DE3431452A1

DE3431452A1 - Als waermepumpe genutztes kuehl- oder gefriergeraet

Info

Publication number: DE3431452A1
Application number: DE19843431452
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Ing. 7928 Giengen Holz; Helmut Dr.-Ing. Dr. Lotz
Original assignee: Bosch Siemens Hausgerate GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 1984-08-27
Filing date: 1984-08-27
Publication date: 1986-02-27

Description

BOSCH-SIEMENS HAUSGERÄTE GMBH , 8000 München 80, 26.07.1984

7000 Stuttgart Hochstraße 17

TZP 84/409 Wi/hü

Als Wärmepumpe genutztes Kühl- oder Gefriergerät

Die Erfindung betrifft ein als Wärmepumpe genutztes Kühl- oder Gefriergerät, insbesondere für Haushaltszwecke, mit einer Kompressions-Kältemaschine, deren Kondensator im Wärmeaustausch mit einem Wasserspeicher oder dgl. steht und deren dem Kühl- oder Gefrierraum zugeordnetes Haupt-Verdampfersystem wenigstens einen zusätzlichen Verdampfer aufweist, welcher dem Haupt-Verdampfersystem über einen alternativ schaltbaren Zweig parallel liegt und bei Einschaltung in den Kreislauf Wärme aus der Umgebungsluft aufnimmt.

Bei einem aus der DE-PS 10 32 774 bekannten Gerät der genannten Art ist im Kältekreislauf der als Wärmepumpe genutzten Kompressions-Kältemaschine sowohl ein zusätzlicher Verdampfer als auch ein zusätzlicher Kondensator vorgesehen. Diese zusätzlichen Wärmetauscher sind außerhalb des Gerätes angeordnet und der Raumluft ausgesetzt. Sie lassen sich wahlweise in den Kältekreislauf einschalten, wenn beispielsweise bei erhöhtem Warmwasserverbrauch die aus dem Gerät abgeführte Wärmemenge nicht ausreicht, um das Wasser in der gewünschten Weise aufzuheizen oder bei geringem bzw. vorübergehend völlig eingestelltem Warmwasserverbrauch die Gefahr einer Überhitzung des Kondensators besteht.

Im ersten Fall wird hierbei mit dem zusätzlichen Verdampfer der Umgebungsluft Wärme und Feuchtigkeit entzogen, während im zweiten Falle Wärme an die Raumluft abgegeben wird.

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Bei einem aus der US-PS 27 00 279 bekannten anderen Gerät ist anstelle des zusätzlichen Kondensators ein mit einem Thermostatventil gesteuerter Wasser-Luft-Wärmetauscher vorgesehen, der im Falle geringen Warmwasserverbrauches Wärme aus dem Wasserspeicher abführt. Dieser zusätzliche Wärmetauscher und dessen Verbindung mit dem Wasserspeicher erfordern aber ebenfalls einen hohen Aufwand.

Der zusätzliche, zur Abfuhr überschüssiger Wärme im Wasserspeicher dienende Wärmetauscher ist nach der US-PS 29 68 934 durch ein im Wasserzulauf des Wasserspeichers sitzendes, temperaturgesteuertes Ventil ersetzt, welches im Falle einer drohenden Überhitzung des Wasserspeichers und damit des Kondensators kaltes Wasser nachströmen läßt.

Während in den beiden ersten Fällen kostenaufwendige, zusätzliche Wärmetauscher sowohl auf der kalten als auch auf der warmen Seite der Kompressions-Kältemaschine erforderlich sind, wird im letzten Falle anstelle des zusätzlichen Kondensators ein wärmegesteuertes Ventil benötigt, das aus Gründen der Betriebssicherheit unbedingt zuverlässig sein muß und daher aufwendig und teuer ist. Darüber hinaus wirkt sich bei der zuletzt genannten Lösung der erhöhte Wasserverbrauch kostensteigernd aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Kühl- und Gefriergerät der eingangs näher beschriebenen Art zu vereinfachen und deren Betriebssicherheit zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der zusätzliche Verdampfer über einen den Kondensator und das Schaltorgan zur alternativen Schaltung der beiden parallelen Zweige überbrückenden Beipaß und entsprechende zusätzliche Schaltorgane als Kondensator schaltbar ist, mit dessen Hilfe bei zu geringer Wasserentnahme aus dem Wasserspeicher die mit der Kompressor-Kältemaschine abgeführte Wärmeenergie an die Umgebungsluft abgegeben wird.

Aufgrund der erfindungsgemäß im Kreislauf der als Wärmepumpe genutzten Kompressions-Kältemaschine angeordneten Beipasses und entsprechender Schaltorgane gelingt es auf einfache Weise, den zusätzlichen Verdampfer im Bedarfsfalle als Kondensator zu nutzen und dadurch die Kosten, den Raumbedarf und das Gewicht des damit ausgestatteten Gerätes zu verringern und dabei gleichzeitig dessen Funktionstüchtigkeit zu steigern.

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Nach einer bevorzugten Weiterbildung des Gegenstandes der Erfindung ist vorgesehen, daß als Schaltorgan zur alternativen Schaltung der die Verdampfer enthaltenden parallelen Zweige ein Dreiwege-Wechselventil dient und daß dem Haupt-Verdampfersystem ein Durchgangs-Absperrventil nachgeschaltet ist, welches bei geöffnetem Zweig für den zusätzlichen Verdampfer geschlossen ist.

Hierdurch wird im Falle der Inbetriebnahme des zusätzlichen Verdampfers zur Wärmegewinnung aus der Luft und den damit gegebenen veränderten Betriebsbedingungen der Kompressions-Kältemaschine eine unerwünschte .Kältemittelverlagerung aus dem Hauptverdampfersystem weitgehend vermieden.

Entsprechend einer zusätzlichen vorteilhaften Weiterbildung des Gegenstandes der Erfindung ist vorgesehen, daß in dem Zweig des zusätzlichen Verdampfers ein in Strömungsrichtung hinter diesem liegendes Dreiwege-Wechselventil angeordnet ist, von dem aus im Falle der Schaltung des zusätzlichen Verdampfers als Kondensator flüssiges Kältemittel über einen Leitungszweig in den Paralellzweig des Haupt-Verdampfersystems vor dessen Drosselorgan eingeleitet wird.

Schließlich ist nach einer anderen Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung vorgesehen, daß der Beipaß für den Kondensator durch eine mit einem Durchgangs-Absperrventil versehene Leitung gebildet ist, die im Kältekreislauf der Kompressor-Kältemaschine vor deren Kondensator und hinter dem zusätzlchen Verdampfer an dem parallelen Zweig angeschlossen ist und daß eine die beiden parallelen Zweige verbindende Verbindungsleitung einerseits hinter dem Drosselorgan des zusätzlichen Verdampfers und andererseits vor dem Drosselorgan des Haupt-Verdampfersystems angeschlossen ist.

Weitere, in den Ansprüchen gekennzeichnete vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung anhand von zwei, in der beigefügten Zeichnung als vereinfachte Schaltbilder dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Den Kältekreislauf einer als Wärmepumpe genutzten Kompressions-Kältemaschine mit einem zu deren Haupt-Verdampfersystem parallel liegenden, zusätzlichen Verdampfer, welcher über einen den Kondensator

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und das Schaltorgan zur alternativen Schaltung der beiden parallelen Zweige überbrückenden Beipaß als Kondenstor schaltbar ist, als erstes Ausführungsbeispiel und

Fig. 2 einen der Fig. 1 entsprechenden Kältekreislauf, bei dem der Beipaß für den Kondensator durch eine mit einem Durchgangs-Absperrventil versehene Leitung gebildet ist, die im Kältekreislauf der Kompressor-Kältemaschine vor deren Kondensator und hinter dem zusätzlichen Verdampfer an den parallelen Zweig angeschlossen ist, als zweites Ausführungsbeispiel.

In den Fig. 1 und 2 sind zwei verschiedene, jedoch in ihren wesentlichen Bestandteilen übereinstimmende und in soweit mit gleichen Bezugszahlen versehene Schaltbilder von als Wärmepumpen nutzbaren Kompressions-Kältemaschinen für Haushalts-Kühl- oder Gefriergeräte dargestellt. Hierbei ist mit 10 jeweils ein Verdichter bezeichnet, mit dem im geschlossenen Kreislauf Kältemitteldampf angesaugt und verdichtet wird. Über eine Druckleitung 11 wird der aus dem Verdichter 10 austretende , komprimierte Kältemitteldampf einem Kondensator 12 zugeführt. Dieser Kondensator 12 kann als sog. Direktkondensator oder auch als Koaxial-Kondensator ausgebildet sein, wobei letzterer mit einem Sekundärkreislauf für ein Wärmeübertragungsmedium ausgestattet sein kann. Im Kondensator 12 wird die beim Verdampfen des Kältemittels aufgenommene Wärme und zusätzlich die in Wärme umgesetzte Verlustleistung des Verdichters 10 an einen Wasserspeicher 13 abgegeben, wobei sich der verdichtete Kältemitteldampf verflüssigt und dabei das Wasser im Wasserspeicher 13 erwärmt. Das auf diese Weise verflüssigte Kältemittel wird in einem dem Kondensator 12 nachgeschalteten Sammler 14 gespeichert. Dieser Sammler 14 erfüllt die Aufgabe, Füllungs- bzw. Volumensunterschiede der nachgeschalteten, alternativ mit flüssigem Kältemittel beaufschlagbaren Elemente des Kältekreislaufs auszugleichen.

Über ein dem Sammler 14 nachgeschaltetes Dreiwege-Wechselventil 15 ist der weitere Weg des flüssigen Kältemittels im Kreislauf zwischen zwei einander parallelen Zweigen 16 und 17 umschaltbar, von denen jeder mit einem Drosselorgan und einem Verdampfer ausgestattet ist. In dem mit 16 bezeichneten Zweig liegt ein Drosselorgan 18 m das Haupt-Verdampfersystem 19 eines nur mit gestrichelten Linien symbolisch angedeuteten Kühl- oder Gefriergerätes 20. Dieses Haupt-Verdampfersy-

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stem 19 kann in der üblichen Weise sowohl statisch belüftet als auch mit einem Axial-Ventilator 21 zwangsbelüftet sein, wobei die Ausstattung mit dem Ventilator 21 den Betrieb des Kühl- oder Gefriergeräte^{s 2}O in Nofrost-Technik gestattet.

Vom Haupt-Verdampfersystem 19 wird der darin durch Wärmeaufnahme entstehende Kältemitteldampf über eine mit einem Durchgangs-Absperrventil 22 versehene Saugleitung 23 vom Verdichter 10 angesaugt und somit der alternative Kreislauf über den Zweig 16 geschlossen.

In den mit 17 bezeichneten, vom Dreiwege-Wechselventil 15 ausgehenden parallelen Zweig des Kältekreislaufs liegt ein zusätzlicher Verdampfer 24, dem als Drosselorgan ein thermostatisch gesteuertes Expansionsventil 25 vorgeschaltet ist. Mit dem zusätzlichen Verdampfer 24, der in den dargestellten Ausführungsbeispielen ebenfalls mit einem Axial-Ventilator 26 dynamisch belüftbar ist, kann bei fehlender Wärmeaufnahme aus dem Kühl-/Gefriergerät 20 durch Umschalten des Kältekreislaufs Wärme aus der Umgebungsluft aufgenommen werden. In diesem Falle wird gleichzeitig mit dem Umschalten des Dreiwege-Wechselventils 15 das Durchgangs-Absperrventil 22 geschlossen. Dabei dient das Durchgangs-Absperrventil 22 dazu, bei den nunmehr veränderten Betriebsbedingungen und der wesentlich höheren Verdampfertemperatur eine Kältemittel-Verlagerung zu vermeiden. Über eine an die Saugleitung 23 in Strömungsrichtung hinter dem Durchgangs-Absperrventil 22 angeschlossene Verbindungsleitung 27 ist der alternative Kreislauf über den zusätzlichen Verdampfer 24 geschlossen.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel des Kältekreislaufes einer als Wärmepumpe genutzten Kompressor-Kältemaschine für ein Kühl- oder Gefriergerät ist der zusätzliche Verdampfer 24 über einen den Kondensator 12 und das als Schaltorgan zur alternativen Schaltung der beiden parallelen Zweige 16 und 17 dieneden Dreiwege-Ventil 15 überbrückenden Beipaß 28 und ein weiteres Dreiweg-Wechselventil 29 sowie ein in Strömungsrichtung hinter dem zusätzlichen Verdampfer 24 in der Verbindungsleitung 27 liegendes drittes Dreiwege-Wechselventil 30 und schließlich eine an dessen einen Ausgang an den Leitungszweig 16 in Strömungsrichtung vor dem Drosselorgan 18 des Haupt-Verdampfersystems 19 angeschlossene Überbrückungsleitung 31 als Kondensator schaltbar.

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Diese Schaltung als Kondensator wird wirksam, wenn bei nur geringer oder vorübergehend vollständig eingestellter Wasserentnahme aus dem Wasserspeicher 13 die Gefahr einer Überhitzung des mit dem Wasserspeicher 13 in Wärmeaustausch stehenden Kondensators 12 auftreten sollte. In diesem Falle wirkt nach entsprechender Einstellung der Dreiwege-Wechselventile 15, 29 und 30 der zusätzliche Verdampfer 24 als Kondensator und gewährleistet somit unter diesen besonderen Bedingungen die ungestörte Fortsetzung des Kühlbetriebes im Kühl- oder Gefriergerät. Dabei kann die Umstellung der Dreiwege-Wechselventile in bekannter Weise automatisch erfolgen.

Zur Umstellung des Kältekreislaufs in der beschriebenen Weise ist es lediglich erforderlich, den direkten Kältemittelstrom zum Haupt-Verdampfersystem 19 über das Dreiwege-Wechselventil 15 zu unterbrechen und die beiden Dreiwege-Wechselventile 29 und 30 so einzustellen, daß nunmehr der vom Verdichter 10 ausgestoßene komprimierte Kältemitteldampf über den Beipaß 28 direkt in den in diesem Fall als Kondensator wirkenden Zusatz-Verdampfer 24 gelangt, dort unter Wärmeabgabe an die Umgebungsluft kondensiert und in flüssiger Form über das entsprechend eingestellte Dreiwege-Wechselventil 30 und die Überbrückung 31 in das Drosselorgan 18 und von dort in das Haupt-Verdampfersystem 19 gelangt.

Bei dem in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine mit einem Durchgangs-Absperrventil 32 versehene Überbrückungsleitung 33 einerseits zwischen dem Verdichter 10 und dem Verflüssiger 12 an die Druckleitung 11 und andererseits in Strömungsrichtung hinter dem zusätzlichen Verdampfer 24 an die Verbindungsleitung 27 angeschlossen. Der Anschluß der Verbindungsleitung 27 an die Saugleitung 23 ist in diesem Falle mit einem Dreiwege-Wechselventil 34 versehen. Zusätzlich befindet sich in diesem Kreislauf noch eine Verbindungsleitung 35, die einerseits in Strömungsrichtung vor dem Drosselorgan 18 im Leitungszweig 16 des Haupt-Verdampfersystems 19 und andererseits hinter dem Drosselorgan 25 an den zum Zusatzverdampfer 24 führenden Leitungszweig 17 angeschlossen ist und so im Bedarfsfall die Schaltung dieses Zusatzverdampfers 24 als Kondensator zuläßt. Hierzu ist es dann lediglich erforderlich, das bei normalem Betrieb geschlossene Durchgangs-Absperrventil 32 in der Überbrückungsleitung 33Γ öffnen und durch entsprechendes Einstellen

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des Dreiwege-Wechselventils 34 dafür zu sorgen, daß nunmehr der vom Verdichter 10 ausgestoßene komprimierte Kältemitteldampf durch die Verbidnungsleitung 27 in umgekehrter Strömungsrichtung in den auch in diesem Falle als Kondensator wirkenden Zusatzverdampfer 24 gelangt. Das in dem Zusatzverdampfer 24 kondensierte Kältemittel gelangt in flüssiger Form über die Verbindungsleitung 35 und den das Drosselorgan 18 enthaltenden Leitungszweig 16 in das Haupt-Verdampfersystem 19, wo es unter Aufnahme von Wärme aus dem im Kühl- oder Gefriergerät gelagerten Gut verdampft. Der dort entstehende Kältemitteldampf wird dann über die Saugleitung 23, das geöffnete Durchgangs-Absperrventil 22 und das Dreiwege-Wechselventil 34 vom Verdichter 10 angesaugt.

Außer den in den dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispielen gezeigten Schaltungen sind selbstverständlich weitere Schaltungen denkbar, mit denen das wesentliche Merkmal des beschriebenen Systems, den zusätzlichen Verdampfer 24 im Bedarfsfalle durch Umschalten als Kondensator zu nutzen und dadurch den sonst für derartige Zwecke erforderlichen zusätzlichen Kondensator einzusparen, erreicht wird.

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Claims

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Ansprüche

\\J Als Wärmepumpe genutztes Kühl- oder Gefriergerät, insbesondere für Haushaltszwecke, mit einer Kompressions-Kältemaschine, deren Kondensator im Wärmeaustausch mit einem Wasserspeicher oder dgl. steht und deren dem Kühloder Gefrierraum zugeordnetes Haupt-Verdampfersystem wenigstens einen zusätzlichen Verdampfer aufweist, welcher dem Haupt-Verdampfersystem über einen alternativ schaltbaren Zweig parallel liegt und bei Einschaltung in den Kreislauf Wärme aus der Umgebungsluft aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Verdampfer (24) über einen den Kondensator (12) und das Schaltorgan (15) zur alternativen Schaltung der beiden parallelen Zweige (16, 17) überbrückenden Beipaß (28) und entsprechende zusätzliche Schaltorgane als Kondensator schaltbar ist, mit dessen Hilfe bei zu geringer Wasserentnahme aus dem Wasserspeicher (13) die mit der Kompressor-Kältemaschine abgeführte Wärmeenergie an die Umgebungsluft abgegeben wird.
2. Kühl- und Gefriergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltorgan zur alternativen Schaltung der die Verdampfer(19, 24), enthaltenden parallelen Zweige (16, 17) ein Dreiwege-Wechselventil (15) dient, und daß dem Haupt-Verdampfersystem (19) ein Durchgangs-Absperrventil (22) nachgeschaltet ist, welches bei geöffnetem Zweig (17) für den zusätzlichen Verdampfer (24) geschlossen ist.
3. Kühl- und Gefriergerät, nach önspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zweig (17) des zusätzlichen Verdampfers (24) ein in Strömungsrichtung hinter diesem liegendes Dreiwege-Wechselventil (30) angeordnet ist, von dem aus im Falle der Schaltung des zusätzlichen Verdampfers (24) als Kondensator flüssiges Kältemittel über einen Leitungszweig (3l) in den Parallelzweig (16) des Haupt-Verdampfersystems (19) vor dessen Drosselorgan (18) eingeleitet wird.

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4. Kühl- und Gefriergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Beipaß für den Kondensator (12) durch eine mit einem Durchgangs-Absperrventil (32) vesehene Leitung (33) gebildet ist, die im Kältekreislauf der Kompressor-Kältemaschine vor deren Kondensator 12 und hinter dem zusätzlichen Verdampfer (24) an dem parallelen Zweig 17 angeschlossen ist und daß eine die beiden parallelen Zweige 16 und 17 verbindende Verbindungsleitung (35) einerseits hinter dem Drosselorgan (25) des zusätzlichen Verdampfers (24) und andererseits vor dem Drosselorgan (18) des Haupt-Verdampfersystems (19) angeschlossen ist.
5. Kühl- und Gefriergerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die hinter den Verdampfern (19 und 24) liegende Zusammenführung der parallelen Zweige (16 und 17) mit einem Dreiwege-Wechselventil (34) versehen ist.