DE2709343A1

DE2709343A1 - Gegenstrom-klimaanlage

Info

Publication number: DE2709343A1
Application number: DE19772709343
Authority: DE
Inventors: Toshiharu Matsuda
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1976-03-05
Filing date: 1977-03-03
Publication date: 1977-09-15
Also published as: GB1554346A; US4106307A; DE2709343C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Gegenstrom-Klimaanlage, insbesondere eine Klimaanlage, die mit Wärmetauschern versehen ist, die zur Verwendung während eines Heizzyklus vorgesehen sind.

Herkömmliche Wärmepumpen oder Gegenstron-Klimaanlagen enthalten üblicherweise einen Verdichter, ein Vierwege-Ventil, einen Freiluft- oder Außenwärmetauscher, Absperrventile, Dekompressionseinrichtungen (Expansionsventile oder Kapillarrohre), einen Empfänger oder ein Auffanggefäß, einen Zimmer- oder Innenwärmetauscher und einen Saug-Sammler, die alle durch KUhlmittelleitungen oder Kühlrohre miteinander verbunden sind.

Bei einer bestehenden Klimaanlage strömt während des Kühlbetriebs das heiße verdichtete KUhlmittelgas, das vom Verdichter abgegeben ist, durch das Vierwege-Ventil in den Außen-Wärmetauscher, in dem es zu einer Flüssigkeit kondensiert, wenn es seine Wärme an Luft oder Wasser abgibt. Das

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flüssige Kühlmittel tritt durch ein erstes Absperrventil und das Auffanggefäß zu einer zweiten Decompressionseinrichtung, in der es adiabat entspannt wird zu einem Niedertemperatur und Niederdruckgemisch aus gasförmigen und flüssigen Kühlmittelteilen. Die Mischung tritt dann in den Innen-Wärmetauscher ein, in dem das flüssige Kühlmittel weiter verdampft wird durch Wärmetausch mit Luft oder Wasser zur Raumkühlung. Das gasförmige Kühlmittel fließt dann durch den anderen Weg des Vierwege-Ventils in den Saug-Sammler. Dort wird es vom unverdampft gebliebenen flüssigen Teil getrennt, wodurch nur das gasförmige Kühlmittel zum Verdichter zurückkehrt.

Während des Heizbetriebs tritt das heiße verdichtete KUhlmittelgas vom Verdichter durch das Vierwege-Ventil in den Innen-Wärmetauscher und bewirkt eine Raumheizung während es zu einer Flüssigkeit kondensiert wird, durch den Wärmetausch mit Luft oder Wasser. Das flüssige Kühlmittel fließt durch das zweite Absperrventil und das Auffanggefäß zur ersten Dekomressionseinrichtung. Nahe der Druckerniedrigung tritt das Kühlmittel in den Außen-Wärmetauscher ein, in dem es Wärme pumpt oder sammelt durch Wärmetausch mit Luft oder Wasser. Vom Außen-Wärmetauscher kehrt das Kühlmittel zum Verdichter zurück über den anderen Weg des Vierwege-Ventils und den Saug-Sammler.

Bei dieser herkömmlichen Gegenstrom-Klimaanlage treten jedoch die folgenden Nachteile auf. Wenn die Außentemperatur während des Heizbetriebes fällt, fällt die Verdampfungstemperatur des Kühlmittels im Außen-Wärmetauscher ab mit einer daraufhin erfolgsiden Abnahme der Wärmepump-Kapazität des darin enthaltenen Kühlmittels, wodurch mehr unverdampftes Kühlmittel in flüssiger Form in den Saug-Sammler fließen kann. Infolge der Überversorgung mit flüssigem Kühl-

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mittel über* das Gas -Fluss ig-Trennvermögen des Saug-Sammlers wird daher ein Teil des Kühlmittels in flüssiger Form zum Verdichter zurückströmen. Dadurch kann ein Flüssigkeitsklopfen oder ein ölschäumen auftreten, was den Verdichter zerstören kann.

Um eine Rückkehr des flüssigen Kühlmittels in den Verdichter während des Heizbetriebs zu verhindern, wurde herkömmlich bereits das Auffanggefäß und der Saug-Sammler zu einer einzigen einstückigen Einheit vereinigt,um das flüssige Kühlmittel in dem Saug-Sammler mit der von dem relativ heißen flüssigen Kühlmittel im Auffanggefäß übertragenen Wärme zu verdampfen. Bei dieser Anordnung ist jedoch nachteilig, daß während des Kühlbetriebs bei derartigen Hochtemperaturbedingungen das Kühlmittelgas im Saug-Sammler überhitzt wird, weshalb das in den Verdichter zurückkehrende KUhlmittelgas so heiß ist, daß die Temperatur des Motors und der Lager des Verdichters ungewöhnlich ansteigen, was zu Schwierigkeiten führen kann.

Bei üblichen Wärmepumpeneinheiten zur Luftklimatisierung 1st es nachteilig, daß flüssiges Kühlmittel in den Verdichter während des Heizbetriebs zurückkehren kann, wobei andererseits dann, wenn dies verhindert wird, eine zu große Überhitzung des Kühlmittelgases auftritt, das in den Verdichter eintritt, wodurch der Verdichter während des KUhlbetriebs beschädigt wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, unter Vermeidung der oben genannten Nachteile eine Gegenstrom-Klimaanlage anzugeben, bei der der Verdichter ohne neue oder zusätzliche Einrichtungen vor Zerstörung oder Beschädigung geschützt ist.

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Die Aufgabe wird bei einer Gegenstrom-Klimaanlage mit einem Verdichter zur Abgabe einees heißen komprimierten KUhlmittelgases, mit einem Vierwege-Ventil zum Umschalten der Strömungsrichtung des Kühlmittels, mit einem Innen- und einem Außen-Wärmetauscher zum getrennten Erreichen der Kondensation und der Verdampfung des Kühlmittels während des Kühlzyklus und des Heizzyklus, mit einem mit den beiden Wärmetauschern verbundenenAuffanggefäß _mit einer Dekompressionseinrichtung zum Umformen des flüssigen Kühlmittels, das durch den Innen- oder den Außen-Wärmetauscher kondensiert ist, abhängig davon, ob der Kühlzyklus oder der Heizzyklus betrieben ist, in ein Gemisch aus gasförmigen ind flüssigen Kühlmittelteilen, und mit einem Saug-Sammler zum Trennen des Kühlmittels, das abhängig vom Zyklus im Innen- oder im Außen-Wärmetauscher verdampft ist, in gasförmige und flüssige Teile, wobei die Bauteile durch Kühlmittelleitungen miteinander verbunden sind, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die KUhlmittelleitung, in der das Kühlmittel, das durch entweder den Innen- oder den Außen-Wärmetauscher während des Kühl- oder Heizbetriebs verdampft ist, zum Verdichter zurückfließt, ein Wärmetauscher vorgesehen ist,der das zurückströmende Kühlmittel während des Heizzyklus aufheizt und es während des Kühlzyklus nicht aufheizt.

Bei der Erfindung ist die Kühlmittelleitung zwischen dem Innen-Wärmetauscher und dem Vierwege-Ventil einstückig so mit der zwischen dem Vierwege-Ventil und dem Saug-Sammler verbunden, daß während des Heizzyklus Wärme getauscht wird zwischen dem in den Saug-Sammler strömenden Kühlmittel und dem aus dem Verdichter strömenden heißen Kühlmittelgas und während des KUhlzyklus zwischen KUhlmittelteilen des KUhI-

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mittelstroms, der den Innen-Wärmetauscher verläßt und in den Saug-Sammler strömt.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten AusfUhrungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Fließschema einer erfindungsgemäßen Gegenstrom-Klimaanlage zur Darstellung des umkehrbaren Betriebszyklus;

Fig. 2 in Schnittansicht den Wärmetauscher für das AusfUhrungsbeispiel gemäß Fig.l, das aus einer einstückigen Kombination der Leitung zwischen dem Innen-Wärmetauscher und dem Vierwege-Ventil und der Leitung zwischen dem Vierwege-Ventil und dem Saug-Sammler besteht;

Fig. 3 im Teilschnitt eine Weiterbildung des Wärmetauschers aus einer einstückigen Kombination der Leitung zwischen dem Innen-Wärmetauscher und dem Vierwege-Ventil und der Leitung zwischen dem Vierwege-Ventil und dem Saug-Sammler;

Fig. 4 ein Fließschema eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung zur Darstellung des reversiblen Betriebszyklus;

Fig. 5 im Teilschnitt einen Wärmetauscher zur Verwendung bei dem zweiten Ausfiihrungsbeispiel,der aus einer einstUckigen Kombination des Auffanggefäßes und des Saug-Sammlers besteht;

Fig. 6 ein Fließschema eines weiteren AusfUhrungsbeispiele der Erfindung zur Darstellung des umkehrbaren Betriebszyklus;

Fig. 7 im Teilschnitt eine Weiterbildung des Wärmetauschers gemäß Fig.5, die aus einer einstUckigen Kombination des Auffangefäßes und des Saug-Sammlers besteht; 709837/0775

Fig. 8 ein Diagramm zur Darstellung von Versuchsergebnissen bei einer herkömmlichen und einer erfindungsgemäßen Klimaanlage.

In Pig.l ist eine Gegenstrom-Klimaanlage gemäß der Erfindung dargestellt, die enthält einen Verdichter 1, ein Vierwege-Ventil 2, einen Außen-Wärmetauscher 3, ein erstes Absperrventil 4, eine erste Dekompressionseinrichtung 5* ein Auffanggefäß 6, ein zweites Absperrventil 7, eine zweite Dekompressionseinrichtung 8, ein Innen-Wärmetauscher 9 und ein Saug-Satnmler 10, die alle funktionell in dieser Reihenfolge durch KUhlmittelleitungen oder -rohre miteinander verbunden sind.

Bei dieser Anordnung ist, wie das in Fig.2 deutlich dargestellt ist, ein Teil der Leitung 11 wischen dem Innen-Wärmetauscher 9 und dem Vierwege-Ventil 2 durch ein Außenrohr 12 bedeckt, wobei der Einlaß und der Auslaß des Außenrohres 12 mit dem Vierwege-Ventil 2 bzw. dem Saug-Sammler verbunden sind, durch eine Einlaßleitung 13 und eine Auslaßleitung 14.

Während des Heizzyklus strömt das heiße verdichtete KUhlmittelgas, das vom Verdichter?in Richtung der Strichlinien-Pfeile abgegeben wird, durch einen der durch Strichlinien dargestellten Wege des Vierwege-Ventils 2 in den Innen-Wärmetauscher 9,der als Kondensator dient, in dem es zu einer Flüssigkeit kondensiert wird, während es Wärme an die Luft für den zu klimatisierenden Raum abgibt. Das flüssige Kühlmittel tritt durch das zweite Absperrventil 7 und den FlUssigkeits-Empfänger oder -Auffanggefäß 6 in die erste Dekompressionseinrichtung 5# in der der Druck herabge-

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setzt und es adiabat gespannt wird in die Form eines Gas-Flüssigkeits-Gemisches. Das Kühlmittel tritt dann in den Außen-Wärmetauscher 3 ein, der als Verdampfer wirkt, in dem es verdampft wird, während es Wärme aus der Außenluft aufnimmt. Vom Außen-Wärmetauscher 3 strömt das Kühlmittel durch den anderen Strichlinien-Weg des Vierwege-Ventils und die Einlaßleitung 13 in das Außenrohr 12. Dort unterliegt es einem Wärmetausch mit dem heißen verdichteten KUhlmittelgas, das durch die Leitung 11 strömt, derart, daß der flüssige Kühlmittelteil, der der Verdampfungswirkung des Außen-Wärmetauschers 3 entgangen ist,zum größten Teil in ein Gas umgewandelt wird, über die Auslaßleitung 14 tritt das Kühlmittel in den Saug-Sammler 10 ein, in dem es vollständig vom restlichen flüssigen Teil getrennt wird und kehrt schließlich in gasförmiger Form zum Verdichter 1 zurück.

Während des KUhlzyklus wird das heiße verdichtete KUhlmittelgas vom Verdichter 1 in Richtung der Vollinien-Pfeile abgegeben und wird durch einen der Vollinien-Wege des Vierwege-Ventils 2 zum Außen-Wärmetauscher 3 geführt, der als Kondensator arbeitet, in dem es zu einer Flüssigkeit kondensiert wird. Anschließend strömt die Flüssigkeit durch das erste Absperrventil 4 und das Auffanggefäß 6 in die zweite Dekompression einrichtung 8, in der sie druckreduziert wird und adiabat entspannt wird in die Form eines Gas-Flüssigkeits-Gemisches. Das Gemisch tritt dann in den Innen-Wärmetauscher 9 ein, der als Verdampfer wirkt, indem es verdampft wird und während dieses Vorgangs Wärme absorbiert von der Versorgungsluft zum klimatisierten Raum. Das den Innen-W arme tausc her 9 verlassende Kühlmittel tritt durch die Leitung 11, den anderen Vollinien-Weg des Vierwege-Ventils 2,

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die Einlaßleitung 13, das Außenrohr 12 und die Auslaßleitung 14 in den Saug-Sammler 10, in dem es vom flüssigen Teil befreit wird und gasförmige zum Verdichter 1 zurückgeführt wird.

Das erläuterte Ausführungsbeispiel hat folgende Vorteile. Während des Heizzyklus, während der die Außen-Temperatur ausreichend niedrig ist, um den größten Teil des Kühlmittels in flüssiger Form in den Saug-Sammler 10 zu bringen, wird das Gas-Flüssigkeits-Gemisch, das durch das Außenrohr 12 strömt, durch das durch die Leitung 11 strömende heiße Kühlmittelgan erwärmt. Folglich wird der größte Teil des flüssigen Kühlmittelteila dort in ein Gas umgeformt, wodurch eine schädliche Rückkehr flüssigen Kühlmittels zum Verdichter 1 verhindert werden kann. Während des Kühlzyklus, während dem das Kühlmittel, das den Innen-Wärmetauscher 9 verläßt, der als Verdampfer wirkt, zum größten Teil gasförmig ist oder wenigstens überhitzt ist, tritt das Kühlmittel von der Leitung 11 unmittelbar in das Außenrohr 12 ein, weshalb die zu übertragende Wärmemenge klein 1st, weshalb das Kühlmittel nicht übermäßig überhitzt werden muß, bevor es zum Verdichter 1 zurückkehrt.

Fig« 3 zeigt eine Weiterbildung des erläuterten AusfUhrungsbeispiels der Erfindung, bei der der Saug-Sammler und das Außenrohr 12 in Fig. 1 zu einer einzigen Anordnung vereinigt sind. Hier dient ein Außenzylinder 16 als Saug-Sammler 10 und ein dazu innen angeordnetes Rohr 15 als das Außenrohr 12. Vorzugsweise ist die Einlaßleitung 13 tangential zum Umfangsteil des Außenzylinders 16 angeordnet, um eine Verwirbelung des Kühlmittels zu erreichen und durch Fliehkraftwirkung eine Gas-Flüssigkeits-Trennung erhöhten

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Wirkungsgrades zu erreichen.

Bei einfachem Aufbau ist es bei diesem Ausführungsbeispiel möglich, während des Heizbetriebs die Rückkehr von flüssigem Kühlmittel zum Verdichter 1 durch Fliehkraftwirkung infolge des Verwirbelns des Kühlmittels und durch Wärmetausch mit dem vom Verdichter 1 zugeführten Gas zu verhindern. Dieses Ausführungsbeispiel ermöglicht auch während des Kühlbetriebs eine Trennung des flüssigen Kühlmittels vom gasförmigen Teil lediglich durch die Zentrifugal- oder Fliehkraftwirkung ohne Überhitzung des Kühlmittels.

Bei einer anderen Weiterbildung können die relativen Lagen der Leitung 11 und des Außenrohrs 12 in Fig.l umgekehrt werden, um die gleiche vorteilhafte Wirkung zu erreichen. Schließlich kann der Saug-Sammler 10 zwischen dem Vierwege-Ventil 2 und dem Außenrohr 12 angeordnet sein, ohne nachteiligen Einfluß.

Ein anderes AusfUhrungsbeispiel einer Gegenstrom-Klimaanlage gemäß der Erfindung ist als Fließschema in Fig.4 dargestellt.

Bei diesem AusfUhrungsbeispiel enthält der KUhlmittelkreis den Verdichter 1, das Vierwege-Ventil 2, den Außen-Wärmetauscher 3» eine Dekompressionseinrichtung 21, das Auffanggefäß 6, den Innen-Wärmetauscher 6 und den Saug-Sammler 10, der im Auffanggefäß 6 angeordnet ist. Der Unterteil des Auffanggefäßes 6 ist mit dem Innen-Wärmetauscher 9 über eine untere Leitung 22 und der Oberteil des Auffanggefäßes 6 ist mit der Dekompressionseinrichtung 21 über eine

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obere Leitung 23 verbunden.

Der Oberteil des Saug-Sammlers 10 ist wie in Fig. 5 ausführlich dargestellt, mit einem Einspritzrohr 24 verbunden, um das Kühlmittel vom Vierwege-Ventil 2 einzuführen, und ebenso mit einem Saugrohr 25 verbunden, um das Gas nachjder Gas-Fluss igke its-Trennung des Kühlmittels zum Verdichter 1 rückzufUhren. Das Einspritzrohr 24 ist in den Saug-Sammler 10 tangential zu dessen umgebenden Wand offen. Eine Öl-Ansaug- oder -Einführleitung 26 ist am Boden des Saug-Sammlers 10 aufrecht angeordnet, wobei deren Oberende teilweise in das Saugrohr 25 hineinragt. Am Boden des Saug-Sammlers 10 1st auch ein Außenzylinder 27 aufgesetzt, der die öl-EinfUhrleitung 26 aufrechtstehend umgibt. Die Abschnitte am Unterende der Öl-Einführleitung und des Außenzylinders 27 sind mit mehreren Öl-Saugöffnungen 28 bzw. öleinfUhröffnungen 29 versehen.

Der Betrieb des zweiten Ausführungsbeispiels wird im folgenden erläutert. Im Heizzyklus strömt das heiße verdichtete Kühlmittelgas, das vom Verdichter 1 abgegeben ist, in Richtung der Strichlinien-Pfeile durch das Vierwege-Ventil 2 in den Innen-Wärmetauscher 9, der während des Heizbetriebs als Kondensator wirkt. Bei Verflüssigung des Gases durch Wärmetausch mit Luft oder Wasser wird Raumheizung erreicht. Das flüssige Kühlmittel strömt in das Auffanggefäß 6 durch die untere Leitung 22 und dann in die Entspannungs- oder Dekompressionseinriohtung 21 durch die obere Leitung 23. Wenn es durch die Dekompressionseinrichtung 21 strömt, wird das flüssige Kühlmittel dekomprimiert und adiabat entspannt. Ein Teil des Kühlmittels wird dadurch in ein Gas umgesetzt, wodurch sich ein Gas-Flussigkeits-Gemisch des Kühlmittels ergibt. Das Gemisch tritt in den Außen-Wärmetauscher 3 ein, der während des Heizzyklus als Verdampfer

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wirkt. Dort unterliegt das Gemisch einem Wärmetausch mit Luft oder Wasser und pumpt Wärme während es weiter verdampft wird. Vom Außen-Wärmetauscher 3 wird das Kühlmittel durch den anderen Weg des Vierwege-Ventils 2 und das Einspritzrohr 24 in den Saug-Sammler 10 zwangsbewegt, in dem der gasförmige Teil des Kühlmittels vom flüssigen Teil getrennt wird und in das Saugrohr 25 zurück zum Verdichter 1 gesaugt wird.

Beim Kühlzyklus tritt heißes verdichtetes Kühlmittelgas vom Verdichter 1 durch das Vierwege-Ventil 2 in den Außen-Wärmetauscher 3, der während des KUhlbetriebs als Kondensator wirkt, injiem es durch Wärmetausch mit Luft oder Wasser verflüssigt wird. Das flüssige Kühlmittel tritt in die Dekompressionseinrichtung 21 ein, in der es dekomprimiert wird zur Bildung eines Gas-FlUssigkeits-Gemisches. Über das Auffanggefäß 6 tritt das Gemisch in den Innen-Wärmetauscher f ein, der während des KUhlbetriebs als Verdampfer wirkt. Dort wird es verdampft, um eine Raumkühlung zu erreichen, während es einem Wärmetausch mit Luft oder Wasser unterliegt. Nach der Verdampfung strömt das Kühlmittel durch den anderen Weg des Vierwege-Ventils und das Einspritzrohr 24 in den Saug-Sammler 10 zurück, in dem das gasförmige Kühlmittel vom restlichen flüssigen Teil getrennt wird und durch das Saugrohr 25 zum Verdichter 1 zurückkehrt.

Das zweite AusfUhrungsbeispiel der Erfindung zeichnet sich durch die einstUckige Kombination als Wärmetauscher des Auffanggefäßes 6, in dem das flüssige Kühlmittel bei relativ hoher Temperatur gespeichert oder gesammelt wird, und

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des Saug-Sammlers 1Ö, in dem die Kühlmitteltemperatur während des Heizbetriebs relativ niedrig ist. Auf diese Weise wird, wenn die Außentemperatur niedriger wird und mehr flüssiges Kühlmittel in den Saug-Sammler 10 während des Heizzyklus fließt, der Verdichter 1 vorteilhaft vor Beschädigung geschützt, da gasförmige und flüssige Teile des Kühlmittels durch Fliehkraftwirkung im Saug-Sammler 10 getrennt werden können und da darüber hinaus der flüssige Teil durch Wärmetausch mit dem flüssigen Kühlmittel bei relativ hoher Temperatur verdampft wird.

Während des Kühlbetriebs strömt das Kühlmittel niedriger Temperatur in Form eines Gas-Flüssigkeits-Gemisches von der Dekompressionseinrichtung 21 durch das Auffanggefäß 6. Folglich kann keine überflüssige oder zu hohe Überhitzung des gasförmigen Kühlmittels in dem Saug-Sammler 10 auftreten.

Die Wirkungsweise des Saug-Sammlers 10 wird im folgenden erläutert. Wie in Fig.5 dargestellt, bewegt sich das Kühlmittel in Form eines Gas-Flüssigkeits-Gemisches in Form eines Wirbels nach unten längs der Wand des Saug-Sammlers 10 und wird während dieses Hinabfallens oder Hinabfließens durch Fliehkraftwirkung in die gasförmige und die flüssige Phase getrennt.

Das flüssige Kühlmittel, dessen Masse größer als die des gasförmigen Kühlmittels ist, unterliegt einer größeren Fliehkraftwirkung und wird daher näher an die umgebende Wand zwangsbewegt. Folglich wird der innerhalb des Auffanggefäßes 6 befestigte Saug-Sammler 10 durch seine Wand erhitzt durch das flüssige Kühlmittel mit relativ hoher Tem-

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peratur im Auffanggefäß 6, weshalb die Verdampfung des flüssigen Kühlmittels im Saug-Sammler 10 gefördert wird. Das verdampfte Kühlmittel wird in das Saugrohr 25 gesaugt oder gezogen, wie das durch Pfeile G in Fig.5 dargestellt ist. Innerhalb des Saug-Sammlers 10 bilden die öl-EinfUhrleitung 26 und der Außenzylinder 27 zusammen eine Öl-Rückführeinrichtung. Kühlmaschinen-Öl, das zur Schmierung von Lagern im Verdichter 1 verwendet wird, ist leicht im Kühlmittel löslich und wird darin so aufgelöst, daß eine Mischung daraus durch den Kreis umgewälzt wird. Ein Sammeln des Kühlmaschinen-Öls am Boden des Saug-Sammlers 10 kann einen Mangel an öl im Verdichter 1 und eine ungenügende Schmierung der Lager zur Folge haben. Um dies zu vermeiden, , ist die Öl-Rückführeinrichtung im Saug-Sammler 1 0 angeordnet .Die Öl-Einführleitung 26 zieht durch Saugwirkung das am Boden des Saug-Sammlers 10 gesammelte öl durch die öffnungen)29, 28 und fördert es zusammen mit gasförmigem Kühlmittel zum Saugrohr 25 durch Venturi-Wirkung. Der Außenzylinder 27 ist vorgesehen, um zu verhindern, daß Kühlmittel in Form eines Gas-Flüssigkeits-Gemisches,das aus dem Einspritzrohr 24 austritt, in das Saugrohr 25 eintritt, betör es vollständig in dem gasförmigen und den flüssigen Teil getrennt ist.

Dieses Beispiel, bei dem das Auffanggefäß zwischen dem Innen-Wärmetauscher 9 und der Dekompressionseinrichtung 21 angeordnet und an seinem Unterende mit der unteren Leitung zur Verbindung mit dem Innen-Wärmetauscher 9 undan seinem Oberteil mit der oberen Leitung 23 zur Verbindung mit der Dekompressionseinrichtung 21 verbunden ist, hat folgende Vorteile. Während des Heizbetriebs wird das flüssige Kühl-

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mittel bis zum Pegel der oberen Leitung 23 gesammelt, jedoch während des Kühlbetriebs ist das Auffanggefäß 6 überwiegend mit gasförmigem Kühlmittel bei vernachlässigbarer Flüssigkeits-Ansammlung gefüllt. Auf diese Weise ändert sich die Menge des Kühlmittels to Auffanggefäß 6 oder im Kühlmittelkreis abhängig vom Betriebsmodus zum Kühlen oder zum Heizen. Das heißt, daß das flüssige Kühlmittel im Auffanggefäß 6 während des Heizbetriebs gesammelt wird, damit weniger Kühlmittel durch den Kreis umgewälzt wird oder fließt als während des Kühlbetriebs, derart, daß die Menge des für bestimmte Zwecke zugänglichen Kühlmittel zu allen Zeiten ausreichend ist.

In Fig. 6 ist ein weiteres AusfUhrungsbeispiel bzw. eine Weiterbildung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. dargestellt. Es ist dem vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ähnlich, außer daß der Einlaß und der Auslaß des Auffanggefäßes 6 mittels einer Bypaßleitung 30 verbunden sind_/ . daß die obere Leitung 23 mit einem ersten Absperrventil 31 versehen ist, das die Strömung des Kühlmittels lediglich in Richtung vom Auffanggefäß 6 zur Dekompressionseinrichtung 21 ermöglich^und daß die Bypaßleitung 30 mit einem zweiten· Absperrventil 32 versehen ist, das die Strömung des Kühlmittels lediglich in der Richtung von eier Dekompressionseinrichtung 21 zum Innen-Wärmetauscher 9 zuläßt. Bei diesem AusfUhrungsbeispiel strömt das Kühlmittel nur im Heizbetrieb durch das Auffanggefäß 6 und während des KUhlbetriebs durch die Bypaßleitung 30, Folglich wird der Saug-Sammler 10 während des Heizzyklus aufgeheizt oder erwärmt, um eine Rückkehr flüssigen Kühlmittels zum Verdichter 1 zu verhindern, während während des Kühlzyklus, wenn das im Saug-Sammler 10 befindliche

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flüssige Kühlmittel so geringfügig ist, daß das Gefäß nicht aufgeheizt werden muß, das Kühlmittel durch die Bypaßleitung 30 strömt. Folglich wird der Wärmetausch mit dem Kühlmittel im Saug-Sammler 10 noch mehr vermieden als beim zuvor erläuterten Ausführungsbeispiel. Dies ist vorteilhaft bei der Verhinderung einer Überhitzung des zum Verdichter 1 zurückkehrenden Kühlmittelgases.

Fig. 7 zeigt eine Weiterbildung des Auffanggefäßes 6 in Fig.5. In diesem Auffanggefäß 6 ist eine Trennwand 33 aufrecht eingesetzt bis zu einer Höhe nahe dem Oberteil des Gefäßes und vor der öffnung der Leitung 23, die zur Dekompression einrichtung 21 führt. Bei dieser Anordnung besitzt das Auffanggefäß 6 die gleiche Wirkung wie der Vorsprung in Fig.3 trotz der Tatsache, daß die Leitung 23 nicht oberhalb der unteren Leitung 22 sondern auf dem gleichen Pegel wie letztere angeordnet ist.

In Fig. 8 sind vergleichende Betriebskennlinien des Heizzyklus bei einer erfindungsgemäßen Gegenstrom-Klimaanlage und einer herkömmlichen Klimaanlage dieser Art dargestellt. Bei der herkömmlichen Einheit reicht das Gas-Flüssigkeits-Trennvermögen des Saug-Sammlers 10 nicht aus_yund wenn die Außentemperatur während des Heizbetriebs abfällt, bleibt ein Teil des den Außen-Wärmetauscher 3 verlassenden Kühlmittels unverdampft, wenn es zum Verdampfer 1 zurückkehrt. Das flüssige Kühlmittel wird in der Verdichter-Kammer verdampft, wodurch die Temperatur des Verdichters 1 als Ganzes, die Temperatur des abgegebenen Gases und dadurch die des gesamten Kreises oder Kreislaufes herabgesetzt wird. Folglich wird eine zunehmende Wärmemenge für die Verdampfung des Kühlmittels erforderlich, weshalb, wie das durch die Strich-

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linien-Kurve dargestellt 1st, die Temperatur der Umgebungsluft um den Außen-Wärmetauscher 3 schnell absinkt. In etwa einer Stunde nach Beginn des Heizbetriebs beginnt der Außen-Wärmetauscher 3 zu vereisen. Das Vereisen hat zur Folge, daß weniger Kühlmittel im Außen-Wärmetauscher 3 verdampft wird, weshalb mehr flüssiges Kühlmittel zum Verdichter 1 zurückfließt. Folglich muß bei herkömmlichen Einheiten beim Heizbetrieb umgeschaltet werden, um zu enteisen in Zeitabständen von 1 bis 1,3 Stunden und wird der Heizzyklus wieder aufgenommen, nachdem der Außen-Wärmetauscher 3 von Eis befreit worden ist.

Bei der erfindungsgemäßen Gegenstrom-Klimaanlage wird die Rückkehr von flüssigem Kühlmittel zum Verdichter 1 in der beschriebenen Welse verhindert. Deshalb sinkt die Temperatur der Ubigebungsluft um den Außen-Wärmetauscher 9 nicht ab, sondern bleibt stabil, wie das durch die Vollinien-Kurve dargestellt 1st und ist ein Enteisen nicht erforderlich. Selbst wenn ein weiterer Abfall der Außentemperatur einen Enteisungs-Betrieb bei der erfindungsgemäßen Klimaanlage erforderlich machen sollte, so ist die Wiederholfrequenz erforderlicher Enteisungsvorgänge wesentlich geringer als die bei herkömmlichen Einheiten. Die gerade Strichpunktlinie F in Fig. 8 zeigt den Grenzwert an_/unterhalb dem eine Vereisung erfolgt.

Wie erläutert, ist bei der erfindungsgemäßen Gegenstrom-Klimaanlage eine Enteisung. . nicht erforderlich oder, falls das doch der Fall sein sollte, ist eine außerordentlich niedrige Wiederholfrequenz von Enteisungsvorgängen notwendig, abhängig von den Innen- und Außentemperaturen, bei denen sie betrieben wird. Dadurch ist vorteilhaft vereinfachter Aufbau,

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größere Lebensdauer und höhere Zuverlässigkeit der erfindungsgemäßen Klimaanlage erreicht.

Bei der erfindungsgemäßen aegenstrom-Klimaanlago ist wie erwähnt ein Wärmetauscher in einer Leitung angeordnet, durch die das verdampfte Kühlmittel vom Innen- oder Außen-Wärmetauscher auf dem Weg zurück zum Verdichter während des Kühl- oder Heizbetriebs strömt, derart, daß das zurückströmende Kühlmittel nur während des Heizzyklus erwärmt wird, jedoch während des Kühlzyklus nicht erwärmt wird. Der Wärmetauscher heizt und verdampft das zurückströmende Kühlmittel während des Heizbetriebs, wodurch das Zurückströmen von flüssigem Kühlmittel zum Verdichter verhindert wird und überträgt während des Kühlbetriebs keine Wärme an das zurückströmende Kühlmittel, damit die Überhitzung des zum Verdichter zurückgekehrten Kühlmittels nicht hoch ist. Auf diese Weise schützt der Wärmetauscher den Verdichter gegen Schwierigkeiten während des Betriebs sowohl während des Kühl- als auch des Heizzyklus, weshalb der Einsatz des Wärmetauschers aus diesem Grund für derartige Klimaanlagen vorteilhaft ist.

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Leerseite

Claims

Ansprüche

.^ Gegenstrom-Klimaanlage,

mit einem Verdichter zum Abgeben von heißem verdichtetem KUhlmittelgas,

mit einem Vierwege-Ventil zum Umschalten der Strömungsrichtung des Kühlmittels,

mit einem Innen-Wärmetauscher und einem Außen-Wärmetauscher zum getrennten Durchführen von Kondensation und Verdampfung des Kühlmittels während Kühl- und Heizzyklen,

mit einem mit sowohl dem Innen- als auch dem Außen-Wärmetauscher verbundenen Auffanggefäß,

mit einer Dekompressionseinrichtung zum Umwandeln des flüssigen Kühlmittels, das durch den Innen- oder den Außen-Wärmetauscher abhängig vom endweder Kühl- oder Heizzyklus kondensiert ist, in ein Gemisch aus gasförmigen und flüssigen KUhlmittelteilen, und

mit einem Saug-Sammler zum Trennen des Kühlmittels,das abhängig vom jeweiligen Zyklus durch den Innen- oder den Außen-Wärmetauscher verdampft ist, in gasförmige und flüssige Teile,

wobei die Bauteile durch Kühlmittelleitungen miteinander verbunden sind,

dadurch gekennzeichnet,

daß in der Kühlmittelleitung, in der das Kühlmittel, das entweder durch den Innen-Wärmetauscher (9) oder den Außen-Wärmetauscher (3) während des KUhlbetriebs oder des Heizbetriebs verdampft ist, zurück zum Verdichter (1) strömt, ein Wärme-

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tauscher vorgesehen ist, um das zurückströmende Kühlmittel während des Heizzyklus aufzuheizen, jedoch während des Kühlzyklus nicht aufzuheizen.
2. Gegenstrom-Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß der Wärmetauscher aus. einer einstückigen Kombination der Kühlmittelleitung (11) zwischen dem Innen-Wärmetauscher (9) und dem Vierwege-Ventil (2) und der Kühlmittelleitung (12, 13, 14) zwischen dem Vierwege-Ventil (2) und dem Saug-Sammler (10) besteht.
3· Gegenstrom-Klimaanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der Kühlmittelleitung (11) zwischen dem Innen-Wärmetauscher (9) und dem Vierwege-Ventil (2) durch ein Außenrohr (12) bedeckt ist, und daß das Außenrohr (12) an einem Ende (13) mit dem Vierwege-Ventil (2) UiU am anderen Ende (14) mit dem Saug-Sammler (10) verbunden ist.
4. Gegenstrom-Klimaanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß während des Heizbetriebs zwischen dem vom Verdichter (1) abgegebenen und durch die Kühlmittelleitung (11) zwischen dem I nnen-W arme tauscher (9) und dem Vierwege-Ventil (2) strömenden Kältemittel und dem vom Außen-W arme tauscher (3) zum Verdichter (1) rUckkehrenden und durch die Kühlmittelleitung (12, 13, 14) zwischen dem Vierwege-Ventil (2) und dem Saug-Sammler (10) fließenden Kühlmittel ein Wärmetausch erfolgt^und daß während des Kühlbetriebs das vom Innen-Wärmetauscher (9) zum Verdichter (1) zurückkehrende und durch die KUhlmittelleitung (11) zwischen dem Innen-Wärmetauscher (9) und dem Vierwege-Ventil (2) strö-

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mende Kühlmittel infolge des Vierwege-Ventils (2) zwecks Wärmetausch durch die Kühlmittelleitung (12, 13, 14) zwischen dem Vierwege-Ventil (2) und dem Saug-Sammler (10) strömen kann.
5· Gegenstrom-Klimaanlage nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet,daß der Wärmetauscher aus einer einstückigen Kombination des Saug-Sammlers (10) und des Auffanggefäßes (6) besteht, und daß die Dekompressionseinrichtung (21) in der Kühlmittelleitung (25) zwischen dem Außen-Wärmetauscher (3) und dem Auffanggefäß (6) angeordnet ist.
6. Gegenstrom-Klimaanlage nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet,daß während des Heizbetriebs zwischen dem vom Innen-Wärmetauscher (9) zum Auffanggefäß (6) fließenden Kühlmittel und dem vom Außen-Wärmetauscher (3) in den Saug-Sammler (10) fließenden Kühlmittel ein Wärmetausch erfolgt, und daß während des Kühlbetriebs zwischen dem vom Außen-Wärmetauscher (3 ) in das Auffanggefäß (6) fließende und durch die Dekompressionseinrichtung (21) druckreduzierte Kühlmittel und dem vom Innen-Wärmetauscher (9) in den Saug-Sammler (10) fließenden Kühlmittel ein Wärmetausch erfolgt.

7· Gegenstrom-Klimaanlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,daß die Öffnung im Auffanggefäß (6) für die Kühlmittelleitung (23), die eine Verbindung zwischen dem Auffanggefäß (6) und der Dekompressionseinrichtung (21) erreicht, an einer Stelle des Auffanggefäßes (6) angeordnet ist, die zumindest höher als die Öffnung des Auffanggefäßes (6) für die KUhlmittelleitung (22) ist, die die Verbindung zwischen dem Auffanggefäß (6) und dem Innen-Wärmetauscher (9) bildet.

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