DE69733009T2

DE69733009T2 - Energiemanagementsystem zum Übersachen und Verteilen von thermischer Energie mit Wärmetauschern

Info

Publication number: DE69733009T2
Application number: DE69733009T
Authority: DE
Inventors: Peter Savtchenko
Original assignee: Symutech Pty Ltd
Current assignee: Symutech Pty Ltd
Priority date: 1996-02-23
Filing date: 1997-02-24
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2017-02-25
Also published as: AUPN828096A0; EP0882202B1; EP0882202A1; HK1016682A1; WO1997031230A1; ATE293234T1; JP3667767B2; DE69733009D1; EP0882202A4; JP2000504821A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Energiemanagementsystem und insbesondere ein System zum Überwachen und Verteilen von thermischer Energie zwischen mindestens drei Wärmetauschern (Heiz- und Kühlvorrichtungen).
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Energiemanagementsystem, welches zum Beispiel eingesetzt werden kann, um Luft zu kühlen während es gleichzeitig von den Luftkühlungsmitteln abgegebene Wärme verwendet, um zum Beispiel Wasser aufzuheizen, welches in einer häuslichen Heißwasserheizvorrichtung, einem Swimmingpool oder ähnlichem vorhanden ist. Wenn es erforderlich ist, kann überflüssige Energie in die Atmosphäre abgegeben werden.
Die heutige Gesellschaft ist daran gewöhnt, in einer thermisch gesteuerten Umgebung zu leben, das heißt, in einer Umgebung, welche "konditioniert" ist, indem sie entweder auf ein behagliches Niveau erwärmt oder gekühlt ist. Es wird nicht nur die Temperatur, Luftfeuchtigkeit, usw. der Luft gesteuert, sondern die heutige Gesellschaft fordert das sofortige Vorhandensein von heißem und kaltem Wasser „aus dem Hahn", dass Swimmingpools auf ein behagliches Niveau erwärmt sind, usw.. Zum Beispiel ist es in dem häuslichen Umfeld für Personen nicht ungewöhnlich, ein klimatisiertes Haus mit einem geheizten Pool, usw. zu fordern. Ferienanlagen haben immer anspruchsvollere Anforderungen nach beispielsweise klimatisierten Räumen, geheizten Swimmingpools, gekühlten Räumen zur Aufbewahrung von Nahrungsmitteln, Räumen mit hoher Temperatur, wie z.B. Saunas, usw..
Offensichtlich weisen alle diese individuellen Bestandteile von Räumlichkeiten zuhause, im Büro oder in einer Ferienanlage eine hohe Nachfrage nach Energie auf, was zu hohen Brennstoffpreisen führt. Mit den erhöhten Brennstoffkosten und Kosten für Elektrizität in der letzten Zeit sind solche Systeme folglich teurer und teurer zu betreiben gewesen.
Die Menschen fordern nicht nur solche gesteuerten Umgebungen, sondern sie fordern unterschiedliche Komfortniveaus zu unterschiedlichen Zeiten. Das heißt, dass zum Beispiel die Anforderungen im Winter und im Sommer unterschiedlich sind.
Die US-A-4,646,538 offenbart ein Wärmepumpensystem mit drei Wärmetauschern, zwei Expansionsventilen, einem Verdichter und einer steuerbaren Ventilanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es kann in einem Modus zum Heizen oder Kühlen eines Raums, im Modus zum Kühlen eines Raums und Erwärmen von Wasser und in einem Modus, in welchem nur Wasser erwärmt wird, betrieben werden. Somit wird entweder Wärme nach oder von Außen abgegeben oder verschwendet oder kann verwendet werden, um Wasser zu heizen.
Andere Systeme sind in der US-4,299,098 und der US-A-4,856,578, welche Wege eines Ableitens eines Kühlmittels von ungenutzten Verdichtern umfassen, und in der WO-A-90/02300 und der US-A-5,243,825 offenbart, welche auch ein Abtauen erwähnt.
Erfindungsgemäß wird eine Wärmeübertragungsanordnung bereitgestellt, welche umfasst:
einen ersten, einen zweiten und einen dritten Wärmetauscher;
einen Verdichter, um ein verdichtetes Kältemittel für eine selektive Zufuhr zu den Wärmetauschern bereitzustellen;
ein Expansionsventil sowohl für den ersten als auch für den zweiten Wärmetauscher, um selektiv ein sich ausdehnendes Kältemittel dazu zuzuführen;
eine Steuerventilanordnung, welche mit den Wärmetauschern, den Expansionsventilen und dem Verdichter zusammenwirkt, um eine Zirkulation des Kältemittels derart zu koordinieren, dass verdichtetes Kältemittel zu dem dritten Wärmetauscher zugeführt werden kann und sich ausdehnendes Kältemittel zu dem ersten oder zweiten Wärmetauscher zugeführt wird, oder verdichtetes Kältemittel zu dem ersten oder dritten Wärmetauscher zugeführt wird und sich ausdehnendes Kältemittel zu dem zweiten Wärmetauscher zugeführt wird, oder verdichtetes Kältemittel zu dem zweiten Wärmetauscher und sich ausdehnendes Kältemittel zu dem ersten Wärmetauscher zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerventilanordnung darüber hinaus mit den Wärmetauschern, Expansionsventilen und dem Verdichter derart zusammenwirkt, dass sich ausdehnendes Kältemittel zu dem dritten Wärmetauscher zugeführt wird und verdichtetes Kältemittel zu dem ersten oder zweiten Wärmetauscher zugeführt wird, und dass die Ventilanordnung auch ausgestaltet ist, um ein Kältemittel von dem ersten, zweiten oder dritten Wärmetauscher, wenn er nicht im Betrieb ist, zu dem Verdichter abzuleiten.
Es ist darüber hinaus hier eine solche Wärmeübertragungsanordnung offenbart, wobei die Ventilanordnung eine erste, eine zweite und eine dritte Ventilvorrichtung aufweist, wobei die erste Ventilvorrichtung den ersten Wärmetauscher mit dem Verdichter koppelt, um Kältemittel von dem Verdichter aufzunehmen oder Kältemittel zu dem Verdichter zuzuführen, und die zweite Ventilvorrichtung mit dem Verdichter derart verbindet, dass verdichtetes Kältemittel dazu zugeführt wird, wobei die zweite Ventilvorrichrang mit dem dritten Wärmetauscher verbunden ist, um verdichtetes Kältemittel dazu zuzuführen oder Kältemittel von dort abzuleiten, um es dem Verdichter zuzuführen, und um verdichtetes Kältemittel zu dem zweiten Wärmetauscher zuzuführen oder Kältemittel von dort abzuleiten, um es dem Verdichter zuzuführen, wobei die dritte Ventilvorrichtung über das dort zugeordnete Expansionsventil mit dem ersten Wärmetauscher verbunden ist, um Kältemittel von dem ersten Wärmetauscher fernzuhalten oder von ihm aufzunehmen oder ihm Kältemittel zuzuführen, wobei die dritte Ventilvorrichtung auch über das dort zugeordnete Expansionsventil mit dem zweiten Wärmetauscher verbunden ist, um Kältemittel von dem zweiten Wärmetauscher fernzuhalten oder ihm zuzuführen oder Kältemittel von dem zweiten Wärmetauscher aufzunehmen, wobei die dritte Ventilvorrichtung darüber hinaus mit dem dritten Wärmetauscher gekoppelt ist, um den dritten Wärmetauscher zu isolieren oder Kältemittel davon aufzunehmen oder Kältemittel dazu zuzuführen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine bevorzugte erfindungsgemäße Ausgestaltung wird nun durch ein Beispiel mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei gilt:
1 stellt eine erste Ausführungsform des Energiemanagementsystems gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung in schematischer Form dar;
2 stellt eine zweite Ausführungsform des Systems dar;
3 stellt eine dritte Ausführungsform des Systems dar;
4 stellt eine vierte Ausführungsform des Systems dar;
5A bis D stellen ein Dreiwegeventil dar;
6A und B stellen eine zweite Ausführungsform des Ventils dar;
7A bis E stellen eine dritte Ausführungsform des Ventils dar; und
8A bis D stellen eine vierte Ausführungsform des Ventils dar.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
1 bis 4 stellen in der Art eines Flussdiagramms die Bereitstellung von verschiedenen Komponenten dar, welche eingesetzt werden können, um gleichzeitig thermische Kühlmittel, wie z.B, eine Klimaanlageneinheit, und thermische Wärmemittel, wie z.B. eine Heizvorrichtung für einen Swimmingpool, bereitzustellen.
In 1 ist eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiemanagementsystems (der Wärmeübertragungsanordnung) dargestellt. Diese Ausführungsform ist für häusliche Situationen, gewerbliche Räumlichkeiten, wie z.B. Ferienanlagen, Hotels, Motels, Altersheime und Ähnliches, gut geeignet. Die Ausführungsform ist insbesondere geeignet, wenn sowohl ein Pool geheizt als auch ein Klimatisieren von Luft erforderlich sind. Dieses System kann natürlich auch für andere ähnliche Anwendungen eingesetzt werden, wie z.B. einen bestimmten Heißwassererzeuger zur Rückgewinnung von Energie von handelsüblichen Wäschetrocknern und/oder Klimaanlagen oder zur Wärmerückgewinnung bei einem Kühlen eines Wäschereiraumes, was zu einem Speicher von bewegbarem heißen Wasser zurückgeführt wird. Das System beschreibt im Folgenden die Ausführungsform einer Heizvorrichtung für einen Pool und eine Klimaanlage als das Energiemanagementsystem zur Wärmerückgewinnung.
Es ist klar, dass dieses System insbesondere zur Klimatisierung und zum Heizen eines Gewächshauses durch Wasserheizrohre in dem Glashaus, zur Wärmerückgewinnung von Wäschetrocknern einer Wäscherei für eine Zufuhr von bewegbarem heißen Wasser, zur Wärmerückgewinnung bei einer Wäscherei, um eine Kühlung zu bewirken, wobei die Energie einem Speicher von bewegbarem heißen Wasser bereitgestellt wird, zur Klimatisierung bei einer konkreten Heißwasserschaltung zum Heizen von Platten bzw. Fliesen, zum Klimatisieren einer mehrgeschossigen Kühlturmwasserkreislauf, zum Ableiten oder Sammeln von Energie und gleichzeitigem Heizen und Kühlen bei einem mehrgeschossigen Bürogebäudes, zum Kühlen auf der Sonnenseite des Gebäudes und Heizen der schattigen Seite der Struktur, oder zum Klimatisieren von Doppel-Fan-Coils unter Verwendung eines Wasserkühlturns nützlich ist.
In 1 ist der Außen-Fan-Coil durch ein Bezugszeichen 11 bezeichnet. Die Außenschlange 11 kann einen Propeller oder ein Gebläse eines Zentrifugaltyps umfassen, um Luft, welche durch eine rohrartige Vorrichtung mit Aluminium erweiterten Rippen passiert, zu bewegen. Solch eine Schlange ist allgemein als Kondensatorschlange (wenn sie für Heizzwecke eingesetzt wird) bekannt und wird zur Abgabe von thermischer Energie von einem hochgradig überhitzten Durchflusskühlmittelgas von dem Verdichter während der Sommermonate verwendet. Die Schlange 11 wird auch als ein Verdampfer (wenn sie für Kühlzwecke eingesetzt wird) für das Sammeln von Energie aus der Umgebung während der Wintermonate eingesetzt.
Der Innen-Fan-Coil-Verdampfer, welcher mit 12 bezeichnet ist, weist ein Zentrifugalschneckengebläse auf, welches im Allgemeinen in der Industrie für die Zirkulation von Luft durch eine rohrartige Schlange mit Aluminium erweiterten Rippen eingesetzt wird. Die Schlange 12 wird im Sommer zum Kühlen eingesetzt, wobei Energie durch das Kühlmittel gesammelt wird, wenn es durch diese Wicklungen mit einer viel tieferen Temperatur als derjenigen der Luft verläuft, wobei das Kühlmittel folglich verdampft, d.h. sich von einer Flüssigkeit in ein Gas wandelt, um dadurch Wärmeenergie zu absorbieren. Diese Komponente 12 wird auch als ein Kondensator eingesetzt, um Wärmeenergie abzuführen, um den inneren Wohnraum während des Winters durch erwärmte Luft zu heizen.
Der von einem Poolwasser gekühlte Wärmetauscher wird durch 13 gekennzeichnet. Der Poolwärmetauscher ist hauptsächlich ein Kondensator, wobei hochgradig überhitztes abgeführtes Gas gekühlt wird, wobei es seine thermische Energie an das Poolwasser abgibt. Er wird auch als ein Verdampfer eingesetzt, um Energie aus dem Wasser aufzunehmen.
Die thermostatischen Expansionsventile (TX-Ventile) sind mit 14 und 15 bezeichnet. Ihre primäre Funktion ist, das Kühlmittel von einem flüssigen in einen dampfförmigen Gaszustand aufgrund eines Druckabfalls, welcher erzeugt wird, um eine Verdampfung auftreten zu lassen, auszudehnen. Die thermostatischen Expansionsventile 14 und 15 regulieren die Menge des Kühlmittels in den Verdampfer für die effiziente Aufnahme von Energie. Sie können Wärmetauscher vom Lufttyp oder vom Wassertyp sein und können optional belüftet werden oder ähnliches.
Das mit 16 gekennzeichnete Ventil ist eine Spezialkomponente, welche entworfen und gebaut ist, um Betriebsfunktionen für mehrere Richtungen von zwei Strömen bereitzustellen. Wenn die Anschlüsse A und C offen sind, ist der Anschluss B geschlossen. Wenn die Anschlüsse A und B offen sind, ist der Anschluss C geschlossen, und wenn die Anschlüsse B und C offen sind, ist der Anschluss A geschlossen. Der Betrieb des Ventils 16 wird im Folgenden mit Bezug auf 5 bis 8 besser beschrieben.
Mit diesen Anschlussausgestaltungen ist es möglich, das Kühlmittel zu verschiedenen Wärmetauschern umzuleiten, wenn es erforderlich ist, um entweder Energie abzuleiten oder aufzunehmen.
Der mit 17 bezeichnete Verdichter ist vorhanden, um einen Kühlungseffekt zu erzeugen. Wenn der Kühlmitteldampf in den Niederdruckansauganschluss des Verdichters eindringt, wird er mittels eines kolbenartigen oder eines sich drehenden, turbinenartigen oder flügelartigen Verdichters komprimiert, wodurch sein Volumen verringert wird. Die Funktion davon ist, die Temperatur des Kühlmittelgases zu erhöhen. Wenn eine Abkühlung auftritt, verliert das hochgradig überhitzte abgelassene Gas in dem Wärmetauscher seine thermische Energie, kondensiert zu einer Flüssigkeit zurück, wobei es dann wieder verwendet werden kann.
Die Kühlmittelumleitungsventile 18 und 19 weisen jedes vier Anschlüsse auf. Ihre Funktion ist, den Kühlmittelstrom zu verändern.
Die Kühlmittelumleitungsventile 18 und 19 bei diesem Systementwurf werden verwendet, um das Kühlmittel von einem Wärmetauscher zu einem anderen Wärmetauscher umzuleiten und werden verwendet, um das Kühlmittel abzubauen und ihm zu ermöglichen, durch den Verdichtersog wieder gewonnen zu werden, um in einem anderen Teil des Systems bei Bedarf eingesetzt zu werden. Die Ableitungsrichtung verändert sich auch, wobei ein neuer Pfad für die Energie bereitgestellt wird, welche in dem hochgradig überhitzten abgeleiteten Gasdampf mitgenommen wird. Indem das Ventil elektrisch eingestellt wird, kann die Position des U-förmigen Bügels von einem nicht eingeschalteten Zustand zu einem eingeschalteten Zustand verändert werden. In dem nicht eingeschalteten Zustand verläuft der Strömungspfad zwischen den Anschlüssen D und a und den Anschlüssen c und b. In dem eingeschalteten Zustand verläuft der Strömungspfad zwischen den Anschlüssen D und b und den Anschlüssen a und c. Der eingeschaltete Zustand ist durch ununterbrochene gebogene Linien dargestellt, während der nicht eingeschaltete Zustand durch unterbrochene gebogene Linien dargestellt ist.
Das in 1 beschriebene Gesamtsystem arbeitet wie folgt.
Wenn sich das Kühlmittelumleitungsventil 19 für einen Sommerbetriebszugzyklus in einem nicht eingeschalteten Zustand befindet, ist der Innen-Fan-Coil 12 über die Anschlüsse c und b mit dem Niederdruckeinlass des Verdichters 17 verbunden, wobei sich das unter hohem Druck stehende Durchflussgas von dem Verdichter 17 von dem Anschluss D zu dem Anschluss a bewegt. Das unter hohem Druck stehende Gas dringt über den Anschluss D in das Umleitungsventil 18 ein, welches nicht eingeschaltet ist, und verlässt es über den Anschluss a. Dann dringt es in den Wasser gekühlten Rohr-in-Rohr-Wärmetauscher 13 ein. Der hochgradig überhitzte unter hohem Druck stehende Durchflussgasdampf gibt seine thermische Energie an das Wasserreservoir ab, wobei er sich in ein flüssiges Kühlmittel zurück wandelt. Dann bewegt er sich durch das Ventil 16, wobei er in den Anschluss B strömt. Wenn ein Kühlen innerhalb des Hauses erforderlich ist, wird der Innen-Fan-Coil eingesetzt, wenn die Anschlüsse B und A offen sind und wenn der Anschluss C geschlossen ist. Das Kühlmittel strömt dann in das TX-Ventil 14 und die Verdampfung des Kühlmittels beginnt in dem Innen-Fan-Coil-Wärmetauscher. Wenn die Innentemperatur zufrieden stellend ist, schaltet das System gesteuert durch den inneren Thermostat den Zyklus ab und an. Der Pool wird auch durch die Verwendung eines Thermostats gesteuert und wenn der gewünschte Temperaturschaltpunkt erreicht wird und eine Kühlung noch erforderlich ist, signalisiert das Poolthermostat, dass das Ventil 16 eingeschaltet werden soll, um die Anschlüsse A und C zu öffnen und den Anschluss B zu schließen. Gleichzeitig wird das Umleitungsventil 18 eingeschaltet, um das Kühlmittel in dem Poolwasserwärmetauscher, welches darin kondensiert ist, abzubauen. Dieses Kühlmittel strömt dann durch die Anschlüsse a und c des Umleitungsventils 18 zurück, wobei es zu dem Verdichtereinlass zurückkehrt, welcher hier als der Einlassanschluss bezeichnet wird. Da das Umleitungsventil 18 eingeschaltet worden ist, strömt der Durchfluss nun von dem Anschluss D zu dem Anschluss b, um in den mit Rippen versehene Aluminium-Außen-Fan-Coil 11 des Wärmetauschers zu strömen und die thermische Energie des Durchflusses zu der äußeren Umgebung abzuleiten, wobei der hochgradig überhitzte Kühlmitteldampf verwendet wird.
Bei einem Winterbetriebszyklus ist typischerweise ein Heizen des Hauses und eines Pools erforderlich. Die primäre Anforderung ist das Heizen des Hauses, jedoch ist diese Anforderung im Vergleich zu der Energie, welche erforderlich ist, um einen Swimmingpool bei 28°C zu halten, relativ klein. Die elektronische Betriebseinrichtung sollte daher derart programmiert sein, dass sie das Heizen des Hauses mit Priorität betreibt und die Umgebungsfaktoren bei der besten Tageszeit verwendet, um die Heizanforderungen des Pools zu gewährleisten. In den meisten Fällen ist ein Heizen des Hauses während des Tages nicht oft erforderlich, da die meisten Leute arbeiten. Die Heizbelastung durch den Pool wird durch die richtige Auswahl einer Vorrichtung erfüllt, welche derart ausgelegt ist, dass sie die höchsten Wärmeverluste des Pools während der verfügbaren Betriebszeit bei Tageslicht verursacht. Jedoch sind die Anforderungen für das Heizen des Hauses am Wochenende und an Feiertagen zuerst zu erfüllen. Die elektronische Betriebseinrichtung ist derart programmiert, dass die Heizanforderungen für das Haus zuerst bedient werden, und wenn diese einmal erfüllt sind, dann zu dem Heizen des Pools, wenn es erforderlich ist, zurückgekehrt wird.
Bei dem für das Haus erforderlichen Heizen wird das Umleitungsventil 19 eingeschaltet, so dass das unter hohem Druck stehende Durchflussgas von dem Anschluss D zu dem Anschluss b strömt, wobei es sich zu dem Innen-Fan-Coil-Wärmetauscher 12 bewegt, um für ein Aufheizen der Luft zu sorgen. Der hochgradig überhitzte Kühlmittelgasdampf gibt seine thermische Energie an die Luft ab, so dass er dadurch wieder zu einer Flüssigkeit kondensiert. Nachdem er sich durch die TX-Ventilexpansionsvorrichtung 14 bewegt hat, strömt er zu dem Ventil 16, welches auch eingeschaltet worden ist, um die Anschlüsse A und C zu öffnen und den Anschluss B zu schließen. Wenn das Kühlmittel durch diese Anschlusskonfiguration verläuft, strömt es zu dem Außen-Fan-Coil-Wärmetauscher 11, wobei es sich ausdehnt und Energie von der äußeren Umgebungsluft aufnimmt und sich das Kühlmittel wieder in einen Dampf wandelt und über die Anschlüsse c und b des Umleitungsventils 18 (welches nicht eingeschaltet ist) zu dem Einlassanschluss des Verdichters 17 zu dem Verdichter 17 zurückkehrt, um einmal mehr den Kühlungstechnikzyklus zu wiederholen. Wenn das Heizen des Hauses erfüllt und das Heizen des Pools noch erforderlich ist, wird das Umleitungsventil 19 abgeschaltet, so dass sich das Durchflussgas von dem Anschluss D zu dem Anschluss a bewegt und zu dem Umleitungsventil 18 (welches sich in einem nicht eingeschalteten Zustand befindet) strömt. Das Durchflussgas strömt in den Anschluss D und tritt aus dem Anschluss a heraus, um zu dem Poolwasserwärmetauscher 13 zu strömen, wobei der hochgradig überhitzte Kühlmittelgasdampf seine thermische Energie an das Poolwasser abgibt. Gleichzeitig wird das Ventil 16 eingeschaltet, um die Anschlüsse B und C zu öffnen und den Anschluss A zu schließen. Das kondensierte flüssige Kühlmittel bewegt sich dann durch das TX-Ventil 15, wobei das Kühlmittel in dem Außen-Fan-Coil-Wärmetauscher 11 verdampft, um Energie von der äußeren Umgebungsluft aufzunehmen. Das Kühlmittel dehnt sich aus, nimmt Energie auf, wandelt sich in einen Dampf und kehrt über das Umleitungsventil 18 durch die Anschlüsse c und b zu dem Einlassanschluss des Verdichters 17 zurück. Damit ist der Kühlungstechnikzyklus abgeschlossen.
Ein Winterentfrostungsbetriebszyklus tritt mit der Ansammlung von Frost auf dem Außen-Fan-Coil-Wärmetauscher 11 auf, wenn die Kühlmitteltemperatur während des Winters in den meisten Fällen niedriger als 0°C ist. Es ist dann erforderlich, für einen Entfrostungszyklus zu sorgen, um einen übermäßigen Aufbau von Eis zu verhindern, welcher die Effizienz des mit Rippen versehenen erweiterten Aluminiumrohrwärmetauschers des Lufttyps verringert. Die elektronische Betriebseinrichtung wird derart programmiert, dass der Entfrostungszyklus auftritt, wann immer er erforderlich ist, um die optimale Betriebseffizienz aufrecht zu erhalten. Er besitzt Priorität über allen funktionalen Anforderungen, um einen effizienten Betrieb aufrecht zu erhalten. Der Entfrostungszyklus weist einen Thermostat auf, welcher die Temperatur der Außen-Fan-Coil erfasst, und wird bei –10°C gestartet und bei +10°C zurückgesetzt, wenn die Entfrostung abgeschlossen ist. Der Entfrostungsbetriebszyklus arbeitet wie folgt. Wenn das Umleitungsventil 19 abgeschaltet ist, strömt das Durchflussgas von dem Anschluss D zu dem Anschluss a. Nachdem es den Anschluss a verlassen hat, strömt es zu dem Anschluss D des Umleitungsventils 18 und verlässt den Anschluss b, um zu dem Außen-Fan-Coil 11 zu strömen. Wenn der hochgradig überhitzte Durchflussgasdampf zu dem Außen-Fan-Coil-Wärmetauscher 11 strömt, wird der Eisaufbau abgetaut. Wenn das Thermostat +10°C erreicht, bedient das System die funktionalen Anforderungen, wie es in der elektronischen Betriebseinrichtung programmiert ist. Der hochgradig überhitzte Durchflussgasdampf gibt daher seine thermische Energie ab, um das Eis abzutauen und wandelt sich daher in ein flüssiges Kühlmittel. Er fließt nun zu der TX-Expansionsvorrichtung 15 und bewegt sich zu dem Ventil 16, welches eingeschaltet worden ist, so dass die Anschlüsse C und B offen sind und der Anschluss A geschlossen ist. Das sich ausdehnende Kühlmittel nimmt die thermische Energie von dem Poolwasser, welches 28°C beträgt, auf. Wenn es sich wieder in einen Dampf, welcher die thermische Energie aufnimmt, wandelt, kehrt es über das Umleitungsventil 18 (welches eingeschaltet ist) durch die Anschlüsse a und c zurück und strömt zu dem Zuflussanschluss des Verdichters 17, um den Entfrostungszyklus abzuschließen.
In 2 ist eine Änderung des in 1 dargestellten Systems dargestellt, welche eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform ist. In 2 ist nur ein Wärmetauscher des Lufttyps eingesetzt, wohingegen zwei Wärmetauscher vom Rohr-in-Rohr-Typ verwendet werden.
Die Ausführungsform der 2 ist für eine gewerbliche Wäscherei, ein Hotel, ein Motel oder eine Einrichtung eines Altenheims bzw. Hospitals gut geeignet, wobei heißes Wasser fortlaufend zum Waschen usw. benötigt wird. Eine Arbeitsumgebung einer gewerblichen Wäscherei ist sehr heiß und feucht, was zu einer unterdurchschnittlichen Leistung der Beschäftigten, welche unter diesen Bedingungen arbeiten, führt. Dieser Systementwurf berücksichtigt diese Parameter, um die Härte dieser Zustände zu lindern und gleichzeitig für eine Energierückgewinnung und ein Kühlen eines Raums zu sorgen. Wenn die gewerbliche Wäscherei reichliche Mengen an Wasser benötigt, sind die Kosten eines Aufheizens des Wassers und dann nach dem Gebrauch eines Ableitens in den Abfluss teuer. Mit dem Einsatz eines Speicherbehälters oder Tanks kann die Energie zurück gewonnen werden, bevor das Wasser als Abwasser weggeschüttet wird. Wenn das weggeschüttete heiße Wasser nicht sofort aufgesammelt wird, gibt es jedoch eine Zeitspanne, nach welcher eine Rückgewinnung nicht praktikabel ist. Während dieser Zeitspanne ist die Rückgewinnung einer Energie von einer Luftkühlung innerhalb des Arbeitsraumes möglich, bis eine ausreichende Menge von verbrauchtem heißem Wasser für einen Rückgewinnungszyklus nutzbar ist.
Beispiele von anderen Anwendungen für diesen Systemtyp umfassen: Klimatisieren, Heizen eines Pools und von bewegbarem heißen Wasser; Heizen von Platten und bewegbarem heißen Wasser für ein Gewächshaus und mittels Röhren netzartiges Heizen und Kühlen; Heizen eines Pools und Heizen eines Bads; Heizen von zwei getrennten Pools; und gleichzeitiges Kühlen und Heizen eines Tanks oder Behälters mittels thermischen Speicherns.
Details der Komponenten, welche in 2 dargestellt sind, sind wie folgt. Die Wärmerückgewinnungsschlange 21 arbeitet mit der Unterstützung einer Umlaufpumpe, um Wasser durch die Wärmetauscherschlange des Rohr-in-Rohr-Typs zu bewegen. Dieser Typ einer Schlange ist im Allgemeinen als eine Verdampferschlange bekannt und wird für die Rückgewinnung von thermischer Energie von gebrauchtem heißem Wasser in einem Vorratsbehälter oder ähnlichem eingesetzt.
Der Innen-Fan-Coil-Verdampfer 22 weist einen Zentrifugalschneckengebläse für die Zirkulation von Luft durch eine rohrartige Schlange mit Aluminium erweiterten Rippen auf, welche zur Energierückgewinnung bei einer Luftkühlung eingesetzt wird. Dabei wird Energie durch das Kühlmittel aufgenommen, wenn es durch diese Schlangen mit einer viel niedrigeren Temperatur als derjenigen der Luft passiert, wobei das Kühlmittel verdampft und sich von einer Flüssigkeit in ein Gas wandelt, wobei es Wärmeenergie absorbiert.
Der Heißwasserwärmetauscher 23 ist ein Wärmetauscherschlangenkondensator des Rohr-in-Rohr-Typs, wobei ein hochgradig überhitztes Durchflussgas gekühlt wird. Es gibt dann seine thermische Energie an das Wasser in dem Heißwasserspeichertank oder ähnlichem ab.
Die thermostatischen Expansionsventile (TX-Ventile) 24 und 25 sind hauptsächlich vorhanden, um das Kühlmittel von einem flüssigen Zustand in einen Dampfgaszustand auszudehnen, wobei ein Druckabfall erzeugt wird, damit eine Verdampfung auftreten kann. Die thermostatischen Expansionsventile 24 und 25 regulieren die Menge des Kühlmittels in dem Verdampfer 22 für eine effiziente Aufnahme von Energie.
Das Ventil 26 ist ein Spezialventil, welches entworfen und gebaut ist, um Betriebsfunktionen für zwei Strömungen mit mehreren Richtungen bereitzustellen. Wenn die Anschlüsse A und C offen sind, ist der Anschluss B geschlossen. Wenn die Anschlüsse A und B offen sind, ist der Anschluss C geschlossen, und wenn die Anschlüsse B und C offen sind, ist der Anschluss A geschlossen. Durch diese Anschlusskonfigurationen ist es möglich, das Kühlmittel zu verschiedenen Wärmetauschern umzuleiten, was erforderlich ist, um je nach Anforderung entweder Energie abzuleiten oder Energie aufzunehmen.
Der Verdichter 27 arbeitet, um den Kühlungseffekt zu erzeugen. Wenn das Kühlmittel in dem Einlassanschluss des Verdichters 27 angesaugt wird, wird es mittels eines kolbenartigen oder eines sich anderweitig drehenden, turbinenartigen oder flügelartigen Verdichters komprimiert, wodurch sein Volumen verringert wird. Indem dieser nun hochgradig überhitzte Durchflussdampf in dem Wärmetauscher gekühlt wird, verliert das Kühlmittel seine thermische Energie und wandelt sich in eine Flüssigkeit zurück, wodurch es wieder verwendet werden kann. Die Umleitungsventile 28 und 29 weisen jeweils vier Anschlüsse auf, welche betätigbar sind, um die Kühlmittelströmung zu verändern.
Das Umleitungsventil 28 und 29 wird bei diesem Systementwurf verwendet, um das Kühlmittel von einem Wärmetauscher zu dem anderen umzuleiten. Es wird auch verwendet, um das Kühlmittel abzubauen, damit es durch den Verdichter zurück gewonnen wird, damit es nach Bedarf in einem anderen Teil des Systems eingesetzt werden kann. Die Ableitungsrichtung wird auch verändert, wobei ein anderer Pfad für die Energie bereitgestellt wird, welche in dem hochgradig überhitzten Durchflussgasdampf mitgenommen wird. Indem das Ventil elektrisch eingestellt wird, kann die Position eines U-förmigen Bügels von einem nicht eingeschalteten Zustand in einen eingeschalteten Zustand verändert werden. Bei dem nicht eingeschalteten Zustand verläuft der Strömungspfad zwischen den Anschlüssen D und a und den Anschlüssen c und b. Folglich verläuft der Strömungspfad in dem eingeschalteten Zustand zwischen den Anschlüssen D und b und den Anschlüssen a und c. Der eingeschaltete Zustand ist durch ununterbrochene U-förmige gebogene Linien dargestellt, wohingegen der nicht eingeschaltete Zustand durch unterbrochene U-förmige gebogene Linien dargestellt ist.
Bei der vorab beschriebenen Ausführungsform weist die Wärmetauscheranordnung einen ersten Wärmetauscher 22, einen zweiten Wärmetauscher 21, einen dritten Wärmetauscher 23, Expansionsventile 24 und 25, einen Verdichter 27 und eine Steuerventilanordnung, welche Ventile 26, 28 und 29 umfasst, auf.
Das in 2 dargestellte System arbeitet wie folgt. Wenn eine Wärmerückgewinnung von heißem Wasser und einer Luftkühlung zum Erwärmen von bewegbarem Wasser durchgeführt wird, wenn das Umleitungsventil 29 sich in dem nicht eingeschalteten Zustand befindet, verwendet der Innen-Fan-Coil 22 einen Sog des Kühlmittels, damit es über die Anschlüsse b und c abgebaut wird und das Durchflussgas bewegt sich von dem Anschluss D zu dem Anschluss a. Nachdem es das Umleitungsventil 29 verlassen hat, strömt der Durchfluss durch den Anschluss D zu dem Umleitungsventil 28 (welches ebenfalls nicht eingeschaltet ist) und tritt aus dem Anschluss a aus. Es strömt dann zu dem Wasser gekühlten Rohr-in-Rohr-Heißwasserwärmetauscher 23. Der hochgradig überhitzte Durchflussgasdampf gibt seine thermische Energie an das Wasser ab, wobei es wieder zu einem flüssigen Kühlmittel kondensiert. Dann bewegt es sich durch das Ventil 26 und strömt zu dem Anschluss A. Bei einer Rückgewinnung einer Luftkühlung, welche innerhalb des Arbeitsbereiches nachgefragt wird, wird der Innen-Fan-Coil verwendet. Wenn die Anschlüsse A und B offen sind und der Anschluss C geschlossen ist, strömt das Kühlmittel dann zu dem TX-Ventil 24, wo eine Verdampfung des Kühlmittels in dem Innen-Fan-Coil-Wärmetauscher 22 beginnt. Bei einer Aufnahme von Energie von dem Arbeitsplatz verlässt der Kühlmitteldampf den Fan-Coil-Verdampfer 22 und strömt zu dem Anschluss b des Umleitungsventils 29, um dann aus dem Anschluss c auszutreten, um zu dem Einlassanschluss des Verdichters 27 zurückzukehren, um danach bei dem wiederholten Kühlungstechnikzyklus verwendet zu werden. Eine Wärmerückgewinnung der Luftkühlung wird fortgesetzt, bis der Wasserspeichertank oder Behälter vollständig für den nächsten Heißwasserrückgewinnungszyklus bereit ist oder bis die Temperatur des unverschmutzten frischen heißen Wassers ausreicht. Die Temperatur des heißen gebrauchten Wasser zur Rückgewinnung im Behälter wird unter Verwendung eines Thermostats kontrolliert, und wenn der angestrebte minimale Schaltpunkt für die Wassertemperatur erreicht wird, signalisiert der Thermostat der elektronischen Betriebseinrichtung, dass der Speicherbehälter oder Tank über einen Schwimmerschalter abzuleiten ist. Daher wird, solange der Speichertank oder Behälter gefüllt ist, der Schwimmerschalter betätigt, um mit der Rückgewinnung der Wasserenergie zu beginnen. Das Ventil 26 wird eingeschaltet, um die Anschlüsse A und C zu öffnen und den Anschluss B zu schließen, um zu dem Rückgewinnungszyklus des heißen gebrauchten Wassers zurückzukehren.
Ein Entfrostungsbetriebszyklus ist auch vorhanden, um die Möglichkeit zu verhindern, dass der Kühlschlangen-Rohr-in-Rohr-Wärmetauscher 21 zur Rückgewinnung des heißen gebrauchten Wassers einfriert und in seiner Leistung reduziert ist. Die Rückgewinnung von Energie von dem gebrauchten Wasser kann zu einer Ansammlung von Eis führen, welches sich in dem Rohr-in-Rohr-Wasserkühlanlagenverdampfer-Schlangenwärmetauscher für gebrauchtes Wasser aufbaut, da in den meisten Fällen eine Kühlmitteltemperatur in der Ansammlung unterhalb von 10°C vorherrschen kann. Es ist daher notwendig, für einen Entfrostungszyklus zu sorgen, um einen übermäßigen Aufbau von Eis zu verhindern, welches die Effizienz des Rohr-in-Rohr-Wasserkühlanlagenverdampfer-Wärmetauschers 21 verringern würde. Die elektronische Be triebseinrichtung kann derart programmiert werden, dass für diesen Enteisungszyklus gesorgt wird, wann immer es erforderlich ist, um die optimale Effizienz des Betriebes zu gewährleisten. Er hat Priorität über allen funktionalen Anforderungen, um einen effizienten Betrieb zu gewährleisten. Der Enteisungszyklus weist einen Thermostat auf, welcher die Temperatur des Rohr-in-Rohr-Wasserkühlanlagenverdampfer-Schlangenwärmetauschers 21 erfasst und bei 0°C beginnt und bei +10°C zurückgesetzt wird, wenn die Enteisung abgeschlossen ist. Wenn das Umleitungsventil 29 eingeschaltet ist, strömt das Durchflussgas von dem Anschluss D zu dem Anschluss a davon. Es strömt dann zu dem Anschluss D des Umleitungsventils 28 und verlässt Anschluss b, um zu dem Rohr-in-Rohr-Wasserkühlanlagenverdampfer-Schlangenwärmetauscher 21 zu strömen. Wenn der hochgradig überhitzte Durchflussgasdampf zu dem Rohr-in-Rohr-Wasserkühlanlagenverdampfer-Schlangenwärmetauscher 21 strömt, wird jegliches Eis, welches sich aufgebaut hat, abgetaut. Wenn der Thermostat +10°C erreicht, bedient das System danach die funktionalen Anforderungen, wie sie in der elektronischen Betriebseinrichtung programmiert sind. Der hochgradig überhitzte Durchflussgasdampf gibt daher seine thermische Energie ab, um das Eis abzutauen und um sich in ein flüssiges Kühlmittel zu wandeln. Er strömt dann zu der TX-Ventilexpansionsvorrichtung 25 und bewegt sich dann zu dem Ventil 26, welches eingeschaltet worden ist, so dass die Anschlüsse C und B offen sind und der Anschluss A geschlossen ist. Das sich ausdehnende Kühlmittel nimmt die thermische Energie von der Luft innerhalb des Arbeitsplatzes auf und wandelt sich zu einem Dampf und kehrt über die Anschlüsse b und c des Umleitungsventils 29 (welches nicht eingeschaltet ist) zu dem Verdichter zurück und strömt zu dem Einlassanschluss des Verdichters 27, um den Betriebszyklus abzuschließen.
In 3 ist eine andere Änderung des Systems der 1 und 2 dargestellt, welche die dritte erfindungsgemäße Ausführungsform bildet. Diese Ausführungsform weist drei Wärmetauscher mit Aluminium erweiterten Rippen des Lufttyps auf.
Diese Ausführungsform kann zum Klimatisieren von zwei getrennten Wohn- oder Arbeitsräumen eingesetzt werden. In diesem Fall wird der häusliche Bereich verwendet, um das System zu beschreiben. Ein normal ausgelegtes Haus kann typischerweise zwei getrennte Wärmepumpensysteme erfordern, um zwei getrennte Bereiche zu klimatisieren, wobei eines davon selten verwendet wird, wobei nur eine Außeneinheit des Wärmetauschers mit Doppel-Fan-Coil-Wärmetauschern benötigt wird, um beide Klimatisierungsanforderungen zu erfüllen.
Einige der typischen anderen Anwendungen für dieses System sind die folgenden: Klimatisieren eines Kühlraums oder eines Gefrierraumes; Entfeuchten eines Trockenraums zum Trocknen eines Produkts, wie z.B. von Früchten, Verputzprodukten, usw.; Klimatisieren eines Computerraums und Steuern der Feuchtigkeit von mehrgeschossigen Gebäuden zum Klimatisieren der Sonnenseite und der schattigen Seite des Gebäudes bei einer gleichzeitigen Anforderung bezüglich Kühlen und Heizen; Doppelkühlraumanwendungen; und Doppelgefriereinrichtungen und Kühlraum und Gefrierraum mit zwei Temperaturen.
Details der in 3 dargestellten Komponenten werden im Folgenden beschrieben.
Der Außen-Fan-Coil 31 ist ein Gebläse des Propellertyps, um die Luft, welche durch die rohrartige Vorrichtung mit Aluminium erweiterten Rippen verläuft, zu bewegen. Dieser Typ einer Schlange ist im Allgemeinen als eine Kondensatorschlange bekannt, welche zur Abgabe von thermischer Energie von dem hochgradig überhitzten Durchflusskühlmittelgas von dem Verdichter während der Sommermonate eingesetzt wird. Er wird auch als ein Verdampfer für die Aufnahme von Energie von der äußeren Umgebung während der Wintermonate eingesetzt.
Der Innen-Fan-Coil-Verdampfer 32 weist einen Zentrifugalschneckengebläse auf, welches im Allgemeinen für den Umlauf von Luft durch die rohrartigen Schlangen mit Aluminium erweiterten Rippen eingesetzt wird, was zum Kühlen im Sommer verwendet wird. Die Energie wird durch das Kühlmittel aufgenommen, wenn es durch diese Schlangen mit einer sehr viel niedrigeren Temperatur als derjenigen der Luft verläuft. Das Kühlmittel verdampft, wobei es sich von einer Flüssigkeit in ein Gas wandelt, wobei es Wärmeenergie absorbiert. Es wird auch als ein Kondensator verwendet, um Wärmeenergie abzugeben, um das Innere eines Wohnraums zum Erwärmen der Luft während des Winters zu heizen.
Der Innen-Fan-Coil-Verdampfer 33 weist einen Zentrifugalschneckengebläse auf, welches im Allgemeinen für den Umlauf von Luft durch die rohrartigen Schlangen mit Aluminium erweiterten Rippen eingesetzt wird, was zum Kühlen im Sommer verwendet wird, wobei die Energie durch das Kühlmittel aufgenommen wird, wenn es durch diese Schlangen mit einer sehr viel niedrigeren Temperatur als derjenigen der Luft verläuft. Das Kühlmittel verdampft, wobei es sich von einer Flüssigkeit in ein Gas wandelt, wobei es Wärmeenergie absorbiert. Es wird auch als ein Kondensator verwendet, um die Wärmeenergie abzugeben, um das Innere eines Wohnraums zum Erwärmen der Luft während des Winters zu heizen.
Die primäre Funktion des thermostatischen Expansionsventils (TX-Ventile) 34 und 35 ist, das Kühlmittel von einem flüssigen Zustand in einen Dampfgaszustand auszudehnen, wobei ein Druckverlust bewirkt, dass eine Verdampfung auftritt. Die thermostatischen Expansionsventile 34 und 35 regulieren die Menge des Kühlmittels in dem Verdampfer, um effizient Energie aufzunehmen, unabhängig davon, ob ein Wärmetauscher vom Lufttyp oder ein Wärmetauscher vom Wassertyp, welche optional belüftet werden, oder ähnliches verwendet wird.
Das Ventil 36 ist wiederum eine Spezialvorrichtung, um Betriebsfunktionen mit mehreren Richtungen für zwei Strömungen bereitzustellen, wenn die Anschlüsse A und C offen sind und der Anschluss B geschlossen ist. Wenn die Anschlüsse A und B geschlossen sind, ist der Anschluss C geschlossen, und wenn die Anschlüsse B und C offen sind, ist der Anschluss A geschlossen. Mit diesen Anschlusskonfigurationen ist es möglich, das Kühlmittel zu verschiedenen Wärmetauschern umzuleiten, was erforderlich ist, um entweder Energie abzugeben oder Energie aufzunehmen.
Die Funktion des Verdichters 37 ist, den Kühlungseffekt zu erzeugen. Wenn das Kühlmittel in den Einlassanschluss des Verdichters 37 gesaugt wird, wird es mittels eines kolbenartigen oder eines sich drehenden, turbinenartigen oder flügelartigen Verdichters komprimiert, wo bei sein Volumen verringert wird, wodurch die Temperatur des Gases erhöht wird. Indem dieser nun hochgradig überhitzte Durchflussdampf in dem Wärmetauscher gekühlt wird, verliert das Kühlmittel seine thermische Energie und kondensiert zu einer Flüssigkeit zurück, wodurch es wieder und wieder verwendet werden kann.
Die Umleitungsventile 38 und 39 umfassen jeweils vier Rohre, welche befestigt sind und die Funktion aufweisen, die Kühlmittelströmung zu verändern.
Das Umleitungsventil wird bei diesem Systementwurf verwendet, um das Kühlmittel von einem Wärmetauscher zu dem anderen umzuleiten. Es wird verwendet, um das Kühlmittel abzubauen, wobei es durch den Verdichter zurück gewonnen werden kann, um in anderen Teilen des Systems bei Bedarf eingesetzt zu werden. Die Durchflussrichtung wird auch verändert, wobei ein neuer Pfad für die Verwendung der Energie, welche in dem hochgradig überhitzten Durchflussgasdampf mitgenommen wird, bereitgestellt wird. Indem das Ventil elektrisch eingestellt wird, kann die Position des U-förmigen Bügels von einem nicht eingeschalteten Zustand in einen eingeschalteten Zustand verändert werden. In dem nicht eingeschalteten Zustand verläuft der Strömungspfad zwischen den Anschlüssen D und a und den Anschlüssen c und b. In dem eingeschalteten Zustand verläuft der Strömungspfad zwischen den Anschlüssen D und b und den Anschlüssen a und c. Mit Bezug auf die Zeichnung stellen die ununterbrochenen Linien den eingeschalteten Zustand und die unterbrochenen Linien den nicht eingeschalteten Zustand dar.
Das in 3 dargestellte System arbeitet wie folgt.
Wenn sich das Umleitungsventil 39 für den Sommerkühlungstechnikbetriebszyklus in dem nicht eingeschalteten Zustand befindet, wird der Sog des Kühlmittels des Innen-Fan-Coils 32 über die Anschlüsse b und c abgebaut und fließt zu dem Einlassanschluss des Verdichters 37 zurück. Das Durchflussgas von dem Verdichter 37 bewegt sich von dem Anschluss D zu dem Anschluss a und strömt nach Verlassen des Umleitungsventils 39 zu dem Umleitungsventil 38 (welches sich nicht in einem eingeschalteten Zustand befindet) durch den Anschluss D und verlässt es durch den Anschluss b. Das Kühlmittel strömt dann zu dem Außen-Fan-Coil-Wärmetauscher 31 oder ähnlichem. Der hochgradig überhitzte Durchflussgasdampf gibt seine thermische Energie an die Luft ab, wobei es in ein flüssiges Kühlmittel zurück kondensiert. Dann bewegt es sich durch das Ventil 36, wobei es zu dem Anschluss C davon strömt. Beim Kühlen der Innenseite des Hauses wird bei Bedarf der Innen-Fan-Coil 32 verwendet, wenn die Anschlüsse C und A offen sind und wenn der Anschluss B geschlossen ist. Das Kühlmittel strömt dann zu dem Ventil 34, wo die Verdampfung des Kühlmittels in dem Innen-Fan-Coil-Wärmetauscher 32 auftritt. Wenn die Innentemperatur erreicht ist, wird der Zyklus des Systems an und abgeschaltet, was durch das Innenthermostat gesteuert wird. Der Innen-Fan-Coil 33, welcher die zweite Kühlvorrichtung darstellt, wird auch durch ein Thermostat gesteuert. Wenn der Fan-Coil-Verdampfer 32 abgeschaltet ist, was durch das Thermostat gesteuert wird, und ein Kühlen für den Fan-Coil-Verdampfer 33 nachgefragt wird, signalisiert das zweite Anforderungsthermostat, dass das Ventil 36 eingeschaltet werden muss, um die Anschlüsse C und B zu öffnen und den Anschluss A zu schließen. Das Kühlmittel strömt dann durch die Anschlüsse a und c des Umleitungsventils 38 zurück, wobei es zu dem Einlass- oder Ansauganschluss des Verdichters 37 zurückkehrt. Da das Umleitungsventil 38 eingeschaltet worden ist, strömt der Durchfluss von dem Anschluss D zu dem Anschluss b, um zu der Außen-Fan-Coil 31 des rohrartigen mit Rippen versehenen Aluminiumwärmetauschers zu strömen, um die thermische Energie des Durchflussgases an die äußere Umgebung abzugeben.
Für den Winterbetriebszyklus ist ein Heizen des Hauses durch die Fan-Coil-Wärmetauscher 32 und 33 erforderlich. Die primäre Anforderung beim Heizen des Hauses betrifft den Fan-Coil-Wärmetauscher 32, und die sekundäre Anforderung beim Heizen des Hauses betrifft den Fan-Coil-Wärmetauscher 33. Daher ist die elektronische Betriebseinrichtung derart programmiert, dass sie die primäre Anforderung 32 beim Heizen des Hauses mit Priorität bedient und die sekundäre Anforderung 33 verwendet, wenn sie erfüllt ist. Wenn sowohl 32 als auch 33 erfüllt sind, schaltet das System den Zyklus an und aus, was durch die Thermostate gesteuert wird, wobei aber die primäre Anforderung 32 die Priorität besitzt, wenn sie mit Priorität ausgewählt ist oder 33 bekommt die Priorität, wobei die Prioritäten austauschbar sind.
Wenn der Fan-Coil-Wärmetauscher 32 aktiviert ist, um zu heizen, wird das Umleitungsventil 39 eingeschaltet, so dass das Durchflussgas von dem Anschluss D zu dem Anschluss b strömt, um zu dem Innen-Fan-Coil-Wärmetauscher 32 zu strömen, wodurch die Luft erwärmt wird. Der hochgradig überhitzte Kühlmittelgasdampf gibt seine thermische Energie an die Luft ab, wodurch er zu einer Flüssigkeit kondensiert. Nachdem er sich durch die Ventilexpansionsvorrichtung 34 bewegt hat, strömt er zu dem Ventil 36, welches eingeschaltet worden ist, um die Anschlüsse A und C zu öffnen und den Anschluss B zu schließen. Wenn das Kühlmittel durch diese Anschlusskonfiguration verläuft, strömt es zu dem Fan-Coil-Wärmetauscher 31, wobei es sich ausdehnt und Energie aufnimmt, indem er als ein Verdampfer der äußeren Umgebungsluft arbeitet, wobei es wieder in Dampf gewandelt wird und über die Anschlüsse b und c des Umleitungsventils 38 (welches nicht eingeschaltet ist) zu dem Verdichter zurückkehrt, um noch einmal den Kühlungstechnikzyklus zu wiederholen. Wenn die Prioritätsanforderung 32 bezüglich des Heizens des Hauses erfüllt ist und wenn die sekundäre Anforderung 33 bezüglich des Heizens des Hauses noch angefordert wird, wird das Umleitungsventil 39 eingeschaltet, so dass sich das Durchflussgas von dem Anschluss D zu dem Anschluss a bewegt und dann zu dem Umleitungsventil 38 (welches sich in einem nicht eingeschalteten Zustand befindet) strömt. Das Durchflussgas strömt zu dem Anschluss D und tritt bei dem Anschluss a aus, um zu dem Innen-Fan-Coil-Wärmetauscher 33 zu strömen, wobei der hochgradig überhitzte Kühlmittelgasdampf seine thermische Energie an die Luft abgibt. Gleichzeitig wird das Ventil 36 eingeschaltet, damit die Anschlüsse B und C geöffnet werden und der Anschluss A geschlossen wird. Das kondensierte flüssige Kühlmittel bewegt sich dann durch die Ventilexpansionsvorrichtung 35, verdampft in dem Außen-Fan-Coil-Wärmetauscher 31, um Energie von der äußeren Umgebungsluft aufzunehmen. Das Kühlmittel dehnt sich aus, wobei es sich in Dampf wandelt und kehrt durch die Anschlüsse b und c des Umleitungsventils 38 zu dem Einlassanschluss des Verdichters 37 zurück. Damit ist der Kühlungstechnikbetriebszyklus abgeschlossen.
Im Winter kann sich Frost auf dem Außen-Fan-Coil-Wärmetauscher 31 ansammeln, da die Kühlmitteltemperatur in den meisten Fällen unterhalb von 0°C liegt. Es ist daher notwendig, einen Entfrostungszyklus vorzusehen, um den übermäßigen Aufbau von Eis und folglich die Verringerung der Effizienz des mit Rippen erweiterten Aluminiumrohrwärmetauschers 31 vom Lufttyp zu verhindern. Die elektronische Betriebseinrichtung wird derart programmiert, dass sie diesen Entfrostungszyklus bereitstellt, wenn es erforderlich ist, um die optimale Betriebseffizienz aufrechtzuerhalten. Er besitzt die Priorität über allen anderen funktionalen Anforderungen. Der Entfrostungszyklus umfasst ein Thermostat, welches die Temperatur des Außen-Fan-Coils 31 erfasst, um bei –10°C zu beginnen und bei +10°C zurück zu setzen, wenn die Enteisung abgeschlossen ist. Wenn das Umleitungsventil 39 in dem Entfrostungsbetriebszyklus eingeschaltet ist, strömt das Durchflussgas von dem Anschluss D zu dem Anschluss a. Nachdem es diesen verlassen hat, strömt es zu dem Anschluss D des Umleitungsventils 38 und verlässt dann den Anschluss b, um zu dem Außen-Fan-Coil 31 zu strömen. Wenn der hochgradig überhitzte Durchflussgasdampf zu dem Außen-Fan-Coil-Wärmetauscher 31 strömt, wird jeglicher Eisaufbau abgetaut, bis das Thermostat +10°C erreicht. Das System bedient danach die funktionalen Anforderungen, wie es in der elektronischen Betriebseinrichtung programmiert ist. Der hochgradig überhitzte Durchflussgasdampf gibt daher seine thermische Energie ab, um das Eis abzutauen und wandelt sich daher in ein flüssiges Kühlmittel. Wenn es zu der Ventilexpansionsvorrichtung 35 strömt und sich zu dem Ventil 36 bewegt, welches eingeschaltet worden ist, so dass die Anschlüsse C und A offen sind und der Anschluss B geschlossen ist. Das verdampfende Kühlmittel nimmt thermische Energie von dem Innen-Fan-Coil-Wärmetauscher 32 auf, welcher eine höhere Temperatur aufweist. Da es sich in Dampf wandelt, kehrt es durch die Anschlüsse b und c des Umleitungsventils 39 (welches nicht eingeschaltet ist) zu dem Verdichter zurück. Es strömt dann zu dem Einlassanschluss des Verdichters 37, wobei der Entfrostungsbetriebszyklus abgeschlossen wird.
In 4 ist noch eine weitere Änderung des in 1 bis 3 dargestellten Systems dargestellt, welche eine vierte erfindungsgemäße Ausführungsform bildet. Diese Ausführungsform weist drei Wärmetauscher des Rohr-in-Rohr-Typs auf.
Diese Anwendung ist insbesondere für eine kommerzielle Ferienanlage, ein Hotel, einen Ruhesitz oder ähnliches geeignet, wo heißes Wasser zum Waschen usw. kontinuierlich nachgefragt wird. Dieser Systementwurf berücksichtigt die Speicherung von zurückgewinnbarer Energie von gebrauchtem heißem Wasser. Die kommerzielle Wäscherei verwendet reichliche Mengen von Wasser, wobei es Geld kostet, das Wasser zu heizen und es dann nach einer Verwendung in den Ausguss abzuleiten. Mit der Verwendung eines Speicherbehälters kann die Energie zurück gewonnen werden, bevor es als Abfallstoff abgeleitet wird, und für den Heizbehälter oder Tank des ankommenden unverschmutzten Frischwassers wieder verwendet werden, wodurch die lau fenden Kosten verringert werden, indem die normalerweise abgeleitete Energie für das gebrauchte Wasser wieder verwendet wird. Wenn die abgeleitete Menge von heißem Wasser, welches verwendet wurde, nicht sofort gesammelt wird, gibt es ein Zeitintervall, wann eine Rückgewinnung nicht praktikabel ist. Die Zeitspanne der Rückgewinnung von Energie von einem thermischen Speicherpool ist nicht praktikabel, bis genug gebrauchtes heißes Wasser für einen anderen Rückgewinnungszyklus aufgesammelt ist. Danach ist eine kontinuierliche Energierückgewinnung aus dem gebrauchten Wäschereiwassers während der normalen Arbeitsstunden möglich. Wenn irgendwelche Unzulänglichkeiten auftreten, kann die Energie von dem thermischen Speicherpool zurück gewonnen werden, bis es über Nacht oder innerhalb eines Zeitintervalls zu einer Unterschreitung kommt.
Einige der weiteren Anwendungen für dieses System sind die Folgenden: thermischer Vorratsbehälter zum Speichern der Wärmeenergie für Wasser und getrenntes Speichern von Kühlwasser für sekundäre Kühl- und Heizmittel, wobei Umlaufpumpen verwendet werden, um das Kühlwasser oder das heiße Wasser zu dem mit Rippen erweiterten Aluminium-Fan-Coil für die Kühl- und Heizmittel umlaufen zu lassen, wobei die primäre Energiequelle Flusswasser, Seewasser, artesisches Wasser und/oder ähnliches ist; Rückgewinnung von Brauchwasser eines pharmazeutischen Herstellers für bewegbares heißes Wasser und Energierückgewinnung bei einem Kühlturm für bewegbares heißes Wasser; vorstädtische Wasserenergieschleifenschaltungen, um Kühlwasserschleifenschaltungen & Warmwasserschleifenschaltungen bereitzustellen, welche individuell zu Häusern eines Wohnbezirks zum Kühlen und Heizen verlegt sind.
Jede der in 4 dargestellten Komponenten arbeitet wie folgt:
Die Wärmerückgewinnungsschlange 41 umfasst eine Umlaufpumpe, um Wasser, welches durch die Wärmetauscherschlange vom Rohr-in-Rohr-Typ verläuft, welche im Allgemeinen als eine Verdampferschlange bekannt ist, und für die Rückgewinnung von thermischer Energie von gebrauchtem heißen Wasser in einem Vorratsbehälter oder ähnlichem verwendet wird, zu bewegen.
Der Schlangenwärmetauscher 42 des thermischen Speicherpools arbeitet unter Verwendung einer Umlaufpumpe, welche im Allgemeinen für die Zirkulation des Wassers durch die Wärmetauscherschlangen des Rohr-in-Rohr-Typs verwendet wird, welche zur Energierückgewinnung von einem thermischen Vorratspool, Tank oder ähnlichem verwendet werden. Wobei Energie durch ein Kühlmittel aufgenommen wird, wenn es durch diese Schlangen mit einer viel tieferen Temperatur als derjenigen des Wassers strömt, wobei das Kühlmittel verdampft und sich von einer Flüssigkeit in ein Gas wandelt, wobei es Wärmeenergie absorbiert.
Der Heißwasserwärmetauscher 43 ist ein Wärmetauscherschlangenkondensator des Rohr-in-Rohr-Typs, wobei ein sehr aufgeheiztes Durchflussgas gekühlt wird, wobei es seine thermische Energie an das Wasser in dem Heißwasserspeichertank oder ähnlichem abgibt, wobei eine Umlaufpumpe verwendet wird.
Die primäre Funktion der thermostatischen Expansionsventile (Ventile) 44 und 45 ist, das Kühlmittel von einem flüssigen Zustand in einen dampfförmigen Zustand auszudehnen, wobei ein Druckabfall ermöglicht, dass eine Verdampfung auftritt. Das thermostatische Expansionsventil reguliert die Menge des Kühlmittels in dem Verdampfer, um effizient Energie entweder in einem Wärmetauscher des Lufttyps oder in einem Wärmetauscher des Wassertyps, welche optional belüftet werden, oder ähnlichem aufzunehmen. Das Ventil 46 ist ein Spezialventil, welches entworfen und gebaut ist, um Betriebsfunktionen für mehrere Richtungen für zwei Ströme bereitzustellen. Wenn die Anschlüsse A und C offen sind, ist der Anschluss B geschlossen. Wenn die Anschlüsse A und B offen sind, ist der Anschluss C geschlossen, und wenn die Anschlüsse B und C offen sind, ist der Anschluss A geschlossen. Mit diesen Anschlusskonfigurationen ist es möglich, das Kühlmittel zu verschiedenen Wärmetauschern umzuleiten, wie es erforderlich ist, um entweder Energie abzugeben oder Energie aufzunehmen.
Der Verdichter 47 arbeitet, um den Kühleffekt zu erzeugen. Wenn das Kühlmittel in den Einlassanschluss des Verdichters gesaugt wird, wird es komprimiert, um dadurch sein Volumen zu verringern. Die Funktion davon ist, dass die Temperatur des Gases und der Druck erhöht werden. Indem dieser nun hochgradig überhitzte Durchflussdampf in dem Wärmetauscher abgekühlt wird, verliert das Kühlmittel seine thermische Energie und wandelt sich zu einer Flüssigkeit zurück, welche dann wieder verwendet werden kann.
Die Umleitungsventile 48 und 49 weisen jeweils vier Rohre auf, welche befestigt sind. Die Funktion ist, die Kühlmittelströmung zu verändern.
Das Umleitungsventil wird bei diesem Systementwurf verwendet, um das Kühlmittel von dem einen Wärmetauscher zu dem anderen umzuleiten. Es wird verwendet, um das Kühlmittel abzubauen, damit es durch den Verdichtersog zurück gewonnen und in einem anderen Teil des Systems auf Nachfrage verwendet werden kann. Die Durchflussrichtung wird auch geändert, wobei ein neuer Pfad für die Verwendung der Energie bereitgestellt wird, welche in dem hochgradig überhitzten Durchflussgasdampf mitgenommen wird. Indem das Ventil elektrisch eingestellt wird, kann die Position des U-förmigen Bügels aus einem nicht eingeschalteten Zustand in einen eingeschalteten Zustand verändert werden. Bei dem nicht eingeschalteten Zustand verläuft der Strömungspfad zwischen den Anschlüssen D und a und den Anschlüssen c und b. Folglich verläuft der Strömungspfad in dem eingeschalteten Zustand zwischen den Anschlüssen D und b und den Anschlüssen a und c. Mit Bezug auf 4 stellen die ununterbrochenen U-förmigen gebogenen Linien den eingeschalteten Zustand und die unterbrochenen U-förmigen gebogenen Linien den nicht eingeschalteten Zustand dar.
Das in 4 dargestellte System arbeitet wie folgt, um eine Wärmerückgewinnung von heißem Wasser und Brauchwasser für bewegbares Wasser zu erzielen. Wenn sich das Umleitungsventil 49 in dem nicht eingeschalteten Zustand befindet, wird der Sog des Rohr-in-Rohr-Wärmetauschers 42 des thermischen Wasserspeichers über die Anschlüsse b und c abgebaut und das Durchflussgas bewegt sich von dem Anschluss D zu dem Anschluss a. Nachdem es das Um leitungsventil 49 verlassen hat, strömt der Durchfluss durch den Anschluss D des Umleitungsventils 48 (welches auch nicht eingeschaltet ist) und tritt aus dem Anschluss a aus. Es strömt dann zu dem Wasser gekühlten Rohr-in-Rohr-Heißwasserwärmetauscher 43 oder ähnlichem. Der hochgradig überhitzte Durchflussgasdampf gibt seine thermische Energie an das Wasser, welches in dem Tank oder Behälter gespeichert ist, ab, wobei es sich zu einem flüssigen Kühlmittel zurück wandelt und kondensiert. Es bewegt sich dann durch das Ventil 46 und strömt zu dem Anschluss A. Wenn keine Brauchwasserrückgewinnung innerhalb des Brauchwassertanks oder Behälters angefordert wird, wird die Wärmetauscherschlange des thermischen Speicherpools verwendet, wenn die Anschlüsse A und B offen sind und der Anschluss C geschlossen ist. Das Kühlmittel strömt dann zu dem Ventil 44, wo die Verdampfung des Kühlmittels in dem Schlangenwärmetauscher 42 des thermischen Speicherpools beginnt, wobei Energie von dem Pool oder dem thermischen Speichertank oder ähnlichem aufgenommen wird. Der Kühlmitteldampf verlässt die Verdampferschlange 42 des thermischen Speicherpools und strömt zu dem Anschluss b und tritt aus dem Anschluss c des Umleitungsventils 49 aus, um zu dem Einlassanschluss des Verdichters 47 zurückzukehren, um den Kühlungstechnikzyklus zu wiederholen. Die Wärmerückgewinnung des thermischen Speicherpools fährt fort, die Energie von dem Wasser des Speicherpools zurück zu gewinnen, bis zu dem Zeitpunkt, wenn das Brauchwasser für den nächsten Heißwasserrückgewinnungszyklus bereit ist, der Speichertank oder der Behälter voll ist, oder die Temperatur des unverschmutzten frischen heißen Wassers erreicht ist. Die Temperatur des Rückgewinnungsvorratsbehälters oder Tanks des heißen Brauchwassers wird unter Verwendung eines Thermostats gesteuert und wenn der erwünschte minimale Schaltpunkt für die Wassertemperatur erreicht wird, signalisiert das Thermostat der elektronischen Betriebseinrichtung, dass der Speicherbehälter oder Tank unter Verwendung einer Pumpe oder eines Ablassventils mittels eines Schwimmerschalters geleert werden soll. Daher wird das Ventil 46 eingeschaltet, um die Anschlüsse A und C zu öffnen und den Anschluss B zu schließen, bis der Speichertank oder Behälter gefüllt ist, um den Schwimmerschalter zu aktivieren, um die Brauchwasserenergierückgewinnung einzuleiten, um zu dem Rückgewinnungszyklus des heißen Brauchwassers zurückzukehren. In dem Fall, in welchem der Heißwasserspeichertank oder Behälter oder ähnliches ausreicht, wird die Rückgewinnung des heißen Brauchwassers fortgesetzt, um Energie zu dem thermischen Speicherpool zuzuführen, um sie zu speichern und in dem nächsten Heißwasseranforderungszyklus zu verwenden. Die Rückgewinnung des heißen Brauchwassers für den Zyklus des thermischen Speicherpools tritt auf, wenn sich das Umleitungsventil 49 in dem eingeschalteten Zustand befindet. Das Durchflussgas strömt zu dem Anschluss D und tritt bei dem Anschluss b aus, um zu dem Rohr-in-Rohr-Wärmetauscher 42 des thermischen Speicherpools zu strömen, wo der hochgradig überhitzte Durchflussdampf seine thermische Energie an den thermischen Speicherpool abgibt. Er wandelt sich in ein flüssiges Kühlmittel und bewegt sich zu dem Ventil 46, strömt zu dem Anschluss B und verlässt den Anschluss C. Dann strömt er zu dem Ventil 45, wo eine Verdampfung des Kühlmittels beginnt, strömt zu dem Brauchwasserrückgewinnungsver dampfer, um Brauchwasserenergie aufzunehmen. Das Kühlmittel, welches innerhalb des Verdampfers verdampft, nimmt Energie auf, und bewegt sich zu dem Verdichter zurück, strömt zu dem Anschluss b des Umleitungsventils 48 und tritt aus dem Anschluss c aus, um zu dem Verdichter 47 zurückzukehren, wobei der Zyklus vom Brauchwasser zu der thermischen Speicherung abgeschlossen wird, bis das Brauchwasserrückgewinnungsthermostat der elektronischen Betriebseinrichtung signalisiert, dass die minimale Wassertemperatur erreicht worden ist.
Für einen Entfrostungsbetriebszyklus wird für den Fall gesorgt, dass die Kühlschlange des Rohr-in-Rohr-Wärmetauschers 41 des heißen Brauchwassers einfriert und sich die Leistung verringert. Ein zeitlich abgestimmter Entfrostungsbetriebszyklus erfolgt, wenn die Energierückgewinnung von dem Brauchwasser die Ansammlung von Eis bewirkt, welches sich in der Kälteanlagenverdampferschlange des Rohr-in-Rohr-Wärmetauschers 41 des Brauchwassers gebildet hat. Da die Kühlmitteltemperatur in den meisten Fällen unter 10°C liegen kann, kann eine Eisbildung auftreten. Es ist daher notwendig, für einen Entfrostungszyklus zu sorgen, um einen übermäßigen Aufbau von Eis, was die Effizienz des Wasserkühlanlagenverdampfers des Rohr-in-Rohr-Wärmetauschers verringert, zu vermeiden. Die elektronische Betriebseinrichtung wird derart programmiert, dass für diesen Enteisungszyklus gesorgt wird, wann immer es erforderlich ist, um die optimale Betriebseffizienz aufrechtzuerhalten. Er besitzt Priorität über andere funktionale Anforderungen, um die Betriebseffizienz aufrechtzuerhalten. Der Enteisungszyklus umfasst einen Thermostat, welcher die Temperatur der Kühlanlagenverdampferschlange des Rohr-in-Rohrs-Wärmetauschers 41 erfasst, wobei bei 0°C begonnen und bei +10°C zurückgesetzt wird, wenn das Abtauen abgeschlossen ist. Der Enteisungszyklus arbeitet, wenn das Umleitungsventil 49 nicht eingeschaltet ist. Das Durchflussgas strömt von dem Anschluss D zu dem Anschluss a. Nachdem es diesen verlassen hat, strömt es zu dem Anschluss D des Umleitungsventils 48 (welches eingeschaltet ist) und verlässt den Anschluss b, um zu der Kühlanlagenverdampferschlange des Rohr-in-Rohr-Wärmetauschers 41 zu strömen. Wenn der hochgradig überhitzte Durchflussgasdampf zu der Kühlanlagenverdampferschlange des Rohr-in-Rohr-Wärmetauschers 41 strömt, wird das Eis, welches sich aufgebaut hat, abgetaut. Wenn das Thermostat +10°C erreicht, bedient das System die funktionalen Anforderungen, wie es in der elektronischen Betriebseinrichtung programmiert ist. Der hochgradig überhitzte Durchflussgasdampf gibt seine thermische Energie ab, um das Eis abzutauen und wandelt sich daher in ein flüssiges Kühlmittel. Es strömt dann zu der Ventilexpansionsvorrichtung 45 und bewegt sich zu dem Ventil 46, welches eingeschaltet worden ist, so dass die Anschlüsse C und B offen sind und der Anschluss A geschlossen ist. Das sich ausdehnende Kühlmittel nimmt thermische Energie von dem thermischen Wasserspeicherpool oder ähnlichem auf. Wenn es sich in Dampf wandelt, kehrt es über das Umleitungsventil 49 (welches nicht eingeschaltet ist) durch die Anschlüsse b und c zu dem Verdichter zurück und strömt zu dem Einlassanschluss des Verdichters, um den Enteisungsbetriebszyklus abzuschließen.
Wie es aus der vorab stehenden Beschreibung der 1 bis 4 klar wird, ist eine einzelne reversible thermische Schaltung erfindungsgemäß vorhanden, anstatt vollständig getrennte Komponenten bereitzustellen, welche keine funktionale Beziehung aufweisen, was nach dem Stand der Technik durchgeführt wird, wobei ein oder mehrere Wärmetauscher verwendet werden, um die Hitze zwischen Heizmitteln und Kühlmitteln zu verteilen. Zum Beispiel kann im Sommer bei einer Außenlufttemperatur von sagen wir 30°C die gewünschte Temperatur innerhalb des Hauses bei 21°C liegen und die gewünschte Pooltemperatur kann 28°C betragen. Die Energiebetriebseinheit wird wie eine herkömmliche Klimatisierungseinheit betrieben, wobei hingegen die Hitze, welche von dem Klimatisierungsverfahren abfällt, durch einen Wärmetauscher zurück gewonnen wird und eingesetzt wird, um den Swimmingpool zu heizen. Anstatt eine getrennte Heizeinheit allein für den Swimmingpool zu betreiben, wird folglich das Heizen des Pools von der von dem Klimatisierungszyklus abgegebenen Hitze abgeleitet. Die Temperatur des Hauses und des Pools können durch ein Thermometer überwacht werden, und wobei dann geeignete Thermostate bereitgestellt werden, um den Betrieb des Energiemanagementsystems zu betreiben und zu aktivieren.
Es ist klar, dass die meisten sinnvollen Formen der Erfindung vorliegen, wenn sowohl Heiz- als auch Kühlvorgänge angestrebt werden. Es ist jedoch verständlich, dass bei bestimmten Jahreszeiten, wie z.B. im Winter, zusätzliche Energie aufgewendet werden kann, da die Heizanforderungen höher als die Anforderungen bezüglich des Kühlens sind. Offensichtlich sollten zusätzliche Kapazitäten zugeführt werden, um dies zu bewältigen.

Es gibt zahlreiche Anwendungen für die vorliegende Erfindung, wobei bevorzugte, aber nicht begrenzende Beispiele davon im Folgenden aufgelistet werden:

HEIZEN	KÜHLEN
Wärmen mittels Klimaanlage	Kühlen mittels Klimaanlage
Doppelluftheizschlangen	Doppelkühlheizschlangen
Heizen des Bades
Heizen der Luft/H₂O im Gewächshaus	Kühlen der Luft/H₂O im Gewächshaus
Heizen eines Pools
Kleidung mittels Luft trocknen
Heizen von Platten mittels H₂O	Kühlen von Platten mittels H₂O
Heißes Wasser aufbereiten

GEWERBLICHES KLIMATISIERTES HEIZEN & KÜHLEN

Heizen eines mehrstöckigen Gebäudes	Kühlen eines mehrstöckigen Gebäudes
Heißes Wasser

FERIENANLAGEN, CLUBS, HOTEL/MOTEL, RUHESITZE & ALTENHEIME, USW.

Getrennte Luftheizschlangen	Getrennte Luftkühlschlangen
Erwärmen von Luft	Kühlen von Luft
Heizen eines Pools mittels H₂O
Heißes Wasser H₂O	Kühlen der Luft in einem Wäschereiraum
Heißwasserrückgewinnung mittels H₂O	Kühlen eines Kühlraums
Lufttrockner für Kleidung	Kühlraum für Nahrungsmittelabfälle
Heizen einer Rasengrünfläche mittels H₂O
Heizen von Platten mittels H₂O	Kühlen von Platten

HEIZEN & KÜHLEN BEIM GARTENBAU

Heizen eines Beets mittels H₂O	Heizen eines Beets mittels H₂O
Erwärmen der Luft eines Gewächshauses	Kühlen der Luft eines Gewächshauses
Übertragung des Heizens eines Beets mit- tels H₂O	Kühlen mittels H₂O

HERSTELLER IN DER PHARMAZEUTISCHEN INDUSTRIE

Wärmen mittels Klimaanlage	Kühlen mittels Klimaanlage
Heißwasserrückgewinnung	Rückgewinnung der Kühlenergie in der Luft
Heißwasseraufbereitung
Pasteurisierungsheizen	Pasteurisierungskühlen
	Kühlraumspeicher

GEWERBLICHE NAHRUNGSMITTELEINZELHÄNDLER

Supermärkte, Fast-Food-Ketten, wie z.B. Coles, Woolworths, McDonalds, Sizzlers, usw.
Heizen mittels Klimaanlage	Kühlen mittels Klimaanlage
Heißes Wasser	Kühlräume
	Gefrierräume

NAHRUNGSMITTELPRODUZENTEN

Getränke, Wein, Säfte, Milch, Bier, usw.
Heizen mittels Klimaanlage	Kühlen mittels Klimaanlage

Heißes Wasser
Heißwasserrückgewinnung	Kühlenergierückgewinnung
Pasteurisierungsheizen	Pasteurisierungskühlen

PRODUZENTEN VON FLEISCH VON SCHLACHTHÖFEN, GEFLÜGEL, KLEINWARENPRODUZENTEN

Herstellung, Lager, Verpacken, Vorkühlen, Kühlen, industrielle Verfahren

FITNESSZENTREN VON SPORTZENTREN & FREIZEITZENTREN

Heizen mittels Klimaanlage	Kühlen mittels Klimaanlage
Heizen eines Pools
Heizen eines Bads
Heizen von Platten
Heißes Wasser

ENERGIEMANAGEMENT GEWERBLICHER WÄSCHEREIEN

Heißwasserspeicher	Kühlen eines Arbeitsplatzes mittels Klimaanlage, um heißes Wasser zurück zu gewinnen
Kleidungstrockner	Rückgewinnung der verbrauchten Energie zur Kühlung von Luft, um einen Heißwasserspeicher und/oder einen Kleidungstrockner vorzuwärmen
Heißwasserspeicher
Mit passiver Hitze arbeitender Kleidungstrockner
Heizen mittels Klimaanlage	Kühlen mittels Klimaanlage
Speichern von Abfallstoffen	Speichern von Abwärme

BESCHREIBUNG EINER GESAMTERBRINGUNG VON ZWEI BEDÜRFNISSEN, EINEM HEIZBEDÜRFNIS UND EINEM KÜHLBEDÜRFNIS: Die Umgebungsvoraussetzungen für diese Art eines Energiemanagementsystems sind, dass zwei gemeinsame oder getrennte Einheiten, welche ein getrenntes Kühlen und ein getrenntes Heizen erfordern, vorhanden sind. Es wäre erforderlich, dass ihre Standorte strategisch so dicht wie möglich angeordnet sind, um Konstruktionskosten zu verringern.

HEIZANFORDERUNGEN	KÜHLANFORDERUNGEN
Heizen eines Olympic Pools	Kühlen einer Ferienanlage, eines Clubs, einer Universität, eines Unterhaltungskomplexes, usw.
Heizen eines Pools	Kühlen einer Eislaufbahn
	Kühlen eines Geschäftskomplexes
Heizen einer Hydrokultur	Kühlraumspeichergewächshaus
	Kühlraumspeicher
	Klimaanlage von Büros
	Kühlen von Wohnbezirken
Rückgewinnung beim Heizen eines Olympic Pools	Kühlen einer Kaltspeichereinrichtung
Heißes Wasser	Kühlen mittels Klimaanlage

WASSER UND PHASEN VERÄNDERNDE MATERIALIEN FÜR THERMISCHE SPEICHERSYSTEME

Thermische Heizspeicherbank	Thermische Kühlspeicherbank
Netzartiges Heizen von Platten	Kühlen von Platten
Netzartiges Heizen eines Gewächshauses	Kühlen der Luft eines Gewächshsus
Heizen mittels Klimaanlage	Kühlen mittels Klimaanlage

Diese Typen von thermischen Speichersystemen können bei einer Menge von Anwendungen verwendet werden, bei welchen Wasser- oder Fluidrohrleitungen an Speicherbehältern und an einem Rohr zu den verschiedenen Heiz- und Kühlschlangen angebracht werden könnten, wie es erforderlich ist. Dies ist im Allgemeinen als sekundäre Kühl- und Heizsysteme bekannt.
Es ist klar, dass bei Verwendung eines Systems, wie es vorab beschrieben ist, Brennstoffkosten und daher Betriebskosten des Systems dramatisch verringert werden, da eine Verschwendung von thermischer Energie vermieden oder zumindest verringert wird.
Es ist für den Fachmann klar, dass vorzugsweise eine Zentraleinheit verwendet wird, um den Gesamtbetrieb des Systems zu steuern. Die tatsächlichen Entwurfsüberlegungen, usw. einer solchen Zentraleinheit sind für den Fachmann abhängig von der bestimmten Installation des Systems offensichtlich.
Es ist klar, dass eine Vielzahl von Formen der tatsächlichen Ausbildung der vorliegenden Erfindung existiert. Es ist jedoch verständlich, dass geeignete Thermostate, die Verwendung bestimmter Formen von Kühlmittelgasen der Wärmetauscher usw. von dem Fachmann bestimmt werden.
Ein Dreiwegeventil ist in 5A bis 8D dargestellt. Das Ventil der 5A bis 8A ist in den in 1 bis 4 dargestellten Systemen enthalten und durch das Bezugszeichen 16 in der ersten Ausführungsform, 26 in der zweiten Ausführungsform, 36 in der dritten Ausführungsform und 46 in der vierten Ausführungsform bezeichnet.
Das Dreiwegeventil ist tatsächlich ein Ventil, welches eine bidirektionale Strömung eines Fluids in zwei beliebigen von drei Einlass-/Auslasspfaden ermöglicht. Es ist klar, dass dies ermöglicht, dass dieselben Systemkomponenten für verschiedene Funktionen verwendet werden. Zum Beispiel kann es in einer Jahreszeit, z.B. im Sommer, erwünscht sein, Wärme von einem ersten zu einem zweiten Wärmetauscher zu transportieren, wohingegen es in einer anderen Jahreszeit, z.B. im Winter, erforderlich sein kann, sie in der entgegengesetzten Richtung zu transportieren. In der Vergangenheit sind zwei getrennte Systeme erforderlich gewesen.
Das Dreiwegeventil kann in einer Vielzahl von Konfigurationen ausgebildet sein, wie es in 5A bis 8D dargestellt ist, wodurch der Betrieb des Ventils für den Fachmann verständlich wird. Wie dargestellt ist, weisen die Ventile drei Einlass-/Auslasspfade 54, 55 und 56 auf, und die Ausrichtung auf zwei der drei Pfade wird durch eine Bewegung eines bewegbaren Teils 57 erzielt. Das bewegbare Teil 57 ist in den 5A bis 7E als ein gleitbares Teil ausgestaltet, welches durch einen Führungsstift oder durch einen Elektromagneten betrieben werden kann, wohingegen es in 8A bis D als ein drehbares Teil ausgestaltet ist, welches durch einen Stellmotor betrieben werden kann.
Es ist nachzuvollziehen, dass die Hauptkriterien für den Entwurf einer Wärmepumpenenergiebetriebstechnologie gemäß der vorliegenden Erfindung die folgenden sind:

– Reduzierung von Auswirkungen auf die Umgebung
– Maximierung von wieder gewonnener und zurück gewonnener Energie
– Reduzierung von CO₂-Emissionen
– Reduzierung von abgeleiteter verbrauchter Energie

Wegen eines kritischen Punktes werden sehr bevorzugt Wärmepumpen eingesetzt. Der Entwurf einer solchen Wärmepumpe, welche keinen Flüssigkeitsspeicherbehälter darin aufweist, z.B. eine Aufnahme gebrauchter Flüssigkeit, bedeutet, dass kein unnötiger Austritt eines Kühlmittels bezüglich Ozon auftritt, was der kritische Punkt ist.
Es gibt diverse Anwendungsbereiche für die vorliegende Erfindung, was Wasser und Luft, Heizen und Kühlen und die Rückgewinnung der Wärmeenergie, welche vergeudet werden könnte, umfasst, aber nicht darauf beschränkt ist und die thermischen Grundschaltungen und/oder artesisches Wasser, einen Damm, einen Fluss oder kühlende Teiche umfasst.
Die Ventilkonstruktion kann aus den folgenden Materialien bestehen, um für andere Flüssigkeiten oder andere Gase einsetzbar zu sein, und kann verwendet werden, um Flüssigkeiten, Fluids und/oder Gase, egal, ob sie aufgeheizt oder gekühlt sind oder nicht, wie z.B. Wasser, Öl, Dampf, Glykol, Ethylenglykol, Fluids mit sich ändernden Phasen, oder anderes, zu transportieren.
Das Ventil kann aus verschiedenen Materialtypen und Verbundstoffen konstruiert sein, welche Kunststoffe, Nylons, eisenhaltige Metalle, nicht eisenhaltige Metalle, Ostolon und Polypropylenteflon oder ähnliches umfassen.

Claims

Wärmeübertragungsvorrichtung, umfassend: einen ersten, einen zweiten und einen dritten Wärmetauscher (11, 12, 13); einen Verdichter (17), um ein verdichtetes Kältemittel für eine selektive Zufuhr zu den Wärmetauschern (11, 12, 13) zu schaffen; ein Expansionsventil (14, 15) für jeweils den ersten und den zweiten Wärmetauscher (11, 12), um selektiv ein expandierendes Kältemittel zu den Wärmetauschern zuzuführen; eine Steuerventilbaugruppe (16, 18, 19), welche mit den Wärmetauschern (11, 12, 13), den Expansionsventilen (14, 15) und dem Verdichter (17) zusammenwirkt, um eine Zirkulation des Kältemittels so zu koordinieren, dass ein verdichtetes Kältemittel zu dem dritten Wärmetauscher (13) zugeführt werden kann und expandierendes Kältemittel zu dem ersten oder zweiten Wärmetauscher (11, 12) zugeführt wird, oder verdichtetes Kältemittel zu dem ersten oder dritten Wärmetauscher (12, 13) zugeführt wird und expandierendes Kältemittel zu dem zweiten Wärmetauscher (11) zugeführt wird, oder verdichtetes Kältemittel zu dem zweiten Wärmetauscher (11) und expandierendes Kältemittel zu dem ersten Wärmetauscher (12) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerventilbaugruppe ferner mit den Wärmetauschern, Expansionsventilen und dem Verdichter so zusammenwirkt, dass expandierendes Kältemittel zu dem dritten Wärmetauscher (13) zugeführt wird und verdichtetes Kältemittel zu dem ersten oder zweiten Wärmetauscher (111, 12) zugeführt wird, und dass die Ventilanordnung (16, 18, 19) auch konfiguriert ist, Kältemittel von irgendeinem der ersten, zweiten oder dritten Wärmetauscher (11, 12, 13), wenn sie nicht in Betrieb sind, zu dem Verdichter (17) abzulassen.
Wärmeübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ventilbaugruppe (16, 18, 19) eine erste, eine zweite und eine dritte Ventilvorrichtung (16, 18, 19) aufweist, wobei die erste Ventilvorrichtung (19) den ersten Wärmetauscher (12) mit dem Verdichter (17) koppelt, um Kältemittel von dem Verdichter (17) zu empfangen oder Kältemittel zu dem Verdichter (17) zuzuführen, und die zweite Ventilvorrichtung (18) mit dem Verdichter (17) so verbindet, dass verdichtetes Kältemittel dorthin zugeführt wird, wobei die Ventilvorrichtung (18) mit dem dritten Wärmetauscher (13) verbunden ist, um verdichtetes Kältemittel dorthin zuzuführen oder Kältemittel von dort abzulassen, um es zum Verdichter (17) zuzuführen, und verdichtetes Kältemittel zu dem zweiten Wärmetauscher (11) zuzuführen oder Kältemittel von dort abzulassen, um es zu dem Verdichter (17) zuzuführen, wobei die dritte Ventilvorrichtung (16) mit dem ersten Wärmetauscher (12) verbunden ist über das Expansionsventil (14), welches dazu zugeordnet ist, Kältemittel vom ersten Wärmetauscher (12) fernzuhalten oder zu empfangen oder Kältemittel zu dem ersten Wärmetauscher (12) zuzuführen, wobei die dritte Ventilvorrichtung (16) auch mit dem zweiten Wärmetauscher (11) über das Expansionsventil (15) verbunden ist, welches dazu zugeordnet ist, Kältemittel vom zweiten Wärmetauscher (11) fernzuhalten oder zuzuführen oder Kältemittel von dem zweiten Wärmetauscher (11) zu empfangen, wobei die dritte Ventilvorrichtung (16) ferner mit dem dritten Wärmetauscher (13) gekoppelt ist, um den dritten Wärmetauscher (13) von Kältemittel fernzuhalten oder Kältemittel von diesem zu empfangen oder Kältemittel zu diesem zuzuführen.
Wärmeübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Wärmetauscher (12) in einem Gebäude angeordnet ist, wobei der zweite Wärmetauscher (11) außerhalb eines Gebäudes angeordnet ist, und der dritte Wärmetauscher (13) zu einem Wasserbehälter zugehörig ist, um Wärme dorthin zuzuführen.
Übertragungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Wasserbehälter ein Schwimmbad oder ein Warmwasserbereiter oder ähnliches ist.
Wärmeübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Wärmetauscher (12) in einem Gebäude angeordnet ist, wobei der zweite Wärmetauscher (11) einer Warmwasserversorgung zugeordnet ist, um Wärme von dort zu empfangen, und wobei der dritte Wärmetauscher (13) einem Heißwasserbereiter zugeordnet ist, um Wärme dorthin zuzuführen.
Wärmeübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste und der dritte Wärmetauscher (12, 13) in einem Gebäude angeordnet sind und der zweite Wärmetauscher (11) außerhalb des Gebäudes angeordnet ist.
Wärmeübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens einer der Wärmetauscher (11, 12, 13) einer Heißwasserversorgung zugeordnet ist, um Wärmeenergie von dort zurückzugewinnen, und mindestens einer der Wärmetauscher (11, 12, 13) einem Warmwasserbereiter zugeordnet ist, um Wärme dorthin zuzuführen.