DE2246897A1 - Kombinierte waermeaustauscheranlage zur heizung und kuehlung - Google Patents

Description

DR.-PHIL. G. NICKEL · DR.-ING. J. DORNER

8 M ONCHENIa LANDWEHRSTR. 35 · POSTFACH 104

TEL. (08 11) 555719

München, den 20. September 1972 Anwaltsaktenz.: 27 - Pat, 37

Amana Refrigeration, Inc., Amana, Iowa, Vereinigte Staaten von Amerika

Kombinierte Wärmeaustauscheranlage zur Heizung und Kühlung.

Die Erfindung bezieht sich auf eine kombinierte Wärmeaustauscheranlage zur Heizung und Kühlung.

Es sind bereits kombinierte Heiz- und Kühlanlagen bekannt, bei welchen einem Warmluftofen eine Klimaanlage mit einer Kühlrohrschlange, die im Luftkanal angeordnet ist, zugeordnet ist. Solche Anlagen bestehen jedoch im wesentlichen aus zwei vollständigen Systemen, nämlich aus einer Warmluftheizung, die verhältnismäßig groß und sperrig ist, während das andere eine komplette Klimaanlage ist, die ebenfalls verhältnismäßig groß und sperrig ist.

Ferner ist bekannt, daß eine gemeinsame Wärmeaustauschflüssigkeit durch ein großes Gebäude zu Radiatoren gepumpt werden kann, die mit Gebläsen ausgerüstet sind, welche entweder Warmluft oder Kaltluft abgeben, je nachdem die duroh die Radiatoren zirkulierende Flüssigkeit duroh entfernt angeordnete Heizkessel oder Klimaanlagen erwärmt oder gekühlt worden ist.

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Desgleichen sind kombinierte Heiz- und Kühleinrichtungen bekannt, bei welchen elektrische Heizspiralen in den Kuh 11 iiItkanälen angeordnet sind, um, wenn gewünscht, die Luft zu erwärmen. Eine solche elektrische Wärmeerzeugung ist weder wirtschaftlich noch für die gesamte Heizbelastung in vielen Zonen des Landes ausreichend.

Durch die Erfindung soll eine Wärmeaustauschanlage bzw. ein kombiniertes Wärmeaustauschaggregat zur Lieferung erwärmter und/oder gekühlter Luft geschaffen werden, welches sich duroh einfachen Aufbau, geringe Herstellungskosten, geringen Raumbedarf und durch die Eigenschaft auszeichnet, eine ausreichende Heizung oder Kuh-* lung in einem großen Bereich auftretender Belastungszustände sicherzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Wärmequelle und einen ersten, zur Übertragung von Wärme von der Wärmequelle auf ein erstes Fluid dienenden Wärmeaustauscher, welcher eine Matrix aus rohrförmigen Elementen aufweist, die mit einer Vielzahl von Körpern haftend miteinander verbunden eind, weiche für Verbrennungsprodukte Durchlässe bilden, die eine mittlere Länge von weniger als dem Zwanzigfaohen des mittleren Krümmungsradius der erwähnten Körper haben, ferner durch erste Leitungen für den Umlauf des ersten Fluids zwisohen dem ersten Wärmeaustauscher und einem zweiten Wärmeaustauscher zur Übertragung von Wärme von dem ersten Fluid auf ein zweites Fluid und zweite Leitungen für den Umlauf des zweiten Fluids durch den zweiten Wärmeaustauscher.

Zweckmäßige Weiterbildungen einer solchen Wärmeaustausohanlage bzw. eines entsprechenden Wärmeauetauschaggregates bilden Gegenstand der anliegenden Patentansprüche 2 bis 16.

Durch die Erfindung wird eine kompakte kombinierte Heiz- und Kühlanlage angegeben, bei welcher die Heizeinrichtung duroh einen Matrix-Wärmeaustauscher gedrängter Bauweise zum Erwärmen

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eines Fluids mittels Verbrennungsprodukten gebildet wird. Das Fluid, vorzugsweise eine Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, wird durch einen ersten, in einem Luftkanal befind liehen Wärmeaustauscher in Umlauf gesetzt, der in der Nähe der Heizeinrichtung angeordnet ist, so daß die für den Umlauf des Fluids von der Heizeinrichtung durch den Luftkanal-Wärmeaustauscher erforderliche Energie auf ein Mindestmaß herabgesetzt ist. Benachbart der Heizeinrichtung ist ein luftgekühlter Kondensator mit einem gesonderten KUhlungs-Wärmeaustausoher vom Entspannungstyp in dem gleichen Luftkanal wie der Heizradiator angeordnet. Ein einziges Gebläse fördert Luft durch beide Wärmeaustauscher im Luftkanal, so daß, wenn die Klimaanlage eingeschaltet wird, Kaltluft durch das Kanalsystem in Umlauf gesetzt wird, während wenn die Heizeinrichtung eingeschaltet wird, Warmluft durch das Kanalsystem zirkuliert. Die Gesamtanlage ist so zusammengebaut, daß der Wärmeabführungs-Wärmeaustauscher des Kühler-Kondensators an dem einen Ende des Aggregats angeordnet ist, während sich die im Luftkanal liegenden Wärmeaustauscher am anderen Ende des Aggregats befinden, so daß letzteres in geeigneter Weise außerhalb eines Wohnhauses augeordnet werden kann, wobei sich die Luftkanäle durch ein Dach oder eine Wand des Wohnhauses erstrecken und mit Kanälen zur Verteilung der erwarten oder gekühlten Luft durch das Wohnhaus verbunden sind_o ??urch die Verwendung einer Matrixüeizeinrichtung kann der Luft in den Kanälen während der Heizung mehrfach, mehr Wärme zugeführt werden, als beim Kühlen abgezogen wird, so daß das Aggregat für die gesamte Heizung und Kühlung verwendet werden kann, die in einem Wohnhaus in jedem Klima des Landes erforderlich ist_ä

Durch die Erfindung wird ferner angegeben, daß eine Flüssigkeit als Fluid verwendet werden kann, das durch den Matrix-Wärmeaustauscher der Heizeinrichtung und den Wärmeaustauscher im Luftkanal in Umlauf gesetzt wird, und daß der Betrieb mit dieser Flüssigkeit im wesentlichen unter atmosphärischem Druck erfolgen kann, was eine Einsparung an Gewicht und Kosten der Wärmeaustauscher im Vergleich zu den Wärmeaustauschern ermöglicht, die

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eriorderlioh werden, wenn der Betrieb mit einem Überdruck erfolgen würde. Dies wird dadurch erreicht, daß die Flüssigkeit in Umlauf gesetzt wird und die Luft durch die Luftkanäle geblasen wird, wenn die Temperatur des Fluids im Matrix-Värmeaustauscher oberhalb einer bestimmten Mindesttemperatur liegt, so daß, wenn die Heizeinrichtung abgeschaltet wird, der Umlauf der Flüssigkeit fortgesetzt wird, wodurch das Sieden der Flüssigkeit im Matrix-Värmeaustauscher verhindert wird, das zu einem Verlust an Flüssigkeit aus der Anlage führen würde. Ein rasches Rückführen der Anlage auf den Ausgangszustand ist mit einem solchen Kreislaufregelsystem ebenfalls möglich, ohne welches ein wesentlicher Zeitraum für die Rückführung erforderlich ist, da die Bildung von Wasserdampf, die im Matrix-Wärmeaustauscher stattfinden würde, den Boiler nicht ausreichend kühlt, nachdem dieser abgeschaltet worden ist, bis sioh der Boiler selbst abgekühlt hat, beispielsweise durch Strahlung innerhalb des Aggregats.

Durch die Gestaltung der Gesamtanordnung in der Weise, daß der Kondensator für die Klimaanlage bzw. Kühlung sioh an dem einen Ende befindet und die Wärmeaustauscher für den Wärmeaustausch mit der duroh das Wohnhaus in Umlauf zu setzenden Luft an anderen Ende vorgesehen sind, wird daduroh, daß die Bauelemente, wie der Kondensator, der Kompressor und der kompakte Boiler oder Warmwassererhitzer, zwischen den beiden Enden angeordnet sind, ein kompaktes und billiges Aggregat erzielt, das im Herstellerwerk mit der zugehörigen Verdrahtung und Steuerschaltung zu einer Einheit zusammengebaut werden kann, wobei das Kanalsystem leicht an der Wand des Wohnhauses angebracht werden kann. Das Aggregat kann beispielsweise am Dach oder unmittelbar gegen eine Wand des Wohnhauses angebaut werden.

Durch die Verwendung einer Verbrennungs-Heizeinrichtung in einem Aggregat, das außerhalb des Gebäudes angeordnet werden kann, ist es möglich, den Brennstoff für die Heizeinrichtung, beispielsweise Gas oder Öl, außerhalb des Gebäudes zu lagern und der Heizeinrichtung zuzuführen, wodurch eine mögliche Quelle

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für das Entstehen eines Brandes oder für eine Geruchsbelästigung ausgeschaltet wird.

Erfindungsgemäß ist ferner ein doppelter Schutz in der Steuerschaltung vorgesehen. Im besonderen regelt ein Sicherheitsschalter für die obere Grenze, der mit der Heizeinrichtung zusammengebaut ist, sowohl das Brennergebläse als auch die Gasbrenner-Steuerschaltung. Ein Gasdruckregler liefert Gas zum Einlaß des Brennergebläses mit einem Druck, der etwas unter dem atmosphärischen Druck liegt, so daß, wenn das durch die Brennerregelung gesteuerte Gasregelventil ausfällt, d. h. nicht sohließt, wenn die Brennersohaltung abgeschaltet wird (beispielsweise dadurch, daß das Magnetventil hängenbleibt) das den Brenner beliefernde Gebläse ebenfalls abgeschaltet wird, woduroh das Entstehen einer Unterdruckzone auf der Ausgangsseite des Gasreglers vermieden wird und daduroh die Gasströmung durch den Regler abgestellt wird.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert. Es stellen dar:

Figur 1 eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Heiz- und Kühlanlage,

Figur 2 eine Seitenansicht im Aufriß der in Figur 1 dargestellten Anlage,

Figur 3 eine Ansicht der in Figur 1 und 2 dargestellten Heizeinrichtung im Längsschnitt nach der Linie 3-3 in Figur 4,

Figur k eine Ansicht der in Figur 3 dargestellten

Heizeinrichtung im Querschnitt nach der Linie k-k in Figur 3,

Figur 5 den Einbau einer Anlage naoh Figur 1 und k in ein Wohnhaus und

Figur 6 ein Schaltbild einer Steuerschaltung zur Verwendung mit der in Figur 1 bis 4 dargestellten Anlage.

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In Figur 1 bis k ist ein Aggregat 10 mit einer Basis dargestellt, auf der Seitenwände und eine obere Wand aufgebaut sind, die aus Blech hergestellt sein können und an einem Winkeleisenrahmen lösbar befestigt werden können, wie es bei den herkömmlichen kombinierten Heizanlagen der Fall ist.

Benachbart der einen Seite des Aggregats 10 etwa in der Mitte zwischen dessen Enden befindet sich eine kompakte Heizeinrichtung 11 vorzugsweise von der Art, wie sie mit näheren Einzelheiten an anderer Stelle vorgeschlagen wurde.

Wie sich genauer aus Figur 3 und k ergibt, besteht die Heizeinrichtung 11 aus einer zylindrischen Matrix 12, die eine Anzahl Rohre 13 aufweist, durch welohe eine zu erwärmende Flüssigkeit in Umlauf gesetzt wird, wobei die Zwischenräume zwischen den Rohren mit einer Vielzahl von Kugeln lh gefüllt sind, die haftend miteinander und mit den Rohren verbunden sind, so daß eine thermisoh stabile Matrix 12 in Form einer Einheit erhalten wird. Die duroh die Verbrennungsprodukte aus dem mittig innerhalb der Matrix angeordneten Brenner 15 erzeugten Verbrennungsgase werden nach außen durch die Zwischenräume zwischen den Kugeln längs Wärmeaustausohwegen verdrängt, welche eine mittlere Länge durch die Matrix haben, die vorzugsweise weniger als das Zwanzigfache des mittleren Krümmungsradius der Kugeln 14 beträgt. Unter diesen Bedingungen können große Wärmemengen vom Brenner 15 auf die Matrix übertragen werden. Die durch die Rohre 13 fließende Flüssigkeit entzieht der Matrix Wärme in der Weise, daß alle Bereiche der Matrix unterhalb Temperaturen gehalten werden, durch welche die Matrix beispielsweise daduroh, daß die haftenden Verbindungen zwischen den Kugeln zum Schmelzen gebracht werden, beschädigt werden könnte. Im besonderen sollen, wenn die haftenden Verbindungen zwisohen den Kugeln durch Hartlöten verkupferter Stahlkugeln gebildet worden sind, alle Bereiche der Matrix unterhalb einer Temperatur von 538° C (1000° F) gehalten werden.

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Der Brennstoff wird der Heizeinrichtung 11 durch ein Magnetventil 16 und einen Druckregler 15' zugeführt, der Gas von einem Druck liefert, welcher etwas unterhalb des atmosphärischen Drukkes liegt. Der Ausgang des Reglers 15 wird der Eintrit.tsseite eines Gebläses 17 zugeführt, welches von einem Gebläsemotor 28 angetrieben wird, so daß das Gebläse 17 dem Brenner 15 der Heizeinrichtung 11 ein Brennstoff-Luft-Gemisch zuführt.

Die durch die Heizeinrichtung 11 erwärmte Flüssigkeit wird durch eine Rohrleitung 18 zu einem Wärmeaustauscher 19 an dem einen Ende des Aggregats 10 in Umlauf gesetzt und von diesem über eine Rücklaufleitung 26 einer Rüokführpumpe 27 zugeführt, welche das Fluid durch die Rohre in die Heizeinrichtung 11 zurückfördert. Wie dargestellt, macht das Fluid 6 Umläufe durch die Wärmeaustausohermatrix 12, da die oberen und unteren Enden der Rohre mit einem oberen und einem unteren Sammelraum mit Leitflächen in Verbindung stehen, welche die Zufuhr von der Pumpe 27 her zu den unteren Enden der ersten Gruppe von vier Rohren 13 leiten, während die oberen Enden dieser ersten Gruppe mit den oberen Enden einer zweiten Gruppe der Rohre 13 in Verbindung stehen, deren untere Enden eine dritte Gruppe beliefern usw., durch die sechs Gruppen von Rohren hindurch, wobei die letzte Gruppe den Wärmeaustauscher 19 über die Rohrleitung 18 beliefert.

Das obere Ende der Wärmeaustauscherschlange 19 ist ferner über eine Rohrleitung 20 mit einem Entspannungsbehälter 21 verbunden, der ein Entlüftungsrohr aufweist, welches durch eine Gummitülle 24 mit einem Schlitz 25 verschlossen ist, die nachfolgend als Tülle mit geteiltem Steg bezeichnet wird, um die Anlage im wesentlichen auf dem atmosphärischen Druck zu halten und eine wesentliche Verdampfung der Flüssigkeit zu verhindern. Die Flüssigkeit kann, beispielsweise reines Wasser sein, oder, wenn das Aggregat außerhalb des zu beheizenden Bereiches angeordnet werden soll, ein Gemisch aus Wasser und Gefrierschutzmittel, wie Äthylenglykol,

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Der Behälter 21 ist in einem Bereich des Aggregats ohne wesentliche Wärmeisolierung angeordnet, so daß Dämpfe der Flüssigkeit, die in der Anlage erzeugt werden, im Behälter 21 kondensieren.

Im unteren Teil eines Raumes zwisohen der Heizeinrichtung 11 und dem Wärmeaustauscher 19 ist ein Gebläse 42 angeordnet, das von einem Gebläsemotor 47 angetrieben wird, welcher Raum von dem die Heizeinrichtung enthaltenden Bereich durch eine Querwand 43 getrennt ist. Das Gebläse 42 fördert Luft durch eine waagrechte Wand 45 und saugt daher Luft durch Rippen 41, die Alt der Wärmeaustauscher-Rohrschlange 19 verbunden sind, aus einem Kaltluft-Riickfiihrkanal 40, der mit dem Aggregat 10 benachbart dem Wärmeaustauscher 19 verbunden ist. Ein Kanal 46 ist mit dem Auslaß am Ende des Aggregats 10 oberhalb des Kanals 40 verbunden und leitet Luft, die über den Wärmeaustauscher 19 gesaugt worden ist, in das Wohnhaus zurück, um dieses xu heizen. I)Ie Wände des das Gebläse 42 enthaltenden Abteile können mit Isoliermaterial (nicht gezeigt) isoliert werden, um einen Wärmeübergang von der Luft auf den Außenbereich des Aggregats 10 zu verhindern und das Geräusch des Gebläses 42 zu absorbieren. Wie dargestellt, trennt die Wand 43 den den Entspannungebehälter 21 enthaltenden Bereich von dem Bereich, in welohen das Gebläse 42 fördert, so daß der Behälter 21 kühler als der Austrittsbereioh des Gebläses 42 gehalten werden kann, woduroh die Kondensation irgendwelcher Dämpfe unterstützt wird, die im Heizsystem entstehen und durch die Rohrleitung 20 in den Behälter 21 gelangen.

Um eine Kühlung der in den Kanal 46 durch das Gebläse 42 zur Klimatisierung geblasenen Luft zu erhalten, ist ein KUhlkompressor 60 auf der entgegengesetzten Seite des Gehäuses von der Heizeinrichtung 11 vorgesehen. Der Kompressor ist von einem herkömmliohen Typ für Klimaanlagen, der ein Kältemittel, wie Freon, verdichtet und dieses durch eine Rohrleitung 6l zu einem Kondensator 62 herkömmlicher Art, der aus Rohren und Rippen besteht, fördert. Der Kondensator 62 ist am entgegengesetzten Ende des

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Aggregats 10 von der Heizrohrschlange 19 angeordnet und ist daher der ireien Luft ausgesetzt. Eine Rohrleitung 63 liefert gekühltes Freon von der Kondensatorrohrschlange 62 zu einer Preonentspannungsrohrschlange 64, die an der gleichen Rippenanordnung 41 wie die Rohrschlange 19 befestigt ist, so daß Luft, die aus dem Einlaßkanal 40 durch die Rippen 41 hindurchtritt, durch die Rohrschlange 64 gekühlt wird, wenn der Kompressor 60 in Betrieb ist. Das Freon aus der Rohrschlange 64 wird dann zum Kompressor 60 durch eine Rücklaufleitung zurückgeführt. Zusätzliche Bauelemente, wie Entspannungsventile und Freon-Filtertrookner, können ebenfalls in die Anlage in an sich bekannter Weise eingebaut werden.

Durch die sehr vorteilhafte Verwendung des gleichen Satzes von Rippen 41 sowohl für die Heizrohrschlange 19 als auch für die Kühlrohrschlange 64 wird der Widerstand gegen die Luftströmung und damit die Gebläseleistung, die der das Gebläse 42 antreibende Motor 47 erbringen muß, auf ein Mindestmaß herabgesetzt, da im wesentlichen die gleiche Rippenfläohe unabhängig davon erforderlioh ist, ob die Luft gekühlt oder erwärmt wird. Wenn gewünsoht, können natürlich gesonderte Wärmeaustausohereinheiten mit gesonderten Rippen anstelle der Rohrsohlangen 64 und 19 mit den gemeinsamen Rippen 41 verwendet werden. Zusätzlich kann, wenn gewünscht, eine der Rohrsohlangen, beispielsweise die Heizrohrschlange 19, im oberen Gehäuseabteil angeordnet werden, wo die Luft bereits durch das Gebläse 42 geblasen worden ist.

Über die Kondensatorrohrschlange 62 wird Luft von der Innenseite des Aggregats 10 mittels eines duroh einen Motor 66 angetriebenen Lüfters 65 geblasen. Wie dargestellt, ist der Lüfter in einer umgebenden Ummantelung 67 angeordnet, um den Lüfterwirkungsgrad zu verbessern.

Öffnungen 68 an den Seiten des Aggregats 10 in dem Bereich, der von der Heizeinrichtung 11 und von dem Kompressor 60 eingenommen

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wird, ermöglichen einen LufteinlaO iiir das Brennergebläse 17 und/oder einen Luiteintritt für den Lüfter 65, der lerner den Kompressor 60 in einem Zustand hält, in welchem im Betrieb keine Überhitzung des Kompressors erfolgt.

In Figur 5 ist ein typisoher Einbau eines Aggregats 10 in ein Wohnhaus mit einem gegiebelten Dach dargestellt. Das Aggregat 10, das auf derjenigen Seite des Daches angeordnet ist, die der Rückseite des Hauses zugekehrt ist, und die Kanäle 40 und 46 sind durch das Dach des Hauses in den Dachboden geführt. Wie gezeigt, liefert der Kanal 46 Luft zu den verschiedenen Räumen des Hauses über ein Verteilungskanalsystem, welches die Luft, die erwärmt oder gekühlt worden ist, durch die Deoke in die Mitte jedes Raumes bläst. Die Rückluft wird durch einen mittigen Kanal gesammelt, welcher den Kanal 40 speist. Das Gas für die Heizeinrichtung kann aus einer Gasversorgungsleitung oder aus einem Speiohertank an der Rückseite des Hauses bezogen werden, aus welchem eine Rohrleitung zu dem Aggregat 10 auf dem Dach geführt ist. Das Aggregat 10 kann gegebenenfalls durch die Wand an der Rückseite des Hauses angeschlossen werden, in eine Vertiefung in der Wand eingesetzt werden oder kann im Fundement oder in einer Grube untergebracht oder auch an eine Platte an der Seite oder an der RUokwand des Hauses angebracht werden. Im Falle von kommerziellen Anlagen oder anderen Bauten mit flachen Dächern kann das Aggregat 10 auf dem Dach angeordnet werden.

In Figur 6 ist eine Steuerschaltung für das Aggregat 10 gezeigt. Die Stromzufuhr zu den Leitungen BO und 81 geschieht von einem Stromversorgungsnetz aus. Wie dargestellt, kann die Spannung auf den Leitungen 80 und 81 beispielsweise von einem herkömmlichen Wechselstromnetz von 240 Volt und 60 Hz geliefert werden, so daß im Falle herkömmlicher Haushalt-Stromversorgungsanlagen eine Spannung von 120 Volt gegenüber Erde an jede der Leitungen 80 und 81 gelegt ist. Eine Getriebegehäuseheizung für den Kompressor ist unmittelbar an die Leitungen 80 und 81 angeschaltet, so

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daß immer, wenn dem Aggregat Leistung zugeführt wird, das Kompressorgetriebegehäuse ausreichend mit Wärme versorgt wird, um das Öl im Gehäuse im wesentlichen frei von kondensiertem Kältemittel zu halten. Auf diese Weise wird der Kompressor während des Betriebs in einem gesohmierten Zustand gehalten, während, wenn das Kältemittel Gelegenheit hätte, sich im Öl zu lösen, das Öl beim Anlaufen des Kompressors schäumen würde, wodurch dessen Sohmiervermögen verringert wird. Die Temperatur in dem beheizten bzw, gekühlten Bereich wird duroh einen Thermostaten 83 geregelt, der in einem Bereich, beispielsweise in einem Raum des Hauses angeordnet ist. Der Thermostat 83 weist zwei Temperaturregelschalter auf, die in an sich bekannter Weise auf verschiedene Temperaturen je nach der mechanischen Einstellung eines Balges oder einer Bimetallstreifenanordnung, einstellbar sind. Wie dargestellt, regelt der Thermostat 88 das Kühlsystem und der Thermostat 89 die Heizanlage. Der Thermostat 83 befindet sich in einem Niederspannungsstromkreis, der von den Leitungen 80 und 81 über einen Transformator 86 gespeist wird, dessen Primärwicklung 87 an die Leitungen 80 und 81 angeschaltet ist und dessen Sekundärwicklung 85 eine niedrigere Spannung von beispielsweise 2k Volt an die Thermostatregelschaltung liefert. Das eine Ende der Wicklung 85 ist über eine Sioherung 84 mit einer gemeinsamen Klemme der Schalter 88 und 89 verbunden. Das andere Ende der Wiofiung 85 ist über einen thermostatisch gesteuerten Endschalter 98 mit einem Brennerregler 99 und mit dem einen Ende einer Heizungsregel-Relaiswicklung 93 verbunden. Die andere Klemme des Schalters 89 ist mit einer Klemme 91 eines von Hand bedienbaren Heizungs- und Kühlungs-Wählschalters 90 verbunden, der in der "Heiz"-Stellung die Klemme 91 mit der Klemme 92 verbindet, die ihrerseits mit dem anderen Ende der Relaiswicklung 93 verbunden ist. Die Klemme 92 speist ferner den anderen Leistungseingang des Brennerreglers 99.

Der Schalter b9 wird durch einen mechanischen Temperaturfühler beliebiger Art betätigt, beispielsweise durch einen Bimetall-

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streifen oder, wie dargestellt, duroh einen Balg, und öffnet, wenn die Temperatur den gewünschten Wert in dem zu beheizenden Raum erreicht. Wenn die Temperatur unter den gewünsohten Wert abfällt, schließt der Schalter 89/ wodurch die Relaiswicklung 93 erregt wird, so daß die Relaiskontakte 93a geschlossen werden, wodurch ein Pumpenmotor 28, der die Pumpe 27 antreibt, an die Leitungen 80 und 61 angeschaltet wird. Der das Gebläse 42 antreibende Gebläsemotor 47 wird ebenfalle duroh die Kontakte 93a eingeschaltet, welohe die Wioklung 94 für hohe Drehzahl des Motors 47 und dessen durch einen Kondensator 96 gespeiste Anlauf wioklung 95 an die Leitungen 80 und 81 anschalten.

Die Kontakte 93a befinden sioh in Parallelschaltung zu einem Wassertemperaturregelsohalter 97, der sioh in der Leitung 18 befindet und als Fühler für die Temperatur dee Wassers bei dessen Austritt aus der Heizeinrichtung 11 dient. Die Temperatur, bei welcher der Schalter 97 schließt, ist beispielsweise auf 38° C (100° F) festgelegt, so daß, wenn der Thermostatschalter 69 das System erregt hat, um Wärme aus der Heizeinrichtung 11 zu erhalten und das Wasser, das umläuft, da die Kontakte 93a geschlossen sind, eine Temperatur über 38° C (100° F) erreioht hat, der Schalter 97 schließt, worauf, wenn der Brenner für die Heizeinrichtung 11 abgeschaltet worden ist, der Pumpenmotor 28 und der Gebläsemotor 47 weiterlaufen, bis die Temperatur des aus der Heizeinrichtung austretenden Wassers unter 38 C (lOO F) abfällt. Daher wird die ganze Wärme über 38° C, welohe in der Heizeinrichtung 11 durch die Wirkung der metallischen Wärmesenke gespeichert worden ist, auf die duroh die Kanäle 40 und 46 umlaufende Luft übertragen. Außerdem muß, da einige Teile derselben wesentlich heißer als die Flüssigkeit sind, die Wärme in der Heizeinrichtung 11 abgeleitet werden oder es würde ein Teil der Flüssigkeit in den Rohren 13 verdampft, wodurch Teile des Fluids aus der Öffnung 25 verdrängt würden und außerdem der Endschalter 98 in der Heizeinrichtung Ii geöffnet würde, der auf eine Temperatur von beispielsweise 93° C (200° F) eingestellt ist. Der Endschalter 98 würde sich erst wieder schließen, wenn

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die Wärme in der Heizeinrichtung 11 durch Strahlung abgeleitet worden ist, wodurch die Rückführungszeit der Heizeinrichtung verlängert würde.

Der Brennerregler 99 kann von beliebiger herkömmlicher Art sein und besitzt einen Zündtransiormator 100, welcher eine Zündkerze 101 in der Heizeinrichtung 11 speist. Die Magnetspule des Gasventils 16 wird ebenfalls durch eine Steuerschaltung des Brennerreglers 99 erregt, so daß, wenn der Schalter 89 schließt, das Gasventil 16 öffnet, woduroh Gas dem Regler 15 zugeführt wird. Wenn das Gebläse 17 anläuft, saugt es eine verhältnismäßig geringe Gasströmung durch den Regler 15 und wenn es seine volle Drehzahl erreicht und die volle Luftmenge, die der Brenner brauoht, fördert, tritt mehr Gas durch den Regler Vy hinduroh und vermischt sich mit der duroh das Gebläse 17 in den Brenner geblasenen Luft. Das Gas-Luft-Gemisoh bleibt daher unabhängig von der Drehzahl des Gebläses verhältnismäßig konstant und der Brenner beginnt nicht mit einem überreichen Luft-Brennstoffgemisch zu arbeiten, so daß im wesentlichen keine Verkohlung der Heizmatrix 12 stattfindet und kein Rauch an der Auslaßöffnung 32 auftritt.

Da durch das Öffnen des Endschalters 98 sowohl der Regler 99 als auch das Relais 93, das den Gebläsemotor 28 steuert, entregt werden, besteht eine doppelte bzw. zusätzliche Sioherungswirkung. Wenn beispielsweise das Gasventil 16 offen bleiben würde, wenn der Regler 99 die Magnetspule des Ventils 16 entregt hat, beispielsweise dadurch, daß das Ventil hängengeblieben ist, würde der Brennergebläsemotor 28 durch das Öffnen der Relaiskontakte 93b ebenfalls erregt, so daß kein Gas in die Heizeinrichtung strömen würde. Es besteht daher für das Brennersystem sowohl eine elektrische als auch eine mechanische Sicherung.

Wenn das Aggregat als Kühlanlage betrieben werden soll, wird der von Hand bedienbare Wählschalter 90 in die Stellung für Kühlung gebracht, was zur Folge hat, daß ein Kontakt 110, der mit

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der anderen Klemme des Kiih lungs thermostat sohalters 88 als derjenige verbunden ist, welche mit der Sicherung b4 verbunden ist, mit einem Kontakt 111 des Schalters 90 in Verbindung kommt, der über eine Kompressorsteuerrelaiswicklung 112 mit der Verbindungsstelle zwischen dem Endschalter 98 und der Trans1ormator-Sekundärwioklung 85 verbunden ist. Hierduroh wird die Relaiswicklung 112 erregt, so dafl Kontakte 112a und 112b geschlossen werden und daher der Kompressormotor 120 von den Leitungen 80 und 81 aus erregt wird. Wie dargestellt, ist der Kompressormotor ein herkömmlicher Motor mit ständig angeschaltetem Kondensator, der mit einem herkömmlichen Maximaiausschalter ausgerüstet ist. Zum Kompressormotor 120 ist ein Motor 66 parallelgeschaltet, welcher den Lüfter 65 antreibt, um Luft über die Kondensatorrohrsohlange 62 zu blasen, so daß immer, wenn der Kompressor 60 in Betrieb ist, der Lüfter 65 Luft über den Kompressor 60 saugt, um sicherzustellen, daß dieser nioht überhitzt wird, und die Luft über die Kondensatorrohrsohlange 62 bläst, um das zu dieser gepumpte, verdichtete Kältemittel zu kühlen.

Die Klemme 111 des Schalters 90 ist ferner über eine Klemme 113 mit einem von Hand betätigbaren Schalter 114 mit Stellungen für automatischen Betrieb und für Handbetrieb zur Steuerung des Gebläses 42 verbunden. In der Stellung für automatischen Betrieb wird eine Relaiswicklung 116 über einen Sohalter 114 erregt, indem die Klemme 113 des Schalters 114 mit der Klemme 115 des Schalters 114 verbunden wird, wodurch die Relaiskontakte Il6a geschlossen werden, um die Wicklung 94a für niedrige Drehzahl des Motors 47 zu erregen. Wenn der Thermostatschalter 88 dadurch geschlossen wird, daß die Temperatur im Raum über einen vorgewählten Wert ansteigt, beginnt der Kompressor anzulaufen und drehen sich der Lüfter und das Gebläse 42 mit einer verminderten Drehzahl, um gekühlte Luft durch die Kanäle 40 und 46 in Umlauf zu setzen. Das Gebläse 42 wird während der Kühlung mit einer verringerten Drehzahl betrieben, da die während der Kühlung übertragene Wärmemenge gewöhnlich geringer als diejenige

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ist, die für Spitzenheizbelastungen erforderlich ist. Beispielsweise tiberträgt die dargestellte Einheit 7560 kcal his 10100 kcal (30 - kO 000 BTU's) je Stunde heim Kühlen und 25200 kcal (10 000 BTU's) je Stunde oder mehr heim Heizen.

Für den ständigen Betrieh des Gebläses k2 ohne thermostatisch« Regelung wird der Schalter Il4 in die Stellung für Handbetrieb gebracht, so daß die Relaiswicklung 116 durch die Verbindung des Kontakts 115 des Schalters 114 mit der Klemme 117 des Schalters 11At erregt wird, die unmittelbar mit der Sicherung Qk verbunden ist, so daß der Thermostatschalter 88 umgangen wird. Bei dieser Arbeitsweise befindet sich die Luft in ständiger Zirkulation durch den zu beheizenden oder zu kühlenden Bereich, selbst wenn keine Heizung oder Kühlung den Wärmeaustauscher-Rohrsohlangen 19 und 6k zugeführt wird.

Die Erfindung ist nicht auf die vorangehend beschriebene bevorzugte Ausführungsform beschränkt, sondern kann verschiedene Abänderungen erfahren. Beispielsweise kann bei einer kompakten Einheit der dargestellten Art eine gedrängt bauende Heizeinrichtung verwendet werden, welche ein Fluid zu einem Wärmeaustauscher in Umlauf setzt, der benachbart der Einheit angeordnet ist und Warmluft aufheizt, um sie einem zu beheizenden Gebäude zuzuführen, ohne daß ein Kondensator zur Kühlung eingebaut ist. Außerdem kann ein anderes Heizmittel als eine Flüssigkeit verwendet werden, beispielsweise Wasserdampf oder Dämpfe anderer Fluide als Wasser. Es können auch andere Mittel zur Belieferung einer Kühlungsanlage verwendet werden, beispielsweise ein Absorptions-Heizpumpensystem, bei dem die Wärme aus der Heizeinrichtung 11 ausgenutzt werden kann. Ferner können Systeme Verwendung finden, bei welchen die Umlaufpumpe für die Flüssigkeit weggelassen ist, und das System kann so gestaltet werden, daß es mit jedem gewünschten Druck betrieben werden kann, indem das durch die Heizeinrichtung in Umlauf zu setzende Fluid entsprechend gewählt wird. Desgleichen können viele Abänderungen an der Steuerschaltung vorgesehen werden, um die erfindungsgemäßen Steuerungsfunktionen zu erzielen.

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Claims (15)

1. Patentansprüche

   Wärmeaustauschanlage, gekennzeichnet durch eine Wärmequelle (15) und einen ersten zur Übertragung von Wärme von der Wärmequelle auf ein erstes Fluid dienenden Wärmeaustauscher (ll), welcher eine Matrix (12) aus rohrförmigen Elementen (13) aufweist, die mit einer Vielzahl von Körpern (14) haftend miteinander verbunden sind, welche für Verbrennungsprodukte Durchlasse bilden, die eine mittlere Länge von weniger als dem Zwanzigfachen des mittleren Krümmungsradius der erwähnten Körper (14) haben, ferner durch erste Leitungen (l8, 26) für den Umlauf des ersten Fluids zwischen dem ersten Wärmeaustauscher und einem zweiten Wärmeaustauscher (19) zur Übertragung von Wärme von dem ersten Fluid auf ein zweites Fluid, und zweite Leitungen (40, 46) für den Umlauf des zweiten Fluids durch den zweiten Wärmeaustauscher.
2. 2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Fluid eine Flüssigkeit ist.
3. 3. Anlage naoh Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit im wesentlichen auf atmosphärischem Druck oder unterhalb desselben gehalten (21, 24) ist.
4. 4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle einen Brenner (15) aufweist.
5. 5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (ll) und der zweite Wärmeaustauscher (19) im Abstand voneinander in einem Aggregat (lO) angeordnet sind.

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6. 6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Aggregat (lO) Wärmeaustauschmittel (19, 64) sowohl zum Erwärmen als auch zum Kühlen des zweiten Fluids aulweist.
7. 7. Anlage naoh Anspruoh 6, dadurch gekennzeichnet j daß Kühleinrichtungen (60, 62) mit einem dritten Wärmeaustauscher (62) zur Wärmeableitung vorgesehen sind.
8. 8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite (19) und der dritte Wärmeaustauscher (62) an entgegengesetzten Enden des Aggregats (lO) angeordnet sind.
9. 9. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umlauf der erwähnten Fluide durch die Wärmeaustauscher (19, 64, 62) immer dann erzeugbar ist, wenn die Temperatur des ersten Fluids oberhalb eines vorgewählten Wertes liegt.
10. 10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgewählte Temperaturwert unterhalb des Siedepunktes des ersten Fluids beim Druck dieses ersten Fluids im ersten Wärmeaustauscher (19) liegt.
11. 11. Kombiniertes Wärmeaustauschaggregat zur Lieferung erwärmter und/oder gekühlter Luft, insbesondere naoh einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein bzw. der zweite Wärmeaustauscher (19) benachbart dem einen Ende des Aggregats (lO) zum Wärmeaustausch mit Luft bzw. dem zweiten Fluid angeordnet ist, daß ferner Mittel zur Befestigung von Luftkanälen (40, 46) am Aggregat (lO) benachbart dem soeben genannten Wärmeaustauscher (19) zum Durchleiten von Luft durch diesen sowie eine Einrichtung (42) vorgesehen sind, die im Aggregat (lO) benachbart dem genannten Wärmeaustauscher (19) angeordnet ist, um Luft durch den ersten Wärmeaustauscher und die erwähnten Kanäle (40, 46) zu fördern, daß fernerhin ein anderer bzw. der dritte Wärmeaustauscher (62) benachbart demjenigen Ende des Aggregats (lO)

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    angeordnet ist, welches dem zuerst erwähnten Wärmeaustauscher (19) entgegengesetzt ist, und einer Einrichtung (60) zugeordnet ist, die zwischen den vorstehend genannten Wärmeaustauschern angeordnet ist, um Wärmeenergie vom erstgenannten zum letztgenannten Wärmeaustauscher zur Wärmeableitung aus dem Aggregat beim Kühlen der Luft zu pumpen, und daß eine zwischen den beiden erwähnten Wärmeaustauschern angeordnete Einrichtung (15) vorgesehen ist, die Verbrennungsprodukte erzeugt, welche durch einen weiteren bzw. den ersten Wärmeaustauscher (ll) hindurchflihrbar sind, weloher von einem auch den erstgenannten bzw, den zweiten Wärmeaustauscher (l9) durchströmenden Fluid zur Wärmeübertragung zwisohen beiden durchströmt ist.
12. 12. Aggregat nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen Speicherbehälter (21) für das erste Fluid, der im Aggregat in einer Höhe oberhalb des zuletzt genannten bzw. des ersten Wärmeaustauschers (ll) angeordnet ist.
13. 13. Aggregat nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (24, 25), durch welche das Innere des Speicherbehälters im wesentlichen auf dem atmosphärischen Druck gehalten werden kann.
14. 14. Aggregat nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung von Verbrennungsprodukten durch einen Brenner (15) gebildet ist, der mit einem Brennstoff-Luft-Gemisch gespeist wird.
15. 15. Aggregat naoh Anspruch lh, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstoff-Luft-Gemisch dem Brenner (15) duroh ein Gebläse (17) mit einer Steuerschaltung zugeführt wird, die einen Schalter (b9) aufweist, der als Temperaturfühler für den ersten Wärmeaustauscher (H) dient, und der Brennstoff ein Gas ist, das dem Einlaß des Gebläses durch einen Druckregler (15) und ein Magnetventil (16) zugeführt wird, dessen Steuerschaltung durch den erwähnten Sohalter erregt wird.

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    l6. Aggregat nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der erwähnte Druckregler (l5) einen Austrittsgasdruck erzeugt, der unterhalb des atmosphärischen Druckes liegt.

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