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Kühlschrank mit Warmwasserbereitung Die Erfindung betrifft einen Kühlschrank,
dessen Kältemaschine ,so,.voN Nutzkälte erzeugt als. auch unter Ausnutzung der frei
werdenden, auf höheren Temperaturen befindlidien Wärmemengen als Wärmepumpe Verwendung
findet.
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Es ist bekannt, eine Källtemaschine als Wärmepumpe zu verwenden und
damit Warmwasser für Haushalt oder sonstige Zwecke zu erzeugen. Auch hat man schon
Anlaggien erstellt, b-eii denen sowohl die Kälteleistung als auch die Wäzmea bgabe
einer solchen Wärmepumpe ausgenutzt wird. Solche Anlagen kommen überall da in Frage,
wo örtlich eini@germaB:en nahe beieinander etwa ;glleichzeitig ein Bediarf an Käute
und Wärme besteht. So ist' beispielsweise eine Absorptionskältemaschine bekannt,
die im Speicherbetrieb arbeitet und bei der sowohl die Absorptionswärme im Kocherabsorber
als auch d.ie vorn Kondensator abgegebene Wärme zur Erwärmung von diese
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parateteile umspülendem Kühlwasser ausgenutzt wird. Bei kontinuierlichem
KühlwasserdurohfluB wird einem nachgeordneten Speicherbehälter .gerade die etwa
einem Tagesbedarf entsprechende Warmwassermenge zugeführt. Dem wassergekühlten Kondensator
ist dabei noch eine luftgekühlter Kondensator parallel geschältet, der aber nur
dann in Tätigkeit tritt, wenn das Kühlwasser ganz ausbleibt und- die Kondensationstemperatur
ein bestim:
mtes Maß überschreitet. Blei. dieser Anordnung muß die
Kältemaschine in ihrer Leistung dem Warmwasserbedarf ,angepaßt sein, was in der
Regel eine uninötige Überdimensioiiiierung der Kältemaschine erfordeirdi.ch macht.
Bei einer weiteren bekannten Anlage dieser Art sind der Kocheralbeorber und der
Kondensator in einem gemeinsamen Wasservorwärmer eingebaut. Das in diesem nur vorgewärmte
Wassier wird eim@em elektrisch geheizten Speicher zugeführt, ,in ,dem es endgültig
auf die gewünschte Temipperatur gebracht wird. Der Kondensator ist dabei in zwei
unmittelbar hintereinandergeschailrt>e;te Teilkondensatoren aufgeteilt, vom denen
der ersteTeiil im Warmwas;servoirwärmer liegt, der zweite außerhalb desselben als
luftgekühlter Kondensator ausgebildet ist.
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Eine andere bekannteAbsorpüiongkälteanlage mit Warmwasseribereitumg
arbeitet ebenfalls mach dien Spieicherprinzip. Hier ist jedoch auch dem Verd.ampf:eir
ein Kältespeücher zuigeoirdn,et, dem -das nm -Falle zu stark ansteigender Wassertemperatur
in dem vom Kocher und Köndensator beheizten Warmwasserspeicher unvollkommen kondensierte
Kälfien iktel vom Kondensator zugeführt wird, iahe es in den Verdampfer gelangt.
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Alle diese bekannten Anlagen gtelllenaber Sonderanlagen mit Speichenbetrieb
dar, diie einen betr.ächtlie'hen Aufwand erfordern. Der Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde, eineKälteanlage mitAusnutzung der von dieser abgegebenem Wärme zur Erzeugung
von Warmwasser zu schaffen, die ohne allzu ,großen Mehraufwand und praktisch ohne
Änderung des gesamten Erischeimungshnldeis :der üblü@o'hen Geworheüu:d Haushaltkiihlsichiränke
fabrnkatorisch vorgenommen werden kann :und dien in einem normalen Haushalt anfallenden
Kleinbedarf an Warmwasser zu. decken vermag.
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Diese Aufgabe wird durch gewisse Sondeirennbautem in den Kühlschrank
gelöst, die erfind-umgsgemäß darin bestehen, daß neben einem wassergekühlten Gegenstromverflüssiger,
.dessen Wassermantel von dier Austrittsstelle dies warmen Wassers aus fortgesetzt
abwämts führt, leim zweiter, .luftgekühlter, nur bei den Wäirmebedarf Kälteleistung
in den Källt#--müttell@kreislauf eingeschalteter Verflüssiger vorgesehen ist.
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Es sind zwar beireits Anlagen bekanntgeworden, bei denen ein Gegenstromverflüsisiger
als Durchlaufeirhitzer zur Warmwasserberei.tung dient. Bei dieser bekannten Anlage
.handelt es sich aber- um eine Großkälteamlage, bei der neben dien wassergekühlten
Kondensator kein weiterer Iuftgegekühlter Kondensator vorhanden ist. Vielmehr wird
heiler die erforderliche Wassiertemperntus dadurch er-reicht, daß man den .heißesten
Teil des Kondensators nuir von einer geidrosselten Wassermenge bespülen läßt und
die eigentliche Kondensation ilm unteren Teil mit duner größeren Kühlwassermenge
bewirkt, dile aber nicht ausgenutzt wird. Andererseits halt man .auch schon, wie
bereits erwähnt, den Kondensator .in einen wasser- und einen luftgekühlten Kondensator
unterteilt, dabei liegen aber beide Teilkondensatoren stets in Reihe, ohne daß irgendwelche
Regelung in Abhängigkeit von Kühlwassertemperatur bzw. -druck vorgesehen ist.
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Prinzipiell lassen sich die beiden Verflüssdger nebeneinander oder
hintereinander schalten. Die Erfindung sieht eine Anordnung vor, bei diar im normalen
Betriebszustand der wassezgekühlte Verflüssiger allein über ein Dross@eloirg-an,
vorzugsweise ein Schwimmerventil, mit dien Verdampfer in Vezbindung steht. Am Ausgang
dies wassergekühlten Verflüssigens zweigt eine weitere zum Verdampfer führende Leitung
ab, die als luftgekühlter Verflüssiger ausgebildet und mit nachgeordnetem Drosselorgan
verwehen ist. Am Anfang .dieser Leitung ist ein bei. Erreichen der Höchsttemperatur
bzw. des Höchstdiruckes sich seslibsttätig -öffnendes Ventil vorgesehen. Bei Überschreitung
dar normalen Betriebstemperatur (und damit B@etriebsd-rucle) ist also dem wassergekühlten
Verflüssiger ein luftgekühlter Verflüssiger nachgejschahtet, in welichem nunmehr
die Verflüssigung stattfindet, weil 'hier niedrigere Temperaturen (nahe Raumitemperatur)
herrschen als in dem wassergekühlten Verflüssiger.
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Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine spezielle AusbiMung des
wassergekühlten Verflüss:igers. Die Besonderheit dieses Verflüssigers liegt vor
allem dann, daß dieser teils als Speicher und teils als Dutchlaufenhitzer wirkt
und zudem noch mit eiirrer Zusatzheizung versehen worden kann. Die ganze Anordnung
ist insbesondere so getroffen, daß stets das Wasser aufs dien Verflüssiger entnommen
würd, welches diie höchste Temperatur besitzt.
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Der in der nachfolgenden Beschreibung als Ausführungsbeispiel der
Erfindung herangezogene, mit Sondereinbauten zur WarmwesserbeTeütung versehene Kt
lschrank ist für den Kälte- und Kleinwärmebedarf eines normalten Haushaltics gedacht.
Unter dem Kleinbedarf an Warmwasser ist zu verstehen die Warmwassermenge für täglich
ein- bis zweimal. Geschä@rrspülen und Händewaschen (Rasierwasser). Vielfach ist
jedoch eine größere Wasmwassermronge gewünscht, -die bei Verwendung der beschiriebenem
Anordnung, bei- :der von der Maschinenleistung des üblichen Haiushaltskühlschrankes
ausgegangen wurdie, nicht zur Verfügung steht. Um auch diesen Bedarf zu befriedigen,
kann man such mit Vorteil einer Anordnung .gemäß der Errfindung bedienen, bei der
ein Teil des Wassermantels dem Verdichter und dem Motor, bzw. bei vollständig gekapseltem
Motorverdichter der Maschinenkapsel einschließilfch der Verbindungsleitung vom Kompressor
zum Verflüssiger zugeordnet ist. -In der Zeichnung ist schematisch der Kreislauf
einer Kältemaschine beschrieben. Dargestellt sind: der Kompressor r, die Zwleiltung
a zur wassergekühlten Verflüssigerrohrschlange 3 und die Verbindungsleitung q. vom
Verflüssiger zum Verdiampfer 6, dem ein Drosselventil 5 vorgeschaltet ist. Bei 7
tritt das Kältemittel wieder in den Kompressor ein. Die Verflüssiigerrohrsdhlange
3 ist auf der ganzen Länge konaentnis<± von einem Rohr 8 umgeben, wodurch ein
Flüssigkeitsmantel 9 geibilldet wird, der bei ro an dile Wasserleitung angeschlossen
ist.
Die Austrittsstelle i i des Wassermantels 9 ist als Zapfstelle mit einem hier nicht
dargestellten Ventil versehen.
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Wenn der Kühlschrank in Betrieb ist, wird die in dem Verflüssiger
3 frei werdende Kondensationswärme von dem ihn umgebenden Wasser in dem Mantel 9
aufgenommen. Dabei .erwärmt sich das Wasser nahe der Austrittsstelle i i am stärksten,
weil es dort mit den infolge der Kompression überhitzt eintretenden Kältemitteldämpfen
im Wärmeaustausch steht. Nach Durchlaufen sämtlicher Windungen des Verflüssigers
3 tritt das Kältemittel verflü.ssigt und weitgehend abgekühlt in die Leitung 4 über,
solange das Ventil i2 geschlossen ist. Falls kein Warmwasser bei i i entnommen wird,
wird nach einiger Zeit auch das in dem letzten Teil des Wassermantels 9 befindliche
Wasser eine so hohe Temperatur annehmen, daß keine Verflüssigung des Kältemittels
mehr stattfindet. Der Anteil des wassergekühlten Verflüssigers, in dem noch eine
wirksame Kondensation stattfindet, wird nämlich mit der Zeit immer klei:rier, biis
schließlich auch in dem letzten Abschnitt 13 des Verflüss,igers eine so hohe Temperatur
erreicht wir..-, daß eine ausreichende Verflüssigerwirkung nicht mehr voll gewährleistet
ist. Im Interesse der Beibehaltung einer tragbaren Leistungsziffer der Kältemaschine
muß dafür gesorgt verdien, d.aß das dem Verdampfer zugeführte Kältemittel nicht
noch 'höhere Temperaturen annimmt. Das wird dadurch erreicht, daß das Ventil 12
als auf die Temperatur oder den Druck in dem Abschnitt 13 dies Verflüssiigers 3
ansprechendes Ventil ausgebildet ist und bei Überschreitung der zulässigen Höchstwerte
selbsttätig die Leitung 14 frengilbt, weliche im wesentlichen als luftgekühlter
Verflüssiger 15 mit nachgeschailtetem Drosselventil 16 ausgebildet ist. D:le Ansprechtemperatar
des Ventils 12 liegt höher als d!iie Temperatur der den Verflüssiger 15 kühlienden
Luft, so daß in .der Leitung 14 sofort nach Öffnen dies Ventils 12 dank des infolge
dieses Temperaturgefälles herrschenden Druckunterschiedes eine Strömung entsteht,
durch welche in dem Verflüssigerroh:r 3 vorhandenes Kältemittel dem Luftgekühlten
Verflüssiger 15 zugeführt wird, wo es such verflüssigen kann. Da nunmehr die Verflüssigungswärme
nicht mehr an den Wassermanteil 9 sondern an die Luft abgegeben wird, steigt die
Wassertemperatur nüicht mehr weiter an. Damit aber von dem nunmehr erst im luftgekühlten
Verflüssiger kondensierenden Kältemitteldampf dem gespeicherten Wasser umgekehrt
nicht zu viel Wärme entzogen @vs@rd, muß das Ventil 12 so gewählt werden, diaß es
entweder nur zeitweise oder nur so weit geöffnet ist, daß zwischen dem Verflüssiger
3 und dem Verflüssiger 15 sowohl ein Temperatur- als auch ein Druckgefälle
bestehen bleibt.
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Infolge der Wärmeisolation 17 des wassergekühlten Verflüssigers bleibt
die erreichte Wassertemperatur praktisch so lange erhalten, bis Warmwasser entnommen
witrd. Bei Entnahme von Warmwasser fließt bei, io kaltes Wm.ser nach, wodurch zunächst
der untere Abschnitt dies VerflÜssigers und später auch die höher gelegenen wieder
.auf niedere Temperatur gelangen. Nach einiger Zeit wird das Ventil 12 automatisch
die Leitung 14 wieder verschließen, so daß jetzt. wieder die gesamte Verflüssigungswärme
zur Aufheizung des Wassers in dem Mantel 9 herangezogen wird. Ein weniger träg ansprechendes
Ventil wird aber auch, zumindest kurzzeitig, sich schließen, wenn sich infolge Freigabe
der Leitung .4 und Drucksenkung im gesamten Verflü.ssigungsteil 3, 15 des Kältemitte,lkreislaufes
am Ventil 12 die örtlichen Temperaturen senken.
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Man rechnet im Fall eines ioo-l-Kühlraum aufweisenden Haushaltskühlsichrankes
mit einem tägkichen Verbrauch .des Haushalts von 2o 1 Warmwasser bei 5o° C, was
-den praktischen Bedürfnissen eines normalen Haushaltes (Kleinbedarf nach obiger
Definition) entsprechen dürfte. Es ist nun zweckmäßig, einen gewissen Bruchteil
der täglichen Liefermenge in dem Wassermantel zu speichern. Auf diese Weise hat
man stets einen gewissen Vorrat an Warmwasser und erreicht ferner, daß die höchst
zulässige Verflüssigertemperatur nur dann überschritten wird., wenn gelegentlich
ungewöhnlich lange Zeit kein Warm"vass.er mehr entnommen worden ist. Auf der anderen
Seite empfiehlt es sich, das Speichervolumen nicht allzu groß zu machen, da dadurch
die Gesteihungskosten des Wassermantels zunehmen würden. Das Volumen des Wassermantels
ist so groß zu bemessen, daß der Spitzenverbrauch, der beispielsweise um die Mittagszeit
und zur Zeit des Abendessens auftreten kann, jeweils gerade noch aus dem Warmwasservorrat
gedeckt werden kann. Wenn man von der Tagesleis.tung-smenge von 2o 1 ausgeht, dann
kann der etwa innerhalb einer Stunde um die Mittagszeit anfallende Spitzenverbrauch
ilm äußersten Fall nicht mehr als io bis 151 betragen. Etwa in der gleicheh Größenordnung
ist das Speichervolumen zu bemessen.
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Um den Verbraucher, besonders in der ersten Zeit nach Anschaffung
des Kühlschrankes, einen Anhalt zu -geben, ob der Vorrat an genügend angewärmtem
Wasser noch ausrai!ehend ist, ist dem Wassermantel eine nicht dargestellte Signalvorrichtung
zugeordnet. Diese wird durch einen bei 18 angefbrachteen Temperaturfühler ausgelöst,
sobald an dieser Stelle 18 d.ie Temperatur unterschritten wird, welche das zu entnehmende
Wasser aufweisen soll, beispielsweise 4o° C. Da die Verflüssigerrahrsehlange 3 und
entsprechend der konzentri,s,ah darum gelegte Wassermantel 9 von der Entnahmestelle
i i stets abwärts oder höchstens horizontal in Windungen zu der Eintrittsstelle
io für Rris chwasser führt, ist dafür Sorge getragen, daß die Temperatur von der
Eintrittsstelle io bis zur Austrittsstelle ii ziemlich gleichmäßig ansteigt. Ein
Temperatuxausglench durch Konvektion innerhalb des Wassermantels ist dadurch praktisch
verhindert, daß der Mantel einen engen Querschnitt besitzt. Durch Ansprechen des
Ternperatuzfühl,ers .wird dem Benutzer der Wärmepumpe daher angezeigt, daß nur noch
die zwischen der Anbringungsstelle 18 des Temperaturfühlers und der Fntnahmestelle
i i !befindliche, ihm hekannte
Wassermenge (z. B. 5 bis 7 4 die
gewünschte Temperatur von beisp.ielswens@e q.o° C aufweist.
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Bei Ansprechen des Temperaturfühlers kann von Hand oder automatisch,
eine elektrische Zusatzheizung ig in Betrieb gesetzt werden. In der Zeichnung ist
die Anordnung so getroffen, daß ein nicht näher dargestelltes temperatunempfind
liches Organ den Schalter 2o bei Erreichen der Ansprechtemperatur schließt und damit
gleichzeitig die Zusatzheiizung i9 und- die Signallampe 21 in Betrieb setzt. Die
elektrische Heizung i9 ist zweckmäßig nur einem beschränkten Abschnitt des Kühlmantels
9 zugeordnet, nämlich der zweitobersten Windung 22
des s!chlangenförmügen
Kühlers. Dadurch wird erreicht, daß die bei Spitzenbedarf zur Verfügung stehende
Warmwassermenge-mit sparsamsten Mitteln erhöht wird. Ist nämlich nur noch in den
beiden obersten Windungen genügend Warmwasser vorhanden, was durch> Ansprechen
des Temperaturfühlers .angezeigt wird, dann wird. bei weiterer Warmwasserentnahme
zunächst die zweitoberste Windung 22 mit dem nachfolgenden kühlen Wasser angefüllt.
Da die Zusatzheizung nur auf die darin befindlicheWassers@äule wirkt, welche sich
unmittelbar an die noch genügend warme der Austrittsstelle i r nähergerückte Warmwassersäude
anschließt, wird also -nur die Wassermenge elektrisch aufgeheizt, die voraussichtlich
im Verlauf der gerade sich abspielendlen Spitzenentnahme noch verbraucht werden
wird. Das in den weiter unten gelegenen Wündungen des wassergekühlten Verflüssigers
enthaltene Kühlwasser bat dann bis zum Auftreten der nächsten Verbrauchsspitze genügend
Zeit, um sich zu erwärmen. Die Zusatzheizung kann etwa mit einem Verbrauch von 25o
W ausgestattet sein. Unter der Annahme, daß ein täglich mehrmals auftretender, normaler
S,p,itzenbedarf höchstens der Hälfte der täglichem Liefermenge, praktisch jedoch
ein Drittel; bis ein Viertel davon beträgt, ist es zweckmäßig, den Anbringungsort
des Temperaturfühlers so zu wählen, daß zwischen diesem undder Austrittsstelle i
i etwa ein D:nittel .des gesamten Speichervolumens des Wassermantels untergebracht
ist, also 5 bis 7-1 bei: 15 1 Ges.amtinhalt.
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Um Wärmeverluste zu vermeiden, sind außer dem wassergekühlten VeTflüssiger
selber auch die Zuleitungrin, insbesondere die Ver#hindungsleitung zum Verdichter,
zu .isolieren, wenn man nicht eine andere Ausführungsmöglichkeit vorzieht, bei der
auch die außerhalb des Verflüs.sigers entstehende Abwärme zur Warmwasserbereitung
mit herangezogen wird. Die letztgenannte.Ausführung ermöglicht etwa die doppelte
Leistung der Warmwasserbereitungseinrichtung, da die Motorabwärme bei Kleinkompressoren
recht erheblich ist.
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Es bestehen noch grundsätzlich folgende weitere Möglichkeiten,
arm bei gleichbleibendem Bedarf an Kälteleistung einen höheren Anfa11 an
Wärmeleistung für.die-Warmwässerbereitung zu gewinnen. Man kann den Kühlschrank
mit einem stärkeren Kühlaggregat ausstatten und zur Vermeidung von zu tiefen Temperaturen
indem normalen Kühlfach zusätzlich ein Tiefkühlfach vorsahen oder dazu übergehen,
denn Kühlschrank entsprechend schwächer zu isolieren. Man auch einen an und für
sich normal isolierten Kühlschrank mit Lüftungsklappen versehen, deren Öffnen zur
Wirkung hat, daß die thermostatisch geregelte Maschine zu einer größeren stündlichen
Laufzeit Übergeht und daher mehr ausnutzbare Abwärme liefert. Es .gibt noch weitere
Mögfichkeiten, die Maschinenleistung heraufzusetzen, in dem man die an den Vezdampfer
angeschlossene Wärmekapazität erhöht. Diese Möglichkeiten sind aber nicht unmittelbar
Gegenstand der vorliegenden Erfindung und sollen deshalb hier nicht näher aufgeführt
werden.