DE2453899A1

DE2453899A1 - Waermeaustauscher, insbesondere fuer waermepumpen mit verdichter

Info

Publication number: DE2453899A1
Application number: DE19742453899
Authority: DE
Inventors: Jacques Bruguier
Original assignee: FRIMAIR SA
Current assignee: FRIMAIR SA
Priority date: 1973-11-16
Filing date: 1974-11-13
Publication date: 1975-05-28
Also published as: LU71285A1; US3977210A; JPS5088647A; IT1032128B; CH588059A5; GB1488492A; NL7414728A

Description

IONGVIO-LES-IHJQN / Frankreich

Unser Zeichen: P 887

Wärmeaustauscher, insbesondere für Wärmepumpen mit Verdichter.

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher für zv/ei im Gegenstrom strömende Strömungsmittel, welcher insbesondere auf Wärmepumpen mit Verdichter anwendbar ist.

Bei derartigen Pumpen werden zwei Wärmeaustauscher benutzt, von denen der eine als Kondensator und der andere als Verdampfer arbeitet, d.h. zwei Austauscher, welche mit einem einander entgegengesetzten Wärmeaustauschsinn arbeiten. In dem Fall einer umkehrbaren Wärmepumpe, d.h. mit einem Sommerbetrieb und einem Winterbetrieb, muß ausserdem jeder Austauscher einen Teil des Jahres als Kondensator -und einen anderen Teil des Jahres als Verdampfer arbeiten.

Bekanntlich muß zur Erzielung der günstigsten

509822/06 4 8

Arbeitsweise dieser Austauscher bei beliebigem Wärmeaustauschsinn die Strömung der beiden Strömungsmittel im Gegenstrom in den beiden entgegengesetzten Arbeitszyklen der Pumpe aufrechterhalten werden.

Bei umkehrb'.aren Wärmepumpen mit Verdichter, bei welchen der Wärmeaustauscher zwischen einem Kältemittel und iAift in jedem der. beiden Austauscher erfolgt, gibt es keine geeignete Hahnausrüstung, welche in einfacher und billiger Weise gestattet:

- in den beiden Wärmeaustauschern den Wärmeaustausch im Gegenstrom zwischen der Luft und dem Kältemittel bei einem beliebigen Arbeitszyklus der Wärmepumpe aufrechtzuerhalten, d.h. die Flußrichtung eines der beiden Strömungsmittel umzukehren;,

- ständig das Kältemittel in gasförmiger Phase in den oberen Teil des als Kondensator dienenden Austauschers einzuführen und dieses Strömungsmittel in flüssiger Phase in dem unteren Teil des als Kondensator arbeitenden Austauschers wieder zu entnehmen;

- die Druckstöße im Augenblick einer Umschaltung des Zyklus zu mildern.

Die Erfindung bezweckt, alle obigen "Vorteile zu verschaffen.

Sie betrifft einen insbesondere auf Wärmepumpen mit Verdichter anwendbaren Wärmeaustauscher, v/elcher zwei im Gegenstrom strömende Strömungsmittel benutzt, und eine Vorrichtung zur Umschaltung der Strömungsrichtung eines der beiden Strömungsmittel zur Aufrechterhaltung des Gegenstroms der beiden Strömungsmittel bei beliebigem Wärmeaustauschsinn, wobei dieser Austauscher dadurch gekennzeichnet ist, daß die Umschaltvorrichtung durch einen Satz von vier Hahnausrüstungen gebildet wird, von denen zwei in Reihe an jedes Ende der eines der Strömungsmittel des Austauschers betreffenden Rohrleitungen angeschlossen sind, während die beiden anderen kreuzweise an die Enden der beiden ersten angeschlossen sind.

Bei einer ersten Ausführungsform sind die Hahnausrüstungen Ventile, welche so gesteuert werden, daß sie die Strömungsrichtung umkehren. Im allgemeinen werden elektromagnetisch gesteuerte Ventile benutzt. Dieses System besitzt jedoch

509822/0643

den dachteil, daß es bei einem Stromausfall oder bei einem Fehler in der Wicklung des Elektromagneten nicht von Hand betätigbar ist.

Bei einer zweiten Ausführung sind die Hahnausrüstungen federbelastete Rückschlagventile, wobei die Belastung der Ventile und ihr Durchlaßsinn so bestimmt sind, daß doe öffnung dieser Ventile unter der Wirkung des auf ihren Eingang wirkenden Betriebsdrucks automatisch erfolgt. Dieses System bietet den Vorteil, keine besondere elektrische Betätigung zu benutzen und unmittelbar und automatisch bei der Betätigung des dem Verdichter zugeordneten Umschalters für Sommerbetrieb und Winterbetrieb betätigt zu werden. Außerdem ermöglicht dieses System die Dämpfung der Druckstöße.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.

Fig. 1 zeigt das Schema der Strömungskreise der Strömungsmittel einer Wärmepumpe im Winterbetrieb.

Fig. 2 ist das entsprechende Schema für Sommerbetrieb ·

Die Wärmeaustauscher 2 und 3 enthalten zwei

Wärmeaustauschmittel, z.B. Freon als Kältemittel und von einem Lüfter geblasene Luft. In Fig. 1 arbeitet der äussere Austauscher 2 als Verdampfer und der innere Austauscher 3 als Kondensator. In Fig. 2 arbeitet dagegen der Austauscher 2 als Kondensator und der Austauscher 3 als Verdampfer. Die stark gezeichneten Rohrleitungai entsprechen dem Umlauf des Freons, wobei die kleinen Pfeile den Umlaufsinn angeben. Die großen schraffierten Pfeile entsprechen dem Strömungssinn der Luft.

Die Erfindung besteht darin, daß jedem Austauscher eine Vorrichtung z"ur Umschaltung der Strömungsrichtung des Freons zugeordnet wird, welche durch einen Satz von vier federbelasteten Rückschlagventilen 1A, 1B, 4-A, 4B gebildet wird. Eines dieser Ventile, 1A, liegt in Reihe in der oberen Rohrleitung des Austauschers 2, während das andere Ventil, IB, die durch das Ventil 1A und den Austauscher 2 gebildete Anordnung überbrückt. Das Ventil 4-A liegt in Reihe in der unteren Rohrleitung des Austauschers 2, während das andere Ventil, 4- B, die durch das Ventil 4A und den Austauscher 2 gebildete Anordnung überbrückt. Die Ventile 1B und 4B sind also kreuzweise an die

509 82 2/06 4 8

■ - 4 -

Enden der Ventile 1A und 4A angeschlossen·

Die dem anderen Austauscher 3 entsprechenden Ventile 1C, 1D, 4C| 4D sind in der gleichen Weise wie die vorhergehenden angeordnet. Pig. 1 und 2 zeigen die Ventile, welche für den Winterbetrieb und den Sommerbetrieb offen sind. Die Luft und das Freon strömen daher in allen Fällen im Gegenstrom in den Austauschern 2 und 3.

Außer diesen Vorrichtungen zur Umschaltung der Strömungsrichtung des Freons findet man in dem Schema die wohlbekannten Elemente einer üblichen Wärmepumpe, wie ein z.B. elektromagnetisches Vierwegeventil 5 mit zwei Stellungen Winter Sommer, einen Speicheraustau scher 6, einen Verdichter 7 und einen Druckentspanner 8.

Die acht oben angegebenen federbelasteten Rückschlagventile sind an den Rohrleitungen in einem solchen Sinn angeordnet, daß sie sich in dem Fall in der Schliessungsstellung befinden, in welchem sie den Durchtritt des Strömungsmittels verbieten sollen, während sie in der Öffnungsstellung sind, wenn ihr Eingangsdruck grosser als ihr Ausgangsdruck zuzüglich des Drucks der Belastungsfeder ist.

Es sei z.B. der Fall des Ventils 1A betrachtet.

Im Winterbetrieb der Fig.-1 ist der auf die linke Seite des Ventils, d.h. auf seinen Ausgang, ausgeübte Druck grosser als der auf seinen Eingang (rechte Seite) ausgeübte. Die 7/irkung der Feder tritt zu der Wirkung des resultierenden Drucks hinzu, um das Ventil geschlossen zu halten.

Im Sommerbetrieb der Fig. 2 ist der auf den Eingang des Ventils 1A ausgeübte Druck grosser als der auf den Ausgang desselben ausgeübte, die Feder sucht jedoch das Ventil geschlossen zu halten. Damit sich das Ventil öffnet, muß die Feder so bemessen sein, daß sie dem Druckunterschied zv/ischen dem Eingang und dem Ausgang des Ventils nicht widersteht. Unter diesen Bedingungen öffnet sich das Ventil, um das Strömungsmittel durchzulassen. Das gleiche gilt für alle anderen Ventile.

Bs genügt daher, das Vierwegeventil 5 i& eine seiner beiden Stellungen Winter - Sommer zu bringen, damit die federbelasteten Rückschlagventile automatisch ohne Druckstöße in die richtige Stellung kommen.

Aus den Figuren geht die besondere Anordnung des

509822/0648

— ρ —

Sammelgefässes des Austauschers 3 hervor, welches eine Austrittsöffnung oben und eine andere unten hat. Dies ermöglicht, in dem Fall der Fig. 2 das Freon in gasförmiger Phase durch den oberen Teil dieses Sammelgefässes abzuführen.

Ferner ist zu bemerken, daß in dem als Kondensator arbeitenden Austauscher (Austauscher 3 der Fig. 1 und Austauscher 2 der Fig. 2) die flüssige Phase unten abgeführt wird.

Die Erfindung ermöglicht so die beträchtliche Vereinfachung der Arbeitsweise und des Betätigungssystems einer Wärmepumpe mit Verdichter, insbesondere, wenn die beüen Austauscher mit einem Kältemittel und Luft arbeiten.

Falls anstelle der Rückschlagventile gesteuerte Ventile benutzt werden, müssen diese so gesteuert werden, daß die Druckstöße in den Rohrleitungen vermieden werden.

509822/0 6h8

Claims

- 6 ΡΑΪΕ IT EANGPRt? CHE

r\J Wärmeaustauscher, insbesondere für Wärmepumpen mit Verdichter, welche zwei im Gegenstrom strömende Strömungsmittel und eine Vorrichtung zur Umschaltung der Strömungsrichtung eines der beiden Strömungsmittel benutzen, um den Gegenstrom der beiden Strömungsmittel bei beliebigem Wärmeaustauschsinn aufrechtzuerhalten, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltvorrichtung durch einen Satz von vier Hahnausrüstungen (1A, 1B, 4A, 4B) gebildet wird, von denen zwei (1A, 4A) in Reihe an jedes Ende der eines der Strömungsmittel des Austauschers betreffenden Rohrleitungen angeschlossen sind, während die beiden anderen (1B, 4B) kreuzweise an den Enden der beiden ersten angeschlossen sind.

2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vier Hahnausrüstungen Ventile sind, welche so gesteuert werden, daß die Strömungsrichtung umgekehrt wird.

35. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vier Hahnausrüstungen federbelastete Rückschlagventile sind, deren Belastung und Durchlaßrichtung so bestimmt sind, daß die Öffnung dieser Ventile unter der Wirkung des auf ihren Eingang wirkenden Betriebsdrucks automatisch erfolgt.

50 9822/0648