AT504564A1

AT504564A1 - HEAT PUMP

Info

Publication number: AT504564A1
Application number: AT19412006A
Authority: AT
Original assignee: Stojec Mario Paul
Priority date: 2006-11-23
Filing date: 2006-11-23
Publication date: 2008-06-15
Also published as: EP1925892A2; EP1925892A3; AT504564B1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpe mit einem Verdichter und einer Drossel, welche einen Kreislauf eines wärmetragenden Arbeitsmediums in einen Niederdruckbereich und einen Hochdruckbereich einteilen, und mit wenigstens einem Wärmetauscher.The invention relates to a heat pump with a compressor and a throttle, which divide a circuit of a heat-carrying working medium in a low-pressure region and a high-pressure region, and with at least one heat exchanger.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe, mit welcher Druck und Wärme eines Arbeitsmediums in einem Niederdruckbereich und einem Hochdruckbereich auf unterschiedliche Temperatur- und Druckniveaus gebracht wird.Furthermore, the invention relates to a method for operating a heat pump, with which pressure and heat of a working medium in a low-pressure region and a high-pressure region is brought to different temperature and pressure levels.

Das Arbeitsprinzip von Wärmepumpen sowie Wärmepumpen zum Heizen oder Kühlen von Gebäuden sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt. Dabei wird ein Arbeitsmedium, wie ein Kältemittel, wechselweise durch Aufbringen von mechanischer Arbeit verdichtet, d.h. auf ein höheres Temperaturniveau gebracht, und unter Abgabe von mechanischer Arbeit expandiert, d.h. auf ein niedrigeres Temperaturniveau gebracht.The working principle of heat pumps and heat pumps for heating or cooling of buildings are known per se from the prior art. In this case, a working medium, such as a refrigerant, is alternately compressed by applying mechanical work, i. brought to a higher temperature level, and expanded with release of mechanical work, i. brought to a lower temperature level.

Bei solchen Wärmepumpen ist es bekannt, zum Erhöhen des Temperaturniveaus einen Verdichter zu verwenden, wobei der Verdichter einen Bereich mit niedrigem Druck ("kalte Seite") und einen Bereich mit hohem Druck ("warme Seite") trennt. Zum Absenken des Temperaturniveaus kann ein Expansionsventil· verwendet werden, welches ebenfalls eine zweite Trennstelle zwischen der kalten und der warmen Seite der Wärmepumpe darstellt. Die Verdichterarbeit, um das Arbeitsmedium von einem niedrigen auf einen hohen Druck zu bringen, stellt in der Wärmepumpe einen sehr energieaufwändigen Vorgang dar. Nachteilig bei solchen Wärmepumpen ist allerdings, dass eine Druckerhöhung des Arbeitsmediums vor dem Verdichter nicht möglich ist, ohne die Kühlleistung der "kalten Seite" zu beeinträchtigen.In such heat pumps, it is known to use a compressor to increase the temperature level, where the compressor separates a low pressure area ("cold side") and a high pressure area ("warm side"). To lower the temperature level, an expansion valve can be used, which also represents a second separation point between the cold and the warm side of the heat pump. The compressor work to bring the working fluid from a low to a high pressure, in the heat pump is a very energy-consuming process. A disadvantage of such heat pumps, however, that an increase in pressure of the working fluid before the compressor is not possible without the cooling capacity of the " cold side " to impair.

Der Erfindung liegt die Aufgabe daher zu Grunde, eine Wärmepumpe sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Wärmepumpe zur Verfügung zu stellen, mit denen der angesprochene Nachteil überwunden wird und darüber hinaus weitere Energieeinsparungen erzielt werden können.The invention is therefore based on the object to provide a heat pump and a method for operating such a heat pump available, with which the mentioned disadvantage is overcome and beyond further energy savings can be achieved.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit einer Wärmepumpe, welche die Merkmale des Anspruches 1 aufweist.This object is achieved according to the invention with a heat pump, which has the features of claim 1.

Des Weiteren wird diese Aufgabe mit einem Verfahren gelöst, welches die Merkmale des Anspruches 11 aufweist.Furthermore, this object is achieved by a method having the features of claim 11.

Bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Preferred and advantageous embodiments of the invention are subject of the dependent claims.

Dadurch, dass bei der erfindungsgemäßen Wärmepumpe zwei Verdichter vorgesehen sind, und dass zwischen den beiden Verdichtern ein Mitteldruckbereich begrenzt ist, kann dem Mitteldruckbereich zusätzlich auch -2- weitere Wärme zugeführt werden, ohne dass die Kühlleistung der "kalten Seite" beeinträchtigt wird, wobei die Energiebilanz der Wärmepumpe verbessert wird. Der Hoch- und Niederdruckbereich inklusive der Drossel kann wie aus dem Stand der Technik bekannt ausgeführt sein.Because two compressors are provided in the heat pump according to the invention, and that a medium pressure range is limited between the two compressors, additional heat can also be supplied to the medium pressure range without the cooling power of the " cold side " is impaired, the energy balance of the heat pump is improved. The high and low pressure areas including the throttle can be designed as known from the prior art.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Verdichter zwischen Niederdruck- und Mitteldruckbereich angeordnet ist und der zweite Verdichter zwischen Mitteldruck- und Hochdruckbereich. Im Weiteren wird der erste Verdichter als Mitteldruckverdichter und der zweite Verdichter als Hochdruckverdichter bezeichnet.In a particularly preferred embodiment of the invention, it is provided that the first compressor is arranged between the low-pressure and medium-pressure regions, and the second compressor is arranged between the medium-pressure and high-pressure regions. In addition, the first compressor is referred to as a medium-pressure compressor and the second compressor as a high-pressure compressor.

Das Zuführen von weiterer Wärme in den Mitteldruckbereich kann im Rahmen der Erfindung einerseits derart erfolgen, dass Wärme aus dem Hochdruckbereich in den Mitteldruckbereich rückgeführt wird (Vorwärmen des Arbeitsmediums). Dies ist insbesondere beim Kühlbetrieb der Wärmepumpe von Vorteil wenn die Hochdrucktemperatur nicht zum Heizen benötigt wird. Da erfindungsgemäß im Mitteldruckbereich ein Wärmetauscher angeordnet ist, kann die Temperatur des Arbeitsmediums im Hochdruckbereich über diesen Wärmetauscher auf das Arbeitsmedium im Mitteldruckbereich übertragen werden. Die in den Mitteldruckbereich eingebrachte Wärme erhöht den Druck des Arbeitsmediums. Somit wird durch die Wärmerückführung der Hochdruckverdichter entlastet und dessen Stromverbrauch reduziert, womit sich gleichfalls die Leistungszahl der Wärmepumpe verbessert. Die Reduzierung des Stromverbrauches erfolgt im Wesentlichen proportional dazu, wie der Druck im Mitteldruckbereich durch Zufuhr von Wärme steigt. Ein weiterer Vorteil der Energierückführung ist, dass die überschüssige Wärme nicht mehr an die Umgebung abgegeben werden muss.In the context of the invention, the feeding of further heat into the medium-pressure region on the one hand can take place in such a way that heat is returned from the high-pressure region into the medium-pressure region (preheating of the working medium). This is particularly advantageous when cooling the heat pump if the high pressure temperature is not needed for heating. Since, according to the invention, a heat exchanger is arranged in the medium-pressure region, the temperature of the working medium in the high-pressure region can be transmitted to the working medium in the medium-pressure region via this heat exchanger. The heat introduced into the medium pressure range increases the pressure of the working fluid. Thus, the heat recovery of the high-pressure compressor relieved and reduced its power consumption, which also improves the coefficient of performance of the heat pump. The reduction in power consumption is essentially proportional to how the pressure in the mid-pressure range increases by the supply of heat. Another benefit of energy recycling is that the excess heat does not have to be released to the environment.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung können in den Mitteldruckbereich Temperaturen eingespeist werden, die zwischen den Temperaturen im Niederdruckbereich und dem Hochdruckbereich liegen, z.B. im Bereich von ca. 0 ’C bis 100*C. Dieser Temperaturbereich ist so ausgelegt, dass in den Mitteldruckbereich auch direkt thermische Energie, d.h. Wärme, von zusätzlichen Vorrichtungen zum Bereitstellen von Energie, wie z.B. Photovoltaik- oder Thermovoltaik-Elementen, sowie Energie aus Prozess- oder Abwärme oder aus einer Kühlvorrichtung, z.B. zur Kühlung von Photovoltaik- und/oder Thermovoltaik-Elementen, eingespeist werden kann, womit weiterhin in erheblichem Maße Energiekosten eingespart werden.In a preferred embodiment of the invention, temperatures which are between the temperatures in the low pressure range and the high pressure range, e.g. in the range of about 0 'C to 100 * C. This temperature range is designed so that directly into the medium pressure range thermal energy, i. Heat, from additional devices for providing energy, e.g. Photovoltaic or thermovoltaic elements, as well as energy from process or waste heat or from a cooling device, e.g. for cooling photovoltaic and / or thermovoltaic elements, can be fed, which continues to save considerable energy costs.

Mit der Vorrichtung zum Bereitstellen von Energie, wie das Photovoltaik-Element, kann ebenfalls der Großteil der elektrischen ·♦ ·♦«···· ·· • · -3-With the device for providing energy, such as the photovoltaic element, can also the majority of electrical · ♦ · ♦ · ···· ··· · -3-

Energie für die beiden Verdichter selbst erzeugt werden, wobei die anfallende Solarwärme direkt zur Druckerhöhung des Arbeitsmediums im Mitteldruckbereich genutzt werden kann.Energy can be generated for the two compressors themselves, the resulting solar heat can be used directly to increase the pressure of the working fluid in the medium pressure range.

Durch die erfindungsgemäßen zwei Verdichter der Wärmepumpe ist also eine Energierückführung und/oder eine zusätzliche Energiezuführung vor dem Hochdrückverdichter möglich, ohne die Kälteleistung der Wärmepumpe zu negativ beeinflussen.By means of the two compressors of the heat pump according to the invention, therefore, an energy return and / or an additional energy supply upstream of the high-pressure compressor is possible without negatively influencing the cooling capacity of the heat pump.

Weitere Einzelheiten Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die angeschlossenen Zeichnungen, in welchen ein bevorzugte Ausführungsform dargestellt ist.Further details Features and advantages of the invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings, in which a preferred embodiment is shown.

Es zeigt Fig. 1 ein Fließschema der erfindungsgemäßen Wärmepumpe in Form einer Kältemaschine und Fig. 2 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wärmepumpe in schematischer Darstellung.1 shows a flow chart of the heat pump according to the invention in the form of a refrigerating machine, and FIG. 2 shows an embodiment of the heat pump according to the invention in a schematic representation.

In Fig. 1 ist ein stark vereinfacht dargestelltes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Wärmepumpe in einer noch zu beschreibenden Verbindung mit einem Photovoltaik-Element 1 als Vorrichtung zum Bereitstellen von thermischer und elektrischer Energie gezeigt.In Fig. 1, a highly simplified illustrated embodiment of a heat pump according to the invention is shown in a connection to be described with a photovoltaic element 1 as a device for providing thermal and electrical energy.

In der als Kältemaschine ausgeführten Wärmepumpe wird ein Kältemittel als Arbeitsmedium in Pfeilrichtung 2 im Kreislauf geführt. Der Kältemittelkreislauf lässt sich in drei Bereiche unterteilen: ein Bereich, in welchem das Kältemittel in der Wärmepumpe einen niedrigen Druck und eine niedrige Temperatur (z.B. 20‘C) aufweist (im Weiteren als Niederdruckbereich bezeichnet), einen Bereich, in welchem das Kältemittel einen höheren Druck und eine höhere Temperatur (z.B. 60*C) aufweist (im Weiteren als Hochdruckbereich bezeichnet) und einen zusätzlichen Bereich, in welchem Druck und Temperatur des Kältemittel zwischen den beiden vorgenannten Bereichen liegt (im Weiteren als Mitteldruckbereich bezeichnet) .In the heat pump designed as a refrigerator, a refrigerant is fed as a working medium in the direction of arrow 2 in the circuit. The refrigerant cycle can be divided into three areas: an area in which the refrigerant in the heat pump has a low pressure and a low temperature (eg, 20 ° C.) (hereinafter referred to as a low-pressure area), an area in which the refrigerant has a higher temperature Pressure and a higher temperature (eg 60 * C) (hereinafter referred to as high-pressure area) and an additional area in which the pressure and temperature of the refrigerant between the two aforementioned areas (hereinafter referred to as the medium-pressure region).

Der Niederdruckbereich ist in Strömungsrichtung des Kältemittels (Pfeilrichtung 2) begrenzt durch eine Drossel 3 und einen ersten Verdichter 4, wobei der erste Verdichter 4 (Mitteldruckverdichter) das Kältemittel auf die im Mitteldruckbereich herrschenden Drücke und Temperaturen verdichtet. Die Drossel 3 ist in der gezeigten Ausführungsform ein regelbares, elektronisches Expansionsventil und steuert den Volumenstrom des Kältemittels, welcher den Energieumsatz der Wärmepumpe bestimmt. Der Hochdruckbereich ist in Strömungsrichtung des Kältemittels (Pfeilrichtung 2) begrenzt durch einen zweiten Verdichter 5 und der Drossel 3, wobei der zweite Verdichter 5 (Hochdruckverdichter) dasThe low pressure region is limited in the flow direction of the refrigerant (arrow 2) by a throttle 3 and a first compressor 4, wherein the first compressor 4 (medium pressure compressor) compresses the refrigerant to the pressures and temperatures prevailing in the medium pressure range. The throttle 3 is in the embodiment shown, a controllable electronic expansion valve and controls the flow rate of the refrigerant, which determines the energy conversion of the heat pump. The high pressure area is limited in the flow direction of the refrigerant (arrow 2) by a second compressor 5 and the throttle 3, wherein the second compressor 5 (high pressure compressor) the

• ·· ·· ····· • · ♦ ·· · ·· • · ·· · · · • · · · ····· • · · · · · · ·«* ···· ·· ·· · -4- Kältemittel auf die im Hochdruckbereich herrschenden Drücke und Temperaturen verdichtet und die Drossel 3 das Kältemittel auf die im Niederdruckbereich herrschenden Drücke und Temperaturen expandiert. Durch die bei der Drossel 3 erwirkte Temperaturabsenkung des Kältemittels kann die Kälte für Verbrauchergeräte, wie z.B. Kühlschränke, Gefriertruhen oder dergleichen, bereitgestellt werden. Sowohl im Niederdruck- als auch im Hochdruckbereich sind Wärmetauscher vorgesehen, deren genauere Bestimmung noch beschrieben wird.•········· • • ♦ ·········· ·· · -4- refrigerant is compressed to the pressures and temperatures prevailing in the high-pressure range, and throttle 3 expands the refrigerant to the pressures and temperatures prevailing in the low-pressure range. By lowering the temperature of the refrigerant caused by the throttle 3, the refrigeration for consumer appliances, e.g. Refrigerators, freezers or the like can be provided. Both in the low-pressure and in the high-pressure range heat exchangers are provided, the more detailed determination will be described.

Erfindungswesentlich ist, dass zwischen dem ersten Verdichter 4 und dem zweiten Verdichter 5 der Mitteldruckbereich geschaffen ist, in welchen vor dem zweiten Verdichter 5 Energie in Form von Wärme eingebracht werden kann, ohne die Kälteleistung im Niederdruckbereich zu verändern, da der erste Verdichter 4 als Druckbarriere wirkt, wenn in den Mitteldruckbereich thermische Energie eingebracht wird. Im folgenden werden zwei Varianten angesprochen, wie Energie in den Mitteldruckbereich eingebracht wird, wobei im Rahmen der Erfindung auch ändert Möglichkeiten denkbar sind.It is essential to the invention that between the first compressor 4 and the second compressor 5, the medium-pressure region is created, in which before the second compressor 5 energy can be introduced in the form of heat, without changing the cooling capacity in the low pressure region, since the first compressor 4 as a pressure barrier acts when thermal energy is introduced into the medium pressure range. In the following, two variants are addressed, as energy is introduced into the medium-pressure range, wherein in the context of the invention also changes possibilities are conceivable.

Eine Möglichkeit der Energieeinspeisung ist die Wärmerückführung vom Hochdruckbereich in den Mitteldruckbereich. Diese thermische Energierückführung ist bei Ausführung der Wärmepumpe als Kältemaschine besonders von Vorteil, da die Heizleistung im Hochdruckbereich nicht benötigt wird. Dafür ist zwischen dem ersten Verdichter 4 und dem zweiten Verdichter 5 ein Wärmetauscher 6 angeordnet. Ausgehend von einem im Hochdruckbereich, d.h. in Strömungsrichtung des Kältemittels (Pfeilrichtung 2) nach dem zweiten Verdichter 5, angeordneten Wärmetauscher 7, über den die Heizleistung sonst auch zur Heiß- oder Brauchwasseraufbereitung 16 genutzt werden könnte, verläuft eine Leitung 8, welche in den Wärmetauscher 6 mündet. Die so in den Mitteldruckbereich eingespeiste (rückgeführte) Wärme hebt den Druck des Kältemittels vor dem zweiten Verdichter 5, wodurch dessen Drehmoment zum Verdichten des Kältemittels auf den im Hochdruckbereich herrschenden Druck kleiner wird. Der Stromverbrauch des Zweiten Verdichters 5 verringert sich um den Teil der eingespeisten Energie, mit der Folge, dass die Leistungszahl und die Energiebilanz der Wärmepumpe optimiert wird.One possibility of energy supply is the heat recovery from the high pressure area to the medium pressure area. This thermal energy recirculation is particularly advantageous when the heat pump is designed as a refrigerating machine, since the heating power is not required in the high-pressure range. For this purpose, a heat exchanger 6 is arranged between the first compressor 4 and the second compressor 5. Starting from a high pressure area, i. in the flow direction of the refrigerant (arrow 2) after the second compressor 5, arranged heat exchanger 7, through which the heating power could otherwise be used for hot or industrial water treatment 16, runs a line 8, which opens into the heat exchanger 6. The (recycled) heat thus fed into the medium-pressure region raises the pressure of the refrigerant upstream of the second compressor 5, as a result of which its torque for compressing the refrigerant to the pressure prevailing in the high-pressure region becomes smaller. The power consumption of the second compressor 5 is reduced by the part of the injected energy, with the result that the coefficient of performance and the energy balance of the heat pump is optimized.

Eine weitere Möglichkeit der Energieeinspeisung in den Mitteldruckbereich ist die Wärme Zuführung vom Photovoltaik-Element 1. Diese thermische EnergieZuführung kann z.B. mittels eines Mediums, welches zuvor zur Kühlung des Photovoltaik-Elements 1 eingesetzt wurde, erfolgen (dabei kann auch die durch die Wärmepumpe erzeugte Kälteleistung direkt • · 00 0000 0Another possibility of feeding energy into the medium-pressure region is the heat supply from the photovoltaic element 1. This thermal energy supply can e.g. by means of a medium, which was previously used for cooling the photovoltaic element 1, carried out (thereby also the cooling power generated by the heat pump directly • · 00 0000 0

0 0 00 0 0 0 0 0 0 0' 0 0 00 0 00 0 0 0 0 0 0 0 '0 0 0

5 zur Kühlung des Photovoltaik-Elements 1 genutzt werden). Hierzu ist ausgehend vom Photovoltaik-Element 1 eine Leitung 9 vorgesehen, die in den Wärmetauscher 6 mündet. Der Temperaturbereich, der innerhalb des Mitteldruckbereichs eingespeist wird, ist so ausgelegt, dass die vom Photovoltaik-Element 1 zugeführte Wärme den gewünschten Wirkungsgrad erzielt.5 are used for cooling the photovoltaic element 1). For this purpose, starting from the photovoltaic element 1, a line 9 is provided, which opens into the heat exchanger 6. The temperature range which is fed within the medium-pressure region is designed so that the heat supplied by the photovoltaic element 1 achieves the desired efficiency.

Die direkte Anbindung des Photovoltaik-Elements 1 an die Wärmepumpe ist am besten aus Fig. 2 ersichtlich und wird im Folgenden anhand eines in der Praxis bevorzugten Ausführungsbeispiels erläutert:The direct connection of the photovoltaic element 1 to the heat pump is best seen in FIG. 2 and is explained below with reference to an exemplary embodiment which is preferred in practice:

Mit dem Photovoltaik-Element 1 wird elektrische Energie erzeugt, mit welcher beiden Verdichter 4, 5 mit ganz oder teilweise Solarenergie betrieben werden. Die dabei anfallende Solarwärme wird wie oben beschrieben direkt zur Druckerhöhung des Kältemittels im Mitteldruckbereich der Wärmepumpe genutzt. Die durch die Wärmepumpe erzeugte Kälteleistung wird direkt zur Kühlung des Photovoltaik-Elements 1 eingebracht. Die elektrische Leistung des Photovoltaik-Elements 1 kann so bis zu 30% gesteigert werden. Die Einsparung an elektrischer Energie liegt bei dieser Wärmepumpe bei bis zu 50% gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Wärmepumpen. In der Sommerzeit ist eine Selbstversorgung mit elektrischer Energie von bis zu 90% für die Kühlleistung von Gebäuden zu erreichen, wobei im Kühlbetrieb durch die erfindungsgemäße Rückführung der Heizleistung in den Mitteldruckbereich weiterhin der elektrische Energieverbrauch gesenkt wird.With the photovoltaic element 1 electrical energy is generated, with which two compressors 4, 5 are operated with wholly or partially solar energy. The resulting solar heat is used as described above directly to increase the pressure of the refrigerant in the medium pressure range of the heat pump. The cooling power generated by the heat pump is introduced directly for cooling the photovoltaic element 1. The electrical power of the photovoltaic element 1 can be increased up to 30%. The saving of electrical energy in this heat pump is up to 50% compared to known from the prior art heat pumps. In summer time, a self-sufficiency of electrical energy of up to 90% for the cooling performance of buildings can be achieved, wherein in the cooling operation by the inventive return of the heating power in the medium-pressure range, the electrical energy consumption is further reduced.

Die Energie des Photovoltaik-Elements 1 wird bei dessen direkter Anbindung an die Wärmepumpe einem DC/DC-Wandler 10 zugeführt. Über den DC/DC-Wandler 10 ist das Photovoltaik-Element 1 mit einem Frequenzumrichter 11 verbunden. Mittels einer Vorrichtung 12 zur Leistungsmessung und einem Steuerungssystem 13 wird die vom Photovoltaik-Element 1 zu liefernde Energie an den von der Wärmepumpenleistung abhängigen Energiebedarf der beiden Verdichter 4, 5 angepasst. Der Frequenzumrichter 11 bedient die beiden Verdichter 4, 5 mit variabler Frequenz zur Steuerung der Verdichterleistungen.The energy of the photovoltaic element 1 is supplied to a DC / DC converter 10 in its direct connection to the heat pump. About the DC / DC converter 10, the photovoltaic element 1 is connected to a frequency converter 11. By means of a device 12 for power measurement and a control system 13, the energy to be supplied by the photovoltaic element 1 is adjusted to the energy demand of the two compressors 4, 5 which is dependent on the heat pump output. The frequency converter 11 operates the two variable frequency compressors 4, 5 for controlling the compressor powers.

Im Rahmen der Erfindung können alternativ oder zusätzlich zum Photovoltaik-Element 1 auch Thermovoltaik-Elemente 15 als Vorrichtung zum Bereitstellen von thermischer und/oder elektrischer Energie vorgesehen sein. Die Thermovoltaik-Elemente 15 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel in Form von Thermogeneratoren im Wärmetauscher 7 angeordnet, können jedoch auch in weiteren Wärmetauschern der Wärmepumpe angeordnet werden. Die Einspeisung von thermischer Energie in den Mittel- «· · ·« ·· ···· · • ···· · · · ·· ··· · ·· · · · • · · · · · · ···· ·« · · · · · · · *» «t* «*·· φφ φφ φ -6- druckbereich erfolgt über die Leitung 9. Die erzeugte elektrische Energie wird analog zum Photovoltaik-Element 1 über einen DC/DC-Wandler 10 dem Frequentumrichter 11 zugeführt und mit dem Steuersystem 13 und der Vorrichtung 12 zur Leistungsmessung an den Energiebedarf der Verdichter 4, 5 angepasst.Within the scope of the invention, as an alternative or in addition to the photovoltaic element 1, it is also possible to provide thermovoltaic elements 15 as a device for providing thermal and / or electrical energy. The thermovoltaic elements 15 are arranged in the embodiment shown in the form of thermal generators in the heat exchanger 7, but can also be arranged in other heat exchangers of the heat pump. Injection of thermal energy into the medium- «· · · · ······· ····················································································· The generated electrical energy is analogous to the photovoltaic element 1 via a DC / DC converter Supplied to the frequency converter 11 and adapted to the control system 13 and the device 12 for power measurement of the energy demand of the compressor 4, 5.

Die Wärmepumpe kann mit dem Ventil 14 jeweils vom Heizbetrieb in den Kühlbetrieb umgeschaltet werden. Im Rahmen der Erfindung wird bevorzugt ein Kältemittel als Arbeitsmedium verwendet, welches bei ungewolltem Austritt aus der Wärmepumpe möglichst wenig schädlichen Einfluss auf die Umwelt und insbesondere auf die Ozonschicht der Erde ausübt.The heat pump can be switched with the valve 14 from the heating mode to the cooling mode. In the context of the invention, a refrigerant is preferably used as the working medium, which exerts as little harmful effect on the environment and in particular on the ozone layer of the earth in case of accidental leakage from the heat pump.

Weitere in Fig. 2 dargestellte Bauteile der erfindungsgemäßen Wärmepumpe, wie die Anbindung an ein Wärmereservoir 17, z.B. Erdwärme aus Grundwasser, oder die Anbindung an ein Verbrauchergerät 18, z.B. ein Kühlschrank, oder die Anbindung an das elektrische Netz 19, können auf an sich aus dem Stand der Technik bekannte Weise ausgeführt sein.Further illustrated in Fig. 2 components of the heat pump according to the invention, such as the connection to a heat reservoir 17, e.g. Ground heat from groundwater, or the connection to a consumer device 18, e.g. a refrigerator, or the connection to the electrical network 19 may be carried out in a manner known per se from the prior art.

Zusammenfassend kann ein Ausführungsbeispiel wie folgt beschrieben werden:In summary, an embodiment may be described as follows:

Eine Wärmepumpe führt ein Arbeitsmedium im Kreislauf und weist eine Drossel 2 und zwei Verdichter 4, 5 auf. In Strömungsrichtung des Ar-beitsmediums (Pfeilrichtung 2) begrenzt die Drossel 2 mit dem ersten Verdichter 4 einen Niederruckbereich, der erste Verdichter 4 mit dem zweiten Verdichter 5 einen Mitteldruckbereich und der zweite Verdichter 5 mit der Drossel 2 einen Hochdruckbereich.A heat pump leads a working medium in the circuit and has a throttle 2 and two compressors 4, 5. In the flow direction of the working medium (arrow direction 2), the throttle 2 delimits a low-pressure region with the first compressor 4, the first compressor 4 with the second compressor 5 a medium-pressure region and the second compressor 5 with the throttle 2 a high-pressure region.

Die beiden Verdichter 4, 5 werden direkt über ein Photovoltaik-Element 1 mit Strom versorgt. Die anfallende Solarwärme wird einem Wärmetauscher 6 im Mitteldruckbereich zugeführt, womit der Druck des Arbeitsmediums erhöht und in gleichem Maße der Energieverbrauch des zweiten Verdichters 5 verringert wird.The two compressors 4, 5 are powered directly via a photovoltaic element 1 with power. The resulting solar heat is supplied to a heat exchanger 6 in the medium-pressure region, whereby the pressure of the working medium increases and to the same extent the energy consumption of the second compressor 5 is reduced.

Claims

* * ··· ·· ·· ···· · k I • · ··· ······························································ 1. Heat pump with a compressor (4, 5) and a throttle (2), which is a circuit of a heat-carrying working medium in a low-pressure region and a high-pressure region, and with at least one heat exchanger (6, 7), characterized in that two compressors (4, 5) are provided, and that between the two compressors (4, 5), a medium-pressure region is limited.

2. Heat pump according to claim 1, characterized in that in the flow direction of the working medium (arrow _ 2) seen first compressor (4) is arranged between the low pressure and medium pressure range and the second compressor (5) between the medium and high pressure range.

3. Heat pump according to claim 1 or 2, characterized in that in the medium-pressure region between the first compressor (4) and the second compressor (5), a heat exchanger (6) is arranged.

4. Heat pump according to claim 3, characterized in that, starting from the high-pressure region, a line (8) opening into the heat exchanger (6) in the medium-pressure region is arranged.

5. Heat pump according to one of claims 1 to 4, characterized in that with the throttle (2), the volume flow of the working medium in the heat pump is controllable.

6. Heat pump according to claim 5, characterized in that the throttle (2) is an electronic expansion valve.

7. Heat pump according to one of claims 1 to 6, characterized in that the heat pump has a frequency converter (11) has, and that the frequency converter (1) is connected to a device for providing energy.

8. Heat pump according to claim 7, characterized in that between the frequency converter (11) and the device for providing energy, a DC / DC converter (10) is arranged.

9. Heat exchanger according to claim 7 or 8, characterized in that, starting from the device for providing energy, a line (8, 9) is arranged in the heat exchanger (6) in the medium-pressure region.

10. Heat pump according to one of claims 7 to 9, characterized in that the device for providing energy, a device for providing thermal and / or 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 · 9 9 9 • 999 9 9 9 9 9 ··· ·· «· • · 99 9 -2- electrical energy.

11. Heat pump according to one of claims 7 to 10, characterized in that the device for providing energy is a photovoltaic element (1).

12. Heat pump according to one of claims 7 to 10, characterized in that 'the device for providing energy is a thermovoltaic element.

13. Heat pump according to one of claims 1 to 12, characterized in that the feed temperature is in the intermediate pressure range between the present in the low pressure region temperature and the present in the high pressure region temperature.

14. A method for operating a heat pump, with which pressure and heat of a working medium in a low-pressure region and a high-pressure region is brought to different temperature and pressure levels, characterized in that by arranging two compressors (4, 5), a medium-pressure region is formed in which additionally additional heat is supplied.

15. The method according to claim 14, characterized in that the additionally supplied in the medium-pressure range heat is obtained by cooling a device for providing energy.

16. The method according to claim 14 or 15, characterized in that the compressors (4, 5) are operated with the current generated by the device for providing energy.

17. The method according to any one of claims 14 to 17, characterized in that heat is recycled from the high-pressure region in the medium-pressure region.

18. The method according to any one of claims 14 to 17, characterized in that waste heat and / or process heat is supplied into the medium-pressure region.