wird, von denen die eine von der Kühlschranktemperatur und die andere von der Temperatur
der Außenluft gesteuert wird. Diese Mehrzahl von Thermostatanlagen kompliziert ünd
verteuert die Anlage. Sie hat zwar den Vorteil, daß man jeden Energieverbrauch spart,
wenn die Außentemperatur und die gewünschte Schranktemperatur gleich sind. Sie bereitet
aber schon Schwierigkeiten, wenn der Schrank mit höheren, Temperaturen als denen
der Umgebung arbeiten soll, da sich die Anlage dann außerordentlich kompliziert.
Für viele Zwecke, z. B. für wissenschaftliche oder medizinische Laboratorien, braucht
man einen Raum oder einen Schrank mit einer wahlweise oberhalb oder unterhalb der
Temperatur der Umgebung einstellbaren konstanten Temperatur bzw. ein Konstanthalten
der Schranktemperatur, die die Temperatur der Umgebung manchmal übersteigen und
manchmal Untersteigen kann.
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Man bat ferner bereits vorgeschlagen, bei Bierkühlern, um eine gleichmäßige
Temperatur des Biers sicherzustellen, Anlagen zu bauen, die wahlweise das Bier durch
einen Kompressionskälteapparat kühlen oder durch ein Wärmeelement beheizen. Bei
diesen Anlagen kommt es nicht darauf an, eine wirklich genaue Temperatur gleichmäßig
zu erhalten, und wegen der Ungleichmäßigkeit der Belastung .der Anlage (zuweilen
wird viel Bier verschenkt, also viel Kälte verbraucht, zu anderen Tagesstunden wird
kein Bier getrunken, also keine nennenswerte Kälte verbraucht) ist ein Kompressor
die günstigste Form der Kälteerzeugung, da ein Kompressor schnell und viel Kälte
liefern kann und in anderen Perioden ruht, praktisch also stets intermittent arbeitet.
Die bekannte Anlage ist daher auch mit einer Nullstellung versehen, in der sowohl
die Kältequelle wie das Wärmeelement abgestellt wird. Eine solche Anlage ist jedoch
nicht geeignet, um .Temperaturen mit einer Genauigkeit zu steuern, wie sie etwa
für Bazillenkultur oder ähnliche wissenschaftliche Zwecke erforderlich sind. Bedenkt
man, daß der Kompressor abstellt, wenn die niedrigste zulässige Temperatur erreicht
wird, so wäre in diesem Augenblick gerade viel kondensiertes Kältemittel im Kondensator.
Würde man nun, um weiteres Absinken der Temperatur zu verhüten, die Wärmequelle
anstellen, so würde immer gerade das vom Kompressor gelieferte Kondensat völlig
nutzlos durch die Wärmequelle verdampft.
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Genaue Temperaturen lassen sich erfindungsgemäß -am besten mit kontinuierlich
arbeitenden Absorptionskälteapparaten erzeugen,
einmal, weil es
sehr einfach ist, die Betriebsenergie von der Heizwärme des Apparates in die Heizwärme
des Schrankes zu verwandeln, und zweitens weil ein kontinuierlicher Absorptionskälteapparat
eine gleichmäßige Kälte liefert, die durch die seit langem. bekannte Stufenschaltung
je nach dem vorliegenden Bedarf auf Kälte sehr tiefer, mittlerer oder höherer Temperatur
eingestellt werden kann. Hierdurch wird es möglich, eine absolut genaue Temperatursteuerung
zu erreichen, weil man ohne eine Nullstellung die Kälte- und Wärmequelle in unmittelbarem
Wechsel. zur Wirksamkeit bringen kann. Zweckmäßig wird dazu die Beheizung des Kochers
des Kälteapparates in den Perioden, in denen der Schrank durch die Wärmequelle bieheizt
wird, nur so weit gedrosselt, daß die Kälteleistung unwirksam wird, der Kocher aber
nicht so stark abkühlt, daß zur Wiederaufnahme der Kälteleistung eine beachtliche
Zeit vergeht.
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Die Erfindung bietet weiter den Vorteil eines großen Umfanges des
einstellbaren Temperaturbereiches. So kann die Anlage z. B. derart ausgebildet sein,
daß eine konstante Schranktemperatur z. B. von - i o' C ebensogut wie eine von +
70° C unabhängig von Schwankungen in,der Temperatur der Umgebung sichergestellt
ist.
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In der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
dargestellt. Bei der Erläuterung dieses Ausführungsbeispiels werden sich weitere
kennzeichnende Merkmale der Erfindung ergeben.
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In der Abbildung wird mit 2 der zu kühlende Raum, z. B. ein Schrank,
bezeichnet, in dem eine Heizspirale 3 vorgesehen ist, die in Reihe mit der Heizspirale
q. für den Kocher eines Absorptionskälteapparates geschaltet werden kann. Der Fühlkörper
eines Regel-und Schaltthermometers 5, vorzugsweise bekannter Art, ragt in den gekühlten
Raum hinein (in der Zeichnung zwecks Vereinfachung außerhalb gezeigt), wobei seine
Quecksilberfüllung mit dem positiven Pol 6 einer Gleichstromquelle elektrisch verbunden
ist. Für die Regelung des Schaltungsvorganges ist im Thermometerrohr ein eiserner
Stab 7 vorgesehen, der in elektrischer Verbindung mit der nach einem Elektromagneten
8 führenden Leitung g steht. Wenn sich das Quecksilber des Fühlkörpers genügend
ausdehnt, d. h. wenn die Temperatur im Schrank zu hoch wird, wird der Stromkreis
durch das Thermometer geschlossen, so daß Strom durch die Spulen des Elektromagneten
8 fließen kann. Als Spannungsquelle für diesen Stromkreis dient die Hauptspannungsquelle
für die Beheizung der beiden Spiralen 3 und d., indem der Strom von dem positiven
Pol 6 dieser Quelle durch die Leitung z r, das Thermometer 5, die Leitung 9, den
Elektromagneten 8 und einen Vorschaltwiderstand r a nach dem negativen Pol 13 der
Stromquelle fließen kann. - Der Vorschaltwiderstand 12 ist zweckmäßig genügend groß
bemessen, um etwaige Neigung zur Funkenbildung im Thermometer zu unterdrücken. Wenn
nämlich der beschriebene Stromkreis unterbrochen wird, entsteht die Gefahr einer
Funkenbildung wegen der verhältnismäßig großen Induktanz des Elektromagneten B.
Es empfiehlt sich weiter, das Quecksilber des Fühlkörpers als Anode einzuschalten.
Die Neigung zur Funkenbildung wird weiter durch den Widerstand ro unterdrückt, indem
dieser Widerstand in Reihe mit dein Thermometer 5 und dem Elektromagneten 8 geschaltet
ist. Der eiserne Stab 7 kann mit einem Magneten in der Längsrichtung des Thermometers
beliebig verschoben werden, so daß der Stromschluß bei der gewünschten Temperatur
erfolgen kann. Das magnetische Feld des Elektromagneten 8" wirkt auf ein auf dem
Quecksilber einer Ouecksilberschaltvorrichtung 14 schwimmendes Eisenstück 15
anziehend, und zwar in der Weise, daß das Eisenstück 15
beim Entstehen des
Feldes in das Quecksilber hineingezogen wird, wobei die Quecksilberoberfläche entsprechend
steigt, so daß zwei Leitungen 16 und 17 miteinander elektrisch verbunden werden.
Durch die derart . entstehende Verbindung wird die Heizspirale 3 kurzgeschlossen,
indem die Leitung 16 mit dem negativen Pol 13 der Stromquelle und die Leitung
17 mit der Verbindungsstelle der beiden Heizspiralen 3 und q. verbunden ist.
Durch den Kurzschluß der Heizspirale 3 wird der Strom im Hauptstromkreis 6, d.,
17, 14, 16, 13 vergrößert, so daß die Wärmeerzeugung in der Kocherheizspirale
q. entsprechend anfängt. Um die Gefahr der Funkenbildung im Thermometer 5 möglichst
gering zu machen, empfiehlt es sich, die Stromstärke oder Induktanz des Elektromagneten
8 möglichst niedrig zu halten. Aus diesem Grunde kann der Magnetanker
15 als ein Körper ausgebildet werden, dessen mittleres spezifisches Gewicht
näher dem des Quecksilbers liegt, d. h. aus einem Material bestehen, das schwerer
als Eisen ist. Der Körper muß aber jedenfalls ein ferromagnetisches Element enthalten.
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DieEinrichtung arbeitet in folgender Weise: Der aus der Abbildung
ersichtliche Schaltzustand der Anlage entspricht dem Fall, daß die Temperatur in
dem Raum 2 zu tief ist. Es sei angenommen, daß eine Stromquelle an die beiden Anschlüsse
6 und 13 angeschlossen ist. Der Strom fließt dann von dem Anschluß 13 unter
Umgehung des Schalters 14 durch den
Heizwiderstand 3 und durch den
Heizkörper 4 des Kälteapparates nach dem Abschluß 6. Dahingegen fließt in dem aus
der Abbildung ersichtlichen Schaltzustand kein Strom von dem Anschluß
13 über den Widerstand 12, die Magnetwicklung 8, Leitung 9, Thermometer 5
und Leitung z r zum Anschluß 6, weil in der dargestellten Lage kein Kontakt zwischen
dem Quecksilber des Thermometers 5 und dem Kontaktstab 7 vorhanden ist. Der Eisenkern
15 im Quecksilberrelais 14 schwimmt auf dem Quecksilber, da die Magnetwicklung
8, wie erwähnt, stromlos ist und deswegen den Eisenkern 15 nicht in das Quecksilber
hinunterziehen kann. Es sei ferner angenommen, daß die Bemessung des Heizwiderstandes
3 derart gewählt ist, daß auch, wenn wegen des Stromdurchganges durch den Heizkörper
4 des Kälteapparates etwa noch in dessen Kocher ausgetriebenes Kältemittel über
den Kondensator in den Verdampfer des Kälteapparates fließt und dort verdampft,
doch die Wärmeentwicklung des Heizwiderstandes 3 genügt, um eine Temperatursteigerung
in dem zu temperierenden Raum 2 zu erreichen. Im allgemeinen empfiehlt es sich,
die gegenseitigen Größen der beiden Widerstände 3 und 4 in bekannter Weise derart
zu bemessen, daß, wenn der Heizwiderstand 3 in den Stromkreis eingeschaltet ist,
die Wärmeentwicklung im Heizkörper 4. nicht mehr zur Erzeugung von Kälte ausreicht.
Die Temperatur in dem Raum 2 steigt also allmählich, was zu einer Ausdehnung des
Quecksilbers im Thermometer 5 führt, so daß die Oberfläche des Quecksilbers allmählich
bis zu dem Kontaktstab 7 hinaufklettert. Der Kontaktstab 7 kann, wie bereits erwähnt,
durch einen Magneten in senkrechter Richtung verschoben werden und auf eine erwünschte
der Temperatur entsprechende Höhe an einer nicht dargestellten Skala eingestellt
werden. Wenn nun die Quecksilberfläche diese Höhe erreicht, wird der Stromkreis
13, 12, 8, 9, 7, 5, 11, 6 geschlossen, wodurch die Magnetwicklung 8 ein magnetisches
Feld erzeugt, durch das der Eisenkern 15 im Quecksilberrelais 14 heruntergezogen
wird. Hierdurch steigt die Quecksilberoberfläche in diesem Relais bis zum Kontakt
mit der Elektrode 17. Dadurch wird aber der Heizwiderstand 3 kurzgeschlossen, so
daß kein Strom durch ihn fließen kann. Die Beheizung des Schrankes 2 durch den Heizwiderstand
3 hört somit auf. Durch das Kurzschließen des Heizwiderstandes 3 steigt aber bei
konstanter Spannung der an die Anschlüsse 6 und 1.3 angeschlossenen Stromquelle
der Strom, der durch den Heizkörper 4 des Kälteapparates fließt: Denn der Widerstand
des Heizkörpers war bisher mit dem Heizwiderstand 3 in Reihe geschaltet. Der durch
den Heizkörper fließende Strom war daher wesentlich kleiner, als wenn der Heizwiderstand
3 kurzgeschlossen worden ist. Die Stromsteigerung im Heizkörper 4 bewirkt nun aber
eine gesteigerte Wärmeentwicklung, die genügt, um die Kälteerzeugung des Kälteapparates
zu bewirken. Durch die so erzeugte Kälte sinkt deswegen die Temperatur in dem zu
temperierenden Raum 2, und sobald sie so weit gesunken ist, daß sich das Quecksilber
im Thermometer 5 genügend zusammengezogen hat, wird der Kontakt zwischen diesem
Quecksilber und dem Kontaktstab wieder unterbrochen. Dadurch wird der die Magnetwicklung
8 enthaltende Stromkreis stromlos. Der Eisenkern 15 im Quecksilber des Relais 14
wird daher nicht mehr durch das Feld des Magneten 8 herabgedrückt, sondern wird
wieder von dem Quecksilber gehoben. Die Quecksilberoberfläche im Relais 14 sinkt
dabei, so daß ihr Kontakt mit dem Kontaktstück 17
unterbrochen wird, wodurch
die Kurzschließung des Heize iderstandes 3 wieder aufgehoben wird. Die beiden Widerstände
3 und 4 sind daher nun wieder in Reihe geschaltet, so daß der Strom durch den Stromkreis
des Heizkörpers 4 erniedrigt wird. Dies hat zur Folge, daß die Wärmeentwicklung
des Heizkörpers 4 nicht mehr genügt, -am die Kälteerzeugung im Gang zu halten, und
gleichzeitig tritt wieder eine Wärmeentwicklung am Heizwiderstand 3 ein.
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Soll der zu temperierende Schrank auf einer Temperatur gehalten werden,
die unter der der Umgebung liegt, so wird dies, wie beschrieben, durch die Änderung
der Wärmezufuhr zum Kocher des Kälteapparates erreicht. Sinkt die Temperatur durch
Wirkung des Kälteapparates zu tief, so verringert sich, wie erwähnt, die Kocherheizung,
und der Heizwiderstand 3 wird wirksam.
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Soll der zu temperierende Schrank auf einer Temperatur gehalten werden,
. die über der der Umgebung liegt, so ist wegen der erwähnten Abstimmung der Widerstände
3 und 4 im allgemeinen der Heizwiderstand 3 wirksam, und nur -,yenn die Temperatur
zu hoch steigen sollte, wird der Kälteapparat wirksam, so daß er zu starke Erwärmung
des Raumes 2 verhindert.
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Die Einstellung der erwünschten Temperatur geschieht, wie erwähnt,
durch Verstellung des Stiftes 7 im Thermometer, wobei, wie bei Thermometern üblich,
eine Erhöhung des Stiftes 7 und damit des Kontaktes mit dein Quecksilberspiegel
eine- Erhöhung der Temperatur darstellt.
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Die Art der verschiedenen Schaltungen und Schaltvorrichtungen kann
in großem Umfange abgeändert werden, z. B. um die Vorrichteng
für
Wechselstrom anzupassen bzw. um die Möglichkeit zur Transformierung von Wechselspannung
auf eine oder mehrere für die Schaltvorrichtungen geeignete, vorzugsweise niedrige
Spannungen auszunutzen. Das Thermometer 5 kann z. B. durch einen Bimetallscbalter
ersetzt werden, oder die Neigung zur Funkenbildung kann durch verschiedene Kondensator-
und Widerstandsschaltungen bekannter Art beliebig unterdrückt werden. Weiter kann
die Schaltvorrichtung 14 durch ein rein elektromagnetisches Relais ersetzt werden.