DE69107168T2

DE69107168T2 - Klimagerät.

Info

Publication number: DE69107168T2
Application number: DE69107168T
Authority: DE
Inventors: Katsuyuki Aoki; Yasuo Imaki; Hidenori Ishioka; Kazuaki Isono; Seiji Kubo; Hideaki Nagatomo; Toshihiro Tanaka
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-11-08
Filing date: 1991-11-06
Publication date: 1995-08-10
Anticipated expiration: 2011-11-07
Also published as: JP2797695B2; JPH04177063A; DE69107168D1; EP0485203B1; EP0485203A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage, insbesondere eine Klimaanlage mit einer Wärmespeichereinheit, die die Heiz- und Enteiseigenschaften verbessern kann
Eine derartige Klimaanlage mit Wärmespeichereinheit verwendet vor Beginn eines Heizvorgangs in dieser Wärmespeichereinheit abgespeicherte Energie, oder sie verwendet sie zum Enteisen eines Außen-Wärmeaustauschers während des Heizvorgangs, um dadurch die Klimatisiereigenschaften zu verbessern. Ein derartiger Typ herkömmlicher Klimaanlagen wurde z. B. in der Veröffentlichung Nr. 21450/1988 zu einem ungeprüften japanischen Patent, der Veröffentlichung Nr. 38563/ 1989 zu einem ungeprüften japanischen Patent und der Veröffentlichung Nr. 174864/1989 zu einem ungeprüften japanischen Patent offenbart.
Es wird nun auf Fig. 4 Bezug genommen, in der ein Kühlkreislauf für eine herkömmliche Klimaanlage mit Wärmespeichereinheit dargestellt ist.
In Fig. 4 bezeichnet die Bezugszahl 1 einen Kompressor. Die Bezugszahl 2 bezeichnet ein Umsteuerventil mit vier Anschlüssen. Die Bezugszahl 3 bezeichnet einen Innen-Wärmeaustauscher, der während des Heizvorgangs als Kondensator dient. Die Bezugszahl 4 bezeichnet eine Druckreduziervorrichtung. Die Bezugszahl 5 bezeichnet ein Umgehungsventil Riit zwei Anschlüssen, das die Druckreduziervorrichtung 4 umgeht. Die Bezugszahl 6 bezeichnet einen Außen-Wärmeaustauscher, der während eines Heizvorgangs als Verdampfer arbeitet. Die Bezugszahl 7 bezeichnet ein Ventil mit drei Anschlüssen. Die Bezugszahlen 8 und 9 bezeichnen einen Wärmespeicher-Wärmeaustauscher bzw. einen Wärmeabsorption-Wärmeaustauscher, die im oberen bzw. unteren Teil eines Wärmespeicherbehälters 10 angeordnet sind. Die Bezugszahl 8a bezeichnet einen Wärmespeicher-Kühlmitteleinlaß, der der Kühl mitteleinlaß für den Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8 ist. Die Bezugszahl 8b bezeichnet einen Wärmespeicher-Kühlmittelauslaß, der der Kühlmittelauslaß des Wärmespeicher-Wärmeaustauschers 8 ist. Die Bezugszahl 9a bezeichnet einen Wärmeabsorber-Kühlmitteleinlaß, der der Kühlmitteleinlaß des Wärmeabsorption-Wärmeaustauschers 9 ist. Die Bezugszahl 9b bezeichnet einen Wärmeabsorber-Kühlmittelauslaß, der der Kühlmittelauslaß des Wärmeabsorption-Wärmeaustauschers 9 ist. Die Bezugszahl 11 bezeichnet ein in den Wärmespeicherbehälter 10 eingefülltes Wärmespeichermaterial, dessen Schmelzpunkt 40 - 60ºC beträgt und das aus Paraffin oder dergleichen besteht.
Nun wird der Betrieb einer herkömmlichen Klimaanlage beschrieben, die so aufgebaut ist, wie vorstehend beschrieben.
Im Fall eines Heiz- und wärmespeicherbetriebs wird das Umgehungsventil 5 mit zwei Anschlüssen geschlossen, und das Ventil 7 mit drei Anschlüssen wird so geschaltet, daß es Verbindung zum Umsteuerventil 2 herstellt. Ein gasförmiges Kühlmittel hoher Temperatur und hohen Drucks, das vom Kompressor 1 ausgegeben wurde, heizt das Wärmespeichermaterial 11 im Wärmespeicherbehälter 10 auf, wenn es durch den Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8 läuft, und dann läuft es durch das Umsteuerventil 2 mit vier Anschlüssen. Das Kühlmittel führt mit dem Innen-Wärmeaustauscher 3 einen Wärmeaustausch mit Innenluft aus, um einen Heizvorgang auszuführen, wodurch es ein flüssiges Kühlmittel bei normaler Temperatur und unter hohem Druck wird. Danach wird das flüssige Kühlmittel durch die Druckreduziervorrichtung 4 entspannt, es wird im Außen-Wärmeaustauscher 6 verdampft, um gasförmiges Kühlmittel zu werden, und es kehrt durch das Ventil 7 mit drei Anschlüssen und das Ventil 2 mit vier Anschlüssen zum Kompressor 1 zurück. In diesem Kreislauf wird das Wärmespeichermaterial 11 durch den genannten Heizvorgang geschmolzen.
Andererseits wird im Fall eines Enteisvorgangs, der ausgeführt wird, um Eis zu entfernen, das sich bei niedriger Außentemperatur während des Heizvorgangs am Außen-Wärmeaustauscher 6 abgesetzt hat, das Umgehungsventil 5 mit zwei Anschlüssen geöffnet, und das Ventil 7 mit drei Anschlüssen wird so umgeschaltet, daß es eine Verbindung zum Wärmeabsorption-Wärmeaustauscher 9 herstellt. Das Kühlmittel unter hoher Temperatur und hohem Druck, das vom Kompressor 1 ausgegeben wird, beheizt das Wärmespeichermaterial 11 im Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8 und läuft dann durch das Umsteuerventil 2 mit vier Anschlüssen. Das Kühlmittel erfährt im Innen-Wärmeaustauscher 3 einen Wärmeaustausch mit der Innenluft, um diese begrenzt aufzuheizen, wobei es ein Zweiphasenkühlmittel hoher Temperatur und hohen Drucks wird. Danach durchläuft dieses Zweiphasenkühlmittel das Umgehungsventil 5 mit zwei Anschlüssen und erreicht den Außen-Wärmeaustauscher 6. Im Außen-Wärmeaustauscher 6 schmilzt das Kühlmittel das Eis auf der Oberfläche dieses Außen-Wärmeaustauschers, und es wird ein flüssiges Kühlmittel geringer Temperatur und mittleren Drucks. Dann läuft das flüssige Kühlmittel durch das Ventil 7 mit drei Anschlüssen, absorbiert Wärme aus dem Wärmespeichermaterial 11 im Wärmeabsorption-Wärmeaustauscher 9, wodurch es zu einem gasförmigen Kühlmittel verdampft wird, und dann kehrt es zum Kompressor 1 zurück. In diesem Kreislauf wird das Wärmespeichermaterial 11 aufgrund dieser Wärmeabsorption verfestigt. In diesem Fall kann ein Beheizen selbst während des Enteisens ausgeführt werden, wodurch verhindert wird, daß die Innentemperatur während des Enteisens absinkt.
Darüber hinaus wird dann, wenn ein Schnellheizvorgang auszuführen ist, bei dem ein Heizvorgang in kurzer und gleichmäßiger Weise gestartet werden kann, wenn die Außentemperatur niedrig ist, das Umgehungsventil 5 mit zwei Anschlüssen geöffnet, und das Ventil 7 mit drei Anschlüssen wird so umgeschaltet, daß es wie beim Enteisungsvorgang eine Verbindung zum Wärmeabsorption-Wärmeaustauscher 9 herstellt. Das gasförmige Kühlmittel unter hoher Temperatur und hohem Druck, das vom Kompressor 1 ausgegeben wird, beheizt das Wärmespeichermaterial im Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8 und läuft dann durch das Umsteuerventil 2 mit vier Anschlüssen. Das Kühlmittel erfährt im Innen-Wärmeaustauscher 3 einen Wärmeaustausch mit der Innenluft, um diese aufzuheizen, wodurch es ein flüssiges Kühlmittel mit hoher Temperatur und hohem Druck wird. Das flüssige Kühlmittel durchläuft das Umgehungsventil 5 mit zwei Anschlüssen, es durchläuft den Außen-Wärmeaustauscher 6, wobei die Wärmeautauschmenge auf das Minimum beschränkt ist, und es durchläuft das Ventil 7 mit drei Anschlüssen. Das Kühlmittel absorbiert im Wärmeabsorption-Wärmeaustauscher 9 Wärme aus dem Wärmespeichermaterial 11 und wird zu einem gasförmigen Kühlmittel verdampft, und es kehrt zum Kompressor 1 zurück. In diesem Kreislauf wird das Wärmespeichermaterial 11 durch diese Wärmeabsorption verfestigt. Wie erläutert, ist das zum Kompressor 1 zurückkehrende Kühlmittel ein Gas hoher Temperatur. Dadurch kann der Wirkungsgrad des Kompressors verbessert werden, und der Heizvorgang kann zu Beginn des Heizens selbst bei niedriger Außentemperatur schnell und in ausreichender Weise ausgeführt werden.
Übrigens ist der Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8 im tiefsten Teil des Wärmespeicherbehälters 10 angeordnet, so daß sich mit fortschreitender Zeit der Schmelzbereich des Wärmespeichermaterials 11 durch Konvektion im Wärmespeicherbehälter 10 nach oben erstreckt. Darüber hinaus sind unter Berücksichtigung der Tatsache, daß ein Temperaturanstieg im oberen Teil des Wärmespeichermaterials 11 im Wärmespeicherbehälter entfernt vom Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8 später erfolgt als ein Temperaturanstieg im unteren Teil des Wärmespeichermaterials 11 im Wärmespeicherbehälter 10, der Wärmeabsorber-Kühlmitteleinlaß 9a und der Wärmeabsorber- Kühlmittelauslaß 9b im oberen Teil bzw. im unteren Teil des Wärmespeicherbehälters 10 angeordnet, so daß hinsichtlich der Temperatur zwischen dem Wärmespeichermaterial 11 und dem Kühlmittel Gegenströmungen ausgebildet werden, die darauf hinzielen, während des Enteisens oder des Heizbeginns ein hohes Ausmaß thermischer Absorptionswirkung zu erzielen.
Da eine herkömmliche Klimaanlage, wie vorstehend angegeben, aufgebaut ist, ist, wenn es unmöglich ist, wegen begrenzten Unterbringungsraums die für den Wärmespeicherbehälter 10 erforderliche Höhe nicht zu erzielen, nicht nur die Weise für die Strömungsführung des Kühlmittels im Wärmeabsorption- Wärmeaustauscher 9 begrenzt, sondern es muß auch die Anbringungsfläche vergrößert werden, um das erforderliche Fassungsvermögen für das Wärmespeichermaterial 11 zu gewährleisten, was bedeutet, daß der Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8 ganz unten mit großen Abmessungen erstellt werden muß. Wenn der Wärmespeicher-Wärmeaustauscher groß ausgebildet wird, entsteht eine Schwierigkeit dahingehend, daß der Ausgleich zwischen Wärmespeicherung und Wärmeabsorption gestört ist, was den Wirkungsgrad des Wärmeaustauschs verringert.
Die Veröffentlichung Nr. 163741/1988 zu einem ungeprüften japanischen Patent offenbart eine Lösung zum Überwinden dieser Schwierigkeit. Bei dieser Lösung ist die strömungsrichtung des Kühlmittels im Wärmespeicher-Wärmeaustauscher umgekehrt zur Strömungsrichtung des Kühlmittels im Wärmeabsorption-Wärmeaustauscher, und die Temperaturverteilung im Wärmespeichermaterial als Wärmemedium bildet eine Gegenströmung zur Strömungsrichtung des Kühlmittels hinsichtlich der Temperatur sowohl bei Wärmespeicherung als auch bei Wärmeabsorption, wodurch es ermöglicht ist, daß der Wärmespeichervorgang und der Wärmeabsorptionsvorgang wirkungsvoll ausgeführt werden.
Wenn jedoch erneut Wärmespeicherung erfolgt, z. B. direkt nach Abschluß des Enteisens, wobei das Wärmespeichermaterial verfestigt wurde, wird Wärmeaustausch plötzlich in der Nähe des Wärmespeicher-Kühlmitteleinlasses wegen der Temperaturdifferenz zu dem vom Kompressor ausgegebenen Kühlmittelgas ausgeführt, und es ist viel Wärmespeichermaterial vorhanden. Infolgedessen verringert sich die Temperatur des Kühlmittels in der Nähe des Wärmespeicher-Kühlmittelauslasses, was zum Zustand führt, daß ein Temperaturanstieg des Wärmespeichermaterials in der Nähe des Wärmespeicher-Kühlmittelauslasses später erfolgt als ein Temperaturanstieg des Wärmespeichermaterials in der Nähe des Wärmespeicher-Kühlmitteleinlasses, was es wahrscheinlich macht, daß im Wärmespeichermaterial eine ungleichmäßige Temperaturverteilung hervorgerufen wird. Derartige Umstände verhindern es, daß das Wärmespeichermaterial in der Nähe des Wärmespeicher-Kühlmittelauslasses und über diesen bei einem Vorgang vollständig geschmolzen werden, bei dem Wärmespeicherung und Wärmeabsorption innerhalb eines relativ kurzen Zyklus wiederholt werden, wie bei einem Heizvorgang, der von einem Enteisvorgang begleitet wird. Dies führt zur Schwierigkeit, daß das Wärmespeichermaterial in einem bestimmten Teil nicht auf wirkungsvolle Weise verwendet werden kann, wodurch sich das Heizvermögen während des Enteisens verringert, sich die zum Enteisen erforderliche Zeit verlängert und sich die Schnellheizfähigkeit verringert.
US 2,587,720 offenbart einen Wärmeaustauscher, der dazu dienen soll, die Wärmeübertragung in der ganzen Einheit ins Gleichgewicht zu bringen. Dies wird unter Verwendung von Rohren erzielt, die sich in der Einheit überkreuzen, um die Wärmeübertragungsbedingungen in jedem Rohr ins Gleichgewicht zu bringen.
US 1,524,520 offenbart einen Wärmeaustauscher, in dem ein Kanal durch die Einheit läuft, der wiederholt auf sich selbst rückgeführt wird, um Abschnitte festzulegen. Jeder Abschnitt ist mit Wärme übertragenden Rippen versehen, deren Anzahl sich von Abschnitt zu Abschnitt ändert.
Obwohl diese Austauscher dazu dienen, die Wärmeübertragung ins Gleichgewicht zu bringen, überwinden sie die vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten im Stand der Technik nicht.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Klimaanlage zu schaffen, die mit einer Wärmespeichereinheit versehen ist, und die dazu in der Lage ist, ein Wärmespeichermaterial gleichmäßig dann aufzuschmelzen, wenn Wärmespeicherung und Wärmeabsorption mit einem relativ kurzen Zyklus wiederholt werden, um dadurch Wärmespeicherung und Wärmeabsorption auf wirkungsvolle Weise zu realisieren, um einen Enteisungsvorgang und einen Schnellheizvorgang wirkungsvoll auszuführen.
Die vorstehenden und andere Aufgaben der Erfindung werden dadurch gelöst, daß eine Klimaanlage mit folgendem geschaffen wird:
- einem Kühlmittelkreislauf mit einem Kompressor, einem Umsteuerventil, einem Kondensator, einer Druckreduziervorrichtung und einem Verdampfer;
- einem Wärmespeicher-Wärmeaustauscher, der im unteren Teil eines Wärmespeicherbehälters angeordnet ist, in den ein Wärmespeichermaterial eingefüllt ist, wobei der Wärmespeicher-Wärmeaustauscher eine Kühlmittel-Einlaßseite und eine Kühlmittel-Auslaßseite aufweist; und
- einem Wärmeabsorption-Wärmeaustauscher, der über dem Wärmespeicher-Wärmeaustauscher liegt und im oberen Teil des Wärmespeicherbehälters angeordnet ist;
dadurch gekennzeichnet, daß
- die Kühlmittel-Einlaßseite des Wärmespeicher-Wärmeaustauchers einen ersten Wärmespeicher-Wärmeaustauscher mit erstem Wärmeaustauschvermögen aufweist, und die Kühlmittel-Auslaßseite des Wärmespeicher-Wärmeaustauschers einen zweiten Wärmespeicher-Wärmeaustauscher mit zweitem Wärmeaustauschvermögen aufweist, wobei das erste Wärmeaustauschvermögen des ersten Wärmespeicher-Wärmeaustauschers kleiner als das zweite Wärmeaustauschvermögen des zweiten Wärmespeicher- Wärmeaustauschers ist; und
- der Wärmeabsorption-Wärmeaustauscher so ausgebildet ist, daß er für eine Gegenströmung in bezug auf die Strömungsrichtung des Kühlmittels im Wärmespeicher-Wärmeaustauscher sorgt;
- so daß:
-- der Wärmespeicher-Wärmeaustauscher das Wärmespeichermaterial in der Nähe der Kühlmittel-Einlaßseite des Wärmespeicher-Wärmeaustauschers und in der Nähe der Kühlmittel-Auslaßseite des Wärmespeicher-Wärmeaustauschers im wesentlichen gleich aufschmilzt; und
-- die Temperatur des Wärmespeichermaterials am Auslaß des Wärmeabsorption-Wärmeaustauschers geringfügig höher als die Temperatur des Wärmespeichermaterials am Einlaß des Wärmeabsorption-Wärmeaustauschers ist.
Gemäß der Erfindung kann die Anordnung, bei der die Wärmespeicher-Kühlmitteleinlaßseite des Wärmespeicher-Wärmeaustauschers, der im unteren Teil des Wärmespeicherbehälters angeordnet ist, hinsichtlich des Wärmeaustauschvermögens kleiner als die Wärmespeicher-Kühlmittelauslaßseite ausgebildet ist, verhindern, daß ein gasförmiges Kühlmittel hoher Temperatur und hohen Drucks, wie es vom Kompressor ausgegeben wird, das Wärmespeichermaterial auf der Kühlmitteleinlaßseite stark aufheizt, und sie kann das Wärmespeichermaterial selbst an der Wärmespeicher-Kühlmittelauslaßseite auf ausreichende Weise aufheizen. Infolgedessen kann das Wärmespeichermaterial in der Nähe des Wärmespeicher-Kühlmitteleinlasses und in der Nähe des Wärmespeicher-Kühlmittelauslasses gleichmäßig geschmolzen werden. Das Wärmespeichermaterial kann in seiner Gesamtheit aufgeschmolzen werden, ohne daß es zu einem nutzlosen Anteil des Wärmespeichermaterials kommt. Das Enteisungsvermögen, das Heizvermögen während des Enteisens und das Schnellheizvermögen können verbessert werden.
In den Zeichnungen ist folgendes dargestellt:
Fig. 1 ist ein Diagramm, das den Kühlmittelzyklus einer Klimaanlage mit Wärmespeichereinheit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht, die das Aussehen eines Wärmespeicher- und eines Wärmeabsorption-Wärmeaustauschers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm, das die Strömung eines Kühlmittels im Wärmespeicher- und Wärmeabsorption- Wärmeaustauscher von Fig. 2 zeigt; und
Fig. 4 ist ein Diagramm, das den Kühlmittelkreislauf einer Klimaanlage zeigt, die mit einer herkömmlichen Wärmespeichereinheit versehen ist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszahlen gleiche oder entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten bezeichnen.
Zunächst wird ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert.
In Fig. 1 ist ein Diagramm für den Kühlmittelkreislauf bei einer Klimaanlage dargestellt, die mit einer Wärmespeichereinheit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung versehen ist. In Fig. 1 sind Teile, die gleich sind wie die herkömmlichen Teile in Fig. 4 oder die solchen entsprechen, durch dieselben Bezugszahlen wie in Fig. 4 gekennzeichnet, und eine Erläuterung zu diesen Teilen wird der Einfachheit halber weggelassen.
In Fig. 1 bezeichnet die Bezugszahl 8c einen ersten Wärmespeicher-Wärmeaustauscher, der auf der Seite eines Wärmespeicher-Kühlmitteleinlasses 8a im unteren Teil eines Wärmespeicherbehälters 10 angeordnet ist und der eine kleine Anzahl Rippen aufweist, um die Wärmeaustauschfläche zum Wärmespeichermaterial 11 zu verkleinern. Die Bezugzahl 8d bezeichnet einen zweiten Wärmespeicher-Wärmeaustauscher, der auf der Seite eines Wärmespeicher-Kühlmittelauslasses 8b im unteren Teil des Wärmespeicherbehälters 10 angeordnet ist und in Reihe an den ersten Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8c angeschlossen ist und der eine hohe Anzahl an Rippen aufweist, um die Wärmeaustauscherfläche zum Wärmespeichermaterial 11 zu erhöhen. Dies bedeutet, daß das Wärmeaustauschvermögen des ersten Wärmespeicher-Wärmeaustauschers 8c zum Wärmespeichermaterial 11 kleiner ist als dasjenige des zweiten Wärmespeicher-Wärmeaustauschers 8d. Die Bezugszahl 9 bezeichnet zwei Wärmeabsorption-Wärmeaustauscher, die über dem ersten Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8c und dem zweiten Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8d angeordnet sind und die an einem Wärmeabsorption-Kühlmitteleinlaß und einem Wärmeabsorption-Kühlmittelauslaß nach oben und unten voneinander weg laufen und die einander im mittleren Teil schneiden.
Es wird nun der Betrieb einer gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aufgebauten Klimaanlage beschrieben.
Im Fall eines Heiz- und Wärmespeichervorgangs wird ein Umgehungsventil 5 mit zwei Anschlüssen geschlossen, und ein Ventil 7 mit drei Anschlüssen wird umgeschaltet, um mit einem Umsteuerventil 2 mit vier Anschlüssen in Verbindung zu stehen. Ein gasförmiges Kühlmittel hoher Temperatur und hohen Drucks, das von einem Kompressor 1 ausgegeben wird, beheizt das Wärmespeichermaterial 11 auf der Seite des Wärmeabsorption-Kühlmittelauslasses 9b am ersten Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8c, und es beheizt dann das Wärmespeichermaterial auf der Seite des Wärmeabsorption-Kühlmitteleinlasses 9a am zweiten Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8d. Danach durchläuft das Kühlmittel das Umsteuerventil 2 mit vier Anschlüssen, einen Innen-Wärmeaustauscher 3, eine Druckreduziervorrichtung 4, einen Außen-Wärmeaustauscher 6, das Ventil 7 mit drei Anschlüssen und das Umsteuerventil 2 mit vier Anschlüssen, in der genannten Reihenfolge, und es kehrt wie bei der herkömmlichen Klimaanlage zum Kompressor 1 zurück. In diesem Kreislauf wird die Innenluft aufgrund eines Wärmeaustauschs mit dem Innen-Wärmeaustauscher 3 beheizt, und das Wärmespeichermaterial wird durch das Kühlmittel hoher Temperatur so erwärmt, daß es schmilzt.
Der erste Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8c, in dem die Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlmittel und dem Wärmespeichermaterial 11 groß ist, da die Temperatur des Kühlmittels ziemlich hoch ist, verfügt über eine verkleinerte Wärmeaustauschfläche, und der zweite Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8d, in dem die Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlmittel und dem Wärmespeichermaterial 11 klein ist, da die Kühlmitteltemperatur verringert ist, verfügt über eine größere Wärmeaustauschfläche. Eine solche Anordnung erlaubt es, daß das Wärmespeichermaterial 11 selbst auf der Seite des Wärmespeicher-Kühlmittelauslasses 8b in ausreichender Weise aufgeschmolzen wird. Von der Wärmeabsorption aus gesehen, hat das Wärmespeichermaterial 11 eine solche Temperaturverteilung, daß die Temperatur am Wärmeabsorption-Kühlmittelauslaß 9b geringfügig höher ist als am Wärmeabsorption-Kühlmitteleinlaß 9a.
Andererseits wird im Fall eines Enteisungsvorgangs das Umgehungsventil 5 mit zwei Anschlüssen geöffnet, und das Ventil 7 mit drei Anschlüssen wird so umgeschaltet, daß es mit den Wärmeahsorption-Wärmeaustauschern 9 in Verbindung steht. Das Kühlmittel, das vom Kompressor 1 ausgegeben wird, beheizt das Wärmespeichermaterial 11 im ersten Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8c und in zweiten Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8d, und dann durchläuft es das Umsteuerventil 2 mit vier Anschlüssen, den Innen-Wärmeaustauscher 3, das Umgehungsventil 5 mit zwei Anschlüssen, den Außen-Wärmeaustauscher 6, das Ventil 7 mit drei Anschlüssen und die Wärmeahsorption-Wärmeaustauscher 9, in der genannten Reihenfolge, bevor es zum Kompressor 1 zurückkehrt. Auf diese Weise kann ein Heizvorgang während des Enteisens ausgeführt werden. Bei diesem Kreislauf wird dem Wärmespeichermaterial 11 Wärme entzogen, so daß es fest wird. Darüber hinaus bildet sich eine Strömung umgekehrt zur Strömung des Kühlmittels, da die Temperatur des Wärmespeichermaterials 11 auf der Seite des Wärmeabsorption-Kühlmittelauslasses 9b geringfügig höher ist als diejenige auf der Seite des Wärmeabsorption-Kühlmitteleinlasses 9a.
Im Fall eines Schnellheizvorgangs wird das Umgehungsventil 5 mit zwei Anschlüssen geöffnet, und das Ventil 7 mit drei Anschlüssen wird so umgeschaltet, daß es wie heim Enteisungsvorgang mit den Wärmeabsorption-Wärmeaustauschern 9 in Verbindung steht. Das Kühlmittel, das vom Kompressor 1 ausgegeben wird, beheizt das Wärmespeichermaterial 11 im ersten Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8c und im zweiten Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8d, und dann durchläuft es das Umsteuerventil 2 mit vier Anschlüssen, den Innen-Wärmeaustauscher 3, das Umgehungsventil 5 mit zwei Anschlüssen, den Außen- Wärmeaustauscher 6, das Ventil 7 mit drei Anschlüssen und die Wärmeabsorption-Wärmeaustauscher 9, bevor es zum Kompressor 1 zurückkehrt. Da selbst bei geringer Außentemperatur ein Kühlmittel hoher Temperatur in den Kompressor 1 eingesaugt wird, ist der Wirkungsgrad des Kompressors gut, und es kann Schnellheizfähigkeit auf hohem Niveau erzielt werden. Bei diesem Kreislauf wird dem Wärmespeichermaterial 11 Wärme entzogen, so daß es fest wird. Darüber hinaus bildet sich eine Strömung entgegengesetzt zur Strömung des Kühlmittels, da die Temperatur des Wärmespeichermaterials 11 auf der Seite des Wärmeabsorption-Kühlmittelauslasses 9b geringfügig höher ist als diejenige auf der Seite des Wärmeabsorption-Kühlmitteleinlasses 9a.
Wie erläutert, hat die Klimaanlage des ersten Ausführungsbeispiels eine solche Anordnung, daß der Kompressor 1, das Umsteuerventil 2 mit vier Anschlüssen, der während des Heizvorgangs als Kondensator dienende Innen-Wärmeaustauscher 3, die Druckreduziervorrichtung 4 und der während des Heizvorgangs als Verdampfer arbeitende Außen-Wärmeaustauscher 6 einen Kühlmittelkreislauf bilden, daß der Wärmespeicher- Wärmeaustauscher 8, der den ersten Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8c und den zweiten Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8d umfaßt, und bei dem das Wärmeaustauschvermögen am Wärmespeicher-Kühlmitteleinlaß 8a kleiner als am Wärmespeicher- Kühlmittelauslaß 8b ist, im unteren Teil des Wärmespeicherbehälters 10, in den das Wärmespeichermaterial eingefüllt ist, angeordnet ist, und daß die Wärmeabsorption-Wärmeaustauscher 9 im oberen Teil des Wärmespeicherbehälters 10 angeordnet sind, um die Strömungsrichtung des Kühlmittels im Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8 umzukehren.
Die Anordnung des ersten Ausführungsbeispiels, bei der der erste Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8c und der zweite Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8d, die im unteren Teil des Wärmespeicherbehälters 10 angeordnet sind, so ausgebildet sind, daß der erste Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8c hinsichtlich des Wärmeaustauschvermögens kleiner als der zweite Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8d ist, kann den Zustand vermeiden, daß das gasförmige Kühlmittel hoher Temperatur und hohen Drucks das Wärmespeichermaterial 11 auf der Seite des Wärmespeicher-Kühlmitteleinlasses 8a des Wärmespeicher-Wärmeaustauschers 8 stark aufheizt. Diese Anordnung ermöglicht es, daß auch das Wärmespeichermaterial auf der Seite des Wärmespeicher-Kühlmittelauslasses 8h in ausreichender Weise aufgeheizt wird. Im Ergebnis können das Wärmespeichermaterial 11 in der Nähe des Wärmespeicher-Kühlmitteleinlasses 8a und das Wärmespeichermaterial 11 in der Nähe des Wärmespeicher-Kühlmittelauslasses 8b auf dieselbe Weise geschmolzen werden. Das Wärmespeichermaterial 11 kann ohne Verlust in seiner Gesamtheit aufgeschmolzen werden, wodurch das Enteisungsvermögen, das Heizvermögen während des Enteisens und das Schnellheizvermögen verbessert werden.
Nachfolgend wird ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 beschrieben.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Darstellung des Aussehens des Wärmespeicher- und Wärmeabsorption-Wärmeaustauschers bei der Klimaanlage gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. In Fig. 3 ist ein Diagramm dargestellt, das den Fluß des Kühl mittels im Wärmespeicher- und Wärmeabsorption-Wärmeaustauscher von Fig. 2 zeigt.
In den Fig. 2 und 3 bezeichnet die Bezugszahl 21 den Wärmespeicher- und Wärmeabsorption-Wärmeaustauscher, der gemäß dem Typ einer Platte mit Rippen aufweist und der aus einem ersten Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8c, einem zweiten Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8d und einem Wärmeabsorption- Wärmeaustauscher 9 als eine Einheit gebildet wird. Der erste Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8c und der zweite Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8d sind in der unteren Stufe im Wärmespeicher- und Wärmeabsorption-Wärmeaustauscher 21 so angeordnet, daß sie miteinander in Reihe geschaltet sind, so daß der erste Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8c auf der Seite eines Wärmespeicher-Kühlmitteleinlasses 8a angeordnet ist und der zweite Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8d auf der Seite eines Wärmespeicher-Kühlmittelauslasses 8b angeordnet ist. Im Wärmespeicher-Wärmeabsorption-Wärmeaustauscher 21 existiert eine Gegenströmungsbeziehung zwischen der Kühlmittelströmung vom ersten Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8c zum zweiten Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8d sowie derjenigen im Wärmeabsorption-Wärmeaustauscher 9. Der erste Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8c ist so ausgebildet, daß er kleineres Wärmeaustauschvermögen als der zweite Wärmespeicher- Wärmeaustauscher 8d aufweist, was durch Herausziehen einer geeigneten Anzahl von Rohren 22 aus ihm heraus erfolgt (wie in Fig. 3 durch X angezeigt).
Die Klimaanlage des zweiten Ausführungsbeispiels kann ähnliche Vorteile wie das erste Ausführungsbeispiel bieten, da der erste Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8c, der zusammen mit dem zweiten Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8d den Wärmespeicher- und Wärmeabsorption-Wärmeaustauscher 21 bildet, hinsichtlich des Wärmeaustauschvermögens kleiner als der zweite Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8d ist. Insbesondere hat das zweite Ausführungsbeispiel eine solche Anordnung, daß der Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8 und der Wärmeabsorption-Wärmeaustauscher 9 einen Wärmeaustauscher vom Typ einer Platte mit Rippen in Form einer Einheit bilden und daß der erste Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8c so ausgebildet ist, daß er durch Einstellen der Anzahl der Rohre 22 ein kleineres Wärmeaustauschvermögen aufweist als der zweite Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8d. Durch diese Anordnung können ein Ausgleich beim Aufschmelzen des Wärmespeichermaterials 11 in der Nähe des Wärmespeicher-Kühlmitteleinlasses 8a und in der Nähe des Wärmespeicher-Kühlmittelauslasses 8b sowie ein Ausgleich zwischen Wärmespeicherung und Wärmeabsorption mit einfacher Struktur und wirtschaftlichen Kosten erzielt werden.
Obwohl der erste Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8c und der zweite Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8d unterschiedliches Wärmeaustauschvermögen dadurch erhalten, daß beim Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8 des ersten und des zweiten Ausführungsbeispiels verschiedene Anzahlen von Rippen oder Rohren vorliegen, ist die Ausübung der Erfindung nicht auf diesen Fall beschränkt. Andere Vorgehensweisen wie die Verwendung von Rippen oder Rohren 22 aus verschiedenen Materialien, die Verwendung von Rippen mit verschiedenen Größen und die Verwendung von Rohren mit verschiedenen Durchmessern oder dergleichen können verwendet werden.
Obwohl der Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8 des ersten und des zweiten Ausführungsbeispiels durch zwei Arten von Wärmeaustauschern gebildet wird, d. h. durch den ersten Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8c und den zweiten Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8d, kann der Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8 in drei oder mehr Arten von Wärmeaustauschern unterteilt sein. Der Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 8 kann eine solche Struktur aufweisen, daß die Anzahl von Rippen der Reihe nach geändert wird, um das Wärmeaustauschvermögen der Reihe nach zu ändern. Kurz gesagt, reicht es aus, daß das Wärmeaustauschvermögen vom Wärmespeicher-Kühlmitteleinlaß 8a zum Wärmespeicher-Kühlmittelauslaß 8b größer wird und daß auch das Wärmespeichermaterial 11 in der Nähe des Wärmespeicher- Kühlmittelauslasses 8b gleichmäßig aufgeschmolzen werden kann.
Obwohl beim Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 9 des ersten und des zweiten Ausführungsbeispiels zwei obere und untere auseinander laufende Rohre einander im mittleren Teil kreuzen, ist die Ausübung der Erfindung nicht auf diesen Fall beschränkt. Der Wärmespeicher-Wärmeaustauscher 9 kann unter Verwendung eines einzelnen Rohrs aufgebaut werden. Die Rohre müssen sich nicht überkreuzen. Es ist bevorzugt, daß die Rohre einander kreuzen, um die Temperaturverteilung im Wärmespeichermaterial 11 in den Richtungen nach oben und unten einander gleich zu machen, da Schwankungen in der Temperaturverteilung wegen Konvektion bestehen.

Claims

1. Klimaanlage mit:

- einem Kühlmittelkreislauf mit einem Kompressor (1), einem Umsteuerventil (2), einem Kondensator (3), einer Druckreduziervorrichtung (4) und einem Verdampfer (6);

- einem Wärmespeicher-Wärmeaustauscher (8), der im unteren Teil eines Wärmespeicherbehälters (10) angeordnet ist, in den ein Wärmespeichermaterial (11) eingefüllt ist, wobei der Wärmespeicher-Wärmeaustauscher (8) eine Kühlmittel-Einlaßseite (8a) und eine Kühlmittel-Auslaßseite (8b) aufweist; und

- einem Wärmeabsorption-Wärmeaustauscher (9), der über dem Wärmespeicher-Wärmeaustauscher (8) liegt und im oberen Teil des Wärmespeicherbehälters (10) angeordnet ist;

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Kühlmittel-Einlaßseite (8a) des Wärmespeicher-Wärmeaustauschers (8) einen ersten Wärmespeicher-Wärmeaustauscher mit ersten Wärmeaustauschvermögen aufweist, und die Kühlmittel-Auslaßseite (8b) des Wärmespeicher-Wärmeaustauschers (8) einen zweiten Wärmespeicher-Wärmeaustauscher mit zweitem Wärmeaustauschvermögen außweist, wobei das erste Wärmeaustauschvermögen des ersten Wärmespeicher-Wärmeaustauschers kleiner als das zweite Wärmeaustauschvermögen des zweiten Wärmespeicher-Wärmeaustauschers ist; und

- der Wärmeabsorption-Wärmeaustauscher (9) so ausgebildet ist, daß er für eine Gegenströmung in bezug auf die Strömungsrichtung des Kühlmittels im Wärmespeicher-Wärmeaustauscher (8) sorgt;

- so daß:

-- der Wärmespeicher-Wärmeaustauscher (8) das Wärmespeichermaterial (11) in der Nähe der Kühlmittel-Einlaßseite (8a) des Wärmespeicher-Wärmeaustauschers (8) und in der Nähe der Kühlmittel-Auslaßseite (8h) des Wärmespeicher-Wärmeaustauschers (8) im wesentlichen gleich aufschmilzt; und

-- die Temperatur des Wärmespeichermaterials (11) am Auslaß des Wärmeabsorption-Wärmeaustauschers geringfügig höher als die Temperatur des Wärmespeichermaterials am Einlaß des Wärmeabsorption-Wärmeaustauschers ist.

2. Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Wärmespeicher-Wärmeaustauscher (8c) in Reihe mit dem zweiten Wärmespeicher-Wärmeaustauscher (8d) geschaltet ist.

3. Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Wärmespeicher-Wärmeaustauscher (8c) über eine kleinere Anzahl von Rippen als der zweite Wärmespeicher- Wärmeaustauscher (8d) verfügt.

4. Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeabsorption-Wärmeaustauscher mindestens zwei Wärmeabsorption-Wärmeaustauscher aufweist, die an einem Wärmeabsorption-Kühlmitteleinlaß (9a) und einem Wärmeabsorption-Kühlmittelauslaß (9h) nach oben und nach unten hin voneinander weg laufen und die einander in einem mittleren Bereich schneiden.

5. Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher-Wärmeaustauscher (8c, 8d) und der Wärmeabsorption-Wärmeaustauscher (9) als eine Einheit (21) kombiniert sind.

6. Klimaanlage nach Anspruch 1, bei der der erste Wärmespeicher-Wärmeaustauscher (8c) so ausgebildet ist, daß er dadurch kleines Wärmeaustauschvermögen aufweist, daß eine gewünschte Anzahl von Rohren (22) herausgezogen ist.