DE2825076A1

DE2825076A1 - Waermepumpensystem

Info

Publication number: DE2825076A1
Application number: DE19782825076
Authority: DE
Inventors: David Norton Shaw
Original assignee: Dunham Bush Inc
Current assignee: Dunham Bush Inc
Priority date: 1977-06-14
Filing date: 1978-06-08
Publication date: 1979-02-08
Also published as: FR2410233A1; CA1070968A; GB1600760A; JPS5416759A; BR7803807A; AU3683278A; FR2449858A1

Description

- ₆ _ '· Juni 1978

282bO7ö

WÄP.MEPUMPENSYSTEM

Die Erfindung bezieht sich auf ein ^T/Jü.rmenumpensystem, mit einem Innenraumwärmetauscher, einem Außenluftwärmetiiuscher, einem umschaltbaren, mehrzylindrigen Kompressor und mit einem Wärmeträgerkreislauf, in dem ein Umsteuerventil mit dem Kompressor und den Wärmetauschern so angeordnet ist, daß letztere wahlweise als Kondensatoren und als Verdampfer für den Wärmeträger wirken.

Es ist bekannt, einen umschaltbaren Kompressor zur Verdichtung eines Kühldampfes in einem gegen die Außenluft arbeitenden Wärmepumpensystem zu verwenden. Der Kompressor liegt in Serie mit und zwischen Außenluft- und Innenraumwärmetauschern, deren Funktionen austauschbar sind, zum Aufheizen des Innenraums dient der Außenluftwarmetauscher als lufterwärmter Verdampfer und der Innenraumwärmetauscher als Kondensator. Während des Kühlbetriebs wird dagegen der Innenraumwärmetauscher als Verdampfer und der Außenluftwarmetauscher als luftgekühlter Kondensator wirksam. Im Heizbetrieb nimmt das Verdichtungsverhältnis zu, wenn die Außentemperatur abnimmt. Enthält der Kompressor vier Zylinder und bezeichnet man mit 4 Flußeinheiten die Leistung des Kompressors bei hundertprozentiger volumenmäßiger Wirksamkeit im Einstufenbetrisb, dann ergeban sich bei fünfzigprozentiger Wirksamkeit zwei Flußeinheiten. Bei höheren Verdichtungsverhältnissen sinkt die volumenrnäßige Wirksamkeit des Kompressors auf sehr niedrige Werte und fünfunzwanzig Prozent Wirksamkeit bei

809386/0623 ./.

maximalen Heizbedingungen sind üblich. Daraus ergibt sich für einen einstufigen Kompressor mit vier Zylindern eine Flußeinheit bei den höheren Verdichtungsverhältnissen.

Es ist weiter bekannt, die Wirksamkeit des Systems dadurch zu erhöhen, daß ein Unterkühler zwischen den beiden Wärmetauschern eingefügt wird, der die Kühlflüssigkeit am Ausgang des als Kondensator wirksamen Wärmetauschers unterkühlt, ehe diese dem Verdampfer wieder zugeführt wird. Ein Teil der Kühlflüssigkeit unter hohem Druck wird vom System abgezapft und verdampft, um die Temperatur des Kühlmittelteils zu verringern, der dem Verdampfer-Ttfärmetauscher zugeführt wird. Der im Unterkühler erzeugte Dampf besitzt einen Druck, der wesentlich oberhalb des Saugdrucks des Kompressors liegt. Die Entspannung dieses Kühlmittelanteils auf den Druck des Kühlmitteldampfs, der von dem Verdampfer-Wärmetauscher kommt und dem Kompressor zugeführt wird, stellt einen Systemverlust dar, der die Wirksamkeit des Wärmepumpensystems verringert.

Es ist auch bekannt, Sonnenkollektoren als Wärmequelle zur Ergänzung des Wärmeaufkommens in Kühlsystemen, insbesondere Wärmepumpen, zu verwenden.

Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu beseitigen und ein Wärmepumpensystem vorzuschlagen, das besser als bisher an die wechselnden Temperaturverhältnisse angepaßt ist.

Diese Aufgabe wird durch das Wärmepumpensystem gemäß Anspruch 1 gelöst.

Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.

809886/0623

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Ilydraulikschema dea erfindungsgemäßen Wärmepumpensystems.

Fig. 2 zeigt dasselbe Schema,während Wärme vom Sonnenkollektor an den zu heizenden Innenraum geliefert wird.

Fig. 3 zeigt dasselbe Schema, wobei Wärme von der .Außenluft an den Innenraum geliefert wird.

Fig. 4 zeigt dasselbe Schema, wobei Wärme von der verhältnismäßig kühlen Außenluft über einen zweistufig arbeitenden Kompressor an den Innenraum geliefert wird.

Fig. 5 zeigt dasselbe Schema, bei dem Wärme dem Innenraum entzogen wird.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt das Wärmepumpensystem als wesentliches Element einen vierzylindrigen, umschaltbaren Kompressor lO, einen Innenrciumwärmetauscher 12, einen Außenluftwärmetauscher 14, einen dritten Wärmetauscher 16, der Wärme von einem Sonnenkollektor 20 über einen in einem Speichertank 18 befindlichen primären

22

Wärmeträger/wie Glykol zugeführt erhält, ein Vierwege-Umsteuerventil 24 und einen Unterkühler 26'. Der Wärmeträgerkreislauf schließt das Ventil 24, den Kompressor 10, den Tnnenraumwärmetauscher 12 und den Aufjenluftwärmetauscher 14 in Reihe ein.

Der Kompressor 10 besitzt einen linken und einen rechten Zylinderkopf 26 bzw. 28. Der linke Zylinderkopf 26 umfaßt Vielfachmittel 23 und 25, die eine Niederdruckseite 30 tnd eine Hochdruckseite 32·für den ersten Zylinder 34 und eine

809886/0623 ,

Niederdruckseite 31 und eine Hochdruckseite 33 für den aweiten Zylinder 36 definieren. Der rechte Zylinderkopf 20 besitzt Vialfrnohmittal 40¹ , die eine iTiod.-jrdrucksoito IC- und eine Hochdruckseite 40 gemeinsam für die beiden Zylinder 42 und 44 definieren. Der linke Zylinderkopf 26 besitst Einlasse 46, 48 und 50 und der rechte Kopf 28 besitzt einen einzigen Einlaß und einen gemeinsamen .Auslaß 54 für beide Zylinder. Der linke Zylinderkopf 26 besitzt dagegen zwei Auslässe, nämlich den auslaß 56 für den Zylinder 36 und den Λuslaß 58 für den Zylinder 34.

Der primäre Wärmeträgerkreislauf besitst eine Leitung 60 von dem Unsteuerventil 24 zum Innenraumwärmetauscher 12, eine Leitung 62 zwischen dem Innenraurawärmetauscher 12 und dem Außenluftwärmetauscher 14 und eine Leitung 64, die vom Äußenluftwärmetauscher 14 sum Umsteuerventii 24 zurückführt. Eine Leitung 66 verbindet das Umsteuerventil mit den Einlassen 46 und 48 des linken Zylinderkopfes über Zweigleitungen 68 und 70, während eine Leitung 67 das Ventil 24 mit dem Kinlaß 52 des rechten Zylinderkopfes 28 verbindet. Ein Auslaßvielfach dient der Vereinigung der Auslässe 58 und 54 und führt über eine Leitung 74 und ein Rückschlagventil 76 zum Umsteuerventil 24. Das Rückschlagventil läßt einen Wärmeträgerfluß von dem Vielfach 72 zum Umsteuerventil 24 zu, jedoch nicht in Gegenrichtung. Die Verbindung von dem Auslaß 58 zum Vielfach 72 erfolgt über eine Leitung 80, während die Verbindung vom Auslaß 54 zum Vielfach 72 über eine Leitung 78 erfolgt. Der Auslaß des Rückschlagventils 76 ist an einem gemeinsamen Punkt

809886/0623 ./.

mit einer Leitung 02 verbunden, die vom Auslaß 56 des zweiten Zylinders 36 des ersten Zylinderkopfes 26 ausgeht.

Eine weitere Leitung 84' verbindet das Vielfach 72 mit dem vierten Einlaß 50, der sich auf der Niedardruckseite des Zylinders 36 befindet. In dieser Leitung ist ein elektromagnetisch betätigtes Ventil 06 vorgesehen. In der Zweigleitung 70 befindet sich ein Rückschlagventil 88, das den KühlmittGlfluß von dem Umsteuarvantil 24 zum Einlaß 40 zuläßt, nicht jedoch einen Fluß in Gegenrichtung.

Ein Unterkühler 26¹ i.*3t in die Leitung 62 zwischen dem Innenraum- und dem Z\ußenluftwärmetauscher eingefügt. Eine Zweigleitung 90 enthält ein elektromagnetisches Ventil 92, das die Abzapfung der Wärmeträgerflüssigkeit unter hohem Druck aus dem Wärmeträgerkreislauf steuert. Der abgezapfte Anteil verdampft durch Entspannung hinter einem thermischen Entspannungsventil 94 und bawirkt eine Unterkühlung der Wärmeträgerflüssigkeit in der Leitung 62 innerhalb des Unterkühlers 26·. Der verdampfte Anteil des Wärmeträgers wird dem Kompressor über eins Leitung 96, die an einem Punkt 98 mit der Leitung 84' vereinigt ist, wieder zugeführt.

In Reihe mit dem Außeniuftwärmetauscher 14 ist ein elektromagnetisches Steuerventil 108 angeordnet, während in Reihe mit dem dritten Wärmetaascher 16 ein elektromagnetisches Ventil 107 liegt. So knnn man den Wärmeträgerkreislauf entweder übsr äen i'iuöenluftwärmetauscher 14 oder über den dritten Wärmetauscher 16 schließen. Der .Aaüenlaf'.'.wärmetauscher 14 ist mi ύ einera Ventil- bor 13.0 versehen» der von einem Motor 110a

803886/0623

angetrieben wird. In gleicher Weise ist der Innenraumwärmetauscher mit einem Ventilator 112 und einem Motor 112a versehen. Die beiden Motoren werden nach Bedarf in bekannter Weise von Steuermitteln 126 ein- und ausgeschaltet.

Die Sonnenkollektoren 20 dienen im vorliegenden Fall als alternative Wärmequelle zur Außenluftwärme, wenn die Sonneneinstrahlung 114 ausreicht. Diese Kollektoren 20 sind über einen Primärkreislauf 116 mit einem Wärmetauscher 118 verbunden, der in den mit Glykol 22 gefüllten Speichertank 18 eingetaucht ist. Das Glykol läuft zwischen dem Speichertank 18 und dem dritten Wärmetauscher 16 in Leitungen 120 um, wobei die Wärmeübertragung von den Kollektoren zum Speichertank ungesteuert je nach Wärmeanfall an den Kollektoren erfolgt, während in der Leitung 120 eine steuerbare Pumpe 122 und ein elektromagnetisch gesteuertes Ventil 124 zur Erzielung eines Zwangsumlaufs des Glykols vorhanden sind.

Die Pumpe ist über eine Steuerleitung 130 und das Ventil 124 ist über eine Steuerleitung 128 mit den Steuermitteln 126 verbunden. Die Steuermittel werden über eine Leitung 132 von einer nicht dargestellten Stromquelle in Betrieb gesetzt.

Die Eingangssignale für die Steuermittel zur Steuerung der verschiedenen Ventile 24, 86, 92, 107, 108, 122 und der Pumpe 124 sind Thermostaten 134, 136 und 138. Der Thermostat 134 befindet sich im Speichertank 18 und mißt die Temperatur des Glykols. Der Thermostat 136 liegt im Luftstrom der Außenluft, welche den Außenluftwarmetauscher 14 durchfließt. Der

809888/0623 ·/·

Thermostat 138 liegt schließlich im Wege der Innenluft, die den Innenluftwarmetauscher 12 durchstreicht. Der Thermostat 138 könnte auch an anderer Stelle in dem Raum angeordnet sein, dessen Temperatur durch den Wärmetauscher 12 verändert werden soll.

Der Thermostat 134 ist mit den Steuermitteln 126 über eine Steuerleitung 14O, der Thermostat 136 über eine Steuerleitung 142 und der Thermostat 138 über eine Steuerleitung 144 verbunden.

Eine Leitung 150 verbindet die Steuermittel: mit dem Ventil 108, eine Leitung 147 mit dem Ventil 107, eine Leitung 148 mit dem Ventil 86, eine Leitung 152 mit dem Ventil 92, eine Leitung 156 mit dem Motor 110a und eine Leitung 158 verbindet die Steuermittel 126 mit dem Motor 112a.

Da das System umkehrbar ist, kann im Kühlbetrieb der Innenraumwärmetauscher 12 als Verdampfer und der Außenluftwärmetauscher 14 als Kondensator wirken, während die Funktionen bei Heizbetrieb umgekehrt sind. EntSpannungsmittel müssen auf der Eingangsseite der als Verdampfer wirkenden Wärmetauscher 12, 14 und 16 vorgesehen sein, um eine Entspannung einer Wärmeträgerflüssigkeit unter hohem Druck innerhalb der Wärmetauscher zur Wärmeaufnahme zu erreichen. Aus Gründen einfacherer Darstellung wurden diese Entspannungsmittel nicht dargestellt. In gleicher Weise könnte auch der Unterkühler 26*, der in der dargestellten Ausführungsform dem Innenraumwärmetauscher zugeordnet ist und nur wirksam wird, wenn der Innenraumwärmetauscher 12 als Kondensator wirkt, auch so in das System eingefügt sein, daß er Wärmeträgerflüssigkeit unterkühlt, die

809888/0623

dem Innenraumwärmetauscher 12 im Kühlbetrieb, d.h., wenn er als Verdampfer wirkt, zugeführt wird.

Die Steuermittel 126 bedürfen keiner besonderen Erläuterung. Sie vergleichen die Temperatur des Tankinhalts 22 mit der Außenluftteraperatur (Thermostate 134 und 136) und schalten je nach Vergleichsergebnis eines der beiden Ventile 107 und lon durch. Aufgrund von Signalen aller drei Thermostate 134, 136, 138 werden auch das Umsteuerventil 24 und die übrigen Ventile und Pumpen gesteuert.

Die Betriebsweise des erfindungsgemäßen Systems v/ird nunmehr anhand der Figuren 2 bis 5 näher erläutert.

Fig. 2 betrifft den Betriebsfall der Heizung des Innenraums mit Wärme, dia von den Sonnenkollektoren 20 stammt. Der Ventilator 110 ist ausgeschaltet und die vom Glykol 22 kommende Wärme bewirkt die Verdampfung des Wärmeträgers im Wärmetauscher 16. Der Kompressor ist als einstufiger Kompressor geschaltet. Der Thermostat 138 mißt laufend die Raumtemperatur und meldet den Steuermitteln 126 den Wunsch nach Wärmezufuhr. Das umsteuervantil 24 befindet sich in seiner arsten Stellung, bei der einerseits die Leitungen 64, 66 und 67 miteinander verbunden sind und andererseits die Leitungen 60, 74 und 82. Dampfförmiger Wärmeträger unter niedrigem Druck wird also vom Wärmetauscher 16 den Einlassen 46 und 40 des linken Zylinderkopfs 26 und dem Einlaß 52 des rechten Zylinderkopfes zugeführt, während die Auslässe 58» 54 und 56 einstufig verdichteten Dampf dem Innenraumwärmetauscher 12 zuführen. Im Betriebsfall gemäß Fig. 2 sei angenommen, daß die

309886/0*523 ./.

Temperatur im 3peichertank 18 die Temperatur der Außenluft um einen vorgegebenen 'lev'' übersteigt. Dann wird ein Steuersignal über die Leitung 147 von den Kontrollmitteln 126 an das Ventil 107 cjesandt. Dieses Ventil, ebenso wie die anderen elektromagnetischen Ventile in dem gewählten Ausführungsbeispiel, ist normalerweise gesperr'- und öffnet nur, wenn ihm ;j>trom zugeführt wird. Das Ventil 107 wird also geöffnet, während das Ventil 108 gesperrt bleibt. Der Wärmeträgerkreislauf verläuft also allein über den dritten Wärmetauscher IG. Gleichzeitig werden die Pumpe 122 und das Ventil 124 mit Strom versorgt, so daß Glykol zwischen dem Speichertank und dem dritten Wärmetauscher 16 zirkuliert. Da die Außentemperatur verhältnismäßig hoch ist, besteht keine Notwendigkeit, den Kompressor 10 zweistufig zu fahren, so daß die l'ceuermiLtel 126 die Ventile 86 und 92 nicht ansteuern. Der Unterkühler 26· ist also außer Batrieb. Die vom innenraiumwärmetauscher benötigte Wärme wird in diesem Betriebsfall· ohne weiteres vom dritten Wärmetauscher 16 geliefert.

Der Betriebsfall gemäß Fig. 3 betrifft die Heizung des Innenraums aus der Außenluft, d.h., bei verhältnismäßig hoher Außanlufttemperatur. Dann ist der Temperaturunterschied zwischen dem Speichertank 18 und der Außenluft, die von den Thermostaten 134 und 136 gemessen werden, geringer als der ■!jörgegebene Schwellwert. Wenn der Innenraumthermostat 138 eine weitere Wärmezufuhr anfordert, dann muß der Innenraum- -,värnietausaher als Kondensator wirken, d.h., das Umsteuerventil 24 hält dieselben Verbindungen wie gemäß Fig. 2 aufrecht. Die Steuermittel 126 liefern keinen Strom mehr an das Ventil 107,

809886/0623

welches schließt, und steuern dafür das Ventil 108 an, so daß der Äußenluftwärmetauscher statt des Sonnenenergiewärmetauschers 16 im Warmetragerkreislauf liegt. Zugleich wird der Ventilatormotor 110a eingeschaltet und die Pumpe 122 und das Ventil 124 werden ausgeschaltet. Nun fließt das Glykol nicht mehr in der Leitung 120, jedoch wird weiter Sonnenenergie 114 von den Kollektoren 20 in den Speichertank 22 übertragen. Wenn also die Sonne scheint, steigt die Temperatur des Glykol 22 wieder an. Man könnte auch die Sonnenenergie zusätzlich und parallel zur Luftwärme in den Wärmeträgerkreislauf einspeisen, indem beide Ventile 107 und 108 gleichzeitig geöffnet sind.

Wenn die Außenlufttemperatur nun sinkt, und auch die Temperatur im Speichertank 18 mangels Sonneneinstrahlung nicht steigt, und wenn der Innenraumthermostat 138 immer noch Wärme anfordert, dann erreicht das System schließlich einen vorgegebenen typischen Umschaltpunkt betreffend den volumenmäßigen Wirkungsgrad,der beispielsweise bei 25% liegen kann. Bei Überschreiten dieses Punktes geht das System automatisch in den Betrieb gemäß Fig. 4 über. Die Steuermittel 126 steuern die Ventile 86, 92 und 108 an. Durch das Ventil 86 wird die Leitung 84· zum Einlaß 50 durchgeschaltet. Zugleich wird das Ventil 92 angesteuert und setzt den Unterkühler 26· in Betrieb, während das verdampfte Wärmeträgermittel über die Rückführungsleitung 96 vom Unterkühler 26¹ zum Punkt 98 und dem Einlaß 50 gelangt. Nun bilden die Zylinder 34, 42 und 44 die erste Verdichtungsstufe, während der Zylinder 36 der ersten Stufe nachgeschaltet ist und die zweite Stufe bildet. Bei

809888/0623

282S076

einem angenommenen volumenmäßigen Wirkungsgrad von 25% arbeiten die drei Zylinder dar ersten Stufe bei einem volumenmäßigen Wirkungsgrad von etwa 75%, so daß 2,25 Flußeinheiten im Verhältnis zu nur einer Flußeinheit im einstufigen Betrieb geliefert werden. Der Kompressor arbeitet also bei einem Flußvolumen, das 2,25 mal höher ist. als wenn alle vier Zylinder in einstufiger Anordnung mit einem 12-zu-l Verdichtungsgrad betrieben würden.

Das Rückschlagventil 76 ist bei diesem Betrieb gesperrt, da der Auslaß 56 der zweiten Stufe einen höheren Druck liefert als die Auslässe 58 und 54 der ersten Stufe. Das Umsteuerventil 24 bleibt dagegen in derselben Stellung wie in den Betriebsfällen gemäß Fig. 2 und Fig. 3, da immer noch ein Heizbetrieb vorliegt unä der Innenraumwärmetauscher als Kondensator wirkt.

Der Unterkühler 26' entlädt seinen Dampf wirksam an den Einlaß 5, an dem ein höherer Druck herrscht als an der Ausgangsseite des Außenluftwarmetauschers 14. Im vorliegenden Fall wird auf einfache Weise die Forderung erfüllt, eine Lastumkehr an den Gelenkbolzen der Kompressorkolben und Verbindungsgestänge aufrechtzuerhalten, da der Zylinder 36 das Kurbelgehäuse des Kompressors belüftet. Dieses Gehäuse und die Gelenkbolsen werden also dem Niederdruck unterworfen, woraus sich keine Probleme bei einstufigem Betrieb ergeben, doch wenn der Kompressor 10 zweistufig läuft, dann liegt das Kurbelgehäuse auf der Niederdruckseite des Zylinders 36, d.h. unter zwischendruck (Druck in der Leitung 84*>. Die

809880/0623

Gelenkbolzen und Zylinder 34, 42 und 44 unterliegen also immer noch dem richtigen Lastwechsel. Auch der Zylinder arbeitet mit richtigem Lastwechsel der Gelenkbolzen, da der Ansaugdruck des Zylinders 36 am Gelenkbolzen dieses Zylinders anliegt. Dadurch wird es möglich, den Kompressor 10 ohne teuere, komplexe und störungsanfällige Nadellager für die Gelenkbolzen auszustatten.

Bei der Betriebsart nach Fig. 4 liefert die Zweigleitung 70 den dampfförmigen Wärmeträger unter niedrigem Druck nicht mehr vom Außenluftwärmetauscher 14 an den Einlaß 48, da der Einlaß 50 in den Zylinder 36 mit einem höheren Druck beaufschlagt wird. Das Rückschlagventil 88 ist also gesperrt.

Durch die automatische Umschaltung auf den Zweistufenbetrieb kann der Unterkühler automatisch in den Kreislauf eingeschaltet werden, wenn er besonders benötigt wirdj und der entspannte Wärmeträgerdampf wird automatis ch vom Unterkühler in die zweite Verdichtungsstufe (Einlaß 50) eingespeist.

Fig. 5 zeigt schließlich das erfindungsgemäße System im Kühlbetrieb, bei dem der Außenluftwärmetauscher 14 als luftgekühlter Kondensator wirkt. Wenn der Innenraumthermostat einen Wärmeentzug verlangt, liefert er ein Signal an die Steuermittel 126 über die Leitung 144,und die Steuermittel schalten das Vierwege-Umsteuerventil 24 in die in Fig. 5 s ichtbare Stellung. Dabei ist die Leitung 64 mit dem Punkt verbunden und die Leitung 60 mit den Kompressorexnlassen 46,

809888/0623

48 und 5 ί. Das Umsteuorventil 24 kann Gin fedorbelastetes Ventil sein, das selbsttätig und in ,Abwesenheit von Steuersignalen die in den Figuren 2 bis 4 gezeigte stellung einnimmt, während ein Steuersignal über die Leitung 154 das Ventil in die in Fig. 5 gezeigte Stellung bringt.

In dieser letztgenannten stellung ist der Kompresnorausgang (Punkt 04) mit dem Außenluftwärmetauscher 14 verbunden, der als Kondensator wirkt und die kondensierte VJärmeträgerflüssigkeit an den als Verdampfer v/irksamen Innenraumwärm .tauscher 1 ?. weiterleitet. Bei dieser Betriebsart liegen alle vier Zylinder des Kompressors parallel, wie im Fall der Fig. 3. Die Ventile Π6, 92, 107 und 124 sind gesperrt und das Ventil loG ist durchlässig. Es ist jedoch auch möglich, don Unterkühler 26¹ zur Unterkühlung dos flüssigen Wärmoträgers, der von dem Außenluftwärmetauscher 14 kommt, zu verwenden.

Die Erfindung ist nicht auf da3 dargestellte Ausfünrungsbeispiel beschränkt. Es ist offenbar, daß mehr als vier Zylinder im Kompressor verwendet werden können und daß die Aufteilung der Zylinder in die erste Stufe und die zweite Stufe, z.B. paarweise, anders erfolgen kann.

Auch ist es möglich, den Ausgang des dritten Viärmetauschers 16 zusammen mit dem Ausgang des Unterkühlers 26' am Zwischendruckeinlaß des zweistufig betriebenen Kompressors anzuschließen, d.h. am Einlaß der Zylinder der zweiten Stufe.

χ χ

309888/0623

Claims

Fo 11 3O2 D

7. Juni 1978

DUNHAM-BUSH INC.
175 South Street
West Hartford
Connecticut U.S.A.

iTiMEPUlIPVlH Γ.Γ3Τ3Μ

PATEBTANSPRÜCHE

[l)- Wärmepumpensystem, mit einem Innenraum-Wärmetauscher, einem Außenluft-Wärmetauscher, einem umschaltbaron, mehrzylindrigen Kompressor und mit einem Wärmeträgorkreislauf, in dem ein Umsteuerventil mit dem Kompressor und den Wärmetauschern so angeordnet ist, daß letztere wahlweise als Kondensatoren und als Verdampfer für den Wärmeträger wirken, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Wärmetauscher (16), der über Ventile (107) in den Wärmeträgerkreislauf parallel zum Außenluftwärmetauscher (14) einschaltbar ist, wobei ein Ventil (108) den Wärmeträgerfluß durch den Außenluftwärmetauseher steuert, Wärme von einem Sonnenenergiekollektor (20) zugeführt erhält und daß Steuermittel (126) zur einstellung der Ventile (107, 100) abhängig von der Temperatur am Außenluftwarmetauscher (16) vorgesehen sind, derart, daß je nach der Temperatur der Außenluft Wärme von der Außenluft und/oder dem Sonnenkollektor in den Kreislauf gelangt.

809886/0623

2 - Wärmepumpen system nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sonnenkollektor (20) ein Speichertank (18) zugeordnet ist, dessen Inhalt (22) die Kollektorwärme steuerbar dem dritten Wärmetauscher (16) zuführt.

3 - Wärmepumpensystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Speichertank (22) ein vierter Wärmetauscher (118) angeordnet ist, der von einem weiteren Wärmeträger durchflossen ist, wobei dieser Wärmeträger über einen Primärkreislauf (116) die Kollektorwärme in den Speichertank überträgt.

4 - 'Järmepumpensystem nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Inhalt

(22) des Speichertanks (18) Glykol enthält und daß ein elektromagnetisch betätigtes Ventil (124) und eine Pumpe (12 2) in Verbindungsleitungen zwischen dem Tank (16) und dem dritten Wärmetauscher (16) liegen.

5 - Wärmepumpensystem nach Anspruch 1 oder 4,

dadurch gekennzeichnet, daß der Kom-

(101
pressornöehrere Zylinder (34, 36, 42 und 44) enthält und daß die abhängig von der Temperatur am Außenluftwärmetauecher

den Kompressor (10) (14) wirksamen Steuermittel (126)fbo"i niedriger Außentemperatur automatisch ir, eine Mehrstufenanordnung umschalten, um die Wärmeträgerdurchflußrate durch den Kompressor zu erhöhen.

8Ö988S/0623

6 - Wärmepumpensystem nach .Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor zwei Zylinderköpfe (26 und 28) enthält, die je zwei Zylinder (34, 36 bzw. 42, 44) umfassen, wobei der erste Zylinderkopf (26) erste Vielfachmittel (23,25) aufweist, die die Zylinder (34, 36) voneinander trennen und jeweils Niederdruckseiten (30, 31) und Hochdruckseiten (32,33) definieren, während der zweite Zylinderkopf (28) zweite Vielfachmittel (48¹) aufweist, die für beide Zylinder (42,44) gemeinsame Niederdruckseiten (40) und Hochdruckseiten (38) definieren, daß der erste Zylinderkopf (26) einen ersten Einlaß (46) zur Niederdruckseite (30) des einen Zylinders (34) und einen zweiten Einlaß (48) zur Niederdruckseite (31) des anderen Zylinders (36) aufweist, während der zweite Zylinderkopf (28) einen dritten Einlaß (52) zur Niederdruckseite (40) der beiden Zylinder (42,44) besitzt, daß weiter der erste Zylinderkopf (26) erste und zweite /iuslässe (58,56) für je einen der beiden Zylinder und der zweite Zylinderkopf (28) einen gemeinsamen dritten Jiuslaß (54) für die beiden Zylinder (42,44) besitzt, daß weiter ein vierter Einlaß (50) für den zweiten Zylinder (36) des ersten Zylinderskopfes (26) vorgesehen ist, daß ein Auslaßvielfach (72) an den Auslaß (58) des ersten Zylinders (34) des ersten Zylinderkopfes (32) und an den Auslaß (54) der beiden Zylinder (42,44) des zweiten Zylinderkopfes (28) angeschlossen sind, wobei eine Leitung (74) dieses Vielfach (72) mit dem Umsteuerventil (24) verbindet, ebenso wie der Auslaß

anderen des ersten Zylinderkopfs (26) (56) desfZyTxnders (36)Jan das Umsteuerventil angeschlossen

ist, daß weiter Mittel (84,86) das .Auslaßvielfach (72) mit dem zweiten Einlaß (50) des zweiten Zylinders (36) des ersten Zylinderkopfes (26) verbinden, wobei diese Mittel ein Steuerventil (06) umfassen, daß weiter ein Rückschlagventil (76) in der Leitung (74) vom Äuslaßvielfach (72) zum Umsteuerventil (24) sowie ein zweites Rückschlagventil (Ou) zwischen dem Umsceivrvontil (24) und d m ersten Einlaß (48) des zweiten Sylindarcj (36) d^s ersten Zylinderkopfs (26) angeordnet sind, derart, daß bei Durchschaltung des Steuerventils (36) zwischen dem /"mslaßvielfach (72) and dem Einlaß (50) des zweiten Zylindern (36) dor erste Zylinder (34) des ersten Zylinderkopfs (26) und beide Zylinder (42,44) des zweiten Zylinderkopfs (28) gemeinsam als erste ^lxompressionsstufe wirksam werden und der zweite Zylinder (16) des ersten Zylinderkopfs (26) als zweite Kompressionsstufe wirkt, wobei das zweite Rück-ξ chlagvGirtil (8G) die beiden Stufen gegeneinander isoliert.

7 - Wärmepurnpensystem nach Zmspruch 6, dadurch

(26·) gekennzeichnet, daß ein Unterkühler im Wärmeträgerkreislauf (60) zwischen dem Innenraum-Wärmetauscher und dem I\ußenluftwärmetauscher angeordnet ist und eine Rückführungsleitung (96) zum Wärmeträgerkreislauf zwischen dem Aualaßvielfach (72) und dem vierten Einlaß (50) zum zweiten Zylinder (36) des ersten Zylinderkopfes (26) unterhalb des zweiten Steuerventils (86) aufweist, so daß während des mehrstufigen Kompressxonsbetriebs der Wärmeträgerdampf vom Unterkühler (26¹) mit einem Zwischendruck gemeinsam mit dem ein-

8098 8 6/0623

stufig verdichteten Dampf dem vierten Einlaß (50) auf der Niederdruckseite des die zweite Verdichtungsstufe bildenden zweiten Zylinders (36) des Kopfes (26) zugeführt wird.

8 - Wärmepumpensystem nach ei nem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Umsteuerventil so steuerbar ist, daß der Innenraum-Wärmetauscher (12) als Verdampfer und der Außenraumwarmetauscher als Kondensator im Wärmeträgerkreislauf wirkt.

809886/0823