DE2360088A1

DE2360088A1 - Vorrichtung zum klimatisieren mit fluessigkeits-dampf-zyklus

Info

Publication number: DE2360088A1
Application number: DE2360088A
Authority: DE
Inventors: Herman Basil Castillo
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1972-12-04
Filing date: 1973-12-03
Publication date: 1974-06-12
Also published as: FR2211629A1; JPS4996545A; FR2211629B3; US3799243A

Description

3. Dez. 1973

PATENTANWALT DIPL.-ING. GERHARD SCHWAN

BÜRO: 8000 MÜNCHEN 83 - ELFENSTRASSE 32

71-RES-92

EATON CXJRPORATION
1OO Erieview Plaza, Cleveland, Ohio 44114, V.St.A.

Vorrichtung zum Klimatisieren mit Flüssigkeits-Dampf-Zyklus

Die Erfindung betrifft eine mit Flüssigkeits-Dampf-Zyklus arbeitende Vorrichtung zum Klimatisieren. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit Flüssigkeits-Dampf-Zyklus-Klimaanlagen, die reversibel oder mit einer Wärmepumpe versehen sind, d, h. Anordnungen, die sowohl im Heizbetrieb als auch im Kühlbetrieb arbeiten können.

Reversible Klimaanlagen mit Flüssigkeits-Dampf-Zyklus sind insofern besonders günstig, als sie eine zweifache Ausnutzung von gemeinsam vorhandenen Bauteilen oder Baugruppen ermöglichen. Bekannte Anordnungen dieser Art konnten sich jedoch in der Praxis nicht in gröSerem Umfang durchsetzen, weil der Nutzeffekt im Heiz- und/ oder im Kühlbetrieb verhältnismäßig gering ist-

Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine mit einem Flüssigkeits-Dampf-Zyklus arbeitende Klimaanlage zu schaffen, die einen verbesserten Nutzeffekt oder Leistungskoeffizien-.ten hat. ■ "^v.

Α0982Λ/0 32 3

FERNSPRECHERt 0811/6012039 - KABEL: ELECTRICPATENT MÜNCHEN

Diese Aufgabe wi ·*ά durch die in den Patentansprüchen genannten
Maßnahmen gelbst=

Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den· beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäß aufgebauten Klimaanlage,

Figur 2 eine schematische Darstellung der Anlage nach Figur 1 ,

Figur 3 eine Prinzipskizze, die den Kälteträgerströmungs-"

weg darstellt, wenn die Anlage nach Figur 2 im Kühlbetrieb arbeitet,

Figur 4 eine schematische Skizze des Kälteträgerströmungsweges, wenn die Anlage nach Figur 2 im Heizbetrieb arbeitet und

Figur 5 eine schematische Darstellung des KälteträgerstrÖ-mungsweges für den Fall, daß die Anlage nach Figur 1 wegen eines Ausfalls der Turboeinheit im Notbetrieb arbeitet.

In den Zeichnungen sind verschiedene Standardeinheiten nicht im

40982A/0323

einzelnen veranschaulicht, da sie für sich bekannt sind. Zu solchen Standardeinheiten gehören Wärmeaustauscher, bei denen es sich um bekannte Rippen- und Rohrwärmeaustauscher handeln kann, ein,Dampfkessel, Lüfter oder Gebläse, Ventile, elektrisch angetriebene Pumpen und Sprühdüsen.

Außerdem sind herkömmliche nicht veranschaulichte Steuergeräte vorhanden, die innerhalb des zu klimatisierenden Raumes angeordnet sind, und zwar ein Heiz-Kühl-Schalter mit drei Schaltstellungen, ein Thermostat und ein Humidistat. Die Funktion dieser drei Steuergeräte ist bekannt. Beispielsweise hat der Heiz-Kühl-Schalter eine Heizstellung, eine Aus-Stellung und eine Kühlstellung. In der Heizstellung betätigt der Schalter die verschiedenen Baugruppen der Anlage derart, daß die Anlage im-Heizbetrieb arbeitet. In der Aus-Stellung wird die Anlage ausgeschaltet. In der Kühlstellung betätigt der Schalter verschiedene Baugruppen der Anlagen, die dafür sorgen, daß die Anlage im Kühlbetrieb arbeitet. Der Thermostat schaltet die Anlage selbsttätig ein oder aus, und zwar in Abhängigkeit von Raumtemperaturen, die sich von einer Sollraumtemperatur unterscheiden, die an dem Thermostaten eingestellt wird. Wenn beispielsweise der Heiz-Kühl-Schalter in der Heizstellung steht, schließt der Thermostat einen Stromkreis, um die Anlage einzuschalten, wenn die Raumtemperatur niedriger als die Thermostateinstellung liegt. Der Thermostat öffnet dagegen den Stromkreis und schaltet die Anlage aus, wenn die Raumtemperatur über die Thermostateinstellung ansteigt. Liegt der Heiz-Kühl-' schalter in der Kühlstellung, arbeitet der Thermostat umgekehrt;

409824/0323

-A-

das heißt, der Thermostat öffnet den Stromkreis und schaltet die Anlage ab, wenn die Raumtemperatur unter die Thermostateinstellung abfällt, wohingegen er den Stromkreis schließt und die Anlage einschaltet, wenn die Raumtemperatur über die Thermostateinstellung ansteigt. Wenn die Feuchtigkeit der Raumtemperatur ·.. i~ terhalb eines vorbestimmten Wertes liegt, schließt der Humidistat einen zu verschiedenen Baugruppen der Anlage führenden Stromkreis, wodurch bewirkt wird, daß der Raumluft Wasser zugesetzt wird, während sie durch die Anlage hindurchläuft.

Die in den Figuren 1 und 2 veranschaulichte Klimaanlage 1O hat die Aufgabe, die Luft in einem Raum 11 zu klimatisieren. Die Anlage 10 weist ein Gehäuse 12 auf, das mittels Trennwänden 14 und 16 in eine untere Kammer 18, eine Mittelkammer 2O und eine obere Kammer 23 unterteilt ist. In der unteren Kammer 18 ist ein erster Wärmeaustauscher 19 untergebracht, der Raumluft aufnimmt und klimatisiert. In der Mittelkammer 20 sitzt die Energiequelle der Anlage. Ferner ist dort ein zweiter Wärmeaustauscher 21 untergebracht, der in einer Mittelöffnung 22 der Trennwand 16 sitzt und mit der außerhalb des Raumes befindlichen Luft in Verbindung kommt. Die obere Kammer 23 bildet eine Puffer- oder Sicherheitszone, um die in der Mittelkammer 20 untergebrachten Baugruppen gegen den außerhalb des Gehäuses 12 liegenden Raum abzutrennen.

Wie aue Figur 2 hervorgeht, enthält die untere Kammer 18 außer dem Wärmeaustauscher 19 einen Lüfter 24, der zu klimatisierende Luft aus dem Raum 11 über einen Kanal 26 ansaugt. Klimatisierte

409824/0323

Luft wird in den Ro-ti 11 über einen Kanal 28 zurückgeführt, nachdem sie über den Wärmeaustauscher 19 geblasen wurde. Die Kammer 18 nimmt ferner einen weiteren Wärmeaustauscher 3O auf, der innerhalb der Kammer 18 unmittelbar stromaufwärts von dem Wärmeaustauscher 19 angeordnet ist. Dem Wärmeaustauscher 30 wird Wasser über ein Rohr 34 zugeführt, das innerhalb der Mittelkammer 20 liegt. Wasser strömt aus dem Wärmeaustauscher 3O über ein Rohr 36 ob, Eine gegen die Wärmeaustauscher 19, 3O gerichtete Wassersprühdüse 38 ist mit dem Rohr 34 über ein Ventil 4O verbunden. Wenn das Ventil 40 öffnet, kann vom Rohr 34 kommendes Wasser über die Wärmeaustauscher 19 und 3O gesprüht werden. Das Ventil 4O wird in beliebiger bekannter Weise mittels des im Raum 11 untergebrachten Humidistaten elektrisch gesteuert. Ein innerhalb der Kammer 18 angeordneter Boden 41 fällt in Richtung auf einen Sumpf 42 ab, der Wasser vom Abflußrohr 36 und Kondensat vom Wärmeaustauscher 19 sammelt. Ein in dem Sumpf sitzender Schwimmerschalter 44 steuert eine Pumpe 46, die Wasser aus dem Sumpf über ein Rohr 48 nach oben pumpt.

Der die rechte Wand der Kammer 20 bildende Teil des Gehäuses 12 ist mit Luftschlitzen 49 versehen, über die die umgebende Luft in die Kammer frei einströmen kann. Die innerhalb der Kammer 2O untergebrachte Energiequelle der Anlage weist einen Dampferzeuger 50 und eine Turboeinheit 52 auf. Der Dampferzeuger 5O ist mit einem Dampfkessel 54, einem den Dampfkessel 54 aufheizenden und unterhalb des Dampfkessels angeordneten Gasbrenner 56 und einem Flammrohr 58 versehen, mittels dessen die Abgase vom Brenner 56

/ 409824/0323

über die obere Kammer 23 und durch eine Mittelöffnu'ng 59 in der oberen Wand 6O des Gehäuses 12 hindurch in die Atmosphäre abgeleitet werden.-

Die Turboeinheit 52 weist ein Turbinenrad 61, einen Verdichter 62 und eine Flüssigkeitsförderpumpe 64 auf, die jeweils nur schematisch angedeutet sind. Das Turbinenrad 61, der Verdichter 62 und die Pumpe 64 sitzen konzentrisch auf einer gemeinsamen Welle 66 und drehen sich gemeinsam mit dieser. Die Welle 66 ist in einem einteiligen, hermetisch abgedichteten Turbogehäuse 68 gelagert, das zwei Trennwände 69, 7O aufweist. Die Trennwände 69, unterteilen den I,nnenraum des Turbogehauses 68 in eine Verdichterkammer 71; eine Turbinenkammer 72 und eine Pumpenkammer 73. Die Pumpenkammer 73 nimmt die Pumpe 64 auf und bildet einen Flüssigkeitsbehälter, aus dem der Einlaß der Pumpe' 64 gespeist wird. Die Lagerung der Welle 66 im Gehäuse 68 kann auf beliebige herkömmliche Weise erfolgen, beispielsweise mit Hilfe von nicht veranschaulichten Gaslagern. Ein Rohr 74 verbindet den Auslaß der Pumpe 64 mit dem Einlaß des Dampfkessels 54, während der Auslaß des Dampfkessels 54 über ein Rohr 76 mit dsm Einlaß des Turbinenrades 61 verbunden ist. Im Rohr 74 sitzt ein Rückschlagventil 78, das verhindert, daß Dampf vom Dampfkessel 54 zurückströmt.

Die Kammer 2O nimmt ferner ein Umsteuerventil 80 und eine Ausdehnungsstufe oder Drosselvorrichtung 82 auf. Ein Y-förmiges Rohr mit Rohrabschnitten 84, 85 und 86 verbindet einen Einlaß des Umsteuerventils 8O mit dem Auslaß der Turbine 61 und dem Verdichter

409824/0323

62/Über ein Rohr" "5" ist der Einlaß des Verdichters 62 init ei- ' nem Auslaß des Ventils 80 Verbunden- Ein Rohr &8 verfeindet das Ventil 8O und den Wärmeaustauscher 19. Der Wärmeaustauscher·19 und die Ausdehnungsstufe 82 sind über ein Rohr 9Q miteinander verbunden. Ein Rohr 92 verbindet die Ausdehnungsstufe? 82uncfden Wärmeaustauscher 21. Über ein Rohr P sind der Wbrmeciustauscher 21 * und das Ventil '80 miteinander verbunden.. Ein" ström^ngsmäßag pa^- rallel zu den Rohren '90 und 92 verlaufendes Rohr 96 bildet eine Umgehung der Ausdehnungsstufe 82. Die Kammer 73 und das Rohr 96 sind über e'in Rohr 98 miteinander verbunden,. 2Wei ·αη den- End<fein des Umgehungsrohrs 96 sitzende ^Rückschlagventil* '97, 99 lassen Medium von dem Rohr 90 oder dem Röhr' 92 zum Rohr -96 gelangen and verhindern eine Strömung in umgekehrter· Richtung·. .'Bei der Äusdehnungsstufe 82 kann es sich wm ein Kapillardross'el^JOhr öder jum «ir> Expansionsventil ihandelnj ;beide sind "an sich to©ko:ninti '' ■

'Das Ventil 80 ist ein felektrisch gesteuertes Ventil mit zwei Stellungen. · Es wird mittels '.des irti R<aüim %% veranschaulichten ^;Ηβιζ^Κ^1«^5ϊ;η3ΐΓ%ί&ΐΓϊ

kann beispielsweise' in der <a\w$ äer WS»-iPS 3 ©03 33^ ibek>ännt*en se auf gebaut 'sei η ν ;ULegt «i€«r Hei*2-ⁱKⁱi>ihl.^ÄSⁱc:h;äilter--änii nder !KUnI¹St*!*- lung» viertoiwäet das Ventil BO- da» ^Rohr 86 ^;mii <derf> Rohr 94 sowie das 3?oihr ©7 mit dem Röhr 88. 'Sfoent dagegen der Weiz^Küha-Schalter iftcler M#izstelltahg_s v«rfeiändet das Ventil ®ö das Rohr 86 «nit dem. iRo!hr 88 wnä das Rohr Ö7 mit «letfi'Röhr-94» · -. ^ .

nimmt'ferner einen krMmmerförmigien -Kanal .^OO--auf_:,

der am einen Ende !G¹¹ mit dem Flammrohr 58 in Verbindung steht und dessen anderes Ende 102 in der Öffnung 22 der Trennwand 16 liegt. Der Wärmeaustauscher 21 befindet sich innerhalb des Endes 1O2 des Kanals 100. Ein mittels eines Elektromotors 106 betätigtes Klappenventil 104 befindet sich im Ende 101 des Kanals 100. Ein Lüfter 1O8 sitzt innerhalb des Kanals 1OO unter dem Wärmeaustauscher 21. Ein Wärmeaustauscher 109, der im Kanal 1OO zwischen dem Ventil 1O4 und dem Lüfter 1O8 sitzt, ist einlaßseitig mit dem Rohr 48 und auslaßseitig mit dem Rohr 34 verbunden. Das obere Ende des Rohrs 36 ist an einen Wasserkondensatsumpf angeschlossen, der von einem niedrigliegenden Teil des nach unten geneigten Bodens 11O des Kanals 1OO gebildet wird. Die rechte Wand des Kanals 1OO ist mit Luftklappen 112 versehen, deren Lage mittels eines Elektromotors 114 verstellt werden kann. Eine nicht veranschaulichte Steuerschaltung wirkt mit dem Heiz-Kühl-Schalter zusammen, um in der Kühlstellung des Schalters das Klappenventil 1O4 zu schließen und die Luftklappen 112 zu öffnen. Eine weitere nicht veranschaulichte Steuerschaltung, zu der ein in dem Kanal 100 zwischen dem Lüfter 108 und dem Wärmeaustauscher 21 sitzender Thermostat 116 gehört, wirkt mit dem Heiz-Kühl-Schalter zusammen, um in der Heizstellung des Schalters die Einstellung des Ventils 1O4 und der Luftklappen 112 synchron zu beeinflussen.

Mit Hilfe des Thermostaten 116 werden das Ventil 1O4 und die Luftklappen 112 wahlweise verstellt, wenn die Anlage im Heizbetrieb arbeitet, um die Temperatur der Luft zu beeinflussen, die vom Lüfter 108 über den Wärmeaustauscher 21 geblasen wird. Beispiels-

409824/0323

weise kann der Thermostat 116 so eingestellt sein, daß die über den Wärmeaustauscher 21 strömende Luft auf ungefähr 38°C gehalten wird. Nimmt man eine,Außenlufttemperatur von ungefähr 16 C an_f ist eine kleine Menge der Abgase vom Flammrohr 58 erforderlich, um die über die Luftklappen 112 strömende Außenluft auf die erforderlichen 38°C zu bringen. Das Ventil 1O4 wird infolgedessen so eingestellt, daß eine kleine Menge on Abgasen vom Flammrohr in den Kanal 100 gelangen kann, während der restliche Teil der Abgase unmittelbar in die Atmosphäre abgeleitet wird. Wenn die Umgebungstemperatur sinkt, öffnet unter dem Einfluß des Thermostaten 116 das Ventil 104 weiter, während die Luftklappen 112 weiter geschlossen werden-, wodurch die Temperatur der über den Wärmeaustauscher 21 strömenden Luft auf näherungsweise 38 C gehalten wi rd.

Eine Wassersprühdüse 118 befindet sich innerhalb des Kanals 1OO zwischen den Wärmeaustauschern 21 und 109. Die Düse 118 ist mit dem Rohr 48 über ein Magnetventil 12O verbunden, das zwei Stellungen aufweist. Wenn das Ventil 12O erregt ist, kann Wasser vom Rohr 48 zur Düse 118 gelangen, während die Verbindung zwischen
dem Rohr 48 und dem Wärmeaustauscher 1O9 gesperrt wird. Ist dagegen das Ventil 120 stromlos, kann Wasser vom Rohr 48 zum Wärmeaustauscher 1O9 gelangen, während die Verbindung zwischen dem Rohr 48 und der Düse 118 unterbrochen" ist,

In der Kammer 2O ist ferner eine Anordnung untergebracht, die
für ein Anlaufen der Anlage sorgt und die einen Notheizbetrieb

409 8 2 4/0323

- 10 -

erlaubt. Diese Stjr'.- und NotheizvorrichtLing weist eine elektrisch angetriebene Pumpe 128, ein die Pumpe 128 und die Kammer 73 verbindendes Rohr 130, ein die Pumpe 128 und das Rohr 74 verbindendes Rohr 132, ein im Rohr 130 sitzendes Rückschlagver.til 134, das einen Rückstrom vom Rohr 74 verhindert, wenn die Pumpe 128 nicht arbeitet, sowie Über- und Untertemperaturmeßschalter 136 bzw. 138 auf, die die Dampfaustrittstemperatur im Rohr 86 erfassen.

Um die beschriebene Klimaanlage anlaufen zu lassen, wird der in dem zu klimatisierenden Raum angeordnete Heiz-Kühl-Schalter entweder in die Heiz- oder in die Kühlstellung gebracht. Nimmt man an, daß die Raumtemperatur unterhalb des Einstellwertes des Raumthermostaten liegt, wenn sich der Heiz-Kühl-Schalter in der Heizstellung befindet, oder daß die Raumtemperatur über dem Einstellwert des Thermostaten liegt, wenn der.Heiz-Kühl-Schalter in der Kühlstellung steht, wird ein elektrischer Stromkreis zum Steuerventil des Brenners 56 und zum Untertemperaturmeßschalter 138 geschlossen. Der Brenner 56 zündet. Die Kontakte des Schalters 138 sind so ausgelegt, daß sie schließen, wenn die Turbinenauslaßtemperatu r unterhalb einer vorbestimmten Temperatur, beispielsweise 38 C, liegt. Da die Anlage abgeschaltet war, ermittelt der Schalter 138 im Rohr 86 eine Temperatur von unter 38 C; die Schalterkontakte schließen einen zur Pumpe 128 führenden Stromkreis. Die Pumpe 128 kommt infolgedessen unter Strom und zieht flüssigen Kälteträger von der Kammer 73 über das Rohr 13Ο. Der von der Pumpe 128 kommende flüssige Kälteträger wird über die

409824/0323

Rohre 132 und 74 Hem. Dampferzeuger 50 zugeführt. Der zum Dampferzeuger 50 geförderte flüssige Kälteträger wird im Dampfkessel 54 mittels der vom Brenner 56 abgegebenen Wärme verdampft. Der Kälteträgerdampf wird der·Turbine 61 über das Rohr 76 zugeführt. Der Kälteträgerdampf treibt die Turbine 61 und damit den Verdichter 62 und die Pumpe 64 an. Abströmender Kälteträgerdampf gelangt in das Rohr 86 und wärmt dort den Schalter 138 auf über 38°C auf. Der Schalter öffnet und unterbricht den Speisestromkreis der Pumpe 128, die infolgedessen stromlos wird. Die Pumparbeit der Anlage wird jetzt von der Pumpe 64 übernommen, die dem Dampferzeuger 5O von der Kammer 73 aus über das Rohr 74 flüssigen Kälteträger zuführt.

Die beschriebene Klimaanlage kann in drei verschiedenen Betriebsarten arbeiten, närrlich in einem Kühlbetrieb, einem Heizbetrieb und einem Notbetrieb. Die Funktion der Anlage im Kühlbetrieb ist in dem KälteträgerflieSschema nach Figur 3 schematisch wiedergegeben .

Die Anlage wird dadurch auf Kühlb'etrieb eingestellt, daß der Heiz-Kühl-Schalter in die Kühlstellung gebracht wird. Dabei wird das Ventil 8O in die Kühlbetriebsstellung gebracht, in der die Rohre 86, 94 und die Rohre 87_S 88 untereinander verbunden sind. Der im Raum 11 angeordnete Thermostat schließt die Kühlkontakte und damit einen Stromkreis, der die Anlage anlaufen läßt und in Abhängigkeit von Raumlufttemperaturen in Betrieb hält, die über der Thermostateinstellung liegen. Nachdem die Anlage in der oben

409824/0323

beschriebenen Wei^c- angelaufen ist,, wird der von der Turbine 61 und dem Verdichter 62 abgegebene Dampf dem Wärmeaustauscher 21 über das Rohr 86, das Ventil 8O und das Rohr- 94 zugeführt. Der Wärmeaustauscher 21 wirkt als Kondensator. Der Dampf kühlt sich ab und verflüssigt sich, während er den Wärmeaustauscher 21 durchströmt, indem er Wärme an die über den Wärmeaustauscher streichende Außenluft abgibt. Das Rohr 92 führt den verflüssigten Kälteträger vom Wärmeaustauscher 21 aus dem Rückschlagventil 99 und der Ausdehnungsstufe 82 zu. Ein Teil des Kälteträgers strömt über das Rückschlagventil 99 und kehrt über die Rohre 96 und 98 zur Kammer 73 zurück. Der andere Teil gelangt über die Ausdehnungsstufe 32 und erfährt einen Druck- und Temperaturabfall. Der expandierte Kälteträger wird vom AuslaS der Ausdehnungsstufe aus dem Wärmeaustauscher 19 zugeführt, der als Verdampfer wirkt. Während der Kälteträger den Wärmeaustauscher 19 durchströmt, verdampft er, indem er Wärme von der Raumluft absorbiert, wodurch die Raumluft gekühlt wird. Der den Wärmeaustauscher 19 verlassende verdampfte Kälteträger wird dem Verdichtereinlaß über das Rohr 88, das Ventil 8O und das Rohr 87 zugeführt,

Durch das Schließen der Kontakte des Raumthermostaten wird auch der Speisestromkreis der Lüfter 24 und 1OS (Figur 2) geschlossen. Der Lüfter 24 treibt Raumluft über- den Wärmeaustauscher 19, während der Lüfter 108 Luft über den Wärmeaustauscher 21 streichen läßt. Das Klappenventil 104 ist im Kühlbetrieb geschlossen, während die Luftklappen 112 voll geöffnet sind, so daß die vom Lüfter 108 über den Wärmeaustauscher 21 geblasene Luft ausschließlich

A09824/0323

aus umgebender Luft besteht, die über die Luftklappen 49 und 112 strömt.

Zusätzlich sind Mxttel vorgesehen,, um wahrend des Arbeitens im Kühlbetrieb die Wärmeabfuhr vom Wärmeaustauscher 21 zu verbessern. Steht der Heiz-Kühl-Schalter in der Kühlstellung und sind die Kühlkontakte des Raumthermostaten geschlossen, wird ein zum Schwimmerschalter 44 führender elektrischer Stromkreis geschlossen. Befindet sich im Sumpf 42 Wasser, schlieBt der Schwimmerschalter 44, wodurch die Pumpe 46 und das Ventil 12O an Spannung kommen. Das Ventil 12O spricht an und verbindet das Rohr 48 mit der Düse 118, während die Verbindung des Rohrs 48" mit dem Wärmeaustauscher 1O9 gesperrt wird. Wenn die Pumpe 46 anläuft, pumpt sie Wasser aus dem Sumpf 42 zur Düse 118, die ihrerseits Wasser über den Wärmeaustauscher 21 sprüht, wodurch dessen Außenfläche benetzt und die Wärmeabfuhr vom Wärmeaustauscher durch Verdampfen des Wassers verbessert wird. Außerdem wird dadurch das Wasserkondensat beseitigt, das sich im Sumpf 42 vom Wärmeaustauscher 19 ansammelt. In einer trockenen Region kann das Wasserkondensat vom Wärmeaustauscher 19 unter Umständen nicht ausreichen, um die vorstehend beschriebene Funktion zu verwirklichen; in einem solchen Falle kann der Sumpf 42 aus. der Raumwasserversorgung aufgefüllt werden.

Die-Arbeitsweise der Anlage im Heizbetrieb ist an Hand des Kälteträgerfließschemas nach Figur 4 schematisch' dargestellt. Dadurch, daß der Heiz-Kühl-Schalter in die Heizstellung gebracht wird,

409824/0323

wird die Anlage a.<' a^n Heizbetrieb eingestellt. Das Ventil 80 nimmt die Heizbet>~iebsstellup.g ein, in der einerseits die Rohre 86, 88 miteinander verbunden sind und andererseits eine Verbindung zwischen den Rohren 87 und 94 hergestellt ist. Die Heizkontakte des Raumthermostaten schließer, wodurch ein Stromkreis geschlossen wird, der die Anlage anlaufen läßt und ip Abhängigkeit von Raumlufttemperaturen in Betrieb hält, die unterhalb der Thermostateinstellung liegen. Wenn die Anlage in der weiter oben beschriebenen Weise angelaufen ist, hat sich der Kälteträgerstrom über die Wärmeaustauscher 19, 21 und die Ausdehnungsstufe 82 gegenüber dem Kälteträgerstrom im Kühlbetrieb umgekehrt. Der aus der Turbine 61 und dem Verdichter 62 austretende Dampf wird jetzt über das Rohr 86, das Ventil 80 und das Rohr 88 dem Wärmeaustauscher 19 zugeführt. Der Wärmeaustauscher 19 arbeitet jetzt als Kondensator. Beim Durchströmen des Wärmeaustauschers wird der Dampf abgekühlt und verflüssigt, indem er Wärme an die über den Wärmeaustauscher streichende Raumluft abgibt, wodurch die Raumluft erwärmt wird. Über das Rohr 9O gelangt der aus dem Wärmeaustauscher 19 austretende flüssige Kälteträger zum Rückschlagventil 97 und zur Ausdehnungsstufe 82. Ein Teil des flüssigen Kälteträgers strömt über das Rückschlagventil 97 und kehrt über die Rohre 96 und 98 zur Kammer 73 zurück. Der andere Teil strömt über die Ausdehnungsstufe 82 und erfährt einen Druck- und Temperaturabfal 1. Der expandierte Kälteträger wird vom Auslaß der Ausdehnungsstufe aus dem Wärmeaustauscher 21 zugeführt, der jetzt als Verdampfer arbeitet. Während der Kälteträger den Verdampfer 21 durchströmt, wird er verdampft und nimmt Wärme aus der den Wärmeaustauscher

409824/0323

überstreichender. /... Be^-luft auf. Der den Wärmeaustauscher 21 verlassende verdampf te Kältet rager wird dem Einlaß des Verdichters über das Ron¹" -IA des Ventil .80 und das Rohr 37 ziugeiführt. -

Durch das Schließen der Heizkontakte des Raumtnermostaten werden ferner die Lüfter 24 und 108 (Figur 2) an Spannung -gelegt.. Ebenso wie im Kühlbetrieb läßt der Lüfter 24 Raumluft über den Wärmeaustauscher 19 streichen; während der Lüfter 108 -Luft über den Wärmeaustauscher 21 bläst. . ·

Durch das Schließen der· Heizkontakte werden ferner Mittel aktiviert, die den Nutzeffekt der Anlage zvj steigern gestatten. So wird beim Schließen der Hei-zkontakte dafür gesorgt, daß der Thermostat 116 und die zugehörige Steuerschaltung für eine wählweise Beeinflussung der synchronen -Verstellung des Klappenventils 1O4 und der Luftklappen 1.12 sorgen, um die über den Wärmeaustauscher 21 strömende Luft auf ungefähr 38 C zu halten. Durch Ausnutzung der Abwärme der' Abgase wird auf diese ^;Wei^!s© .der -L-eistungS'koeffi— .zient der Anlage verbessert. ^immt man beis.'pi'els.weis-e einen kaiten Wintertag mit ei ever Außentemperatiur van -12 C an _s dann ö"f*fnet der Thermostat 116 das -Klappenventil 1^:O4 in erheblichem während .di« Luftklappen 112 weitgehend geschJossen werden. Dg-■durch wird ein großes Volumen an Abgasen aus dem Flammrohr 58 mit dem verihältnismäßig kleinen Volumen an kälter Außenluft gemischt, die über die Luftklappen 112 strömt, um für einen 38°C warmen Luftst rom über dem Wärmeaustauscher 21 zu sorgen.

U 0 9 B 2 i,/.Ö 3.2-3 . .. 'BAD

Der Nutzeffekt der i.nlage im Heizbetrieb wird weiter dadurch verbessert, daß Mittel vorgesehen werden, die den Betrag der den Abgasen entzogenen Wärme optimieren. Diese Mittel umfassen die Wärmeaustauscher 3O und 1O9, die Pumpe 46 und die verbindenden Rohrleitungen und Steuerungen. Da der Wärmeaustauscher 21 während des Heizbetriebs als Verdampfer wirkt, wird Kondensat aus der mit Feuchtigkeit beladenen Luft niedergeschlagen, die über seine Außenfläche streicht. Dieses Kondensat wird dem Sumpf 42 über das Rohr 36 zugeleitet. Wenn der Heiz-Kühl-Schalter in der Heizstellung steht und die Heizkontakte des Raumthermostaten geschlossen sind, wird ein zum Schwimmerscnalter 44 führender Stromkreis geschlossen. Der Schwimmerschalter 44 schließt seinerseits einen Stromkreis, der die Pumpe 46 an Spannung legt, falls im Sumpf 42 Wasser zur Verfugung steht. Wenn die Pumpe 46 anläuft, pumpt sie Wasser vom Sumpf 42 aus durch den Wärmeaustauscher 1O9 hindurch über das Rohr 48 und das stromlose Ventil 12O. Das Wasser wird über das Rohr 34 und den Wärmeaustauscher 30 zum Sumpf 42 zurückgeleitet. Das über den Wärmeaustauscher 1O9 strömende Wasser absorbiert Wärme aus den über die Außenfläche dieses Wärmeaustauschers streichenden Abgasen» wodurch die über den Wärmeaustauscher 21 geleiteten Abgase vor gekühlt werden und größere Abgasvolumen für diesen Zweck benutzt werden können. Das erhitzte Wasser aus dem Wärmeaustauscher 1O9 strömt dann zum Wärmeaustauscher 30, wo es der in Richtung auf den Wärmeaustauscher umgewälzten Raumluft Wärme zuführt.

Es sind ferner Mittel vorgesehen, um die Feuchtigkeit der klima-

409824/0 323

tisierten Luft zu verbessern, während im Heizbetrieb gearbeitet wird. Der Raumhumidistat kann, wenn er eine niedrige Feuchtigkeit ermittelt,, einen Stromkreis schließen, der das Ventil 40 öffnen läßt. Dadurch kann aus dem Rohr 34 kommendes Wasser mittels der Düse 38 über die Wärmeaustauscher 19 und 30 gesprüht werden. ·

Die Klimaanlage kann bei Ausfall der Turboeinheit 52 auch im Ndtheizbetrieb arbeiten. Diese Betriebsweise ist in dem Kälteträgerfließschema nach Figur 5 schematisch dargestellt. Arbeitet die Anlage im Heizbetrieb, wird selbsttätig auf Notbetrieb geschaltet, wenn der Schalter 136 eine Turbinendampfaustrittstemperatur ermittelt, die einen vorbestimmten Wert» beispielsweise 12O°C, überschreitet. Diese Übertemperatur, die kennzeichnend für einen Ausfall der Turboeinheit 52 ist, bewirkt,' daß über den Schalter ein elektrischer Stromkreis geschlossen wird, der die Pumpe 128 an Spannung 1-egt., Wenn die Pumpe 128 mittels des Schalters 136 eingeschaltet wird, führt sie dem Dampfkessel 54 flüssigen Kälteträger aus der Kammer 73 zu, um die Anlage in Betrieb zu halten. Heißer Kälteträgerdampf strömt vom Dampfkessel 54 über das Rohr 76, die ausgefallene Turbine 61, das Rohr 86, das Ventil 80, das Rohr 88, den Wärmeaustauscher 19, das Rohr 90, das Rückschlagventil 97, die Rohre 96, 98, die Kammer 73, das Rohr 30,'die Pumpe 128, das Rückschlagventil 134 und die-Rohre 132 und 74. Bei dieser Betriebsart ist die Heizleistung der Anlage herabgesetzt, doch wird dem Raum weiterhin Wärme zugeführt", bis die Turboeinheit repariert werden kann. Solange die Turboeinheit 52 ausge-

409824/0323

fallen ist und di- Anlage im Notbetrieb arbeitet, werden der Wärmeaustauscher 21 und die Ausdehnungsstufe 82 praktisch umgangen. Der Ausfall aer ^Turboeinheit 52 kann beispielsweise darin bestehen, daß die Welle 66 festsitzt oder daß die Turbinen- oder Verdichterschaufeln zerstört wurden.

SAP

409824/0323

Claims

2350088

- 19 Ansprüche

ii Mit Flüssigkeit s-Dompf-Zyklus arbeitende Vorrichtung zum

J '

-^ Klimatisieren der Luft innerhalb eines Rauries, gekennzeichnet durch einen Dampferzeuger» eine dem Dampferzeuger Flüssigkeit zuführende Einrichtung, eine eiern Dampferzeuger Heiß— gase zwecks Verdampfung der Flüssigkeit zuführende Einrichtung, eine Dampf vom Dampferzeuger au fnehmende,, Wärmeenergie des Dampfes in mechanische Energie umsetzende Einrichtung, einen mittels der mechanischen Energie angetriebenen Verdichter, einen von dem Verdichter abgegebenes Medium aufnehmenden ersten Wärmeaustauscher, eine dem ersten Wärmeaustauscher Raumluft zuführende Einrichtung, eine von dem ersten Wärmeaustauscher abgegebenes Medium aufnehmende Expansiönseirrrichtung, einen von der Expansionseinrichtung abgegebenes Medium aufnehmenden zweiten Wärmeaustauscher, eine dem zweiten Wärmeaustauscher Außenluft zufünrende Einrichtung, eine dem Verdichter von dem zweiten Wärmeaustauscher· abgegebenes Medium zuführende Einrichtung und eine Einrichtung, die mindestens einen Teil der.Heißgase in Wärmeaustauschbezieftung mit dem zweiten Wärmeaustauscher bringt,,
2.. Mit Flüssigkeits-Dampf-Zyklus arbeitende Vorrichtung zum Klimatisieren der Luft innerhalb eines Raumes, gekennzeichnet durch einen Dampferzeuger, eine dem Dampferzeuger Flüssigkeit zuführende Einrichtung, eine Dampf vom Dampferzeuger aufnehmende tmddie Wärmeenergie des Dampfes in mechanische Energie

409824/0323

umsetzende Einrichtung, einen mittels der mechanischen Energie angetriebenen Verdichter, einen mit der Raumluft in Wärmeaustauschbeziehurg stehenden ersten Wärmeaustauscher, einen mit Luft außerhalb des Raumes in Wärmeaustauschbez^ehung stehenden zweiten Wärmeaustauscher» eine den ersten und den zweiten Wärmeaustauscher verbindende Expansionseinricht^'ng und eine zwischen dem ersten und dem zweiten Wärmeaustauscher liegende Ventileinrichtung, die wahlweise zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung bewegbar ist» wobei in der ersten Stellung von der energieumsetzenden Einrichtung und dem Verdichter abgegebenes Medium dem ersten Wärmeaustauscher, von dem ersten Wärmetaustauscher der Expansionseinrichtung, dann dem zweiten Wärmeaustauscher und anschließend dem Einlaß des Verdichters zugeleitet wird, während in der zweiten Stellung von der energieumsetzenden Einrichtung und von dem Verdichter abgegebenes Medium dem zweiten Wärmeaustauscher und von dem zweiten Wärmeaustauscher der Expansionseinrichtung, dann dem ersten Wärmeaustauscher und anschließend dem EinlaQ des Verdichters zugeleitet wird.
3. Mit Flüssigkeits-Dampf-Zyklus arbeitende Vorrichtung zum Klimatisieren der Luft innerhalb eines Raumes, gekennzeichnet durch einen Dampferzeuger, eine Turboeinheit mit einem hermetisch abgedichteten Gehäuse, einer in dem Gehäuse gelagerten Welle, einem an der Welle befestigten Verdichter, einer mit der Welle verbundenen Pumpe, die einen mit dem Einlaß des Dampferzeugers verbundenen Auslaß aufweist, und einer mit der Welle verbun-

409824/0 323

denen Turbine» die einen mit dem Auslaß des Dampferzeugers verbundenen Einlaß aufweist, ferner durch einen mit der Raumluft in Wärmeaustauschbeziehung stehenden ersten Wärmeaustauscher, einen mit Luft außerhalb des Raumes in Wärmeaustauschbeziehung stehenden zweiten Wärmeaustauscher, eine Expansionseinrichtung und eine Einrichtung, die das von der Turbine und dem Verdichter abgegebene Medium dem ersten Wärmeaustauscher zuleitet und die dann einen Teil des vom ersten Wärmeaustau-* scher abgegebenen Mediums dem Einlaß der Pumpe sowie den anderen Teil der Expansionseinrichtung, dann dem zweiten Wärmeaustauscher und anschließend dem Einlaß des Verdichters zuleitet.
4. Mit Flüssigkeits-Dampf-Zyklus arbeitende Vorrichtung zum Klimatisieren der Luft innerhalb eines Raumes, gekennzeichnet durch einen Dampferzeuger, einen ersten und einen zweiten Wärmeaustauscher, einen Speicher für ein flüssiges oder gasförmiges Medium, eine Turboeinheit mit einem hermetisch abgedichteten Gehäuse, einer in dem Gehäuse gelagerten Welle, einem an der Welle befestigten Verdichter, einer mit der Welle verbundenen* Pumpe, die einen mit dem Speicher verbundenen Einlaß und einen mit dem Einlaß des'Dampferzeugers verbundenen Auslaß aufweist, und einer mit der Welle verbundenen.Turbine, die einen mit dem Auslaß des Dampferzeugers verbundenen Einlaß aufweist, ferner durch eine zwischen dem ersten und dem zweiten Wärmeaustauscher liegende Expansionseinrichtung, eine Einrichtung,

!'•mittels deren die Vorrichtung wahlweise zwischen einer ersten und einer zweiten Betriebsart umschaltbar ist, wobei in der

409824/0 3 23 oä/ginal inspected

ersten Betriebsart einer der Wärmeaustauscher in Wärmeaustauschbeziehung mit der Raumluft steht, das von dem Verdichter und
der Turbine abgegebene Medium diesem Wärmeaustauscher zugeführt wird und das von dem anderen Wärmeaustauscher abgegebene Medium dem Einlaß des Verdichters zugeleitet wird, während in der zweiten Betriebsart einer der Wärmeaustauscher in Wärmeaustauschbeziehung mit der außerhalb des Raumes befindlichen Luft steht
und das von dem Verdichter und der Turbine abgegebene Medium
diesem Wärmeaustauscher zugeführt wird, während das von dem anderen Wärmeaustauscher kommende Medium dem Einlaß des Verdichters zugeleitet wird, sowie durch eine Einrichtung, die in beiden Betriebsstellungen einen Teil des Mediums, das von dem Wärmeaustauscher abgegeben wird, dem Medium vom Verdichter und
der Turbine zugeführt wird, dem Speicher und den restlichen
Teil der Expansionseinrichtung zuleitet

409824/0323

Leerseite