DE3247302A1

DE3247302A1 - Kuehl- und heizvorrichtung

Info

Publication number: DE3247302A1
Application number: DE19823247302
Authority: DE
Inventors: Tadashi Asano; Tadatsugu Nakatsugawa Gifu Fujii; Tadashi Suzuki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1981-12-22
Filing date: 1982-12-21
Publication date: 1983-06-30
Also published as: FR2518721B1; GB2116303A; AU9178882A; AU553234B2; GB2116303B; CA1204297A; DE3247302C2; US4506521A; FR2518721A1

Description

PATENTANWÄLTE DIPL.-INQ. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN . DIPL.-ΙΝβ. W. LEHN

DIPL.-ING. K. FÜCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN · DR. RER. NAT. H.-A. BRAUNS · DIPL.-INQ. K. GORG

DIPL.-ING. K. KOHLMANN . RECHTSANWALT A. NETTE

37 982 p/hl

Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha,
Tokyo / Japan

Kühl- und Heizvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühl- und Heizvorrichtung, welche dadurch geschaffen ist, daß einem Kühlzykluskreis ein Heizzykluskreis mit einem Kältemittelheizer hinzuaddiert wird.

Bei den meisten üblichen Kühl- und Heizvorrichtungen befindet sich in einem Kühlzykluskreis mit einem Kompressor, einem außerhäusigen Wärmeaustauscher (oder Kühlkondensator), einem Kapillarrohr und einem inhäusigen Wärmeaustauscher (oder Kühlverdampfer) ein Kältemittelheizer, welcher beim Heizbetrieb eine Wärmeversorgungsquelle darstellt= Im allgemeinen ist der Kältemittelheizer zwischen dem inhäusigen Wärmeaustauscher und dem Kompressor vorgesehen. Beim Kühlbetrieb strömt ein Kältemittelgas niedriger Temperatur im Kältemittelheizer« Die Strömung des Kältemittels durch den Kältemittelheizer ist während des Kühlvorganges möglich, da der Kältemittelheizer sich während des Kühlvorganges nicht im Betrieb befindet und hinsichtlich des Kühlbetriebes nicht hinderlich ist.

ARABELLASTRASSE 4 · D-8OOO MÜNCHEN 81 . TELEFON CO 89} 911087 ■ TELEX 05-29619 CPATHEJ · TELEKOPIERER 9183

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Jedoch die Leitung des Kältemittels zum Kältemittelheizer, welcher nicht im Betrieb ist, resultiert häufig im Auftreten von Problemen im Kältemittelh^izer. In anderen Worten bedeutet dies, daß im Kältemittelheizer durch die Hindurchleitung des Kältemittels ein Tauniederschlag auftritt, welcher Korrosion verursacht.

Beim Umschalten des Kältebetriebes auf den Heizbetrieb ist es wegen des Widerstandes des Kapillarrohres schwierig, das Kältemittel durch das Kapillarrohr in den Heizzykluskreis zu drücken. Daher ist es notwendig, einen Überführbzw. Überleitumgehungskreis vorzusehen, welcher ein Betätigungselement, wie ein Elektromagnetventil, umfaßt. So wird die Kühl- und Heizvorrichtung dieses Typs eher konstruktiv kompliziert.

Dementsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Kühl- und Heizvorrichtung zu schaffen, die von einfacher Anordnung und hoher Zuverlässigkeit ist, und bei der insbesondere Korrosion infolge von Taukondensation im Kältemittelheizer verhindert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die sich aus den Patentansprüchen ergebenden Merkmale gelöst.

Insbesondere wird entsprechend der erfindungsgemäßen Lösung verhindert, daß im Kältemittelheizer eine Taukondensation, d.h. ein Tauniederschlag auftritt. Das Kältemittel kann leicht und zuverlässig aus dem Kühlzykluskreis abgeleitet werden, wenn vom Kühlen auf Heizen umgeschaltet wird. Dabei kann das so übergeleitete Kältemittel direkt zum Kältemittelheizer abgegeben werden. Somit ist die gesamte Konstruktion einfach und sorgt zuverlässig für die Sicherstellung der ausreichenden Menge an Kältemittel für die Zirkulation.

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Eine Kühl- und Heizvorrichtung entsprechend der Erfindung weist einen Kühlkreis auf, der einen Kompressor, einen außerhäusigen Wärmeaustauscher, ein Kapillarrohr und einen inhäusigen Wärmeaustauscher umfaßt, wobei der Verbindungspunkt zwischen dem inhäusigen Wärmeaustauscher und dem Kompressor über einen Kältemittelheizkreis, der einen parallel mit dem inhäusigen Wärmeaustauscher geschalteten Kältemittelheizer umfaßt, mit dem Verbindungspunkt zwischen der Kapillare und dem inhäusigen Wärmeaustauscher verbunden ist„ Ein Heizkreis, der am Heizvorgang das Kältemittel vom Kompressor zum inhäusigen Wärmeaustauscher in einer Richtung liefert, die der Richtung entgegengesetzt ist, in der das Kältemittel beim Kühlvorgang geliefert wird, verläuft vom Kältemittelkreis stromab zum Kompressor, so daß ein Heizzykluskreis mit dem Kompressor, dem Heizkreis und dem inhäusigen Wärmeaustauscher gebildet wird.

Weiterhin ist ein Ende des Kapillarrohres im Kältemittelkreis über einen Überführkreis zum Heizkreis an der Einlaßseite des Kältemittelheizers angeschlossen, so daß das im außerhäusigen Wärmeaustauscher angesammelte Kältemittel über den Überführkreis direkt zum Kältemittelheizer abgegeben wird»

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele „ Es zeigt

Fig. 1 ein Kältesystem-Schaltbild mit der Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig„ 2 ein Kältesystem-Schaltbild mit der Darstellung einer

zweiten Ausführungsform der Erfindung, 35

Fig. 3 ein Kältesystem-Schaltbild mit der Darstellung einer dritten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 ein Kältesystem-Schaltbild mit der Darstellung einer vierten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 5 und 6 eine fünfte Ausführungsform der Erfindung, wobei insbesondere Fig. 5 ein Kältesystem-Schaltbild einer fünften Ausführungsform und Fig. 6 eine - graphische Darstellung für die Beschreibung des Betriebs der fünften Ausführungsform ist.

Eine Kühl- und Heizvorrichtung entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, umfaßt: einen Kühlzyklus-(oder Kälte-)kreis mit einem Kompressor 1, einem außerhäusigen Wärmeaustauscher (oder Kühlkondensator) 2, ein Kapillarrohr 3 und einen inhäusigen Wärmeaustauscher (oder Kühlverdampfer) 4, sowie einen Heizzykluskreis mit einem Kaltemittelheizer 5, dem Kompressor 1 und dem inhäusigen Wärmeaustauscher 4. Der Heizzykluskreis befindet sich innerhalb des Kühlzykluskreises. Jedoch bilden der außerhäusige Wärmeaustauscher und das Kühlkapillarrohr 3 einen Zykluskr.eis, welcher von dem Heizzykluskreis getrennt ist. In anderen Worten bedeutet dies, daß ein heizender Kältemittelkreis 6, der den Kompressor 1 nebenschließt bzw. umgeht, und ein Kältemittelheizkreis 7, welcher die Eingangs- und Ausgangsseite des inhäusigen Wärmeaustauschers 4 überbrückt, im kühlenden Kältemittelkreis vorgesehen sind, so daß kein Kältemittel in dem außerhäusigen Wärmeaustauscher 2 oder das Kapillarrohr 3 während des Heizbetriebes strömt. Der heizende Kühlmittelkreis 6 hat ein Elektromagnetventil 8, welches während des Kühlvorganges den Kreis 6 schließt. Der Kältemittelheizkreis 7 umfaßt ein Ventilelement 9, wie ein Rückschlagventil oder ein Elektromagnetventil, und den Kaltemittelheizer 5, welcher mit dem Ventilelement 9 in Reihe geschal-

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tet ist. Der Verbindungspunkt zwischen dem heizenden Kältekreis 6 und dem kühlenden Kältekreis auf der Seite des inhäusigen Wärmeaustauschers 4 liegt dichter an dem inhäusigen Wärmeaustauscher 4 als der Verbindungspunkt zwisehen dem Kältemittelheizkreis 7 und dem Kältemittelkreis . Der Kältemittelkreis zwischen den beiden erwähnten Verbindungspunkten umfaßt ein Widerstandselement (wie eine Kapillare oder ein Drosselventil) 10.

In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 13 ein Elektromagnetventil zum Steuern der Leitung des Kältemittels zum außerhäusigen Wärmeaustauscher. Das Bezugszeichen 14 bezeichnet ein Rückschlagventil und das Bezugszeichen 15 einen überführkreis mit einem überführenden Elektromagnetventil 16, welches mit dem Kapillarrohr 3 parallelgeschaltet ist.

Weiterhin bezeichnen in Fig. 1 die Bezugszeichen 11 und 12 Verbindungsrohre, die jeweils an einem Ende der beiden Enden des inhäusigen Wärmeaustauschers 4 angeschlossen sind. 17a und 17b sind Gebläse und 21 ein Akkumulator, welcher in der Nähe der Saugleitung des Kompressors 1 vorgesehen ist.

Der Betrieb der Kühl- und Heizvorrichtung der so konstruierten Art wird nun beschrieben. Für den Kühlvorgang wird das Kältemittel in der Schleife zirkuliert, die den Kompressor 1, den außerhäusigen Wärmeaustauscher 2, das Kapillarrohr 3 und den inhäusigen Wärmeaustauscher 4 umfaßt, wie dies durch die ausgezogene Linie dargestellt ist, und zwar durch Öffnen des Magnetventils 13 des Elektromagnetventils 8. Für den Heizbetrieb wird das Kältemittel in der Schleife zirkuliert, die den Kompressor 1, den heizenden Kältemittelkreis 6, den inhäusigen Wärmeaustauscher 4 und den Kältemittelheizer 5 umfaßt, und zwar durch Schließen des Elektromagnetventils 13 und durch öffnen des Elektromagnet-

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ventils 8. Beim Heizvorgang wird ein Teil des durch den heizenden Kältemittelkreis strömenden Kältemittels durch das Widerstandselement 10 zum Kompressor 1 zurückgebracht. In diesem Falle ist der Weg, über den das Kältemittel läuft, während Wärme für den Zweck der Erwärmung mitgeführt wird, kurz, und das Kältemittel gelangt nicht durch die kühlenden Glieder, wie den außerhäusigen Wärmeaustauscher 2 und das Kapillarrohr 3, welche die Wärme abstrahlen. Daher wird Wärme wirksam vom Kältemittelheizer 5 zum i-nhäusigen Wärmeaustauscher 4 gebracht. Weiterhin ist während des Kühlvorganges das Ventil 9 geschlossen, so daß kein Kältemittel zum Kältemittelheizer 5 abgegeben wird. Daher wird der Heizer 5 keiner Korrosion infolge von Taukondensation unterworfen. Die Kühl- und Heizvorrichtung der Erfindung ist so konstruiert, daß die Richtung der Kältemittelleitung zum inhäusigen Wärmeaustauscher 4 während des Kühlvorganges der Richtung während des Heizvorganges entgegengesetzt ist, und daher sowohl beim Kühl- als auch beim Heizvorgang die jeweilige Phase des Kältemittels in den Verbindungsrohren 11 und 12 des inhäusigen Wärmeaustauschers 4 dieselbe sein kann. Entsprechend kann ein Rohr für die flüssige Phase des Kältemittels und eine für die gasförmige Phase des Kältemittels als Verbindungsrohr 11 und 12 des inhäusigen Wärmeaustauschers 4 jeweils verwendet werden. In anderen Worten bedeutet dies, daß während des · Kühlvorganges das Kältemittel in der flüssigen Phase im Verbindungsrohr 11 des inhäusigen Wärmeaustauschers 4 strömt und das gasförmige Kältemittel im Verbindungsrohr 12. Während des Heizvorganges strömt das Kältemittel in derselben Phase in den Verbindungsrohren 11 und 12, jedoch in entgegengesetzter Richtung zur Richtung beim Kühlvorgang. Dementsprechend kann das Verbindungsrohr 11, in dem nur das flüssige Kältemittel strömt, aus einem dünnen Rohr hergestellt werden, welches im Vergleich zu einem Rohr, in dem das Kältemittelgas strömt, genau behandelt und angeordnet ist,

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Wenn der Kühlvorgang auf Heizen umgeschaltet ist, ist es notwendig, das im Kühlzykluskreis zirkulierende Kältemittel in den Heiζzykluskreis zu führen. Für diesen Zweck wird das Überführ-Elektromagnetventil 16 parallel zum Kapillarrohr 3 geschaltet. Das Öffnen des Elektromagnetventils 16 kann dieses Kältemittel abgeben, welches trotz des Schließens des Elektromagnetventils 13 im außerhäusigen Wärmeaustauscher durch langsame Leckage des Ventils angesammelt ist, und zwar zum Wärmezykluskreis, wodurch die Zirkulation des Kältemittels am Heizvorgang sichergestellt werden kann„

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. In Fig. 2 bezeichnet das Bezugszeichen 15 einen überführkreis, welcher mit einem Kapillarrohr 3 parallelgeschaltet ist. Das Bezugszeichen 7 bezeichnet einen Kältemittelheizkreis mit einem Reihenkreis eines Elektromagnetventils 9, einem (Einweg-)Rückschlagventil 19 und eines Kältemittelheizers 5., Der Verbindungspunkt der Ventile 9 und 19 ist am überführkreis 15 angeschlossen. Die verbleibenden Kreiselemente sind gleich denen der Fig. 1 und somit mit denselben Bezugszeichen versehen. Eine erneute Beschreibung dieser Teile wird hier weggelassen.

Diese Kühl- und Heizvorrichtung arbeitet auf gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 beim Kühlen so, daß das Kältemittel in der Schleife mit dem Kompressor 1, dem außerhäusigen Wärmeaustauscher 2, dem Kapillarrohr 3 und dem inhäusigen Wärmeaustauscher 4 zirkuliert. Beim Heizvorgang zirkuliert das Kältemittel in der Schleife mit dem Kompressor 1, dem heizenden Kältekreis 6, dem inhäusigen Wärmeaustauscher 4, dem Rückschlagventil 19, dem Elektromagnetventil 9 und dem Kältemittelheizer 5.

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Beim Heizvorgang wird ein Teil des im heizenden Kältemittelkreis 6 strömenden Kältemittels über das Widerstandselement 10 zum Kompressor zurückgebracht.

Wenn das Kühlen auf Heizen umgeschaltet wird, ist es notwendig, das im Kühlzykluskreis zirkulierende Kältemittel in den Heizzykluskreis zu leiten. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß es notwendig ist, das Kältemittel aus dem außerhäusigen Wärmeaustauscher 2 zu leiten, da das Kältemitfcel sich im außerhäusigen Wärmeaustauscher 2 wegen der geringen Leckage des Elektromagnetventils 13 sammelt, welches an der Einlaßseite des außerhäusigen Wärmeaustauschers 2 vorgesehen ist, und zwar auch dann, wenn das Ventil 13 geschlossen ist. Bei der zweiten Ausführungsform der Fig.

kann das Kältemittel im außerhäusigen Wärmeaustauscher 2 direkt zur Einlaßseite des Kältemittelheizers 5 geleitet werden, was durch den Reinigungskreis 15 erfolgt, welcher zwischen einem Ende des Kapillarrohres 3 im Kältemittelkreis und dem Verbindungspunkt des Rückschlagventils 19 und des Elektromagnetventils 9 im Kältemittelheizkreis 7 angeschlossen ist. Somit ist es unnötig, Betriebselemente im Überführkreis 15 vorzusehen, was bedeutet, daß letzterer nur ein verbindender Kreis sein kann. So kann das Kältemittel ausreichend dem Kältemittelheizer 5 zugeführt werden, um ein überhitzen des letzteren zu verhindern. Weiterhin kann die Erhitzungsanhaltperiode des Kältemittelheizers 5 kurz gemacht werden und somit die Raumtemperatur schnell beim Heizvorgang angehoben werden.

Eine dritte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. Zunächst werden Objekt und Aufgabe der dritten Ausführungsform beschrieben. Es ist im Zusammenhang mit der ersten und zweiten Ausführungsform, die in Fig. 1 und dargestellt sind, offensichtlich, daß das Umschalten vom Kühlbetrieb zum Heizbetrieb und umgekehrt durch Betätigen

der Elektromagnetventile an der Auslaßseite des Kompressors erreicht werden kann. Mehr insbesondere wird eines der Elektromagnetventile dazu verwendet, die Leitung des Kältemittels zum außerhäusigen Wärmeaustauscher zu steuern, während das andere Elektromagnetventil dazu verwendet wird, die Leitung des Kältemittels vom inhäusigen Wärmeaustauscher oder zum Kältemittelheizer zu benutzen. Durch Erregen eines der Elektromagnetventile wird entweder der Kühlzykluskreis oder der Heizzykluskreis vervollständigt, wobei das andere Elektromagnetventil unbetätigt bleibt. Wenn eine große Menge an Kältemittel in den Elektromagnetventilen strömt, hat das letztere Elektromagnetventil eine größere Strömungsmenge. Weiterhin werden normalerweise geschlossene Elektromagnetventile verwendet, d.h. solche, die im nicht erregten Zustand geschlossen sind. Wenn daher das Erregen einer außerhäusigen Einheit, die den außerhäusigen Wärmeaustauscher umfaßt, ausgesetzt wird, sind beide Elektromagnetventile geschlossen. Daraus resultiert, daß das Kältemittelgas unter hohem Druck zwischen dem Auslaß des Kompressors und diesen Elektromagnetventilen festgehalten und eingesperrt wird, so daß der Druckausgleich zwischen der Einlaßseite und der Äuslaßseite des Kompressors beeinträchtigt ist, was beim erneuten Anfahren des Kompressors zu Schwierigkeiten führt.

Zusätzlich zu den vorgenannten Aufgaben der Erfindung ist die dritte Ausführungsform der Erfindung dazu bestimmt, eine Kühl- und Heizvorrichtung zu schaffen, die mit einem Kältemittelkreis versehen ist, der ein normalerweise geschlossenes Elektromagnetventil zum Steuern der Strömung des Kältemittels an der Ausgangsseite des Kompressors umfaßt, so daß die Druckungleichheit zwischen der Einlaßseite und der Auslaßseite des Kompressors eliminiert ist, ohne weitere Betätigungs- und Betriebselemente zu verwenden, wie weitere Elektromagnetventile.

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Bei dieser Ausführungsform ist die Einlaßseite des Kompressors 1 über einen Ausgleichskreis 18 mit dem Auslaß des Kompressors verbunden. Der Ausgleichskreis 18 wird im wesentlichen von einer Ausgleichskapillare 20 gebildet, die eine leichte Strömung des Kältemittelgases erlaubt. Der Ausgleichskreis 18 ist mit dem Kühlreihenkreis des Elektromagnetventils 13, des außerhäusigen Wärmeaustauschers 2 und des Rückschlagventils 14 parallelgeschaltet.

Die Elektromagnetventile 8 und 13 werden dazu verwendet, eine Steuerung dahingehend vorzunehmen, ob das Kältemittel vom Kompressor 1 zum Kühlzykluskreis oder zum Heizzykluskreis abgegeben wird, und werden nicht geschlossen, ohne daß die außerhäusige Einheit mit dem außerhäusigen Wärmeaustauscher 2 entregt ist. Wenn jedoch die außerhäusige Einheit entregt wird, werden beide Elektromagnetventile 8 und 13 geschlossen. Beim Druckausgleichskreis 18 stellt die Ausgleichskapillare 20 einen hohen Widerstand dar. Daher gelangt bei der üblichen Zirkulation des Kältemittels Kältemittel nur sehr spärlich durch den Druckausgleichskreis 18. Wenn jedoch die Elektromagnetventile 8 und 13, wie zuvor beschrieben, geschlossen sind, so kann das unter hohem Druck stehende Kältemittelgas auf der Abgabeseite des Kompressors 1 durch den Ausgleichskreis 18 gelangen. Dies· bedeutet, daß das Kältemittelgas, welches unter hohem Druck auf der Abgabeseite des Kompressors 1 eingefangen ist, durch die Ausgleichskapillare 20 des Druckausgleichskreises 18 abgegeben werden kann, so daß die Drücke an der Saug- und Abgabeseite des Kompressors dahingehend eingestellt werden können, daß letzterer erneut gestartet werden kann.

Das Einfangen des Kältemittelgases kann natürlich dadurch verhindert werden, daß normalerweise offene. Elektromagnetventile verwendet werden. Da aber die Ventile hinsichtlich 35

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der Strömungsmenge groß sein müssen, ist es bei den vorliegenden Umständen schwierig, normalerweise offene Elektromagnetventile zu verwenden.

So wird der Druckausgleichskreis bei der praktischen Verwendung auf beträchtliche Weise wirksam. Die anderen Kreiselemente sind gleich denen in Fig. 2, so daß die diesbezügliche Beschreibung weggelassen werden kann.

Fig. 4 zeigt eine vierte Äusführungsform der Erfindung. Die Aufgabe dieser vierten Ausführungsform besteht nicht nur im Lösen der vorgenannten Aufgaben der Erfindung, sondern ebenso darin, in der Nähe des Saugeinlasses des Kompressors und im Kältemittelheizkreis eine Flüssigkeitsabsorptionseinrichtung vorzusehen, um exakt zu verhindern, daß eine Mischung aus flüssigem Kältemittel und Gas während des Heizbetriebes in den Kompressor gesaugt wird.

Entsprechend der Darstellung in Fig. 4 ist ein Akkumulator 21 in der Nähe des Saugeinlasses des Kompressors 1 (wie ebenso dargestellt in Fig„ 1-3) und ein Akkumulator 22 vorgesehen, welcher letzterer unmittelbar stromabwärts des Kältemittelheizers 5 in einem Kältemittelheizkreis 7 vorgesehen ist» Die anderen Kreiselemente sind der Anordnung gemäß Fig. 1 gleich.

Wenn die Akkumulatoren 21 und 22 nicht vorgesehen werden, so wird das Kältemittel manchmal nicht vollständig durch den Kältemittelheizer 5 in Gas umgewandelt, so daß dementsprechend Kältemittel sowohl in gasförmiger als auch in flüssiger Phase durch den Kompressor angesaugt werden kann, wodurch die Belastung des letzteren erhöht wird. Diese Schwierigkeit kann durch eine Absorptionswirkung der Akkumulatoren 21 und 22 verhindert werden, die stromab des Kältemittelheizers 5 und an der Saugseite des Kompressors 1 vorgesehen sind.

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Ein Akkumulator 21 ist ebenso an der Saugseite des Kompressors 1 bei der ersten, zweiten und dritten Ausführungsform vorgesehen. Es sollte jedoch festgestellt werden, daß, wenn der Kältemittelheizer 5 wie zuvor beschrieben angeordnet ist, ohne einen zusätzlichen Akkumulator die flüssigkeitsabsorbierende Funktion unzureichend sein kann. Dementsprechend kann das durch Vorsehen der Akkumulatoren entsprechend Fig. 4 in den Kompressor 1 gelangende Kältemittel auf gasförmiges Kältemittel begrenzt werden und dadurch kann eine Belastungszunähme des Kompressors 1 exakt verhindert werden. So kann der Eingang des Kompressors ebenfalls stabilisiert werden.

Fig. 5 und 6 zeigen eine fünfte Ausführungsform der Erfindung. Diese Ausführungsform ist nicht nur dazu vorgesehen, die zuvor beschriebenen Aufgaben der Erfindung zu lösen, sondern ebenso eine Kühl- und Heizvorrichtung mit ausgezeichneter Schutzfähigkeit vorzusehen, wobei der Systemdruck und die Kältemitteltemperatur innerhalb erlaubter Bereiche gehalten werden, und zwar entsprechend dem Verhältnis zwischen der Heizungsbelastung, des Systemdrucks und der Kältemitteltemperatur .

In der Praxis ist es wesentlich zu verhindern, daß das Kältemittel überhitzt wird und daß die Schmiermittel vor einer Zerstörung durch Wärme geschützt werden. Weiterhin ist es · wesentlich, daß die Kühl- und Heizvorrichtung geschützt wird und ein stabiler Betrieb über eine lange Zeit möglich ist.

Der Heizwert des Kältemittelheizers wird typischerweise entsprechend der Kältemitteltemperatur am Auslaß des Kältemittelheizers oder des Unterschiedes zwischen der Kältemitteltemperatur am Einlaß bzw. Auslaß desselben gesteuert. Dies bedeutet, daß bei dieser Steuerungsmethode der Heizwert des Kältemittelheizers so gesteuert wird, daß die Kältemittel-

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temperatur am Auslaß oder die Differenz zwischen den Kältemitteltemperaturen am Einlaß und am Auslaß vorbestimmte Werte nicht überschreiten. So hat diese Methode keine Fähigkeit, den Druck des Kältemittelzirkulationssystems, d.h.

das Heizzyklussystem genau innerhalb erlaubter Bereiche zu halten. Da der Druck im System dazu neigt, beim Betrieb unter hoher Last abzunehmen, kann die Vorrichtung durch die zuvor beschriebene Steuermethode unter Ausnutzung der Kältemitteltemperatur geschützt werden. Jedoch beim Heizbetrieb un4:er Niedriglast tendiert der Druck im System zum Zunehmen, obwohl die Temperatur am Auslaß des Kältemittelheizers niedrig ist. Dementsprechend ist es schwierig, den Apparat gemäß der vorgenannten Steuermethode unter Ausnutzung der Kältemitteltemperatur wirksam zu schützen.

Unter Berücksichtigung der vorstehenden Ausführungen ist die Kühl- und Heizvorrichtung entsprechend der fünften Ausführungsform der Erfindung so konstruiert und ausgelegt, daß nach Vervollständigung des Heizzykluskreises der Heizwert des Kältemittelheizers entsprechend dem Ausgangssignal eines Temperaturdetektionsabschnittes gesteuert wird, welcher an der Auslaßseite des Kältemittelheizers vorgesehen ist, und zwar hinsichtlich einer Hochlastregion, und daß eine Steuerung desselben entsprechend dem Ausgangssignal eines Druckdetektionsabschnittes erfolgt, welcher in der Nähe des Auslasses des Kompressors vorgesehen ist, und zwar hinsichtlich einer Niedriglastregion.

Ein Temperaturdetektor (wie ein Thermistor)24 zum Feststellen der Temperatur des Kältemittels an der Auslaßseite des Kältemittelheizers 5 und ein Druckdetektor 25 zum Feststellen des Druckes des Kältemittels in der Nähe des Abgabeauslasses des Kompressors 1 sind vorgesehen, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. Weiterhin ist ein Steuerkreis 23 vorgesehen, welcher 35

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ein Steuersignal zum Steuern des Heizwertes des Kältemittelheizers 5 entsprechend den Ausgangssignalen der Detektoren 24 und 25 erzeugt. Die anderen Kreiselemente sind gleich denen in Fig. 2, so daß deren Beschreibung hier weggelassen werden kann.

Das Verhältnis zwischen dem Druck in dem System und dem Grad der Heizbelastung, und das Verhältnis zwischen der Temperatur des Kältemittels und dem Grad der Heizbelastung werden durch charakteristische Kurven (A) und (B) in Fig. 6 jeweils angezeigt. Die Kurve (A) zeigt die Tatsache an, daß der Druck im System abnimmt, wenn die Heizbelastung abnimmt. Die Kurve (B) zeigt die Tatsache an, daß die Kältemitteltemperatur mit zunehmender Heizlast zunimmt. Auf der Basis von Druck, Temperatür und Lastcharakteristik der zuvor beschriebenen Art wird der Kältemittelheizer 5 genau durch den Druckdetektor 25, den Temperaturdetektor 24 und den Steuerkreis 23 gesteuert.

In der Niedriglastregion, in der die Heizlast relativ gering ist, überschreitet die Kältemitteltemperatur kaum die erlaubte Grenze. Der Druck im System kann jedoch die erlaubte Grenze überschreiten. Daher wird ein Steuersignal vom Steuerkreis 23 entsprechend dem Ausgangssignal des Druckdetektors 25 am Auslaß des Kompressors 1 und ein Bezugseingangssignal abgegeben, um den Heizwert des Kältemittelheizers 5 zu steuern und dadurch den Druck im System auf den gewünschten Wert zu steuern. Andererseits überschreitet in der Hochlastregion, in der die Heizlast relativ hoch ist, der Druck im System kaum die erlaubte Grenze. Jedoch kann die Kältemitteltemperatür die erlaubte Grenze überschreiten. Daher wird die Steuerung entsprechend der Druckdetektion auf die Steuerung umgeschaltet, durch die ein Steuersignal entsprechend dem Ausgangssignal des Temperaturdetektors 24 und ein Bezugseingangssignal vorgesehen wird, um die Temperatur des Kältemittels zu steuern. Die Niedriglastregion, in der die Steuerung entsprechend der Druckdetektion bewirkt wird, und die Hochlast-

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region, in der die Steuerung entsprechend der Temperaturdetektion bewirkt wird, können dadurch voneinander unterschieden werden, daß auf die Lastzustände der Überschneidung der Druckkurve (A) und der Temperaturkurve (B)- in Fig. 6 Bezug genommen wird. Der Druck und die Temperatur an diesem Schnittpunkt betragen im allgemeinen ungefähr 28 kg/cm² -G bzw. 65⁰C. Der Steuerkreis 23 ist so ausgelegt, daß er ein Signal zum Umschalten von der Drucksteuerung auf die Temperatursteuerung vorsieht,- wenn der Druck im System niedriger als der zuvor erwähnte Druck ist. Ein Umschalten von Temperatursteuerung auf Drucksteuerung erfolgt,, wenn durch den Temperaturdetektor 24 eine Temperatur festgestellt wird, die niedriger ist als die zuvor erwähnte Temperatur, wodurch die Vorrichtung über den gesamten Lastbereich (Lastregion) automatisch geschützt wird. Dies bedeutet, daß bei der Kühl- und Heizvorrichtung entsprechend der fünften Ausführungsform der Erfindung beim Heizbetrieb sowohl der Druck im System als auch die Temperatur des Kältemittels im Kreis angezeigt werden, wodurch der Systemdruck und die Kältemitteltemperatur auf Werte eingestellt werden können, die für den Schutz der Vorrichtung geeignet sind.

. Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen ist die Wärmequelle des Kältemittels 5 nicht besonders begrenzt. Dies bedeutet, daß eine Vielzahl von Wärmequellen verwendet werden können, die gasförmige oder flüssige Brennstoffe verwenden. '

Es ist aus der vorstehenden Beschreibung deutlich, daß die Kondensation von Tau im Kältemittelheizer während des Kühlvorganges eliminiert werden kann und die Degradation der Betriebszuverlässigkeit infolge einer Zunahme in der Anzahl von Ventilen oder dgl. verhindert werden kann. Da dieselbe Phase des Kältemittels in jedem der jeweiligen Verbindungsrohre des inhäusigen Wärmeaustauschers sowohl beim Kühl- als auch beim Heizvorgang strömt, können die Verbindungsrohre jeweils aus Rohren für nur flüssiges oder nur gasförmiges Kältemittel hergestellt werden, was die Verrohrung und deren Behandlung wesentlich vereinfacht.

Leerseite

Claims

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Tokyo / Japan

Kühl- und Heizvorrichtung

Patentansprüche

/Kühl- und Heizvorrichtung, gekennzeichnet durch s- ·

(a) einen Kühlkreis mit einem Serienkreis eines außerhäusigen Wärmeaustauschers (2), einer Widerstandseinrichtung (10) und eines inhäusigen Wärmeaustauschers (4) ;

(b) einen zwischen dem inhäusigen Wärmeaustauscher (4) und dem außerhäusigen Wärmeaustauscher (2) im Kühlkreis zwischengeschalteten Kompressor (1) zum Zirkulieren des Kältemittels im Kühlkreis und in einem Heizkreis, welcher Heizkreis einen Zykluskreis umfaßt, welcher zwischen einer Abgabeauslaßseite des Kompressors (1) und dem außerhäusigen Wärmeaustauscher (2) im genannten Kühlkreis abzweigt und zur Saugeinlaßsaite des Kompressors über den inhäusigen Wärmeaustauscher (4) zurückkehrt; und

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(c) einen Kältemittelheizer (5) im genannten Heizkreis, welcher einen Verbindungspunkt zwischen dem inhäusigen Wärmeaustauscher (4) und dem Kompressor (1) und einem Verbindungspunkt zwischen der genannten Widerstandseinrichtung (10) und dem inhäusigen Wärmeaustauscher (4) überbrückt, wobei ein Hochtemperatur-Kältemittel, welches durch den Kältemittelheizer (5) erhitzt ist, in einem Heizzykluskreis zirkuliert, und zwar vom Kompressor (1), dann strömend im in- - häusigen Wärmeaustauscher (4) in einer Richtung entgegengesetzt der Richtung, in der das Kältemittel im Kühlkreis strömt, wärmeabgebend und in den genannten Kältemittelheizer gelangend, wo das Kältemittel erneut erhitzt wird, und dann zurückkehrend zum Kompressor (1).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ventileinrichtung zum Steuern des Kältemittelstromes im Kühl- und Heizkreis vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die genannte Ventileinrichtung ein Ventil (8,13) sowohl im Kühl- als auch im Heizkreis enthält.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Ventileinrichtung zumindest ein Elektromagnetventil enthält.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Ventileinrichtung zumindest ein normalerweise geschlossenes Elektromagnetventil enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Widerstandseinrichtung ein Kapillarrohr (10) ist.
7 „ Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch einen Überführkreis (15), welcher mit der genannten Widerstandseinrichtung (10) parallelgeschaltet ist, wobei das Kältemittel auf der Seite des außerhäusigen Wärmeaustauschers (2) über den - überführkreis (15) in den Heizkreis strömen kann, und zwar beim überschalten vom Kühlbetrieb auf den Heizbetrieb,
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Überführkreis ein Ventil (16) zum Öffnen und Schließen des Überführkreises enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß das Ventil ein Elektromagnetventil ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Überführkreis (15) zwischen dem Verbindungspunkt zwischen dem außerhäusigen Wärmeaustauscher (2) und der Widerstandseinrichtung (10) im Kühlkreis und dem Verbindungspunkt zwischen dem Kältemittelheizer (5) und dem inhäusigen Wärmeaustauscher (4) des Heizkreises geschaltet ist.
11» Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch g e k e η η zeichnet, daß ein Ventil zwischen dem Verbindungspunkt dem Überführkreises (15) und dem genannten Heizkreis sowie dem inhäusigen Wärmeaustauscher (4) vorgesehen ist.

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12. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen dem Verbindungspunkt des Überführkreises (15) und dem genannten Heizkreis sowie dem inhäusigen Wärmeaustauscher ein Ventil vorgesehen ist, welches Ventil ein solches Ventil ist, welches nur eine Einwegströmung des Kältemittels zum genannten Kältemittelheizer (5) vom inhäusigen Wärmeaustauscher (4) erlaubt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein Flüssigkeitsabsorptionsglied (21) auf der Saugeinlaßseite des Kompressors (1) vorgesehen ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen der Saugeinlaßseite und der Abgabeauslaßseite des Kompressors (1) ein Ausgleichskreis (18) vorgesehen ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß das Widerstandselement (20) im genannten Ausgleichskreis (18) vorgesehen ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der genannte Ausgleichskreis mit dem 'außerhäusigen Wärmeaustauscher (2) im Kühlkreis parallelgeschaltet ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der Ausgleichskreis mit einem Serienkreis parallelgeschaltet ist, welcher Kreis aus dem außerhäusigen Wärmeaustauscher (2) und einem Ventil zum Steuern der Strömung des Kältemittels im genannten

Kühlkreis umfaßt,
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , daß das Ventil zum Steuern der Strö- iming des Kältemittels ein Elektromagnetventil ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die flüssigkeitsabsorbierenden Glieder (21 ,22) in der Nähe des Saugeinlasses des genann- " ten Kompressors (1) bzw. der Nähe des Auslasses des genannten Kältemxttelheizers vorgesehen sind.
20„ Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß sie eine Steuereinrichtung (23, 24^25) zum Steuern eines Heizwertes des Kältemittel-' heizers (5) im genannten Heizzykluskreis entsprechend der Temperatur des Kältemittels an der Auslaßseite des genannten Kältemxttelheizers im Fall einer Hochlast und entsprechend dem Druck an der Abgabeauslaßseite des Kompressors (1) für den Fall der Niedriglast umfaßt.
ο Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Phasen des genannten Kältemittels an jeder Seite des inhäusigen Wärmeaustauschers (4) gleich gehalten wird, und zwar unabhängig davon, ob die Vorrichtung als Kühlvorrichtung oder als Heizvorrichtung arbeitet.
22. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß ein Ventil zwischen dem genannten Auslaß des Kompressors CD und einem Verbindungspunkt zwischen dieser Auslaßseite des Kompressors (1) und dem inhäusigen Wärmeaustauscher (4) angeordnet ist.

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23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen dem genannten Verbindungspunkt zwischen dem inhäusigen Wärmeaustauscher (4) und dem Kompressor (1) und einem weiteren Verbindungspunkt zwischen der Auslaßseite des Kompressors (1) und dem inhäusigen Wärmeaustauscher (4) eine weitere Widerstandseinrichtung vorgesehen ist.