DE1813528C3 - Kühl- und Heizvorrichtung mit Wärmespeicherung - Google Patents
Kühl- und Heizvorrichtung mit WärmespeicherungInfo
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Description
35
Die Erfindung betrifft eine Kühl· und Heizvorrichtung mit Wärmespeicherung, mit einem Wasser als
Wärmespeichermittel enthaltenden wärmeisolierten Wärmespeicherbehälter, der einen Heizkörper sowie
einen Verdampfer einer Kältemaschine enthält und über Leitungen mit einem in dem zu kühlenden bzw.
heizenden Raum befindlichen Wärmeaustauscher verbunden ist, und mit einer Pumpe zum Umwälzen des
Wassers zwischen dem Wärmespeicherbehälter und dem Wärmeaustauscher während des Heiz- bzw. Kühlbetriebs.
Eine derartige Vorrichtung ist bereits aus der US-Patentschrift 23 43147 bekannt. Bei dieser bekannten
Vorrichtung besteht der in dem Wärmespeicherbehälter angeordnete Verdampfer der Kältemaschine aus
einer einzigen Rohrschlange. Dieser Verdampfer arbeitet daher sowohl im Kühlbetrieb als auch im Speicherbetrieb.
Da aber der Kühlbetrieb und der Speicherbetrieb unterschiedliche Anforderungen an die Art des
Wärmeübergangs stellen, ist die Wirksamkeit dieses Verdampfers auf Grund seiner Doppelfunktion begrenzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese bekannte
Vorrichtung hinsichtlich der im Kühl- und im Speicherbetrieb erzielbaren Wirksamkeit zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Verdampfer in zwei Innerhalb des Wärmespeicherbehälters
angeordnete Verdampfer aufgeteilt ist, von denen der eine aus mit Rippen versehenen Rohren
besteht, bei einer Temperatur unter 00C arbeitet und ausschließlich während des Speicherbetriebs ar
den Kältemittelkreislauf der Kältemaschine ange schlossen ist. während der andere, bei einer Tempera
tür von über 00C arbeitende Verdampfer aus koaxialer
Rohren besteht, wobei das Innenrohr ausschließlich während des Kühlbetriebs an den Kältenröttelkreislau
der Kältemaschine angeschlossen ist und das eine Ende des zwischen den beiden Rohren gebildeten Ringrau
mes mit der Leitung verbunden ist, durch die das Was
ser vom Wärmeaustauscher zum Wärmespeicherbehäl ter zurückströmt, während das andere Ende des Ring
raumes in das Innere des Wärmespeicherbehälten mündet.
Dem Umstand, daß das in dem Wärmespeicherbehäl ter enthaltene Wärmespeichermittel während de:
Speicherbetriebs nicht zirkuliert, sondern stillsteht, wogegen es während des Kühlbetriebs zirkuliert, d. h. be
wegt wird, wird also erfindungsgemäß dadurch Rech nung getragen, daß in dem Wärmespeicherbehältei
zwei voneinander unabhängige Verdampfer angeordnet sind, von denen der eine nur im Speicherbetrieh
arbeitet und derart ausgebildet ist, daß er eine möglichst große Oberfläche aufweist wogegen der andere
nur im Kühlbetrieb arbeitet und derart ausgebildet ist daß er einen möglichst guten Wärmeübergang gewährleistet,
so daß die Wirksamkeit der Vorrichtung sowohl im Speicher- als auch im Kühlbetrieb optimal ist.
Aus der deutschen Patentschrift 6 63 713 ist zwar bereits
eine Vorrichtung zur Kühlung der Luft einer Klimaanlage durch eine Kältemaschine bekannt, wobei
der Verdampfer der Kältemaschine ebenfalls zweiteilig ausgebildet ist. Dabei werden aber beide Verdampfer
von mit Rippen versehenen Rohren gebildet, so daß sie
die unterschiedlichen Arbeitsbedingungen, wie sie zwischen dem Speicherbetrieb und dem Kühlbetrieb beim
Gegenstand er vorliegenden Erfindung auftreten, nicht optimal erfüllen könnten.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine perspektivische Darstellung, welche die räumliche Zuordnung der einzelnen Baueinheiten der
erfindungsgemäßen Kühl- und Heizvorrichtung mit Wärmespeicherung veranschaulicht,
F i g. 2 einen vertikalen Schnitt durch die den Wärmespeicherteil und den Kühlteil enthaltende Baueinheit
und
F i g. 3 einen elektrischen Schaltplan der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In F i g. 1 ist die räumliche Zuordnung der die Kühl-
und Heizvorrichtung bildenden einzelnen Baueinheiten veranschaulicht, wobei ein Wärmespeicherteil 1 und ein
Kühlteil 2 miteinander zu einem Ganzen verbunden sind und eine Kühl- und Heizeinheit 15 bilden. Diese
Kühl- und Heizeinheit 15 ist im allgemeinen im Freien aufgebaut. An der Kühl- und Heizeinheit 15 sind Zubehörteile,
wie beispielsweise ein Flüssigkeitsanzeiger 3, ein Schalter 4 und ein Schlitzblech 5 mit Luftschlitzen
vorgesehen. Auf den Aufbau der Kühl- und Heizeinheit 15 soll weiter unten näher eingegangen werden. Ein
bekannter Wärmeaustauscher 16 ist im Hausinneren angeordnet und weist den üblichen Aufbau auf, wobei
im einzelnen eine Rohrschlange, die von kaltem oder warmem Wasser durchströmt wird, sowie eine Ventilationsvorrichtung
vorgesehen sind. An dem Wärmeaustauscher 16 sind zimmerseitig Luftansaugöffnungen 6,
Luftauslaßöffnungen 7 und ein Einstellorgan 8 vorgesehen. Die Kühl- und Heizeinheit 15 ist mit dem Wärme-
austauscher 16 durch wärmeisolierte Rohrleitungen 9 und 10 verbunden. Eine Umwälzpumpe 11 ist in die
Zuführleitung 9 eingeschaltet, um das in der Kühl- und Heizeinheit 15 gespeicherte kalte oder heiße Wasser
dem Wärmeaustauscher 16 zuzuführen. Das kalte oder heiße Wasser wird nach erfolgtem Wärmeaustausch
mit der Raumluft durch die Rückleitung 10 in die Kühl-
und Heizeinheit 15 zurückgeführt Die Leitungen 9 und 10 sind durch einen Mauerdurchbruch oder durch eine
kleine öffnung 12 hindurchgeführt, die in einem Teil der Wand oder des Fußbodens vorgesehen ist, und erstrecken
sich durch diese in den Raum hinein, wo sie an den Wärmeaustauscher 16 angeschlossen sind. In
Fig. 1 sind beispielartig eine Wand 13 und ein Fußboden
14 angedeutet. Wenngleich in F i g. 1 nur ein einziger Wärmeaustauscher 16 dargestellt ist, so schließt
dies aber nicht aus, daß je nach der Leistungsfähigkeit der Kühl- und Heizeinheit 15 und je nach dem Kühl-
und Heizleistungsbedarf auch eir; Vielzahl solcher Wärmeaustauscher 16 vorgesehen sein kann.
Wie aus F i g. 2 hervorgeht, enthält der Kälteteil 2 eine Kältemaschine üblicher Bauart, bestehend aus
einem Kompressor 103 zum Verdichten eines Kältemittels, einem Wärmeaustauscher 118 zum Abkühlen des
verdichteten Kältemittels, einem das abgekühlte und verflüssigte Kältemittel aufnehmenden Behälter 126
und aus einem dem Wärmeaustauscher 118 zugeordneten Gebläse 119.
Der Wärmespeicherteil 1 besteht aus einem Wasser als Wärmespeichermittel enthaltenden Wärmespeicherbehälter
634, dessen Wände mit einem wärmeisolierenden Material 138 verkleidet sind. Dieser Wärmespeicherbehälter
steht über die Leitungen 9 und 10 mit dem im Hausinneren angeordneten Wärmeaustauscher
16 in Verbindung. In dem Wärmespeicherbehälter 634 ist ein (nicht gezeigter) Heizkörper sowie ein an
den Kältemittelkreislauf der Kältemaschine angeschlossener Verdampfer enthalten.
Der in dem Wärmespeicherbehälter 634 angeordnete Verdampfer ist in zwei Verdampfer unterteilt, nämlich
in einen ersten Verdampfer 626 für die Wärmespeicherung und in einen zweiten Verdampfer 683 für die
Wasserkühlung. Zum Umschalten der Zufuhr zwischen diesen beiden Verdampfern ist ein Dreiweg-Magnetventil
684 vorgesehen. Der aus mit Rippen versehenen Rohren bestehende Verdampfer 626 für die Wärmespeicherung
unterliegt der Regelwirkung eines thermostatischen Expansionsventils 625, so daß die Verdampfungstemperatur
darin unter 00C gehalten wird. Dies hat zur Folge, daß das Wärmespeichermittel 637 gekühlt
wird, bis es in der Umgebung des Verdampfers 626 gefriert. Der Verdampfer 683 für die Wasserkühlung
hingegen unterliegt der Regelwirkung einer Kapillare 685, so daß die Verdampfungstemperatur darin bei
etwa 5° C gehalten wird. Der Verdampfer 683 für die Wasserkühlung ist als Doppelrohr ausgebildet, wobei
das Innenrohr 686 von dem Kältemittel durchströmt wird, während das Wärmespeichermittel das äußere
Rohr 687 durchströmt. Das Wärmespeichermittel, d. h. das Wasser, das durch den Wärmeaustauscher 16 erwärmt
wird, strömt in das Doppelrohr durch ein Zuführrohr 647 ein und wird beim Durchströmen des
Doppelrohres gekühlt, um dann an einem Auslaßende des äußeren Rohres Ö87 in den Wärmespeicherbehälter
634 auszuströmen. Der Verdampfer 683 für die Wasserkühlung ist in einem vorbestimmten Abstand L von
dem Verdampfer 626 für die Wärmespeicherung angeordnet. Die gefrorene Schicht, die sich um den Verdämpfer
626 für die Wärmespeicherung herum bildet, erstreckt sich daher nicht bis zu dem Verdampfer 683
für die Wasserkühlung, und das das Außenrohr 687 durchströmende Wärmespeichermittel kann nicht gefrieren,
da die Verdampfungstemperatur in dem Verdampfer 683 für die Wasserkühlung durch die Kapillare
685 bei etwa 5° C gehalten wird.
Bei der vorstehend beschriebenen Kühl- und Heizvorrichtung mit Wärmespeicherung ist der in F i g. 3
gezeigte Schaltungsaufbau vorgesehen.
Fig.3 zeigt die Schaltung einer Ausführungsform,
bei der das Dreiwegventil 684 der F i g. 2 in Verblokkung mit der Betätigung der Umwälzpumpe geschaltet
wird. Bei dieser Schaltung sind ein DrehstromnetzaniS
Schluß 701, ein elektromagnetischer Schalter 702 zur
Inbetriebnahme der Kältemaschine, ein elektromagnetischer Schalter 703 zur Inbetriebnahme der Heizvorrichtung
707, ein Motor 704 für den Antrieb des Kompressors 103, ein Motor 705 für den Antrieb des Gebläses
119 für den Wärmeaustauscher 118, ein Anlaßkondensator
706 für den Gebläsemotor 705, ein Hauptschalter 708, ein Hochdruckschalter 709, ein Frostschutzthermostat
710, ein Schalter 711 zum Umschalten zwischen Kühl- und Heizbetrieb, eine Temperatursicherung
712 und ein Thermostat 713 zum Regeln der Wassertemperatur vorgesehen. In der Schaltungsanordnung
für den im Hausinneren angeordneten Wärmeaustauscher 16 und für das Umwälzpumpsystem liegen
ein Einphasennetzanschluß 714, ein Hauptschalter 715, ein Motor 716 zum Antrieb des Gebläses des Wärmetauschers
16, ein Anlaßkondensator 717 für den Gebläsemotor 716, ein Schalter 718 für den Gebläsemotor
716, ein Motor 719 zum Antrieb der Umwälzpumpe, ein Anlaßkondensator 720 für den Pumpenmotor 719, ein
Pumpenschalter 721, ein in den Pumpenstromkreis gelegter Schalter 722 zum Umschalten zwischen Kühl-
und Heizbetrieb, ein Thermostat 723 zum Ein- oder Ausschalten des Umwälzpumpenmotors 719 unter Ansprechen
auf die Raumtemperatur und eine Elektromagnetspule 724 zur Steuerung des für die beiden in
F i g. 2 dargestellten Verdampfer 626 und 683 vorgesehenen Dreiwegeventils 684 zum Umschalten des Kältemittelkreislaufs.
Aus F i g. 3 ist zu entnehmen, daß die Kältemaschine zu arbeiten beginnt, wenn der Hauptschalter 708 in die
Schließstellung gebracht wird und der Schalter 711 zum Umschalten zwischen Kühl- und Heizbetrieb eine
Schaltstellung aä einnimmt. Gleichzeitig wird der Hauptschalter 715 im Stromkreis des Wärmetauschers
16 in die Schließstellung gebracht und der Gebläseschalter 718 wird zur Inbetriebnahme des Gebläses
gleichfalls geschlossen. Dann wird der Pumpenschalter 721 geschlossen und der Schalter 722 zum Umschalten
zwischen Kühl- und Heizbetrieb wird in eine Schaltstellung a gebracht, so daß der Kreis für den Kühlbetrieb
geschaltet ist. Ist nun die Raumtemperatur hoch, so nimmt der auf die Raumtemperatur ansprechende
Thermostat 723 die Schaltstellung a' ein. Der Pumpentnotor 719 wird daher angetrieben und gleichzeitig
wird die Elektromagnetspule 724 des Dreiwegeventils 684 erregt, so daß der Kältemittelkreislauf jetzt durch
den Verdampfer 683 für die Wasserkühlung führt und die Vorrichtung im Kühlbetrieb arbeitet. Sinkt hierauf
die Raumtemperatur, so wird der Thermostat 723 in eine Schaltstellung b umgeschaltet, wodurch der Pumpenstromkreis
unterbrochen wird. Gleichzeitig wird auch die Stromzufuhr zu der Elektromagnetspule
des Dreiwegeventils 684 unterbrochen, und der Kälte-
mittelkreislauf führt nun durch den Verdampfer 626 für die Wärmespeicherung, so daß die Vorrichtung jetzt im
Wärmespeicherbetrieb arbeitet. Da das Ein- und Ausschalten des Umwälzpumpenmotors 719 mit dem Ein-
und Ausschalten der Elektromagnetspule 724 des Dreiwegeventils 684 gekoppelt ist, braucht nicht betont zu
werden, daß der Verdampfer 683 für die Wasserkühlung stets dann in Betrieb genommen ist, wenn auch
der Umwälzpumpenmotor 719 arbeitet, während der Verdampfer 626 für die Wärmespeicherung in Betrieb
ist, wenn der Umwälzpumpenmotor 719 stillsteht, so daß in diesem letztgenannten Fall das Wärmespeichermittel
unter Wärmespeicherung gefriert. Wächst die gefrorene Schicht bei anhaltendem Wärmespeicherungsbetrieb
zu stark an, so erfolgt eine Betätigung des Frostschutzthermostaten im Sinne eines Abschaltens
der Kältemaschine.
Beim Heizbetrieb ist der zum Umschalten zwischen Kühl- und Heizbetrieb vorgesehene Schalter 711 in
eine Schaltstellung btf umgelegt, so daß der Heizvorrichtung
707 Strom zugeführt wird. Auch der in dem Stromkreis der Umwälzpumpe liegende Umschalter
722 ist beim Heizbetrieb in eine Schaltstellung h umgelegt. Steigt nun die Raumtemperatur über einen vorbestimmten
Einstellwert an, so wird der auf die Raumtemperatur ansprechende Thermostat 723 in die Schaltstellung
a' umgeschaltet, so daß der Pumpenstromkreis unierbrochen wird. Sinkt umgekehrt die Raumtemperatur
unter den vorbestimmten Eiinstellwert, so schaltet der Thermostat wieder in die Schaltstellung b' zurück, in
welcher der Purnpenstromkireis geschlossen ist. In diesem
Fall ist die Elektromagrietspule 724 des Dreiwegeventils 684 von dem Pumpenstromkreis unabhängig.
Claims (1)
- Patentanspruch:Kühl- und Heizvorrichtung mit Wärmespeicherung, mit einem Wasser als Wärmespeichermittel enthaltenden wärmeisolierten Wärmespeicherbehälter, der einen Heizkörper sowie einen Verdampfer einer Kältemaschine enthält und ober Leitungen mit einem in dem zu kühlenden bzw. heizenden Raum befindlichen Wärmeaustauscher verbunden ist, und mit einer Pumpe zum Umwälzen des Wassers zwischen dem Wärmespeicherbehälter und dem Wärmeaustauscher während des Heiz- bzw. Kühlbetriebs, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer in zwei innerhalb des Wärme- ,5 speicherbehälters (634) angeordnete Verdampfer (626 und 683) aufgeteilt ist, von denen der eine (626) aus mit Rippen versehenen Rohren besteht, bei einer Temperatur unter 00C arbeitet und ausschließlich während des Speicherbetriebs an den Kältemittelkreislauf der Kältemaschine angeschlossen ist, während der andere, bei einer Temperatur von über 0°C arbeitende Verdampfer (683) aus koaxialen Rohren (686,687) besteht, wobei das Innenrohr (686) ausschließlich während des Kühlbetriebs an den Kältemittelkreislauf der Kältemaschine angeschlossen ist und das eine Ende des zwischen den beiden Rohren gebildeten Ringraumes mit der Leitung verbunden ist, durch die das Wasser vom Wärmeaustauscher zum Wärmespeicherbehälter zurückströmt, während das andere Ende des Ringrau mes in das Innere des Wärmespeicherbehälters mündet.
Applications Claiming Priority (6)
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Publications (3)
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