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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1. Erfindungsgebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmetauscheinheit mit einem
ersten Wärmetauscher, der
als eine Luftheizquelle dient, und einem zweiten Wärmetauscher
zum Erwärmen
von Kühlmittel
mit dem erwärmten
Fluid, eine Klimaanlage mit der Wärmetauscheinheit und ein Klimaanlagensystem
mit der Klimaanlage.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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In
einer so kalten Region wie Hokkaido erzeugt eine sogenannte "Wärmepumpen-Klimaanlage", die eine Luftheizquelle beim Heizvorgang
verwendet, in einigen Fällen
keine ausreichende Heizwirkung. Um in diesen Fällen eine Gegenmaßnahme zu
erreichen, ist eine Klimaanlage der Wärmepumpenbauart vorgeschlagen
worden, die mit einem Gerät
zum Heizen des Kühlmittels
mit einem Boiler oder dergleichen ausgerüstet ist, um das erwärmte Kühlmittel
als eine Heizquelle zu verwenden (wie in der offenbarten japanischen
Gebrauchsmusterveröffentlichung
Nr. Hei-6-33296 offenbart).
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In
einer derartigen Klimaanlage muss, wenn das Kühlmittel direkt durch einen
Boiler erhitzt wird, die Verbrennungsleistung des Boilers in Übereinstimmung
mit einer Klimaanlagenlast eingestellt werden und somit muss ein
Boiler, der die Möglichkeit
der Einstellung der Verbrennungsleistung hat oder eine Steuerausrüstung zum
Steuern der Verbrennungsleistung eines Boilers hat, in der Klimaanlage
der Wärmepumpenbauart
instal liert werden. Demgemäß ist bei
dieser Art von Klimaanlage die Kostenerhöhung unvermeidbar. Weiterhin
sind bei dieser Bauart von Klimaanlage ein Kompressor, ein Luftgebläse (Ventilator),
ein Wärmetauscher
etc. in einem Gehäuse
der Wärmetauscheinheit
aufgenommen und das Gehäuse
ist so gestaltet, dass es einen exklusiv verwendeten Raum (Kammer)
zur Aufnahme eines Wärmetauschers
hat, der dazu verwendet wird, zwischen dem Kühlmittel und dem Boiler einen
Wärmetausch durchzuführen. Daher
muss das Gehäuse
der Wärmetauscheinheit
mit einer großen
Baugröße gestaltet sein.
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Eine
Klimaanlage gemäß dem Oberbegriff des
Hauptanspruches 1 ist aus der US-A-4 553 401 bekannt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist daher eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Klimaanlage
zu schaffen, bei der ein zweiter Wärmetauscher zum Erwärmen des Kühlmittels
bei weitgehendem Unterdrücken
der Kostensteigerung installiert werden kann.
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Eine
zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Klimaanlage
zu schaffen, bei der eine große
Baugröße für ein Gehäuse unnötig ist,
in welchem ein Kompressor, ein Luftgebläse etc. aufgenommen sind, selbst
wenn in dem Gehäuse
ein zweiter Wärmetauscher
für das
Heizen des Kühlmittels
installiert ist.
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Diese
Aufgaben werden durch die Merkmale des Hauptanspruches gelöst.
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Vorteilhafte
Verwendungen der Klimaanlage gemäß Patentanspruch
1 sind in den Ansprüchen
2 und 3 definiert.
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In
der vorstehend beschriebenen Wärmetauscheinheit
ist der erste Wärmetauscher
um das Luftgebläse
so angeordnet, dass wenigstens ein Teil der Umgebung des Luftgebläses ge öffnet ist
und der zweite Wärmetauscher
ist an dem offenen Teil des ersten Wärmetauschers angeordnet.
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In
der vorstehend beschriebenen Wärmetauscheinheit
ist der erste Wärmetauscher
so gestaltet, dass er einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt hat, das
Luftgebläse
im Wesentlichen in der Mitte des ersten Wärmetauschers angeordnet ist,
der zweite Wärmetauscher
an dem offenen Endteil des mit einem U-förmigen Querschnitt versehenen
ersten Wärmetauschers
angeordnet ist, und an dem offenen Teil ist eine Fluidleitung angeordnet,
die mit dem zweiten Wärmetauscher
verbunden ist.
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In
der vorstehend beschriebenen Wärmetauscheinheit
ist der erste Wärmetauscher
so gestaltet, dass er einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt hat, das
Luftgebläse
im Wesentlichen in der Mitte des ersten Wärmetauschers angeordnet ist,
der zweite Wärmetauscher
an dem offenen Teil des mit einem U-förmigen Querschnitt versehenen
ersten Wärmetauschers
angeordnet ist, und an dem offenen Teil ein Bedienungspaneel lösbar befestigt
ist.
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In
der vorstehend beschriebenen Wärmetauscheinheit
ist eine mit dem zweiten Wärmetauscher verbundene
Kühlmittelleitung
entlang des ersten Wärmetauschers
angeordnet.
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In
der vorstehend beschriebenen Wärmetauscheinheit
hat der zweite Wärmetauscher
ein Gehäuse,
dem sowohl das Fluid als auch das Kühlmittel zugeführt werden,
um zwischen dem Fluid und dem Kühlmittel
einen Wärmetausch
durchzuführen
und der obere Teil des Gehäuses
ist mit einer Auslassöffnung
für das
Fluid und einer Auslassöffnung
für das Kühlmittel
versehen, während
der untere Teil des Gehäuses
mit einer Einlassöffnung
für das
Fluid und einer Auslassöffnung
für das
Kühlmittel
versehen ist.
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In
der vorstehend beschriebenen Wärmetauscheinheit
hat das Gehäuse
wenigstens eine Haltestange, und der zweite Wärmetauscher ist an der Haltestange
des Gehäuses
befestigt.
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Die
vorstehend beschriebene Wärmetauscheinheit
hat ferner ein Halteelement zum Halten des zweiten Wärmetauschers
durch Einfügen
des zweiten Wärmetauschers
zwischen diese, wobei das Gehäuse
wenigstens eine Haltestange hat und das Halteelement an der Haltestange
des Gehäuses
befestigt ist.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Kühlmittelkreislaufdiagramm
eines Klimaanlagensystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
ein Diagramm, das den Betriebszustand eines in der 1 gezeigten
Kompressors zeigt;
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3 ist
ein Diagramm, das den Öffnen/Schließen-Zustand
eines in der 1 gezeigten Öffnen/Schließen-Ventils
zeigt;
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4 ist
eine erste Modifikation einer Fluidmengen-Einstelleinrichtung des
in der 1 gezeigten Kühlmittelschaltkreises;
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5 ist
eine zweite Modifikation der Fluidmengen-Einstelleinrichtung des
in der 1 gezeigten Kühlmittelschaltkreises;
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6 ist
eine dritte Modifikation der Fluidmengen-Einstelleinrichtung des
in der 1 gezeigten Kühlmittelschaltkreises;
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7 ist
eine Draufsicht auf eine in der 1 gezeigte
Außenwärmetauscheinheit; 8 ist eine
Seitenansicht der Außenwärmetauscheinheit gemäß 1;
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9 ist
eine Draufsicht, die die Innenstruktur der in der 1 gezeigten
Außenwärmetauscheinheit
zeigt;
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10 ist
ein Längsschnitt,
der die Innenstruktur der in der 1 gezeigten
Wärmetauscheinheit
zeigt;
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11 ist
eine explosionsartige perspektivische Ansicht eines zweiten Wärmetauschers;
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12 ist
ein Diagramm, das die Wärmetauscheffizienz
des zweiten, in der 11 gezeigten Wärmetauschers
zeigt;
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13 ist
eine perspektivische Ansicht der Außeneinheit, die den Zustand
zeigt, bei dem ein großes
Bedienungspaneel gelöst
ist;
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14 zeigt
eine Laminatmetallplatte, die im Fall des in der 11 gezeigten
zweiten Wärmetauschers
vorgesehen ist; und
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15 zeigt
eine Heizquellenwasserpassage und eine Kühlmittelpassage, die durch
die in der 14 gezeigte Laminatmetallplatte
gebildet ist.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Bevorzugte
Ausführungsformen
gemäß der vorliegenden
Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die begleitenden
Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt
ein Klimaanlagensystem mit einer Klimaanlage gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Das Klimaanlagensystem hat eine Außeneinheit 1,
zwei Inneneinheiten 2a und 2b, einen Boiler (Heißwasserquelle) 3 und
eine Umwälzpumpe 4.
Die Bezugsziffer 5 bezeichnet eine Baueinheitenverbindungsleitung
zum Verbinden der Baueinheiten 1, 2a und 2b und
die Bezugsziffer 6 bezeichnet eine Kälteträgerleitung, in welcher die
Umwälzpumpe 4 angeordnet
ist.
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Jede
der Innenbaueinheiten 2a und 2b ist mit einem
Innenwärmetauscher
(nicht dargestellt), einem Temperatursensor (nicht dargestellt)
zum Detektieren der Temperatur des Innenwärmetauschers im Heizbetrieb
(die Kondensationstemperatur im Heizbetrieb), einer Expansionseinrichtung
(nicht dargestellt) und einem Innensensor 7a (7b)
zum Detektieren einer Zimmeranlagenlast eines Raums versehen. Die
Bezugsziffer 3 bezeichnet einen Boiler zum Heizen von Fluid,
wie beispielsweise Wasser oder dergleichen. Eine Heizvorrichtung
(nicht dargestellt) zum Heizen von Kälteträger ist in dem Boiler 3 eingebaut,
und der erhitzte Kälteträger darf
ebenfalls in eine Richtung fließen,
wie sie durch eine durchgezogene Linie angegeben ist, indem die
Umwälzpumpe betätigt wird.
In dieser Ausführungsform
ist die Umwälzpumpe 4 weder
in die Außeneinheit 1 noch
in den Boiler 3 eingebaut, sie kann jedoch in die Außeneinheit 1 oder
den Boiler 3 eingebaut sein.
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Die
Außeneinheit 1 ist
mit verschiedenen Elementen, wie unten beschrieben, ausgerüstet. Das heißt, die
Bezugsziffer 8 bezeichnet ein Kompressionsgerät und es
besteht aus zwei Kompressoren 9a und 9b. Der Kompressor 9a ist
als eine Leistungs-(Kapazitäts)-invariable Bauart
mit 6 PS bezeichnet und der Kompressor 9b ist als eine
Leistungs(Kapazitäts)-variable
Bauart mit maximal 4 PS bezeichnet. Die Bezugsziffer 10 bezeichnet
eine Hochdruckleitung mit einem Hochdruckventil 11 zum Öffnen/Schließen, das
mit dem Kompressor 9b verbunden ist. Durch Öffnen des
Hochdruck-Öffnen/Schließen-Ventils 11 wird
ein Hochdruck in einem Kühlzyklus
an den Kompressor 9b angelegt, um die Leistung (Kapazität) des Kompressors 9b auf
5 PS einzustellen. Die Bezugsziffer 12 bezeichnet eine Niederdruckleitung
mit einem Niederdruck-Öffnen/Schließen-Ventil 13,
das mit dem Kompressor 9b verbunden ist. Durch Öffnen des
Niederdruck-Öffnen/Schließen-Ventils 13 wird
der Kompressor 9b mit dem niederen Druck des Kühlmittelzyklus
beaufschlagt, um die Leistung (Kapazität) des Kompressors 9b auf
2 PS einzustellen.
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Die
Bezugsziffer 14 bezeichnet einen Ölseparator und dieser ist in
einer Ausgabeleitung 19 vorgesehen. Öl, welches in dem Ölseparator 14 getrennt ist,
wird durch eine Ölleitung 15 in
ein Ansaugrohr 16 des Kompressors 9b zurückgeführt. Die
Bezugsziffer 17 bezeichnet eine Nebenschlussleitung mit
einem Nebenschlussventil 18 zum Einstellen der Leistung und
kann die Ausgabeleitung 19 und eine Einsaugleitung 21 an
der vorderen Stufe eines Akkumulators 20 verbinden. Durch Öffnen des
Nebenschlussventils 18 wird Kühlmittel an der Hochdruckseite
während
des Kühlzyklus
in die Niederdruckseite während
des Kühlzyklus
zurückgeführt, wodurch
die Leistung des Kompressionsgerätes 8 um
1 PS reduziert wird. Die Bezugsziffer 22 bezeichnet ein
Vierwege-Umschaltventil. Das Vierwege-Umschaltventil ist im Heizbetrieb
in einen Schaltzustand, wie durch eine ge strichelte Linie dargestellt,
eingestellt, und in einem Kühlbetrieb
in einen Schaltzustand, wie durch eine durchgezogene Linie dargestellt,
eingestellt.
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Die
Bezugsziffer 23 bezeichnet einen Außenwärmetauscher (ersten Wärmetauscher),
und die Bezugsziffer 24a bezeichnet eine Eisverhinderungsspule,
die an der unteren Seite des Außenwärmetauschers 23 angeordnet
ist. Der Außenwärmetauscher ist,
wie in der 1 gezeigt, mit einer Kühlmittelleitung
verbunden. Die Bezugsziffer 24 bezeichnet ein Heiz-Öffnen/Schließen-Ventil.
Es ist in einem vollständig
offenen Zustand gesetzt, wenn eine Kühlmittelheizvorrichtung (zweiter
Wärmetauscher),
wie später
beschrieben, verwendet wird (im Heizvorgang wird keine Heizpumpe
verwendet), und es ist im Kühlbetrieb
in einen vollständig
geschlossenen Zustand gesetzt. Die Bezugsziffer 25 bezeichnet
ein Kühl-Öffnen/Schließen-Ventil.
Es ist sowohl im Kühlbetrieb
als auch im Heizbetrieb in den vollständig offenen Zustand gesetzt
(indem die Heizpumpe verwendet wird) und es ist im Heizbetrieb,
bei dem keine Heizpumpe verwendet wird, in einen vollständig geschlossenen
Zustand gesetzt.
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Die
Bezugsziffer 26 bezeichnet die Kühlmittelheizvorrichtung (zweiten
Wärmetauscher)
und heißes
Wasser, das durch den Boiler 3 erhitzt worden ist, hat
im zweiten Wärmetauscher 26 mit
dem Kühlmittel
einen Wärmetausch.
Eine Einlassleitung 27 einer Kühlmittelleitung 27' der Kühlmittelheizvorrichtung 26 ist
an die Hochdruckleitung des Kühlzyklus mittels
des Heiz-Öffnen/Schließen-Ventils 24 verbunden
und eine Ausgangsleitung 28 ist mit der Einsaugleitung
in der vorderen Stufe des Akkumulators 20 verbunden.
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Eine
Einlassleitung 29 der Kälteträgerleitung 6,
d. h. eine Einlassleitung, durch welche Fluid (beispielsweise heißes Wasser)
in den zweiten Wärmetauscher 26 geleitet
wird, ist mit einer Anzahl von Steuerventilen (Konstantströmungsmengenventil) 30 versehen,
die parallel zueinander angeordnet sind und dazu dienen, die Menge
des Fluids (heißes
Wasser), die dem zweiten Wärmetauscher
zugeführt wird,
einzustellen. Diese Steuerventile (erste und zweite Konstantströmungsmengenventile 31 und 32) funktionieren
in Kombi nation als Strömungsmengeneinstelleinrichtung
(das Merkmal der vorliegenden Erfindung).
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Im
Einzelnen funktioniert das erste Konstantströmungsmengenventil 31 dazu,
die Strömungsmenge
des Kälteträgers einzustellen,
so dass der Kälteträger mit
7,5 Liter/Minute dem zweiten Wärmetauscher 26 selbst
dann zugeführt
wird, wenn eine große
Menge des Kälteträgers (heißes Wasser)
vom Boiler 3 fließt.
Ferner dient das zweite Konstantströmungsmengenventil 32 dazu,
die Strömungsmenge des
Kälteträgers so
einzustellen, dass der Kälteträger dem
zweiten Wärmetauscher 26 mit
4 Liter/Minute selbst dann zugeführt
wird, wenn eine große
Menge Kälteträger (heißes Wasser)
vom Boiler 3 fließt. Die
Zuführmenge
des Kälteträgers zum
zweiten Wärmetauscher
ist wie vorstehend beschrieben nicht auf die vorstehend beschriebenen
spezifischen Ventile begrenzt, und diese Werte können in Übereinstimmung mit verschiedenen
Faktoren bestimmt werden. Die Bezugsziffer 33 bezeichnet
ein Öffnen/Schließen-Ventil,
das an der Einlassseite des zweiten Konstantströmungsmengenventils 32 vorgesehen
ist, und der Öffnen/Schließen-Vorgang
des Ventils wird in Übereinstimmung
mit einer Klimatisierungslast gesteuert. Das heißt, durch Öffnen des Öffnen/Schließen-Ventils 33 fließt Kälteträger mit
11,5 Liter/Minute in den zweiten Wärmetauscher 26. Andererseits fließt durch
Schließen
des Öffnen/Schließen-Ventils 33 Kälteträger mit
7,5 Liter/Minute in den zweiten Wärmetauscher 26. Diese
Konstruktion ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung und deren
Funktionsweise wird später
beschrieben.
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Die
Bezugsziffer 34 bezeichnet eine Steuerung für das vorstehend
beschriebene Klimaanlagensystem. Die Steuerung 34 empfängt Signale
von den Temperatursensoren und den Innensensoren 7a und 7b der
Innenbaueinheiten 2a und 2b, um eine Antriebsleistung
für das
Klimaanlagesystem einzustellen. Die Antriebsleistung des Kompressionsgerätes 8 und
der Offen/Geschlossen-Zustand des Nebenschlussventils 18 der
Nebenschlussleitung 17 sind, wie in der 2 gezeigt,
in Übereinstimmung
mit der eingestellten Antriebsleistung eingestellt, wodurch die
Leistung des Klimaanlagensystems schrittweise als 1 PS variiert
werden kann.
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Hierbei
fließt
im Kühlbetrieb
das vom Kompressionsgerät 8 ausgegebene
Kühlmittel,
wie in der 1 durch einen durchgezogenen
Pfeil angegeben, und der Innenwärmetauscher
(nicht dargestellt) wirkt als ein Verdampfer. Zu diesem Zeitpunkt
ist das Kühl-Öffnen/Schließen-Ventil 25 auf
den vollständig offenen
Zustand gesetzt, während
das Heiz-Öffnen/Schließ-Ventil 24 auf
den vollständig
geschlossenen Zustand gesetzt ist und die Verwendung des zweiten
Wärmetauschers 26 ist
beendet.
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Andererseits
fließt
im Heizbetrieb das von dem Kompressionsgerät 8 ausgegebene Kühlmittel wie
in einer gestrichelten Pfeillinie dargestellt, und der Innenwärmetauscher
(nicht dargestellt) wirkt als ein Kondensor. Wenn zu diesem Zeitpunkt
die Außentemperatur
oberhalb einer vorbestimmten Temperatur ist und somit entschieden
worden ist, dass nur der Heizpumpenbetrieb eine ausreichende Heizleistung
schaffen kann, ist, wie im Kühlbetrieb,
das Kühl-Öffnen/Schließen-Ventil 25 vollständig offen und
das Heiz-Öffnen/Schließen-Ventil 24 ist
vollständig
geschlossen, und zwar auf der Basis des Signals von der Steuerung 34,
wodurch die Verwendung des zweiten Wärmetauschers 26 beendet
ist. Wenn jedoch die Außentemperatur
unter einer vorbestimmten Temperatur liegt und somit entschieden
worden ist, dass nur der Heizpumpenbetrieb keine ausreichende Heizleistung
erzeugen kann, ist das Kühl-Öffnen/Schließen-Ventil 25 geschlossen
und das Heiz-Öffnen/Schließen-Ventil 24 ist
vollständig
geöffnet,
und zwar auf der Basis des Signals von der Steuerung 34 und
der Boiler 3 und die Umwälzpumpe 4 werden angetrieben.
Bei diesem Betrieb wird das Kühlmittel
in dem zweiten Wärmetauscher 26 durch das
heiße
Wasser (Kälteträger), das
durch den Boiler 3 erhitzt worden ist, erwärmt. Das
heißt,
das heiße Wasser
dient als Heizquelle zum Heizen des Kühlmittels.
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Die
vorliegende Erfindung arbeitet wirksam im Antriebsbetrieb, wenn
die Außentemperatur
unter der vorbestimmten Temperatur liegt und somit kann nur der
Heizpumpenbetrieb nicht eine ausreichende Heizleistung erzeugen.
Wie vorstehend beschrieben, empfängt
die Steuerung als Erstes die Signale von den Temperatursensoren
und den Innensensoren 7a und 7b der Innenbaueinheiten 2a und 2b,
um die Antriebsleistung des Klima anlagensystems einzustellen. In Übereinstimmung
mit der eingestellten Antriebsleistung werden die Antriebsleistung
des Kompressionsgerätes 8 und
der Offen/Geschlossen-Zustand
des Nebenschlussventils 18 der Nebenschlussleitung 17,
wie in der 2 gezeigt, eingestellt. Gleichzeitig
wird der Offen/Geschlossen-Zustand des Öffnen/Schließen-Ventils 33,
wie in der 3 gezeigt, auf der Basis der
Beziehung zwischen der Anzahl der betriebenen Innenbaueinheiten
(2a, 2b) und der Kondensationstemperatur (Kondensationstemperatur
im Heizbetrieb) der Innenbaueinheiten 2a und 2b gesetzt.
Das heißt,
wenn die Anzahl der zu betreibenden Innenbaueinheiten klein ist
und die Kondensationstemperatur oberhalb einer vorbestimmten Temperatur
ist, wird entschieden, dass durch den Kälteträger eine ausreichende Kühlmittelheizmenge
erhalten wird, und das Öffnen/Schließen-Ventil 33 wird
geschlossen, wodurch Kälteträger mit
4 Liter/Minute in den zweiten Wärmetauscher 26 fließt.
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Wenn
andererseits die Anzahl der zu betreibenden Innenbaueinheiten groß ist und
die Kondensationstemperatur unter der vorbestimmten Temperatur ist,
wird entschieden, dass durch den Kälteträger keine ausreichende Kühlmittelheizmenge
erhalten wird und das Öffnen/Schließen-Ventil 33 wird
geöffnet,
wodurch der Kälteträger mit
11,5 Liter/Minute in den zweiten Wärmetauscher 26 fließt.
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Wie
vorstehend beschrieben, werden die Leistung des Kompressionsgerätes 8 und
die Kälteträgermenge,
die in den zweiten Wärmetauscher 26 fließt, in Übereinstimmung
mit der Anzahl der arbeitenden Innenbaueinheiten 2a, 2b und
der Kondensationstemperatur (Klimatisierungslast) eingestellt. Demgemäß kann eine
an die Klimatisierungslast angepasste Leistung des Kompressionsgerätes 8 und Heizmenge
des Kühlmittels
erzielt werden.
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4 zeigt
eine erste Modifikation der in der 1 gezeigten
Fluidmengen-Einstelleinrichtung. Wie
in der 4 gezeigt, ist in der Einlassleitung 29 des
Kälteträgers ein
Dreiwege-Umschaltventil 40 vorgesehen. Eine Auslassleitung 41 des
Dreiwege- Umschaltventils 40 ist
mit der Kälteträgerleitung 6 verbunden,
um den zweiten Wärmetauscher 26 zu überbrücken.
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Ferner
zeigt 5 eine zweite Modifikation der in der 1 gezeigten
Fluidmengen-Einstelleinrichtung.
Wie in der 5 gezeigt, ist eine Nebenschlussleitung 51 zum Überbrücken eines
Teils 50 des zweiten Wärmetauschers 26 (beispielsweise
ein Teil einer Fluidpassage) als Fluidmengen-Einstelleinrichtung
vorgesehen. Wenn bei dieser Modifikation die Kühlmittelheizmenge in dem zweiten
Wärmetauscher 26 ausreichend
ist, wird ein in der Nebenschlussleitung 51 vorgesehenes Öffnen/Schließen-Ventil 52 geöffnet, um
zu verhindern, dass der Kälteträger in einen
Teil 50 des zweiten Wärmetauschers 26 fließt, wodurch
die Strömungsmenge
in den zweiten Wärmetauscher 26 eingestellt
wird.
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6 zeigt
eine dritte Modifikation der in der 1 gezeigten
Fluidmengen-Einstelleinrichtung. Bei
dieser Modifikation ist der zweite Wärmetauscher 26 in
eine Anzahl von Wärmetauschern 60, 61 und 62 unterteilt,
wie dies in der 6 gezeigt ist. Ein Paar Öffnen/Schließen-Ventile 63a (64a)
und 63b (64b) sind zwischen die jeweiligen Wärmetauscher
eingesetzt und der Kälteträger darf
nur in die gewünschten Wärmetauscher
fließen,
indem der Öffnen/Schließen-Betrieb
der Öffnen/Schließen-Ventile
gesteuert wird.
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Gemäß der vorstehend
beschriebenen Ausführungsform
und deren Modifikationen ist die Klimaanlage mit dem zweiten Wärmetauscher
ausgerüstet,
der von dem ersten Wärmetauscher
mit dem als Luftheizquelle dienenden Kühlmittel und mit geheiztem
Fluid, wie beispielsweise heißem
Wasser oder dergleichen vom Boiler 3 zum Erhitzen des Kühlmittels
gespeist wird, und die Menge des dem zweiten Wärmetauscher zuzuführenden
Fluids wird durch die Fluidmengen-Einstelleinrichtung gesteuert.
Daher ist es ausreichend, die Klimaanlage nur mit dem zweiten Wärmetauscher
zum Erhitzen des Kühlmittels
und der Steuerung zum Einstellen der Menge des dem zweiten Wärmetauscher
zuzuführenden
Fluids auszurüsten.
Demgemäß kann die
Konstruktionszeit verkürzt
werden und die Erhöhung
der Anzahl der Teile unterdrückt
werden. Ferner ist der Mechanismus zum Ein stellen der Menge des
Fluids, die dem zweiten Wärmetauscher
zugeführt
wird, in der Klimaanlage original installiert. Daher können ein
Boiler und eine Umwälzpumpe,
die allgemein und in breitem Umfang verwendet werden, als Boiler 3 und
Umwälzpumpe 4 verwendet
werden, die mit der Klimaanlage verbunden sind, so dass der Freiheitsgrad
der Konstruktion der Klimaanlage verbessert werden kann.
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Ferner
wird die Fluidmenge, die dem zweiten Wärmetauscher zuzuführen ist,
in Übereinstimmung mit
der Klimatisierungslast eingestellt. Die Einstellung der Fluidmenge,
die dem zweiten Wärmetauscher
zuzuführen
ist, kann durch Einstellen der Größe (Abmessung) der zweiten
Wärmetauschers
(beispielsweise der Länge,
der Querschnittsfläche
oder dergleichen der Fluidpassage) durchgeführt werden. In diesem Fall
ist die Größe des zweiten
Wärmetauschers
vorzugsweise in Übereinstimmung
mit der Klimatisierungslast eingestellt.
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Weiterhin
ist das Klimaanlagensystem gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgerüstet
mit der Außeneinheit
mit dem ersten Wärmetauscher,
der als Luftheizquelle dient, und dem zweiten Wärmetauscher, der mit dem erhitzten
Fluid, wie beispielsweise heißem
Wasser oder dergleichen, zum Erhitzen des Kühlmittels von dem ersten Wärmetauscher 23 gespeist
wird, der Anzahl von Innenbaueinheiten, die mit der Außeneinheit
verbunden sind, und dem Boiler, der mit dem zweiten Wärmetauscher über die Umwälzpumpe
verbunden ist und so ausgebildet ist, dass er das Fluid erhitzen
kann. Die Einlassleitung der Kälteträgerleitung,
die mit dem Boiler verbunden ist, ist mit dem Mechanismus zum Einstellen
der Fluidmenge versehen, die dem zweiten Wärmetauscher zuzuführen ist,
wodurch das Kühlmittel
in Übereinstimmung
mit der Anzahl der zu betreibenden Innenbaueinheiten und der Klimatisierungslast
erhitzt wird.
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Weiterhin
ist die Klimaanlage gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgerüstet
mit dem Kompressionsgerät,
dem Innenwärmetauscher,
der Expansionsvorrichtung und dem Wärmetauscher, der mit Fluid,
wie beispielsweise heißem
Wasser oder dergleichen, gespeist wird, um das Kühlmittel zu erhitzen, wobei
das Kompressionsgerät
so gestaltet ist, dass seine Leistung (Kapazität) variabel ist, die Steuerung zum
Einstellen der Fluidmenge, die dem Wärmetauscher zuzuführen ist,
ist vorgesehen und die Leistung des Kompressionsgerätes und
die Fluidmenge, die dem Wärmetauscher
zuzuführen
ist, werden in Übereinstimmung
mit der Klimatisierungslast des Raumes eingestellt, wodurch die
Leistung des Kompressionsgerätes
und die Fluidmenge, die dem Wärmetauscher
zuzuführen
ist, in Übereinstimmung
mit der Klimatisierungslast gesteuert werden.
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Weiterhin
ist die Klimaanlage gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgerüstet
mit dem ersten Wärmetauscher,
der als Luftheizquelle dient, dem zweiten Wärmetauscher, der mit dem Fluid,
wie beispielsweise heißem
Wasser oder dergleichen, zum Erhitzen des Kühlmittels gespeist wird, und
einer Anzahl von Steuerventilen, die in der Einlassleitung der Kälteträgerleitung
zum Zuführen
des Fluids zum zweiten Wärmetauscher
vorgesehen sind und so die Fluidmenge, die dem zweiten Wärmetauscher
zuzuführen
ist, einstellen können.
Demgemäß kann,
da eine Anzahl von Steuerventilen vorgesehen ist, jedes Steuerventil
in einer kompakten Größe konstruiert sein.
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Die 7 bis 10 zeigen
die Konstruktion der Anordnung der vorstehend beschriebenen Außeneinheit.
Im Einzelnen ist 7 eine Draufsicht, 8 eine
Seitenansicht, 9 eine Draufsicht, die die Innenstruktur
der Außeneinheit
zeigt, wenn die Deckplatte von der mechanischen Kammer (dem Raum) 39 gelöst ist,
in welcher ein Axialgebläse
(wie später
beschrieben) und das Kompressionsgerät 8 aufgenommen sind,
und 10 ist eine Seitenansicht, die die Innenstruktur
zeigt, wenn die Seitenwand der Außeneinheit entfernt ist.
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Bezug
nehmend auf 7 ist die Außeneinheit im Schnitt im Wesentlichen
rechteckig gestaltet und an der Oberseite der Außeneinheit 1 ist ein Luftausblasgitter 40 befestigt.
Durch Betätigen
des Axialgebläses
(Luftgebläse) 41,
das in der Mitte des oberen Teils der Außeneinheit 1 angeordnet
ist, wird in die drei Seitenflächen 42 der
Außeneinheit 1 Luft eingesaugt
und von dem Luftausblasgitter 40 ausgegeben. Der erste
Wärmetauscher 23,
der als die Luftheizquelle dient, ist so angeordnet, dass er das
Luftgebläse 41 umgibt, wobei
sich wenigstens ein Teil der Umgebung des Luftgebläses 41 öffnet. Anders
ausgedrückt,
hat der erste Wärmetauscher 23,
der als die Luftheizquelle dient, einen Wärmetauscher der Wirbelzellenbauart
mit zwei Bereichen mit einem U-förmigen
Querschnitt und das Luftgebläse 41 ist
im mittleren Teil des U-förmigen
Wärmetauschers 23 angeordnet.
Der zweite Wärmetauscher 26,
der mit dem Fluid, wie beispielsweise heißem Wasser, gespeist wird,
um das Kühlmittel
zu erhitzen, ist in einem gewonnenen Raum 43 angeordnet,
der durch den ersten Wärmetauscher 23 und
das Luftgebläse 41 gebildet
wird. Genauer gesagt ist der zweite Wärmetauscher 26 an
einem offenen Teil 44 des ersten Wärmetauschers 23 angeordnet.
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Ferner
ist, wie in der 9 gezeigt, eine Wasserleitung 45 (Einlassleitung 29 und
Auslassleitung 29' des
Kälteträgers), die
mit dem Wärmetauscher 26 verbunden
ist, entlang dem offenen Teil 44 angeordnet. Die Endteile 46 der
Wasserleitung 45 sind zu der Seitenfläche 48 einer Ventilstufe 47 geleitet
und dann mit der Kälteträgerleitung 6 verbunden.
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Die
Einlassleitung 27 und die Auslassleitung 28 der
Kühlmittelleitung 27', die mit dem
zweiten Wärmetauscher 26 verbunden
sind, sind teilweise entlang der einen Seite 49 des ersten
Wärmetauscher 23 mit
dem U-förmigen
Querschnitt angeordnet. Hierbei ist die Wasserleitung 45 (Kälteträgerleitung 6)
an der Vorderseite der Einlass- und Auslassleitungen 27 und 28 der
Kühlmittelleitung 27' in der Außeneinheit
angeordnet, wie dies in der 9 gezeigt
ist. Dies ist deshalb der Fall, weil die Wasserleitung 45 mit
zwei Konstantströmungsmengenventilen 31 und 32 versehen
ist und somit die Häufigkeit
der Wartungsarbeit für
die Wasserleitung 45 höher
als für die
Einlass- und Auslassleitungen 27 und 28 der Kühlmittelleitung 27' scheint. Daher
kann die Wartungsarbeit (Wartung, Wasserversorgung, etc.) an der
Wasserleitung 45 leichter durchgeführt werden.
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Bezug
nehmend auf 8 bezeichnet die 50 ein großes Reparaturblech und die
Bezugsziffer 51 ein kleines Reparaturblech. Beide Reparaturbleche 50 und 51 sind
lösbar
an dem Seitenteil der Außeneinheit 1 befestigt. 10 zeigt
die Außeneinheit,
wenn die Reparaturbleche 50 und 51 gelöst sind.
Insbesondere wenn das große
Reparaturblech 50 gelöst
ist, kann eine Bedienungsperson direkt die Wasserleitung 45,
die zwei Konstantströmungsmengenventile 31 und 32 hat,
und eine Elektrokastenplatte 52 sehen, die so angeordnet
ist, dass sie sich über die
Frontfläche
der mechanischen Kammer 39 erstreckt. Anders ausgedrückt, das
Reparaturblech 50 ist lösbar
an dem offenen Teil 44 des ersten Wärmetauschers 23 mit
U-förmigem
Querschnitt angeordnet.
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In
den 7 bis 10 sind die gleichen Elemente
wie in der 1 gezeigt mit den gleichen Bezugsziffern
bezeichnet, und deren Beschreibung wird weggelassen. Ferner ist
die Befestigungsstruktur des zweiten Wärmetauschers 26 aus
der 7 weggelassen worden, weil diese später beschrieben wird.
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Gemäß dieser
Ausführungsform
ist der zweite Wärmetauscher,
der mit dem Fluid, wie beispielsweise heißem Wasser oder dergleichen,
gespeist wird, in dem gewonnenen Raum angeordnet, der durch den
ersten Wärmetauscher,
welcher als Luftheizquelle dient, und das Luftgebläse gebildet
ist, um den Wärmetausch
zwischen der Luft und dem Kühlmittel,
das durch den ersten Wärmetauscher
fließt,
zu begünstigen.
Daher ist ein ausschließlich
zum Aufnehmen des zweiten Wärmetauschers
verwendeter Raum in der Außeneinheit
unnötig
und somit ist es unnötig,
das Gehäuse
(die Außeneinheit)
mit großer Baugröße zu konstruieren.
Ferner ist der erste Wärmetauscher,
der als die Luftheizquelle dient, so angeordnet, dass er an wenigstens
einer Seite offen ist, welche das Luftgebläse umgibt, und der zweite Wärmetauscher
ist in dem offenen Teil des ersten Wärmetauschers angeordnet. Daher
sind der zweite Wärmetauscher
und der erste Wärmetauscher
wirksam in der Außeneinheit
angeordnet und somit kann die große Baugröße des Gehäuses (der Außeneinheit)
weiter vermindert werden.
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Weiterhin
ist der erste Wärmetauscher
so gestaltet, dass er im Wesentlichen einen U-förmigen Querschnitt
hat, das Luftgebläse
zum Begünstigen des
Wärmetausches
zwischen der Luft und dem Kühlmittel,
das im ersten Wärmetauscher
fließt,
ist im Wesentlichen in der Mitte des ersten Wärmetauschers angeordnet, der
zweite Wärmetauscher
zum Erhitzen des Kühlmittels
durch Zuführen
des Fluids, wie beispielsweise heißem Wasser, in dem zweiten Wärmetauscher
ist am offenen Ende des mit U-förmigem
Querschnitt versehenen Wärmetauscher
angeordnet, und die Wasserleitung (Kältetriggerleitung), die mit
dem zweiten Wärmetauscher
verbunden ist, ist am offenen Teil des ersten Wärmetauschers angeordnet. Daher
ist die Wartungsarbeit des zweiten Wärmetauschers weiter erleichtert.
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Ferner
sind das Luftgebläse
und der erste Wärmetauscher,
der als Luftheizquelle dient, so angeordnet, dass der Wärmetauscher
an wenigstens einer Seite der Umgebung des Luftgebläses offen
ist, ist der zweite Wärmetauscher,
der mit dem Fluid, wie beispielsweise heißem Wasser, gespeist wird,
um das Kühlmittel
zu erhitzen, an dem offenen Teil des ersten Wärmetauschers angeordnet, ist
die Wasserleitung, die mit dem zweiten Wärmetauscher verbunden ist,
an dem offenen Teil des ersten Wärmetauschers
angeordnet und die Kühlmittelleitung,
die mit dem zweiten Wärmetauscher
verbunden ist, entlang dem ersten Wärmetauscher angeordnet. Daher
kann der offene Teil des ersten Wärmetauschers als ein Wartungsüberprüfungsraum
für die
Wasserleitung, die mit dem zweiten Wärmetauscher verbunden ist, verwendet
werden und somit kann die große
Gestaltung des Gehäuses
(der Außeneinheit)
vermindert werden.
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Das
Luftgebläse
zum Begünstigen
des Wärmetausches
zwischen der Luft und dem Kühlmittel, das
in dem ersten Wärmetauscher
fließt,
ist im Wesentlichen in der Mitte des mit U-förmigem Querschnitt versehenen
ersten Wärmetauschers
angeordnet, der als die Luftheizquelle dient, der zweite Wärmetauscher
zum Erhitzen des Kühlmittels,
während
er mit dem Fluid, wie beispielsweise heißem Wasser oder dergleichen,
gespeist wird, ist an dem offenen Teil des mit U-förmigem Querschnitt
versehenen ersten Wärmetauschers
angeordnet, und das Reparaturblech ist lösbar an dem Öffnungsteil
befestigt. Daher kann durch Lösen
des Reparaturbleches die Wartungsüberprüfung des zweiten Wärmetauschers
einfach durchgeführt
werden.
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11 ist
eine explosionsartige perspektivische Ansicht des zweiten Wärmetauschers 26.
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In
dem Gehäuse 102 des
zweiten Wärmetauschers 26 sind
eine Anzahl von Metallplatten 300, wie in 14 gezeigt,
aufgenommen, indem sie abwechselnd mit ihrem Gesicht nach oben und
unten gelegt sind. Wie in der 14 gezeigt,
sind die Metallplatten 300 durch ein Pressformverfahren
hergestellt und jede der Metallplatten hat einen nicht ebenen Teil
mit Rippen, die einen Vorsprung bilden, welche schräg zur Mittelachse
geformt sind. In den vier Ecken jeder Metallplatte 300 sind Öffnungen 302, 303, 304 und 305 ausgebildet
und der Umfangsteil der Öffnungen 303 und 305 an
der rechten Seite ist so ausgebildet, dass er in vertikaler Richtung
zur Zeichenebene erhaben ist. Wenn daher die Metallplatten übereinander
geschichtet werden, wobei sie abwechselnd mit der Vorderseite nach
oben und unten gelegt werden, wird der Umfangsteil der Öffnungen an
der einen Seite der Metallplatte mit demjenigen der benachbarten
Metallplatte in engen Kontakt gebracht, und der Umfangsteil der Öffnung an
der anderen Seite des Metalls ist zu dem der benachbarten Metallplatte
beabstandet. Die jeweiligen Metallplatten sind miteinander an den
Kontaktteilen durch Löten
verbunden und in den Spalten zwischen den Metallplatten 300 ist,
wie in der 15 gezeigt, abwechselnd eine
Passage 306 für
Fluid (heißes
Wasser) und eine Passage 307 für Kühlmittel ausgebildet.
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Wie
in der 11 gezeigt, sind an dem oberen
Teil des Gehäuses 102 eine
Auslassöffnung 100 für Fluid
(heißes
Wasser) und eine Auslassöffnung 101 für Kühlmittel
vorgesehen, während
am unteren Teil des Gehäuses 102 eine
Einlassöffnung 103 für das Fluid
(heiße
Wasser) und eine Einlassöffnung 104 für das Kühlmittel
vorgesehen sind. Die Fluid-Einlass- und Auslassöffnungen 103 und 100 stehen
mit der Passage 306 für
das Fluid (heiße
Wasser) in Verbindung und die Kühlmittel-Einlass-
und Auslassöffnungen 104 und 101 stehen
mit der Passage 307 für
das Kühlmittel
in Verbindung.
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Das
Fluid, das von der Fluid-Einlassöffnung 103 zugeführt wird,
fließt
durch die Fluidpassage 306 in eine Richtung, wie dies in
der 15 durch einen durchgezogenen Pfeil angegeben
wird, wobei es sich senkrecht zur Zeichenebene ausbreitet. Das Kühlmittel
andererseits, das von der Kühlmittel-Einlassöffnung 104 zugeführt wird,
fließt
durch die Kühlmittelpassage 307 in
eine Richtung, wie dies in der 15 durch
eine gestrichelte Linie angegeben ist, wobei es sich in eine Richtung
senkrecht zur Zeichenebene ausbreitet. Demgemäß wird das Kühlmittel
durch das erhitzte Fluid (heiße
Wasser) erwärmt,
indem das erhitzte Fluid und das Kühlmittel wie vorstehend beschrieben
fließen
dürften.
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Das
Fluid und das Kühlmittel
fließen
in paralleler Richtung, d. h. in sogenannter "Parallelströmungsbeziehung", wobei sowohl der
Fluid- als auch der Kühlmittelstrom
von der oberen Seite zur unteren Seite zwischen Fluid und Kühlmittel
errichtet ist. Dies ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung. 12 zeigt
das Ergebnis eines Vergleichsexperimentes zwischen "Parallelströmung" und "Gegenströmung", bei der Fluid und
Kühlmittel
in entgegengesetzten Richtungen fließen. Wie in der 12 gezeigt,
verbessert die "Parallelströmung" die Leistung, verglichen
mit der "Gegenströmung", um 4,7%.
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Zurück zu 11,
bezeichnet die Bezugsziffer 105 ein erstes adiabatisches
Element und dieses ist in einem Aussparungsteil des zweiten Wärmetauschers 24 aufgenommen.
Die Bezugsziffer 107 bezeichnet ein Halteelement. Das Halteelement 107 hat ein
erstes Halteelement 108 mit U-förmigem Querschnitt und ein
zweites Halteelement 109 mit U-förmigem
Querschnitt und es hält
den zweiten Wärmetauscher 26,
wobei der zweite Wärmetauscher 26 zwischen
die ersten und zweiten Halteelemente 108 und 109 eingefügt ist.
An den oberen und unteren Kanten des zweiten Halteelementes 109 sind
U-förmige Aussparungen 110 ausgebildet,
so dass verhindert ist, dass das zweite Halteelement 109 an
den Auslassöffnungen 100, 101 und
den Einlassöffnungen 103, 104 anliegt.
Weiterhin ist die Abmessung A der Breite eines Aussparungsteils 111 des
zweiten Halteelementes 109 so bemessen, dass sie gleich
der Abmessung B der Breite des zweiten Wärmetauschers 26 ist.
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Weiterhin
ist die Abmessung C der Breite des ersten Halteelementes so bemessen,
dass sie gleich der Breitenabmessung D entsprechend der Summe aus
der Breitenabmessung A und der Breite eines rechten Befestigungsstückes 112 des
zweiten Halteelementes 109 ist. Die Bezugsziffer 120 bezeichnet
ein adiabatisches Element und das adiabatische Element 120 ist
an der Außenfläche des
zweiten Halteelementes 109 befestigt. Diese zwei adiabatischen
Elemente 105 und 120 reduzieren die Wärmestrahlung
von dem zweiten Wärmetauscher 26.
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Als
Nächstes
wird ein Verfahren zum Montieren des so konstruierten Halteelementes 107 beschrieben.
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Als
Erstes wird das erste adiabatische Element 105 in dem Aussparungsteil 106 des
zweiten Wärmetauschers 26 aufgenommen.
Danach wird das zweite Halteelement 109 an die rechte Seitenfläche des
zweiten Wärmetauschers 26 gebracht
und in diesem Zustand wird die linke Seitenfläche des zweiten Wärmetauschers
26 zum ersten Halteelement 108 gebracht. Da hierbei die
Breitenabmessung C des ersten Halteelementes 108 auf die
Breitenabmessung D entsprechend der Summe aus Breitenabmessung A
und Breite des rechten Befestigungsstückes 112 des zweiten
Halteelementes 109 gesetzt ist, schlägt das linke Befestigungsstück 113 des
ersten Halteelementes 108 an dem Stück 115 des Aussparungsteils 114 des
zweiten Halteelementes 109 an, während das rechte Befestigungsstück 116 des
ersten Halteelementes 108 an dem rechten Befestigungsstück 112 des
zweiten Halteelementes 109 anschlägt und diese Elemente werden
mittels Schrauben befestigt, wodurch der zweite Wärmetauscher 26 durch
die Halteelemente 107 sandwichartig fest zusammengefügt ist.
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13 ist
eine perspektivische Ansicht der Außeneinheit, wenn das große Reparaturblech 50 von
der Außeneinheit
gelöst
ist. Der zweite Wärmetauscher 26,
der zwischen die Halteelemente 107 gefügt und durch diese gehalten
ist, ist an einem Stückpfosten
befestigt, der das Gehäuse
der Außeneinheit 1 bildet.
Das heißt,
das linke Befestigungsstück 116 des
ersten Halteelementes 108 ist an der Stufenfläche 118 des
Stützpfostens 117 befestigt.
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Bei
der vorstehenden Konstruktion ist der erste Wärmetauscher 23, der
als Luftheizquelle dient, entlang der Innenseite der Oberfläche des
Gehäuses
angeordnet und der zweite Wärmetauscher 26 zum
Erwärmen
des Kühlmittels
mit dem erwärmten
Fluid, wie beispielsweise heißem
Wasser oder dergleichen, ist an dem Stützpfosten befestigt, der das
Gehäuse
bildet. Das Gehäuse
der Außeneinheit 1 enthält vier
Stützpfosten 117.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden das erhitzte Fluid (heiße Wasser oder dergleichen) und
das Kühlmittel
in das Gehäuse
des zweiten Wärmetauschers
geleitet, um zwischen dem erhitzten Fluid und dem Kühlmittel
einen Wärmetausch
durchzuführen
und die Fluid-Auslassöffnung
und die Kühlmittel-Auslassöffnung sind
am oberen Teil des Gehäuses
vorgesehen, während
die Fluid-Einlassöffnung
und die Kühlmittel-Auslassöffnung am
unteren Teil des Gehäuses
vorgesehen sind. Daher kann die Wärmeaustauscheffizienz von Fluid
und Kühlmittel verbessert
werden.
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Ferner
ist gemäß der vorliegenden
Erfindung der erste Wärmetauscher
entlang der Innenseite der Oberfläche des Gehäuses angeordnet, während der zweite
Wärmetauscher
an dem Stützpfosten
des Gehäuses
befestigt ist. Daher sind der erste Wärmetauscher und der zweite
Wärmetauscher
wirksam im Gehäuse
aufgenommen.
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Weiterhin
ist gemäß der vorliegenden
Erfindung der zweite Wärmetauscher
zum Erwärmen
des Kühlmittels
mit dem Fluid, wie beispielsweise heißem Wasser oder dergleichen,
zwischen die Halteelemente gefügt
und durch diese gehalten und die Halteelemente sind an dem Pfosten
des Gehäuses
befestigt. Daher kann der Wärmetauscher
einfach und sicher im Gehäuse
aufgenommen sein.