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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine vorzugsweise reversible Klimaanlage,
insbesondere für Wohnhäuser.
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Nach
dem Stand der Technik gibt es zwei Arten von Klimaanlagen.
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Die
Anlagen der ersten Art umfassen Mittel zur Kühlung eines Kühlmediums,
das in einem Kreislauf geführt
wird, der einen oder mehrere Wärmetauscher
versorgt, die im Inneren der Behausung angeordnet sind.
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Das
Kühlmedium
ist vorzugsweise Freon, das durch einen außerhalb des Gebäudes angeordneten
Kältesatz
gekühlt
wird, welcher mit einer stabilen Drehzahl und einer im Wesentlichen
konstanten Durchflussrate betrieben wird.
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Diese
Lösung
ist dann nicht zufriedenstellend, wenn der Kreislauf mehrere Wärmetauscher umfasst,
da diese alle mit einer im Voraus festgelegten festen Drehzahl in
identischer Weise betrieben werden müssen. So ist es nicht möglich, die
Wärmetauscher
unabhängig
voneinander zu regeln.
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Die
Anlagen der zweiten Art sind flexibler in der Anwendung und können diesen
Nachteil beheben. Hierzu umfassen sie:
- – einen
ersten Kreislauf, in dem ein Kühlmedium des
Typs Freon, das von einem Kältesatz
gekühlt wird,
der außen
angeordnet ist und in der Lage ist, einen ersten Wärmetauscher
zu versorgen, geführt
wird,
- – einen
zweiten Kreislauf, in dem über
eine Pumpe ein zweites Kühlmedium,
im Allgemeinen Wasser, in Umlauf gebracht wird, wobei dieses Kühlmedium
in der Lage ist, beim Durchströmen
durch den ersten Wärmetauscher
gekühlt
zu werden und das in einem Behälter
befindliche Wasser zu kühlen,
- – einen
mit dem Behälter
verbundenen dritten Kreislauf, in dem Wasser geführt wird, das in der Lage ist,
durch Wärmetauscher
zu strömen,
die in den verschiedenen Räumen
des Wohnraums angeordnet sind.
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In
diesem Falle können
die Wärmetauscher mit
dem dritten Kreislauf anders geregelt werden, wobei der erste Kreislauf
weiterhin mit konstanter Drehzahl betrieben werden kann.
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Trotz
der geschaffenen Anwendungsflexibilität ist diese Lösung nicht
vollkommen zufriedenstellend, denn sie erfordert eine aufwendige
und komplizierte Installation, die für den Wohnungsmarkt nur wenig
geeignet ist.
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Die
US 5,165,472 beschreibt
einen in einer Heizvorrichtung eingesetzten Wärmetauscher, umfassend:
- – einen
ein erstes Kühlmedium
führenden
ersten Kreislauf, welcher Mittel zum Kühlen oder/und Heizen des ersten
Mediums aufweist,
- – einen
ein zweites Kühlmedium
führenden
zweiten Kreislauf mit mindestens einem Behälter, der einen Wärmetauscher
Medium/Medium ausbildet,
- – einen
in dem Wärmetauscher
angeordneten Abschnitt des ersten Kreislaufs,
- – Mittel
(30) zur Messung der Temperatur des zweiten Kühlmediums,
- – Rührmittel
zum Rühren
des zweiten Kühlmediums,
die durch Einspritzmittel des zweiten Kühlmediums in den Behälter verwirklicht
werden.
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Der
in dieser Schrift beschriebene Wärmetauscher
Medium/Medium umfasst Einspritzmittel in Form eines schlaufenförmigen Rohrs,
das im unteren Teil eines Behälters,
in einer im Wesentlichen parallel zum Boden des Behälters verlaufenden
Ebene, angeordnet ist. Dieses Rohr umfasst zwei Serien Öffnungen,
die im Bereich seiner Seitenwand verteilt sind. Die Öffnungen
der ersten Serie sind nach oben gerichtet, um das Medium in einer
Ebene, die im rechten Winkel zur Rohrebene verläuft, senkrecht zu befördern, um
eine senkrechte, aufsteigende Strömung zu erzielen, die konzentrisch
zur senkrechten Wand des Behälters
ist.
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Die Öffnungen
der zweiten Serie sind zur Mitte hin ausgerichtet und ermöglichen
die Erzeugung von gestörten
Strömungen,
nicht aber eine spiralförmige
Bewegung.
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Daher
zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, die Nachteile aus dem
Stand der Technik zu beheben, und schlägt hierzu eine Klimaanlage
vor, die einfach ausgestaltet ist, bestens für den Wohnungsmarkt geeignet
ist und einen flexiblen Betrieb verschafft.
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Hierzu
ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine Klimaanlage umfassend
einen ein erstes Kühlmedium
führenden
ersten Kreislauf, Mittel zum Kühlen
oder/und Heizen des ersten Mediums, sowie einen ein zweites Kühlmedium
führenden zweiten
Kreislauf, welcher durch mindestens einen Wärmetauscher führt und
einen Behälter
aufweist, in dem ein Abschnitt des ersten Kreislaufs angeordnet ist,
Mittel zur Messung der Temperatur des zweiten Kühlmediums zur Regelung des
Betriebs der Mittel zum Kühlen
oder Heizen des ersten Mediums, Rührmittel zum Rühren des
zweiten Kühlmediums
in dem Behälter,
dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Medium eine einzige Ausstoßöffnung zum
Ausstoßen
des zweiten Kühlmediums
aus dem Behälter
umfasst, wobei diese Öffnung
am Ende eines Teils des zweiten Kreislaufs vorgesehen ist, der innerhalb
des Behälters
angeordnet ist, wobei dieser Teil ein Schraubensegment beschreibt,
um innerhalb des Behälters
einen gestörten
Wirbelstrom zu erzielen, der einen besseren Austausch zwischen dem
ersten und dem zweiten Medium ermöglicht, wobei der Behälter einen
Durchmesser aufweist, der dazu geeignet ist, einen zufriedenstellenden
Rührvorgang
zu erzielen.
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Vorzugsweise
weist der im Behälter
angeordnete Abschnitt des ersten Kreislaufs die Form einer Schlange
auf.
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Vorteilhafterweise
ist das erste Kühlmedium Freon
und das zweite Wasser.
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Weitere
Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nun folgenden, lediglich
beispielhaft zu verstehenden Beschreibung der erfindungsgemäßen Anlage,
die anhand der beigefügten
Zeichnungen gegeben wird:
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1 ist
eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Anlage,
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2 ist
ein Schnitt entlang einer Horizontalebene des Behälters, und
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3 ist
eine schematische Darstellung einer Variante der erfindungsgemäßen Anlage.
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Mit 10 wurde
schematisch die Außenseite
eines Wohnhauses dargestellt, mit 12 das Innere, das durch
eine eine Wand darstellende punktierte Linie 14 begrenzt
wird.
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Erfindungsgemäß umfasst
die Klimaanlage einen ersten Kreislauf 16, in dem ein erstes
Kühlmedium,
zum Beispiel Freon, geführt
wird, Mittel 18 zur Kühlung
des ersten Mediums, die in weiterer Folge Kältesatz genannt werden, sowie
einen zweiten Kreislauf 20, der durch mindestens einen
Wärmetauscher 22 geführt wird,
der im Inneren des Wohnraums angeordnet ist und in dem ein zweites
Kühlmedium,
vorzugsweise Wasser, geführt
wird, wobei der zweite Kreislauf 20 einen Behälter 24 umfasst. Ein
Abschnitt 26 des ersten Kreislaufs 16, der vorzugsweise
eine Schlangenform aufweist, ist zur Gewährleistung einer Wärmeübertragung
zwischen dem ersten und dem zweiten Medium im Inneren des Behälters angeordnet.
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Geeignete
Mittel, zum Beispiel Pumpen 28, sind im Bereich jedes Kreislaufs
angeordnet und sorgen für
den Umlauf des Mediums.
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Die
technischen Merkmale des Kältesatzes werden
in Abhängigkeit
des zu kühlenden
Volumens und der Wärmetauscher
vom Fachmann bestimmt.
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Nach
einem wesentlichen Merkmal der Vorrichtung sind Mittel 30 zur
Messung der Temperatur des zweiten Kühlmediums, mit denen der Betrieb
des Kältesatzes 18 geregelt
werden kann, indem dieser von der Temperatur des zweiten Kühlmediums
unterrichtet wird, sowie einen besseren Austausch zwischen dem ersten
und dem zweiten Kühlmedium
ermöglichende
Mittel 32 zum Rühren
des zweiten Kühlmediums
im Behälter 24 vorgesehen.
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Vorteilhafterweise
informieren die Mittel 30 in Form eines im Bereich des
Behälters 24 angeordneten
Temperaturfühlers
die Mittel zur Steuerung des Satzes.
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Je
nach Fall kann der Satz mit einer Aussetzerregelung, indem sie in
Zeitbereichen betrieben wird oder veränderlich durch Anpassen der
Leistung des Satzes geregelt werden.
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Wie
insbesondere in 2 dargestellt, werden die Rührmittel 32 durch
Einspritzmittel des zweiten Kühlmediums
in den Behälter
hergestellt, wobei der zweite Kreislauf 20 als Krümmer 34 in
den Behälter 24 mündet, so
dass in dem Behälter
für das
zweite Kühlmedium
ein gestörter
und verwirbelter Strom erzielt wird. Durch diese Anordnung ist es
möglich,
im Inneren des Behälters
keine Laminarströmung
zu haben; sie trägt
ebenfalls dazu bei, den Wärmeaustausch
zwischen dem ersten und dem zweiten Kühlmedium zu verbessern und
auf diese Weise die Leistung des durch den Behälter 24 und die Schlange 26 gebildeten
Wärmetauschers
zu erhöhen.
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Zur
Verbesserung des Wärmeaustauschs zwischen
den Kühlmedien,
haben letztere gegenläufige
Strömungen,
wobei das zweite Kühlmedium
in den unteren Teil des Behälters 24 eingespritzt
wird und im oberen Teil austritt, während das erste Kühlmedium
in der Schlange vom oberen Teil des Behälters in den unteren Teil strömt.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform wird
ein Kältesatz
mit einer Leistung von 11 kW verwendet, als erstes Kühlmedium
wird Freon verwendet, und die Schlange weist eine Länge von
45 Metern und einen Durchmesser von etwa 9 mm auf, wobei die Schlange
in einen 80 Liter fassenden Behälter eingesetzt
wird. Die Abmessungen des Behälters, insbesondere
sein Durchmesser, sind dafür
geeignet, einen zufriedenstellenden Rührvorgang zu erzielen.
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Der
zweite Kreislauf 20 kann die Form einer einfachen Schleife
aufweisen, die durch einen oder mehrere Wärmetauscher 22 geführt wird,
oder er kann parallel geschaltete Kreislaufabschnitte umfassen,
in deren Bereich die Wärmetauscher 22 angeordnet
sind.
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Unter
Wärmetauscher 22 ist
jede beliebige Vorrichtung zu verstehen, die in der Lage ist, eine Wärmeübertragung
zwischen dem im zweiten Kreislauf 20 geführten zweiten
Kühlmedium
und seiner Umgebung, insbesondere der in der Nähe des Wärmetauschers vorliegenden Umgebungsluft,
zu gewährleisten.
Beispielhaft kann der oder die Wärmetauscher
als statischer Heizkörper
in Form eines Handtuchtrockners oder eines Wandheizkörpers, einer
Deckenkassette, eines Heiz-/Kühlbodens
oder dgl. vorgesehen sein.
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Bei
einem Betrieb mit einer Aussetzerregelung misst der Temperaturfühler 30 die
Temperatur des zweiten Mediums. Sobald die Temperatur einen vorbestimmten
oberen Schwellwert übersteigt,
wird der Kältesatz 18 aktiviert,
und das erste Medium strömt
mit einer im Wesentlichen konstanten Durchflussrate, die der Drehzahl
des Satzes angepasst ist, um das zweite Medium zu kühlen. In ähnlicher
Weise wird der Kältesatz 18,
sobald die Temperatur einen vorbestimmten unteren Schwellwert unterschreitet, deaktiviert
und das erste Medium läuft
nicht mehr um. Durch den Behälter 24 kann
eine Pufferwirkung erzielt werden, so dass es möglich ist, anhand von geeigneten
Mitteln 36 die unterschiedlichen Wärmetauscher 22 unabhängig voneinander
zu regeln und einen veränderlichen
Durchsatz des zweiten Mediums zu erzielen, während der Durchsatz des ersten
Mediums im Betrieb des Kältesatzes
konstant bleibt.
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Vorteilhafterweise
ist die erfindungsgemäße Klimaanlage
reversibel und kann sowohl zum Kühlen wie
eingangs erwähnt
oder aber zum Heizen verwendet werden.
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In
diesem Fall sind Mittel zum Heizen des ersten Kühlmediums vorgesehen. Vorteilhafterweise ist
der Satz 18 reversibel und kann das erste Kühlmedium
sowohl erhitzen als auch kühlen.
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Nach
einem weiteren Merkmal sind zugehörige Heizmittel 38,
beispielsweise des Typs elektrischer Widerstand, vorgesehen, um
das zweite Kühlmedium
zu erhitzen, wenn die erfindungsgemäße Anlage zum Heizen verwendet
wird. Als Ergänzung sind
Regelungsmittel vorgesehen, um den Betrieb der Heizmittel 38 in
Abhängigkeit
der Temperatur des ersten Mediums und/oder des zweiten Mediums und/oder
der Umgebungstemperatur zu steuern.
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Mittel
zur Wärmedämmung des
ersten und des zweiten Kreislaufs sind vorteilhafterweise im Bereich
des Behälters 24 vorgesehen,
um den Wärmeverlust
zu begrenzen.
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Nach
einer weiteren Variante, die in 3 dargestellt
ist, ist ein Teil eines dritten Kreislaufs 40 im Behälter 24 angeordnet,
wobei in dem dritten Kreislauf 40 ein drittes Kühlmedium,
zum Beispiel Warmwasser zur Versorgung eines Wohnraums, geführt wird.
Vorzugsweise ist der in dem Behälter 24 angeordnete
Teil des dritten Kreislaufs derart angeordnet, dass zwischen dem
zweiten und dem dritten Kühlmedium
ein guter Wärmetausch
gewährleistet wird,
wenn die Mittel 18 im Heizbetrieb betrieben werden. Wie
in 3 dargestellt, besteht nach einer bevorzugten
Ausführungsform
der Teil des dritten Kreislaufs, der im Behälter angeordnet ist, aus einem
im Bereich der Seitenwand des Behälters 24 angeordneten
Raum, aus Verwirbelungsblechen oder aus ähnlichen Mitteln, anhand derer
das dritte Kühlmedium
in geeigneter Weise geführt
wird, um den Wärmetausch
zwischen dem zweiten und dem dritten Kühlmedium zu gewährleisten.
Nach dieser Anordnung wird das Wasser, bevor es von einem Heißwassergerät 42 erhitzt
wird, vorgeheizt, so dass die Wärmezufuhr
des Heißwassergeräts 42 verringert
wird und ein Energiegewinn erzielt wird. Vorteilhafterweise umfasst
der Behälter 24 einen
doppelten Mantel, wobei der innere Mantel das zweite Medium enthält und das dritte
Medium zwischen den beiden Mänteln
strömt.
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Es
versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die oben beschriebene
und dargestellte Ausführungsform
beschränkt
ist, sondern auch alle Varianten umfasst, insbesondere hinsichtlich
der Abmessungen des Behälters,
der Kühlmedien,
der Heiz- oder Kühlmittel
zum Erhitzen oder Kühlen
der Medien, der Form der Kreisläufe
sowie der Art der Wärmetauscher.
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Schließlich kann
ein Satz 18 umfassend mehrere Ausgänge zum Heizen oder Kühlen anderer Vorrichtungen,
insbesondere von mehreren Kühlmedien,
die jeweils in einem Behälter
umlaufen, wie er eingangs beschrieben wurde, verwendet werden.