DE2848848A1

DE2848848A1 - Gemeinsame steuerung fuer waermepumpe und heizanlage

Info

Publication number: DE2848848A1
Application number: DE19782848848
Authority: DE
Inventors: Peter L Cann; Fred L Honnold; Phil Karns
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 1977-11-10
Filing date: 1978-11-10
Publication date: 1979-05-17
Also published as: FR2408798A1; CA1085636A; NL187657B; GB2008240A; FR2408798B1; NL7810472A; CA1090307A; JPS6225738U; JPS5475651A; NL187657C; IT1192282B; US4178988A; DE2848848C2; IT7829250A0; GB2008240B

Description

Gemeinsame Steuerung für Wärmepumpe und Heizanlage

Die Erfindung betrifft Steuerungen für die Klimaanlage eines geschlossenen Raumes. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Steuerung zur abgestimmten Synchronisierung einer Wärmepumpe und einer Heizanlage, um einen geschlossenen Raum zu klimatisieren.

Eine Wärmepumpe kann genügende Mengen von warmer Luft liefern, um die Forderungen vieler Wohnraum- und Gewerberaumheizungen zu erfüllen. Die Verwendung einer Wärmepumpe zur Wärmeübertragung von einem Raum, in welchem ein Wärmeverlust ohne Bedeutung ist, an einen Raum, in welchem Wärme gebraucht wird, ist ein äußerst wirkungsvolles Verfahren, einen Raum zu erwärmen. Viele handelsübliche Wärmepumpen können bis zu der zwei- bis dreifachen Wärmemenge von einem Raum zu einem anderen bei einem gegebenen Elektrizitätsverbrauch gegenüber der Wärmemenge übertragen, die bei gleichem Elektrizitätsverbrauch mit einem elektrischen Widerstandheizgerät erzeugt werden würde. Eine Wärmepumpe mit einem hohen Leistungsgrad kann auch wirksamer arbeiten, als ein brennstoffbetriebener Ofen, wobei sich auch Einsparungem im Gesamtenergieverbrauch für eine gegebene Wärmemenge erzielen lassen.

Der Gesamtanwendungsbereich von Wärmepumpen ist jedoch begrenzt,

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da die Wärmepumpe Wärme von einem Raum entziehen und sie an einen anderen zu erwärmenden Raum übertragen muß. Wärmepumpen moderner Konstruktion können diesen Arbeitsgang bei nur 10 bis 10⁰F (ca - 12 bis 9⁰C) bei einem einwandfreien Wirkungsgrad durchführen. Unter dieser Temperatur muß die Wärmepumpe jedoch so schwer arbeiten, um Wärme von der kalten Umgebungsluft abzuführen, daß ihr Wirkungsgrad bis zu einem Punkt herabgesetzt wird, an welchem andere Formen des Heizens weniger Energie und damit weniger Kosten verbrauchen.

Wärmepumpen besitzen auch den Nachteil, daß bei einer Verdampfung des Kühlmittels in der Freiluftschlange zur Absorption von Wärme aus der Umgebungsluft die benachbarte Luft unter den Gefrierpunkt abgekühlt wird, wobei sich die Luftfeuchtigkeit an der Oberfläche der Freiluftkühlschlange niederschlägt und auf der Schlange eine Frost- oder Eisschicht aufbaut. Beim Aufbau von Eis verliert die Schlange sehr schnell ihre Wärmeübertragungsfähigkeit.

Unter bestimmten Freilufttemperaturen ist es sowohl wirtschaftlich als auch vorteilhaft, zur Erwärmung eines Raumes die herkömmliche Ofenheizung zu verwenden. Diese kann eine elektrische Widerstandsheizung oder einen herkömmlichen Gas- bzw. ölofen umfassen. Der Punkt, an welchem es zweckmäßig ist, von einer Wärmepumpe auf eine andere Wärmequelle überzuwechseln, wird Abgleich-oder Gleichgewichtspunkt genannt. Dieser Punkt kann entweder auf der Grundlage der Wirtschaftlichkeit des Betriebs der Wärmepumpe gegenüber dem Ofen gewählt werden oder ausschließlich auf der Grundlage der Möglichkeit der Wärmepumpe genügend Wärme

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an den Raum abzugeben.

Normalerweise wird bei Neubauten vieler Wohnhäuser oder gewerblich genutzter Bauten ein Gas- oder ölofen als Orginalausrüstung installiert. Viele dieser Wohnungen besitzen ebenso eine Klimaanlage, wobei ein Wärmeaustauscher im Ofenspeiserohr für den zu klimatisierenden Raum eingebaut ist. Bei Anwendungen mit einem Ofen und einer Klimaanlage ist es verhältnismäßig einfach, eine Steuerung einzubauen, so daß die Klimaanlage als Wärmepumpe arbeitet, wenn die Wetterlage so ist, daß die Wärmepumpe mit höherem Wirkungsgrad funktioniert und umgekehrt, daß sie den Ofen betätigt, wenn diese Aufgabe mit höherem Wirkungsgrad erfüllt wird. Außerdem kann es wirtschaftlich sein, eine Wärmepumpe in Verbindung mit einem vorhandenen Ofen oder einer Heizungsanlage zu installieren, um die Wirtschaftlichkeit der Heizung mit einer Wärmepumpe bei verhältnismäßig hohen Freilufttemperaturen auszunützen.

Bezüglich des Einsatzes von Hilfswärmequellen mit einer Wärmepumpe ist der Stand der Technik recht umfangreich. Diese Hilfswärmequellen sind normalerweise elektrische Widerstandsheizungen mit eingebauter Wärmepumpe, so daß keine andere Wärmequelle im Raum erforderlich ist, um eine entsprechende Heizkapazität bei allen normalen Außentemperaturen aufzubringen.

Die Erfindung verwendet eine Wärmepumpe und einen Ofen gemeinsam, wobei die Steuerung zur Wahl entweder des Wärmepumpenbetriebes oder des Ofenbetriebes ausschließlich von der Außen-

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oder Freilufttemperatur abhängt. Außerdem verwendet keine der angezogenen Quellen den in die Wärmepumpe eingebauten Entfrosterthermostaten zur Steuerung des gemeinsamen Betriebes von Ofen und Wärmepumpe. Insbesondere verwenden diese Quellen den Entfroster- oder Enteisungsthermostaten nicht dazu, über mäßige Drücke oder Temperaturen in der Wärmepumpenanlage beim Wechsel zwischen Ofen- und Wärmepumpbetrieb zu verhindern, einschließlich der in der Betriebsart Enteisung oder Entfrostung laufenden Einheit.

Somit besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine verbesserte, betriebssichere und mit hohem Wirkungsgrad arbeitende Kombination von Wärmepumpe und Ofen zur Klimatisierung eines Raumes zu schaffen. Weiter soll erfindungsgemäß eine Wärmeanlage geschaffen werden, welche mit hohem Wirkungsgrad einen Ofen oder eine Heizanlage mit einer Wärmepumpe verbindet. Erfindungsgemäß ist auch vorgesehen, eine Steuerschaltung zur gemeinsamen Steuerung der Betriebsweise der Kombination aus Ofen und Wärmepumpe zu erstellen. Sodann soll die Erfindung eine Thermostatsteuerung bringen, die ausschließlich von der Temperatur der Außenluft abhängt, um wahlweise entweder die Wärmepumpe oder einen Ofen zur Erwärmung des Raumes anzuschalten. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Steuerung zum Einbau in einen vorhandenen Ofen und eine Wärmepumpe vorgesehen, um den Betrieb beider Anlagen synchron zu steuern. Erfindungsgemäß ist ferner die Verwendung eines Enteisungsthermostaten in der Wärmepumpe vorgesehen, um den Energiepegel der Wärmepumpe zu steuern und zu überwachen. Die

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Erfindung soll auch eine Kombination von Wärmepumpe und Ofen schaffen, die nicht von einer komplizierten Anlage aus an Meßpunkten installierten Lufttemperaturschaltern abhängt. Weiter soll erfindungsgemäß eine Steuerung erstellt werden, die von Hand ausgeschaltet werden kann, um ungeachtet der Außentemperatur Notwärme vom Ofen anzufordern. Schließlich soll erfindungsgemäß die vom Ofen erzeugte Wärme dazu dienen, den Betrieb der Wärmepumpe zu unterstützen, wenn die Freiluftspule enteist wird.

Die vorstehend erwähnte Aufgabe wird nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung dadurch erreicht, daß ein ölbrenner oder ölofen mit einem Gebläse ausgestattet ist, um die Luft in den zu kühlenden Raum in Umlauf zu setzen sowie dadurch, daß eine Wärmepumpe mit einer Innenraumspule in den vom Ofen abgeführten Versorgungsrohr ausgestattet ist. Die Wärmepumpe besitzt auch eine Außenspule, die außerhalb des Raumes montiert ist und eine Innenspule, die in dem vom Ofen abgehenden Versorgungsrohr montiert ist, wobei beide Spulen durch einen Verdichter und ein Umkehr- oder Rücklaufventil miteinander verbunden sind, so daß die Arbeitsweise der Wärmepumpe in Abhängigkeit von der Betriebsart umgekehrt werden kann.. Eine Steuerschaltung ist vorgesehen, welche.die Wärmepumpe betätigt, um Wärme an den Raum abzugeben, wenn die Außentemperatur einen bestimmten Pegel übersteigt und welche den Ofen betätigt, um Wärme an den Raum abzugeben, wenn die Außentemperatur unter einem bestimmten Pegel bleibt. Die Steuerung sorgt weiter für Ofenbetrieb, wenn die Wärmepumpe in der Betriebsart Enteisung läuft, so daß die durch den Ofen erzeugte Wärme durch die Wärmepumpe

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ausgenützt werden kann, um bei der Enteisung der Freiluftspule zu helfen. Der Enteisungs- oder Entfrosterthermostat der Freiluftspule bestimmt, wenn eine Enteisung vorgenommen werden muß und schaltet diesen Zeitpunkt in Verbindung mit einem Taktgeber den Ofen an und läßt die Wärmepumpe im ümkehrbetrieb laufen. Es sind keine eingebauten thermischen Verzögerungs- oder Lufttemperatur schalter vorhanden, die für eine Verzögerung sorgen, wenn die gemeinsame Anlage zwischen Ofenbetrieb und Wärmepumpebetrieb einschließlich der Entfrostung umschaltet. Die Erfindung ist nachstehend näher erläutert. Alle in der Beschreibung enthaltenen Merkmale und Maßnahmen können von erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Die Zeichnungen zeigen:

Figur 1 eine schematische Ansicht eines Raumes mit Darstellung eines erfindungsgemäß eingebauten Ofens und Wärmepumpe,

Figur 2 einen Stromlaufplan der Steuerschaltung mit Stromlaufplänen für den Thermostaten, den Ofen, die Wärmepumpe sowie für die Steuerung zur abgestimmten Regelung der Arbeitsweise der verschiedenen Baugruppen.

Das nachstehend beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung eignet sich für einen in einen zu klimatisierenden Raum bereits eingebauten Ofen mit Wärmepumpe. Es sei jedoch bemerkt, daß diese Steuerung auch als Teil einer Neuanlage oder beim Einbau einer Wärmepumpe in Verbindung mit einem vorhandenen Ofen bzw.

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beim Einbau eines Ofens in Verbindung mit einer vorhandenen Wärmepumpe verwendet werden kann. Außerdem kann die Erfindung in Verbindung mit elektrischer Bandheizung oder einem Heizgerät verwendet werden, das kein Brennofen ist.

Figur 1 zeigt einen Aufriß des Raumes 10, in welchem ein Ofen 20 so montiert, daß kalte Luft durch ein Kaltluftrücklaufrohr zum Ofen gelangen kann, worauf warme Luft vom Ofen an den Raum über die Versorgungsleitungen 26 sowie eine Warmluftversorgung 29 abgegeben wird. Der Ofen besitzt ein Gebläse 22 zum Umlauf der Luft vom Raum über die Kaltluftrücklaufleitung zum Ofen und über die Wärmeaustauscher 24 des Ofens über die Versorgungsleitung 26 durch die Heißluftversorgung 29 zurück zum Raum.

Figur 1 zeigt auch, daß eine Wärmepumpe 21 so angebracht ist, daß die Innenschlange 34 in der Versorgungsleitung 26 angeordnet ist, die mit der durch das Gebläse in Umlauf gesetzten Raumluft in Verbindung steht sowie, daß die mit der Umgebungsluft 42 in Verbindung stehende Freiluft- oder Außenschlange 36 außerhalb des Raumes montiert ist. Die Innenschlange 34 und die Außenschlange 36 sind über ein Umkehr- oder Rücklaufventil 23 an einen Verdichter oder Kompressor 32 angeschlossen. Ein Entfrostungstemperatürschalter 38 ist an einer Abgabe- oder Auslaßleitung der·Außenschlange 36 montiert, und ein durch einen Außenventilatormotor 37 betätigter Außenventilator 35 ist so angeordnet, daß Umgebungsluft durch die Außenschlange 36 zirkuliert wird.

Ferner ergibt sich aus Figur 1, daß ein Schaltkasten 30 zur

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Steuerung der Zündung und des Betriebes des Ofengebläses, des Verdichters 32, des Rücklaufventils und des Enteisungstemperaturschalters vorgesehen ist. Der Schalt- oder Steuerkasten 30 ist auch mit einem Thermostaten 40 zur Abtastung der Lufttemperatur im Raum 10 sowie mit einer Außenthermometerkugel 39 zur Abtastung der Temperatur der Umgebungsluft 4 2 verbunden.

Figur 2 zeigt, daß die Steuerschaltung sachlich in vier miteinander verbundene Blöcke unterteilt werden kann, nämlich in den Thermostaten 40, den Ofen 20, die Wärmepumpe 21 und die Schaltsteuerung 31. Die einzelnen Blöcke sind durch eine gestrichelte Linie gekennzeichnet, welche die verschiedenen Bauteile dieser Blöcke umgrenzt. Die Netzklemmen 280 und 282 sind an eine Stromquelle im Haushalt oder im Raum angeschlossen. Die Spannung gelangt von der Klemme 282 über die Leitungen 202 und 204 an die Primärspule eines Transformators 50. Die Gegenseite der Primärspule des Transformators 50 ist über eine Leitung 206 an Masse 200 geführt. Weiter sind an der Leitung 202 ,in der Wärmepumpe 21 eine Leitung 220, ein Kurbelkasten-Heizgerät 56, eine Leitung 224 für die Arbeitskontakte 60 des Verdichterrelais A, eine Leitung 226 für den Verdichtermotor 58, eine Leitung 230 für die Ruhekontakte 66 des Enteisungsrelais A, eine Leitung 232 für den Außenlüftermotor 37, eine Leitung 230 für die Arbeitskontakte 68 des Enteisungsrelais B, die an die Leitungen 23 6 und 240 weitergeführt sind, angeschlossen. Die Leitung 202 ist auch mit einer Leitung 238 für die Arbeitskontakte 70 des Enteisungstaktgebers A, mit der Leitung 240, mit den Ruhekontakten 72 des Enteisungstaktgebers B, mit der Leitung 242, dem Entfrostungs-

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thermostaten 74, der Leitung 244, dem Entfrostungsrelais 76 sowie mit der an den Entfrostungstaktgeber 78 geführten Leitung 250 verbunden. Innerhalb der Wärmepumpe 21 ist die Leitung 200 an die Leitung 222 für das Heizgerät 56 des Kurbelgehäuses sowie an die Kontakte 62 des Verdichterrelais B angeschlossen. Wenn das Verdichterrelais schließt, sind auch die Kontakte 62 des Kompressorrelais B geschlossen, die Leitung 200 steuert durch und stellt über die Leitung 228 die Verbindung zum Verdichtermotor 58,zur Leitung 234 für den Freiluftlüftermotor 37, zur Leitung 245 für das Enteisungsrelais 76 sowie zur Leitung 248 für den Enteisungstaktgeber 78 her.

Im Ofen 20 ist die Sekundärspule des Transformators 50 über eine Leitung 210 an eine Leitung 212 sowie ein Gasventil 52,sodann zur Leitung 214 und dem Ofengebläserelais 54, zur Leitung 256 und dem Verdichterrelais 94 der Schaltsteuerung 31 sowie auch zur Leitung 254 des Umkehrrelais 80 der Schaltsteuerung 31 geführt. Die andere Seite der Sekundärwicklung des Transformators 50 ist über eine Leitung 208 an eine Leitung 201 geführt. Das Ofengebläserelais 54 ist über eine Leitung 218 mit einer Klemme 106 des Lüfterschalters 96 des Thermostaten 40 verbunden. Das Gasventil 52 ist über eine Leitung 216 an eine Klemme 90 des Optimierungsrelais und an eine Klemme 108 eines Schalters 107 der Anlage geführt.

Der Thermostat 40 besitzt einen Lüfterschalter 96, um entweder einen automatischen Gebläsebetrieb oder einen laufenden Ofengebläsebetrieb für die Luftzirkulation des Raumes zu wählen. Der

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Schalter 107 der Anlage ist auch im Thermostaten 4 0 angeordnet und -dient zur Wahl der Stellung "AUS", der Stellung"EIN" oder der Notheizstellung zum gemeinsamen Betrieb des Ofens und der Wärmepumpe. Der als Doppelschienen-Schiebeschalter ausgelegte Lüfterschalter 96 ist mit den Klemmen 98, 100_y 102,104,106 und 108 bestückt. Eine Klemmenverbindung 274 schließt Klemme 98 an Klemme 100, eine Klemmenverbindung 276 die Klemme 102 an Klemme 104 und die Klemmenverbindung 278 die Klemme 104 an Klemme 306. Bei abgeschaltetem Lüfterschalter 96 sind die Klemmen 100 und 106 mit den Klemmen 102 und 104 über den Schalter der Anlage verbunden. Bei angeschaltetem Lüfterdrehzahlschalter gelangt die anliegende Spannung über die Leitung 2 01 zur Schiebeoder Gleitschiene des Lüfterschalters 96 und von dort zur Klemme 106, welche über eine Leitung 218 das Ofengebläserelais erregt und es damit ermöglicht, daß das Ofengebläse im Dauerbetrieb arbeitet. In der Stellung "Automatik" steuert der Lüfterschalter 9 6 die Leitung 218 für das Ofengebläserelais nur dann an, wenn über eine Leitung 272 Spannung an der Schalterklemme 100 anliegt.

Der Anlagenschalter 107 ist mit acht Klemmen bestückt: 109,110,

112,114,116,118,120 und 122. Die Klemme 109 ist über eine Leitung 216 an die Klemme 90 des Optimierungsrelais oder Optimalwertregelrelais und an das Gasventil 52 geführt. Die Klemme 110 ist über eine Leitung 201 an die Klemme 108 des Ventilatordrehzahlschalters 96 und über eine Leitung 208 an die Sekundärwicklung des Transformators 50 angeschlossen. Die Klemme 112 ist über eine Leitung 268 mit einem Vorheizwiderstand 126 und

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über eine Leitung 252 mit dem Umkehrrelais 80 und den Arbeitskontakten 82 des Enteisungsrelais D verbunden. Die Klemme 114 ist über eine Leitung 270 an die Arbeitskontakte eines Heizthermostaten 124 angeschlossen- Die Klemme 116 ist mit einer überbrückung an die Klemme 120 geführt, die ihrerseits über eine Leitung 272 an die Klemme 100 des Ventilatordrehzahlschalters 96 und über eine Leitung 262 an die Klemme S9 des Schaltrelais 86 geführt ist. Die Klemme 11Ό des Anlagenschalters 107 ist mit Überbrückung an die Klemme 122 des gleichen Schalters angeschlossen, die ihrerseits durch eine Leitung 264 mit dem ersten Kühlthermostaten 128, dem Kühlvorwiderstand 130 und einem zweiten Kühlthermostaten 132 verbunden ist. Eine Leitung 262 verbindet den ersten Kühlthermostaten 128, den Kühlvorwiderstand 130 und den zweiten Kühlthermostaten 132 mit der Klemme 89 des Schaltrelais.

In der Schaltsteuerung 31 ist das Verdichterrelais 94 über die Leitungen 256 und 210 mit der Sekundärwicklung des Transformators 50 und über eine Leitung 258 mit den Ruhekontakten des Niederdruckschalters 92 verbunden. Der Niederdruckschalter 92 ist über eine Leitung 260 mit der Klemme 88 des -Schaltrelais 86 verbunden. Die Klemme 90 des Schaltrelais 86 ist über die Leitung 216 an das Gasventil 52 des Ofens 20 angeschlossen. Ebenfalls über die Leitung. 216 sind die Arbeitskontakte 84 des Entfrosterrelais C und die Klemme 109 an den Anlagenschalter des Thermostaten 40 geführt. Die Arbeitskontakte 84 des Entfrosterrelais C sowie die Arbeitskontakte 82 des Entfrosterrelais D sind jeweils miteinander über eine Leitung 201 ver-

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bunden, und über diese über die Leitung 208 zur Sekundärwicklung des Transformators 50 geführt. Das Umsteuerrelais 80 ist über eine Leitung 254 mit der Leitung 200 und über eine Leitung 252 mit den Arbeitskontakten 82 des Entfrosterrelais D, dem Kühlthermostaten 128 sowie dem Vorheizwiderstand 126 verbunden, der seinerseits über eine Leitung 268 an die Klemme 112 des Anlagenschalters 107 geführt ist.

Die Spannung wird über die Klemmen 280 und 282 eingespeist und an den Ofen 20 und die Wärmepumpe 21 geleitet. In der Wärmepumpe 21 schließen die Kontakte 60 und 62 der Verdichterrelais A und B, wenn das Verdichterrelais 94 erregt wird, wodurch die Schaltkreise so geschlossen werden, daß der Verdichtermotor 58 zur Betätigung der Wärmepumpe beaufschlagt wird. Es sei bemerkt, daß das Heizgerät 56 für das Kurbelgehäuse immer angeschaltet ist. Die Ruhekontakte 66 des Entfrosterrelais A sind so geschaltet, daß der Motor des Außenventilators arbeitet, wenn das Entfrosterrelais, nicht beaufschlagt ist. Wenn das Entfrosterrelais bei der Betriebsart Enteisung der Wärmepumpe angesteuert wird, unterbrechen die Ruhekontakte 66 des Enteisungsrelais A, und der Motor des Außenventilators bleibt stehen. Wenn das Enteisungsrelais erregt wird, so werden gleichzeitig die Kontakte 68 des Enteisungsrelais B geschlossen, wodurch die Leitungen und 240 sowie die Ruhekontakte 72 des Enteisungstaktgebers B, die Leitung 242 und der Enteisungsthermostat 74 unter Strom gesetzt werden. Strom gelangt auch von der Leitung 202 über die Leitung 238 an die Arbeitskontakte 70 des Enteisungstaktgebers A. Der Enteisungstaktgeber 78 steht über die Leitung 202 und

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dauernd unter Spannung.

Der Enteisungstaktgeber 78 ist voreingestellt,· so daß er periodisch die Kontakte 70 und 72 der Enteisungstaktgeberrelais A und B zu verschiedenen Taktzeitpunkten so beaufschlagt, daß Spannung an die Arbeitskontakte des Enteisungsthermostaten 74 gelangt. Wann der Enteisungsthermostat 74 die Anforderung nach Enteisung abtastet, d.h. daß die Temperatur der Kondensatorleitung unter dem Gefrierpunkt ist, welche die Abgabe von der Freiluftschlange an den Kompressor herstellt, dann wird das Enteisungsrelais 76 über die Kontakte 70 des Enteisungstaktgebers A erregt. Fünf Minuten darauf unterbricht der Enteisungstaktgeber automatisch die Kontakte 72 des Enteisungstaktgeberrelais B, so daß keine Spannung mehr am Enteisungsrelais 76 anliegt, ungeachtet der Tatsache, daß der Enteisungsthermostat 74 vor diesem Zeitpunkt nicht seine Temperatur erreicht hat. Wenn das Entfrostungsrelais 76 zuerst erregt wird, schließen die Kontakte 68 des Entfrostungsrelais B, wodurch Strom über die Leitungen 202,23 0, die geschlossenen Kontakte 68 des Enteisungsrelais B, die Leitungen 236,240, die Arbeitskontakte 72 des Enteisungstaktgebers B und die Leitung 242 an den Enteisungsthermostaten 74 gelangen kann. Bleibt der Enteisungsthermostat 74 beaufschlagt, weil die Kühltemperatur unter 31⁰F (-0,56⁰C) liegt, dann bleibt die Leitung 244 beaufschlagt, und das Enteisungsrelais 76 hält weiterhin die Kontakte 68 des Entfrostungsrelais B in ihrer geschlossenen Ruhestellung, bis der Enteisungstaktgeber 78 die Ruhekontakte 72 des Enteisungstaktgeberrelais B öffnet und damit auch den Arbeitstakt unterbricht. Jetzt fällt das Enteisungs-

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taktgeberrelais 76 ab, .wodurch die Arbeitskontakte des Enteisungsrelais B unterbrechen. Sobald dann die Kontakte 72 des Enteisungstaktgeberrelais B in ihre geschlossene oder Ruhestellung zurückkehren, was ca. 10 bis 15 Sekunden eintritt, nachdem sie geöffnet wurden, wird kein Strom dem Enteisungsrelais oder dem Enteisungsthermostaten eingespeist, bis der Enteisungstaktgeber seinen nächsten Arbeitstakt oder Zyklus erreicht.

Am Ofen 20 liegt Spannung über die Leitungen 200 und 202 an, um den Transformator 50 sowie den nicht gezeigten Ofengebläsemotor anzuschalten. Die Primärwicklung des Transformators 50 ist mit den Leitungen 204 und 206 verbunden, und die Sekundärwicklung des Transformators 50 versorgt die Steuerschaltung der Gesamtschaltung des Ofens 20 sowie den Thermostaten 4 0 und die Schaltsteuerung 31 mit Spannung. Normalerweise gibt die Sekundärspule eine Wechselspannung von 24 V ab. Im Ofen dient diese Wechselspannung von 24 V zur Steuerung des Ofengebläserelais, das seinerseits das nicht gezeigte Ofengebläse betätigt, sowie des Gasventils, welche den Strom des Erdgases oder eines anderen Brennstoffes zum Ofen steuert. Von der Sekundärwicklung des Transformators 50 gelangt Spannung über die Leitung 201 an den Thermostaten 40. Diese Leitung versorgt auch die Klemme 108 des Lüfterschalters 96 mit Spannung, so daß der Schalter, wenn er eingeschaltet ist, die Klemmen 108 und 106 so verbindet, daß die Leitung 218-und das Ofengebläserelais 54 über die Leitung unter Spannung gesetzt werden. Wenn der Lüfterschalter 96 auf

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Automatik geschaltet ist, kann die Leitung 218 nur durch Einspeisung von Spannung in die Klemme 100 über den Lüfterschalter, die Klemme 102, die überbrückung 276, die Klemme 104, die Überbrückung 278, die Klemme 106 zur Leitung 218 und zum Ofengebläserelais 54 erregt werden.

Die Leitung 201 der Sekundärwicklung des Transformators 50 versorgt auch die Klemme 110 des Anlagenschalters 107 mit Spannung. Wenn der Anlagenschalter 107 auf "AUS" steht, gelangt keine Spannung zu einem anderen Bauteil des Anlagenschalters oder der SchaltSteuerung. Wenn der Anlagenschalter 107 eingeschaltet ist, schließt er die Klemmen 110, 114 und 118 an, so daß Spannung von der Leitung 201 über den Anlagenschalter und die Leitung 270 an den Heizthermostaten 124 mit Arbeitskontakten und dann über die Leitung 264 an den ersten Kühlthermostaten 128 mit Arbeitskontakten, sowie an den Vorkühlwiderstand 130 und den zweiten Kühlthermostaten 132 gelangt. In Einschaltstellung ist auch die Klemme 116 an die Klemme 112 angeschlossen, so daß Spannung von der Leitung 201 über den Anlagenschalter 107 an die Leitung 270 zum Heizthermostaten 124, von dort über die Leitung 268 an die Klemme 112 des Anlagenschalters 107 gelangt, wenn der Heizthermostat 124 schließt und damit abgreift, daß Wärme vom Raum angefordert wird. Spannung liegt weiterhin von der Klemme 112 an der Klemme 116 an und gelangt über die Klemme 120 zur Leitung 262 und von dort aus zur Klemme 89 des Optimalwertsteuerrelais. Wenn der erste Kühlthermostat 128 einen Kühlbedarf abtastet, wird das Relais 80 des Rücklaufventils über die Lei-

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tung 264, den Kühlthermostat 128 und die Leitung 252 beaufschlagt,

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so daß die Wärmepumpe auf Kühlbetrieb geschaltet wird. Wenn eine weitere Kühlung durch den zweiten Kühlthermostaten 132 erwartet wird, wird der zweite Thermostat so eingestellt, daß er bei etwa 1⁰F Cetwa 0,55⁰C) unter der Einstellung für den ersten Kühlthermostaten schließt, worauf der zweite Kühlthermostat 132 über die Leitung 264 erregt wird, der seinerseits dann die zur Klemme 89 des Schaltrelais führende Leitung 26 2 erregt. Ein Kühlbedarf wird nur dann abgegriffen, wenn die Außentemperatur hoch genug ist, so daß die gemeinsame Ofen- und Wärmepumpanlage unter Verwendung der Wärmepumpe betrieben wird. Daher darf das Schaltrelais nur dann mit der an den Verdichter angeschlossenen Klemme 88 Kontakt machen, wenn ein Kühlbedarf ermittelt wird.

Wenn der Anlagenschalter 107 in Stellung Notheizung steht, gelangt Spannung von der Klemme 110 des Schalters über die Klemme 114 an die Leitung 270, von dort über den Heizthermostaten 124, und wenn dieser geschlossen ist an die Leitung 268 und über die Klemme 112 an den Anlagenschalter 107. Von der Klemme 112 gelangt Spannung über den Schalter an die Klemme 109 zur Leitung 216, welche das Gasventil 52 beaufschlagt. Wenn somit der Heizthermostat 124 in der Notheizstellung schließt, gelangt Spannung direkt zum Gasventil 52 des Ofens 20 unter Überbrückung des Schaltrelais.

An der Schaltsteuerung 31 liegt über die Leitung 201 Spannung für die Kontakte 84 des Enteisungsrelais C und die Kontakte 82 des Enteisungsrelais D an. Spannung kann auch über die Leitung 262 anliegen, wenn entweder ein Wärmebedarf oder ein Kühlbe-

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darf abgegriffen wird. Ebenso kann Spannung über die Leitung für die Kontakte 82 des Enteisungsrelais D sowie für das Umsteuerrelais 80 empfangen werden. Wenn ein Wärmebedarf abgegriffen wird, und der Heizthermostat 124 schließt bei eingeschaltetem Anlagenschalter wird das Relais 80 des Rücklaufventils nicht über die Leitung 252 beaufschlagt, da der Vorheizwiderstand 126 so hoch ist, daß er zu wenig Strom durchläßt, um das Relais des Rücklaufventils zu betätigen. Die Wärmepumpe ist so voreingestellt, daß das Relais des Rücklaufventils für die Wärmepumpe in der Betriebsart Heizen läuft und nur dann erregt zu werden braucht, wenn gekühlt werden soll. Wird ein Heizbedarf ermittelt, dann liegt die Leitung 262 über die Leitung 268 und dem Anlagenschalter 107 unter Spannung und beaufschlagt die Klemme 89 des Schaltrelais 86. Dieses wird durch die Temperatur der Außenluft gesteuert, so daß bei einer Temperatur über einem bestimmten Pegel das Schaltrelais 86 die Klemme 89 mit der Klemme 88 verbindet, wodurch die Wärmepumpe über die Leitung 260 und den Niederdruckschalter 92 sowie über die Leitung 258 und das Verdichterrelais 94 beaufschlagt wird. Wenn die Außentemperatur unter einem bestimmten Pegel liegt, verbindet das Schaltrelais 86 die Klemme 89 mit der Klemme 90, so daß der Ofen durch Betätigung des Gasventils 52 in Betrieb gesetzt wird, wenn ein Heizbedarf abgegriffen wird. Die Außenthermometerkugel 39 (Figur 1) steuert die Wahl des Schaltrelais durch Abtasten der Umgebungslufttemperatur.

Wenn das Enteisungsrelais 76 während eines vorstehend erklärten Entfrostungszyklus beaufschlagt wird, dann werden die Arbeits-

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kontakte 84 des Enteisungsrelais C und die Arbeitskontakte 82 des Enteisungsrelais D angesteuert, wodurch die Stromkreise geschlossen werden, so daß das Relais 80 des Rücklaufventils Spannung von der Leitung 201 erhält, um die Wärmepumpe in der Betriebsart Kühlen laufen zu lassen und so, daß die Leitung 216 über die Kontakte 84 des Enteisungsrelais C erregt wird, um das Gasventil zu beaufschlagen, damit der Ofen angeschaltet wird. Dieser Entfrosterbetrieb läuft weiter, wobei die Innenoder Raumschlange Wärme von der Ofenschlange.absorbiert, die eisfrei ist, und die Wärme verwendet, die Außen- oder Freiluftschlange zu enteisen, bis der Enteisungsthermostat 74 eine genügend hohe Kühltemperatur abtastet, um zu unterbrechen und damit das Enteisungsrelais abzuschalten. Sodann nehmen die Kontakte 84 des Enteisungsrelais C und die Kontakte 82 des Enteisungsrelais D wieder ihre normalen offenen Arbeitsstellungen ein. Der Enteisungsbetrieb wird auch abgeschaltet, wenn der Enteisungstaktgeber 78 über die Kontakte 7 2 des Enteisungstaktgebers B automatisch das Enteisungsrelais 76 abschaltet.

Vorstehend wurde ein verbessertes Verfahren zur koordinierten Steuerung des gemeinsamen Betriebes eines Ofens und einer Wärmepumpe beschrieben. Die Schaltsteuerung ist so eingestellt, daß bei Außentemperaturen über einem bestimmten Pegel, wenn die Wärmepumpe für den Innenraum die Heizeinrichtung mit dem größeren Wirkungsgrad ist, das Schaltrelais die Verdichterrelais betätigt, wodurch die Wärmepumpe angeschaltet wird, um an den Innenraum Wärme abzugeben. Wenn die Außentemperatur unter einem bestimmten Pegel liegt, dann steuert die Außenthermometerkugel

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39 des Schaltrelais 86 dieses Schaltrelais so, daß seine Klemme 90 bei einem abgetasteten Wärmebedarf beaufschlagt wird, worauf der Ofen über das Gasventil 52 betätigt wird, um Wärme an den Innenraum abzugeben. Wenn eine Enteisung erforderlich ist, arbeitet das Enteisungsrelais 76, um das Relais 8 0 des Rücklaufventils zu beaufschlagen, wodurch die Wärmepumpe in der Betriebsart Kühlen läuft und gleichzeitig beaufschlagt das Enteisungs-, relais 76 das Gasventil 52, um den Ofen zu betätigen, damit er sowohl Warmluft an den Innenraum als auch an die Innenraumschlange 34 der Wärmepumpe abgibt, uir. Zusatzwärme zur Enteisung der Außenschlange 36 zu liefern- Daraus ergibt sich, daß diese Schaltsteuerung leicht in vorhandene Kombinationen von Ofen und Wärmepumpe einfach dadurch installiert werden kann, daß die entsprechenden Verbindungen mit dem Thermostaten, dem Ofen und der Wärmepumpe hergestellt werden.

Außer dem vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel sind noch weitere möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

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Claims

Patentansprüche

(1.)Steuerschaltung für eine Kombination von Heizanlage und Wärme- ^^y die

pumpe für Klimatisierung eines Innenraums, bei welcher die Heizanlage eine Betätigungsvorrichtung besitzt um die Erzeugung von Wärme auszulösen sowie ein durch ein Gebläserelais betätigtes Gebläse, welches die Luft durch den zu klimatisierenden Raum zirkuliert, und worin die Wärmepumpe einen Verdichtermotor zur Betätigung des Verdichters besitzt, ferner einen Außenlüftermotor zur Zirkulation eines Strömungsmittels für den Wärmeaustausch mit einem Außenwärmeaustauscher einschließlich eines Enteisungsrelais zur Enteisung der Außenschlange, und einer Innnenschlange, welche in Verbindung mit der durch das Gebläse zirkulierten Luft steht sowie mit einem durch ein Rücklaufventilrelais betätigtes Rücklaufventil, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperaturfühler (40) die elektrische

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Verbindung herstellt, wenn Wärme für den Innenraum angefordert wird, daß eine Vorrichtung (201) elektrischen Stroms an den Temperaturfühler (40) liefert, ferner dadurch, daß eine Schaltvorrichtung (86) mit dem Temperaturfühler (40) elektrisch verbunden ist, um wahlweise entweder den Verdichtermotor (32) der Wärmepumpe (21) oder die Betätigungsvorrichtung (52) der Heizanlage (20) in Abhängigkeit von der Temperatur des Umgebungsströmungsmittels zu beaufschlagen, welches mit dem Freiluftwärmeaus tauscher in Verbindung steht, sodann dadurch, daß eine Vorrichtung (84) zur Betätigung der Heizanlage (20) Wärme an die Innenschlange (34) zur Enteisung des Außenwärmeaustauschers abgibt, wenn die Vorrichtung zur Enteisung (76) der Außenschlange (36) einschließlich eines Thermostaten (74) beaufschlagt wird, um den Enteisungsvorgang zu beenden', ehe die Kühltemperatur der Wärmepumpe (21) oder der Druck übermäßige Wärme erreichen.
2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung (89) mit keiner anderen Verzögerung arbeitet als eine natürlich auftretende Verzögerung zwischen der Umschaltung zwischen Ofenheizung und Wärmepumpeheizung sowie dadurch, daß die Vorrichtung (84) zur Betätigung der Heizanlage (20) zur Enteisung mit keiner anderen Verzögerung arbeitet als mit der natürlichen durch das Umschalten bedingten Verzögerung.

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3. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung (8 6) einen temperaturabhängigen Schalter (88,89) umfaßt, der den Wärmepumpenverdichter (32) anschaltet, wenn der Thermostat (40) Wärme anfordert, falls die Umgebungslufttemperatur über einem bestimmten Pegel liegt und die Heizanlage (20) betätigt, wenn die Umgebungslufttemperatur unter einem bestimmten Wert liegt.
4. Steuerschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,daß die Vorrichtung zur Betätigung der Heizanlage (20) in der Betriebsart Enteisen Enteisungsrelaxskontakte (84) umfaßt, die so angebracht sind,daß das Enteisungsrelais (76) abgeschaltet wird, wenn der Enteisungsthermostat (74) keinen Frostzustand abtastet, wodurch die Wärmepumpe (21) so arbeitet, daß sie den Innenraum heizt.
5. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußvorrichtung ein Enteisungsthermostat (74) · ist, der so eingestellt ist, daß er den Betrieb des Ofens (20) bei Beendigung der Enteisung vor Eintreten der übermäßigen Kühltemperaturen oder Lrücke einstellt, die in der Anlage der Wärmepumpe (21) auftreten.
6. Anlage zur Klimatisierung eines Innenraums mit einer Innenlufttemperatur, die von der Außenlufttemperatur verschieden sein kann, dadurch gekennzeichnet, daß eine Heizanlage (20) ein Gebläse (22) besitzt, um die Luft durch eine Rohrleitung (26) dem Innenraum zuzuleiten sowie dadurch, daß die Heiz-

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anlage (20) einen Wärmeaustauscher (24) besitzt, um die Luft zu erwärmen, ferner dadurch, daß eine Wärmepumpe (21) einen Außenwärmeaustauscher (36) sowie einen Innenwärmeaustauscher

(34) besitzt, der in der Rohrleitung (26) so angeordnet ist, daß er Wärme mit der sie durchströmenden Luft austauscht, weiter dadurch, daß eine Rücklaufvorrichtung (23) den Außenwärmeaustauscher (36) enteist, daß ein Thermostat (4 0) ermittelt, wenn Wärme oder Kälte im Innenraum angefordert werden soll, daß eine Steuervorrichtung (31) die Wärmepumpe

(21) und die Heizanlage (20) aufeinander abgestimmt steuert, ferner dadurch, daß die Steuervorrichtung (31) in Abhängigkeit vom Thermostaten (40) arbeitet und entweder die Wärmepumpe (21) oder die Heizanlage (20) ansteuert, um Wärme an den Innenraum in Abhängigkeit vom Temperaturpegel der Außenluft abzugeben weiter dadurch, daß die Steuereinrichtung (31) die Wärmepumpe (21) betätigt, wenn die Temperatur der Außenluft höher ist als ein vorgegebener Pegel und den Ofen, wenn die Temperatur der Außenluft niedriger ist als ein vorgegebener Pegel, sodann dadurch, daß die Steuereinrichtung (31) Entexsungsvorrxchtungen (76,84) besitzt, welche automatisch die Heizanlage (20) anschaltet und die Arbeitsweise der Wärmepumpe (21) ungeachtet der Außenlufttemperatur umkehrt, wenn der Außenwärmeaustauscher (36) eine Enteisung anfordert, so daß Wärme von der Heizanlage

(20) mit der Wärmepumpe (21) für die Enteisung benutzt wird, wobei automatisch der Betrieb der Heizanlage (20) bei Beendigung der Enteisung abgeschaltet wird, ehe übermäßige Kühlmitteldrücke der Wärmepumpe (21) als Ergebnis

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der Wärme auftreten, die an die Innenschlange (34) durch die Heizvorrichtung (20) abgegeben wird, nachdem die Außenschlange (36). eisfrei ist und die Wärmepumpe (21) die eingespeiste Wärme nicht mehr verteilen kann.
7. Einrichtung zur Klimatisierung eines Raumes nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Enteisungseinrichtung einen mit einem Enteisungsrelais (76) in Reihe geschalteten Enteisungsthermostaten (74) umfaßt, ferner dadurch, daß der Thermostat (74) das Relais (76) ansteuert, wenn eine Enteisung angefordert wird und daß das Enteisungsrelais (7 6) die Enteisungsrelaiskontakte (84,82) schließt, um den Ofen (20) anzuschalten und die Arbeitsweise der Wärmepumpe (21) umzukehren.
8. Anlage zur Klimatisierung eines Innenraums nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß keine Zeitverzögerungsvorrichtungen zum Kühlen oder Heizen zwischen dem Umschalten der Heizanlage (20), der Wärmepumpe (21) und der Enteisung vorgesehen sind.
9. Steuerschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung ein brennstoffbetriebener Ofen (20) ist.
10. Verfahren zur Steuerung des synchronisierten und gemeinsamen Betriebes einer Heizanlage und einer Heizpumpe mit einer Außenschlange in Verbindung mit der Außenluft zur Klimatisierung eines Innenraumes, dadurch gekennzeichnet,daß die Wärme-

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pumpe zur Versorgung des Raumes mit warmer Luft in Betrieb gesetzt wird, wenn die Temperatur der Außenluft über einem bestimmten Pegel liegt, daß die Heizanlage angeschaltet wird, um wärme Luft an den Innenraum abzugeben, wenn die Außentemperatur unter einem bestimmten Pegel liegt, daß die Heizanlage so taktgesteuert wird, daß sie angeschaltet wird,wenn die Arbeitsweise der Wärmepumpe zur Enteisung umgekehrt x^ird, ferner dadurch, daß die Wärmepumpe einen Teil der vom Ofen für die Enteisung gelieferten Wärme ausnutzt und schließlich dadurch, daß die Taktsteuerung der Wärmeanlage während der Enteisung abgeschaltet wird, wenn ein Enteisungsthermostat kein Eis an der Außenschlange abtastet.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Einrichtung von Heizanlage und Wärmepumpe ohne thermische Verzögerungseinrxchtungen auf Betrieb, Erregung, Abschalten und Taktsteuerung umgeschaltet wird.
12. Steuerschaltung für eine gemeinsame Einrichtung aus Wärmepumpe und Ofen zur Klimatisierung eines Innenraumes, wobei der Ofen mit einer Einrichtung zur Erwärmung der durch ihn durch ein Ofengebläse zirkulierten Luft versehen ist und die Wärmepumpe eine Außenschlange, einen Ventilatormotor für die Außenschlange, einen von einem Verdichterrelais betätigten Verdichtermotor sowie ein Rücklaufventil besitzt, das durch ein Rücklaufventxlrelaxs betätigt wird, wobei das Rücklaufventil normalerweise so arbeitet, daß die Wärmepumpe in der Betriebsart Heizen läuft, ferner mit einer Ent-

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eisungsvorrlchtung einschließlich eines Enteisungsrelais und schließlich mit einem Thermostaten, der bestimmt, wenn Wärme oder Kälte angefordert werden soll, dadurch gekennzeichnet, daß ein temperaturabhängiges Relais (86) an den Thermostaten (40) angeschlossen ist, um entweder den Ofen (20) zur Erwärmung der Luft oder eine Einrichtung (94) zur Betätigung des Verdichters (32) anzuschalten, ferner dadurch, daß das temperaturabhängige Relais (86) in Abhängigkeit von der Außenlufttemperatur arbeitet, weiter dadurch, daß erste Arbeitskontakte (82) des Enteisungsrelais an das Relais (80) des Rücklaufventils (23) angeschlossen sind, sodann dadurch,daß zweite Arbeitskontakte (84) des Enteisungsrelais mit dem Ofen (20) verbunden sind, um die Luft zu erwärmen, so daß die Wärmepumpe (21),wenn sie vom Enteisungsrelais (76) angeschaltet wird, in der Betriebsart Kühlen arbeitet und Wärme vom Ofen (20) zur Enteisung der Außenschlange (36) benützt wird und schließlich dadurch, daß ein Entexsungsthermostat (74) in Reihe mit dem Enteisungsrelais (76) geschaltet ist, um die Anwesenheit oder Abwesenheit von Eis am Außenwärmeaustauscher (36) festzustellen.
13. Steuerschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermostat (40) mit dem Relais (80) des Rücklaufventils (23) verbunden ist, so daß der Verdichter (3 2) bei einer Anforderung von Kühlung durch das temperaturabhängige Relais (86) betätigt wird, sowie dadurch, daß das temperaturabhängige Relais (86) durch einen eigenen ■ Thermostatanschluß beaufschlagt wird.

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