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Kühlanlage Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühlanlage für Wohnhäuser
od. dgl. mit einer Anzahl getrennter Haushaltskühlschränke, die von einer zentralen
Kühlanlage, bestehend aus einer Kompressionskältemaschine, gekühlt werden, wobei
der Kondensator durch kaltes Verbrauchswasser beaufschlagt ist, das nach Erwärmung
durch den Kondensator einem für das Wohnhaus vorgesehenen Warmwasserversorgungssystem
mit einer Anzahl Zapfstellen zugeführt wird.
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Bei diesen Anlagen ist es bekannt, die Wärme des Kondensators mittels
Kühlwasser in einen Warmwasserspeicher zu leiten, an den sich ein Rohrnetz zu den
Verbraucherstellen mit Zapfventilen anschließt. Die Ausnutzung der Kondensatorwärme
auf diese Weise hat aber den Nachteil, daß das Wasser des Warmwasserspeichers infolge
der geringen Temperatur für den Haushaltsbedarf ziemlich wertlos ist, denn es ist
bei den bisherigen Verfahren nicht möglich, an den Zapfstellen das Wasser mit der
Temperatur von etwa -h 30° C, die es in der Praxis ungefähr im Kondensator annimmt,
zu entnehmen, weil in der Rohrleitung zu den Verbraucherstellen Wärmeverluste eintreten
und auch durch die bei einigen Anlagen zum Luftkonditionieren verwendete Heizbatterie
dem Wasser Wärme entzogen wird. Aber selbst bei einer Temperatur von -h 30° C hat
man im Haushalt für das Wasser keinen rechten Verwendungszweck.
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Gegenüber dem Bekannten besteht die Erfindung darin, daß die im Kondensator
abgeführte Wärme zum Vorwärmen des in einem Warmwasserbereiter weiter erwärmten
Wassers dient. Hierdurch wird eine wirtschaftliche und brauchbare Ausnutzung
der
Kondensatorwärme erreicht, denn in dem Warmwasserbereiter, der vor einer zentralen
Wasserversorgungsanlage vorgeschaltet ist, wird die Kondensatorwärme zum Vorwärmen
des in den Warmwasserbereiter bis zum Siedepunkt oder jeder anderen gewünschten
Temperatur weiter zu erhitzenden Wassers ausgenutzt, so daß hier eine erhebliche
Einsparung an zuzuführenden Wärmeeinheiten und damit gleichzeitig indirekt eine
Verbilligung des Betriebes der Haushaltskühlanlage eintritt.
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In der Zeichnung sind als Beispiel einige Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, und zwar zeigt Fig. i das Schema einer Kühlanlage, teilweise im Vertikalschnitt,
Fig.2 bis 8 einige schematische andere Ausführungsformen derKühlanlage für dieAusnutzung
der Kompressorwärme zur Waxmwasserbereitung.
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In Fig. i bis 8 bezeichnet i eine Kompressionskälteanlage, die z.
B. aus einem Antriebsmotor 2 und einem Kompressor 3 mit zugehörigem Kompressorzylinder
4 besteht. Das im Kompressor 3,4 komprimierte und dabei erhitzte Gas wird durch
einen wassergekühlten Kondensator 7 geleitet. Dadurch wird das Gas abgekühlt und
das Kühlwasser erwärmt. Das somit erwärmte Kühlwasser wird unmittelbar oder mittelbar
einem Warmwasserbereiter 11, 12 des Gebäudes zugeführt, von dem Warmwasser den einzelnen
Verbrauchsstellen des Gebäudes zugeleitet wird. Durch dieseVorwärmung des Wassers
werden die Brennstoffkosten für die Erwärmung des Wassers im Warmwasserbereiter
herabgesetzt, und diese Kostenherabsetzung bedeutet eine entsprechende Kostensenkung
für den Betrieb des Kühlschranksystems. Zusätzlich kommen besondere Wasserkosten
für das Kühlwasser der Kompressionskälteanlage in Wegfall.
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Fig. i zeigt eine Ausführungsform, bei der das erwärmte Kondensatorkühlwasser
dem Warmwasserbereiter 11, 12 direkt zugeführt und von dort zu den Verbrauchs- oder
Zapfstellen T des Gebäudes geleitet wird. Das aus dem Kompressor austretende erhitzte
Gas wird in diesem Fall im Kondensator 7 durch das die Kühlschlange 6 kontinuierlich
durchfließende Kühlwasser aus einer Kaltwasserleitung 8 gekühlt. Dieses Kühlwasser
wird dadurch erwärmt und strömt unter eigenem Druck über eine Leitung g einem wärmeisolierten
Behälter io zu, der z. B. ein stahlgeschliffenes Betonbassin, ein Blechbehälter
od. dgl. ist. Von diesem Behälter, der in erster Linie zum Ausgleich von Unterschieden
zwischen dem im allgemeinen kontinuierlichen und gleichförmigen Kühlwasserzustrom
und dem diskontinuierlichen und variierenden Abzapfen von Warmwasser aus dem Warmwasserbereiter
dient, wird das vorgewärmte Kühlwasser nach dem gewöhnlich unter vollem Wasserleitungsdruck
stehenden Warmwasserbereiter 11, 12 z. B. mittels ,einer Pumpe 13 gefördert, deren
Betriebszeiten zweckmäßig mittels eines Hydrophors 14 ausgeglichen werden. Das Ein-
und Ausschalten der Pumpe kann in bekannter Weise durch den Luftdruck im Hydrophor
gesteuert werden, und außerdem können die Betriebsperioden der Pumpe durch ein Schwimmersystem
und einen Überlauf derart im Verhältnis zum Wasserstand im Speicher io abgepaßt
werden, daß der Wasserstand in diesem innerhalb passender Grenzen gehalten wird.
Wenn die Warmwasserabzapfung vom Warmwasserbereiter über die Zapfstellen T größer
ist als die Pumpe und das Hydrophor ihm zuführen können, kann ein zweckmäßig schwimmerbeeinflußtes
Ventil 15 so angeordnet werden, daß eine besondere Leitung 16 die erforderliche
Zusatzmenge kalten Wassers dem Warmwasserbereiter über das Hydrophor i2 unmittelbar
vom Kaltwasserleitungsnetz zuführt, dessen Druck größer als der des Hydrophors ist.
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Der linke Teil der Fig. i soll der besseren übersicht wegen das im
Prinzip im wesentlichen bekannte Verfahren zur Verteilung der mittels des Kompressors
erzeugten Kälte mit Hilfe von zirkulierender Kühlflüssigkeit an die einzelnen Haushaltskühlschränke
veranschaulichen. 18 ist eine Verdampfungsanordnung, der über die Leitung i9 und
die Rückleitung 2o das im Kompressor 3 komprimierte und im Kondensator 7 abgekühlte
Kältemedium zugeführt wird. Das Kältemittel wird im Verdampfer 18 vergast und gibt
dabei Kälte an die Umgebung ab, die beispielsweise in Form eines Kühlwasserspeichers
17 ausgeführt sein kann, der von einem wärmeisolierten Behälter 21 umschlossen ist.
Die im Speicher 17 gekühlte Flüssigkeit wird mittels der Zirkulationspumpe22, der
Hauptieitung23 mit der entsprechenden Rückleitung 24 sowie den Stammleitungen 25
mit zugehörigen Rückleitungen 26 zu den einzelnen Kühlschränken K geleitet, in denen
sie die Kühlelemente 27 durchströmen, die an die Stammleitung angeschlossen sind.
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In Fig. 2, 6 und 7 wird die in Fig. i gezeigte Verdampfungsanordnung
18 bis 2o, gegebenenfalls mit dem zugehörigen Verteilungssystem 22 bis 27, schematisch
mit dem Bezugszeichen 3o angedeutet.
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In den Beispielen Fig. 2 bis 8 wird die im Kondensator 7 dem Kühlwasser
zugeführte Wärme dem Warmwasserbereiter indirekt zugeführt.
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Dies geschieht nach Fig. 2 bis 5 dadurch, daß Kühlwasser mittels einer
Pumpe 31 durch den Kondensator 7 der Kältemaschine und einen Wärmeaustauscher 32
mit angeschlossenem Warmwasserbereiter 11, z2 zirkuliert, wobei vom Wasser Wärme
im Kondensator 7 aufgenommen und über den Austauscher 32 an den Warmwasserbereiter
abgegeben wird. In diesem Fall erfolgt eine kontinuierliche Zufuhr von Kühlwasser
aus einem Wasserleitungsnetz zum Kondensator. Die dargestellten Anordnungen unterscheiden
sich hauptsächlich durch die verschiedene Ausbildung des Wärmeaustauschers.
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Gemäß Fig.2 wird das in der Kondensatorschlange 6 erwärmte Kühlwasser
mittels der Pumpe 31 z. B. durch eine Wärmeaustauschschlange 33 geleitet, die in
einem geschlossenen Behälter 32 angeordnet ist, dem durch das Rohr 34
kaltes
Wasser aus einem Netz zugeführt werden kann und der über das Rohr 36 mit dem Warmwasserbereiter
1i, 12 des Hauses in Verbindung steht. Der Wasserinhalt 35 des Behälters 32 wird
durch den Wärmeaustauscher 33 erwärmt, so daß vorgewärmtes Wasser in den Warmwasserbereiter
11, 12 eingeführt wird. Das bedeutet, daß bei Abzapfung von Wasser aus dem Warmwasserbereiter
dem Behälter 32 erneut kaltes Wasser zugeführt werden muß. Dadurch wird wieder die
Schlange 33 und hierdurch die Kondensatorschlange 6 über das durch die Pumpe zirkulierende
Kühlwasser gekühlt. Der Wasserinhalt 35 im Behälter 32 dient dabei als Ausgleichsspeicher
zwischen den ungleichmäßigen Entnahmen aus dem Warmwasserbereiter 12 und der gleichbleibenden
Durchströmung der Kondensatorschlange 6.
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Wenn die Kaltwasserzufuhr zum Behälter 32 bei unzureichender Abzapfung
aus dem Warmwasserbehälter für eine ausreichende Abkühlung des Wärmeaustauschers
33 ungenügend werden sollte, kann dem Kühlwasserumlauf kaltes Wasser vom Netz automatisch,
beispielsweise durch die in Fig.2 gezeigte Anordnung, zugeführt werden. Hierbei
wird der Umstand ausgenutzt, daß der Gasdruck bei erhöhter Temperatur des Gases
im Kondensator 7 ansteigt. Hierdurch wird über die Leitung 37 ein druckmembrangesteuertes
Wasserventil 38 beeinflußt, das über den Ablauf 41 sowie die Leitungen 39 und 40
Wasser aus einem Behälter 42 abzapft, der in den Umlaufkreis des Kühlwassers geschaltet
ist. Bei Entnahme von Wasser aus dem Behälter 42 sinkt der Schwimmer 43 und läßt
kaltes Wasser über ein Ventil durch das Rohr 44 aus dem Kaltwasserleitungsnetz zuströmen.
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Gemäß Fig. 3 ist der geschlossene Behälter 32 der Anordnung gemäß
Fig:2 durch einen offenen Behälter 32a ersetzt, der mit Wasser od. dgl. gefüllt
wird und von einer Rohrschlange 47a od. dgl. durchlaufen wird, die von Wasser aus
dem Leitungsrohr 3411 durchströmt wird, welches im Behälter 32a vor Eintritt in
den Warmwasserbereiter vorgewärmt wird.
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Bei der Anordnung gemäß Fig. 4 ist die Wärmeaustauschschlange
334 entfernt, und das Wasser im Behälter 32b nimmt über das gezeigte Rohrsystem
45b, 46b direkt an der Kühlwasserzirkulation des Kondensators teil.
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Bei der Anordnung gemäß Fig.5 wird die gleiche Anordnung für den Kühlwasserumlauf
wie in Fig. 4 angewandt, während dagegen die Anordnung zur Vorwärmung des Warmwassers
nach dem Warmwasserbereiter im Prinzip mit der Anordnung gemäß Fig. 2 übereinstimmt.
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Weitere Kombinationen des Wärmeaustausches zwischen dem umlaufenden
Kondensatorkühlwasser und dem Warmwasserbereiterwasser sind denkbar, und die dargestellten
Ausführungen sind nur Beispiel.
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Bei den Anordnungen gemäß Fig. 6 bis 8 wird das im Kompressor komprimierte
und erwärmte Gas in einem in direkter oder indirekter Berührung mit dem Verbrauchswarmws,sser
stehenden Wärmeaustauscher gekühlt und kondensiert. In diesen Fällen wird also keine
umlaufende Kühlflüssigkeit und somit auch keine besondereFlüssigkeitsumlaufpumpe
angewandt, sondern der Wärmetransport geschieht vom Kompressor nach dem Warmwasserbereiter
nur durch Transport des erhitzten Gases unter Ausnutzung des Kompressordruckes.
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Bei der Anordnung gemäß Fig. 6 strömt das im Kompressor 3, 4 komprimierte
und erhitzte Gas über eine Leitung 5 t nach der Kondensatorschlange 52, in der das
Gas abgekühlt und kondensiert wird. Die Schlange 52 liegt in einem geschlossenen,
unter Wasserleitungsdruck stehenden Behälter 53, dem über die Kaltwasserleitung
55 kaltes Verbrauchswasser zugeführt wird, sobald Abzapfungen von Wasser aus dem
Warmwasserbereiter 57, 58 stattfinden. Das Wasser 54 im Behälter 53 wirkt hierbei
wieder als ausgleichender Wärmespeicher. Der Behälter 53 sowie die Kühlschlange
52 wirken somit als Kondensator für die Kompressorkältemaschine, so daß der
übliche Kondensator in Fortfall kommen kann.
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Wenn die Kaltwasserzufuhr zum Behälter 53 bei unzureichender Abzapfung
vom Warmwasserbehälter für eine ausreichende Kühlung des Wärmeaustauschers 52 zu
gering werden sollte, kann dem Behälter 53 kaltes Wasser vom Netz über die Leitung
55 zugeführt werden. Der Behälter ist in seinem oberen wärmsten Teil mit einem Ablauf
65 versehen, der durch ein durch eine Druckmembran beeinflußtes Wasserventil 64
geöffnet oder geschlossen wird. Bei erhöhter Temperatur des Kühlwassers 54 steigt
der Gasdruck in der Leitung 5 r und öffnet das Wasserventil 64 über die Leitung
67 und die Membransteuerung 64, so daß Warmwasser über die Leitung 65 ab- und kaltes
Wasser über die Leitung 55 zugeführt wird.
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Häufig kann es zweckmäßig und wirtschaftlich sein, den gewöhnlichen
Kondensator 6, 7 als schnell wirkendes Sicherheitsorgan für den Fall beizubehalten,
daß die Wassertemperatur im Speicher 54 infolge unzureichender Abzapfung aus dem
Bereiter 57, 58 zu hoch ansteigen sollte. Eine solche Anordnung wird in Fig. 7 gezeigt.
Der gewöhnliche Kondensator 7, der in der Zeichnung als ein geschlossener, die Kühlschlange
6 enthaltender Behälter dargestellt ist, ist in diesem Fall durch eine Gasleitung
61 mit der Kondensatorschlange 52 im Behälter 53 in Reihe geschaltet. Das im Kompressor
komprimierte und erhitzte Gas strömt über den Kondensator 52, die Leitung 61, den
Kondensator 7, die Leitung 62 und den Verdampfer 30 usw. zum Kompressor 3,
4 zurück. Im Normalfall, d. h. die Temperatur des Wassers 54 im Behälter ist nicht
zu hoch, wird das Gas in der Schlange 52 kondensiert und gibt dabei Wärme an das
Wasser 54 ab, welches dem Warmwasserbereiter zugeführt wird. Steigt dagegen die
Temperatur des Wassers 54 über einen bestimmten Grenzwert, so steigt der Gasdruck
so stark, daß das über die Gasleitung 6; druckmembrangesteuerte Wasserventil geöffnet
wird. Dadurch strömt kaltes Wasser aus dem
Kaltwassernetz durch
die Leitung 65 in die Kühlschlange 6, und von dort läuft es über die Leitung 66
ab. Das komprimierte Gas wird in diesem Fall hauptsächlich im Kondensator 7 und
nicht in der Schlange 52 kondensiert, bis die Temperatur des Wassers 54 durch Entnahme
aus dem Warmwasserbereiter (und hierdurch verursachte Zufuhr von Kaltwasser von
der Leitung 55) wieder hinreichend gesunken ist, wodurch die Schlange 52 erneut
in Funktion tritt. Diese Anordnung bedeutet, daß Wärme und Wasser nutzlos in die
Ablaufleitung 66 abgehen, wenn der Kondensator 7 arbeitet. Dies tritt in der Praxis
jedoch nur bei gewissen, verhältnismäßig seltenen Spitzenbelastungsfällen ein, während
der Kondensator 52, 53, 54 normal die Kompressorwärme ohne Wasserverlust ausnutzt.
Die Anordnung hat andererseits aber den Vorteil, daß der Kondensator 52, 53, 54
nicht für Spitzenbelastungen dimensioniert zu werden braucht, so daß die gesamten
Anlagekosten herabgesetzt werden und die Betriebssicherheit gleichzeitig erhöht
wird.
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Die Ausführungsform gemäß Fig. 8 unterscheidet sich von der nach Fig.
6 dadurch, daß der Behälter 53 durch einen offenen Behälter 53" ersetzt worden
ist, der sowohl die Kondensatorschlange 52a wie einen besonderen Wärmeaustauscher
71a enthält. Die Anordnung ermöglicht u. a. eine Erhöhung des Wasserspeichers im
Wärmeaustauscher in wirtschaftlicher Weise. Im übrigen kann die Anordnung gemäß
Fig. 8 natürlich mit der Kompressoranlage in ähnlicher Weise wie in Fig. 6 und 7
kombiniert werden.
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Das oben beschriebene Verfahren zur Ausnutzung des Wärmeinhaltes und
der Wassermenge eines wassergefüllten Kühlkompressors im zum Hause gehörenden Warmwasserbereiter
kann auch bei gewissen anderen Kühlschranksystemen, z. B. Zentralkühlanlagen mit
unmittelbarer Gasexpansion in den Kühlschränken, angewandt werden.