DE3013467A1

DE3013467A1 - Kuehl- und heizeinrichtung

Info

Publication number: DE3013467A1
Application number: DE19803013467
Authority: DE
Inventors: Bernhard 6530 Bingen Kaster; Antonio 6203 Hochheim Pinichi; Richard Ing.(grad.) 6314 Ulrichstein Ruppel
Original assignee: DUOFROST KUEHL GEFRIERGERAETE
Current assignee: DUOFROST KUEHL GEFRIERGERAETE
Priority date: 1980-04-05
Filing date: 1980-04-05
Publication date: 1981-10-15

Description

L20 - 3 - 11.03.1980

Bt/Sp

Duofrost

Kühl- und Gefriergeräte GmbH

An der Rampe 21

6502 Mainz/Kostheim

Kühl- und Heizeinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Kühl- und Heizeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.

Bei einer bekannten Kühl- und Heizeinrichtung dieser Art ist ein Niederdruck-Wärmeübertrager als Verdampfer einem zu kühlenden Raum in einem Kühl- oder Gefriergerät zugeordnet, während der Hochdruck-Wärmeübertrager als Kondensator' dient und unterteilt ist. Ein erster Teil des Hochdruck-Wärmeübertragers ist dabei in einem Warmwasserbehälter angeordnet, während ein nachgeschalteter Teil frei in der Umgebungsluft liegt und mittels eines Lüfters bei Überschreiten einer vorbestimmten Temperatur des Warmwassers im Warmwasserkessel zusätzlich kühlbar ist. Bei dieser Anordnung steht die am Kompressor auftretende Wärme, ebenso wie die am luftgekühlten Teil des Hochdruck-Wärmeübertragers auftretende Wärme, an die Umgebungsluft auch dann verloren, wenn das Wasser im Warmwasserbehälter noch nicht auf seine Maximaltemperatur aufgeheizt ist. Außerdem treten durch die unterschiedlich hohen Temperaturen des Wassers im Wasserbehälter und damit am dort angeordneten Tei1 Wärmeübertrager Schwierigkeiten bei der Regelung der Temperatur im

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L20 · - 4 - 11.03.1980

Bt/Sp

Innenraum des Kühl- oder Gefriergerätes auf. Durch die daraus folgenden hohen Schwankungen des Kondensationsdruckes im Kältemittelkreislauf der Wärmepumpe, treten am Temperaturfühler des dem Kühl- oder Gefriergerätes zugeordneten Thermostats Abweichungen vom Soll-Wert auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Kühl- und Heizgerät gemäß dem Oberbegriff des ersten Anspruchs Maßnahmen zu treffen, durch die bei einer Anordnung des Temperaturfühlers am Niederdruck-Wärmeübertrager optimale Bedingungen zur Nutzkälte - als auch zur Nutzwärmeerzeugung - durcheine Stabilisierung des Kondensationsdruckes im Kältemittelkreislauf über den gesamten Bereich der auftretenden Wassertemperaturen am Teilwärmeübertrager des Wasserkessels erreicht werden.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Patentanspruchs.

Durch die Ausgestaltung der Kältekreislaufschaltung ist es möglich, die konventionelle Temperatursteuerung und den standardisierten Systemaufbau bei Haushaltskühl- und Gefriergeräten beizubehalten. Dabei wird durch die nur bei tiefen Temperaturen des Wassers bzw. Sekundärmediums auftretende Enthalpiezuführung eine Selbstregelung des Kondensationsdruckes im Kältemittelkreislauf erreicht und so, trotz schwankender Temperatur am Hochdruck-Wärmeübertrager, eine gleichbleibende Kälteabgabe am Niederdruck-Wärmeübertrager bzw. eine konstante Kühlleistung im Kühl- oder Gefriergerät erreicht.

Die Erfindung ist nachfolgend an Hand von Prinzipdarstellungen näher erläutert.

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L20 - 5 - 11 .03.1980

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Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des Kältemittelkreislaufs,

Fig. 2 die mechanische Anordnung eines Teilwärmeübertragers an einem Gerätegehäuse und

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Wärmerohres.

In einem zu kühlenden Raum 1 eines Kühl- oder Gefriergerätes ist ein Niderdruck-Wärmefibertrager 2 als Verdampfer angeordnet, der im Kältemittelkreislauf einer Wärmepumpe liegt, die einen Motorverdichter 3, einen unterteilten HocMruck-Wärmeübertrager, sowie ein Kapillarrohr 4 oder ein Expansionsventil aufweist. Der Hochdruck-Wärmeübertrager besteht aus einem ersten Teilwärmeübertrager 5, der im unteren Abschnitt eines Wasserbehälters 6 angeordnet und unmittelbar an dem hochdruckseitigen Ausgang des Motorverdichters 3 angeschlossen ist. Ein im Kältemittelkreislauf nachfolgender zweiter Teilwärmeüberträger 7 ist als Ölkühler im Ölsumpf des Motorverdichters 3 angeordnet, während ein folgender dritter Teilwärmeübertrager ebenfalls wie der erste Teilwärmeübertrager 5 im unteren Abschnitt des Wasserkessels 6 liegt. Dem Tei!Wärmeübertrager 8 ist ein vierter Teilwärmeübertrager 9 nachgeschaltet, der mit dem Mantel des hermetisch gekapselten Motorverdichters 3 in Wärmekontakt steht. Ein nachgeschalteter Teilwärmeübertrager kann als Rahmenheizung um den Türrahmen, insb. des Gefriergerätes, gelegt sein, um ein Festfrieren der Türdichtung des Gefriergerätes zu verhindern. Nach dem zusätzlichen Teilwärmeübertragers 10 ist der Kältemittelkreislauf über eine Trockenpatrone 11 zum Kapillarrohr 4 und weiter über den Verdampfer und von dort über einen Kältemittelsammler 12 zurück zum Motorverdichter 3 geführt. Mit dem Verdampfer 2 steht ein Temperaturfühler 13 eines Thermostats 14 in Wärmekontakt, wobei über eine Kontaktanordnung des Thermostats 14 der elektrische Antriebsstromkreis für den Motorverdichter 3 geschaltet wird.

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L20 - 6 - 11 .03. 1980

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Bei diesem Aufbau hat der erste Teilwärmeübertrager die Aufgabe, die im komprimierten Kältemittel enthaltene Kondensationswärme an das Wasser im Wasserkessel 6 abzugeben. Dabei richtet sich die Temperatur des Kältemittels hinter dem Teilwärmeübertrager 5 nach der Temperatur des Wassers in seiner Umgebung, das bis zu einer Temperatur von ca. 55⁰C aufgeheizt wird. Bei niedriger Wassertemperatur weist das Kältemittel demnach eine entsprechend niedrige Eigentemperatur auf und ist dadurch im Stande, dem Öl des Motorverdichters 3 über den zweiten Teilwärmeübertrager 7 Wärme zu entziehen. Die dabei aufgenommene weitere Enthalpie wird über das Kältemittel als Heizwärme dem dritten Teilwärmeübertrager 8 und damit wiederum dem Wasser im Wasserkessel 6 zugeführt. Ist dagegen das Wasser im Wasserkessel bereits auf höhere Temperaturen aufgeheizt, dann ist die Eigentemperatur des Kältemittels entsprechend hoch und die Enthalpieaufnahme über den zweiten Teilwärmeübertrager 7 entsprechend niedrig.

Die im Teilwärmeübertrager 7 aufgenommene Wärmemenge wird, entsprechend der erhöhten Temperatur des Wassers, im Teilwärmeübertrager 8 an das Wasser abgegeben. Eine wesentliche Erhöhung der Temperatur des Kältemittels erfolgt dann durch den vierten Teilwärmeübertrager 9 am Gehäuse des Motorverdichters 3 nicht mehr. Damit ist bei hoher Wassertemperatur auch die Temperatur des Kältemittels relativ hoch, wodurch sich ein unterer Leistungswert für die Kälteerzeugung im Verdampfer 2 ergibt. Dementsprechend stellt sich auch die Temperatur an der Fühlstelle für den Temperaturfühler 13 ein.

Bei niedriger Wassertemperatur dagegen verläßt das Kältemittel mit entsprechend geringerer Temperatur bzw. Druck den dritten Tei1 Wärmeübertrager 8. Hieraus folgt ein entsprechend erhöhter Kälteleitungswert am Verdampfer 2 mit

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L20 - 7 - 11.03. 1980

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niedrigeren Temperaturen an der Fühlstelle des Temperaturfühlers. Durch den nachgeschalteten vierten Teilwärmeübertrager 9 nimmt das relativ kalte Kältemittel jedoch in erhöhtem Maß Enthalpie auf und erfährt eine Temperaturerhöhung, die zu annähernd gleichen Verhältnissen, wie bei relativ hoch aufgeheiztem Wasser führt. Es werden somit für alle Betriebszustände eine optimale Wärmeabgabe an das Wasser, aber auch für die gleichmäßige.Kaiteerzeugung die notwendigen konstanten Verhältnisse im Kältemittelkreislauf erreicht .

Um bei fehlender Wärmeabnahme infolge mangelnder Warmwasserentnahme eine ausreichende Wärmeabfuhr zu erzielen und damit den Kühl- oder Gefrierprozeß sicherzustellen, kann in Serie unmittelbar nach dem vierten Teilwärmeübertrager 9 noch ein fünfter Teilwärmeübertrager 15 vorgesehen werden, der Wärme an die Umgebung abgibt. Der fünfte Teilwärmeübertrager 15 ist mittels eines elektromotorisch angetriebenen Ventilators 16 dynamisch belüftbar, wobei der Ventilator über einen als thermischen Abgriff dienenden Temperaturschalter 17 gesteuert ist, dessen Temperaturfühler 18 am Ausgang des Teilwärmeübertragers 15 sitzt und der bei Überschreiten einer vorbestimmten Temperatur den Ventilator 16 einschaltet.

Der fünfte Teilwärmeübertrager 15 kann auch statisch belüftet (Fig. 2) und zu diesem Zweck in einen thermisch isolierten senkrechten Schacht 19 an der Rückseite eines Kühl- oder Gefriergerätes 20 eingebaut sein. Die Wärmeabgabe läßt sich dabei mittels einer thermisch gesteuerten Stellklappe 21 selbsttätig steuern in der Weise, daß mit steigender Temperatur im

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L20 - 8 - 11.03.1980

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Schacht 19 oder am Wärmeübertrager 15 der Konvektionsluftstrom zunimmt.

Es ist auch möglich, den fünften Teilwärmeübertrager 15 als Wärmerohr 22 (Heat-Pipe) auszubilden, das von der Umgebungsluft kühlbar ist (Fig. 3) und in Wärmekopplung mit dem Kältemittelkreislauf steht.

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Claims

L2Q 11.03.1980

Bt/Sp

Ansprüche

Kühl- und Heizeinrichtung mit einer Wärmepumpe, die einen Motorverdichter, einen einem zu kühlenden Medium zugeordneten Niederdruck-Wärmeübertrager und einen unterteilten Hochdruck-Wärmeübertrager aufweist, der zu einem Teil einem zu erwärmenden Wasserbehälter zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,

daß der Hochdruck-Wärmeübertrager vier Teilwärmeübertrager aufweist, die in Serie geschaltet sind und daß der dem Motorverdichter (3) unmittelbar nachgeschaltete erste Teilwärmeübertrager (5) mit dem Wasserbehälter (6), der folgende zweite Teilwärmeübertrager (7) mit dem Ölsumpf des Motorverdichters, der folgende dritte Teilwärmeübertrager (8) mit dem Wasserbehälter (6) und der folgende vierte Teilwärmeübertrager (9) mit dem Gehäuse des Mototverdichters in Wärmeaustausch steht.
2. Kühl- und Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das Gehäuse des Motorverdichters (3) mit dem vierten Teilwärmeübertrager (9) mit einer Wärmeisolierschicht umgeben ist.
3. Kühl- und Heizeinrichtung nach Anspruch 1oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß der Hochdruck-Wärmeübertrager einen fünften Teilwärmeübertrager (15) aufweist, der in Serie unmittelbar nach dem vierten

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Teilwärmeübertrager (9) angeordnet die Wärmeabgabe an die Umgebung, bei überlastung der Kühl- und Heizeinrichtung, d.h. bei fehlender Warmwasserentnahme, übernimmt.
4. Kühl- und Heizeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß der fünfte Teilwärmeübertrager (15) dynamisch belüftet ist und die Regelung der dynamischen Belüftung mittels thermischem Abgriff an der Hochdruckseite des Kältekreislaufes erfolgt.
5. Kühl- und Heizeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß der fünfte Teilwärmeübertrager (15) als Wärmerohr (22) (Heat Pipe) ausgebildet ist.
6. Kühl- und Heizeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß der fünfte Teilwärmeübertrager (15) statisch belüftet, in einem thermisch isolierten Schacht (19) eingebaut und mittels einer Stellklappe (21) am Gehäuse (20) die Wärmeübertragung geregelt wird.

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