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Kältemaschine Die Erfindung betrifft eine kombinierte Kühl-und Warmwassereinrichtung,
bei welcher zwei im Kreislauf bewegte Kühl- bzw. Treibmittel mit verschiedenen Siedepunkten
benutzt werden: Die Erfindung bezweckt, die Abwärme der Kühlvorrichtung zur Erwärmung
von Nutzwasser zu verwenden, und zwar derart, daß einerseits die Kühlvorrichtung
in keiner Weise in ihrer Wirkung beeinflußt wird und andererseits die Warmwassererzeugung
unabhängig vom Betriebszustande des Kühlmittelkreislaufes, insbesondere bei vorübergehender
Unterbrechung desselben, ständig in Betrieb bleibt.
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Erfindungsgemäß sind daher für jede der beiden Flüssigkeiten getrennte
Kondensatoren vorgesehen, wobei jedoch nur jener für die Flüssigkeit mit höherem
Siedepunkt in Wärmeaustausch mit dem Warmwasservorratsbehälter steht. Vorzugsweise
ist eine Aspiratordüse vorgesehen, in welcher der Dampf der Flüssigkeit mit höherem
Siedepunkt als Treibmittel zur' Ansaugung und Bewegung des Dampfes der anderen Flüssigkeit
dient, wobei der Kondensator für das Treibmittel in Wärmeaustausch mit einer nahe
dem Düsenaustritt angeordneten Heizvorrichtung für den Warmwasservorrat steht. Zur
Verdampfung der Flüssigkeit mit hohem Siedepunkt dient eine Verbrennungskammer,
welche nebst ihrem Rauchgasabzug in. Wärmeaustausch mit dem Warmwasservorrat steht.
Die Wärmezuführung für das Heizsystem des Warmwasservorrats wird auch bei Unterbrechung
des Kühlmittelkreislaufes fort-: gesetzt, was dann der Fall ist, wenn der Kühlereine
vorbestimmte Tiefsttemperatur erreicht hat. Zur selbsttätigen Regelung dieser Kühlertemperatur
wird ein Kühlmittel verwendet, welches bei Erreichung der vorbestimmten Tiefsttemperatur
im Kühler gefriert und so den Kühlmittelkreislauf unterbricht. Als Flüssigkeit mit
hohem Siedepunkt wird vorzugsweise Quecksilber verwendet. Es ist ferner eine von
dem Kühlsystem unabhängige und selbsttätige Steuerung vorgesehen, um den Anstieg
der Heißwassertemperatur über einen vorbestimmten Wert zu verhindern.
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In den Zeichnungen ist eine kombinierte Kühl- und Warmwassereinrichtung
gemäß der Erfindung veranschaulicht, und zwar zeigt Abb. z eine Seitenansicht derselben
und Abb: 2 einen Schnitt nach Linie II-II von Abb: _.
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z ist' der Kühler, welcher durch die Rohrleitung 2 mit einer Mischkammer
3 verbunden ist, in welche vermittels der Aspiratordüse q. Dämpfe der Treibflüssigkeit
eingeführt werden, die in dem Verdampfer 5 durch irgendeine Wärmequelle, z. B. Gasbrenner
6, entwickelt werden. Das Heizrohr g bildet einen Ausläß für- die Verbrennungskammer
7, welche im Innern des Verdampfers untergebracht ist. Eine senkrechte Dampfröhre
zo umgibt das Heizrohe 9 und führt deii Treibmitteldampf aus dem Verdampfer in die
Zweigleitungen r=, welche mit Erweiterungen und Verengungen 8 versehen sind und
mit den nach abwärts geneigten Aspiratordüsen q. bzw: 33 in Verbindung stehen.
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Die -Aspiratordüse q. kann eine sich erweiternde Form aufweisen und
leitet den Treibmitteldampf aus der Hochdruckkammer 12 in
die Mischkammer=;
,wor#dei Druck in kinetische Energie umgewandelt wird, wodurch der Treibmitteldampf
eine hohe Geschwindigkeit erreicht. Gewünschtenfalls kann die Mischkammer an ihrem
Boden durch eine geeignete Rohrleitung 16 mit einem Flüssigkeitsverschluß 17 verbunden
sein, welche zur Aufnahme der.kondensierten Treibmittelflüssigkeit geeignet ist-
und -eine . Flüssigkeitssäule des Treibmittels enthält; um dem Druck im Verdampfer
das.-Gleichgewicht,-zu halten. -Das Kondensatorrohr erstreckt sich konzentrisch
in der Verlängerung der Düse 4; der Treibmitteldampf überträgt hier seine Energie
auf das Kühlmittel und wird gemeinschaftlich mit diesem kondensiert. Das Kondensatorrohr
-. ist von einem geeigneten Kühlwassermante167 umgeben, welcher mit dem Wasserbehälter
ig vermittels der Ein- und Auslaßrohre 22 und 21 in Verbindung steht. Das Kondensatorrohr
weist eine Verlängerung 14 auf, an deren unterem Ende eine geeignete Leitung 35
zwecks Rückführung der kondensierten Treibflüssigkeit zum Flüssigkeitsverschluß
17 angesetzt ist, wobei jene Flüssigkeit in dieser Röhre ebenfalls eine Säule bildet,
die dem Druck im Verdampfer das _ Gleichgewicht hält. Die Rohrleitung. =4-krümmt
sieh vorzugsweise nach -oben und weist -einen senkrechten Teil -26 auf, welcher
.an. seinem _ oberen Teil zu einem schrägen Teil 27 gebogen ist, der vermittels
der nach abwärts gebogenen Leitung.28 den Kühlmitteldampf .in -die -zweite Stuf
enmischkammer 3 -führt. . Die .Rohrleitung zq. ist vorzugsweise mit geeigneten.
Kühlmitteln, . z: B: den Rippen 29, versehen.
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Infolge der Differenz zwischen den Siedepunkten des Kühlmittels und
der Treibflüssigkeit -wird praktisch die gesamte Menge -der letzteren, welche -
durch .. den Aspirator 4 hindurchströmt, . im Kondensatorrohr .kondensiert, und
nur .eine .geringe Menge wird durch die Rohrleitungen 26 und 27 mit fortgetragen,
wo eine weitere Kondensation des Treibmittels stattfindet. Die Temperatur des -Kühlmittels
-in diesem. Teil des Systems liegt noch beträchtlich oberhalb seines Taupunktes
bei dem betreffenden Druck. Es- ist in erster Stufe -durch den Aspirator q. etwas
komprimiert -worden und .wird bei seinem Übergang zum zweiten Stufenaspirator zwar
gekühlt, aber nicht kondensiert. Infolgedessen hat der letztere. -ein- geringeres
Volumen der Kühlmitteldämpfe zu fördern. Der zweite Aspirator empfängt Seine Treib-.mitteldämpfe
aus- der einen der .beiden .Rohrleitungen i= -und -fördert .die Flüssigkeit .durch
ein Kompressionsrohr, in -welchem .das -Treibmittel kondensiert wird. Ein jeder
der beiden Aspiratoren und Kompressionsrohre.ist vorzugsweise so geformt und.diinensioniert,
-um die-beste Pumpwirkung zu liefern, in. Übereinstimmung mit den Zustandsgrößen
des Dampfes in den betreffenden Stufen. Die Rohrleitungen 16' und - 35' sowie ein
Kühlwassermantel 67 mit seinen Zu und Ableitungen zum Wasserbehälter ig können für
den zweiten Stufenaspirator in ähnlicher Weise vorgesehen sein .wie für den ersten.
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Die Kühlmitteldämpfe werden durch das ,nach. oben- gebogene Rohr 47
in die Abscheide--kaminer 46 geleitet, aus welcher sie in den - Kondensator 49-
-eintreten. Letzterer umfaßt .vorzugsweise eine -einzige - Rohrleitung mit im allgemeinen
schräger Lage und mit Radiatorkühlrippen 5i. Die Abscheidekammer 46 besitzt- einen
Auslaß 71, welcher zu einem Flüssigkeitsverschluß 52 führt, der seinerseits durch
die Leitung 53 mit dem Kühler = verbunden ist.
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Der Flüssigkeitsverschluß52 kann einen schräg nach oben geführten
Teil 54 aufweisen, während das Ende der Rohrleitung 71 nach unten in den unteren,
Teil von. 54 hineinragt. Der Verschluß kann irgendeine geeignete Flüssigkeit, z.
B. das Treibmittel, enthalten und gestattet die Aufrechterhaltung einer Druckdifferenz
zwischen Kondensator und Kühler. Wenn eine hinreichende Menge von kondensiertem
Kühlmittel sich in der Röhre 71 angesammelt hat, wird die Sperrflüssigkeit-,in dem
anderen Schen--ke1_ des Verschlusses gehoben und läßt mithin einen Teil des Kühlmittels
aus dem -unteren -Ende des Rohres 71 austreten.-. Das Kühlmittel -wird vermöge
seines leichteren Gewichtes in dem anderen. Schenkel hochsteigen und so in den Kühler
i . gelangen.
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. Um irgendwelcheMengen-derTreibflüssigkeit, welche in den -Kondensator
und- Kühler mitgerissen worden sind, zurückzuführen, sind Hilfsmittel vorgesehen,
-beispielsweise eine. Rohrleitung 6o, die mit der Rohrleitung 35 in Verbindung steht-
und-welche- ebenfalls eine Flüssigkeitssäule enthält. - Die Rohrleitung 6o weist
auch. einen FlüssigkeitsverschluB 61 auf, welcher vorzugsweise Quecksilber enthält,
so daß ein -wirksamer -Flüssigkeitsverschluß .erzielt wird. Dieser Verschluß hat
zwei Verbindungsleitungen 63 und 64 zum Kühler, wobei letztere (64) sich in den.
Kühler -erstreckt, um ein Aufsteigen des Kühlmittels - zu ermöglichen, welches etwa
von den . schwereren Treibmitteln mit in den Verschluß gerissen wurde. Die- Rohrleitung
35- kann vorzugsweise in den mittleren Teil eines schräg nach oben geführten. Schenkels
-des Flüssigkeitsverschlusses i7_hineinragen: Dieser-. Schenkel endigt in einer-
Rohrleitung -=6 -und -gestattet -das Hochsteigen -des -Kühlmittels, falls -dieses
etwa von.dem schweren Quecksilbermitgerissen worden ist..
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- .Ein geeigneter Kühlwassermantel 70 ist um -das Rauchrohr
g .oberhalb des Rohres io an--gebracht und in- eine Rohrverbindung-zwischen den
Wassermäneln 67 und dem Vorratsbehälter ig-eingeschaltet. Der Wasservorratsbehälter
ig
ist vorzugsweise angeordnet, um warmes Wasser für den Haushalt
oder für andere Zwecke zu liefern. Er besitzt einen Kaltwassereinlaß 77, der mit
irgendeiner geeigneten Quelle in Verbindung steht, sowie einen Auslaß 72, der entweder
direkt oder unter Zwischenschaltung einer Hilfsheizvorrichtung zu den Zapfstellen
oder anderen Auslässen führt. Um eine Überhitzung des Wassers im Behälter xg zu
ver-' meiden, ist eine Rohrleitung 73 vorgesehen mit thermostatisch überwachtem
Ventil 74, vermittels welchem ein Abfluß von heißem Wasser erfolgt, wenn die Temperatur
im Behälter über einen vorbestimmten Wert steigt.
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Beim Betrieb einer derartigen Anordnung wird ein flüssiges Kühlmittel
im Kühler x verdampft dank der Wirkung des ersten Stufenaspirators, durch welchen
der Dampf im Kondensatorrohr komprimiert wird, während die Treibflüssigkeit aus
ihrer 1VEschung mit den Kühlmltteldämpfen kondensiert wird und letztere in der Rohrleitung
14 beim Überströmen zum zweiten Stufenaspirator gekühlt werden, in welchem die Dämpfe
weiter komprimiert und in einen Kondensator q9 gepreßt werden; wo sie bei einer
Temperatur unterhalb jener, bei welcher das Treibmittel sich verflüssigt, kondensiert
werden. Das Kühlmittel kehrt sodann als Flüssigkeit durch den Flüssigkeitsverschluß
52 in den Kühler :i zurück, wodurch der Kreislauf geschlossen wird. Das kondensierte
Treibmittel kehrt inzwischen zum Verdampfer durch die Rohrleitungen 16, 35 und 6o
zurück und wird dort wiederum verdampft: Es ist klar, daß vor Inbetriebsetzung die
permanenten oder nicht kondensierbaren Gase aus dem System abgepumpt werden, so
daß Säulen der Treibflüssigkeit von mäßiger Höhe dem Druck im Innern des Verdampfers
5 die Waage halten können. Es wurde gefunden, daß bei verhältnismäßig großen Druckunterschieden
zwischen dem Dampf im Kühler i und Kondensator, wie sie bei warmem Wetter auftreten,
wenn der Kondensator 14 mit Luft gekühlt wird, die Verwendung eines mehrstufigen
Aspirators wirksamer die Energie der Treibmitteldämpfe ausnutzt, d. h. durch Kondensation
von im wesentlichen der gesamten Treibmitteldämpfe, `welche aus der ersten Druckstufendüse
entströmen, bevor sie die zweite Stufenmischkammer erreichen, und durch Kühlung.
der Treibmitteldämpfe zwischen den Stufen.
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Der Wasserumlauf zwischen den Wassermänteln 67 und den Behältern zg
erfolgt nach Art eines Thermosiphons, indem das kalte Wasser vom Boden des Behälters
durch die Kondensation der heißen Treibmitteldämpfe in dem Kondensätorrohr erwärmt
und seine Temperatur im Wassermantel 7o weiter gesteigert wird, so daß im-wesentlichen
die gesamteKondensationswärrne der Treibflüssigkeit und ein beträchtlicher Teil
der in den Rauchgasen enthaltenen Wärme zur Warmwasserbildung verwendet wird. Gewünschtenfalls
können natürlich auch Hilfsheizvorrichtungen für den Behälter ig vorgesehen sein,
welche, in Verbindung mit der aus dem Treibmittel stammenden Wärme benutzt werden
können.
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Eine derartige Einrichtung ist als selbstregulierende bestimmt, und
zwar ohne Verwendung von Thermostaten oder Monostaten, so da.ß die Heizquelle weiterwirken
kann und das Wasser im Behälter ig auch dann erwärmt wird, wenn im Kühler x kein
Kälteverbrauch stattfindet. Ein derartiges Ergebnis kann unter besonderen wünschenswerten
Bedingungen erzielt werden, wenn eine wässerige Sodalösung o. dgl. als Kühlmittel
benutzt wird, so da.ß das im Kühler i enthaltene Kühlmittel einen Gefrierpunkt aufweist,
welcher unterhalb des Gefrierpunktes von Wasser liegt, während das verdampfte Kühlmittel,
welches durch den Verschluß 52 zurückströmt, vorzugsweise aus reinem Wasser besteht.
Wenn die Temperatur des Kühlers z beträchtlich unterhalb des Gefrierpunktes des
zurückströmenden Kühlmittels fällt, wird letzteres in der Rohrleitung 53 erstarren.
Hierdurch wird die -Leitung 71 mit kondensiertem Kühlmittel angefüllt, welches gegebenenfalls
in die Rohrleitung q.7 überströmt und so das Abpumpen von Kühlmitteldämpfen aus
dem Kühler i verhindert. Wenn also die Temperatur des Kühlers auf ein Minimum gesunken
ist; welches-durch geeignete Auswahl der Kühhmittellösung vorbestimmt werden kann,
wird eine weitere Verdampfung des. Kühlmittels und mithin die Wirksamkeit des Systems
als Kühlvorrichtung unterbrochen, obwohl die Erwärmung des Wassers im Behälter ig
und die Wirksamkeit des Brenners 6 weiter fortgesetzt werden kann. -