DE69928386T2

DE69928386T2 - Wärmepumpe oder klimagerät mit mehreren verdichtern

Info

Publication number: DE69928386T2
Application number: DE69928386T
Authority: DE
Inventors: Thomas H. Hebert
Original assignee: Global Energy Group Inc
Current assignee: Global Energy Group Inc
Priority date: 1998-04-10
Filing date: 1999-04-09
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2019-04-10
Also published as: JP4421776B2; WO1999053247A1; US5970728A; NZ507399A; EP1070222A4; JP2002511562A; CA2327858A1; AU746475B2; ES2249889T3; EP1070222B1; AU3490199A; DE69928386D1; ATE310216T1; EP1070222A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung mehrerer Verdichter zur Bereitstellung zusätzlicher Kapazität im Heizmodus bei niedrigen Umgebungstemperaturen in reversiblen Kühlsystemen. Diese Erfindung betrifft insbesondere die Verwendung eines einzelnen oder primären Verdichters oberhalb eines bestimmten Temperaturbereiches, und dann mehrerer Verdichter gleichzeitig unterhalb dieses Temperaturbereiches im Heizbetriebsmodus, so dass die Wärmeleistung bei niedrigeren Umgebungstemperaturen konstant bleibt. Im Kühlmodus wechselt sich ein primärer Verdichter mit einem beliebigen einer Reihe sekundärer Verdichter im Einzelverdichterbetrieb ab, um die Lebensdauer der Verdichter zu verlängern.
Beschreibung des Standes der Technik
Derzeit verwenden die meisten handelsüblichen Mehrfachverdichtersysteme Doppelverdichter nur im Kühlmodus, wobei der zweite Verdichter primär für zusätzliche Kühlkapazität bei hohen Umgebungstemperaturen eingesetzt wird. Diese bekannten Doppelverdichtersysteme werden nur im Kühlmodus eingesetzt. Ein solches System erfordert einen im Vergleich zum primären Verdichter überdimensionierten Kondensator und Verdampfer, wenn dieser in der ersten Kühlstufe arbeitet. Dies ergibt sich aufgrund dessen, dass, wenn beide Verdichter in der zweiten Kühlstufe arbeiten, über das gesamte System hinweg ein erhöhter Massenstrom des Kühlmittels erzeugt wird. Anders ausgedrückt, das gesamte Kühlsystem müsste so groß ausgelegt werden, dass es den erhöhten Kühlmittelstrom aufgrund des Vorhandenseins mehrerer Verdichter verarbeiten kann, welche bei hohen Umgebungstemperaturen im Kühlmodus gleichzeitig arbeiten.
Bezugnehmend auf diese bekannten Mehrfachverdichter-Kühlsysteme, sind diese Systeme schlichtweg überdimensioniert, ihre Herstellung ist erheblich teurer und sie arbeiten mit niedriger Effizienz, wenn sie im Kühlmodus arbeiten. Darüber hinaus erschöpft die gleichzeitige Verwendung mehrerer Verdichter im Kühlmodus das Kühlsystem sehr wahrscheinlich schon vor der üblichen Lebenserwartung der Einzellebensdauer mehrerer Verdichter.
Als Reaktion auf die erkannten Unzulänglichkeiten dieser bisherigen, überdimensionierten Mehrfachverdichtersysteme, wurde klar, dass Bedarf an einem Mehrfachverdichtersystem besteht, welches sowohl im Heizbetriebs- wie auch im Kühlbetriebsmodus eingesetzt werden kann, welches jedoch im Kühlmodus nur für einen einzelnen Verdichter ausgelegt ist. Dieses Gerät muss bei niedrigen Außentemperaturen einen erhöhten Massenstrom an Kühlmittel erzeugen, und zwar durch den Einsatz mehrerer Verdichter, so dass die Wärmeleistung konstant bleibt. Während das Gerät jedoch bei höheren Umgebungstemperaturen im Heizmodus arbeitet, bestimmt ein einzelner primärer Verdichter die Komponentendimensionierung des gesamten Kühlsystems. Darüber hinaus ist der primäre Verdichter selbst für den Kühlmodus ausreichend. Daher kann das Gerät der vorliegenden Erfindung die abwechselnde Verwendung von Verdichtern im Kühlmodus zulassen, um die Lebenserwartung des Gesamtsystems zu erhöhen. Insofern als die Technik bereits unterschiedliche Arten von Mehrfachverdichter-Kühlsystemen zu bieten hat, kann es angezeigt sein, dass nach wie vor Bedarf und Interesse an Verbesserungen an Mehrfachverdichtersystemen besteht, und im Hinblick darauf richtet sich die vorliegende Erfindung an diese Bedürfnisse und Interessen.
Daher ist die Hauptaufgabe dieser Erfindung das Bereitstellen einer Verbesserung, welche die zuvor genannten Unzulänglichkeiten der Geräte des Standes der Technik überwindet, sowie das Bereitstellen einer Verbesserung, welche einen signifikanten Beitrag für die Verbesserung von Kühlsystemen darstellt.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist das Bereitstellen eines neuen und verbesserten Mehrfachverdichtersystems zum Einsatz in einem Kühlsystem, welches sämtliche Vorteile und keinen der Nachteile der bisherigen Mehrfachverdichtersysteme aufweist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen eines Mehrfachverdichtersystems zur Aufrechterhaltung einer konstanten Wärmeleistung bei niedrigeren Umgebungstemperaturen.
Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen eines Mehrfachverdichtersystems, welches vereinbar mit einem Kühlsystem ist, das für den Massenstrom eines einzelnen Verdichters im Kühlmodus bei höheren Außenumgebungstemperaturen ausgelegt ist.
Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen eines Mehrfachverdichtersystems mit einem primären Verdichter, welcher oberhalb eines bestimmten Temperaturbereiches der Außenumgebungstemperatur im Heizmodus arbeitet, sowie mit sekundären Verdichtern, welche dann im Verbund mit dem primären Verdichter arbeiten, wenn die Außenumgebungstemperaturen unter den gleichen bestimmten Temperaturbereich fallen.
Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen eines Mehrfachverdichtersystems, wobei das Kühlsystem für den primären Verdichter im Kühlmodus ausgelegt ist, jedoch wechseln sich die sekundären Verdichter mit dem primären Verdichter für Einzelbetrieb im Kühlmodus ab.
Noch ein weiteres Ziel ist es, in einem Kühlsystem des Typs mit einem Kondensator, Verdampfer, Kühlmittel und den Fähigkeiten von zumindest Heiz- und Kühlbetriebsmodi, ein Mehrfachverdichtersystem im Parallelbetrieb bereitzustellen, welches, in Kombination, einen primären Verdichter und zumindest einen sekundären Verdichter aufweist, bei dem der Kondensator und Verdampfer für den Betrieb mit dem primären Verdichter im Kühlbetriebsmodus ausgelegt sind, bei dem der primäre Verdichter alleinig im Heizmodus oberhalb eines Temperaturbereiches arbeitet, und bei dem der sekundäre Verdichter den Betrieb im Heizbetriebsmodus in dem Temperaturbereich aufnimmt und gleichzeitig zum primären Kompressor arbeitet, so dass der Massenstrom des Kühlmittels durch das Kühlsystem im Heizbetriebsmodus nicht größer ist als der im Kühlbetriebsmodus.
Ein weiteres Ziel ist das Bereitstellen einer Betriebsmethode eines Kühlsystems des Typs mit einem Kondensator, Verdampfer, Kühlmittel und den Fähigkeiten von zumindest Heiz- und Kühloperationsmodi, wobei die Methode folgende Schritte aufweist: Weitergeben des Kühlmittels vom Verdampfer des Kühlsystems zu einem primären Verdichter im Heizbetriebsmodus zum Verdichten des Kühlmittels und zur Zufuhr des Kühlmittels an den Kondensator des Kühlsystems umfasst, wobei der primäre Verdichter ausschließlich im Heizbetriebsmodus oberhalb eines Temperaturbereiches arbeitet; das Steuern des ausschließlichen Betriebes des primären Verdichters durch die Auswahl des Temperaturbereiches oberhalb dessen der primäre Verdichter das einzige Mittel zum Verdichten des Kühlmittels ist; und das Führen des Kühlmittels vom Verdampfer des Kühlsystems zum primären Verdichter und einem sekundären Verdichter, während sich das System im Heizbetriebsmodus befindet und der Temperaturbereich vorherrscht, so dass der Massenstrom des Kühlmittels durch das Kühlsystem im Heizbetriebsmodus nicht größer ist als der im Kühlbetriebsmodus.
Ein weiteres Ziel ist das Bereitstellen einer Betriebsmethode eines Kühlsystems, wobei die Methode ferner den Schritt des Abwechselns des alleinigen Betriebes im Kühlbetriebsmodus von zumindest einem der sekundären Verdichter mit dem primären Verdichter aufweist.
Das Vorhergehende hat einige der entsprechenden Merkmale der Erfindung umrissen. Diese Merkmale dienen jedoch nur der Illustration einiger der markanteren Eigenschaften und Anwendungen der beabsichtigten Erfindung. Viele weitere vorteilige Ergebnisse können durch Modifikation der Erfindung innerhalb des Umfangs der Ansprüche erzielt werden.
Dementsprechend lassen sich durch Einbeziehung der Zusammenfassung der Erfindung und der detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform zusätzlich zum Umfang der Erfindung definiert durch die Ansprüche in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen weitere Aufgaben erkennen und ein umfassenderes Verständnis der Erfindung erreichen.
US-A-2 776 543 beschreibt eine Klimaanlage mit einer Wärmepumpe, die mit mehreren Verdichtern ausgestattet ist, welche nacheinander in Übereinstimmung mit der Last auf das System eingeschalten werden, welche von einem Thermostat ermittelt wird, welches die Temperatur innerhalb des klimatisierten Raumes misst.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist durch die beigefügten Ansprüche mit der spezifischen Ausführungsform, die in den angehängten Zeichnungen gezeigt wird, definiert. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, welche diesen Bedarf für die Vorteile von Mehrfachverdichtern deckt, welche bei niedrigen Umgebungstemperaturen gleichzeitig im Heizmodus arbeiten, während ein Kühlsystem beibehalten wird, welches für einen einzelnen Verdichter ausgelegt ist und welcher bei hohen Umgebungstemperaturen im Kühlmodus arbeitet. Zum Zweck der Zusammenfassung der Erfindung weist die Erfindung ein Kühlsystem auf, das für einen einzelnen, primären Verdichter im Kühlbetriebsmodus ausgelegt ist. Der Verdichter arbeitet alleinig im Heizmodus oberhalb eines bestimmten Temperaturbereiches. Vorzugsweise liegt der Temperaturbereich zwischen etwa –6°C und –1°C (20° und 30°F). Unterhalb dieses bestimmten Temperaturbereiches jedoch arbeiten zusätzliche sekundäre Verdichter gleichzeitig mit dem primären Verdichter im Heizmodus. Wenn die Temperaturdifferenz unterhalb des bestimmten Temperaturbereiches steigt, erhöht sich auch die Anzahl sekundärer Verdichter, welche zusammen mit dem primären Verdichter arbeitet. Anders ausgedrückt, für jedes Inkrement, dass die Temperatur unterhalb des Temperaturbereiches sinkt, beginnt ein zusätzlicher sekundärer Verdichter zusammen mit den zuvor initiierten Verdichtern zu arbeiten. Im Kühlsystem der vorliegenden Erfindung bleibt jedoch der Massenstrom im Heizbetriebsmodus gleich dem oder liegt unterhalb dem des Kühlbetriebsmodus.
Ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, dass, wenn die Außenumgebungstemperatur unter den annähernden Temperaturbereich fällt, welcher für den ausschließlichen Betrieb des primären Verdichters festgelegt wurde, sich der Massenstrom des Kühlmittels im Heizmodus als ein Ergebnis des Betriebes der sekundären Verdichter in Verbindung mit dem primären Verdichter erhöht. Darüber hinaus sind der Kondensator und der Verdampfer nur für einen einzelnen Verdichter im Kühlbetriebsmodus ausgelegt. Daher ist leicht ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung ein Mittel zum Aufrechterhalten eines erhöhten Massenstroms des Kühlmittels im Heizmodus bei niedrigerer Außenumgebungstemperatur bietet, welcher jedoch nicht höher ist als der Massenstrom für einen im Kühlmodus arbeitenden Einzelverdichter. Somit wäre ein Mehrfachverdichtersystem der vorliegenden Erfindung sehr willkommen.
Das Vorgenannte umreißt recht grob die markanteren und wichtigen Merkmale der vorliegenden Erfindung. Die folgende detaillierte Beschreibung der Erfindung soll dem besseren Verständnis des vorliegenden Beitrags zur Technik dienen. Zusätzliche Merkmale der Erfindung sind im Folgenden beschrieben. Der Fachmann dürfte verstehen, dass das Konzept und die offenbarte spezifische Ausführungsform leicht als Grundlage für die Modifikation oder das Design weiterer Strukturen zum Ausführen der gleichen Zwecke wie die vorliegende Erfindung verwendet werden können. Der Fachmann sollte auch erkennen, dass sich derartige äquivalente Konstruktionen nicht vom Umfang der Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen dargelegt ist, entfernen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Zum besseren Verständnis der Art und Aufgaben der vorliegenden Erfindung soll Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung genommen werden, in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, wobei:
1 den Stand der Technik darstellt, mit parallelen Doppelverdichtern in einem reversiblen Kühlsystem im Kühlmodus;
2 ein Druck-Enthalpie-Diagramm ist, welches die Prozessdarstellung des Standes der Technik darstellt;
3 eine Illustration einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit parallelen Doppelverdichtern in einem reversiblen Kühlsystem für den gleichzeitigen Betrieb im Heizmodus ist; und
4 ein Druck-Enthalpie-Diagramm ist, welches die Prozessdarstellung der vorliegenden Erfindung darstellt;
5 eine Illustration einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, welche mehrere sekundäre Verdichter im Verbund mit einem primären Verdichteraufweist; und
6 das Druck-Enthalpie-Diagramm und zugehörige Daten für eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Ähnliche Referenzzeichen beziehen sich auf ähnliche Teile in allen Ansichten der Zeichnungen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Bezugnehmend auf die Zeichnungen, und insbesondere auf 3 und 4, wird ein neues und verbessertes Kühlsystem, welches die Prinzipien und Konzepte der vorliegenden Erfindung verkörpert, und welches allgemein durch die Referenznummer 10 bezeichnet wird beschrieben. Wie in 1 gezeigt, ist ein Kühlsystem, welches aus einem Verdichterpaar 4 und 6, Kondensator 7, Expansionsventil 8 und einem Verdampfer 2 besteht, für die ausschließliche Verwendung im Kühlmodus bekannt. 2 illustriert diese bekannte Prozessdarstellung. Zyklus 1-2-3-4-1 stellt die thermodynamischen Schritte dar, welche das typische Doppelverdichtersystem während des Betriebes im Kühlmodus kennzeichnen.
Wie in 3 gezeigt, weist die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen primären Verdichter 31 und einen sekundären Verdichter 32 auf. Die Doppelverdichter 31 und 32 sind parallel angeordnet und kommunizieren mit einem Kondensator 40, einem Expansionsventil 50 und einem Verdampfer 20.
Die Doppelverdichter 31 und 32 arbeiten im Kühlmodus, wobei nur einer der beiden Verdichter läuft. Die Verdichter 31 und 32 können sich im Kühlmodus abwechseln, um die Lebenserwartung des Systems zu erhöhen. Darüber hinaus kann einer von einer beliebigen Anzahl sekundärer Verdichter N anstelle des primären Verdichters 31 im Kühlmodus arbeiten, wenn nur der Betrieb eines einzelnen Verdichters gewünscht ist, um die Lebensdauer des primären Verdichters 31 zu verlängern.
Die Kühlleitungsdimensionen, Verdampfer 20 und Kondensator 40, sind entsprechend des Massenstromes für einen Verdichter im Kühlmodus ausgelegt. In einfacher Weise ist das Kühlsystem der vorliegenden Erfindung für den primären Verdichter 31 bei Betrieb im Kühlmodus ausgelegt.
Dies ist unterschiedlich zu konventioneller Doppelverdichtertechnologie, bei der die Leitzbgsdimensionen und Rohrschlangen für den Massenstrom ausgelegt sind, wenn beide Verdichter im Kühlmodus arbeiten.
Im Heizmodus arbeitet im Doppelverdichterbetrieb der vorliegenden Erfindung der primäre Verdichter 31 allein, bis hinunter auf eine vorbestimmte Außentemperatur. Dann wird der sekundäre Verdichter 32 gestartet, um den Massenstrom und die Kapazität zurück auf Werte zu bringen, welche bei Temperaturen vorliegen, die über der vorbestimmten Außentemperatur liegen. Dies ist die einzige Zeit, in der mehrere Verdichter, nämlich der primäre und der sekundäre Verdichter 31 und 32 gleichzeitig arbeiten. Der primäre Verdichter 31 wird durch ein Innenthermostat 60 gesteuert. Wenn das Innenthermostat 60 Wärmebedarf signalisiert, dann schaltet nur der primäre Verdichter 31 ein, wenn die aktuelle Außentemperatur über der vorbestimmten Außentemperatur liegt. Der sekundäre Verdichter 32 wird zunächst vom Innenthermostat 60 mitgesteuert. Wenn das Innenthermostat 60 keinen Wärmebedarf signalisiert, dann werden weder der primäre Verdichter 31 noch der sekundäre Verdichter 32 eingeschaltet, unabhängig von der Außentemperatur. Wenn das Innenthermostat 60 einen Wärmebedarf signalisiert, dann wird der sekundäre Verdichter 32 basierend auf dem Messungen eines Außenthermostates 60 eingeschaltet (oder er könnte auf dem Kühlmitteldruck auf der Ansaug- oder Hochdruckseite basieren).
In der bevorzugten Ausführungsform arbeitet der primäre Verdichter 31 ausschließlich oberhalb eines Temperaturbereiches von etwa 20°F bis 30°F (–10°C bis –1°C). Jedoch wird dieser Temperaturbereich durch die typischen Klimate einer bestimmten geographischen Region beeinflusst und kann abhängig von einer Vielzahl von Bedingungen wie der Höhenlage schwanken. In der vorliegenden Erfindung beginnt ein sekundärer Verdichter 32 seinen Betrieb während sich die Temperatur innerhalb dieses Temperaturbereiches befindet, und er arbeitet im Verbund mit dem primären Verdichter 31. Jeder nachfolgende sekundäre Verdichter N beginnt bei Temperaturintervallen unterhalb dieses bestimmten Temperaturbereiches im Verbund mit dem primären Verdichter 31 und dem sekundären Verdichter 32 zu arbeiten. Zum Beispiel wird jeder nachfolgende sekundäre Verdichter bei Intervallen von 20°F bis 30°F (11°C bis 17°C) gestartet. In dem Fall, dass, wie zuvor beschrieben, nur der primäre Verdichter 31 und der sekundäre Verdichter 32 arbeiten, könnte der sekundäre Verdichter 33 in einem Temperaturbereich von etwa 10°F bis –10°F (–1°C bis –10°C) gestartet werden. Jeder nachfolgende sekundäre Verdichter N könnte dann mit allen anderen Verdichtern in Temperaturbereichsintervallen von etwa 20°F bis 30°F (11°C bis 17°C) unterhalb des 10°F bis –10°F (–12°C bis –23°C) Temperaturbereiches des sekundären Verdichters 33 gestartet werden.
Wenn die Außentemperatur unter den Einstellpunkt des Außenthermostates sinkt, welcher innerhalb des zuvor beschriebenen Temperaturbereiches von etwa 20°F bis 40°F (–6°C bis +5°C) liegt, dann startet der sekundäre Verdichter 32, nachdem eine Anlaufverzögerung 62 abgelaufen ist. Die Anlaufverzögerung verhindert, dass sowohl der primäre Verdichter 31 als auch der sekundäre Verdichter 32 zur gleichen Zeit gestartet werden und eine Stromspitze erzeugen. Daher sind die Start-Ampere niedrig. Eine Zeitverzögerung von etwa 30 Sekunden bis 1 Minute ist bevorzugt. Der Abschalteinstellpunkt des sekundären Verdichters 321iegt um einige Grad höher als der Einschalteinstellpunkt des sekundären Verdichters 32.
All dies kann mit zusätzlichen Verdichtern N wiederholt werden, die mit ihren eigenen Außenthermostaten 60 ausgerüstet sind, die für immer niedrigere Temperaturen und Anlaufverzögerungen 62 eingestellt sind. 5 stellt mehrere sekundäre Verdichter N dar, welche im Verbund mit dem primären Verdichter 31 im Heizmodus bei niedrigen Umgebungstemperaturen arbeiten können. 4 illustriert die Prozessdarstellung mehrerer sekundärer Verdichter N, welche im Verbund mit dem primären Verdichter 31 arbeiten.
Kreisprozess 1-2-3-4-1 stellt die thermodynamischen Eigenschaften des typischen Doppelverdichtersystems im Kühlmodus dar. Zyklus 1'-2'-3'-4'-1' stellt die Eigenschaften der vorliegenden Erfindung dar, welche ein Verdichterpaar 31 und 32 aufweist, welches wie zuvor beschrieben im Heizmodus arbeitet. Zyklus 1''-2''-3''-4''-1'' stellt die Eigenschaften der vorliegenden Erfindung dar, wobei es zwei sekundäre Verdichter 32 und 33 gibt. Zyklus 1^N-2^N-3^N-4^N-1^N stellt die Eigenschaften der vorliegenden Erfindung dar, wobei es eine beliebige Anzahl N an sekundären Verdichtern gibt.
Der Vorteil des sekundären Verdichters 32 oder mehrerer sekundärer Verdichter N ist eine höhere Heizkapazität bei niedrigeren Außentemperaturen, während eine hohe Leistungszahl (COP) aufrechterhalten wird, sowie geringere Kosten für die Ausstattung, da die Leitungs- und Rohrschlangen-Dimensionen für den Massenstrom von nur einem Verdichter im Kühlmodus ausgelegt sind.
Die Verwendung des Kühlsystems 10 wie zuvor beschrieben stellt ein erfinderisches Verfahren zusätzlich zum Kühlsystem 10 selbst dar. Bei der praktischen Umsetzung des Betriebsverfahrens eines Kühlsystems beihalten die Schritten das Weitergeben des Kühlmittels von einem Verdampfer 20 zu einem primären Verdichter 31 im Heizmodus zum Verdichten des Kühlmittels und das Bereitstellen des Kühlmittels an den Kondensator 40. Das Verfahren beinhaltet dann den Schritt des Steuerns des alleinigen Betriebes des primären Verdichters 31 durch Auswahl des Temperaturbereiches oberhalb dessen der primäre Verdichter 31 das einzige Mittel zum Verdichten von Kühlmittel darstellt. Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat herausgefunden, dass der bevorzugte Temperaturbereich zwischen 20°F und 30°F (–6°C und –1°C) liegt. Der primäre Verdichter 31 wird so eingesetzt, dass er oberhalb dieses Temperaturbereiches ausschließlich im Heizmodus arbeitet. Das Verfahren umfasst dann das Weitergeben des Kühlmittels vom Verdampfer 20 zu einem sekundären Verdichter 32 im Heizmodus beim Betrieb in dem Temperaturbereich, so dass der Massenstrom der Kühlmittels durch das Kühlsystem im Heizmodus nicht größer ist als der im Kühlmodus.
Unter Bezugnahme auf die Leistungstabelle für das Bristol-Verdichter-Modell H26B15QCBC, welche die Kapazität und den Massenstrom für das Kühlmittel R22 darstellt, welches in Verbindung mit dem primären Verdichter 31 verwendet werden soll, und die Leistungstabelle für das Bristol-Verdichter-Modell H26D36QBBC, welche auch die Kapazität und den Massenstrom für das Kühlmittel R22 illustriert, welches in Verbindung mit dem Doppelverdichterbetrieb verwendet werden soll, kann die Leistung der vorliegenden Erfindung illustriert werden.
Bei Betrachtung von 6 und Anwendung der Enthalpieänderung über den Kondensator hinweg für einen gegenüber zwei Verdichtermassenströmen, wie von zwei typischen Verdichterleistungstabellen bereitgestellt, wird ersichtlich, dass der Massenstrom für den Doppelverdichterbetrieb bei niedrigen Umgebungstemperaturen (20° bis 30°F (–6°C bis –1°C)) und einer Verdampfertemperatur von 10°F und 20°F (–12°C bis –6°C) niedriger ist als der Massenstrom des Führungsverdichters, welcher bei typischen extremen Kühlleistungsverdampfertemperaturen (50°F bis 55°F (10°C bis 13°C)) arbeitet (90°F (32°C) Verdichtertemperatur). Der Massenstrom bei 10°F und 20°F (–12°C bis –6°C) Verdampfertemperatur für den Doppelverdichterbetrieb bei 90°F (32°C) Verdichtertemperatur = 258,7 bis 335,4 lb/h (117,3 bis 152,1 kg/Stunde) Massenstrom. Der Massenstrom bei 50°F und 55°F (10°C bis 13°C) Verdampfertemperatur bei (90°F (32°C) Verdichtertemperatur für den Führungsverdichter = nur 286 bis 314 lb/h (130 bis 142 kg pro/Stunde) Massenstrom.
Die Kapazität der Kühlung für den einzelnen (primären) Verdichter im Kühlmodus läge etwa zwischen 20.000 BTUH (5,8 kW) und 26.000 BTUH (7,6 kW), abhängig vom Wirkungsgrad der Ausrüstung. Die Kapazität im Heizmodus für den Doppelverdichterbetrieb betrieben bei einer 10°F und 20°F (–12°C bis –6°C) Verdampfertemperatur läge etwa zwischen 21.000 BTUH (6,2 kW) und 28.000 BTUH (8,2 kW), im Vergleich dazu liegt die Kapazität beim Heizen nur für den Führungsverdichter zwischen etwa zwischen 9.000 BTUH (2,6 kW) und 12.000 BTUH (3,5 kW) bei gleichen Verdampfertemperaturen.
Die Steigerung der Kapazität erfolgt aufgrund von zwei Faktoren. Ein Anstieg in Δh (Änderung der Enthalpie) über den Kondensator hinweg für Doppel- (oder Mehrfachverdichter-) Betrieb (Δh steigt, wenn die Verdampfertemperatur durch gesteigerte Verdichterkapazität sinkt) sowie ein Anstieg im Massenstrom aufgrund von gesteigerter Verdichterkapazität. Δh1 × Massenstroms < Δh2 × Massenstrom2 < ΔnN × MassenstromN
Bei Doppelverdichterbetrieb bei 90°F (32°C) Verdichter und 10°F (–12°C) Verdampfer ist Massenstrom₂ = 258,7 lb/h (0,033 kg/s) (Leistungskurve für Doppelverdichterbetrieb) und Δh₂ = 124-36 (6, h@2' – h@3) = 205 kJ/kg (88 BTU/lb) Kapazität2 = 205 × 0,033 (88 × 258,7) = 6,8 kW (22.766 BTU/h)
Wenn nur der Führungsverdichter in Betrieb ist, bei 32°C (90°F) Verdichter und –6°C (20°F) Verdampfer, ist der Massenstrom₁ = 0,02 kg/s (150,3 lb/h) (Leistungskurve für nur primären Verdichter) und Δh₁ = 121-36 (6, h@2 – h@3) = 198 kJ/kg (85 BTU/lb) Kapazität1 = 85 × 150,3 = 3,74 kW (12.776 BTU/h)
Bei der Verwendung kann die vorliegende Erfindung ferner den Schritt des Bereitstellens zusätzlicher sekundärer Verdichter N aufweisen, so dass die Anzahl der arbeitenden sekundären Verdichter N steigt, wenn die Temperatur unterhalb des Temperaturbereiches im Heizmodus sinkt. Das Verfahren kann dann auch einen Schritt des Abwechselns des ausschließlichen Betriebes von zumindest einem der sekundären Verdichter 32, 33 oder N mit dem primären Verdichter 31 beinhalten.
Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung haben viele Vorteile, einschließlich der konstanten Aufrechterhaltung der Wärmeleistung, wenn die Außenumgebungstemperatur weiter sinkt. Darüber hinaus ist das gesamte Kühlsystem nur für einen einzigen Verdichter im Kühlmodus ausgelegt. Während er sich im Kühlmodus befindet, kann sich ein Verdichter im Betrieb mit einem beliebigen anderen Verdichter abwechseln, so dass die Lebenserwartung jedes einzelnen der Verdichter erhalten bleibt.
DEUTSCHE ÜBERSETZUNG DER FIGUREN

Claims

Kühlsystem, das die Fähigkeit hat, zumindest in einem Heizbetriebsmodus und einem Kühlbetriebsmodus zu arbeiten, wobei das Kühlsystem folgendes aufweist: einen Kondensator (7), einen Verdampfer (2), Kühlmittel und ein Mehrverdichtersystem (4, 6, 31, 32, 33, N), das in Kombination einen primären Verdichter (4, 31) und mindestens einen sekundären Verdichter (6, 32, 33, N) aufweist, die für parallelen Betrieb konfiguriert sind, wobei der Kondensator und Verdampfer (2, 7) für den Massenstrom ausgelegt sind, der durch den vorerwähnten primären Verdichter im Kühlbetriebsmodus erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das System so ausgelegt ist, dass nur der eine vorerwähnte primäre Verdichter (4, 31) und mindestens ein vorerwähnter sekundärer Verdichter (6, 32, 33, N) im Kühlmodus arbeiten; im Heizbetriebsmodus der vorerwähnte primäre Verdichter (4, 31) so eingerichtet ist, dass er ausschließlich dann arbeitet, wenn die gemessene Außentemperatur oberhalb eines Temperaturbereichs liegt; das System so konfiguriert ist, dass mindestens ein sekundärer Verdichter (6, 32, 33, N) für den Beginn des Betriebs im Heizmodus eingerichtet ist, wenn die gemessene Außentemperatur unterhalb eines Temperaturbereichs liegt, so dass er parallel zum vorerwähnten primären Verdichter (4, 31) arbeitet; das System so konfiguriert ist, dass der Massenstrom des Kühlmittels durch das Klimagerät im Heizbetriebsmodus nicht größer als der im Kühlbetriebsmodus ist.
Kühlsystem nach Anspruch 1, wobei das System so ausgelegt ist, dass sich die Zahl der sekundären Verdichter (6, 32, 33, N), die im Verbund mit dem vorerwähnten primären Verdichter im Heizmodus arbeiten, erhöht, wenn die Außentemperatur unter den vorerwähnten Temperaturbereich abfällt.
Kühlsystem nach Anspruch 2, wobei das System so ausgelegt ist, dass jeder einzelne zusätzliche sekundäre Verdichter (6, 32, 33, N) den Betrieb im Verbund mit dem vorerwähnten primären Verdichter (4, 31) bei aufeinander folgenden Außentemperaturintervallen unterhalb des vorerwähnten Temperaturbereichs aufnimmt.
Kühlsystem nach Anspruch 1, wobei mindestens einer der vorerwähnten sekundären Verdichter (6, 32, 33, N) sich im ausschließlichen Betrieb mit dem primären Verdichter (4, 31) im Kühlbetriebsmodus abwechselt.
Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorerwähnte Temperaturbereich zwischen ungefähr –7°C und –1°C (20° und 30° F) liegt.
Kühlsystem nach Anspruch 1, das weiters ein Verbindungsleitungsorgan für die Verbindung der Vielzahl der vorerwähnten Verdichter miteinander für den parallelen Betrieb innerhalb des Kühlsystem enthält.
Verfahren zum Betreiben eines Kühlsystems der Art, die einen Verdichter (7), einen, Verdampfer (2), Kühlmittel und einen primären Verdichter (4, 31) und mindestens einen sekundären Verdichter (6, 32, 33, N) besitzt, die parallel arbeiten, wobei das System in einem Heiz- und in einem Kühlbetriebsmodus arbeiten kann, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: im Heizbetriebsmodus bei einer Außentemperatur oberhalb eines Temperaturbereichs, Führen des Kühlmittels vom Verdampfer (2) des Kühlsystems zum primären Verdichter (4, 31) zum Verdichten des Kühlsystems und Zufuhr desselben zum Kondensator (7) des Klimageräts, wobei der vorerwähnte primäre Verdichter ausschließlich im Heizbetriebsmodus oberhalb des vorerwähnten Außentemperaturbereichs arbeitet; Steuerung des ausschließlichen Betriebs des vorerwähnten primären Verdichters (4, 31) durch Wahl des vorerwähnten Außentemperaturbereichs, oberhalb dessen der vorerwähnte primäre Verdichter das einzige Mittel zum Verdichten des Kühlmittels ist; im Heizbetriebsmodus bei einer Außentemperatur unterhalb des Temperaturbereichs, Führen des Kühlmittels vom Verdampfer des Kühlsystems zum vorerwähnten primären Verdichter (4, 31) und einem sekundären Verdichter (6, 32, 33, N), wodurch der Massenstrom des Kühlmittels durch das Kühlsystem im Heizbetriebsmodus nicht größer als der im Kühlbetriebsmodus ist; im Kühlmodus, Betreiben der Verdichter (4, 6, 31, 32, 33, N) derart, dass nur einer von dem vorerwähnten einen primären Verdichter und mindestens einen sekundären Verdichter arbeiten.
Verfahren zum Betrieb eines Kühlsystems nach Anspruch 7, das weiters den Schritt der Bereitstellung von mindestens einem zusätzlichen sekundären Verdichter (6, 32, 33, N) enthält, so dass sich die Zahl der arbeitenden sekundären Verdichter sich erhöht, wenn die Außentemperatur unter den vorerwähnten Temperaturbereich im Heizbetriebsmodus abfällt.
Verfahren zum Betrieb eines Kühlsystems nach Anspruch 8, das weiters den Schritt des alternierenden ausschließlichen Betriebs im Kühlbetriebsmodus von mindestens einem vorerwähnten sekundären Verdichter (6, 32, 33, N) mit dem vorerwähnten einen primären Verdichter (4, 31) aufweist.
Verfahren zum Betrieb eines Kühlsystems nach Anspruch 7, das weiters den Schritt des alternierenden ausschließlichen Betriebs des vorerwähnten sekundären Verdichters (6, 32, 33, N) mit dem vorerwähnten primären Verdichter (4, 31) im Kühlbetriebsmodus aufweist.
Verfahren zum Betrieb eines Kühlsystems nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem für den vorerwähnten primären Verdichter (4, 31) im Kühlbetriebsmodus ausgelegt ist.
Verfahren zum Betrieb eines Kühlsystems nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der vorerwähnte Außentemperaturbereich zwischen ungefähr –10°C und –1°C (20° und 30°F) liegt.