EP3260797B1 - Raumluftkonditionierungssystem und anordnung des raumluftkonditionierungssystems - Google Patents

Raumluftkonditionierungssystem und anordnung des raumluftkonditionierungssystems Download PDF

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EP3260797B1
EP3260797B1 EP17176867.4A EP17176867A EP3260797B1 EP 3260797 B1 EP3260797 B1 EP 3260797B1 EP 17176867 A EP17176867 A EP 17176867A EP 3260797 B1 EP3260797 B1 EP 3260797B1
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EP
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refrigerant
heat exchanger
conditioning system
air
housing
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Futron GmbH
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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B40/00—Subcoolers, desuperheaters or superheaters
    • F25B40/04—Desuperheaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F1/00—Room units for air-conditioning, e.g. separate or self-contained units or units receiving primary air from a central station
    • F24F1/02—Self-contained room units for air-conditioning, i.e. with all apparatus for treatment installed in a common casing
    • F24F1/022—Self-contained room units for air-conditioning, i.e. with all apparatus for treatment installed in a common casing comprising a compressor cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
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    • F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
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    • F25B2400/0401—Refrigeration circuit bypassing means for the compressor
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    • F25B2400/04—Refrigeration circuit bypassing means
    • F25B2400/0405—Refrigeration circuit bypassing means for the desuperheater
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B2500/00—Problems to be solved
    • F25B2500/26—Problems to be solved characterised by the startup of the refrigeration cycle

Definitions

  • the invention relates to a room air conditioning system.
  • the room air conditioning system has a basic element, a housing with a fan for sucking in the air of the room through the housing and a refrigerant circuit with a compressor, a heat exchanger operated as a desuperheater, a heat exchanger operated as a condenser, an expansion element and a heat exchanger operated as an evaporator for conditioning the Air of space.
  • Refrigeration systems known from the prior art are designed with a refrigerant circuit each with at least one evaporator, one compressor, one condenser and one expansion element as well as various safety components and peripherals.
  • the heat from the air to be conditioned is transferred directly to the refrigerant.
  • the heat exchanger for evaporating the refrigerant referred to as the evaporator for short, is acted upon directly by the air mass flow.
  • the heat from the air to be conditioned is transferred to a coolant that circulates within a coolant circuit.
  • the heated coolant is then cooled with a coolant, the evaporator of the coolant being charged with the previously heated coolant.
  • the refrigerant evaporates while absorbing the heat from the coolant, which is cooled down in the process.
  • the refrigerant is used for both direct and indirect cooling After the heat has been absorbed inside the evaporator, it is sucked in by the compressor and compressed to a high pressure. The gaseous refrigerant is then desheated and condensed as it flows through the heat exchanger to condense the refrigerant, referred to for short as the condenser, and, if necessary, supercooled. The heat is usually transferred from the refrigerant to the ambient air.
  • cascade refrigeration systems with at least two refrigerant circuits are known, the first refrigerant circuit forming a lower stage and the second refrigerant circuit forming an upper stage.
  • the cascade refrigeration system is preferably used for deep freezing, since the temperature differences between the evaporation temperature, which is required to cool the air mass flow, and the condensation temperature for transferring the heat, for example to the ambient air, are very large.
  • the extreme temperature differences result in very large pressure differences between the inlet and the outlet of the compressor.
  • the large pressure differences result in a very low efficiency of the compressor and thus of the refrigeration system or they cannot be implemented.
  • the heat from the air to be conditioned is transferred directly to the refrigerant in the first refrigerant circuit.
  • the evaporator of the first refrigerant circuit is acted upon directly by the air mass flow.
  • the refrigerant of the first refrigerant circuit which is present in gaseous form after compression, is desheated and condensed and, if necessary, supercooled when flowing through a refrigerant-refrigerant heat exchanger.
  • the refrigerant-refrigerant heat exchanger is operated as a condenser within the first refrigerant circuit and as an evaporator within the second refrigerant circuit.
  • the heat is transferred from the refrigerant circulating in the first refrigerant circuit to the refrigerant circulating in the second refrigerant circuit.
  • the refrigerant of the second which is present in gaseous form after compression
  • the refrigerant circuit is desheated and condensed as it flows through a refrigerant-air heat exchanger and, if necessary, subcooled.
  • the heat is usually transferred from the refrigerant to the ambient air.
  • Refrigeration systems contribute to the greenhouse effect on the one hand through direct emissions of strong greenhouse gases such as CFC, HCFC and HFC, and on the other hand through indirect emissions due to energy consumption.
  • the contribution of refrigeration systems, especially supermarket refrigeration systems, to the greenhouse effect can be reduced, for example, by reducing the direct emissions of greenhouse gases through minimal refrigerant fill quantities or the use of refrigerants with no or very low global warming potential; GWP for short for "Global Warming Potential", and / or the energy consumption of the refrigeration system can be reduced.
  • the refrigerant charge can be reduced compared to direct evaporation systems, as these have a significantly smaller volume on the refrigerant side.
  • factory-made refrigeration systems with a high quality standard and low leakage potential as well as lower oil quantities can be used.
  • the direct contribution of a refrigeration system to the greenhouse effect can also be reduced by using refrigerants with a negligible global warming potential, whereby the low global warming potential is not the only requirement for the refrigerant.
  • Other important requirements are, for example, no ozone depletion potential, high energy efficiency, chemical stability, non-flammable and non-toxic, non-corrosive, inexpensive and compatible with the materials of the refrigerant circuit.
  • the evaporator of the refrigerant circuit for conditioning the air and the so-called refrigeration machine set which includes all other components of the refrigerant circuit, are arranged separately from one another and via Refrigerant lines connected to each other.
  • the evaporator is located within the room to be cooled, while the refrigeration machine set is located within a closed machine room.
  • the separate arrangement results in a large volume of the refrigerant circuit and thus a large refrigerant charge.
  • the refrigeration system is laborious to install by refrigeration specialists and must be checked and approved at the installation site in accordance with the Pressure Equipment Directive. The escape of refrigerant from the refrigerant circuit, for example through leakage, into different areas of the installation site is possible.
  • a device for hot water preparation with a coolant circuit that can be operated as a heat pump and a hot water tank has a heat exchanger operated as an evaporator to absorb heat from the ambient air, a compressor, a heat exchanger operated as a desuperheater and a heat exchanger operated as a condenser to directly heat the water stored in the hot water tank.
  • GB 720 779 A a system for conditioning the air of a room, comprising a basic element, a housing with a fan for sucking in the air of the room through the housing and a refrigerant circuit with the following components: a compressor, a heat exchanger operated as a desuperheater, a heat exchanger operated as a condenser, a Expansion element and a heat exchanger operated as an evaporator for conditioning the air of the room, the heat exchanger operated as a condenser being designed as a refrigerant-coolant heat exchanger with connections to a coolant circuit and the components of the refrigerant circuit being arranged on the base element and enclosed by the housing in such a way, that the entire system is arranged as a coherent unit completely within the room, the housing being designed to be divided from at least one closed housing element and at least one housing element through which air can flow, the housing elements elements are arranged supported on the base element, the refrigerant-air heat exchanger operated as an evapor
  • the object of the invention is now to provide a system for conditioning air in a room, in particular a deep-freeze room, which eliminates the above-mentioned disadvantages from the prior art and specifically meets the requirements for the lowest possible greenhouse effect.
  • the manufacturing, maintenance and operating costs as well as the required installation space of the system should be minimal, and existing peripherals should be usable at the installation site.
  • the object is achieved by an inventive Indoor air conditioning system solved.
  • the system has a basic element, a housing with a fan for sucking in the air of the room through the housing and a refrigerant circuit with at least the following components: a compressor, a heat exchanger operated as a desuperheater, a heat exchanger operated as a condenser, an expansion element and an evaporator operated heat exchanger for conditioning the air of the room, which are arranged in the specified order to one another.
  • the heat exchanger operated as a condenser is designed as a refrigerant-coolant heat exchanger with connections for connecting to a coolant circuit.
  • all components of the refrigerant circuit are arranged on the base element and enclosed by the housing in such a way that the entire room air conditioning system can be arranged as a cohesive unit completely within a room whose air is conditioned with the room air conditioning system.
  • the coherent unit means that the system with the housing as well as the basic element, the closed and already filled refrigerant circuit as well as switching devices and control devices are brought into the room pre-assembled, so that only the connections of the coolant circuit and electrical control lines or supply lines need to be connected.
  • the housing is designed to be divided from at least one closed housing element and at least one housing element through which air can flow.
  • the housing elements are arranged supported on the base element.
  • the basic element is preferably designed as a frame construction.
  • the refrigerant-air heat exchanger operated as an evaporator is inside of the volume enclosed by the air-permeable housing element.
  • the heat exchanger operated as an evaporator is configured for direct cooling of the air.
  • direct cooling is to be understood as a transfer of heat without intermediate media, such as additional coolants or refrigerants as refrigerant fluids.
  • the heat to be absorbed by the air is consequently transferred directly to the refrigerant, which evaporates within the heat exchanger.
  • the refrigerant is in direct contact with the air via the refrigerant-air heat exchanger, so that the heat only passes through a wall of the heat exchanger, in particular through heat transfer from the air to the wall, heat conduction through the wall and heat transfer from the wall to the refrigerant, is transmitted.
  • the fan for sucking in the air of the room through the housing or for conveying the mass flow of the air to be conditioned over the heat transfer surface of the refrigerant-air heat exchanger is preferably also provided in the area of the housing element through which air can flow.
  • the housing is also advantageously designed with a defrosting flap for closing and opening the air-permeable housing element.
  • the defrost flap is preferably arranged on the suction side of the housing element.
  • the housing is advantageously constructed in at least three parts from at least a first, outer housing element, a second, middle housing element and a third, outer housing element.
  • the outer housing elements are each closed and arranged laterally next to the middle housing element, which can be air-flowed through, and the middle housing element is arranged laterally delimiting on opposite sides.
  • the closed housing element is insulated from the environment and from the housing element through which air can flow. Insulation is to be understood as meaning, in particular, thermal insulation.
  • the refrigerant circuit has a pressure equalization section extending between a branch point formed on the high pressure side and an opening point formed on the low pressure side.
  • the pressure equalization section is designed with an expansion vessel, at least one capillary tube and at least one safety valve.
  • branch point is formed in the flow direction of the refrigerant between the heat exchanger operated as a desuperheater and the heat exchanger operated as a condenser, while the opening point of the pressure equalization section is arranged at the inlet to the compressor.
  • the at least one safety valve is arranged in the flow direction of the refrigerant within the pressure equalization section downstream of the branch point and / or in front of the opening point.
  • one safety valve is formed on the low-pressure side and one on the high-pressure side of the refrigerant circuit.
  • the terms low-pressure side and high-pressure side relate to the states of the refrigerant during operation of the refrigerant circuit.
  • the pressure equalization section advantageously has two capillary tubes.
  • a first capillary tube is arranged upstream of the expansion vessel in the direction of flow of the refrigerant and a second capillary tube is arranged downstream of the expansion vessel in the direction of flow of the refrigerant.
  • the first capillary tube is preferably between that on the high pressure side arranged safety valve and the expansion vessel and the second capillary tube is preferably formed between the expansion vessel and the safety valve arranged on the low-pressure side.
  • a bypass with a safety valve is provided at least for one capillary tube, which is set with a predetermined opening pressure when the pressure is limited.
  • the bypass is advantageously arranged around the first capillary tube.
  • the compressor, the refrigerant-coolant heat exchanger operated as a condenser, the expansion element and the components forming the pressure equalization path are arranged within the volume enclosed by the at least one closed housing element.
  • the room air conditioning system is designed on the underside with a collecting element for collecting and draining liquid.
  • the collecting element is advantageously arranged in the area of the housing element that can flow through air in order to collect the moisture, in particular water, condensed out of the air by the refrigerant-air heat exchanger.
  • the collecting element is preferably designed in the shape of a trough or a bowl.
  • the heat exchanger operated as a desuperheater is arranged within the volume enclosed by the air-permeable housing element and on the side of the collecting element directed into the volume for heating the liquid that has condensed out of the air and collected in the collecting element.
  • the heat dissipated by the refrigerant to de-heat the gaseous refrigerant is transferred to the liquid stored in the collecting element, in particular in order to prevent the liquid from freezing.
  • a further advantageous embodiment of the invention consists in the fact that the refrigerant-air heat exchanger operated as an evaporator has lamellae on a heat transfer surface directed towards the air, which are arranged parallel to one another.
  • the lamellae have a different lamellar spacing in an air flow area with a first lamella spacing and in an area deviating from the air flow area with a second lamella spacing.
  • the value of the first lamella spacing is greater than the value of the second lamellae spacing.
  • the lamellae are arranged at a greater distance from one another than in the remaining area, in particular in the area where the air flows out and in the central area of the heat transfer surface.
  • the ratio of the first lamella spacing to the second lamella spacing is preferably 2/1.
  • the first lamella spacing advantageously has a value of 14 mm.
  • the compressor is designed with a trough-shaped collecting element for lubricant, a heating element for heating the lubricant accumulated in the collecting element and a device for monitoring the temperature of the lubricating agent accumulated in the collecting element and for controlling the heating element.
  • the device for monitoring the temperature of the lubricant that has accumulated in the collecting element advantageously has at least one sensor for determining the temperature of the lubricant.
  • the compressor is preferably designed as a reciprocating compressor.
  • the trough-shaped collecting element for the lubricant of the compressor also referred to as an oil sump, is advantageously insulated, in particular thermally insulated, in order to minimize the heat transfer from the compressor or from the lubricant to the environment.
  • the refrigerant-coolant heat exchanger operated as a condenser is preferably designed as a plate heat exchanger.
  • the coolant-coolant heat exchanger is integrated in the coolant circuit in such a way that the coolant and the coolant flow through the heat exchanger in cross-countercurrent to one another.
  • the expansion element is advantageously designed as an expansion valve, in particular as an electronically controlled expansion valve.
  • Carbon dioxide referred to as CO 2 for short, is preferably used as the refrigerant.
  • the advantageous embodiment of the invention enables the room air conditioning system to be arranged as a component of an overall system in a room for deep freezing, in particular within a supermarket.
  • the coolant circuit is preferably configured for normal cooling of the entire system.
  • Fig. 1 shows the room air conditioning system 1, in particular a freezer room, in the assembled state.
  • the room air conditioning system 1, hereinafter also referred to as system 1 for short, has a three-part housing 2 formed from a first housing element 2a, a second housing element 2b and a third housing element 2c, as well as a base element 3.
  • the housing elements 2a, 2b, 2c are arranged supported on the base element 3 designed as a frame.
  • the housing 2 is formed in the area of the third housing element 2c with feedthroughs 4 for connections of a refrigerant-coolant heat exchanger (not shown).
  • the housing 2 In the area of the second housing element 2b, the housing 2 has an opening in which a fan 5 is arranged for conveying the mass flow of the air to be conditioned over the heat transfer surface of a refrigerant-air heat exchanger (not shown) of the system 1.
  • FIG. 2 is a schematic representation of a refrigerant circuit 20 of the room air conditioning system 1, in particular for supplying cold to a cold store or a deep-freeze room, with a compressor 21, a heat exchanger 22 operated as a desuperheater of the gaseous high-pressure refrigerant, the refrigerant-coolant heat exchanger 23, a Expansion element 26 and the refrigerant-air heat exchanger 27.
  • the cooling supply is based on a cooling system with direct evaporation.
  • the refrigerant flowing out of the compressor 21 at the high pressure level as hot gas is de-heated as it flows through the desuperheater 22 and then passed through the refrigerant-coolant heat exchanger 23 operated as a condenser. During the desuperheating process, the gaseous refrigerant is cooled down to the area of the dew line.
  • the refrigerant When flowing through the heat exchanger 23, the refrigerant is condensed and possibly supercooled.
  • the heat is transferred from the coolant to a coolant circulating in a coolant circuit 24, which is a cold-resistant brine that has flow properties even at temperatures in the range below 0 ° C.
  • the coolant flowing in cross-countercurrent to the refrigerant is heated by the cross-countercurrent heat exchanger, which is preferably designed as a plate heat exchanger.
  • the waste heat from the refrigeration system is then transferred to a brine system.
  • the brine system is preferably operated with a flow temperature of -2 ° C and a return temperature of + 3 ° C.
  • the coolant of the coolant circuit 24 serves the refrigerant circuit 20 as a heat sink.
  • the room air conditioning system 1 is operated with a condensation temperature of around + 2 ° C.
  • the coolant circuit 24 is advantageously also used for normal cooling of a refrigeration system in addition to absorbing the heat from the refrigerant circuit 20 in the refrigerant-coolant heat exchanger 23.
  • the liquid refrigerant After exiting the refrigerant-coolant heat exchanger 23, the liquid refrigerant is passed through a filter 25 to the expansion element 26.
  • the expansion element 26 which is designed in particular as an expansion valve, specifically as an electronic expansion valve, the refrigerant is expanded to evaporation pressure and is guided to the evaporator 27.
  • the evaporator 27 which is designed as a room air cooler, the refrigerant is evaporated and overheated while absorbing heat. The heat from the room air to be conditioned is transferred to the refrigerant. The air sucked by means of the fan 5 over the heat transfer surface of the evaporator 27 is cooled.
  • the room air conditioning system 1 With the use of carbon dioxide, the room air conditioning system 1 is operated with an evaporation temperature of approximately -33 ° C at a temperature of the room air of approximately -24 ° C.
  • the superheated and gaseous refrigerant emerging from the evaporator 27 is sucked in by the compressor 21, which is preferably designed as a reciprocating piston compressor.
  • the refrigerant circuit 20 is closed.
  • the desuperheater 22 also referred to as a pipe distribution section, is arranged in the area of the second housing element 2b and thus in the area of the evaporator 27.
  • desuperheater 22 also serves to avoid pulsations in the refrigerant and to avoid thermal expansion in the condenser 23, which is designed as a plate heat exchanger the stresses occurring due to thermal expansion are avoided or at least minimized.
  • the refrigerant circuit 20 of the room air conditioning system 1 is limited with carbon dioxide as refrigerant on the high pressure side with about 43 bar and on the low pressure side with about 32 bar and has safety devices which are primarily arranged in a pressure equalization section extending between a branch point 28 and an outlet point 33.
  • the branch point 28 is formed in the flow direction of the refrigerant between the desuperheater 22 and the condenser 23, while the opening point 33 is formed at the inlet to the compressor 21.
  • the safety devices are designed for the case of a longer standstill, for example in the event of a failure of the coolant circuit 24, and have a sufficiently dimensioned expansion vessel 31 as well as a safety valve 29, 34 and a shut-off valve 35 on the low-pressure side and on the high-pressure side of the Refrigerant circuit 20 on.
  • the shut-off valves 35 arranged on the high pressure side in the area of the branch point 28 and on the low pressure side in the area of the opening point are designed to be open and sealed.
  • the automatic and backpressure-independent safety valve 34 arranged on the low-pressure side is designed as a relief valve which opens when a predetermined threshold value, specifically 32 bar, is reached or exceeded, and the refrigerant can escape from the refrigerant circuit 20.
  • a capillary tube 30, 32 with an upstream filter element is arranged between the shut-off valves 35 and the expansion vessel 31 within the pressure equalization section, so that a necessary pressure equalization is always made possible.
  • the use of the capillary tubes 30, 32 also avoids the installation of faulty or failing solenoid valves during operation.
  • the refrigerant flows through the capillary tube 30 into the expansion vessel 31 to equalize the pressure at a very low speed and with a loss of pressure the capillary tube 32 to the compressor 21 and circulates within the refrigerant circuit 20.
  • a conventional design of a cold supply also referred to as an emergency cold supply, is not necessary.
  • the expansion vessel 31 is configured in such a way that the room air conditioning system 1 is stopped and heated to a temperature of 35 ° C. without the refrigerant being blown off.
  • the capillary tube 30 also has a bypass with the as an overflow valve trained safety valve 29, which opens when a predetermined threshold value is reached or exceeded and is thus set at a pressure limitation of the refrigerant circuit 20 filled with carbon dioxide, for example to 43 bar with an opening pressure of 43 bar.
  • the safety valve 29 opens to allow the refrigerant to pass through, in particular into the expansion vessel 31 as compensation from the high pressure side to the low pressure side of the refrigerant circuit 20.
  • the safety valves 29, 34 serve as pressure relief devices which allow the refrigerant to pass from an area with high pressure to an area of lower pressure, with the safety valve 34 as a relief valve taking the refrigerant from the high pressure area of the refrigerant circuit 20 into the environment and the safety valve 29 as an overflow valve allows the refrigerant to flow over from the high pressure area into a lower pressure area of the refrigerant circuit 20.
  • FIG. 3 4a and 5a are different views of the room air conditioning system 1, in particular of a freezer room Fig. 1 shown.
  • the end Fig. 3 is a view of the system 1 from behind with an indicated arrangement of the compressor 21 of the refrigerant circuit 20.
  • Figure 4a shows a side view of the system 1 with an open area of the housing 2 and the compressor 21 of the refrigerant circuit 20.
  • FIG Figure 5a is a plan view of the system 1 with the housing 2 open and the evaporator 27 of the refrigerant circuit 20 shown.
  • the compressor 21 of the refrigerant circuit 20 is arranged, while within the area of the third, also outer housing element 2c, the expansion vessel 31 (not shown) and the refrigerant-coolant heat exchanger 23 of the refrigerant circuit, which is also not shown and operated as a condenser 20 are arranged.
  • the connections, not shown, of the coolant circuit 24 to the Heat exchangers 23 are formed within the volume enclosed by the housing element 2c.
  • the connecting lines of the coolant circuit 24 to the connections on the condenser 23 are passed through bushings 4 formed in the housing 2.
  • the room air conditioning system 1 configured in particular for deep freezing, is connected to the entire refrigerant circuit 20, i.e. with the compressor 21, the desuperheater 22, the condenser 23, the expansion element 26, the evaporator 27 and the safety devices such as the expansion vessel 31, the capillary tubes 30, 32 and the safety valves 29, 34, designed as a compact, factory-made unit for arrangement within the room to be cooled. All components of the room air conditioning system 1 are arranged in a compact frame construction, that is to say on the base element 3 designed as a frame.
  • the refrigerant charge is preferably only about 2.5 kg.
  • GWP global warming potential
  • System 1 is completely pre-assembled for installation within the room and thus brought into the room so that it can be cultivated and arranged at the installation site.
  • the flow line and the return line of the coolant circuit 24 are then connected to the connections of the condenser 23 and the electrical connections and the control connections for an overall system are wired.
  • the refrigerant circuit 20 is filled with refrigerant during assembly in the factory, so that the refrigerant circuit 20 is not filled with refrigerant at the installation site of the system 1, which increases the safety of the system 1 and does not necessarily require the use of a trained refrigeration installer to assemble the system 1 .
  • the refrigerant-air heat exchanger 27 of the refrigerant circuit 20, which is operated as an evaporator, is arranged in the region of the second, middle housing element 2b.
  • the air to be conditioned is sucked through the area of the second housing element 2b in the flow direction 7 by means of the fan 5 and flows over the heat transfer surface of the evaporator 27 charged with the refrigerant.
  • the entire room air conditioning system 1 is arranged in a single housing 2 with the evaporator 27 in the room to be cooled.
  • the system 1 is thus designed as an evaporator housing which has additional lateral volumes for the compressor 21, the condenser 23, the expansion vessel 31, which, for example, provides additional expansion volume for the refrigerant in the event of an accident, and all other components of the refrigerant circuit 20.
  • the base element 3 formed on the floor of the room air conditioning system 1 has a collecting element 6 for collecting and discharging liquid.
  • the water which is mainly deposited on the heat transfer surface of the evaporator 27 and condenses out of the air when the air cools down, drips down and is received and stored in the collecting element 6 designed as a condensation water collecting tray.
  • the desuperheater 22 of the gaseous refrigerant designed as a pipe distribution section, is arranged in the area of the second housing element 2b and thus in the area of the evaporator 27.
  • the pipe distribution section runs on the bottom and on the inside of the collecting element 6.
  • the heat to be dissipated from the hot gas is consequently used to heat the water that condenses out of the air and is collected in the collecting element 6.
  • the room air conditioning system 1 also has a defrosting flap 8 in order to increase the efficiency during the defrosting of the water frozen on the heat transfer surface of the evaporator 27, as can be seen in particular from the Figure 4a and 5a emerges.
  • the defrosting flap 8 When the room air conditioning system 1 is in cooling mode, the defrosting flap 8 is open, which is shown in FIG Figure 4a is shown by the dashed lines.
  • the defrosting flap 8 is closed during the defrosting operation of the room air conditioning system 1, which is shown in FIG Figure 5a is shown to prevent the suction of air from the room whose air is to be cooled.
  • the defrost flap 8 is arranged on the intake side of the air of the evaporator 27.
  • the outer housing elements 2a, 2c are each designed to be insulated from the environment and from the middle housing element 2b.
  • the walls of the housing elements 2a, 2c each have insulation layers in order to minimize the heat generated within the housing elements 2a, 2c, for example by the compressor 21, and given off to the air to be conditioned.
  • the insulation of the outer housing elements 2a, 2c With the insulation of the outer housing elements 2a, 2c, the formation of condensation water and the freezing of the condensation water, in particular on components of the refrigerant circuit 20, are also avoided.
  • the heat generated and given off by the compressor 21 remains inside the first housing element 2a and heats the air contained therein.
  • the compressor 21 has a sight glass 9 for observing the refrigerant-oil mixture and a heating element 10, which serves as an oil sump heater for temperature control of the oil as a lubricant for moving components of the compressor 21.
  • a heating element 10 which serves as an oil sump heater for temperature control of the oil as a lubricant for moving components of the compressor 21.
  • the oil pan of the compressor 21 is also provided with an insulation 11 in order, on the one hand, to protect the compressor 21 from excessive cooling and, on the other hand, to further minimize the heat transfer to the air in the room to be cooled.
  • the insulation is preferably 19 mm thick.
  • the design as a suction gas-cooled compressor 21 in any case results in only minimal heat dissipation to the environment.
  • the insulated oil pan of the compressor 21 also has a device for monitoring the temperature in order to control the heating element 10.
  • Figure 5b shows a detailed view of the evaporator 27, in particular the formation of fins to enlarge the heat transfer surface.
  • the high stability of the evaporator 27, that is to say the prevention of icing of the heat transfer surface and thus a long operating phase between necessary defrosting processes, is achieved by means of a different lamella pitch, especially in the area where the air flows into it.
  • the lamellae which are aligned parallel to one another, are arranged at a first lamella spacing a from one another in the inflow area of the air, while the lamellae in the remaining area of the heat transfer surface are spaced apart from one another at a second lamella spacing b.
  • the ratio of the first lamella spacing a to The second lamella spacing b is preferably 2/1, the first lamella spacing a advantageously being 14 mm.
  • the lamellas are then arranged at a distance of 7 mm from one another in areas deviating from the air flow area.
  • the first lamellar spacing a prevents the heat transfer surface from icing over, even when there is a high moisture content in the inflowing air.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Raumluftkonditionierungssystem. Das Raumluftkonditionierungssystem weist ein Grundelement, ein Gehäuse mit einem Lüfter zum Ansaugen der Luft des Raumes durch das Gehäuse und einen Kältemittelkreislauf mit einem Verdichter, einem als Enthitzer betriebenen Wärmeübertrager, einem als Kondensator betriebenen Wärmeübertrager, einem Expansionsorgan und einem als Verdampfer betriebenen Wärmeübertrager zum Konditionieren der Luft des Raumes auf.
  • Aus dem Stand der Technik bekannte Kälteanlagensysteme sind mit einem Kältemittelkreislauf mit jeweils mindestens einem Verdampfer, einem Verdichter, einem Kondensator und einem Expansionsorgan sowie diversen Sicherheitskomponenten und Peripherie ausgebildet. Dabei werden Kälteanlagen, beispielsweise für Supermärkte, in Anlagen für Normalkühlung bei Temperaturwerten im Bereich von größer etwa -5°C und Anlagen für Tiefkühlung bei Temperaturwerten im Bereich von kleiner etwa -5°C unterschieden. Die Kühlung erfolgt direkt oder indirekt.
  • Bei einer direkten Kühlung wird die Wärme von der zu konditionierenden Luft direkt an das Kältemittel übertragen. Der Wärmeübertrager zum Verdampfen des Kältemittels, kurz als Verdampfer bezeichnet, wird direkt mit dem Luftmassenstrom beaufschlagt. Bei einer indirekten Kühlung wird die Wärme von der zu konditionierenden Luft an ein Kühlmittel, welches innerhalb eines Kühlmittelkreislaufes zirkuliert, übertragen. Das erwärmte Kühlmittel wird anschließend kältemittelgekühlt, wobei der Verdampfer des Kältemittels mit dem zuvor erwärmten Kühlmittel beaufschlagt wird. Das Kältemittel verdampft unter Aufnahme der Wärme aus dem Kühlmittel, welches dabei abgekühlt wird. Sowohl bei der direkten als auch bei der indirekten Kühlung wird das Kältemittel nach der Aufnahme der Wärme innerhalb des Verdampfers vom Verdichter angesaugt und auf einen Hochdruck verdichtet. Das gasförmige Kältemittel wird anschließend beim Durchströmen des Wärmeübertragers zum Kondensieren des Kältemittels, kurz als Kondensator bezeichnet, enthitzt und kondensiert sowie gegebenenfalls unterkühlt. Die Wärme wird dabei vom Kältemittel meist an Umgebungsluft übertragen.
  • Des Weiteren sind Kaskaden-Kälteanlagen mit mindestens zwei Kältemittelkreisläufen bekannt, wobei der erste Kältemittelkreislauf eine untere Stufe und der zweite Kältemittelkreislauf eine obere Stufe bildet. Die Kaskaden-Kälteanlage wird bevorzugt zur Tiefkühlung eingesetzt, da die Temperaturunterschiede zwischen der Verdampfungstemperatur, welche zur Kühlung des Luftmassenstroms benötigt wird, und der Kondensationstemperatur zur Übertragung der Wärme, beispielsweise an die Umgebungsluft, sehr groß ist. Mit den extremen Temperaturunterschieden ergeben sich sehr große Druckunterschiede zwischen dem Eintritt und dem Austritt des Verdichters. Die großen Druckunterschiede bewirken eine sehr geringe Effizienz des Verdichters und damit der Kälteanlage oder sind nicht zu realisieren.
  • Bei einer herkömmlichen Kaskaden-Kälteanlage wird die Wärme von der zu konditionierenden Luft direkt an das Kältemittel des ersten Kältemittelkreislaufes übertragen. Der Verdampfer des ersten Kältemittelkreislaufes wird direkt mit dem Luftmassenstrom beaufschlagt. Das nach der Verdichtung gasförmig vorliegende Kältemittel des ersten Kältemittelkreislaufes wird beim Durchströmen eines Kältemittel-Kältemittel-Wärmeübertragers enthitzt und kondensiert sowie gegebenenfalls unterkühlt. Der Kältemittel-Kältemittel-Wärmeübertrager wird innerhalb des ersten Kältemittelkreislaufes als Kondensator und innerhalb des zweiten Kältemittelkreislaufes als Verdampfer betrieben. Die Wärme wird dabei vom im ersten Kältemittelkreislauf zirkulierenden Kältemittel an das im zweiten Kältemittelkreislauf zirkulierende Kältemittel übertragen. Das nach der Verdichtung gasförmig vorliegende Kältemittel des zweiten Kältemittelkreislaufes wird beim Durchströmen eines Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers enthitzt und kondensiert sowie gegebenenfalls unterkühlt. Die Wärme wird dabei vom Kältemittel meist an Umgebungsluft übertragen.
  • Der anthropogene Treibhauseffekt stellt derzeit eine große Herausforderung dar. Dabei tragen Kälteanlagen einerseits durch die direkten Emissionen von starken Treibhausgasen, wie FCKW, H-FCKW und HFKW, sowie andererseits durch indirekte Emissionen auf Grund des Energieverbrauchs zum Treibhauseffekt bei.
  • Der Beitrag von Kälteanlagen, insbesondere von Supermarktkälteanlagen, zum Treibhauseffekt kann zum Beispiel verringert werden, indem die direkten Emissionen von Treibhausgasen durch minimale Kältemittelfüllmengen beziehungsweise den Einsatz von Kältemitteln ohne oder mit einem sehr niedrigen Treibhauspotential; kurz GWP für "Global warming potential", und/oder der Energieverbrauch der Kälteanlage reduziert werden.
  • Mit dem Einsatz von Kälteanlagen mit indirekter Kühlung lässt sich die Kältemittelfüllmenge im Vergleich zu Direktverdampfungsanlagen reduzieren, da diese ein deutlich kleineres kältemittelseitiges Volumen aufweisen. Zudem können fabrikgefertigte Kälteanlagen mit hohem Qualitätsstandard und geringem Leckagepotenzial sowie geringeren Ölmengen eingesetzt werden. Der direkte Beitrag einer Kälteanlage zum Treibhauseffekt kann auch durch die Verwendung von Kältemitteln mit vernachlässigbarem Treibhauspotential gesenkt werden, wobei das geringe Treibhauspotential nicht die einzige Anforderung an das Kältemittel ist. Andere wichtige Anforderungen sind beispielsweise kein Ozonabbaupotenzial, hohe energetische Effizienz, chemische Stabilität, unbrennbar und ungiftig, nicht korrosiv, preiswert sowie kompatibel zu Materialien des Kältemittelkreislaufes.
  • Bei aus dem Stand der Technik bekannten Kälteanlagen sind der Verdampfer des Kältemittelkreislaufes zum Konditionieren der Luft und der sogenannte Kältemaschinensatz, welcher sämtliche andere Komponenten des Kältemittelkreislaufes umfasst, getrennt voneinander angeordnet und über Kältemittelleitungen miteinander verbunden. Dabei befindet sich der Verdampfer innerhalb des zu kühlenden Raumes, während der Kältemaschinensatz innerhalb eines abgeschlossenen Maschinenraumes angeordnet ist. Die getrennte Anordnung bewirkt ein großes Volumen des Kältemittelkreislaufes und damit eine große Kältemittelfüllmenge. Die Kälteanlage ist durch kältetechnisches Fachpersonal aufwändig zu installieren und muss gemäß der Druckgeräterichtlinie am Einbauort geprüft und abgenommen werden. Der Austritt von Kältemittel aus dem Kältemittelkreislauf, beispielsweise durch Leckage, in verschiedene Bereiche des Aufstellungsortes ist möglich.
  • In der GB 720 779 A wird eine Vorrichtung zur Warmwasserbereitung mit einem als Wärmepumpe betreibbaren Kältemittelkreislauf und einem Warmwassertank offenbart. Der Kältemittelkreislauf weist einen als Verdampfer betriebenen Wärmeübertrager zur Aufnahme von Wärme aus der Umgebungsluft, einen Verdichter, einen als Enthitzer betriebenen Wärmeübertrager sowie einen als Kondensator betriebenen Wärmeübertrager zum direkten Erwärmen des im Warmwassertank gespeicherten Wassers auf. Des Weiteren offenbart GB 720 779 A ein System zum Konditionieren von Luft eines Raumes, aufweisend ein Grundelement, ein Gehäuse mit einem Lüfter zum Ansaugen der Luft des Raumes durch das Gehäuse und einen Kältemittelkreislauf mit folgenden Komponenten: ein Verdichter, ein als Enthitzer betriebener Wärmeübertrager, ein als Kondensator betriebener Wärmeübertrager, ein Expansionsorgan und ein als Verdampfer betriebener Wärmeübertrager zum Konditionieren der Luft des Raumes, wobei der als Kondensator betriebene Wärmeübertrager als ein Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager mit Anschlüssen an einen Kühlmittelkreislauf ausgebildet ist und die Komponenten des Kältemittelkreislaufes auf dem Grundelement und vom Gehäuse umschlossen derart angeordnet sind, dass das gesamte System als eine zusammenhängende Einheit vollständig innerhalb des Raumes angeordnet ist, wobei das Gehäuse aus mindestens einem geschlossenen Gehäuseelement und mindestens einem luftdurchströmbaren Gehäuseelement geteilt ausgebildet ist, wobei die Gehäuseelemente auf dem Grundelement abgestützt angeordnet sind, wobei der als Verdampfer betriebene Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager innerhalb des vom luftdurchströmbaren Gehäuseelement umschlossenen Volumens angeordnet ist.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr in der Bereitstellung eines Systems zum Konditionieren von Luft eines Raumes, insbesondere eines Tiefkühlraumes, welches die oben genannten Nachteile aus dem Stand der Technik ausräumt und speziell die Anforderungen an einen möglichst geringen Treibhauseffekt erfüllt. Die Herstellungs-, Wartungs- und Betriebskosten sowie der erforderliche Bauraum des Systems sollen minimal sein, dabei soll bereits vorhandene Peripherie am Einbauort nutzbar sein.
  • Die Aufgabe wird durch den Gegenstand mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
  • Die Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Raumluftkonditionierungssystem gelöst. Das System weist ein Grundelement, ein Gehäuse mit einem Lüfter zum Ansaugen der Luft des Raumes durch das Gehäuse und einen Kältemittelkreislauf mit mindestens folgenden Komponenten auf: ein Verdichter, ein als Enthitzer betriebener Wärmeübertrager, ein als Kondensator betriebener Wärmeübertrager, ein Expansionsorgan und ein als Verdampfer betriebener Wärmeübertrager zum Konditionieren der Luft des Raumes, welche in der angegebenen Reihenfolge zueinander angeordnet sind.
  • Nach der Konzeption der Erfindung ist der als Kondensator betriebene Wärmeübertrager als ein Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager mit Anschlüssen zum Verbinden mit einem Kühlmittelkreislauf ausgebildet. Zudem sind sämtliche Komponenten des Kältemittelkreislaufes auf dem Grundelement und vom Gehäuse umschlossen derart angeordnet, dass das gesamte Raumluftkonditionierungssystem als eine zusammenhängende Einheit vollständig innerhalb eines Raumes anordenbar ist, dessen Luft mit dem Raumluftkonditionierungssystem konditioniert wird.
  • Unter der zusammenhängenden Einheit ist zu verstehen, dass das System mit dem Gehäuse sowie dem Grundelement, dem geschlossenen und bereits befüllten Kältemittelkreislauf sowie Schalteinrichtungen und Steuereinrichtungen vormontiert in den Raum eingebracht wird, sodass lediglich die Anschlüsse des Kühlmittelkreislaufs und elektrische Steuerleitungen beziehungsweise Versorgungsleitungen anzuschließen sind.
  • Das Gehäuse ist aus mindestens einem geschlossenen Gehäuseelement und mindestens einem luftdurchströmbaren Gehäuseelement geteilt ausgebildet. Die Gehäuseelemente sind dabei auf dem Grundelement abgestützt angeordnet.
  • Das Grundelement ist bevorzugt als eine Rahmenkonstruktion ausgebildet.
  • Der als Verdampfer betriebene Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager ist innerhalb des vom luftdurchströmbaren Gehäuseelement umschlossenen Volumens angeordnet.
  • Der als Verdampfer betriebene Wärmeübertrager ist zur direkten Kühlung der Luft konfiguriert. Unter der direkten Kühlung ist dabei eine Wärmeübertragung ohne Zwischenmedien, wie zusätzliche Kühlmittel oder Kältemittel als Kälteträgerfluid, zu verstehen. Die von der Luft aufzunehmende Wärme wird folglich direkt an das Kältemittel übertragen, welches innerhalb des Wärmeübertragers verdampft. Das Kältemittel steht über den Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager in direktem Kontakt zur Luft, sodass die Wärme beispielsweise lediglich durch eine Wandung des Wärmeübertragers, insbesondere durch Wärmeübergang von der Luft an die Wandung, Wärmeleitung durch die Wandung und Wärmeübergang von der Wandung an das Kältemittel, übertragen wird.
  • Der Lüfter zum Ansaugen der Luft des Raumes durch das Gehäuse beziehungsweise zum Fördern des Massenstroms der zu konditionierenden Luft über die Wärmeübertragungsfläche des Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers ist bevorzugt ebenfalls im Bereich des luftdurchströmbaren Gehäuseelements vorgesehen.
  • Das Gehäuse ist im Bereich des luftdurchströmbaren Gehäuseelements vorteilhaft zudem mit einer Abtauklappe zum Verschließen und Öffnen des luftdurchströmbaren Gehäuseelements ausgebildet. Die Abtauklappe ist dabei bevorzugt auf der Ansaugseite des Gehäuseelements angeordnet.
  • Das Gehäuse ist vorteilhaft aus mindestens einem ersten, äußeren Gehäuseelement, einem zweiten, mittleren Gehäuseelement und einem dritten, äußeren Gehäuseelement mindestens dreigeteilt ausgebildet. Die äußeren Gehäuseelemente sind jeweils geschlossen und seitlich neben dem mittleren, luftdurchströmbar ausgebildeten Gehäuseelement, das mittlere Gehäuseelement an gegenüberliegenden Seiten jeweils seitlich begrenzend angeordnet.
  • Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das geschlossen ausgebildete Gehäuseelement gegen die Umgebung und gegen das luftdurchströmbare Gehäuseelement isoliert. Unter der Isolation ist insbesondere Wärmeisolation zu verstehen.
  • Der Kältemittelkreislauf weist erfindungsgemäß eine sich zwischen einer auf der Hochdruckseite ausgebildeten Abzweigstelle und einer auf der Niederdruckseite ausgebildeten Mündungsstelle erstreckende Druckausgleichsstrecke auf. Die Druckausgleichsstrecke ist mit einem Ausdehnungsgefäß, mindestens einem Kapillarrohr und mindestens einem Sicherheitsventil ausgebildet.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Abzweigstelle in Strömungsrichtung des Kältemittels zwischen dem als Enthitzer betriebenen Wärmeübertrager und dem als Kondensator betriebenen Wärmeübertrager ausgebildet ist, während die Mündungsstelle der Druckausgleichsstrecke am Eintritt in den Verdichter angeordnet ist.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das mindestens eine Sicherheitsventil in Strömungsrichtung des Kältemittels innerhalb der Druckausgleichsstrecke nachfolgend zur Abzweigstelle und/oder vor der Mündungsstelle angeordnet.
  • Bei einer Ausgestaltung der Erfindung mit zwei Sicherheitsventilen ist jeweils ein Sicherheitsventil auf der Niederdruckseite und auf der Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufes ausgebildet. Die Bezeichnungen Niederdruckseite und Hochdruckseite beziehen sich dabei auf Zustände des Kältemittels während des Betriebs des Kältemittelkreislaufs.
  • Die Druckausgleichsstrecke weist vorteilhaft zwei Kapillarrohre auf. Dabei ist ein erstes Kapillarrohr in Strömungsrichtung des Kältemittels vor dem Ausdehnungsgefäß und ein zweites Kapillarrohr in Strömungsrichtung des Kältemittels nach dem Ausdehnungsgefäß angeordnet.
  • Das erste Kapillarrohr ist bevorzugt zwischen dem auf der Hochdruckseite angeordneten Sicherheitsventil und dem Ausdehnungsgefäß und das zweite Kapillarrohr ist bevorzugt zwischen dem Ausdehnungsgefäß und dem auf der Niederdruckseite angeordneten Sicherheitsventil ausgebildet.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist mindestens zu einem Kapillarrohr ein Bypass mit einem Sicherheitsventil vorgesehen, welches bei einer Druckbegrenzung mit einem vorbestimmten Öffnungsdruck eingestellt ist. Der Bypass ist vorteilhaft um das erste Kapillarrohr angeordnet.
  • Konzeptionsgemäß sind der Verdichter, der als Kondensator betriebene Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager, das Expansionsorgan und die die Druckausgleichsstrecke ausbildenden Komponenten innerhalb des vom mindestens einen geschlossenen Gehäuseelement umschlossenen Volumens angeordnet.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Raumluftkonditionierungssystem auf der Unterseite mit einem Sammelelement zum Auffangen und Ableiten von Flüssigkeit ausgebildet.
  • Das Sammelelement ist vorteilhaft im Bereich des luftdurchström baren Gehäuseelements angeordnet, um die vom Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager aus der Luft auskondensierte Feuchtigkeit, insbesondere Wasser, zu sammeln. Das Sammelelement ist dabei bevorzugt wannenförmig oder schalenförmig ausgebildet.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der als Enthitzer betriebene Wärmeübertrager innerhalb des vom luftdurchströmbaren Gehäuseelement umschlossenen Volumens und auf der in das Volumen hinein gerichteten Seite des Sammelelements zum Erwärmen der aus der Luft auskondensierten und im Sammelelement gesammelten Flüssigkeit angeordnet. Damit wird die zur Enthitzung des gasförmigen Kältemittels vom Kältemittel abgeführte Wärme an die im Sammelelement gespeicherte Flüssigkeit übertragen, insbesondere um ein Gefrieren der Flüssigkeit zu vermeiden.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass der als Verdampfer betriebene Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager auf einer zur Luft gerichteten Wärmeübertragungsfläche Lamellen aufweist, welche parallel zueinander ausgerichtet angeordnet sind. Die Lamellen weisen in einem Anströmbereich der Luft mit einem ersten Lamellenabstand und in einem vom Anströmbereich der Luft abweichenden Bereich mit einem zweiten Lamellenabstand eine unterschiedliche Lamellenteilung auf. Dabei ist der Wert des ersten Lamellenabstands größer als der Wert des zweiten Lamellenabstands. Im Anströmbereich der Luft an den Wärmeübertrager sind die Lamellen weiter beabstandet zueinander angeordnet als im übrigen Bereich, insbesondere im Abströmbereich und im mittleren Bereich der Wärmeübertragungsfläche.
  • Das Verhältnis von erstem Lamellenabstand zu zweitem Lamellenabstand beträgt bevorzugt 2/1. Der erste Lamellenabstand weist vorteilhaft einen Wert von 14 mm auf.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Verdichter mit einem wannenförmigen Sammelelement für Schmiermittel, einem Heizelement zum Erwärmen des im Sammelelement angesammelten Schmiermittels und einer Einrichtung zum Überwachen der Temperatur des im Sammelelement angesammelten Schmiermittels sowie zum Steuern des Heizelements ausgebildet.
  • Die Einrichtung zum Überwachen der Temperatur des im Sammelelement angesammelten Schmiermittels weist vorteilhaft mindestens einen Sensor zum Bestimmen der Temperatur des Schmiermittels auf.
  • Der Verdichter ist bevorzugt als ein Hubkolbenverdichter ausgebildet.
  • Das wannenförmige Sammelelement für das Schmiermittel des Verdichters, auch als Ölwanne bezeichnet, ist vorteilhaft isoliert, insbesondere wärmeisoliert, um die Wärmeübertragung vom Verdichter beziehungsweise vom Schmiermittel an die Umgebung zu minimieren.
  • Der als Kondensator betriebene Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager ist bevorzugt als ein Plattenwärmeübertrager ausgebildet. Zudem ist der Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager im Kühlmittelkreislauf derart eingebunden, dass das Kältemittel und das Kühlmittel im Kreuz-Gegenstrom zueinander durch den Wärmeübertrager strömen.
  • Das Expansionsorgan ist vorteilhaft als ein Expansionsventil, insbesondere als ein elektronisch gesteuertes Expansionsventil, ausgebildet.
  • Als Kältemittel wird bevorzugt Kohlenstoffdioxid, kurz als CO2 bezeichnet, eingesetzt.
  • Die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht die Anordnung des Raumluftkonditionierungssystems als Komponente eines Gesamtsystems in einem Raum zur Tiefkühlung, insbesondere innerhalb eines Supermarkts.
  • Der Kühlmittelkreislauf ist dabei bevorzugt zur Normalkühlung des Gesamtsystems konfiguriert.
  • Das erfindungsgemäße Raumluftkonditionierungssystem weist zusammenfassend diverse Vorteile auf:
    • kompaktes System, welches eine komplette Kälteanlage, umfassend einen Kältemittelkreislauf mit einem Verdichter, einem Kondensator, einem Expansionsorgan, insbesondere einem Expansionsventil, und einem Verdampfer sowie Sicherheitseinrichtungen in einer Anordnung vereint,
    • minimaler Platzbedarf und Bauraum durch sehr kompakte Abmessungen in der Größe eines Verdampfers,
    • einfaches und schnelles Auswechseln des kompletten Systems,
    • für die Installation ist kein kältetechnisches Personal notwendig, da lediglich die Rohre des Kühlmittelkreislaufes anzuschließen sind, wobei der Kältemittelkreislauf weder verändert noch geöffnet wird, dadurch geringe Installationskosten,
    • industriell- und fabrikgefertigtes sowie steckerfertiges System mit hohem Qualitätsstandard, geringem Leckagepotenzial sowie geringer Ölmenge, mit allen notwendigen Prüfungen und Dokumenten, wie CE-Zertifizierung beziehungsweise Abnahmeprüfung, welche nicht erst am Einbauort durchgeführt und erstellt werden,
    • einfache Montage und Installation des kompakten Systems direkt am Einbauort, insbesondere in einem Tiefkühlraum,
    • Kühlräume mit Solerohrverteilung, zum Beispiel bei der Anwendung in der Lebensmittelindustrie, können zu Tiefkühlräumen umfunktioniert werden,
    • sehr kurze Verrohrung zwischen Kältemaschinensatz und Verdampfer, damit minimale Kältemittelfüllmengen, sodass in der Mehrzahl der Anwendungsfälle keine Gaswarnanlage notwendig ist,
    • Einsatz von natürlichem Kältemittel ohne Treibhauspotential, wie Kohlenstoffdioxid (R744), damit hohe energetische Effizienz, chemische Stabilität, unbrennbar und ungiftig, nicht korrosiv, preiswert sowie kompatibel zu Materialien des Kältemittelkreislaufes,
    • Anwendung bei Neubau und Nachrüstung von Kälteanlagen,
    • Einsatz in diversen Bereichen der Kühlung von Warengut, insbesondere in der Lebensmittelindustrie, wie in Zentrallagern, in Märkten oder Ladengeschäften mit Tiefkühlzelle, sowie
    • geringe Kosten bei der Herstellung und Wartung sowie während des Betriebs.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
    • Fig. 1:
    Raumluftkonditionierungssystem, insbesondere eines Tiefkühlraumes, in zusammengebautem Zustand in perspektivischer Ansicht,
    Fig. 2:
    schematische Darstellung eines Kältemittelkreislaufes des Raumluftkonditionierungssystems,
    Fig. 3:
    Ansicht des Raumluftkonditionierungssystems aus Fig. 1 von hinten mit angedeuteter Anordnung des Verdichters des Kältem ittelkreislaufes,
    Fig. 4a:
    Seitenansicht des Raumluftkonditionierungssystems aus Fig. 1 mit geöffnetem Bereich des Gehäuses und Verdichter des Kältem ittelkreislaufes,
    Fig. 4b:
    Detailansicht des Verdichters,
    Fig. 5a:
    Draufsicht auf das Raumluftkonditionierungssystem mit geöffneten Gehäuse und Verdampfer des Kältemittelkreislaufes sowie
    Fig. 5b:
    Detailansicht des Verdampfers.
  • Fig. 1 zeigt das Raumluftkonditionierungssystem 1, insbesondere eines Tiefkühlraumes, in zusammengebautem Zustand. Das Raumluftkonditionierungssystem 1, im Weiteren auch kurz als System 1 bezeichnet, weist ein aus einem ersten Gehäuseelement 2a, einem zweiten Gehäuseelement 2b und einem dritten Gehäuseelement 2c ausgebildetes dreigeteiltes Gehäuse 2 sowie ein Grundelement 3 auf. Die Gehäuseelemente 2a, 2b, 2c sind auf dem als Rahmen ausgebildeten Grundelement 3 abgestützt angeordnet.
  • Das Gehäuse 2 ist im Bereich des dritten Gehäuseelements 2c mit Durchführungen 4 für Anschlüsse eines nicht dargestellten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertragers ausgebildet. Im Bereich des zweiten Gehäuseelements 2b weist das Gehäuse 2 eine Öffnung auf, in welcher ein Lüfter 5 zum Fördern des Massenstroms der zu konditionierenden Luft über die Wärmeübertragungsfläche eines nicht dargestellten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers des Systems 1 angeordnet ist.
  • Aus Fig. 2 geht eine schematische Darstellung eines Kältemittelkreislaufes 20 des Raumluftkonditionierungssystems 1, insbesondere zur Kälteversorgung einer Kühlzelle beziehungsweise eines Tiefkühlraumes, mit einem Verdichter 21, einem als Enthitzer des gasförmigen Hochdruckkältemittels betriebenen Wärmeübertrager 22, dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 23, einem Expansionsorgan 26 sowie dem Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 27 hervor. Die Kälteversorgung basiert auf einer Kälteanlage mit Direktverdampfung.
  • Das aus dem Verdichter 21 auf dem Niveau des Hochdrucks als Heißgas ausströmende Kältemittel wird beim Durchströmen des Enthitzers 22 enthitzt und anschließend durch den als Kondensator betriebenen Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 23 geleitet. Während des Enthitzens wird das gasförmige Kältemittel bis in den Bereich der Taulinie abgekühlt.
  • Beim Durchströmen des Wärmeübertragers 23 wird das Kältemittel kondensiert und gegebenenfalls unterkühlt. Die Wärme wird vom Kältemittel an ein in einem Kühlmittelkreislauf 24 zirkulierendes Kühlmittel, welches eine kälteresistente und somit auch bei Temperaturen im Bereich unterhalb von 0°C die Fließeigenschaften aufweisende Sole darstellt, übertragen. Dabei wird das im Kreuz-Gegenstrom zum Kältemittel durch den bevorzugt als Plattenwärmeübertrager ausgebildeten Kreuz-Gegenstrom-Wärmeübertrager strömende Kühlmittel erwärmt. Die Abwärme der Kälteanlage wird folglich an ein Solesystem abgegeben. Das Solesystem wird dabei bevorzugt mit einer Vorlauftemperatur von -2°C und einer Rücklauftemperatur von +3°C betrieben. Das Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufes 24 dient dem Kältemittelkreislauf 20 als Wärmesenke. Unter dem Einsatz des natürlichen Kältemittels Kohlenstoffdioxid mit der kältetechnischen Kurzbezeichnung R744 wird das Raumluftkonditionierungssystem 1 mit einer Kondensationstemperatur von etwa +2°C betrieben.
  • Der Kühlmittelkreislauf 24 wird als Solesystem neben der Aufnahme der Wärme aus dem Kältemittelkreislauf 20 im Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 23 vorteilhaft auch zur Normalkühlung einer Kälteanlage eingesetzt.
  • Nach dem Austreten aus dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 23 wird das flüssige Kältemittel durch einen Filter 25 zum Expansionsorgan 26 geleitet. Beim Durchströmen des insbesondere als Expansionsventil, speziell als elektronisches Expansionsventil, ausgebildeten Expansionsorgans 26 wird das Kältemittel auf Verdampfungsdruck entspannt und zum Verdampfer 27 geführt. Beim Durchströmen des als Raumluftkühler ausgebildeten Verdampfers 27 wird das Kältemittel unter Wärmeaufnahme verdampft und überhitzt. Dabei wird die Wärme von der zu konditionierenden Raumluft an das Kältemittel übertragen. Die mittels des Lüfters 5 über die Wärmeübertragungsfläche des Verdampfers 27 gesaugte Luft wird abgekühlt. Unter dem Einsatz von Kohlenstoffdioxid wird das Raumluftkonditionierungssystem 1 mit einer Verdampfungstemperatur von etwa -33°C bei einer Temperatur der Raumluft von etwa -24°C betrieben.
  • Das überhitzt und gasförmig aus dem Verdampfer 27 austretende Kältemittel wird vom bevorzugt als Hubkolbenverdichter ausgebildeten Verdichter 21 angesaugt. Der Kältemittelkreislauf 20 ist geschlossen.
  • Der Enthitzer 22, auch als Rohrverteilstrecke bezeichnet, ist im Bereich des zweiten Gehäuseelements 2b und damit im Bereich des Verdampfers 27 angeordnet. Neben der Enthitzung des Druckgases dient der Enthitzer 22 auch der Vermeidung von Pulsationen des Kältemittels und der Vermeidung von Wärmedehnungen im als Plattenwärmeübertrager ausgebildeten Kondensator 23. Die aus dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 23 ausgelagerte Enthitzung des Druckgases bewirkt wesentlich kleinere Temperaturdifferenzen innerhalb des Plattenwärmeübertragers, sodass die auf Grund von Wärmedehnungen auftretenden Spannungen vermieden oder zumindest minimiert werden.
  • Der Kältemittelkreislauf 20 des Raumluftkonditionierungssystems 1 wird mit Kohlenstoffdioxid als Kältemittel auf der Hochdruckseite mit etwa 43 bar und auf der Niederdruckseite mit etwa 32 bar begrenzt und weist Sicherheitseinrichtungen auf, welche vorrangig in einer sich zwischen einer Abzweigstelle 28 und einer Mündungsstelle 33 erstreckenden Druckausgleichsstrecke angeordnet sind. Die Abzweigstelle 28 ist dabei in Strömungsrichtung des Kältemittels zwischen dem Enthitzer 22 und dem Kondensator 23 ausgebildet, während die Mündungsstelle 33 am Eintritt in den Verdichter 21 ausgebildet ist.
  • Die Sicherheitseinrichtungen, insbesondere die Druckbegrenzung, sind für den Fall eines längeren Stillstandes, beispielsweise bei einem Ausfall des Kühlmittelkreislaufes 24, ausgelegt und weisen ein ausreichend dimensioniertes Ausdehnungsgefäß 31 sowie jeweils ein Sicherheitsventil 29, 34 und ein Absperrventil 35 auf der Niederdruckseite und auf der Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufes 20 auf. Die auf der Hochdruckseite im Bereich der Abzweigstelle 28 und auf der Niederdruckseite im Bereich der Mündungsstelle angeordneten Absperrventile 35 sind offen verplombt ausgebildet. Das auf der Niederdruckseite angeordnete selbsttätige und gegendruckunabhängige Sicherheitsventil 34 ist als Abblaseventil ausgebildet, welches bei Erreichen oder Überschreiten eines vorbestimmten Schwellenwertes, speziell 32 bar, öffnet und das Kältemittel aus dem Kältemittelkreislauf 20 entweichen lassen.
  • Innerhalb der Druckausgleichsstrecke ist zwischen den Absperrventilen 35 und dem Ausdehnungsgefäß 31 jeweils ein Kapillarrohr 30, 32 mit vorgeschalteten Filterelement angeordnet, sodass ein notwendiger Druckausgleich in jedem Fall ermöglicht ist. Durch den Einsatz der Kapillarrohre 30, 32 wird zudem die Installation von im Betrieb fehlerhaften oder ausfallenden Magnetventilen vermieden.
  • Beim Ansteigen des Druckes auf der Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufes 20 strömt das Kältemittel zum Ausgleichen des Druckes mit sehr geringer Geschwindigkeit und unter Druckverlust durch das Kapillarrohr 30 in das Ausdehnungsgefäß 31. Beim Einschalten des Verdichters 21 strömt das Kältemittel aus dem Ausdehnungsgefäß 31 mit sehr geringer Geschwindigkeit durch das Kapillarrohr 32 zum Verdichter 21 und zirkuliert innerhalb des Kältemittelkreislaufes 20. Eine herkömmliche Ausbildung einer Kälteversorgung, auch als Notkälteversorgung bezeichnet, ist nicht notwendig. Das Ausdehnungsgefäß 31 ist derart konfiguriert, dass ein Stillstand und eine Erwärmung des Raumluftkonditionierungssystems 1 auf eine Temperatur von 35°C ohne Abblasen des Kältemittels gewährleistet ist.
  • Das Kapillarrohr 30 weist zudem einen Bypass mit dem als ein Überströmventil ausgebildeten Sicherheitsventil 29 auf, welches bei Erreichen oder Überschreiten eines vorbestimmten Schwellenwertes öffnet und somit bei einer Druckbegrenzung des mit Kohlenstoffdioxid befüllten Kältemittelkeislaufes 20 beispielsweise auf 43 bar mit einem Öffnungsdruck von 43 bar eingestellt ist. Beim Erreichen des Druckes von 43 bar öffnet das Sicherheitsventil 29 zum Durchlassen des Kältemittels, insbesondere in das Ausdehnungsgefäß 31 als Ausgleich von der Hochdruckseite auf die Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufes 20.
  • Die Sicherheitsventile 29, 34 dienen als Druckentlastungseinrichtungen, welche das Kältemittel von einem Bereich mit hohem Druck in einen Bereich geringeren Drucks durchlassen, wobei das Sicherheitsventil 34 als Abblaseventil das Kältemittel aus dem Bereich des Hochdrucks des Kältemittelkreislaufs 20 in die Umgebung und das Sicherheitsventil 29 als Überströmventil das Kältemittel aus dem Bereich des Hochdrucks in einen Bereich geringeren Drucks des Kältemittelkreislaufs 20 überströmen lässt.
  • In den Fig. 3 , 4a und 5a sind verschiedene Ansichten des Raumluftkonditionierungssystems 1, insbesondere eines Tiefkühlraumes, aus Fig. 1 gezeigt. Aus Fig. 3 geht eine Ansicht des Systems 1 von hinten mit einer angedeuteten Anordnung des Verdichters 21 des Kältemittelkreislaufes 20 hervor. Fig. 4a zeigt eine Seitenansicht des Systems 1 mit einem geöffneten Bereich des Gehäuses 2 und dem Verdichter 21 des Kältemittelkreislaufes 20. In Fig. 5a ist eine Draufsicht auf das System 1 mit geöffnetem Gehäuse 2 und dem Verdampfer 27 des Kältemittelkreislaufes 20 dargestellt.
  • Im Bereich des ersten, äußeren Gehäuseelements 2a ist der Verdichter 21 des Kältemittelkreislaufes 20 angeordnet, während innerhalb des Bereichs des dritten, ebenfalls äußeren Gehäuseelements 2c das nicht dargestellte Ausdehnungsgefäß 31 und der ebenfalls nicht dargestellte, als Kondensator betriebene Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 23 des Kältemittelkreislaufes 20 angeordnet sind.
  • Die nicht dargestellten Anschlüsse des Kühlmittelkreislaufes 24 an den Wärmeübertrager 23 sind innerhalb des vom Gehäuseelement 2c umschlossenen Volumens ausgebildet. Die Verbindungsleitungen des Kühlmittelkreislaufes 24 zu den Anschlüssen am Kondensator 23 werden durch im Gehäuse 2 ausgebildete Durchführungen 4 hindurchgeführt.
  • Das insbesondere für eine Tiefkühlung konfigurierte Raumluftkonditionierungssystem 1 ist mit dem gesamten Kältemittelkreislauf 20, das heißt mit dem Verdichter 21, dem Enthitzer 22, dem Kondensator 23, dem Expansionsorgan 26, dem Verdampfer 27 und den Sicherheitseinrichtungen, wie dem Ausdehnungsgefäß 31, den Kapillarrohren 30, 32 und den Sicherheitsventilen 29, 34, als eine kompakte, werksgefertigte Einheit zur Anordnung innerhalb des zu kühlenden Raumes ausgebildet. Sämtliche Komponenten des Raumluftkonditionierungssystems 1 sind in einer kompakten Rahmenkonstruktion, das heißt auf dem als Rahmen ausgebildeten Grundelement 3, angeordnet.
  • Mit der sehr geringen Kältemittelfüllmenge des kompakten Raumluftkonditionierungssystems 1 mit sehr kurzen Verbindungsleitungen zwischen den Komponenten des Kältemittelkreislaufes 20 sind die Anforderungen an die Sicherheit weiter reduziert. Die Kältemittelfüllmenge beträgt bevorzugt lediglich etwa 2,5 kg.
  • Durch die vorteilhafte Verwendung eines natürlichen Kältemittels, wie Kohlenstoffdioxid, fällt das System des Weiteren nicht unter die sogenannte F-Gase-Verordnung, deren Anforderungen somit nicht relevant sind. Kohlenstoffdioxid ist ein nicht toxisches, nicht brennbares und kostengünstiges natürliches Kältemittel, ohne Ozonzerstörungspotential und einen im Vergleich zu fluorierten Gasen vernachlässigbaren Treibhauspotential von GWP = 1. Kohlenstoffdioxid ist chemisch sehr reaktionsträge und damit auch mit allen gängigen Werkstoffen verträglich sowie im Lebensmittelbereich zugelassen. Kohlenstoffdioxid weist bei unterkritischem Betrieb des Kältemittelkreislaufes 20 eine sehr hohe volumetrische Kälteleistung auf.
  • Zur Installation innerhalb des Raumes wird das System 1 komplett vormontiert und damit anbaufähig in den Raum eingebracht und am Aufstellort angeordnet. Anschließend werden die Vorlaufleitung und die Rücklaufleitung des Kühlmittelkreislaufes 24 mit den Anschlüssen des Kondensators 23 verbunden sowie die Elektroanschlüsse und die Steueranschlüsse für ein Gesamtsystem verkabelt.
  • Der Kältemittelkreislauf 20 wird bei der Montage im Werk mit Kältemittel befüllt, sodass am Einbauort des Systems 1 keine Befüllung des Kältemittelkreislaufes 20 mit Kältemittel erfolgt, was die Sicherheit des Systems 1 erhöht und den Einsatz eines ausgebildeten Kälteinstallateurs zur Montage des Systems 1 nicht zwingend erforderlich macht.
  • Im Bereich des zweiten, mittleren Gehäuseelements 2b ist der als Verdampfer betriebene Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 27 des Kältemittelkreislaufes 20 angeordnet. Die zu konditionierende Luft wird mittels des Lüfters 5 in Strömungsrichtung 7 durch den Bereich des zweiten Gehäuseelements 2b hindurchgesaugt und überströmt dabei die Wärmeübertragungsfläche des mit dem Kältemittel beaufschlagten Verdampfers 27.
  • Das gesamte Raumluftkonditionierungssystem 1 ist in einem einzigen Gehäuse 2 mit dem Verdampfer 27 im zu kühlenden Raum angeordnet. Damit ist das System 1 als ein Verdampfergehäuse ausgebildet, welches seitlich zusätzliche Volumina für den Verdichter 21, den Kondensator 23, das Ausdehnungsgefäß 31, welches beispielsweise in einem Havariefall zusätzliches Ausdehnungsvolumen für das Kältemittel bereitstellt, und sämtliche weiteren Komponenten des Kältemittelkreislaufes 20 aufweist.
  • Das am Boden des Raumluftkonditionierungssystems 1 ausgebildete Grundelement 3 weist ein Sammelelement 6 zum Auffangen und Ableiten von Flüssigkeit auf. Das sich beim Abkühlen der Luft hauptsächlich an der Wärmeübertragungsfläche des Verdampfers 27 niederschlagende und aus der Luft auskondensierende Wasser tropft nach unten ab und wird in dem als Tauwasserauffangschale ausgebildeten Sammelelement 6 aufgenommen und gespeichert.
  • Wie insbesondere aus Fig. 5a hervorgeht, ist der als Rohrverteilstrecke ausgebildete Enthitzer 22 des gasförmigen Kältemittels im Bereich des zweiten Gehäuseelements 2b und damit im Bereich des Verdampfers 27 angeordnet. Die Rohrverteilstrecke verläuft dabei am Boden und an der Innenseite des Sammelelements 6. Die vom Heißgas abzuführende Wärme wird folglich zur Erwärmung des aus der Luft auskondensierenden und im Sammelelement 6 aufgefangenen Wassers genutzt. Mit dieser Anordnung des Enthitzers 22 kann auf die Anordnung eines zusätzlichen Heizelements zum Erwärmen und damit zum Verhindern des Gefrierens des aus der Luft auskondensierten Wassers verzichtet werden, was wiederum zum Verzicht auf zusätzliche Heizenergie führt.
  • Das Raumluftkonditionierungssystem 1 weist zum Erhöhen der Effizienz während der Abtauung des an der Wärmeübertragungsfläche des Verdampfers 27 angefrorenen Wassers zudem eine Abtauklappe 8 auf, was insbesondere aus den Fig. 4a und 5a hervorgeht. Beim Kühlbetrieb des Raumluftkonditionierungssystems 1 ist die Abtauklappe 8 geöffnet, was in Fig. 4a anhand der gestrichelten Linien dargestellt ist. Die Abtauklappe 8 ist während des Abtaubetriebs des Raumluftkonditionierungssystems 1 geschlossen, was in Fig. 5a gezeigt ist, um das Ansaugen von Luft aus dem Raum zu verhindern, dessen Luft zu kühlen ist. Die Abtauklappe 8 ist dabei auf der Ansaugseite der Luft des Verdampfers 27 angeordnet.
  • Die äußeren Gehäuseelemente 2a, 2c sind jeweils gegen die Umgebung und gegen das mittlere Gehäuseelement 2b isoliert ausgebildet. Die Wandungen der Gehäuseelemente 2a, 2c weisen dabei jeweils Isolationsschichten auf, um die innerhalb der Gehäuseelemente 2a, 2c beispielsweise durch den Verdichter 21 erzeugte und abgegebene Wärme an die zu konditionierende Luft zu minimieren. Mit der Isolierung der äußeren Gehäuseelemente 2a, 2c wird zudem die Bildung von Kondenswasser und das Gefrieren des Kondenswassers, insbesondere an Komponenten des Kältemittelkreislaufes 20, vermieden. Die vom Verdichter 21 erzeugte und abgegebene Wärme verbleibt innerhalb des erstes Gehäuseelements 2a und erwärmt die darin enthaltene Luft.
  • Wie in Fig. 4b in einer Detailansicht des sauggasgekühlten Verdichters 21 gezeigt ist, weist der Verdichter 21 ein Schauglas 9 zum Beobachten des Kältemittel-Öl-Gemisches sowie ein Heizelement 10 auf, welches als Ölsumpfheizung zum Temperieren des Öls als Schmiermittel bewegter Komponenten des Verdichters 21 dient. Mit dem Beheizen des Öls wird eine Betriebstemperatur sichergestellt, bei welcher die Kondensation von Kältemittel verhindert wird und das Kältemittel-Öl-Gemisch, insbesondere nach einem Stillstand des Verdichters 21, auf eine geeignete Betriebstemperatur aufgeheizt werden kann, um einen sicheren Betrieb des Verdichters 21 zu gewährleisten.
  • Die Ölwanne des Verdichters 21 ist zudem mit einer Isolierung 11 versehen, um zum einen den Verdichter 21 vor zu starker Abkühlung zu schützen und zum anderen die Wärmeübertragung an die Luft des zu kühlenden Raumes weiter zu minimeren. Die Isolierung weist bevorzgt eine Dicke von 19 mm auf.
  • Die Ausbildung als sauggasgekühlter Verdichter 21 bewirkt ohnehin eine lediglich minimale Wärmeabgabe an die Umgebung. Die isolierte Ölwanne des Verdichters 21 weist auch eine Einrichtung zum Überwachen der Temperatur auf, um das Heizelement 10 zu steuern.
  • Fig. 5b zeigt eine Detailansicht des Verdampfers 27, insbesondere der Ausbildung von Lamellen zur Vergrößerung der Wärmeübertragungsfläche. Die hohe Standfestigkeit des Verdampfers 27, das heißt das Verhindern des Vereisens der Wärmeübertragungsfläche und damit eine lange Betriebsphase zwischen notwendigen Abtauvorgängen, wird mittels einer unterschiedlichen Lamellenteilung, insbesondere im Anströmbereich der Luft, erzielt.
  • Die jeweils parallel zueinander ausgerichteten Lamellen sind im Anströmbereich der Luft in einem ersten Lamellenabstand a beabstandet zueinander angeordnet, während die Lamellen im übrigen Bereich der Wärmeübertragungsfläche in einem zweiten Lamellenabstand b zueinander beabstandet angeordnet sind. Das Verhältnis von erstem Lamellenabstand a zu zweitem Lamellenabstand b beträgt dabei bevorzugt 2/1, wobei der erste Lamellenabstand a vorteilhaft 14 mm aufweist. Die Lamellen sind dann in vom Anströmbereich der Luft abweichenden Bereichen 7 mm beabstandet zueinander angeordnet. Der erste Lamellenabstand a verhindert selbst bei hohem Feuchtigkeitsgehalt der anströmenden Luft das Vereisen der Wärmeübertragungsfläche.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Raumluftkonditionierungssystem, System
    2
    Gehäuse
    2a
    erstes Gehäuseelement, äußeres Gehäuseelement
    2b
    zweites Gehäuseelement, mittleres Gehäuseelement
    2c
    drittes Gehäuseelement, äußeres Gehäuseelement
    3
    Grundelement
    4
    Durchführung Anschluss Wärmeübertrager 23
    5
    Lüfter Verdampfer 27
    6
    Sammelelement
    7
    Strömungsrichtung der Luft
    8
    Abtauklappe
    9
    Schauglas
    10
    Heizelement
    11
    Isolierung
    20
    Kältemittelkreislauf
    21
    Verdichter
    22
    Wärmeübertrager, Enthitzer
    23
    Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager, Kondensator
    24
    Kühlmittelkreislauf
    25
    Filter
    26
    Expansionsorgan
    27
    Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager, Verdampfer
    28
    Abzweigstelle
    29
    Sicherheitsventil
    30, 32
    Kapillarrohr
    31
    Ausdehnungsgefäß
    33
    Mündungsstelle
    34
    Sicherheitsventil
    35
    Absperrventil
    a
    erster Lamellenabstand Anströmung
    b
    zweiter Lamellenabstand

Claims (10)

  1. Raumluftkonditionierungssystem (1), aufweisend
    - ein Grundelement (3),
    - ein Gehäuse (2) mit einem Lüfter (5) zum Ansaugen der Luft eines Raumes durch das Gehäuse (2), wobei das Gehäuse (2) aus mindestens einem geschlossenen Gehäuseelement (2a, 2c) und mindestens einem luftdurchströmbaren Gehäuseelement (2b) geteilt ausgebildet ist, wobei die Gehäuseelemente (2a, 2b, 2c) auf dem Grundelement (3) abgestützt angeordnet sind, und
    - einen Kältemittelkreislauf (20) mit folgenden Komponenten in Strömungsrichtung des Kältemittels: ein Verdichter (21), ein als Enthitzer betriebener Wärmeübertrager (22) zum Abkühlen von gasförmigem Kältemittel, ein als Kondensator betriebener Wärmeübertrager (23), ein Expansionsorgan (26) und ein als Verdampfer betriebener Wärmeübertrager (27),
    wobei
    - der Kältemittelkreislauf (20) eine sich zwischen einer auf der Hochdruckseite ausgebildeten Abzweigstelle (28) und einer auf der Niederdruckseite ausgebildeten Mündungsstelle (33) erstreckende Druckausgleichsstrecke aufweist, welche mit einem Ausdehnungsgefäß (31), mindestens einem Kapillarrohr (30, 32) und mindestens einem Sicherheitsventil (29, 34) ausgebildet ist,
    - der als Kondensator betriebene Wärmeübertrager (23) als ein Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager mit Anschlüssen zum Verbinden mit einem Kühlmittelkreislauf (24) ausgebildet ist, wobei der Verdichter (21), der als Kondensator betriebene Wärmeübertrager (23), das Expansionsorgan (26) und die die Druckausgleichsstrecke ausbildenden Komponenten innerhalb des vom mindestens einen geschlossenen Gehäuseelement (2a, 2c) umschlossenen Volumens angeordnet sind,
    - der als Verdampfer betriebene Wärmeübertrager (27) als ein Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager zum Konditionieren der Luft des Raumes ausgebildet und innerhalb des vom luftdurchströmbaren Gehäuseelement (2b) umschlossenen Volumens angeordnet ist und
    - die Komponenten des Kältemittelkreislaufes (20) auf dem Grundelement (3) und vom Gehäuse (2) umschlossen derart angeordnet sind, dass das gesamte Raumluftkonditionierungssystem (1) als eine zusammenhängende Einheit vollständig innerhalb des Raumes anordenbar ist, dessen Luft mit dem Raumluftkonditionierungssystem (1) konditioniert wird.
  2. Raumluftkonditionierungssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) aus mindestens einem ersten, äußeren Gehäuseelement (2a), einem zweiten, mittleren Gehäuseelement (2b) und einem dritten, äußeren Gehäuseelement (2c) mindestens dreigeteilt ausgebildet ist, wobei die äußeren Gehäuseelemente (2a, 2c) jeweils geschlossen ausgebildet sind und seitlich neben dem mittleren, luftdurchströmbar ausgebildeten Gehäuseelement (2b), das mittlere Gehäuseelement (2b) jeweils seitlich begrenzend angeordnet sind.
  3. Raumluftkonditionierungssystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das geschlossen ausgebildete Gehäuseelement (2a, 2c) gegen die Umgebung und gegen das luftdurchströmbare Gehäuseelement (2b) isoliert ausgebildet ist.
  4. Raumluftkonditionierungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Sicherheitsventil (29, 34) in Strömungsrichtung des Kältemittels nachfolgend zur Abzweigstelle (28) und/oder vor der Mündungsstelle (33) angeordnet ist.
  5. Raumluftkonditionierungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckausgleichsstrecke zwei Kapillarrohre (30, 32) aufweist, wobei ein erstes Kapillarrohr (30) in Strömungsrichtung des Kältemittels vor dem Ausdehnungsgefäß (31) und ein zweites Kapillarrohr (32) in Strömungsrichtung des Kältemittels nach dem Ausdehnungsgefäß (31) angeordnet ist.
  6. Raumluftkonditionierungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Unterseite ein Sammelelement (6) zum Auffangen und Ableiten von Flüssigkeit ausgebildet ist.
  7. Raumluftkonditionierungssystem (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der als Enthitzer betriebene Wärmeübertrager (22) innerhalb des vom luftdurchströmbaren Gehäuseelement (2b) umschlossenen Volumens und auf der in das Volumen hinein gerichteten Seite des Sammelelements (6) angeordnet ist.
  8. Raumluftkonditionierungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der als Verdampfer betriebene Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (27) auf einer zur Luft gerichteten Wärmeübertragungsfläche Lamellen aufweist, welche parallel zueinander ausgerichtet angeordnet sind, wobei die Lamellen in einem Anströmbereich der Luft mit einem ersten Lamellenabstand (a) und in einem vom Anströmbereich der Luft abweichenden Bereich mit einem zweiten Lamellenabstand (b) eine unterschiedliche Lamellenteilung aufweisen, wobei der Wert des ersten Lamellenabstands (a) größer ist als der Wert des zweiten Lamellenabstands (b).
  9. Raumluftkonditionierungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (21) mit einem wannenförmigen Sammelelement für Schmiermittel, einem Heizelement (10) zum Erwärmen des im Sammelelement angesammelten Schmiermittels und einer Einrichtung zum Überwachen der Temperatur des im Sammelelement angesammelten Schmiermittels sowie zum Steuern des Heizelements (10) ausgebildet ist.
  10. Anordnung aufweisend ein Gesamtsystem und einen Raum, wobei ein Raumluftkonditionierungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 als Komponente des Gesamtsystems im Raum zur Tiefkühlung angeordnet ist.
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