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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Klimatisierung eines Gebäudes, insbesondere mittels einer Wärmepumpe, die sich bei relativ geringem vorrichtungstechnischem Aufwand bzw. unter Verwendung relativ einfach aufbauender Komponenten dadurch auszeichnet, dass ein Ventilgehäuse einer Umschalteinrichtung in vorteilhafter konstruktiver Art und Weise ausgebildet ist.
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Stand der Technik
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Eine Vorrichtung zur Klimatisierung eines Gebäudes mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus der nachveröffentlichten
DE 102022205253.6 A1 der Anmelderin bekannt. Bei der bekannten Vorrichtung sind die Anschlüsse eines Wärmetauschers, eines Verdichters sowie eines Expansionsventils auf unterschiedlichen Seiten eines Ventilgehäuses einer Umschalteinrichtung angeordnet.
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Eine weitere, aus der Praxis bekannte Vorrichtung weist darüber hinaus einen ersten Wärmetauscher auf, der einem Innenbereich des Gebäudes zugeordnet ist, sowie einen zweiten Wärmetauscher, der über eine Verbindungsleitung und unter Zwischenschaltung eines Expansionsventils mit dem ersten Wärmetauscher gekoppelt ist, wobei der zweite Wärmetauscher einem Außenbereich des Gebäudes zugeordnet und typischerweise in einem Gehäuse angeordnet ist. Die Förderung eines Kältemittels durch die beiden Wärmetauscher erfolgt mittels eines Kompressors als Verdichter. Der Kompressor ist über eine zwei Betriebsarten ermöglichende Umschaltrichtung mit den beiden Wärmetauschern verbunden. In der ersten Betriebsart zum Heizen des Gebäudes wird das verflüssigte Kältemittel im zweiten Wärmetauscher durch Umgebungswärme bei gleichzeitiger Verdampfung erwärmt. Mittels des Kompressors wird das verdampfte Kältemittel unter Druck- und Temperaturerhöhung in den ersten Wärmetauscher gefördert, wo es unter Wärmeabgabe wieder verflüssigt wird. Vom ersten Wärmetauscher gelangt das Kältemittel anschließend über das Expansionsventil, wo es wieder seinen ursprünglichen Druck annimmt, in den zweiten Wärmetauscher. In der zweiten Betriebsart zum Kühlen des Gebäudes verläuft der beschriebene Prozess umgekehrt, d.h., dass vom ersten Wärmetauscher das Kältemittel durch die Wärme im Gebäudeinnern verdampft wird und das verdampfte Kältemittel im zweiten Wärmetauscher unter Wärmeabgabe (an die Umgebung) kondensiert.
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Bei bestimmten Wetterbedingen kann es zu einer teilweisen oder kompletten Vereisung des zweiten Wärmetauschers (im Außenbereich) bei der Kondensation kommen, was sich negativ auf den Wirkungsgrad der Vorrichtung bzw. der Wärmepumpe auswirkt. Daher muss der zweite Wärmetauscher bei Vereisung in bestimmten Abständen abgetaut werden. Hierfür ist es bekannt, mittels der Umschalteinrichtung die bekannte Vorrichtung in einem Umkehrbetrieb zu betreiben. Das heißt, dass für das Abtauen Wärme vom ersten Wärmetauscher (im Gebäudeinneren) nach außen zu dem zweiten Wärmetauscher transportiert wird. Dieser Umkehrbetrieb wird außerdem zum Kühlen des Gebäudes (zweite Betriebsart) benutzt. Dabei wird der gesamte Kältemittelkreislauf in seiner Fließrichtung umgedreht, was zu einer Funktionsumkehr der beiden Wärmetauscher führt. Da die Durchströmungsrichtung im Kompressor nicht verändert werden kann, ist es darüber hinaus bekannt, den Kompressor über ein 4/2-Wegeventil der Umschalteinrichtung mit den beiden Wärmetauschern zu verbinden, um einen Wechsel vom Heizbetrieb zum Abtaubetrieb oder Kühlbetrieb zu realisieren. Wesentlich dabei ist, dass die genannte Konfiguration der Komponenten bewirkt, dass bei einer Umkehr der Strömungsrichtung die genannten Komponenten (mit Ausnahme des Kompressors) in umgekehrter Richtung durchströmt werden. Damit schränkt sich die Auswahl der zu verwendenden Komponenten dahingehend ein, dass sie in beide Richtungen ohne Funktionsverlust durchströmt werden können. Bei dem in der Verbindungsleitung zwischen den beiden Wärmetauschern angeordneten Expansionsventilen ist teilweise eine Durchströmung in beide Richtungen nicht möglich. Ebenso kann es zu Problemen mit der Prozessumkehr kommen, wenn andere spezielle Bauteile zur Homogenisierung des Kältemittels verwendet werden. In diesen Fällen ist es bekannt, mittels zusätzlicher Bypässen oder Ventilen Lösungen zu realisieren, die allerdings zu einem relativ hohen vorrichtungstechnischen Aufwand der Vorrichtung und einer erhöhten Komponentenanzahl führen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Klimatisierung eines Gebäudes mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass sie einerseits derart ausgebildet ist, dass die dazu verwendeten Komponenten ausschließlich in einer einzigen Richtung durchströmt werden können, und zwar unabhängig davon, ob ein Heizbetrieb oder ein Umkehrbetrieb stattfindet, und dass gleichzeitig eine vereinfachte Montage von Anschlüssen von Aggregaten an einem Ventilgehäuse der Umschalteinrichtung erzielt wird.
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Vor dem Hintergrund der obigen Erläuterungen ist es daher bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Klimatisierung eines Gebäudes mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen, dass die einem oder beiden Wärmetauschern und/oder dem Verdichter und/oder dem Expansionsventil zugeordneten Anschlüsse jeweils an einer gleichen Seite des Ventilgehäuses der Umschalteinrichtung angeordnet sind.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Klimatisierung eines Gebäudes sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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In bevorzugter konstruktiver Ausgestaltung des Ventilgehäuses ist dieses in Form eines Ventilblocks mit einem als Schieber ausgebildeten Stellglied gebildet, wobei das Stellglied dazu dient, die Umschalteinrichtung in die beiden, die Wärmetauscher in gleicher Richtung durchströmenden Schaltstellungen zu verstellen.
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Besonders einfach lässt sich die Umschalteinrichtung dadurch konstruktiv aufbauen, wenn die Betätigung der Umschalteinrichtung durch einen einzigen Aktuator erfolgt. Vorzugweise ist ein derartiger Aktuator in Form eines elektromotorischen Stellantriebs, vorzugsweise einen Spindelantrieb umfassend, ausgebildet. Ein derartiger Spindelantrieb ermöglicht es insbesondere auch, die benötigten Stellkräfte unter Nutzung eines eine relativ geringe Leistung aufweisenden Elektromotors bereitzustellen.
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Insbesondere ist die Ventileinrichtung in Form eines 8/2-Wegeventils ausgebildet.
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Eine weitere bevorzugte Anordnung des Ventilgehäuses bzw. der Umschalteinrichtung sieht vor, dass diese in einem Gehäuse einer wenigstens eine weitere Komponente aufweisenden Einheit angeordnet ist. Eine derartige Einheit ist beispielsweise in Form einer sogenannten kombinierten Expansionseinheit ausgebildet, bei der in einem (gemeinsamen) Gehäuse alle, zur Ausbildung der Vorrichtung benötigten Elemente kompakt angeordnet sind.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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- 1 zeigt in einer schematischen Ansicht eine Vorrichtung zur Klimatisierung eines Gebäudes, wobei zwei Wärmetauscher der Vorrichtung in bei unterschiedlichen Betriebsarten in derselben Richtung durchströmt werden,
- 2 und 3 einen Ventilblock einer Umschalteinrichtung der Vorrichtung gemäß 1 in teilweise transparenter Darstellung bei unterschiedlichen Schaltstellungen und
- 4 eine schematische Darstellung einer kombinierten Funktionseinheit, in der ein Ventilblock der Vorrichtung gemäß der 1 in einem Gehäuse der Funktionseinheit integriert angeordnet ist.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
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In der 1 sind die wesentlichen Komponenten einer Vorrichtung 100 in Form einer Wärmepumpe 101 zur Klimatisierung eines nicht dargestellten Gebäudes, insbesondere eines Wohngebäudes, dargestellt. Die Vorrichtung 100 weist einen Verdichter 10, insbesondere in Form eines Kompressors 12, auf. Der Kompressor 12 dient der Verdichtung bzw. Druckerhöhung eines Mediums, insbesondere eines Kältemittels. Der Kompressor 12 hat einen Kompressoreintritt 13 und einen Kompressoraustritt 14. Der Kompressoreintritt 13 und der Kompressoraustritt 14 sind mit einer Umschalteinrichtung 15 verbunden. Die Umschalteinrichtung 15 wirkt darüber hinaus mit einem ersten, einem Innenbereich des Gebäudes zugeordneten Wärmetauscher 18, einem zweiten Wärmetauscher 20, der einem Außenbereich des Gebäudes zugeordnet ist, und einer weiteren Strömungskomponente 22 in Form eines Expansionsventils 23 zusammen. Der erste Wärmetauscher 18 ist mittels einer mehrere Abschnitte aufweisenden Verbindungsleitung 24 über die Umschalteinrichtung 15 mit einem Ventileingang 25 des Expansionsventils 23 verbunden, welches wiederum einen Ventilausgang 27, die Verbindungsleitung 24 und die Umschalteinrichtung 15 mit dem zweiten Wärmetauscher 20 verbunden ist. Die beiden Wärmetauscher 18, 20 sind somit in Reihenschaltung angeordnet.
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Wie darüber hinaus anhand der 1 erkennbar ist, weist der erste Wärmetauscher 18 einen ersten Eintrittsbereich 26 und einen ersten Austrittsbereich 28 auf. Der zweite Wärmetauscher 20 weist einen zweiten Eintrittsbereich 29 und einen zweiten Austrittsbereich 31 auf.
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Sowohl beim Kompressor 12, als auch beim Expansionsventil 23 und bei den beiden Wärmetauschern 18, 20 und der Umschalteinrichtung 15 sind darüber hinaus erste Strömungspfeile 32 und gestrichelt dargestellte zweite Strömungspfeile 34 eingezeichnet. Die beiden Strömungspfeile 32, 34 kennzeichnen unterschiedliche Schaltstellungen der Umschalteinrichtung 15 zur Realisierung unterschiedlicher Betriebsarten der Vorrichtung 100.
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In der ersten, durch die ersten Strömungspfeile 32 gekennzeichneten und einen Heizbetrieb realisierenden Richtung wird das Medium (Kältemittel) vom Kompressoraustritt 14 über die Umschalteinrichtung 15 zum ersten Eintrittsbereich 26 des ersten Wärmetauschers 18 geleitet. Vom ersten Austrittsbereich 28 des ersten Wärmetauschers 18 gelangt das Medium über die Umschalteinrichtung 15 anschließend zum Ventileingang 25 des Expansionsventils 23, und über den Ventilauslass 27 des Expansionsventils 23 über die Umschalteinrichtung 15 zum zweiten Eintrittsbereich 29 des zweiten Wärmetauscher 20. Vom zweiten Austrittsbereich 31 des zweiten Wärmetauschers 20 gelangt das Medium wiederum über die Umschalteinrichtung 15 zum Kompressoreintritt 13.
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In der zweiten, durch die gestrichelt dargestellten Strömungspfeile 34 gekennzeichneten und einen Kühlbetrieb realisierenden Stellung der Umschalteinrichtung 15 gelangt das Medium vom Kompressoraustritt 14 über die Umschalteinrichtung 15 zunächst zum zweiten Eintrittsbereich 29 des zweiten Wärmetauschers 20. Vom zweiten Ausgangsbereich 31 des zweiten Wärmetauschers 20 gelangt das Medium anschließend über die Umschalteinrichtung 15 zum Expansionsventil 23, welche wiederum das Medium über die Umschalteinrichtung 15 in Richtung des ersten Eintrittsbereichs 26 des ersten Wärmetauschers 18 führt. Vom ersten Austrittsbereichs 28 des ersten Wärmetauschers 18 gelangt das Medium wiederum über die Umschalteinrichtung 15 zum Kompressoreintritt 13.
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Wie aus den obigen Ausführungen im Zusammenhang mit den Richtungen der Strömungspfeile 32 und 34 in der 1 erkennbar ist, ermöglicht es die Umschalteinrichtung 15, unabhängig von der Reihenfolge, in welcher die beiden Wärmetauscher 18, 20 von dem Medium durchströmt werden bzw. ob ein Heizbetrieb oder ein Kühlbetrieb realisiert werden soll, stets eine Durchströmungsrichtung sowohl der beiden Wärmetauscher 18, 20 als auch des Expansionsventils 23 in derselben Richtung.
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In den 2 und 3 ist die Umschalteinrichtung 15 in Form eines Ventilblocks 40 realisiert, der ein block- bzw. quaderförmiges Ventilgehäuse 42 aufweist. Der Ventilblock 40 bildet eine Ventileinrichtung 44 aus, die in Form eines 8/2-Wegeventils 43 ausgebildet ist. Zur Realisierung der beiden oben angeführten Schaltstellungen der Umschalteinrichtung 15 weist die Ventileinrichtung 44 darüber hinaus ein Stellglied 45 in Form eines Ventilschiebers 46 auf, der in Richtung des Doppelpfeils 47 relativ zu dem Ventilgehäuse 42 verschiebbar ist, um die beiden Betriebsarten der Umschalteinrichtung 15, den in der 2 dargestellten Heizbetrieb, und den in der 3 dargestellten Kühl- bzw. Abtaubetrieb, zu ermöglichen. Der Ventilschieber 46 ist hierzu mit einem in den 2 und 3 lediglich schematisch dargestellten elektromotorischen Antrieb 48 in Form eines Elektromotors gekoppelt, der über einen Spindelantrieb 50 auf den Ventilschieber 46 wirkt.
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Wesentlich ist, dass das Ventilgehäuse 42 eine erste Seite 52 und eine zweite Seite 54 am Ventilgehäuse 42 aufweist, die gegenüberliegend angeordnet sind, und zwar seitlich zum Ventilschieber 46. Wie aus den 2 und 3 darüber hinaus erkennbar ist, sind die dem Kompressor 12 zugeordneten, mit dem Kompressoreintritt 13 und dem Kompressoraustritt 14 verbundenen Anschlüsse K1 und K1', als die mit dem ersten Eintrittsbereich 26 und dem ersten Austrittsbereich 28 des ersten Wärmetauschers 18 verbundenen Anschlüsse Kon1 und Kon1`, sowie die mit dem zweiten Eintrittsbereich 29 und dem zweiten Austrittsbereich 31 des zweiten Wärmetauschers 20 verbundenen Anschlüsse Kon2 und Kon2` auf der ersten Seite 52 des Ventilgehäuses 42 angeordnet, während der Ventileingang 25 und der Ventilausgang 27 des Expansionsventils 23 mit den Anschlüssen E1 und E1` auf der zweiten Seite 54 des Ventilgehäuses 42 verbunden sind.
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Die lediglich symbolisch dargestellten Anschlüsse K1, K1', Kon1, Kon1', Kon2, Kon2` sowie E1 und E1' sind insbesondere standardisierte Hydraulikanschlüsse und über nicht dargestellte Hydraulikleitungen mit den angesprochenen Komponenten verbunden.
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Ergänzend wird erwähnt, dass die Anschlüsse K1, K1', Kon1, Kon1', Kon2, Kon2` sowie E1 und E1' der beiden Wärmetauscher 18, 20 sowie des Kompressors 12 und des Expansionsventils 23 auch auf anderen Seiten 52, 54 des Ventilgehäuses 42 angeordnet sein können. Wesentlich ist lediglich, dass die einem oder beiden Wärmetauschern 18, 20 und/oder dem Kompressor 12 und/oder dem Expansionsventil 23 zugeordneten Anschlüsse K1, K1', Kon1, Kon1', Kon2, Kon2` sowie E1 und E1' auf ein und derselben Seite 52, 54 des Ventilgehäuses 42 angeordnet sind.
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Zuletzt ist in der 4 ein Gehäuse 60 einer Einheit 70 dargestellt, die als kombinierte Extension-Unit ausgebildet ist. Diese kombinierte Extension-Unit weist zusätzlich zu dem Merkmal, dass die Ventileinrichtung 44 integriert in dem Gehäuse 60 der Einheit 70 angeordnet ist wenigstens eine weitere Komponente auf, beispielsweise einen Druckwächter 72, ein Schraderventil 74 sowie ein weiteres Expansionsventil 76, um in an sich bekannter Art und Weise in der Praxis die unterschiedlichen Betriebsarten der Vorrichtung 100 realisieren zu können.
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Die soweit beschriebene Vorrichtung 100 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 1020222052536 A1 [0002]
