DE1813528C3 - Kühl- und Heizvorrichtung mit Wärmespeicherung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Kühl· und Heizvorrichtung mit Wärmespeicherung, mit einem Wasser als Wärmespeichermittel enthaltenden wärmeisolierten Wärmespeicherbehälter, der einen Heizkörper sowie einen Verdampfer einer Kältemaschine enthält und über Leitungen mit einem in dem zu kühlenden bzw. heizenden Raum befindlichen Wärmeaustauscher verbunden ist, und mit einer Pumpe zum Umwälzen des Wassers zwischen dem Wärmespeicherbehälter und dem Wärmeaustauscher während des Heiz- bzw. Kühlbetriebs.

Eine derartige Vorrichtung ist bereits aus der US-Patentschrift 23 43147 bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung besteht der in dem Wärmespeicherbehälter angeordnete Verdampfer der Kältemaschine aus einer einzigen Rohrschlange. Dieser Verdampfer arbeitet daher sowohl im Kühlbetrieb als auch im Speicherbetrieb. Da aber der Kühlbetrieb und der Speicherbetrieb unterschiedliche Anforderungen an die Art des Wärmeübergangs stellen, ist die Wirksamkeit dieses Verdampfers auf Grund seiner Doppelfunktion begrenzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese bekannte Vorrichtung hinsichtlich der im Kühl- und im Speicherbetrieb erzielbaren Wirksamkeit zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Verdampfer in zwei Innerhalb des Wärmespeicherbehälters angeordnete Verdampfer aufgeteilt ist, von denen der eine aus mit Rippen versehenen Rohren besteht, bei einer Temperatur unter 0⁰C arbeitet und ausschließlich während des Speicherbetriebs ar den Kältemittelkreislauf der Kältemaschine ange schlossen ist. während der andere, bei einer Tempera tür von über 0⁰C arbeitende Verdampfer aus koaxialer Rohren besteht, wobei das Innenrohr ausschließlich während des Kühlbetriebs an den Kältenröttelkreislau der Kältemaschine angeschlossen ist und das eine Ende des zwischen den beiden Rohren gebildeten Ringrau mes mit der Leitung verbunden ist, durch die das Was ser vom Wärmeaustauscher zum Wärmespeicherbehäl ter zurückströmt, während das andere Ende des Ring raumes in das Innere des Wärmespeicherbehälten mündet.

Dem Umstand, daß das in dem Wärmespeicherbehäl ter enthaltene Wärmespeichermittel während de: Speicherbetriebs nicht zirkuliert, sondern stillsteht, wogegen es während des Kühlbetriebs zirkuliert, d. h. be wegt wird, wird also erfindungsgemäß dadurch Rech nung getragen, daß in dem Wärmespeicherbehältei zwei voneinander unabhängige Verdampfer angeordnet sind, von denen der eine nur im Speicherbetrieh arbeitet und derart ausgebildet ist, daß er eine möglichst große Oberfläche aufweist wogegen der andere nur im Kühlbetrieb arbeitet und derart ausgebildet ist daß er einen möglichst guten Wärmeübergang gewährleistet, so daß die Wirksamkeit der Vorrichtung sowohl im Speicher- als auch im Kühlbetrieb optimal ist.

Aus der deutschen Patentschrift 6 63 713 ist zwar bereits eine Vorrichtung zur Kühlung der Luft einer Klimaanlage durch eine Kältemaschine bekannt, wobei der Verdampfer der Kältemaschine ebenfalls zweiteilig ausgebildet ist. Dabei werden aber beide Verdampfer von mit Rippen versehenen Rohren gebildet, so daß sie die unterschiedlichen Arbeitsbedingungen, wie sie zwischen dem Speicherbetrieb und dem Kühlbetrieb beim Gegenstand er vorliegenden Erfindung auftreten, nicht optimal erfüllen könnten.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Darstellung, welche die räumliche Zuordnung der einzelnen Baueinheiten der erfindungsgemäßen Kühl- und Heizvorrichtung mit Wärmespeicherung veranschaulicht,

F i g. 2 einen vertikalen Schnitt durch die den Wärmespeicherteil und den Kühlteil enthaltende Baueinheit und

F i g. 3 einen elektrischen Schaltplan der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In F i g. 1 ist die räumliche Zuordnung der die Kühl- und Heizvorrichtung bildenden einzelnen Baueinheiten veranschaulicht, wobei ein Wärmespeicherteil 1 und ein Kühlteil 2 miteinander zu einem Ganzen verbunden sind und eine Kühl- und Heizeinheit 15 bilden. Diese Kühl- und Heizeinheit 15 ist im allgemeinen im Freien aufgebaut. An der Kühl- und Heizeinheit 15 sind Zubehörteile, wie beispielsweise ein Flüssigkeitsanzeiger 3, ein Schalter 4 und ein Schlitzblech 5 mit Luftschlitzen vorgesehen. Auf den Aufbau der Kühl- und Heizeinheit 15 soll weiter unten näher eingegangen werden. Ein bekannter Wärmeaustauscher 16 ist im Hausinneren angeordnet und weist den üblichen Aufbau auf, wobei im einzelnen eine Rohrschlange, die von kaltem oder warmem Wasser durchströmt wird, sowie eine Ventilationsvorrichtung vorgesehen sind. An dem Wärmeaustauscher 16 sind zimmerseitig Luftansaugöffnungen 6, Luftauslaßöffnungen 7 und ein Einstellorgan 8 vorgesehen. Die Kühl- und Heizeinheit 15 ist mit dem Wärme-

austauscher 16 durch wärmeisolierte Rohrleitungen 9 und 10 verbunden. Eine Umwälzpumpe 11 ist in die Zuführleitung 9 eingeschaltet, um das in der Kühl- und Heizeinheit 15 gespeicherte kalte oder heiße Wasser dem Wärmeaustauscher 16 zuzuführen. Das kalte oder heiße Wasser wird nach erfolgtem Wärmeaustausch mit der Raumluft durch die Rückleitung 10 in die Kühl- und Heizeinheit 15 zurückgeführt Die Leitungen 9 und 10 sind durch einen Mauerdurchbruch oder durch eine kleine öffnung 12 hindurchgeführt, die in einem Teil der Wand oder des Fußbodens vorgesehen ist, und erstrecken sich durch diese in den Raum hinein, wo sie an den Wärmeaustauscher 16 angeschlossen sind. In Fig. 1 sind beispielartig eine Wand 13 und ein Fußboden 14 angedeutet. Wenngleich in F i g. 1 nur ein einziger Wärmeaustauscher 16 dargestellt ist, so schließt dies aber nicht aus, daß je nach der Leistungsfähigkeit der Kühl- und Heizeinheit 15 und je nach dem Kühl- und Heizleistungsbedarf auch eir; Vielzahl solcher Wärmeaustauscher 16 vorgesehen sein kann.

Wie aus F i g. 2 hervorgeht, enthält der Kälteteil 2 eine Kältemaschine üblicher Bauart, bestehend aus einem Kompressor 103 zum Verdichten eines Kältemittels, einem Wärmeaustauscher 118 zum Abkühlen des verdichteten Kältemittels, einem das abgekühlte und verflüssigte Kältemittel aufnehmenden Behälter 126 und aus einem dem Wärmeaustauscher 118 zugeordneten Gebläse 119.

Der Wärmespeicherteil 1 besteht aus einem Wasser als Wärmespeichermittel enthaltenden Wärmespeicherbehälter 634, dessen Wände mit einem wärmeisolierenden Material 138 verkleidet sind. Dieser Wärmespeicherbehälter steht über die Leitungen 9 und 10 mit dem im Hausinneren angeordneten Wärmeaustauscher 16 in Verbindung. In dem Wärmespeicherbehälter 634 ist ein (nicht gezeigter) Heizkörper sowie ein an den Kältemittelkreislauf der Kältemaschine angeschlossener Verdampfer enthalten.

Der in dem Wärmespeicherbehälter 634 angeordnete Verdampfer ist in zwei Verdampfer unterteilt, nämlich in einen ersten Verdampfer 626 für die Wärmespeicherung und in einen zweiten Verdampfer 683 für die Wasserkühlung. Zum Umschalten der Zufuhr zwischen diesen beiden Verdampfern ist ein Dreiweg-Magnetventil 684 vorgesehen. Der aus mit Rippen versehenen Rohren bestehende Verdampfer 626 für die Wärmespeicherung unterliegt der Regelwirkung eines thermostatischen Expansionsventils 625, so daß die Verdampfungstemperatur darin unter 0⁰C gehalten wird. Dies hat zur Folge, daß das Wärmespeichermittel 637 gekühlt wird, bis es in der Umgebung des Verdampfers 626 gefriert. Der Verdampfer 683 für die Wasserkühlung hingegen unterliegt der Regelwirkung einer Kapillare 685, so daß die Verdampfungstemperatur darin bei etwa 5° C gehalten wird. Der Verdampfer 683 für die Wasserkühlung ist als Doppelrohr ausgebildet, wobei das Innenrohr 686 von dem Kältemittel durchströmt wird, während das Wärmespeichermittel das äußere Rohr 687 durchströmt. Das Wärmespeichermittel, d. h. das Wasser, das durch den Wärmeaustauscher 16 erwärmt wird, strömt in das Doppelrohr durch ein Zuführrohr 647 ein und wird beim Durchströmen des Doppelrohres gekühlt, um dann an einem Auslaßende des äußeren Rohres Ö87 in den Wärmespeicherbehälter 634 auszuströmen. Der Verdampfer 683 für die Wasserkühlung ist in einem vorbestimmten Abstand L von dem Verdampfer 626 für die Wärmespeicherung angeordnet. Die gefrorene Schicht, die sich um den Verdämpfer 626 für die Wärmespeicherung herum bildet, erstreckt sich daher nicht bis zu dem Verdampfer 683 für die Wasserkühlung, und das das Außenrohr 687 durchströmende Wärmespeichermittel kann nicht gefrieren, da die Verdampfungstemperatur in dem Verdampfer 683 für die Wasserkühlung durch die Kapillare 685 bei etwa 5° C gehalten wird.

Bei der vorstehend beschriebenen Kühl- und Heizvorrichtung mit Wärmespeicherung ist der in F i g. 3 gezeigte Schaltungsaufbau vorgesehen.

Fig.3 zeigt die Schaltung einer Ausführungsform, bei der das Dreiwegventil 684 der F i g. 2 in Verblokkung mit der Betätigung der Umwälzpumpe geschaltet wird. Bei dieser Schaltung sind ein DrehstromnetzaniS Schluß 701, ein elektromagnetischer Schalter 702 zur Inbetriebnahme der Kältemaschine, ein elektromagnetischer Schalter 703 zur Inbetriebnahme der Heizvorrichtung 707, ein Motor 704 für den Antrieb des Kompressors 103, ein Motor 705 für den Antrieb des Gebläses 119 für den Wärmeaustauscher 118, ein Anlaßkondensator 706 für den Gebläsemotor 705, ein Hauptschalter 708, ein Hochdruckschalter 709, ein Frostschutzthermostat 710, ein Schalter 711 zum Umschalten zwischen Kühl- und Heizbetrieb, eine Temperatursicherung 712 und ein Thermostat 713 zum Regeln der Wassertemperatur vorgesehen. In der Schaltungsanordnung für den im Hausinneren angeordneten Wärmeaustauscher 16 und für das Umwälzpumpsystem liegen ein Einphasennetzanschluß 714, ein Hauptschalter 715, ein Motor 716 zum Antrieb des Gebläses des Wärmetauschers 16, ein Anlaßkondensator 717 für den Gebläsemotor 716, ein Schalter 718 für den Gebläsemotor 716, ein Motor 719 zum Antrieb der Umwälzpumpe, ein Anlaßkondensator 720 für den Pumpenmotor 719, ein Pumpenschalter 721, ein in den Pumpenstromkreis gelegter Schalter 722 zum Umschalten zwischen Kühl- und Heizbetrieb, ein Thermostat 723 zum Ein- oder Ausschalten des Umwälzpumpenmotors 719 unter Ansprechen auf die Raumtemperatur und eine Elektromagnetspule 724 zur Steuerung des für die beiden in F i g. 2 dargestellten Verdampfer 626 und 683 vorgesehenen Dreiwegeventils 684 zum Umschalten des Kältemittelkreislaufs.

Aus F i g. 3 ist zu entnehmen, daß die Kältemaschine zu arbeiten beginnt, wenn der Hauptschalter 708 in die Schließstellung gebracht wird und der Schalter 711 zum Umschalten zwischen Kühl- und Heizbetrieb eine Schaltstellung aä einnimmt. Gleichzeitig wird der Hauptschalter 715 im Stromkreis des Wärmetauschers 16 in die Schließstellung gebracht und der Gebläseschalter 718 wird zur Inbetriebnahme des Gebläses gleichfalls geschlossen. Dann wird der Pumpenschalter 721 geschlossen und der Schalter 722 zum Umschalten zwischen Kühl- und Heizbetrieb wird in eine Schaltstellung a gebracht, so daß der Kreis für den Kühlbetrieb geschaltet ist. Ist nun die Raumtemperatur hoch, so nimmt der auf die Raumtemperatur ansprechende Thermostat 723 die Schaltstellung a' ein. Der Pumpentnotor 719 wird daher angetrieben und gleichzeitig wird die Elektromagnetspule 724 des Dreiwegeventils 684 erregt, so daß der Kältemittelkreislauf jetzt durch den Verdampfer 683 für die Wasserkühlung führt und die Vorrichtung im Kühlbetrieb arbeitet. Sinkt hierauf die Raumtemperatur, so wird der Thermostat 723 in eine Schaltstellung b umgeschaltet, wodurch der Pumpenstromkreis unterbrochen wird. Gleichzeitig wird auch die Stromzufuhr zu der Elektromagnetspule des Dreiwegeventils 684 unterbrochen, und der Kälte-

mittelkreislauf führt nun durch den Verdampfer 626 für die Wärmespeicherung, so daß die Vorrichtung jetzt im Wärmespeicherbetrieb arbeitet. Da das Ein- und Ausschalten des Umwälzpumpenmotors 719 mit dem Ein- und Ausschalten der Elektromagnetspule 724 des Dreiwegeventils 684 gekoppelt ist, braucht nicht betont zu werden, daß der Verdampfer 683 für die Wasserkühlung stets dann in Betrieb genommen ist, wenn auch der Umwälzpumpenmotor 719 arbeitet, während der Verdampfer 626 für die Wärmespeicherung in Betrieb ist, wenn der Umwälzpumpenmotor 719 stillsteht, so daß in diesem letztgenannten Fall das Wärmespeichermittel unter Wärmespeicherung gefriert. Wächst die gefrorene Schicht bei anhaltendem Wärmespeicherungsbetrieb zu stark an, so erfolgt eine Betätigung des Frostschutzthermostaten im Sinne eines Abschaltens der Kältemaschine.

Beim Heizbetrieb ist der zum Umschalten zwischen Kühl- und Heizbetrieb vorgesehene Schalter 711 in eine Schaltstellung btf umgelegt, so daß der Heizvorrichtung 707 Strom zugeführt wird. Auch der in dem Stromkreis der Umwälzpumpe liegende Umschalter 722 ist beim Heizbetrieb in eine Schaltstellung h umgelegt. Steigt nun die Raumtemperatur über einen vorbestimmten Einstellwert an, so wird der auf die Raumtemperatur ansprechende Thermostat 723 in die Schaltstellung a' umgeschaltet, so daß der Pumpenstromkreis unierbrochen wird. Sinkt umgekehrt die Raumtemperatur unter den vorbestimmten Eiinstellwert, so schaltet der Thermostat wieder in die Schaltstellung b' zurück, in welcher der Purnpenstromkireis geschlossen ist. In diesem Fall ist die Elektromagrietspule 724 des Dreiwegeventils 684 von dem Pumpenstromkreis unabhängig.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Kühl- und Heizvorrichtung mit Wärmespeicherung, mit einem Wasser als Wärmespeichermittel enthaltenden wärmeisolierten Wärmespeicherbehälter, der einen Heizkörper sowie einen Verdampfer einer Kältemaschine enthält und ober Leitungen mit einem in dem zu kühlenden bzw. heizenden Raum befindlichen Wärmeaustauscher verbunden ist, und mit einer Pumpe zum Umwälzen des Wassers zwischen dem Wärmespeicherbehälter und dem Wärmeaustauscher während des Heiz- bzw. Kühlbetriebs, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer in zwei innerhalb des Wärme- ,5 speicherbehälters (634) angeordnete Verdampfer (626 und 683) aufgeteilt ist, von denen der eine (626) aus mit Rippen versehenen Rohren besteht, bei einer Temperatur unter 0⁰C arbeitet und ausschließlich während des Speicherbetriebs an den Kältemittelkreislauf der Kältemaschine angeschlossen ist, während der andere, bei einer Temperatur von über 0°C arbeitende Verdampfer (683) aus koaxialen Rohren (686,687) besteht, wobei das Innenrohr (686) ausschließlich während des Kühlbetriebs an den Kältemittelkreislauf der Kältemaschine angeschlossen ist und das eine Ende des zwischen den beiden Rohren gebildeten Ringraumes mit der Leitung verbunden ist, durch die das Wasser vom Wärmeaustauscher zum Wärmespeicherbehälter zurückströmt, während das andere Ende des Ringrau mes in das Innere des Wärmespeicherbehälters mündet.