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Dokumentenidentifikation DE102004007932A1 30.09.2004
Titel Wärmepumpentyp-Heisswasser-Zufuhrsystem mit Kühlfunktion
Anmelder Denso Corp., Kariya, Aichi, JP
Erfinder Muramatsu, Toru, Kariya, Aichi, JP;
Sakakibara, Hisayoshi, Kariya, Aichi, JP
Vertreter Zumstein & Klingseisen, 80331 München
DE-Anmeldedatum 18.02.2004
DE-Aktenzeichen 102004007932
Offenlegungstag 30.09.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.09.2004
IPC-Hauptklasse F25B 29/00
Zusammenfassung Ein Wärmepumpentyp-Heißwasser-Zufuhrsystem mit der Kühlfunktion umfasst: einen zweiten Kältemittelkreis (R2), welcher ein zweites Dekompressions-Expansions-Mittel (4b) und einen Niedrigdruck-Kältemittelpfad (9a) eines Sole-Kühlwärmetauschers (9) enthält, von einem ersten Kältemittelkreis (R1) stromabwärts eines Hochdruck-Kältemittelpfads (2a) abzweigt, parallel zu dem ersten Kältemittelkreis (R1) verläuft und mit dem ersten Kältemittelkreis (R1) stromaufwärts eines Kältemittelkompressors (1) zusammenläuft; und einen Kalt-Sole-Kreis (B1), der, in Ringform verbunden, einen Sole-Pfad (9b) des Sole-Kühlwärmetauschers (9), eine Kalt-Sole-Zirkulationspumpe (8) und einen Endeinrichtungs-Wärmetauscher (10) enthält. Das Kältemittel strömt durch den zweiten Kältemittelkreis (R2) und die Kalt-Sole-Zirkulationspumpe (8) wird so in Betrieb gesetzt, dass Wärme zwischen dem Niedrigtemperatur-Niedrigdruck-Kältemittel, welches durch den Niedrigdruck-Kältemittelpfad (9a) strömt, und der Sole, welche durch den Sole-Pfad (9b) strömt, ausgetauscht wird, wodurch die Sole gekühlt wird. Sowohl die Heißwasser-Zufuhr als auch der Kühlbetrieb kann in einem einzelnen einfachen Kälteerzeugungskreissystem durchgeführt werden, welches eine einheitliche Wärmequelle aufweist, wodurch Energie durch Verwendung der Abwärme einerseits gespart wird, und wodurch andererseits die Ausstattungs- und Betriebskosten gesenkt werden.

Beschreibung[de]
1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Wärmepumpentyp-Heißwasser-Zufuhrsystem, welches sowohl die Funktion des Zuführens von heißem Wasser und die Funktionen des Kühlens, Tieffrierens, der Kältespeicherung und Kälteisolierung gleichzeitig aufweist.

2. Beschreibung des verwandten Bereichs der Technik

Im Stand der Technik wird Abwärme des Wärmepumpentyp-Heißwasser-Zufuhrsystems in die Luft ohne Wiederverwendung abgegeben. Das konventionelle Kühl- oder Gefrier/Tiefgefrier-System ist andererseits im Allgemeinen zusammengesetzt aus einer ausschließlichen Kühl/Kältespeicherungs-Einrichtung.

Gemäß der konventionellen Technik, welche vorstehend beschrieben wurde, erfordert die Funktion der Zufuhr von heißem Wasser und die Funktion des Kühlens oder Gefrierens/Tiefgefrierens unabhängige Kälteerzeugungskreissysteme, wodurch das Problem hoher Ausstattungskosten und hoher Betriebskosten auftritt.

Dem gemäß ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, das vorstehend beschriebene Problem des Standes der Technik zu überwinden, und ein Wärmepumpentyp-Heißwasser-Zufuhrsystem mit der Kühlfunktion bereitzustellen, in welchem ein einzelnes Kälteerzeugungskreissystem sowohl die Funktion des Zuführens von heißem Wasser als auch die Funktion des Kühlens oder Gefrierens/Tiefgefrierens gleichzeitig bereitstellt.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Wärmepumpentyp-Heißwasser-Zufuhrsystem mit der Kühlfunktion bereitgestellt, welches umfasst:

einen ersten Kältemittelkreis (R1);

einen zweiten Kältemittelkreis (R2), der ein zweites Dekompressions-Expansions-Mittel (4b) und einen Niedrigdruck-Kältemittelpfad (9a) eines Sole-Kühlwärmetauschers (9) enthält, von dem ersten Kältemittelkreis (R1) stromabwärts eines Hochdruck-Kältemittelpfads (2a) abzweigt, parallel mit dem ersten Kältemittelkreis (R1) verläuft und mit dem ersten Kältemittelkreis (R1) stromaufwärts eines Kältemittelkompressors (1) zusammenläuft;

einen Sole-Kreis (B), der, in Ringform verbunden, einen Sole-Pfad (9b) des Sole-Kühlwärmetauschers (9), eine Kalt-Sole-Zirkulationspumpe (8) und eine Endeinrichtung (bzw. Endgerät)-Wärmetauscher (10) enthält; und

einen Hochdruck-Kältemittelpfad (13a) zum Durchtritt eines Hochdruck-Kältemittels, welches durch einen Wasserwärmetauscher (2) durchgetreten ist, und einen Niedrigdruck-Kältemittelpfad (13b) zum Durchtritt eines Niedrigdruck-Kältemittels, das durch einen Luftwärmetauscher (5) oder den Sole-Kühlwärmetauscher (9) durchgetreten ist;

wobei das Kältemittel durch den zweiten Kältemittelkreis (R2) strömt und die Kalt-Sole-Zirkulationspumpe (8) so in Betrieb gesetzt wird, dass Wärme zwischen dem Niedrigtemperatur-Niedrigdruck-Kältemittel, welches durch den Niedrigdruck-Kältemittelpfad (9a) strömt, und der Sole, welche durch den Sole-Pfad (9b) strömt, ausgetauscht wird, um dadurch die Sole zu kühlen; das System umfasst ferner einen Wärmeabstrahl-Wärmetauscher (13) zum Abstrahlen von Wärme von dem Hochdruck-Kältemittel, welches durch den Hochdruck-Kältemittelpfad (13a) strömt, durch Heizen des Niedrigdruck-Kältemittels, welches durch den Niedrigdruck-Kältemittelpfad (13b) strömt.

Bei diesem Aspekt der Erfindung haben die Erfinder speziell die Idee beachtet, die Sole durch Verwendung der Abwärme des Wärmepumpentyp-Heißwasser-Zufuhrsystems zu kühlen, und ein Kühlen oder Gefrieren/Tiefgefrieren unter Verwendung der somit gekühlten Sole auszuführen. Als ein Ergebnis können sowohl die Heißwasserzufuhr als auch der Kühl-/Tiefgefrier-Betrieb mit einem einzelnen vereinfachten Kälteerzeugungskreis bereitgestellt werden, welcher eine einheitliche Wärmequelle einerseits aufweist, wobei Energie durch Verwendung der Abwärme gleichzeitig gespart wird. Ebenso können sowohl die Ausstattungskosten als auch die Betriebsausgaben reduziert werden.

Solange Wasser nicht erhitzt wird, um Heißwasser zuzuführen (Wärme wird nicht abgestrahlt), kann die Sole nicht gekühlt werden (Wärme kann nicht absorbiert werden), kann eine stabile Kühlfunktion nicht sichergestellt werden. Gemäß dieser Erfindung kann jedoch der Heizabstrahlbetrieb sichergestellt werden, selbst wenn es nicht erforderlich ist, Wasser zu heizen, um Heißwasser zuzuführen. Zu jeder Zeit kann die Kühlfunktion in stabiler Weise erzielt werden. Diese Zusammenstellung erhöht auch den Saugdruck des Kältemittelkompressors (1) und trägt deshalb zu dem Energiespareffekt bei.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Wärmepumpentyp-Heißwasser-Zufuhrsystem mit der Kühlfunktion bereitgestellt, welches umfasst:

Einen Gas-Flüssigkeits-Abscheider (55) zum Abscheiden des Kältemittels in einem Kältemittelkreis (R) in Gas und Flüssigkeit und zum Zuführen des Gas-Kältemittels zu einem Kältemittelkompressor (1); und einen Ejektor (14), enthaltend eine Düse (14a), als ein Dekompressions- und Expansions-Mittel, welches das erste Dekompressions-Expansions-Mittel (4a) und das zweite Dekompressions-Expansions-Mittel (4b) ersetzt, durch welches die Druckenergie des Hochdruck-Kältemittels, welches in dem Kältemittelkompressor (1) komprimiert wurde, und

durch einen Wasserwärmetauscher (2) strömt, in Geschwindigkeitsenergie umgewandelt wird, um dadurch das Kältemittel zu dekomprimieren und zu expandieren, und

einen Druckerhöhungsabschnitt (14c, 14d), durch welchen das Gas-Kältemittel, das in einem Sole-Kühlwärmetauscher (9) oder einem Luft-Wärmetauscher (5) verdampft wurde, welcher an der Niedrigdruckseite angeschlossen ist, durch den schnellen Kältemittelstrom, welcher von der Düse (14a) ausgestoßen wird, angesaugt wird, und das angesaugte Kältemittel mit dem Kältemittel, welches aus der Düse (14a) ausgestoßen wird, gemischt wird, während gleichzeitig die Geschwindigkeitsenergie in Druckenergie umgewandelt wird, wodurch das in dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider (55) strömende Kältemittel unter Druck gesetzt wird.

Auf diese Weise wird die Zusammensetzung des Kältemittelkreises vereinfacht, und ein Leistungs-Zurückgewinnungseffekt des Ejektors (14) verbessert den Wärmetauschwirkungsgrad (COP) um etwa 20 % im Vergleich mit einem Fall, bei welchem das Expansionsventil verwendet wird.

Bei diesem Aspekt der Erfindung umfasst das System des weiteren ein variables Begrenzungsmittel (14e), welches stromaufwärts der Düse (14a) in dem Kältemittel angeordnet ist, wobei der Begrenzungs-Öffnungs-Grad desselben gesteuert wird, um den Druck in dem Hochdruck-Kältemittel zu steuern. Als ein Ergebnis können unterschiedliche optimale Verdampfungsdrücke zum Kühlen der Sole und Absorbieren von Wärme von der Luft sichergestellt werden.

Bei diesem Aspekt der Erfindung ist das durch den Kältemittelkreis (R) strömende Kältemittel Kohlendioxid (CO2). Dies ist so, weil der hohe Abgabedruck des Kohlendioxids (CO2)-Kältemittels aus dem Kältemittelkompressor (1) leicht den Betriebseffekt des Ejektors (14) herstellt.

Bei diesem Aspekt der Erfindung ist ein Kaltspeichertank (15) zum Speichern der gekühlten Sole stromabwärts des Sole-Kühlwärmetauschers (10) in der Sole in dem Kalt-Sole-Kreis (B1) angeordnet, welcher, in Ringform verbunden, den Sole-Pfad (9b) des Sole-Kühlwärmetauschers (9), die Kalt-Sole-Zirkulationspumpe (8) und den Endeinrichtungs-Wärmetauscher (10) aufweist. Als ein Ergebnis kann das Innere der Endeinrichtung (11) fortgesetzt gekühlt werden, selbst in dem Fall, in welchem der Sole-Kühlbetrieb in dem Sole-Kühlwärmetauscher (9) unterbrochen ist.

Bei diesem Aspekt der Erfindung enthält der Kalt-Sole-Kreis (B1) einen Bypass-Kreis (B3), welcher den Endeinrichtungs-Wärmetauscher (10) umgeht, und Zirkulationspfad-Umschaltmittel (20, 21) zum Umschalten der Sole-Zirkulation zwischen dem Endeinrichtungs-Wärmetauscher (10) und dem Bypass-Kreis (B3). Selbst in dem Fall, in welchem ein Kühlen in dem Endeinrichtungs-Wärmetauscher (10) nicht erforderlich ist, ist ein so genannter Kaltspeicherbetrieb möglich zum Speichern der gekühlten Sole in dem Kaltspeichertank (15), in dem der Betrieb auf den Bypass-Kreis (B3) umgeschaltet wird und die Sole gekühlt wird.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist ein Wärmepumpentyp-Heißwasser-Zufuhrsystem mit einer Kühlfunktion bereitgestellt, umfassend einen Sole-Heizkreis (K2), der, in Ringform verbunden, einen Heißwassertank (7), einen Hochtemperatur-Wasserpfad (16a) eines Sole-Heizwärmetauschers (16) und eine Hochtemperaturwasser-Zirkulationspumpe (17) enthält, und einen Heiß-Sole-Kreis (B2), der, in Ringform verbunden, einen Sole-Pfad (16b) eines Sole-Heizwärmetauschers (16), eine Heiß-Sole-Zirkulationspumpe (18) und einen Endeinrichtungs-Wärmetauscher (10), der in einer Endeinrichtung (11) angeordnet ist, enthält, wobei die Heißwasser-Zirkulationspumpe (17) und die Heiß-Sole-Zirkulationspumpe (18) derart in Betrieb gesetzt werden, dass Wärme zwischen dem Hochtemperaturwasser, welches in dem Hochtemperatur-Wasserpfad (16a) strömt, und der Sole, die in dem Sole-Pfad (16b) strömt, ausgetauscht wird, wodurch die Sole erhitzt wird, während gleichzeitig die erhitzte Sole zu dem Endeinrichtungs-Wärmetauscher (10) geliefert wird, wodurch das Innere der Endeinrichtung (11) geheizt und wärme-isoliert wird.

Bei diesem Aspekt der Erfindung ist, anders als in den zuvor genannten Aspekten der Erfindung mit der Endeinrichtung (11) mit Kühlfunktion, der Heiß-Sole-Kreis (B2) zum Heizen der Sole in dem Sole-Heizwärmetauscher (16) kombiniert und die geheizte Sole wird in den Endeinrichtungs-Wärmetauscher (10) in derselben Endeinrichtung (11), wie bei dem Kühlvorgang, eingeleitet. Auf diese Weise wird das Innere der Endeinrichtung (11) geheizt/hitze-isoliert durch Heizen oder Hitzespeicherung, wodurch eine Zusammensetzung erstellt wird, welche mit der die Kühl/Heiz-Funktion erfordernden Endeinrichtung (11) konform ist.

Bei diesem Aspekt der Erfindung enthält der Sole-Heizkreis (K2) einen Hochtemperaturwasser-Wärmeabstrahl-Wärmetauscher (23). Anstelle des Kältemittel-Wärmeabstrahl-Wärmetauschers (13) gemäß dem einen Aspekt der Erfindung ist der Hochtemperatur-Wasserwärmeabstrahl-Wärmetauscher (23) in dem Sole-Heizkreis (K2) angeordnet. Der Hochtemperaturwasser-Wärmeabstrahl-Wärmetauscher (23) dient zum Abstrahlen von Wärme durch Wärmetausch mit der externen Luft, und kann den Wärmeabstrahlbetrieb durch Betrieb der Hochtemperaturwasser-Zirkulationspumpe (17) ausführen, wobei die Heiß-Sole-Zirkulationspumpe (18) ausgeschaltet ist.

Selbst bei dem Fall, in welchem Heizen von Wasser zur Zufuhr von Heisswasser nicht erforderlich ist, ist die Wärmeabstrahlung von dem Hochtemperaturwasser-Wärmeabstrahl-Wärmetauscher (23) sichergestellt, während die Zirkulation zwischen dem Kältemittelkreis (R), dem Heißwasser-Zufuhrwasser-Heizkreis (K) und dem Sole-Heizkreis (K2) aufrechterhalten wird, und das Heißwasser-Zufuhrwasser geheizt wird. Somit kann die Kühlfunktion in stabiler Weise zu jeder Zeit erzielt werden. Bei diesem Aspekt der Erfindung ist ein Wärmespeicherteil (24) um jeden Endeinrichtungs-Wärmetauscher (10) herum angeordnet. Selbst bei dem Fall, in welchem die Zirkulation der gekühlten oder geheizten Sole blockiert ist, kann deshalb das Innere der Endeinrichtung (11) fortgesetzt gekühlt oder geheizt werden.

Bei diesem Aspekt der Erfindung sind eine Mehrzahl von Endeinrichtungs-Wärmetauschern (10) parallel an dem Kalt-Sole-Kreis (B1) oder dem Heiß-Sole-Kreis (B2) angeschlossen. Auf diese Weise können die Endeinrichtungs-Wärmetauscher (10) und die Endeinrichtungen (11), welche die Endeinrichtungs-Wärmetauscher (10) verwenden, einfach in ihrer Anzahl erhöht oder gesenkt werden.

Bei diesem Aspekt der Erfindung sind eine Mehrzahl der parallel angeschlossenen Endeinrichtungs-Wärmetauscher (10) mit Strömungssteuerungsmitteln (20a bis 20c) jeweils verbunden, um die Sole-Strömung zu steuern. Als ein Ergebnis kann der Betriebszustand für jeden der Endeinrichtungs-Wärmetauscher (10a bis 10c) unabhängig gesteuert werden. Die Bezugsziffern in Klammern, die zu jedem der vorstehend beschriebenen Mittel beigefügt sind, bezeichnen ein Beispiel von Übereinstimmung mit spezifischen Mitteln, welche in den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen enthalten sind.

Die vorliegende Erfindung kann vollständiger aus der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung verstanden werden, wie sie nachfolgend zusammen mit den begleitenden Zeichnungen ausgeführt wird.

1 ist ein schematisches Diagramm, welches eine Zusammensetzung eines Wärmepumpentyp-Heißwasser-Zufuhrsystems mit der Kühlfunktion gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

2 ist ein schematisches Diagramm, welches eine Zusammensetzung eines Wärmepumpentyp-Heißwasser-Zufuhrsystems mit der Kühlfunktion gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

3 ist ein schematisches Diagramm, welches eine Zusammensetzung eines Wärmepumpentyp-Heißwasser-Zufuhrsystems mit der Kühlfunktion gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

4 ist eine Querschnittsansicht, welche den Aufbau eines Ejektors gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

5 ist ein schematisches Diagramm, welches eine Zusammensetzung eines Wärmepumpentyp-Heißwasser-Zufuhrsystems mit der Kühlfunktion gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

6 ist ein schematisches Diagramm, welches eine Zusammensetzung eines Wärmepumpentyp-Heißwasser-Zufuhrsystems mit der Kühlfunktion gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt.

7 ist ein schematisches Diagramm, welches eine Zusammensetzung eines Wärmepumpentyp-Heißwasser-Zufuhrsystems mit der Kühlfunktion gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN (Erste Ausführungsform)

Eine Ausführungsform dieser Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. 1 ist ein schematisches Diagramm, welches eine Zusammensetzung eines Wärmepumpentyp-Heißwasser-Zufuhrsystems mit der Kühlfunktion gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt, in welchem zur Lieferung von Heißwasser Wasser erhitzt wird, während Sole gekühlt wird. In dem Wärmepumpentyp-Heißwasser-Zufuhrsystem mit der Kühlfunktion gemäß dieser Ausführungsform wird Wasser auf eine hohe Temperatur (etwa 90 °C bei dieser Ausführungsform) unter Verwendung eines superkritischen Wärmepumpenkreises erhitzt, während gleichzeitig eine Sole, wie eine Antigefrierlösung oder dergleichen, welches ein Wärmetauschmedium bereitstellt, auf eine niedrige Temperatur (etwa –10 °C bei dieser Ausführungsform) durch einen Sole-Kühlungswärmetauscher 9 gekühlt wird, welcher später beschrieben wird. Auf diese Weise wird die Sole dazu verwendet, einen Raum oder eine Endeinrichtung 11, wie einen Kühlapparat, einen Gefrierapparat oder einen Weinkeller, zu kühlen.

Der superkritische Wärmepumpenkreis (nachfolgend als die Wärmepumpe bezeichnet) wird als ein Wärmepumpenkreis definiert, welcher Kohlendioxid, Ethylen, Ethan oder Stickoxid als ein Kältemittel verwendet, in welchem der Druck des Kältemittels nicht niedriger als der kritische Druck ist.

Die Komponenten des Wärmepumpentyp-Heißwasser-Zufuhrsystems mit der Kühlfunktion sind grob in eine Kühlkreislaufeinheit, welche später beschriebene Kältemittelkreiseinrichtungen aufnimmt, eine Tankeinheit, welche einen später zu beschreibenden Heißwassertank 7 aufnimmt und Endeinrichtungen 11 geteilt. Die Kühlkreislaufeinheit weist andererseits innere Abschnitte auf, welche grob in einen Kältemittelkreis R wie einen Wärmepumpenkreislauf, einen Wasserheizkreis K zur Zufuhr von heißem Wasser und einen Solekreis B für die Endeinrichtungen unterteilen.

Der Kältemittelkreis R des Wärmepumpenkreislaufs enthält, verbunden in einem Ring, einen Kältemittelkompressor 1 zum Komprimieren des Kältemittels, einen Wasserwärmetauscher 2 zum Heizen von Wasser, um heißes Wasser zuzuführen, ein erstes Expansionsventil 4a, welches ein erstes Dekompressionsmittel bildet, als einen ersten Kältemittelkreis R1, und einen Wärmetauscher 5 zum Absorbieren von Wärme aus der Luft und einen Gas-Flüssigkeits-Abscheider 55 zum Abscheiden des Kältemittels in Gas und Flüssigkeit. Kohlendioxid (nachfolgend als CO2 bezeichnet), welches eine niedrige kritische Temperatur aufweist, wird als ein Kältemittel verwendet.

Der Kältemittelkompressor 1 ist zusammengesetzt aus einem Antriebsmotor und einer Hochdruck-Kompressionseinheit zum Erhöhen des Drucks des angesaugten Gaskältemittels auf einen Druck, welcher nicht niedriger als der kritische Druck ist, und zur Abgabe des unter Druck gesetzten Kältemittels. Diese Komponententeile sind in einem hermetisch abgedichteten Behälter untergebracht. Der Kompressor 1 ist von irgendeiner hin und her bewegender, rotierender oder spiralförmiger Art. Ein Motor-getriebener Kompressor kann ebenfalls verwendet werden.

Der Wasserwärmetauscher 2 dient zum Heizen des Heißwasser-Zufuhrwassers durch Wärmetausch zwischen dem Wasser und dem Hochtemperatur-Hochdruck-Gaskältemittel, dessen Druck durch die Hochdruckkompressionseinheit des Kältemittelkompressors 1 erhöht wurde. Ein Heißwasser-Zufuhrwasserpfad 2b ist benachbart zu einem Hochdruck-Kältemittelpfad 2a in solch einer Weise angeordnet, dass das Kältemittel in dem Hochdruck-Kältemittelpfad 2a und dem Heißwasser-Zufuhrwasser in dem Pfad 2b in entgegengesetzte Richtungen strömt.

Das erste Expansionsventil 4a ist zwischen dem Wasserwärmetauscher 2 und dem Luftwärmetauscher 5 angeordnet. Das Kältemittel, welches durch den Wasserwärmetauscher 2 gekühlt wurde, wird von hohem auf niedrigen Druck durch das erste Expansionsventil 4a dekomprimiert und an den Luftwärmetauscher 5 geliefert. Das erste Expansionsventil 4a ist derart zusammengesetzt, dass die Ventilöffnung desselben elektrisch einstellbar ist, und elektrisch durch eine Steuereinheit 12 gesteuert wird, welche später beschrieben wird. In dem Luftwärmetauscher 5 wird das mit der Atmosphärenluft durch einen nicht gezeigten Lüfter zugeführte Kältemittel, welches durch das erste Expansionsventil 4a dekomprimiert wurde, durch Wärmetausch mit der Atmosphärenluft verdampft. Das Gas-Flüssigkeits-Kältemittel, welches aus dem Luftwärmetauscher 5 ausströmt, wird an den Gas-Flüssigkeits-Abscheider 55 geliefert und in ein Flüssigkältemittel und ein Gaskältemittel abgetrennt. Das Flüssigkältemittel wird gespeichert, während das Gaskältemittel in den Kältemittelkompressor 1 vor dem Flüssigkältemittel gesaugt wird.

Der Wasserheizkreis K für Heißwasserzufuhr enthält, verbunden in einem Ring, einen Heißwasser-Zufuhrwasserpfad 2b des Wasserwärmetauschers 2 zum Heizen des Heißwasser-Zufuhrwassers, eine Heißwasser-Zufuhrwasser-Zirkulationspumpe 6 und einen Heißwasser-Speichertank 7 zum Speichern des Heißwasser-Zufuhrwassers. Durch die Heißwasser-Zufuhrwasser-Zirkulationspumpe 6 wird, wie in 1 gezeigt ist, kaltes Wasser aus einem Kaltwasserauslass 7a in dem unteren Teil des Heißwassertanks 7 zu dem Heißwasser-Zufuhrwasserpfad 2b des Wasserwärmetauschers 2 geliefert, und eine Wasserströmung wird in solch einer Weise erzeugt, dass diese von einem Heißwassereinlass 7b in dem oberen Teil des Heißwassertanks 7 ausströmt. Diese Heißwasser-Zufuhrwasser-Zirkulationspumpe 6 kann die Wasserströmungsrate in Übereinstimmung mit der Drehzahl eines Einbaumotors (nicht gezeigt) einstellen.

Der Heißwassertank 7, welcher einen wärmeisolierenden Aufbau aus Metall mit hoher Korrosionsbeständigkeit (wie rostfreier Stahl) aufweist, kann die Wärme des Hochtemperaturwassers für eine lange Zeit beinhalten. Das in dem Heißwassertank 7 gespeicherte Heißwasser wird von einem Heißwasserauslass 7c in dem oberen Teil des Heißwassertanks 7 geliefert und, nachdem dieses hinsichtlich seiner Temperatur durch Mischen mit dem kalten Zapfwasser über ein nicht gezeigtes Temperatursteuerventil eingestellt wurde, wird es hauptsächlich einer Küche oder einer Badewanne zugeführt. Das kalte Zapfwasser ist dazu geeignet, als Heißwasser-Zufuhrwasser aus einem Kaltwassereinlass 7d in dem unteren Teil des Heißwassertanks 7 zugeführt zu werden.

Als nächstes wird eine Zusammensetzung der wesentlichen Teile der Erfindung erläutert. Zuerst zweigt ein zweiter Kältemittelkreis R2, welcher ein zweites Dekompressionsmittel bildendes zweites Expansionsventil 4b und einen Sole-Kühlwärmetauscher 9 enthält, von einem ersten Kältemittelkreis R1 stromabwärts des Hochdruckkältemittelpfads 2a des Wasserwärmetauschers 2 ab, und läuft, zu dem ersten Kältemittelkreis R1 parallel verlaufend, mit dem ersten Kältemittelkreis R1 zusammen, welcher stromaufwärts des Kältemittelkompressors 1 (stromaufwärts des Gas-Flüssigkeits-Abscheiders 55) ist. Der erste Kältemittelkreis R1 und der zweite Kältemittelkreis R2 weisen ein erstes Ein-Aus-Ventil 3a und ein zweites Ein-Aus-Ventil 3b jeweils als ein Kältemittelkreis-Umschaltmittel auf. Diese Ventile werden elektrisch durch eine Steuereinheit 12 gesteuert, welche später beschrieben wird, und welche somit durch Umschalten des offen-geschlossen-Zustands derselben die Strömung zwischen dem ersten Kältemittelkreis R1 und dem zweiten Kältemittelkreis R2 umschalten können.

Das zweite Expansionsventil 4b, welches zwischen dem Wasserwärmetauscher 2 und dem Sole-Kühlwärmetauscher 9 zwischengelagert ist, beliefert den Sole-Kühlwärmetauscher 9 mit dem durch den Wasserwärmetauscher 2 gekühlten Kältemittel und dekomprimiert von hohem auf niedrigen Druck. Ebenso ist das zweite Expansionsventil 4b, wie das zuvor beschriebene erste Expansionsventil 4a, so zusammengesetzt, dass der Ventilöffnungsgrad desselben elektrisch einstellbar ist und somit durch die Steuereinheit 12, welche später beschrieben wird, gesteuert.

Der Sole-Kühlwärmetauscher 9 kühlt die Sole durch Wärmetausch zwischen der Sole und dem Niedrigtemperatur-Niedrigdruck-Gaskältemittel, welches durch das zweite Expansionsventil 4b dekomprimiert wurde. Ein Sole-Pfad 9b ist benachbart an einen Niedrigdruck-Kältemittelpfad 9a angeordnet, so dass das Kältemittel in dem Niedrigdruck-Kältemittelpfad 9a und die Sole in dem Sole-Pfad 9b in entgegengesetzte Richtungen strömen.

Als nächstes enthält der mit den Endeinrichtungen verbundene Sole-Kreis B, verbunden in einem Ring, den Sole-Pfad 9b des Sole-Kühlwärmetauschers 9, welcher ein Sole-Kühlmittel bereitstellt, eine Kalt-Sole-Zirkulationspumpe 8 zum Zirkulieren der Sole und einen Endeinrichtungs-Wärmetauscher 10 zum Kühlen des Inneren der Endeinrichtungen 11 mit der gekühlten Sole. Eine Antigefrierlösung wie Wasser oder LLC (Motorkühlwasser) mit einem zugesetzten Antikorrosionsoder Frostschutzmittel, wie Sole, wird in dem Sole-Kreis B abgedichtet.

Die Kalt-Sole-Zirkulationspumpe 8 ist, wie in 1 gezeigt ist, in dem Sole-Kreis B angeordnet, um die Sole zu dem Sole-Pfad 9b des Sole-Kühlwärmetauschers 9 zuzuführen, und erzeugt somit eine Wasserströmung, welche von den Endeinrichtungen 11, welche in dem Sole-Kreis B angeordnet sind, ausströmt. Die Strömungsrate der Kalt-Sole-Zirkulationspumpe 8 kann in Übereinstimmung mit der Drehzahl eines Einbaumotors (nicht gezeigt) reguliert werden.

Die Bezugsziffer 12 bezeichnet eine Steuereinheit zur Steuerung des Betriebs des Wärmepumpen-Heißwasser-Zufuhrsystems mit der Kühlfunktion gemäß dieser Erfindung. Die Steuereinheit 12 wird mit Signalen von einer Betriebsschalttafel, verschiedenen Temperatursensoren und anderen nicht-gezeigten Einrichtungen versorgt, und gibt ein Steuersignal an den Kältemittelkompressor 1, die Ein-Aus-Ventile 3a, 3b, die Expansionsventile 4a, 4b, die Heißwasser-Zufuhrwasser-Zirkulationspumpe 6, die Kalt-Sole-Zirkulationspumpe 8, etc. ab.

Als nächstes wird der Betrieb dieser Ausführungsform kurz erläutert. Der Kältemittelkompressor 1 saugt zuerst das Kältemittel an, komprimiert das Kältemittel und gibt das Kältemittel ab. Das Hochtemperatur-Hochdruck-Kältemittel, welches somit abgegeben wird, strömt in den Hochdruck-Kältemittelpfad 2a des Wasserwärmetauschers 2, und tauscht Wärme mit dem Heißwasser-Zufuhrwasser, welches in einem benachbarten Heißwasser-Zufuhrpfad 2b strömt. Auf diese Weise wird das Kältemittel gekühlt, während das Heißwasser-Zufuhrwasser erhitzt wird. Das Heißwasser-Zufuhrwasser, welches somit erhitzt wird (Hochtemperaturwasser), wird in dem Heißwassertank 7 gespeichert und für die Zufuhr von Heißwasser verwendet.

Das durch den Wasserwärmetauscher 2 gekühlte Hochdruckkältemittel strömt andererseits in das erste Expansionsventil 4a und wird durch dieses dekomprimiert, wenn das erste Ein-Aus-Ventil 3a "offen" ist und das zweite Ein-Aus-Ventil 3b "geschlossen" ist. Das Niedrigtemperatur-Niedrigdruck-Kältemittel, welches somit dekomprimiert ist, strömt in den Luftwärmetauscher 5 und tauscht Wärme mit der Luft. Auf diese Weise wird das Kältemittel erhitzt und die Luft gekühlt. Das Gas-Flüssigkeits-Kältemittel, welches somit erhitzt ist, wird dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider 55 zugeführt und in ein Flüssigkältemittel und ein Gaskältemittel getrennt. Das Flüssigkältemittel wird gespeichert, während das Gaskältemittel allein wieder in den Kältemittelkompressor 1 angesaugt wird.

Es sei angenommen, dass das erste Ein-Aus-Ventil 3a "geschlossen" ist und das zweite Ein-Aus-Ventil 3b "offen" ist. Das System dieser Erfindung arbeitet in solch einer Weise, dass das durch den Wasserwärmetauscher 2 gekühlte Kältemittel in das zweite Expansionsventil 4b strömt und durch dieses dekomprimiert wird, und strömt dann in den Niedrigdruck-Kältemittelpfad 9a des Sole-Kühlwärmetauschers 9. In dem zweiten Expansionsventil 4b wird die Temperatur des Kältemittels, welches in dem Niedrigdruck-Kältemittelpfad 9a strömt, auf etwa –15 °C gesteuert. Somit wird die Sole, welche in dem benachbarten Sole-Pfad 9b strömt, auf etwa – 10 °C gekühlt. Die somit gekühlte Sole wird durch die Kalt-Sole-Zirkulationspumpe 8 in den Endeinrichtungs-Wärmetauscher 10, welcher in den Endeinrichtungen 11 angeordnet ist, zugeführt, wodurch das Innere der Endeinrichtungen 11 gekühlt wird.

Als nächstes werden die Merkmale der Erfindung erläutert. Zuerst zweigt der zweite Kältemittelkreis R2 von dem ersten Kältemittelkreis R1 stromabwärts des Hochdruck-Kältemittelpfads 2a ab, verläuft parallel zu dem ersten Kältemittelkreis R1, und läuft mit dem ersten Kältemittelkreis R1 stromaufwärts des Kältemittelkompressors 1 über das zweite Expansionsventil 4b und den Niedrigdruck-Kältemittelpfad 9a des Sole-Kühlwärmetauschers 9 zusammen. Der Sole-Pfad 9b des Sole-Kühlwärmetauschers 9, die Kalt-Sole-Zirkulationspumpe 8 und der Endeinrichtungs-Wärmetauscher 10 sind ringförmig verbunden, wodurch ein Kalt-Sole-Kreis B1 gebildet ist. Das Kältemittel wird veranlasst, in den zweiten Kältemittelkreis R2 zu strömen, während gleichzeitig die Kalt-Sole-Zirkulationspumpe 8 aktiviert wird. Auf diese Weise wird Wärme zwischen dem Niedrigtemperatur-Niedrigdruck-Kältemittel, welches in dem Niedrigdruck-Kältemittelpfad 9a strömt, und der Sole getauscht, welche in dem Sole-Pfad 9b strömt, um so die Sole zu kühlen.

Dies ist das Ergebnis dessen, dass die Erfinder speziell die Idee beachtet haben, die Sole durch Verwendung der Abwärme des Wärmepumpentyp-Heißwasser-Zufuhrsystems zu kühlen, und die gekühlte Sole für den Kühl- oder den Gefrier/Tieffrierbetrieb zu verwenden. Als ein Ergebnis kann die Heißwasserzufuhr und der Kühl- oder der Gefrier/Kälteerzeugungsbetrieb mit einem einfachen Kälteerzeugungskreislaufsystem erzielt werden, welcher eine vereinheitlichte Wärmequelle aufweist, während gleichzeitig zur Energieeinsparung die Abwärme verwendet wird. Ebenso sind die Ausrüstungskosten und die Betriebskosten reduziert.

Des weiteren kann das Vorsehen des ersten Ein-Aus-Ventils 3a und des zweiten Ein-Aus-Ventils 3b zum Umschalten des ersten Kältemittelkreises R1 und des zweiten Kältemittelkreises R2 den Wärmetauscher auf der Wärmeabsorptionsseite in Übereinstimmung mit dem Betriebsmodus umgeschaltet werden. Ebenso ist die Fähigkeit des Luftwärmetauschers 5 im Wesentlichen äquivalent zu dem des Sole-Kühlwärmetauschers 9 gemacht. Als ein Ergebnis kann die Kühlfunktion zu dem bestehenden Wärmepumpentyp-Heißwasser-Zufuhrsystem mit einer minimalen Modifikation hinzugefügt werden.

Ebenso ist der Endeinrichtungs-Wärmetauscher 10 in den Endeinrichtungen 11 angeordnet, wodurch das Innere der Endeinrichtungen 11 gekühlt und kühlgehalten wird. Die Endeinrichtungen 11 beziehen sich hier auf die Innenraum-Kühler/Klimaanlagen, die Gefrierer, die Tiefgefrierer, die Weinkeller, etc. Die durch den Sole-Kühlwärmetauscher 9 gekühlte Sole wird in den Endeinrichtungswärmetauscher 10 eingeleitet, welcher in jedem der Endeinrichtungen 11 angeordnet ist, und somit kann das Innere der Endeinrichtungen 11 gekühlt oder gefroren/tiefgefroren werden, und kann in dem gekühlten Zustand gehalten werden.

Wie oben beschrieben wird die Abkälte und Abwärme, welche zu der Zeit des Zuführens von heißem Wasser durch die Wärmepumpe erzeugt wird, als eine Kälte- und Wärmequelle verwendet, und somit ist die Gesamtenergie gespart bzw. gespeichert. Ebenso ist keine ausschließliche Kälte- oder Wärmequelle für die Kühlfunktion erforderlich, und der Kühlbetrieb wird ermöglicht, indem eine einfache Einrichtung, wie ein Endeinrichtungs-Wärmetauscher 10, vorgesehen wird. Des weiteren können, da ein Zirkulationssystem, welches Sole als ein Vermittler verwendet, vorliegen, die zu kühlenden oder kühl zu haltenden Endeinrichtungen 11 einfach hinzugefügt werden, durch zusätzliches Verbinden der jeweiligen Endeinrichtungen 11 mit dem Sole-Kreis B.

(Zweite Ausführungsform)

2 ist ein schematisches Diagramm, welches eine Zusammensetzung des Wärmepumpentyp-Heißwasser-Zufuhrsystems mit der Kühlfunktion gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform darin, dass gemäß dieser Ausführungsform der Kältemittelkreis R einen Kältemittel-Wärmeabstrahlungs-Wärmetauscher 13 mit einem Hochdruck-Kältemittelpfad 13a enthält, in welchem das Hochdruck-Kältemittel, welches durch den Wasserwärmetauscher 2 durchgetreten ist, strömt und einen Niedrigdruck-Kältemittelpfad 13b enthält, in welchem das Niedrigdruck-Kältemittel, welches durch den Luftwärmetauscher 5 oder den Sole-Kühlwärmetauscher 9 durchgetreten ist, strömt. Durch Heizen des Niedrigdruck-Kältemittels, welches durch den Niedrigdruck-Kältemittelpfad 13b strömt, wird die Wärme des Hochdruck-Kältemittels abgestrahlt, welches in dem Hochdruck-Kältemittelpfad 13a strömt.

Anders als in dem konventionellen System, welches einen inneren Wärmetauscher verwendet, um den Saugdruck des Kompressors zur Verbesserung des Kreiswirkungsgrades zu erhöhen, weist die vorliegende Erfindung solch eine Zusammensetzung auf, dass Wärme wie erforderlich abgestrahlt wird, um die Kühlfunktion selbst in dem Fall zu zeigen, wenn es nicht erforderlich ist, das Wasser zu heizen, um heißes Wasser zu liefern.

In der Zusammensetzung der ersten Ausführungsform, die vorstehend beschrieben wurde, kann die Sole nicht gekühlt werden (Wärme kann nicht absorbiert werden), wenn Wasser nicht erhitzt wird, um Heißwasser zuzuführen (Wärme wird nicht abgestrahlt) und deshalb kann die Kühlfunktion nicht in stabiler Weise ausgeführt werden. Gemäß dieser Ausführungsform ist dahingegen die Wärmeabstrahlfunktion selbst in dem Fall gesichert, in welchem es nicht erforderlich ist, Wasser zu heizen, um Heißwasser zuzuführen, und deshalb kann die Kühlfunktion immer in stabiler Weise dargestellt werden. Ebenso erhöht die Zusammensetzung gemäß dieser Ausführungsform den Saugdruck des Kältemittelkompressors 1 und spart deshalb Energie.

(Dritte Ausführungsform)

3 ist ein schematisches Diagramm, welches eine Zusammensetzung des Wärmepumpentyp-Heißwasser-Zufuhrsystems mit der Kühlfunktion gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform darin, dass gemäß dieser Ausführungsform ein Ejektor 14 als ein Dekompressions-Expansions-Mittel anstelle der ersten und zweiten Expansionsventile 4a, 4b verwendet werden. Der Aufbau des Ejektors 14, welcher ein Merkmal dieser Erfindung bildet, wird unter Bezugnahme auf die Querschnittsansicht von 4 erläutert.

Der Ejektor 14 enthält eine Düse 14a zum Umwandeln der Druckenergie (Druckgefälle) des Hochdruck-Kältemittels, welches durch den Kältemittelkompressor 1 komprimiert wurde, und durch den Wasserwärmetauscher 2 strömt, in Geschwindigkeitsenergie (Geschwindigkeitsgefälle), wodurch das Kältemittel dekomprimiert und expandiert wird, einen Saugabschnitt 14b zum Ansaugen, durch den Hochgeschwindigkeits-Kältemittelstrom, der von der Düse 14a abgegeben wird, des Gasphasen-Kältemittels, welches in dem Sole-Kühlwärmetauscher 9 oder dem Luftwärmetauscher 5, welcher an der Niedrigdruckseite angeschlossen ist, verdampft wird, ein Mischabschnitt 14c zum Mischen des angesaugten Kältemittels mit Kältemittel, welches von der Düse 14a abgegeben wird, und ein Diffusor 14d zum Umwandeln der Geschwindigkeitsenergie in die Druckenergie und zum Erhöhen des Kältemitteldrucks.

Das Kältemittel, welches aus dem Ejektor 14 ausgeströmt ist, strömt in den Gas-Flüssigkeits-Abscheider 55. Das Kältemittel, welches aus dem Ejektor 14 ausgestoßen wird, ist nicht notwendigerweise in seinem Druck durch den Diffusor 14d alleine erhöht, sondern der Kältemitteldruck wird auch dann erhöht, wenn das Gasphasen-Kältemittel, welches an der Niedrigdruckseite verdampft wurde, in den Mischabschnitt 14c gesaugt wird. Somit werden der Mischabschnitt 14c und der Diffusor 14d zusammen als Druckerhöhungsabschnitt bezeichnet. Ebenso in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform ist der Querschnittsbereich des Mischabschnitts 14c konstant bis zu dem Diffusor 14d. Dennoch kann der Querschnitt des Mischabschnitts 14c alternativ zulaufend ausgebildet sein, wobei der Querschnittsbereich desselben progressiv zu dem Diffusor 14d hin ansteigt.

Als ein Ergebnis ist die Zusammensetzung des Kältemittelkreislaufs vereinfacht, und, verglichen mit dem Fall, in welchem das Expansionsventil verwendet wird, verbessert der Leistungs-Zurückgewinnungseffekt des Ejektors 14 den Wärmetauschwirkungsgrad (COP) um etwa 20 %.

Ebenso ist ein variabler Begrenzungsmechanismus (variable Begrenzungsmittel) 14e zur Steuerung des Drucks des Hochdruck-Kältemittels durch Steuerung der Diaphragma-Öffnung stromaufwärts der Düse 14a in dem Kältemittel angeordnet. Der variable Kältemittelmechanismus (das variable Begrenzungsmittel) 14e wird elektrisch durch die nicht gezeigte Steuereinheit 12 gesteuert, indem mit den unterschiedlichen optimalen Verdampfungsdrücken zum Kühlen der Sole gehalten wird, und Absorption von Luftwärme kann realisiert werden. Ebenso wird CO2 als ein Kältemittel verwendet, welches in dem Kältemittelkreislauf R strömt, wegen der Tatsache, dass das CO2-Kältemittel unter höheren Drücken aus dem Kältemittelkompressor 1 abgegeben wird und leicht die Wirkung des Ejektors 14 herstellt.

(Vierte Ausführungsform)

5 ist ein schematisches Diagramm, welches eine Zusammenstellung eines Wärmepumpentyp-Heißwasser-Zufuhrsystems mit der Kühlfunktion gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich darin von der dritten Ausführungsform, dass in der vierten Ausführungsform ein Kalt-Sole-Kreis B1, der, verbunden in einem Ring, den Sole-Pfad 9b des Sole-Kühlwärmetauschers 9, die Kalt-Sole-Zirkulationspumpe 8 und einen Endeinrichtungs-Wärmetauscher 10 aufweist, einen Kaltspeichertank 15 zum Speichern der gekühlten Sole stromabwärts des Sole-Kühlewärmetauschers 9 in der Sole enthält. Als ein Ergebnis kann das Innere der Endeinrichtungen 11 fortgesetzt gekühlt werden, selbst in dem Fall, in dem der Betrieb des Kühlens der Sole in dem Sole-Kühlwärmetauscher 9 unterbrochen ist.

Ebenso enthält der Kalt-Sole-Kreis B1 einen Bypass-Kreis B3 zum Zirkulieren der Sole unter Umgehung des Wärmetauschers 10, und Ein-Aus-Ventile (Zirkulationspfad-Umschaltmittel) 20, 21 zum Umschalten der Sole-Zirkulation zu dem Endeinrichtungs-Wärmetauscher 10 oder dem Bypass-Kreis B3. Selbst in dem Fall, in welchem das Kühlen durch den Endeinrichtungs-Wärmetauscher 10 nicht erforderlich ist, kann deshalb der Kaltspeicherbetrieb zum Speichern der gekühlten Sole in dem Kalt-Speichertank 15 durch Umschalten der Sole-Zirkulation zu dem Bypass-Kreis B3 zum Kühlen der Sole umgeschaltet werden.

Des weiteren umfasst das System einen Sole-Heizkreis K2, welcher, verbunden in einem Ring, den Heißwassertank 7, den Heißwassertemperatur-Wasserpfad 16a des Sole-Heizwärmetauschers 16 und die Hochtemperaturwasser-Zirkulationspumpe 17 enthält, und einen Heiß-Sole-Kreis B2, welcher, verbunden in einem Ring, den Sole-Pfad 16b des Sole-Heizwärmetauschers 16, die Heiß-Sole-Zirkulationspumpe 18 und den Endeinrichtungs-Wärmetauscher 10, welcher in der Endeinrichtung 11 angeordnet ist, enthält.

Die Hochtemperaturwasser-Zirkulationspumpe 17 und die Heiß-Sole-Zirkulationspumpe 18 werden in Betrieb gesetzt und Wärme wird zwischen dem Hochtemperaturwasser, welches in dem Hochtemperatur-Wasserpfad 16a strömt, und der Sole, welche in dem Sole-Pfad 16b strömt, ausgetauscht. Gleichzeitig wird die somit erhitzte Sole veranlasst, durch den Endeinrichtungs-Wärmetauscher 10 zu strömen, wodurch das Innere der Endeinrichtung 11 erhitzt und warmgehalten wird. Im Übrigen bezeichnen die Bezugsziffern 19, 22 ein Ein-Aus-Ventil. Wenn die Sole in dem Kalt-Sole-Kreis B1 zirkuliert wird, wird das Ein-Aus-Ventil 19 des Kalt-Sole-Kreises B1 geöffnet, während das Ein-Aus-Ventil 22 des Heiß-Sole-Kreises B2 geschlossen wird. Wenn die Sole in dem Heiß-Sole-Kreis B2 zirkuliert wird, wird andererseits das Ein-Aus-Ventil 22 des Heiß-Sole-Kreises B2 geöffnet, während das Ein-Aus-Ventil 19 des Kalt-Sole-Kreises B1 geschlossen wird.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind so zusammengesetzt, dass die Endeinrichtung 11 die Kühlfunktion aufweist. Gemäß dieser Ausführungsform ist dagegen der Sole-Heizwärmetauscher 16 mit dem Heiß-Sole-Kreis B2 kombiniert, und die geheizte Sole wird in denselben Endeinrichtungs-Wärmetauscher 10 eingeleitet, welcher in derselben Endeinrichtung 11 angeordnet ist, wie zur Zeit des Kühlens. Auf diese Weise kann das Innere der Endeinrichtung 11 erhitzt und warmgehalten werden, als der Heizbetrieb oder der Heiz/Heizspeicher-Betrieb. Somit ist eine Zusammensetzung sichergestellt, welche den Endeinrichtungen 11 entspricht, welche die Kühl/Heiz-Funktion erfordern.

(Fünfte Ausführungsform)

6 ist ein schematisches Diagramm, welches eine Zusammensetzung des Wärmepumpentyp-Heißwasser-Zufuhrsystems mit der Kühlfunktion gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich darin von der vorstehend beschriebenen vierten Ausführungsform, dass gemäß dieser fünften Ausführungsform der Sole-Heizkreis K2 einen Hochtemperaturwasser-Wärmeabstrahlungs-Wärmetauscher 23 enthält. Dies entspricht der zweiten Ausführungsform, in welcher der Sole-Heizkreis K2 den Hochtemperaturwasser-Wärmeabstrahlungs-Wärmetauscher 23 anstelle des Kältemittel-Wärmeabstrahlungs-Wärmetauschers 13 enthält, der vorstehend beschrieben wurde. Der Hochtemperaturwasser-Wärmeabstrahlungs-Wärmetauscher 23 dient zur Abstrahlung von Wärme durch Wärmetausch mit Atmosphärenluft und kann den Wärmeabstrahlbetrieb durch Aktivierung der Hochtemperaturwasser-Zirkulationspumpe 17 ausführen, während der Betrieb der Heißwasser-Sole-Zirkulationspumpe 18 unterbrochen wird.

Als ein Ergebnis wird das Heißwasser-Zufuhrwasser, selbst wenn dessen Heizen nicht erforderlich ist, um heißes Wasser zu liefern, dadurch erhitzt, dass dieses durch den Kältemittelkreis R, den Heißwasser-Zufuhrwasser-Heizkreis K und den Sole-Heizkreis K2 zirkuliert wird, während es gleichzeitig Wärme von dem Hochtemperatur-Abstrahlwärmetauscher 23 abstrahlt. Auf diese Weise ist die Wärmeabstrahlung sichergestellt. Somit kann die Kühlfunktion zu jeder Zeit in stabiler Weise erzielt werden.

(Sechste Ausführungsform)

7 ist ein schematisches Diagramm, welches eine Zusammensetzung des Wärmepumpentyp-Heißwasser-Zufuhrsystems mit der Kühlfunktion gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich darin von der beschriebenen vierten Ausführungsform, dass Wärmespeicherteile 24 um die Endeinrichtungs-Wärmetauscher 10 jeweils angeordnet sind. Als ein Ergebnis sind der Kaltspeichertank 15 und der Bypass-Kreis B3 in der vierten Ausführungsform weggelassen, und selbst in dem Fall, in welchem die Zirkulation der gekühlten Sole oder der erhitzten Sole blockiert ist, kann das Innere der Endeinrichtungen fortgesetzt gekühlt oder geheizt werden, je nachdem, wie der Fall gelagert ist.

Ebenso sind eine Mehrzahl von Endeinrichtungs-Wärmetauschern 10a bis 10c parallel an dem Kalt-Sole-Kreis B1 oder dem Heiß-Sole-Kreis B2 angeschlossen.

Durch dieses Vorgehen können die Endeinrichtungs-Wärmetauscher 10 oder die Endeinrichtungen 11, welche die Endeinrichtungs-Wärmetauscher 10 verwenden, einfach in ihrer Anzahl erhöht oder gesenkt werden. Des weiteren sind die Mehrzahl von Endeinrichtungs-Wärmetauschern 10a bis 10c, die parallel miteinander verbunden sind, mit Strömungssteuerventilen (Strömungssteuermitteln) 20a bis 20c jeweils verbunden, um die Sole-Strömung zu steuern. Als ein Ergebnis können die Betriebsbedingungen für jeden der Endeinrichtungs-Wärmetauscher 10a bis 10c gesteuert werden.

(Andere Ausführungsformen)

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwenden einen superkritischen Wärmepumpenkreislauf als einen Kälteerzeugungskreislauf zum Heizen des Heißwasser-Zufuhrwassers und zum Kühlen der Sole. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine solche Zusammensetzung beschränkt, sondern kann andere Kälteerzeugungskreisläufe eines Kältemittel-Kompressionstyps verwenden. Ebenso kann das eingesetzte Kältemittel Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoff oder ein FCKW-Substitut sein.

In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird die Strömung einfach zwischen dem ersten Kältemittelkreis R1 und dem zweiten Kältemittelkreis R2 umgeschaltet. Dennoch können diese alternativ öfter in einem vorbestimmten Kreis umgeschaltet werden. Des weiteren kann ohne Umschalten der Kältemittelkreise, welche die zwei Ein-Aus-Ventile 3a, 3b, wie in den vorstehend beschriebenen Ausführungsform beschrieben, verwenden, ein einzelnes Umschaltventil alternativ verwendet werden. Ebenso kann das Dekompressionsmittel ein Kapillar- oder von jedem anderen Typ sein. Des weiteren ist die in dem Sole-Kreis B zirkulierte Flüssigkeit nicht auf eine Antigefrierlösung beschränkt, sondern kann gewöhnliches Wasser sein, solange die Kühltemperatur nicht niedriger als 0 °C ist.

Während die Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen beschrieben wurde, die zum Zwecke der Darstellung ausgewählt wurden, sollte ersichtlich sein, dass viele Modifikationen durch Fachleute an dieser ausgeführt werden können, ohne von dem grundlegenden Konzept und Zweck der Erfindung abzuweichen.


Anspruch[de]
  1. Wärmepumpentyp-Heißwasser-Zufuhrsystem mit Kühlfunktion, umfassend:

    einen ersten Kältemittelkreis (R1), der, in Ringform verbunden, einen Kältemittelkompressor (1) zum Komprimieren eines Kältemittels, einen Hochdruck-Kältemittelpfad (2a) eines Wasserwärmetauschers (2), ein erstes Dekompressions-Expansions-Mittel (4a) und einen Luftwärmetauscher (5) enthält; und

    einen Heißwasserzufuhr-Wasserheizkreis (K), der, in Ringform verbunden, einen Heißwasser-Zufuhrpfad (2b) des Wasserwärmetauschers (2), eine Heißwasserzufuhr-Wasserzirkulationspumpe (6) und einen Heißwassertank (7) enthält;

    wobei der Kältemittelkompressor (1) und die Heißwasserzufuhr-Wasserzirkulationspumpe (6) in Betrieb gesetzt werden, um Wärme zwischen dem Hochtemperatur-Hochdruck-Kältemittel, welches in dem Hochdruck-Kältemittelpfad (2a) strömt, und dem Heißwasser-Zufuhrwasser, welches in dem Heißwasser-Zufuhrwasserpfad (2b) strömt, ausgetauscht wird, wodurch das Heißwasser-Zufuhrwasser erhitzt wird;

    wobei das System des weiteren umfasst:

    einen zweiten Kältemittelkreis (R2), welcher ein zweites Dekompressions-Expansions-Mittel (4b) und einen Niedrigdruck-Kältemittelpfad (9a) eines Sole-Kühlwärmetauschers (9) enthält, und von dem ersten Kältemittelkreis (R1) stromabwärts des Hochdruck-Kältemittelpfads (2a) abzweigt, parallel zu dem ersten Kältemittelkreis (R1) verläuft und mit dem ersten Kältemittelkreis (R1) stromaufwärts eines Kältemittelkompressors (1) zusammenläuft;

    einen Sole-Kreis (B), der, in Ringform verbunden, einen Sole-Pfad (9b) des Sole-Kühlwärmetauschers (9), eine Kalt-Sole-Zirkulationspumpe (8) und einen Endeinrichtungs-Wärmetauscher (10) in Ringform enthält; und

    einen Hochdruck-Kältemittelpfad (13a) zum Durchtritt eines Hochdruck-Kältemittels, welches durch den Wasserwärmetauscher (2) durchgetreten ist, und einen Niedrigdruck-Kältemittelpfad (13b) zum Durchtritt eines Niedrigdruck-Kältemittels, welches durch den Sole-Kühlwärmetauscher (9) durchgetreten ist; dadurch gekennzeichnet, dass

    das Kältemittel durch den zweiten Kältemittelkreis (R2) strömt und die Kalt-Sole-Zirkulationspumpe (8) derart aktiviert, dass Wärme zwischen dem Niedrigtemperatur-Niedrigdruck-Kältemittel, welches durch den Niedrigdruck-Kältemittelpfad (9a) strömt, und der Sole, welche durch den Sole-Pfad (9b) strömt, ausgetauscht wird, um dadurch die Sole zu kühlen; und dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst:

    einen Kältemittel-Wärmeabstrahl-Wärmetauscher (13) zum Abstrahlen von Wärme von dem Hochdruck-Kältemittel, welches durch den Hochdruck-Kältemittelpfad (13a) strömt, indem das Niedrigdruck-Kältemittel erhitzt wird, welches durch den Niedrigdruck-Kältemittelpfad (13b) strömt.
  2. Wärmepumpentyp-Heißwasser-Zufuhrsystem mit der Kühlfunktion gemäß Anspruch 1, umfassend:

    einen Gas-Flüssigkeits-Abscheider (55) zum Abscheiden des Kältemittels in dem Kältemittelkreis (R) in Gas und Flüssigkeit und zum Zuführen des Gas-Kältemittels zu dem Kältemittelkompressor (1); und

    einen Ejektor (14), enthaltend

    eine Düse (14a) als ein Dekompressions-Expansions-Mittel, welches das erste Dekompressions-Expansions-Mittel (4a) und das zweite Dekompressions-Expansions-Mittel (4b) ersetzt, durch welches die Druckenergie des Hochdruck-Kältemittels, welches in dem Kältemittelkompressor (1) komprimiert wurde und welches durch den Wasserwärmetauscher (2) hindurchströmt, in Geschwindigkeitsenergie umgewandelt wird, um dadurch das Kältemittel zu dekomprimieren und zu expandieren, und

    einen Druckerhöhungsabschnitt (14c, 14d), durch welchen das Gas-Kältemittel, welches in einem ausgewählten, von dem Sole-Kühlwärmetauscher (9) und dem Luft-Wärmetauscher (5), der an der Niedrigdruckseite angeschlossen ist, durch den rapiden Kältemittelstrom angesaugt wird, welcher aus der Düse (14a) ausgestoßen wird, und wobei das angesaugte Kältemittel mit dem von der Düse (14a) ausgestoßenen Kältemittel gemischt wird, während gleichzeitig die Geschwindigkeitsenergie in Druckenergie umgewandelt wird, um das Kältemittel unter Druck zu setzen, welches in den Gas-Flüssigkeits-Abscheider (55) strömt.
  3. Wärmepumpentyp-Heißwasser-Zufuhrsystem mit der Kühlfunktion gemäß Anspruch 2, des weiteren umfassend:

    ein variables Begrenzungsmittel (14e), welches stromaufwärts der Düse (14a) in dem Kältemittel angeordnet ist zur Steuerung des Drucks des Hochdruck-Kältemittels durch Steuerung des Begrenzungs-Öffnungs-Grades desselben.
  4. Wärmepumpentyp-Heißwasser-Zufuhrsystem mit der Kühlfunktion gemäß Anspruch 2, wobei das Kältemittel, welches durch den Kältemittelkreis (R) strömt, Kohlendioxid (CO2) ist.
  5. Wärmepumpentyp-Heißwasser-Zufuhrsystem mit der Kühlfunktion gemäß Anspruch 1, wobei ein Kaltspeichertank (15) zum Speichern der gekühlten Sole stromabwärts des Sole-Kühlwärmetauschers (9) in der Sole in dem Kalt-Sole-Kreis (B1) angeordnet ist, welcher in Ringform verbunden den Sole-Pfad (9b) des Sole-Kühlwärmetauschers (9), die Kalt-Sole-Zirkulationspumpe (8) und den Endeinrichtungs-Wärmetauscher (10) aufweist.
  6. Wärmepumpentyp-Heißwasser-Zufuhrsystem mit der Kühlfunktion gemäß Anspruch 5, wobei der Kalt-Sole-Kreis (B1) einen Bypass-Kreis (B3) zum Umgehen des Endeinrichtungs-Wärmetauschers (10), und Zirkulationspfad-Umschaltmittel (20, 21) zum Umschalten der Sole-Zirkulation zwischen dem Endeinrichtungs-Wärmetauscher (10) und dem Bypass-Kreis (B3) enthält.
  7. Wärmepumpentyp-Heißwasser-Zufuhrsystem mit der Kühlfunktion gemäß Anspruch 1, umfassend:

    einen Sole-Heizkreis (K2), der in Ringform verbunden einen Heißwassertank (7), einen Hochtemperatur-Wasserpfad (16a) eines Sole-Heizwärmetauschers (16) und eine Hochtemperaturwasser-Zirkulationspumpe (17) enthält; und einen Heiß-Sole-Kreis (B2), der in Ringform verbunden einen Sole-Pfad (16b) des Sole-Heizwärmetauschers (16), eine Heiß-Sole-Zirkulationspumpe (18) und den Endeinrichtungs-Wärmetauscher (10), der in der Endeinrichtung (11) angeordnet ist, enthält;

    wobei die Hochtemperaturwasser-Zirkulationspumpe (17) und die Heiß-Sole-Zirkulationspumpe (18) in Betrieb gesetzt sind und Wärme zwischen dem Hochtemperaturwasser, welches in dem Hochtemperatur-Wasserpfad (16a) strömt, und der Sole, welche in den Sole-Pfad (16b) strömt, ausgetauscht wird, wodurch die Sole erhitzt wird, während gleichzeitig die erhitzte Sole zu dem Endeinrichtungs-Wärmetauscher (10) geliefert wird, wodurch das Innere der Endeinrichtung (11) erhitzt und warm gehalten wird.
  8. Wärmepumpentyp-Heißwasser-Zufuhrsystem mit der Kühlfunktion gemäß Anspruch 1, wobei der Sole-Heizkreis (K2) einen Hochtemperatur-Wärmeabstrahl-Wärmetauscher (23) enthält.
  9. Wärmepumpentyp-Heißwasser-Zufuhrsystem mit der Kühlfunktion gemäß Anspruch 7, wobei ein Wärmespeicherteil (24) um den Endeinrichtungs-Wärmetauscher (10) herum angeordnet ist.
  10. Wärmepumpentyp-Heißwasser-Zufuhrsystem mit der Kühlfunktion gemäß Anspruch 7, wobei eine Mehrzahl der Endeinrichtungs-Wärmetauscher (10a bis 10c) parallel an einen ausgewählten aus dem Kalt-Sole-Kreis (B1) und dem Heiß-Sole-Kreis (B2) angeschlossen ist.
  11. Wärmepumpentyp-Heißwasser-Zufuhrsystem mit der Kühlfunktion gemäß Anspruch 10, wobei eine Mehrzahl der parallel angeschlossenen Endeinrichtungs-Wärmetauscher (10a bis 10c) mit Strömungssteuermitteln (20a bis 20c) jeweils zur Steuerung der Sole-Strömung verbunden sind.
Es folgen 7 Blatt Zeichnungen






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