CH626439A5 - - Google Patents

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CH626439A5
CH626439A5 CH1351277A CH1351277A CH626439A5 CH 626439 A5 CH626439 A5 CH 626439A5 CH 1351277 A CH1351277 A CH 1351277A CH 1351277 A CH1351277 A CH 1351277A CH 626439 A5 CH626439 A5 CH 626439A5
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James J Del Toro
Rudy C Bussjager
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Carrier Corp
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wärmepumpenanlage mit mehr als einem Kompressor, wobei die Kompressoren mit einem Innenwärmetauscher zur Abgabe von Wärme und von Kälte an einen konditionierten Bereich sowie mit einem Aussenwärmetauscher in Wirkverbindung stehen, sowie mit einer Enteisungseinrichtung zum Entfernen von Eis vom Aussenwärmetauscher und einem Thermostat im konditionierten Bereich zum Einschalten der Kompressoren nacheinander, wenn die Temperatur im konditionierten Bereich durch eine Reihe von vorbestimmten Temperaturwerten steigt oder sinkt.
Wärmepumpenanlagen mit umkehrbarem Betrieb, die an einen konditionierten Bereich je nach Bedarf Wärme oder Kälte liefern, sind bekannt. In kleineren Anlagen, die nur einen Kompressor enthalten, ist die Steuerung relativ einfach und mit wenig Problemen verbunden. Grössere Anlagen enthalten jedoch häufig zwei Kompressoren, von denen jeder Kältemittel durch je einen geschlossenen Kältemittelkreislauf fördert.
In Wärmepumpenanlagen mit zwei Kompressoren ist es üb-5 lieh, im Kühlbetrieb die Kompressoren mit steigendem Kältebedarf nacheinander einzuschalten. Dagegen sind normalerweise beide Kompressoren in Betrieb, wenn die Anlage Wärme an den konditionierten Bereich liefert, unabhängig von der Grösse des Wärmebedarfs. Die beiden Kompressoren werden bei der io Lieferung von Wärme hauptsächlich deshalb stets gemeinsam betrieben, um ein unerwünschtes Ein- und Ausschalten eines der Kompressoren jeweils beim Enteisen zu verhindern. Es ist bekannt, dass das Einschalten eines der Kompressoren bei abgestelltem Innenventilator einen Betrieb der Anlage unter uner-15 wünschten Bedingungen zur Folge hat, die die Anlage beschädigen können.
Der dauernde Betrieb beider Kompressoren zur Vermeidung der im Zusammenhang mit der Enteisung auftretenden Probleme führt jedoch seinerseits wiederum zu Problemen, die 20 zwar weniger schwerwiegend sind, aber zumindest mit der überflüssigen Verschwendung von Energie verbunden sind und die Lebensdauer der Anlage verkürzen können.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, die eingangs genannte Wärmepumpenanlage so auszugestalten, dass 25 die Kompressoren zur Vermeidung von Energieverschwendung sowohl im Heizbetrieb als auch im Kühlbetrieb nacheinander eingeschaltet werden können, ohne dass beim Enteisen die Gefahr von Beschädigungen besteht.
Die erfindungsgemässe Wärmepumpenanlage ist gekenn-30 zeichnet durch eine Enteisungs-Steuerschaltung, welche im eingeschalteten Zustand die Enteisungseinrichtung für die Durchführung eines Enteisungszyklus eingeschaltet hält und die Kompressoren unabhängig von der Thermostatsteuerung und damit von der Temperatur im konditionierten Bereich eingeschaltet 35 hält, einen ersten und einen zweiten Kontakt, welche Kontakte im geschlossenen Zustand die Enteisungs-Steuerschaltung eingeschaltet halten, Mittel zum Schliessen des ersten Kontaktes, wenn ein erster der Kompressoren in Betrieb steht, und Mittel zum Schliessen des zweiten Kontaktes, wenn der Aussenwärme-40 tauscher vereisenden Bedingungen ausgesetzt ist.
Anhand der Zeichnung wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Wärmepumpenanlage näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ein Schema einer Wärmepumpenanlage mit zwei 45 Kompressoren,
Fig. 2 ein elektrisches Schema einer Schaltung zum Steuern des Betriebes der Kompressoren in der Wärmepumpenanlage gemäss Fig. 1 und
Fig. 3 in grösserem Massstab eine Seitenansicht eines Tem-50 peraturfühlers, der die Temperatur des den Aussenwärmetauscher der Anlage gemäss Fig. 1 verlassenden Kältemittels feststellt.
In Fig. 1 ist schematisch eine Wärmepumpenanlage 10 dargestellt, die einem Bereich, der konditionierte Luft benötigt, 55 z.B. einem Wohnhaus o. dgl., je nach Bedarf Kälte oder Wärme zuführen kann. Die Wärmepumpenanlage enthält zwei getrennte, geschlossene Kältemittelkreisläufe mit je einem eigenen Kompressor. Der Betrieb jedes der Kompressoren wird, wie noch im Einzelnen zu erläutern sein wird, in vorbestimmter 6° Weise gesteuert, um den von der Anlage geforderten Wärmeoder Kältebedarf in wirkungsvoller Weise zu befriedigen. Gemäss Fig. 1 enthält die Wärmepumpenanlage zwei Kompressoren 19 und 20, einen Aussenwärmetauscher 12 mit einer oberen Schlange 13 und einer unteren Schlange 14 und einen Innen-65 Wärmetauscher 15 mit einer oberen Schlange 16 und einer unteren Schlange 17.
Der Kompressor 19 ist über ein solenoidbetätigtes Vierwege-Umkehrventil 21 in einem ersten Kältemittelkreislauf ange-
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ordnet, der die untere Schlange 17 des Innenwärmetauschers und die obere Schlange 13 des Aussenwärmetauschers enthält. Ähnlich ist der Kompressor 20 über ein zweites solenoidbetätig-tes Vierwege-Umkehrventil 23 in einem Kältemittelkreislauf mit der unteren Schlange 14 des Aussenwärmetauschers und der oberen Schlange 16 des Innenwärmetauschers angeordnet. Geeignete Entspannungseinrichtungen 28 und 29 bekannter Art sind in Kältemittelleitungen 30 bzw. 31 wischen den beiden Wärmetauschern angeordnet, um den Kältemittelstrom von der Hochdruckseite auf die Niederdruckseite jedes Kältemittelkreislaufes zu drosseln.
Der Aussenwärmetauscher arbeitet in der in Wärmepumpenanlagen dieser Art üblichen Weise als Kondensator, wenn die Anlage Kälte liefern soll, und als Verdampfer, wenn die Anlage Wärme liefern soll. Die Funktionen der Wärmetauscher werden umgekehrt, wenn die Betriebsart der Anlage wechselt, so dass der Innenwärmetauscher als Kondensator und der Aussenwärmetauscher als Verdampfer dient, wenn die Anlage Wärme liefern soll.
Fig. 2 zeigt ein elektrisches Schema einer Steuereinrichtung 40 für die beiden Kompressoren 19 und 20. Ein in Fig. 2 mit M-l bezeichneter Motor ist dem Kompressor 19 von Fig. 1 zugeordnet, während ein Motor M-2 dem Kompressor 20 von Fig. 1 zugeordnet ist. Jeder der beiden Motoren ist dreiphasig gewickelt, wobei die einzelnen Wicklungen an Klemmen L1: L2 und L3 eines geeigneten 240 Volt-Netzes 41 angeschlossen sind. An zwei der Leiter, die den Motor M-2 mit den Klemmen L2 und L3 verbinden, ist eine Seite eines Untersetzungs-Transfor-mators T-l angeschlossen, der an seiner Sekundärwicklung 24 Volt abgibt.
Ein Thermostat 44 ist in dem zu konditionierenden Raum angeordnet. Gemäss Fig. 2 liegt der Thermostat 44 in der 24 Volt-Schaltung auf der Sekundärseite des Transformators T-l. Der Thermostat enthält vier temperaturempfindliche Schalter 1 bis 4. Die beiden ersten Schalter, 1 und 2, steuern den Betrieb der beiden Kompressormotoren, wenn die Wärmepumpenanlage Kälte liefert. Die Schalter 3 und 4 dienen zur Steuerung des Betriebes der Kompressormotoren, wenn die Anlage Wärme liefert. Die Kühlbetriebs-Schalter 1 und 2 schliessen, wenn die Temperatur im konditionierten Raum steigt. Anderseits schliessen die Heizbetriebs-Schalter 3 und 4 dann, wenn die Temperatur im konditionierten Raum sinkt. Der Schalter 1 ist so eingestellt, dass er bei einer Temperatur schliesst, die zwischen drei und fünf Grad tiefer ist als die Schliesstemperatur des Schalters 2, so dass also diese Schalter in vorbestimmter Reihenfolge nacheinander schliessen, wenn die Temperatur im konditionierten Raum steigt. Ähnlich ist der Heizbetriebs-Schalter 3 so eingestellt, dass er bei einer geringfügig höheren Temperatur als der Schliesstemperatur des zweiten Heizbetriebs-Schalters 4 schliesst, so dass auch die Heizbetriebs-Schalter in vorbestimmter Reihenfolge nacheinander schliessen, wenn die Temperatur im konditionierten Raum sinkt.
Für den Kühlbetrieb werden die solenoidbetätigten Umkehrventile 21 und 23 (Fig. 1), die den beiden Kältemittelkreisläufen zugeordnet sind, automatisch so eingestellt, dass sie das Kältemittel derart durch die beiden Kreisläufe leiten, dass die beiden Aussenwärmetauscher-Schlangen 13 und 14 in den Kreisläufen jeweils als Kondensator wirken und die beiden Innenwärmetauscher-Schlangen 16 und 17 als Verdampfer wirken. Wenn die Temperatur im konditionierten Raum steigt, schliesst zunächst der erste Kühlbetriebs-Schalter 1. Dadurch werden zwei Relais 1CR und 2CR gespeist. Das anziehende Relais 2CR schliesst Kontakte 2CR-1,2CR-2 und 2CR-3 in den Wicklungen des Motors M-l. Der Motor M-l beginnt zu laufen und bringt den ersten, dem Kompressor 19 zugeordneten Kältemittelkreislauf in Betrieb. Das anziehende Relais 1CR schliesst einen Kontakt 1CR-1 in einer Enteisungs-Steuerschaltung 45. In dieser Schaltung 45 fliesst jedoch noch kein Strom,
solange ein weiterer temperaturempfindlicher Schalter 5, der mit dem Kontakt 1CR-1 in Reihe angeordnet ist, nicht ebenfalls schliesst. Wie nachstehend noch erläutert wird, ist der Schalter 5 den beiden Schlangen des Aussenwärmetauschers zugeordnet 5 und so angeordnet, dass er nur dann schliesst, wenn die Umgebungstemperatur genügend tief ist, um ein Vereisen der Oberflächen der Aussenwärmetauscher-Schlangen zu bewirken. Der Schalter 5 blockiert also die Enteisungs-Steuerschaltung, wenn die Wärmepumpenanlage Kälte an den konditionierten Raum 10 abgibt.
Bei geschlossenem Schalter 1 arbeitet nur einer der beiden Kältemittelkreisläufe, um Kälte zu liefern. Ein weiteres Ansteigen der Temperatur im konditionierten Raum, z.B. ein Ansteigen um drei bis fünf Grad, schliesst auch noch den zweiten is Thermostatschalter 2. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, wird durch den geschlossenen Schalter 2 ein Stromkreis für einen Speisestrom zu einem Relais 3 CR hergestellt. Dieses schliesst seinerseits Kontakte 3CR-1,3CR-2 und 3CR-3 in den Wicklungen des Motors M2, der den zweiten Kältemittelkreislauf in Betrieb 20 bringt, um den ersten Kältemittelkreislauf bei der Lieferung von Kälte zu unterstützen.
Ein Absinken der Aussentemperatur führt zu einem entsprechenden Absinken der Innentemperatur, womit die Schalter 1 und 2 geöffnet werden und die Wärmepumpenanlage aus-25 schaltet. Wenn die Temperatur weiter sinkt, schliesst der Thermostatschalter 3, womit ein Umkehrventilrelais 1RVR in der 24 Volt-Schaltung gespeist wird. Dieses Relais hat zwei Funktionen. Durch das Anziehen des Relais 1RVR werden zunächst (in nicht dargestellter Weise) die Spulen der solenoidbetätigten 30 Umkehrventile 21 und 23 (Fig. 1) gespeist, wodurch die Arbeitsweise der beiden Kältemittelkreisläufe umgekehrt wird. Die beiden Aussenwärmetauscher-Schlangen arbeiten nun als Verdampfer in den beiden Kältemittelkreisläufen, und die Innenwärmetauscher-Schlangen arbeiten als Kondensatoren. Das 35 anziehende Relais 1RVR schliesst auch einen Kontakt 1RVR-1 in der 24 Volt-Schaltung. Der geschlossene Kontakt 1RVR-1 überbrückt den Schalter 1 und bewirkt eine Speisung der Relais 1CR und 2CR.
Wie schon erläutert, bringt das gespeiste Relais 2CR den 40 vom Kompressor 19 angetriebenen ersten Kältemittelkreislauf in Betrieb, der, wegen der Umstellung der Vierwegeventile, Wärme an den konditionierten Raum liefert. Das anziehende Relais 1CR schliesst einen der beiden Startschalter in der Enteisungs-Steuerschaltung. Solange die Umgebungstemperatur ge-45 nügend hoch ist, um den Schalter 5 geöffnet zu halten, bleibt die Enteisungs-Steuerschaltung inaktiv, während der konditionierte Bereich von der Wärmepumpenanlage geheizt wird.
Wenn die Temperatur im konditionierten Bereich weiter sinkt, dann schliesst zusätzlich zum Schalter 3 auch der zweite 50 Heizbetriebs-Schalter 4 im Thermostat 44. Nach dem Schliessen des Schalters 4 fliesst Strom über einen im Ruhezustand geschlossenen Kontakt 4CR-3 zum Relais 3CR. Das anziehende Relais 3CR schliesst wie schon erläutert, die Kontakte 3CR-1, 3CR-2 und 3CR-3 in den Wicklungen des Motors M-2, wo-55 durch der zweite Kältemittelkreislauf zusätzlich zum ersten in Betrieb genommen wird. Es können also einer oder beide der Kältemittelkreisläufe in Betrieb genommen werden, um Wärme zu liefern, wenn die Umgebungsbedingungen so sind, dass der Schalter 5 geöffnet bleibt, d.h. wenn die Enteisungs-Steuer-60 Schaltung inaktiv bleibt.
Der Schalter 5 ist im vorliegenden Fall so eingerichtet, dass er schliesst, wenn sich auf den Oberflächen der Aussenwärme-tauscher-Schlangen 13,14 Eis zu bilden beginnt. Der Schalter ist so angeordnet, dass er auf eine vorbestimmte Mitteltempera-65 tur des in die beiden Aussenwärmetauscher-Schlangen eintretenden Kältemittels anspricht. Gemäss Fig. 1 und 3 ist ein Temperaturfühlerelement 32, das eine festgestellte Temperatur in ein elektrisches Signal umsetzt, mittels Schrauben 34 auf einer
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Platte 33 befestigt. Die Platte 33 ist ihrerseits durch Kleben oder metallurgisch mit den beiden Kältemittelleitungen 30 und 31 verbunden, die zwischen dem Innenwärmetauscher und dem Aussenwärmetauscher angeordnet sind, und zwar in unmittelbarer Nähe zu den Einlass-Anschlüssen der beiden Aussenwär-metauscher-Schlangen. Die Platte 33 besteht aus einem Material mit guten Wärmeleitungseigenschaften, ähnlich wie auch die Kältemittelleitungen 30 und 31. Das Messelement des Temperaturfühlers, das in Berührung mit der Platte 33 angeordnet ist, kann daher rasch und wirksam die Mitteltemperatur des in die beiden Schlangen eintretenden Kältemittels feststellen. Ein die festgestellte Temperatur darstellendes elektrisches Signal wird über Leitungen 36,37 der Steuereinrichtung 40 zugeführt. Zwischen der Umgebungstemperatur und der Kältemittel-Austrittstemperatur besteht bekanntlich eine Beziehung, und somit kann ein Enteisungszyklus als Reaktion auf eine vorbestimmte Kälte-mitteltemperatur eingeleitet werden, um ein Vereisen der Aussenwärmetauscher-Schlangen zu verhindern.
Wenn eine Kältemitteltemperatur festgestellt wird, die anzeigt, dass eine Vereisung der Schlangen bevorsteht, dann wird in Fig. 2 der Schalter 5 in der Enteisungs-Steuerschaltung 45 geschlossen. Damit wird ein Verzögerungsrelais 1TR gespeist. Dieses schliesst einen Kontakt 1TR-1, womit ein Relais 4CR gespeist wird. Das anziehende Relais 4CR schliesst Kontakte 4CR-1 und 4CR-2 in der 24 Volt-Schaltung und öffnet den im Ruhezustand geschlossenen Kontakt 4CR-3. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass so, wenn der Schalter 3 und damit der Kontakt 1RVR-1 geschlossen sind, das Relais 3CR unabhängig von der Stellung des Schalters 4 gespeist wird, womit sichergestellt ist, dass der Motor M-2 des zweiten Kompressors in Betrieb ist, wenn ein Enteisungszyklus durchgeführt wird.
Der der Enteisungs-Steuerschaltung zugeführte Strom speist auch eine Enteisungseinrichtung 50. Diese kann irgend eine geeignete Einrichtung von einer Art sein, wie sie zum Entfernen von Eis von der Oberfläche der Aussenwärmetauscher-Schlangen bekannt sind. Insbesondere kann die Enteisungseinrichtung auch von der Art sein, bei der die Vierwege-Umkehrventile in den beiden Kältemittelkreisläufen für die Einleitung eines Enteisungszyklus nicht umgestellt werden müssen, etwa wie in der US-PS 3 677 025 beschrieben. Ein dem Aussenwärmetauscher zugeordneter Ventilator wird, wie es bei den mei-5 sten Enteisungseinrichtungen üblich ist, für die Dauer des Enteisungszyklus ausgeschaltet. Zu diesem Zweck wird ein im Ruhezustand geschlossener Kontakt 60 geöffnet, wenn die Enteisungseinrichtung 50 den Enteisungszyklus einleitet, wodurch ein Ventilatormotor 51 ausgeschaltet wird.
io Mit der Speisung des Relais 4CR wird wie schon erwähnt, auch der Kontakt 4CR-2 in der 24 Volt-Schaltung geschlossen. Über diesen Kontakt wird einer Hilfsheizung 55 Energie zugeführt, wenn der Heizbetriebs-Schalter 4 im Thermostat 44 geschlossen ist. Die Hilfsheizung wird also nur eingeschaltet, wenn 15 vor der Enteisung auch der zweite Kompressor in Betrieb war, d.h., wenn die Umgebungstemperatur so tief ist, dass sich an den Aussenwärmetauscher-Schlangen Eis bildet. Die Hilfsheizung wird dagegen in solchen Zeiten nicht in Betrieb genommen, in denen die wirkungsgradmässig günstigere Wärmepumpenanlage 2callein die benötigte Wärme liefern kann. Damit wird die für die Heizung des konditionierten Bereiches benötigte Energie reduziert.
Nach der Beendigung des Enteisungszyklus öffnet der 25 Schalter 5, womit die Enteisungseinrichtung 50 ausgeschaltet wird. Das Verzögerungsrelais 1TR bleibt jedoch angezogen und hält die beiden Kompressoren sowie gegebenenfalls die Hilfsheizung in Betrieb. Die Abfallzeit des Verzögerungsrelais ist so gewählt, dass der Schalter 5 wieder schliessen kann, falls die 30 Vereisung des Aussenwärmetauschers anhält. So wird ein unerwünschtes Aus- und Einschalten des dem zweiten Kältemittelkreislauf zugeordneten Kompressors 20 durch Ausschalten und Wiedereinschalten des Relais 4CR verhindert. Wenn keine Vereisungsbedingungen mehr gegeben sind, schliesst der Schalter 5 35 nicht wieder, und das Relais 1TR fällt ab und öffnet den Kontakt 1TR-1, worauf der Betrieb der Anlage wieder vom Thermostat gesteuert wird.
C
1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

626 439 PATENTANSPRÜCHE
1. Wärmepumpenanlage mit mehr als einem Kompressor (19,20), wobei die Kompressoren mit einem Innenwärmetauscher (15) zur Abgabe von Wärme und von Kälte an einen konditionierten Bereich sowie mit einem Aussenwärmetauscher (12) in Wirkverbindung stehen, und mit einer Enteisungsein-richtung (50) zum Entfernen von Eis vom Aussenwärmetauscher und einem Thermostat (44) im konditionierten Bereich zum Einschalten der Kompressoren nacheinander, wenn die Temperatur im konditionierten Bereich durch eine Reihe von vorbestimmten Temperaturwerten steigt oder sinkt, gekennzeichnet durch eine Enteisungs-Steuerschaltung (45), welche im eingeschalteten Zustand die Enteisungseinrichtung (50) für die Durchführung eines Enteisungszyklus eingeschaltet hält und die Kompressoren (19,20) unabhängig von der Thermostatsteuerung (44) und damit von der Temperatur im konditionierten Bereich eingeschaltet hält, einen ersten und einen zweiten Kontakt (1CR-1,5), welche Kontakte im geschlossenen Zustand die Enteisungs-Steuerschaltung (45) eingeschaltet halten, Mittel (1CR) zum Schliessen des ersten Kontaktes (1CR-1), wenn ein erster der Kompressoren (19) in Betrieb steht, und Mittel (32) zum Schliessen des zweiten Kontaktes (5), wenn der Aussenwärmetauscher vereisenden Bedingungen ausgesetzt ist.
2. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (32) zum Schliessen des zweiten Kontaktes (5) einen benachbart zum Aussenwärmetauscher (12) angeordneten Wärmefühler aufweisen.
3. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmefühler (32) in Berührung mit Kältemittelleitungen (30,31) angeordnet ist, durch welche Kältemittel in den Aussenwärmetauscher (12) eintritt.
4. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Hilfsheizung (55) zum Liefern von zusätzlicher Wärme an den konditionierten Bereich und eine vom Thermostat (44) abhängige Schalteinrichtung (4,4CR, 4CR-2) zum Einschalten der Hilfsheizung (55), nachdem alle Kompressoren (19,20) eingeschaltet worden sind.
5. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch dem Thermostat (44) zugeordnete Umschaltmittel (1RVR, 21,23) zum Umschalten der Wärmepumpenwirkung von Kühlbetrieb auf Heizbetrieb, wenn die Temperatur im konditionierten Bereich auf einen vorbestimmten Wert sinkt.
6. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Enteisungs-Steuerschaltung (45) ein elektrisches Relais (4CR) enthält, das so angeordnet ist, dass es durch Schliessen des ersten und des zweiten Kontaktes (1CR-1,5) eingeschaltet wird, sowie eine durch das Einschalten dieses Relais (4CR) betätigte Schalteinrichtung (4CR-1), die einen Teil (4) des Thermostates (44) überbrückt und, wenn ein erster der Kompressoren (19) eingeschaltet ist, alle Kompressoren (19, 20) eingeschaltet hält.
CH1351277A 1976-11-08 1977-11-07 CH626439A5 (de)

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