CH201559A - Verfahren und Einrichtung zur Regelung von Gas- oder Luftwärmepumpen-Anlagen, die nach dem Prinzip Kompression-Wärmeabgabe-Expansion-Wärmeaufnahme arbeiten. - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zur Regelung von Gas- oder Luftwärmepumpen-Anlagen, die nach dem Prinzip Kompression-Wärmeabgabe-Expansion-Wärmeaufnahme arbeiten.

Info

Publication number
CH201559A
CH201559A CH201559DA CH201559A CH 201559 A CH201559 A CH 201559A CH 201559D A CH201559D A CH 201559DA CH 201559 A CH201559 A CH 201559A
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
heat
pressure
change
expansion
changing
Prior art date
Application number
Other languages
English (en)
Inventor
Cie Aktiengesellschaft Boveri
Original Assignee
Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bbc Brown Boveri & Cie filed Critical Bbc Brown Boveri & Cie
Publication of CH201559A publication Critical patent/CH201559A/de

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
    • F25B49/022Compressor control arrangements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B11/00Compression machines, plants or systems, using turbines, e.g. gas turbines
    • F25B11/02Compression machines, plants or systems, using turbines, e.g. gas turbines as expanders

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description


  Verfahren und Einrichtung zur Regelung von Gas- oder     Lnftwärmepumpen-Anlagen,     die nach dem Prinzip     Kompression-Wärmeabgabe-Expansion-Wärmeaufnahme    arbeiten.         Wärmepumpenanlagen,    die Wärme von  einer tieferen auf eine höhere Temperatur  "pumpen", können nach verschiedenen Grund  sätzen gebaut werden.

   So kennt man folgende  Hauptarten:       a)        Kompressions-Dampfwärmepumpenan-          lagen,     b) Gas- oder     Luftwärmepumpenanlagen,     c)     Absorptions-Wärmepumpenanlagen.     Alle drei Arten werden hauptsächlich     zur     Kälteerzeugung benützt; denn eine     Kälte-          maschine    ist     bekanntlich    auch eine Wärme  pumpe, die Wärme aus einem kalt zu halten  den Raum auf eine höhere Temperaturlage  fördert.

   Da vorliegende     Erfindung    sich nur  mit der Gas- oder     Luftwärmepumpe    befasst.,  soll deren     Arbeitsweise    einleitend an Hand  der     Fig.    1 der Zeichnung kurz     in        Erinnerung     gebracht werden.  



  Im Gegensatz zur     Dampfwärmepumpe     wird hier Gas oder Luft im Kreislauf so ge  führt, dass im     Entropiediagramm        (TS)    längs         a-b    eine Expansion erfolgt     zwischen    den  Drücken p2 und     p1;    die dabei eintretende  Temperaturabsenkung befähigt das Gas zur       Wärmeaufnahme        Qo    längs     b-c;

      anschliessend  erfolgt nun eine     Verdichtung    längs     c-d    und       Wärmeabgabe        (Q,        -I-   <I>A</I>     #   <I>L)</I> längs     d-a.    Die  hochgepumpte Wärme     Q"    liegt unter     b-c,     während die an die höhere Temperaturlage  abgegebene Wärme     (Q,        +   <I>A - L)</I> unter     a--d     liegt. Der Unterschied beider Flächen<I>(A - L)</I>  ist die aufgewendete Arbeit als Unterschied  der     Kompressions-    und Expansionsarbeit.

   Je  nachdem     nun        Kühlung,    d. h. Wärmeentzug       Q"    aus einem Raum, oder Heizung, d. h.  Wärmezufuhr     (Q,        --[-   <I>A - L)</I> in einen Raum  angestrebt wird, spricht man von     Kälte-          maschine-    oder     Wärmepumpe.     



  Bei sogenannten     Klimaanlagen    können  durch geeignete Umschaltungen beide Wir  kungsweisen zur Anwendung kommen. So  wohl bei Klimaanlagen, als auch bei andern       Anwendungen    der     Wärmepumpe    können      starke Änderungen des Kälte- oder Wärme  bedarfs auftreten, d. h. es kann     weitgehendste     Regelung erwünscht sein.

   Es ist also ein  grosses Bedürfnis vorhanden. die von der       Wärmepumpe    umgewälzten Luftmengen in       weiten    Grenzen zu ändern, was bei Kolben  maschinen nur durch     weitgehende    Drehzahl  änderung möglich ist, während bei Turbo  maschinen zufolge ihrer verhältnismässig  flachen     Druckvolumencharakteristik    ohne  oder mit wenig Drehzahländerung eine grosse  Anpassung erreicht wird. Trotzdem also die       Turbomaschine    in dieser Beziehung elasti  scher ist, sind gerade dem Turboverdichter  Grenzen gesetzt, indem er unterhalb eines be  stimmten, des     sogenannten    kritischen Volu  mens, unstabil ist, er "pumpt".

   In     Fig.    2 ge  schieht dies beispielsweise im Punkt     h'1    der  Drehzahlkurve     ial        bezw.        K_    der Drehzahl  kurve     n2,    wobei als Abszisse das     Fördervolu-          men    1' und als Ordinate der Druck P aufge  tragen ist. Diese Störung in der Förderung  hat natürlich auch einen sprunghaften Wir  kungsgradabfall zur Folge.  



  Vorliegende Erfindung betrifft. nun ein  Regelverfahren für Gas- oder Luftwärme  pumpenanlagen, mit dem Teillasten praktisch  ohne     Wirkungsgradeinbussen    gefahren wer  den können. Es besteht darin, dass die Ände  rung des Wärmeumsatzes     bezw.    des Tempera  turgefälles durch Änderung des Kreisprozes  ses     herbeigeführt    wird. Ein Mittel ist bei  spielsweise, bei geschlossenen Anlagen die  Drucklage des Systems veränderlich zu  machen.

   Dies kann zum Beispiel durch künst  liche     Aufladung        bezw.    Entladung mittels  Luftpumpe geschehen, welche bei veränder  licher Förderung einen veränderlichen Druck  im System aufrecht zu erhalten vermag, in  dem sie Luftverluste durch Stopfbüchsen zu  ersetzen     bezw.        wegzufördern    hat, je nachdem  das System im Vakuum oder im Überdruck  arbeitet. Eine solche beispielsweise Anlage  ist in     Fig.    3 schematisch dargestellt, in wel  cher bedeuten: 1 Expansionsmaschine, 2       ZVärmeaufnehmer,    3 Kompressionsmaschine.  4     Wä.rmeabgeber,    5 Antriebsmotor, 6 Lade  pumpe, z.

   B. eine Zellenmaschine, wie ge-    zeichnet, 7 und 8     :Anschlussstellen    der Lade  pumpe an Saug- und Druckleitung des Ver  dichters. 9, 10,     Il,    12     Abschlussorgane    in  Saug- und Druckleitung der Ladepumpe, 1  und     II    wärmeführende Aussennetze mit un  terer und oberer Temperaturlage.  



  Die     Arbeitsweise    der     Gas-Wärmepumpe     ist eingangs in Erinnerung gebracht worden.  Für den meist vorkommenden Fall mit Luft  als Wärmemittel wird sich ohne besondere  Massnahmen die Drucklage im Betrieb so ein  stellen, dass der Expansionsdruck unter und  der Kompressionsdruck über Atmosphäre  liegen.

   Diese Drücke stellen sich in Abhängig  keit von den     Stopfbüehsenleckstellen    ein; bei       ,grosser        saugseitiger        Leckstelle    wird sich       dieser    Druck vom Vakuum her näher gegen  die Atmosphäre stellen und der Enddruck  um so höher über Atmosphäre liegen, wäh  rend bei grosser     druckseitiger        Leckstelle    der       Kompressorenddruck    wenig über Atmosphäre  liegt: mit entsprechend tieferem Vakuum.  



  Man kann nun durch künstliche     Leckstel-          len    bei 11 und 12, die mit der Atmosphäre  in Verbindung stehen, auch ohne Ladepumpe  die Drucklage innerhalb gewisser Grenzen  verändern. Bei zum Beispiel offenen Hähnen  9 und 11 und geschlossenen Hähnen 10 und       1.2    wird sich saugseitig eine Atmosphäre ein  stellen, während bei zum Beispiel einem  Druckverhältnis des Verdichters 3 von 3,0 der  Enddruck 3,0     ata.    betragen wird. Bei offenen  Hähnen 10 und 12 und geschlossenen Hähnen  9 und 11 hingegen wird der Enddruck  1..0     ata    und der Saugdruck 0,33     ata    betragen.

    Zwischendrücke innerhalb dieser Werte kön  nen natürlich beliebig eingestellt werden  durch mehr oder weniger Offnen der Hähne  9-12. Im letzteren Falle läuft natürlich       elwas    Blindluft durch den Verdichter, die  aber um so kleiner ist, je kleiner ungewollte       Nebenleckstellen    durch Stopfbüchsen     ete.     sind.  



  Diese mögliche     Pendelung    der Drucklage  um die Atmosphäre herum kann durch     An-          -,vendung    einer Ladepumpe 6 beliebig über die  benannten Grenzen hinausgetrieben werden.  Diese Pumpe saugt     zweckmässig    bei 8 ab und      drückt durch 11 in die Atmosphäre, wenn  die     Wärmepumpe    im Vakuum, oder saugt aus  der Atmosphäre bei 12 und     drückt    nach 7.  wenn dieselbe über atmosphärischem Druck  arbeitet.  



  Diese natürliche oder künstliche Ände  rung der Drucklage hat nun zur Folge, dass  sich bei     gleichbleibendem    Fördervolumen das       Umwä.lzgewicht    entsprechend dem Druck  ändert, und dann auch der Wärmeumsatz in  den     Wärmeaustauschern    2 und 4, indem sich  dieser bei gleicher Geschwindigkeit ange  nähert proportional dem Gasgewicht ändert,  bei gleichbleibender Temperaturlage. Es ist  dies somit ein Mittel, die Wärmebelastung der  Wärmepumpe innerhalb sehr weiter Grenzen  bei gleichbleibendem Fördervolumen zu än  dern, was bei Anwendung von Turboverdich  tern mit Rücksicht auf das kritische Volu  men sehr     erwünscht    ist, aber auch bei Kolben  maschinen eine     erwünschte    Elastizität ermög  licht.

    



       Fig.    4 zeigt die durch die     Aufladung    be  dingten Zustandsänderungen im     Entropiedia-          gramm        T-8.    welche sich ohne besondere  Ladepumpe in den beiden äussersten Lagen  einstellen können, je nachdem durch die Leck  stellen 7 und 8 der     Fig.    3 der Saugdruck oder  der Enddruck des Verdichters auf Atmo  sphäre gehalten wird.

   Das schraffierte Bild  links stellt den     Kreisprozess    bei offenen Häh  nen 9 und 11 mit Saugdruck 1,0     ata    und     End-          druck        p2    dar, während das schraffierte Bild  rechts den Prozess bei offenen Hähnen 10 und  12 veranschaulicht, mit     Verdichtungsend-          druck    1,0     ata    und Saugdruck     p".    Da ein  solches System bei verschiedenen Drucklagen  ein gleichbleibendes Volumen umwälzt, ist  das umgewälzte Gewicht proportional der  Drucklage, was die erwünschte Veränderung  des Wärmeumsatzes zur Folge hat.

   Mit Hilfe  dieser Einrichtung kann man eine Wärme  pumpe sehr einfach und bei praktisch gleich  bleibendem Wirkungsgrad in der Leistung  regeln. Besonders die     Turbomaschine    wird  infolge sehr geringer mechanischer Verluste  den Wirkungsgrad bis auf kleinste Belastung  beibehalten, indem bei gleicher Drehzahl und    gleichem Volumen die     Strömungsverhältnisse     praktisch unverändert bleiben. Wenn mit  einer solchen Massnahme noch die Umschal  tung auf Heizung oder     Kühlung    verbunden  wird, so kann zum Beispiel eine so auf  geladene Wärmepumpe als Klimaanlage die  Wärmebedürfnisse während eines ganzen  Jahres lückenlos und     mit    gleichbleibendem       Wirkungsgrad    befriedigen.

   In     Fig.    5 ist dies  derart gezeigt, dass auf der Abszisse die       Heizwärme        (Q"        +   <B><I>A</I></B><I> - L)</I> positiv     und    die       Kühlwärme        Q,    negativ eingetragen ist, wäh  rend das von der Wärmepumpe erzeugte     dt     beim Heizen mit     +    und beim     Kühlen    mit   als Ordinate auftritt.

   Im     Heizbetrieb    rechts  kann zum Beispiel durch Absenkung des  Druckes die Heizleistung bis auf nahezu 0 des  Punktes     P    gebracht werden, welcher     Punkt     dem     Übergang    von der     Winterperiode    auf  die Frühlingsperiode entspricht.. Im Sommer       lässt    sich durch Umschaltung die Wärme  pumpe auf Kühlung umstellen, indem zum  Beispiel Wärmeaufnehmer und Wärme  abgeber ihren Netzanschluss vertauschen.

   In  der     Übergangszeit    wird man wieder     mit    ge  ringem Ladedruck, also wenig     Kühlleistung,          a        -i        nfangen        und        diese        mit        zunehmender        Wärme     durch Erhöhung des Druckes steigern.  



  Das vorstehend beschriebene     Mittel    er  laubt also, bei zum Beispiel gleicher Drehzahl  und gleichbleibendem Druckverhältnis und  demnach gleichen Temperaturen den Wärme  umsatz zu ändern. Es ist nun aber besonders  bei     Wärmepumpen    wichtig, dass man bei ge  ringem Wärme-     bezw.    Kältebedarf auch klei  ner werdendem Temperaturgefälle, und zwar  möglichst verlustlos, nachfahren kann, in  dem sieh bei der Wärmepumpe die aufgenom  mene Leistung     proportional    dem Temperatur  gefälle ändert. Eine solche verlustlose Ände  rung des Temperaturgefälles bedingt die  Änderung des Druckverhältnisses     p"   <I>:</I>     p1    des  Kreislaufes.

   Diese gewünschte     Änderung    des  Druckverhältnisses in solchen Fällen wo  keine Drehzahlregelung in Frage kommt,  wird durch Änderung des Füllungsgrades der  Expansionsmaschine erreicht, was bei Kol  benmaschinen einer Veränderung der Einlass-           organe    oder bei Turbomaschinen der Verände  rung des Düsenquerschnittes der Expansions  turbine entspricht.  



  Beide Mittel zusammen, nämlich die ver  änderliche     Aufladung    und der veränderliche  Füllungsgrad der Expansionsmaschine, er  möglichen praktisch eine verlustlose Rege  lung der Wärmepumpe, und zwar sowohl be  züglich des Wärmeumsatzes als auch bezüg  lich des     erzeugten    Temperaturgefälles.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH I: Verfahren zur Regelung von Gas- oder Luftwärmepumpenanlagen, welche nach dem Prinzip Kompression-Wärmeabgabe-Expan- sion-Wärmeaufnahme arbeiten, dadurch ge kennzeichnet, dass zur Änderung des Wärme umsatzes bezw. des Temperaturgefälles eine Änderung des Kreisprozesses herbeigeführt wird. UI\TTERANSPRÜCHE 1.. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, da.ss die Änderung des Kreisprozesses durch Veränderung der Drucklage bei praktisch gleichbleibendem Druckverhältnis erfolgt zwecks Verände rung des Wärmeumsatzes. 2.
    Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung des Kreisprozesses zwecks Veränderung des Temperaturgefälles durch Veränderung der Füllung der Expansionsmaschine er folgt, was eine Veränderung des Druck verhältnisses zur Folge hat. PATENTANSPRUCH II: Einrichtung zur Ausübung des Verfah rens nach Patentanspruch I und Unteran spruch 1, gekennzeichnet durch auf der Saug- und Druckseite des Verdichters vorgesehene, veränderliche Leckstellen, zum Zwecke, durch Veränderung der Drucklage eine Änderung des Kreisprozesses herbeizuführen. UNTERANSPRUCH: 3.
    Einrichtung nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass zur Änderung der Drucklage eine Ladepumpe veränder licher Leistung zwischen Saug- und Druckseite des Verdichters vorgesehen ist.
CH201559D 1936-11-05 1937-11-03 Verfahren und Einrichtung zur Regelung von Gas- oder Luftwärmepumpen-Anlagen, die nach dem Prinzip Kompression-Wärmeabgabe-Expansion-Wärmeaufnahme arbeiten. CH201559A (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201559X 1936-11-05

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CH201559A true CH201559A (de) 1938-12-15

Family

ID=5766842

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CH201559D CH201559A (de) 1936-11-05 1937-11-03 Verfahren und Einrichtung zur Regelung von Gas- oder Luftwärmepumpen-Anlagen, die nach dem Prinzip Kompression-Wärmeabgabe-Expansion-Wärmeaufnahme arbeiten.

Country Status (1)

Country Link
CH (1) CH201559A (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3904806A1 (de) * 1989-02-17 1990-08-23 Asea Brown Boveri Waermepumpe
WO2008041862A2 (en) * 2006-10-05 2008-04-10 Hans-Olav Ottersen Heat exchanger

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3904806A1 (de) * 1989-02-17 1990-08-23 Asea Brown Boveri Waermepumpe
WO2008041862A2 (en) * 2006-10-05 2008-04-10 Hans-Olav Ottersen Heat exchanger
WO2008041862A3 (en) * 2006-10-05 2008-06-19 Hans-Olav Ottersen Heat exchanger

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60107901T2 (de) Heisswasserzufuhrsystem mit einem Wärmepumpenkreis
DE3935571A1 (de) Klimaanlage
DE2553006A1 (de) Regeleinrichtung fuer eine waermepumpe
DE202018103263U1 (de) Kompressorsteuerung für eine erhöhte Leistungsfähigkeit
WO1980002869A1 (en) Circulation pump for liquid and/or gas medium
CH201559A (de) Verfahren und Einrichtung zur Regelung von Gas- oder Luftwärmepumpen-Anlagen, die nach dem Prinzip Kompression-Wärmeabgabe-Expansion-Wärmeaufnahme arbeiten.
DE602004012905T2 (de) Energie sparende klimaprüfkammer und betriebsverfahren
DE202011111059U1 (de) Wärmepumpenanlage
DE671044C (de) Regelung des Waermeumsatzes von Gas- oder Luftwaermepumpenanlagen, insbesondere Kaeltemaschinen
EP0152608B1 (de) Verfahren zur Steuerung einer Verbundkälteanlage
DE102022100561A1 (de) Stromsparendes absaugpumpensystem basierend auf komplett lagerabgedichteten wälzkolbenvakuumpumpen mit trocken/gross-druckdifferenz
CH643348A5 (en) Method for operating a heat pump
DE3408633A1 (de) Prinzip und anlage fuer isotherme verdichtung von gasen und daempfen
DE2461787A1 (de) Einrichtung an einer waermepumpenanlage
DE2659352A1 (de) Thermischer antrieb
DE661252C (de) Verfahren und Vorrichtung zur Ladung von Verpuffungskammern
DE2250101A1 (de) Kuehlanlage
DE396879C (de) Kaeltemaschine mit elektrischem Antrieb
WO2020157010A1 (de) Kältegerät mit parallelen verdampfern und betriebsverfahren dafür
DE967966C (de) Heissluftturbinenanlage mit geschlossenem Kreislauf zum gleichzeitigen Antrieb mehrerer verschiedenartiger Maschinen
DE640794C (de) Thermodynamisches Verfahren zur Aufspeicherung von Energie mittels Waermepumpen
DE699427C (de) Offene Kaltluftmaschine
CH254487A (de) Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der mehrstufigen Kompression von Anlagen mit mindestens einem Kolbenkompressor.
DE2649377A1 (de) Klimaanlage fuer geschlossene raeume
DE2250582C2 (de) Lastregel vorrichtung für eine geschlossene Gasturbinenanlage