DE2219208A1

DE2219208A1 - Klimaanlage

Info

Publication number: DE2219208A1
Application number: DE19722219208
Authority: DE
Inventors: Josef Reil
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1972-04-20
Filing date: 1972-04-20
Publication date: 1973-10-25
Also published as: DE2219208C3; DE2219208B2

Description

Licentia Patent-Verwaltungs-G-mbH

Irankfurt/Main .

EBHZ - 72/26 4. 4. 1972

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Klimaanlage

Me Erfindung bezieht sich auf eine Klimaanlage mit außerhalb eines zu klimatisierenden Raumes angeordnetem Kompressor mit Außenwärmetauscher und mit einem Innenwärmetauscher innerhalb des Raumes, wobei der Kompressor und die Wärmetauscher eine Wärmepumpe bilden, bei der die Funktion der Wärmetauscher von Heizen auf Kühlen und umgekehrt umschaltbar ist.

Bei einer bekannten Klimaanlage dieser Art ist lediglich ein Wärmetauscher innerhalb des zu klimatisierenden Raumes angeordnet, dem ein lüfter zugeordnet ist. Mit dieser Anordnung kann jedoch nur ein Raum klimatisiert werden

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und der Wirkungsgrad bzw. die Leistungsziffer der Wärmepumpe hängt in starkem Maße von der Temperatur ab, auf die dieser Raum aufzuheizen ist, weil dadurch die Temperatur des zurückfließenden Kältemittels (Kondensationstemperatur) bestimmt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anlage der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der die Klimatisierung mehrerer selbständiger Räume mit optimaler Leistungsziffer der Wärmepumpe möglich ist.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Erfindung darin, daß der Innenwärmetauscher aus mehreren Einzelwärmetauschern besteht, die im Heizbetrieb in Serie liegen und einzelnen selbständigen Räumen zugeordnet sind und daß der jeweils der Druckseite des Kompressors näher liegende Einzelwärmetauscher einem Teilraum zugeordnet ist, der auf eine höhere Solltemperatur aufzuheizen ist, als der Teilraum , dem der in der Serie strömungsmäßig nachfolgende Einzelwärmetauscher zugeordnet ist. Damit ist/nicht nur möglich, mit einer Wärmepumpe mehrere Einzelräume zu klimatisieren, sondern beim Heizen auch die höchste Leistungsziffer zu erreichen, weil einerseits das Temperaturgefälle zwischen dem jeweiligen Einzelwärmetauscher und der Lufttemperatur des zugehörigen Teilraumes optimal gestaltet werden kann und andererseits der dem kältesten Raum zugeordnete Einzelwärmetauscher am Ende der Serienschaltung liegt, wodurch das Kältemittel auf die jweils niedrigste Temperatur abgekühlt, der Wärmeinhalt des Kältemittels also am besten ausgenutzt wird. Die Einzelwärmetauscher können von der SerienschaÄing bei Heizbetrieb unter Umkehrung des Kältemittelströmungskreislaufs in Parallelschaltung beim Kühlen des Raumes betrieben werden. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, ohne Magnetventile allein durch Rückschlagventile vom Serienbetrieb in den Parallelbetrieb umschalten zu können.

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Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Prinzipskiζζen eines Ausführungsbeispiels näher' "beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Klimaanlage für Heizbetrieb mit in Serie geschalteten Einzelwärmetauschern,

Fig. 2 diese Klimaanlage für Kühlbetrieb mit parallel geschalteten Einzelwärmetauschern

Außerhalb von zu klimatisierenden Räumen 1, 2, 3 befinden sich ein Kompressor 4, ein Vierwegeventil 5, ein kombinierter Flüssigkeitsabscheider und -sammler 6, ein Außenwärmetauscher 7 mit zugeordnetem Ventilator 8 und die Parallelschaltung aus einem Rückschlagventil 9'mit einem Expansionsventil 10, Innerhalb der einzelnen Räume 1, 2, 3 ist jeweils ein Einzelwärmetamscher 11 vorgesehen, dem ein vorzugsweise von der Raumtemperatur gesteuerter Lüfter 12 zugeordnet ist.

Wird die Klimaanlage gemäß Fig. 1 im Heizbetrieb gefahren, was im Jahresdurchschnitt während etwa 5000 Std. erfolgt, dann wird das im Kompressor 4 verdichtete und erhitzte Kältemittel über das Vi er we ge ventil 5 in eine Leitung 13 geleitet, die zu dem im Raum 3 angeordneten Einzelwärmetauscher 11 führt. Der üblicherweise auf die höchste Solltemperatur aufzuheizende Raum 3, beispielsweise das Wohn^· zimmer einer Wohnung, erhält somit das Kältemittel für seinen Einzelwärmetauscher 11 mit der höchsten Temperatur. Dadurch ist ein günstiges Wärmegefälle zwischen Kältemitteltemperatur und Raumlufttemperatur gewährleistet.

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Nach, dem DurcliströmerL des Einzelwärmetauschers 11 im Raum 3 fließt das etwas abgekühlte Kältemittel durch eine Leitung 14, ein in Flußrichtung eingeschaltetes Rückschlagventil 15 und eine Leitung 16 zum Einzelwärmetauscher 11 im Raum 2, der in üblicher Weise auf eine geringere Solltemperatur als der Raum 3 aufzuheizen ist, beispielsweise eine Küche. Damit steht hier dem bereits etwas abgekühlten Kältemittel die verminderte Solltemperatur der Raumluft des Raumes 2 gegenüber, wodurch sich, auch hier ein günstiges Wärmegefälle ergibt.

Schließlich gelangt das Kältemittel über eine Leitung 17, ein in Flußrichtung geschaltetes Rückschlagventil 18 und eine Leitung 19 zum Einzelwärmetauscher 11 des Raumes 1, der allen übrigen Räumen 2, 3, gegenüber auf die niedrigste Solltemperatur aufzuheizen ist, beispielsweise der Flur. Dem auf Kondensationstemperatur abgekühlten Kältemittel wird nun durch die relativ kalte Raumluft weitere Wärme entzogen und damit das Kältemittel im Heizbetrieb bei einer mehrere Räume aufweisenden Wohnung oder dgl. auf die niedrigstmögliche Temperatur heruntergekühlt.

Das Kältemittel strömt anschließend über ein in Flußrichtung eingeschaltetes Rückschlagventil 20 und eine Leitung 21 über das für Heizbetrieb gemeinsame Expansionsvetfcil 10, den Außenwärmetauscher 7? der in diesem Betriebsfall als Verdampfer zur Aufnahme von Wärme aus der vom Ventilator 8 geförderten Außenluft dient, über den zweiten Weg des Vierwegeventils 5 und den Sammler 6 zurück zur Saugseite des Kompressors 4.

Bei dieser bestimmten Zuordnung der in Serie liegenden Einzelwärmetauscher 11, nämlich abhängig von ihrer strömungsmäßigen Nähe zur Druckseite des Kompressors und den unterschiedliche Solltemperaturen aufweisenden Räumen 1,2,3

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vrird somit eine optimale Ausnutzung des Kältemittel-Wärmeinhaltes erreicht und folglich die Leistungsziffer für die Klimaanlage auf ihren Maximalwert gebrächt.

Bei Kühlbetrieb der Klimaanlage gemäß Fig. 2, der im Jahresdurchschnittnur etwa 400 Std. nötig ist, wird das im Kompressor 4 verdichtete und auf ein erhöhtes Wärmenivea angehobene Kältemittel nach Umschaltung des Vierwegventils 5 über den Außenwärmetaüscher 7 und das jetzt in Durchlaßrichtung betriebene Rückschalgventil 9 in Gegen- _x richtung in die Iieitung 21 gedrückt, an die die Einzelwärmetauscher 11 jeweils über die Serienschaltung eines Entspannungsventils 22 und eines in Druchlaßrichtung betriebenen Rückschlagventils 23 über eine Leitung '24- paralell angeschlossen sind. "Vom Einzelwärmetauscher 11 des Baumes 1 fließt das verdampfte Kältemittel über die Leitung 19 und ein jetzt in Durchlaßrichtung betriebenen Rückschlagventil 25 in die Leitung 16, in die auch das Kältemittel aus dem Einzelwärmetauscher 11 des Raumes 2 strömt. Ton der Leitung 16 fließt das Kältemittel weiter über ein in Durchlaßrichtung betriebenes Rückschlagventil 26 und vereinigt sich in der Leitung 13 mit dem aus dem Einzelwärmetauscher 11 des Raumes 3 zuströmenden Kältemittel. Die Rückschlagventile 25 und 26 dienen dabei während des Heizbetriebes zur Verhinderung eines strömungsmäßigen Kurzschlusses der Einzelwärmetauscher 11 in den Räumen 2, 3· Das KältemitißL gelangt dann über den vierten Weg des Vierwegventils 5 in den Sammler 6 zurück zur Saugseite des Kompressors 4. .

Um dabei zu vermeiden, daß das entspannte Kältemittel durch die für Serienbetrieb (Heizen) notwendigen Leitungen 14 und 17 um die Einzelwärmetauscher 11 der Räume 2 und 3 herumströmt, ohne z.B. Magnetventile verwenden zu müssen,ist jeweils die Züsammenführung der Leitungen 24 mit den Leitungen 14 bzw. 17 nach Art einer

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Wasserstrahlpumpe 27 ausgebildet, die bestrebt ist, Kältemittel aus den Leitungen 14 bzw. 17 herauszusaugen.

Der Parallelbetrieb der Einzelwärmertauscher 11 ermöglicht eine gleichmäßige Kühlung aller Räume 1 bis 3> nachdem an jedem Enspannungsventil 22 das verflüssigte Kältemittel mit gleichem Druck ansteht. Vorzugsweise werden die Expansionsventile 22 als tlxermostatisch gesteuerte Ventile ausgebildet, die von der Temperatur des aus dem jeweiligen Einzelwärmetauscher 11 ausströmenden Kältemittels beeinflußt werden. Dadurch regelt sich die Menge des zuströmenden Kältemittels selbsttätig in Abhängigkeit von der dem jeweiligen Einzelwärmetauscher 11 entzogenen Kältemenge.

Die Wärme- bzw. Kälteentnahme von den Einzelwärmetauschern 11 ist im übrigen auch durch entsprechende Steuerung der Lüfter 12 regelbar, die über einen Zweipunkttemperaturregler oder einen von der Raumtemperaturabweichung gesteuerten elektronischen Regler in der Drehzahl eingestellt werden können. Da sich durch die Änderung der Drehzahl die em jeweiligen Einzelwärmetauscher 11 entzogene Kälteenergie ändert wird auch über das thermostatisch gesteuerte Expansionsventil automatisch die Durchflußmenge von Kältemittel geregelt. Im übrigen ist bei Serienschaltung der Einzelwärmetauscher 11 ein gemeisames Entspannungsventil 10 vor den Außenwärmetauscher 7 geschaltet, dem das in Sperrichtung betriebene Rückschlagventil parallel geschaltet ist, das erst bei Parallelbetrieb der Einzelwärmetauscher 11 einen Umweg um das Entspannungsventil 10 fpei-gibt. Dagegen ist im Parallelbetrieb der Einzelwärmetauscher 11 jedem ein eigenes Entspannungsventil 22 zugeordnet, um eine maximale Ausnützung zu erzielen.

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Durc*ndiesen Aufbau der Klimaanlage ist es außerdem auch möglich, wahlweise mit Hilfe des Lüfters 12 die Wärme- bzw. Kälteabgabe auf einen bestimmten Eaum zu konzentrieren. Dadurch können mit einem Minimum an Leistung und finanziellem Aufwand wahlweise mehrere Räume temperiert werden.'..

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Claims

EBHZ - 72/26 4. 4. 1972 Bt/dr Patentansprüche

1.ι Klimaanlage mit außerhalb ehes zu klimatisierenden Rehames angeordneten Kompressor mit Außenwärmetauscher und mit einem Innenwärmetauscher innerhalb des Raumes, wobei der Kompressor und die Wärmetauscher eine Wärmepumpe bilden, bei der die Funktion der Wärmetauscher von Heizen auf Kühlen und umgekehrt umschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß
der Innenwärmetauscher aus mehreren Einzelwärmetauschern (11) besteht, die im Heizbetrieb in Serie liegen und einzelnen
selbständigen Räumen (1,2,3) zugeordnet sind uncUdaß der jeweils der Druckseite des Kompressors (4) näher liegende Einzelwärmetauscher (11) dem Teilraum (1,2,3) zugeordnet ist,
der auf eine höhere Solltemperatur aufzuheizen ist, als.der
Teilraum, .'.dem der in Serie strömungsmäßig nachfolgende Einzelwärmetauscher (11) zugeordnet ist.

2. Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelwärmetauscher (11) bei Heizbetrieb in
Serienschaltung und bei Kühlbetrieb in Parallelschaltung durch Umkehr des KältemittelStrömungskreislaufs umschaltbar sind.

3. Klimaanlage nach Anspruch 1 oder 2., dadurch gekennzeichnet, daß den Einzelwärmetauschern (11) jeweils eine Serienschaltung, gestehend aus einem Entspannungsventil (22) und einem in Durchlaßrichtung geschalteten Rückschlagventil
(23) vorgeschaltet ist, daß der Serienschaltung (22,23) bei
demjenigen Einzelwärmetauscher (11), der in der Seiien-schaltung der Einzelwärmetauscher (11) der Druckseite des Kompressors (4) am fernsten liegt, ein entgegengerichtetes
Rückschlagventil (20) parallel geschaltet ist und daß bei den übrigen Einzelwärmetauschern (11) vor der zwischen der Serien-

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schaltung (22,23) und dem entsprechenden Anschluß des jeweiligen Einzelwärmetauschers (11) liegenden Leitung (24) eine Leitung (14,17) mit zwei gleichsinnig in Reihe geschalteten, zum zweiten Anschluß des jeweiligen Einzelwärmetauschers (11) in Durchlaßrichtung geschalteten Rückschlagventil (15» 26 "bzw. 18, 25) führt, wobei jeweils zwischen den beiden Rückschlagventilen (15,26 bzw. IB, 25) eine bei Heizbetrieb . ■■ zum nachfolgenden .Einzelwärmetauscher (-11)- führende Leitung (16,-19) abzweigt. .

4. Klimaanlage nach Anspruch 1. oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die. Verbindungsstelle (27) der von der Serienschaltung (22,23) kommenden Leitung (24) mit der bei Heizbetrieb der Einzelwärmetauscher (11) zur Kältemi-tfelfortleitung dien-enden Leitung (14,17) nach Art einer Wasserstrahlpumpe ausgebildet ist, die bei Kühlbetrieb - der Einzelwärmetauscher (11) in der abzweigenden Leitung (14,17) einen Unterdruck erzeugt*

5. Klimaanlage nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Einzelwärmetauscher (11) ein in Abhängigkeit von der jeweiligen temperatur des zu klimatisierenden Raumes.(1,2,3) gesteuerter Lüfter (12) zugeordnet ist,

6. Klimaanlage nach Anspruch 1 oder den/folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß bei Serienschaltung^rder Einzelwärmetauscher (11) ein. gemeinsames Entspannuügsventil (10) vor den Außenwärmetauscher (7) ge schaltetest, dem ein in Sperrichtung betriebenes Rückschlagventil (9) parallel geschaltet ist und daß bei Parallelbetrieb der Einzelwärmetauscher (11) jedem ein eigenes Entspannungsventil (22) zugeordnet ist.

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7. Klimaanlage nach Anspruch 1 oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Expansionsventil (22) als thermostatisch gesteuertes Ventil ausgebildet ist, das von der Temperatur des aus dem zugehörigen Einzelwärmetauscher (11) ausströmenden Kältemittels beeinflußt ist.

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