DE9319874U1 - Heizungs- und Kühlanlage - Google Patents
Heizungs- und KühlanlageInfo
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Description
Heizungs- und Kühlanlage
Beschreibung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Heizungs- und Kühlanlage mit einer integrierten Vollhermetik-Kältemaschine
insbesondere zur Kühlung und Beheizung von Fahrzeugen aller Art.
Klimaanlagen für Fahrzeuge aller Art sind weitgehend bekannt. ·
Anlagen, die Kältemaschinen enthalten, bei denen eine
Kältemittelemission nahezu ausgeschlossen ist, sind jedoch aus dem Stand der Technik nicht bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Heizungsund Kühlanlage für Fahrzeuge aller Art zu schaffen, bei
der die Gefahr einer Kältemittelemission nahezu Null ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des
Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Anlage sind in den Unteransprüchen enthalten.
Die erfindungsgemäße Heizungs- und Kühlanlage setzt sich
aus einer Vollhermetik-Kältemaschine, einer Wärmetauschereinheit und einem Luftbehandlungssystem bzw.
einem Konvektionsheizungssystem zusammen, wobei die
Kältemaschine aus einem Druckbehälter besteht, in welchem die Kältetechnikbauteile vollhermetisch installiert sind.
In der Vollhermetik-Kältemaschine können alle herkömmlichen Komponenten der Kältetechnik verwendet
werden.
Die Besonderheit dieser Maschine besteht darin, daß alle Bauteile der Kältetechnik in einem druckdichten Behälter
installiert sind. Dieser Behälter hat folgende Funktionen:
- Verhinderung der Kältemittelemission bei Anlagenstörungen
- tragendes Gestell
- Schutz vor Beschädigung, z. B. bei einem Unfall
- Schutz vor unbefugtem Eingriff in den Kältekreis kurze Austauschzeiten
In der Figur 1 ist die erfindungsgemäße Heizungs- und
Kühlanlage mit Druckbehälter schematisch dargestellt. Darin bedeuten die Bezugszeichen:
1 Vollhermetische Kältemaschine la Druckbehälter
Ib Verdichter
lc Verdampfer Kältemittel/Sole
Id Verflüssiger Kältemittel/Sole
Ie Expansionsventil
If Magnetventil
Ig Druckmessgerät
lh Evakuieranschluß
2 Wärmetauschereinheit
2a Wärmetauscher Luft/Sole
2b Lüfter
2c Umschaltventil
2d Wärmeerzeuger elek. o. ölgefeuert
2e Pumpe
2f Wärmetauscher Abwärme Wagen
und Vorheizen Wagen
2g Umschaltventil
3 Lufbehandler
3a Wärmetauscher Luft/Sole 3b Regelventil 3c Lüfter
* · · · « | Filter | |
3d | Konvekt ionsheizung | |
4 | Heizkörper | |
4a | Regelventil | |
4b |
Der Aufbau dieses Behälters la kann folgendermaßen gestaltet werden:
Es wird ein zylindrisches Rohr mit jeweils einem Flansch am Ende verwendet. Beiderseits werden Klöpperböden
druckdicht angeflanscht. Dieser Aufbau gewährleistet eine gute Zugänglichkeit aller Komponenten bei Erstmontage
sowie bei eventuell erforderlichen Reparaturen. Alle Anschlüsse werden ebenfalls druckdicht gestaltet. Die
Gerätebefestigungen sind durch Schweißen direkt an der Behälteraußenseite angebracht. Der Behälter wird mit
einem, dem verwendeten Kältemittel angepaßten.Prüfdruck
geprüft. Um die (innerhalb des Behälters) erzeugte Leistung ohne Gefahr für die Umwelt nutzen zu können,
werden die "Prozeßwärme" und die "Prozeßkälte" über kompakte Wärmetauscher vom Kältemittel auf einen
ökologisch unbedenklichen Energieträger, z. B. Sole (Wasser-Glycol-Gemisch) übertragen. Dieser Energieträger
wird dann über Leitungen aus dem Druckbehälter geführt. Dadurch ist gewährleistet, daß kein Kältemittel oder
kaltemittelführende Teile mit der Außenatmosphäre in Verbindung kommen können. Anschließend kann eine Nutzung
beider Energieströme über eine entsprechend nachgeschaltete Anlagen erfolgen. Hierzu stehen an der
Außenseite vier absperrbare Anschlüsse (zwei Vor- und zwei Rückläufe) zur Verfügung. Außerdem befinden sich an
der Außenseite ein Druckmeßgerät Ig und ein Evakuieranschluß lh. Das Druckmeßgerät Ig dient zur
Diagnose des Kältekreises. Steht ein Überdruck in dem Behälter la an, ist dies ein sicheres Zeichen für eine
Störung innerhalb des Kältekreises. Der Evakuieranschluß
lh dient zum Abpumpen der inneren Atmosphäre des Behälters la. Dies geschieht grundsätzlich vor jedem
Öffnen der Vollhermetik-Kältemaschine 1. Somit kann gewährleistet werden, daß jede noch so geringe, aus dem
Kältekreis austretende Kältemittelmenge an einem Eintritt in dei Außenatmosphäre gehindert und einer sicheren
Wiederverwendung zugeführt wird.
Durch die vollständige Hermetisierung des Kälteprozesses ist es möglich, anschlußfertige und bereits
leistungsgeprüfte Geräte an den Betreiber zu liefern. Dieser muß lediglich die elektrischen und die
wasserseitigen Verbindungen zum Gerät herstellen. Dadurch kann Fachpersonal bzw. eine Fachabteilung Kältetechnik
beim Betreiber eingespart werden (kein Umgang mit Kältemittel). Dabei wäre es denkbar, daß ein Öffnen des
Gerätes nur durch den Hersteller zulässig ist, und der Betreiber ausschließlich mit Austauschgeräten arbeitet.
In diesem Falle ist ein sachgemäßer Umgang mit dem Kältemittel, und damit ein funktionierendes Recycling,
sichergestellt.
Die Vorteile der Vollhermetik-Kältemaschine bestehen zusammenfassend darin ,daß
die Gefahr der Kältemittelemission nahezu Null geht;
ökologisch bedenkliche Kältemittel eingesetzt werden können;
ein Wärmepumpenbetrieb ohne Umkehr des Kälteprozesses möglich ist;
die Einbindung und Nutzung von Abwärme mit geringem Aufwand erfolgt;
die in der Installation aufwendigen Heizluftkanäle können entfallen und durch Konvektionsheizkorper
ersetzt werden;
eine gute Regelbarkeit der Anlage durch Verwendung von Sole als Zwischenenergieträger möglich ist;
- der Betreiber die Anlage einfach handhaben kann und eine Berührung nicht mit dem Kälteprozeß und
Kältemittel, sondern nur mit der Wassertechnik notwendig ist;
mehrere Räume können auf einfache Weise getrennt voneinander geregelt werden.
Die Vollhermetik-Kältemaschine1 kann mit einer
Wärmetauschereinheit 2 und einem Luftbehandlungs- bzw. einem Heizungssystem 3,4 zu einer effizienten Heizungsund
Kühlanlage verquickt werden. Als Energieträger könnte Sole verwendet werden. Die Verbindung der Bauteile
untereinander kann z. B. mit Schnellkupplern und Schläuchen realisiert werden. Hierbei entfällt dann eine
aufwendige Rohrverlegung. Außerdem sind alle Einheiten schnell tauschbar.
Alle für die Kälteerzeugung notwendigen Bauteile befinden sich innerhalb dder Vollhermetik-Kältemaschine 1. Der mit
dem Kältemittelverflüssxger Id in Verbindung stehende
Solekreis wird an die Wärmetauschereinheit 2 angeschlossen. Innerhalb dieser Einheit befinden sich für
diesen Kreis separat eine Umwälzpumpe 2g, Mischventile und ein Luft-Sole-Wärmetauscher 2a. Im normalen
Kühlbetrieb wird hier die im Kälteprozeß anfallende Abwärme an die Außenluft abgeführt.
Im Heizbetrieb (Wärmepumpenbetrieb) wird der Solekreis mittels Umschaltventilen 2g vom Wärmetauscher getrennt
und mit dem Luftbehandlungs- bzw. Heizungssystem 3,4 des
Fahrzeugs verbunden. Hier kann die Wärmeenergie zur Wagenheizung genutzt werden. Zur Abdeckung von tiefen
Außentemperaturen besteht dei Möglichkeit, einen
zusätzlichen Wärmeerzeuger 2f (elektrisch oder ölgefeuert) und/oder einen Wärmetauscher zur Nutzung von
vorhandener Abwärme in den Kreis zu integrieren. Dabei entsteht ein sehr flexibles Klimasystem, welches die
unterschiedlichsten Energien zur Beheizung des Fahrzeugs nutzen kann.
Der mit dem Kaltemxttelverdampfer lc in Verbindung
stehende Solekreis wird ebenfalls an die Wärmetauschereinheit 2 angeschlossen. Auch hier sind für
diesen Kreis eine Umwälzpumpe 2e und Umschaltventile 2c installiert.
Im Kühlbetrieb ist dieser Solekreis über die Wärmetauschereinheit 2 mit dem Luftbehandlungssystem 3
des Fahrzeugs verbunden und kann hier zur Kühlung genutzt werden.
Im Heizbetrieb wird der Solekreis mittels Ventilen umgeschaltet und mit dem Luft-Sole-Wärmetauscher
verbunden. Hier wird dann der Außenluft Verdampfungswärme entnommen. Als vorteilhaft wäre hier zu erwähnen, daß der
Heizbetrieb ohne die sonst schwierige, aber erforderliche Umkehrung des Kälteprozesses auskommt. Er wird durch
unkompliziertes Umschalten der Solekreise aktiviert.
Mit Hilfe eines Mikrorechnerreglers wird die Steuerung und Regelung der Kältemaschine unter Berücksichtigung der
notwendigen Sicherheitsvorkehrungen in das Gesamtkonzept der Klimaanlage eingebunden. Dabei werden die
fahrzeugspezifischen Einrichtungen, wie Wärmetauscher, zur Abwärmeausnutzung (&zgr;. B. von Fahrmotoren oder
Leistungselektronik), elektrische oder ölgefeuerte Wasserheizgeräte, Luftbehandler für die Klimatisierung
oder für die Kühlung/Belüftung sowie Konvektionsheizungen sinnvoll integriert.
Die Steuerung der Kältemaschine kann in zwei Leistungsstufen erfolgen, so daß bei intermittierendem
Betrieb unter Berücksichtigung der maximal zulässigen Schalthäufigkeit bzw. der Mindestlaufzeiten des
Verdichters die zur Klimatisierung notwendige Kühl-/ Heizleistung im Solekreislauf vorgehalten werden
kann.
Durch den Einsatz von motorisch angetriebenen Mischventilen in den Luftbehandlungsgeräten kann die den
zu klimatisierenden Räumen notwendige Heiz- oder Kühlenergie stufenlos veränderbar zur Verfügung gestellt
werden und somit eine optimale Raumtemperaturregelung gewährleistet werden. Der Einsatz einer aufwendigen
Energieversorgung (&zgr;. B. regelbarer Drehrichter oder
Frequenzumrichter) für den Verdichter ist somit nicht notwendig.
Claims (3)
1. Heizungs- und Kühlanlage, die sich aus einer
Kältemaschine, einer Wärmetauschereinheit und einem Luftbehandlungssystem bzw. einem Heizungssystem
zusammensetzt,
dadurch gekennzeichnet, daß
- die Kältemaschine (1) aus einem Druckbehälter (1 a) besteht, in welchem mindestens die
Kältetechnikbauteile Verdichter (1 b), Verdampfer (1 c) und Verflüssiger (1 d) vollhermetisch
installiert sind;
- die mit dem Kältemittelverflüssiger (1 d) und dem Kältemittelverdampfer (1 c) in Verbindungen
stehenden Solekreise über Umschaltventile (2c,
2 g) mit der Wärmetauschereinheit (2) und/oder dem Luftbehandlungs- bzw. Konvektionshexzungssystem
(3, 4) verbunden sind;
2. Heizungs- und Kühlanlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß
der Druckbehälter (la) über druckdichte Anschlüsse mit den nachgeschalteten Anlagenteilen verbunden ist.
3. Heizungs- und Kühlanlage nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß
die Verbindung der Bauteile untereinander mit Schnellkupplern und/oder Schläuchen und/oder
ähnlichen Verbindungsmitteln erfolgt.
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