Nach dem Kompressionssystem arbeitende Wärmepnmpenanlage. Die Erfindung betrifft eine nach dem Kompressionssystem arbeitende Wärmepum- penanlage mit stufenweiser Entspannung des flüssigen Wärmepump.mediums, und be steht darin, dass mindestens ein Absaugver- diehter vorgesehen ist, der die bei einer Zwischenentspannung gebildeten Expansions dämpfe auf den höheren Enddruck einer Hauptverdichterstufe komprimiert.
Bei Wä.rmepumpenanlagen ist es be kannt, die Entspannung des flüssigen Wärmepumpmediums in Stufen vorzuneh men und die bei der Expansion gebildeten Dämpfe durch die unter demselben Saug druck arbeitenden Hauptverdichterstufen ab zusaugen. Der Nachteil des bisherigen Ver fahrens besteht darin, dass nur soviel Ent spannungsstufen möglich sind, als der Kom pressor Verdichterstufen aufweist.
Gemäss der Erfindung wird nun eine Zveitgehendere Unterteilung der Entspan nungsstufen crmöglieht durch die Anord nun- von Absaugverdichtern, welche die jenigen Dämpfe übernehmen und auf den Enddruck einer Hauptverdichterstufe ver dichten, die nach einer Zwischenentspan nung auf einen. Druck entstehen, der mit keinem Enddruck einer Hauptverdichter stufe übereinstimmt. Der Hauptverdichter kann dabei ein- oder mehrstufig sein.
Der Vorteil dieser Arbeitsweise besteht darin, dass der Kraftverbrauch der gesamten Ver- dichteranlage einschliesslich Absaugverdich- ter vermindert wird. Es trifft dies ganz be@ sonders zu bei Wärmepumpenanlagen mit grossem Druckverhältnis.
Bei Wärmepumpenanlagen mit mehr stufiger Verdichtung und mindestens einem Zwischendruckreceiver werden die von einem Absaugverdichter verdichteten Gase zweck- mässigerweise in einen unter demselben Druck stehenden Zo6ischendruckreceiver des Irauptverdichters geleitet, wo sie vor der Übernahme durch den Hauptverdichter .eine Abkühlung erfahren können.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungs gegenstandes. ist auf der Zeichnung schema tisch dargestellt. Fig. 1 zeigt eine Wärmepumpenanlage mit zweistufigem KoIbenverdichter und dreistufiger Flüssigkeitsentspannung. Fig.2 ist. das zum gleichen Beispiel gehörende Mollier-Diagramm.
In Fig. 1 ist mit 1 der Hauptverdichter, mit 2 der Zwischendruckreceiver zwischen erster und zweiter Verdichterstufe und mit 3 der Gasvorkühler bezeichnet. 4 ist der Kondensator, 5 das erste, 6 das zweite und 7 das dritte Entspannungsorgan.
8 ist der Zwichenbehälter, 9 der Verdampfer der Wärmepumpenanlage, der beispielsweise in einem Flusslauf eingetaucht ist, 10 der Ab saugverdichter, der die nach der zweiten Entspannung gebildeten Dämpfe der zwei ten Hauptverdichterstufe zuführt.
Die Arbeitsweise des Wärmepump mediums ist die folgende: Vom Druckstut zen des Verdichters 1 wird das Wärme pumpmedium durch die Leitung 11 in stark überhitztem Zustand unter dem End- bezw. Verflüssigungsdruck p4 (Zustandpunkt e im Mollier-Diagramm Fig. 2) zum Gaskühler 3 geleitet, wo ihm ein Teil der Überhit zungswärme genommen wird. Das Wärme pumpmedium gelangt unter dem Zustande f durch die Leitung 12 zum Kondensator 4.
wo durch weiteren Wärmeentzug der Rest der Überhitzungswärme abgeführt und an schliessend die gesamte Gasmenge restlos auf den Zustand g verflüssigt wird. Diese reine Flüssigkeit gelangt durch die Leitung 13 vor das erste Regelorgan 5, wo die erste Entspannung (g-h) auf den Zwischendruck p8 des Hauptverdichters 1 erfolgt.
Die ent spannte und einen durch die Expansion be dingten Gasanteil enthaltende Flüssigkeit (Zustand h) gelangt durch die Leitung 14 und die Verteildüse 22 in den Zwischen druckreceiver 2, wo in erster Linie eine Trennung zwischen der reinen. Flüssigkeit und dem Gas stattfindet. Die Flüssigkeit sammelt sich am Boden des Receivers 2, während die abgeschiedenen Gase, vermengt mit den von der ersten Verdichterstufe durch die Leitung 18 ebenfalls dem Recei ver 2 zugeführten Verdichtergasen durch die Leitung 19 in die zweite Verdichter stufe übertreten,.
Die reine Flüssigkeit vom Zustande i verlässt den Receiver 2 durch die Leitung 15 und gelangt in das zweite Drosselorgan 6, wo eine weitere Entspannung vom Drucke p, auf pz erfolgt. Die entspannte Flüssigkeit wird mit dem Zustande k in den Zwischen behälter 8 geleitet, wo wiederum eine Tren nung zwischen reiner Flüssigkeit und dem durch die Entspannung gebildeten Gas anteil erfolgt. Die reine Flüssigkeit im Zu stande 1 verlässt den Zwischenbehälter 8 und gelangt über das dritte Regelorgan 7 durch die Leitung 16 in den Verdampfer 9.
Im Regelorgan 7 erfolgt die Endentspannung vom Drucke p- auf den Verdampferdruck p1. Der Eintrittszustand in den Verdampfer ist durch Punkt m im Mollier-Diagramm Fig. 2 charakterisiert.
Im Verdampfer 9 erfolgt durch Wärme einfall aus dem umgebenden Mittel, z. B. Wasser, eine restlose Verdampfung der ein gespritzten Wärmepumpmediumflüssigkeit. Die Dämpfe unter dem Zustande a gelan gen vom Verdampfer 9 über die Leitung 17 zum Hauptverdichter 1, wo in der ersten Stufe die Verdichtung vom Druck p, auf p. erfolgt (Linie c-b im Mollier-Diagramm)
. Die überhitzten Gase aus der ersten Stufe gelangen über die Leitung 18 zum Zwischen druckreceiver 2, wo sie zunächst eine Rohr spirale 2\ überstreichen und dabei eine Ab kühlung auf den Zustand c erfahren. In der nachfolgenden Mischung dieser Gase mit der in den Zwischendruckreceiver durch die Düse 22 eingespritzten Mediumflüssigkeit erfolgt eine weitere Abkühlung dieser Gase vom Zustande c auf d. Dabei wird ein ge- wisser Anteil der eingespritzten Flüssig- keitsmenge verdampft.
Die Gase verlassen im Zustand d den Receiver 2 und gelangen durch die Leitung 19 in die zweite Stufe dee Hauptverdichters 1, wo sie zum Zustand d, d. h. vom Druck p8 auf den Enddruck p4 (Zustand e) verdichtet werden.
Die nach der " zweiten Flüssigkeitsent spannung im Zwischenbehälter 8 abgeschie- denen Gase werden durch den Absaugver- dichter 10 durch die Leitung 20 unter dem Drucke p2 (Zustand n) angesogen und auf den Druck p" (Zustand p) verdichtet. Diese komprimierten Gase werden durch die Lei tung 21 ebenfalls in den Zwischendruck receiver 2 geführt, wo zunächst an der Kühlspirale 2' eine Abkühlung auf Punkt c und später durch die eingespritzte Flüssig keit eine Unterkühlung auf d erfolgt.
Auch diese vom Absaugverdichter angelieferten Gase werden der zweiten Stufe des Haupt verdichters 1 durch die Leitung 19 zuge führt.
Die von der Wärmepumpenanlage hoch gepumpte Wärme wird zur Hauptsache im Kondensator 4, aber auch im Zwischen druckreceiver 2 und Gaskühler 3 an einen Heizmittelkreislauf abgeführt. Die Wärme wird im Wärmeverbraucher 23, welcher Ra diator, Luftheizanlage, Strahlungsheizung einer Heizungsanlage oder Wärmeverbrau- cheranlage sein kann, abgeführt.
Der Kreis lauf des Heizmittels ist folgender: Vom Wärmeverbrauchsapparat 28 über die Umwälzpumpe 24 und die Rücklauf leitung 25 zur Heizspirale 2' im Zwischen druckreceiver 2, dann durch Verbindungs leitung 26 zur Heizschlange 4' des Konden- sators 4, ferner über Leitung 27 zur Heiz schlange 3' des Gaskühlers 3 und über die Vorlaufleitung 28 wieder zum Wärmever- brauchsapparat 23 zurück. Der Wärme mittelkreislauf kann natürlich auch im Gegensinn vorgesehen sein.
Aus dem Mollier-Diagramm Fig. 2 geht der Vorteil der Verwendung eines Absaug- verdichter;s 10 hervor, indem mit diesem der beim Zustandspunkt k bereits gebildete Dampfanteil lediglich vom Zwischendruck p2 auf den Druck p3 gefördert werden muss, während ohne Absaugverdichter die Förde rung dieses gleichen Dampfanteils vom Ver- dampferdruck p, auf den Zwischendruck p@ verdichtet werden müsste.
Die Pumparbeit wird dadurch verringert und die Gesamt wirtschaftlichkeit der Wärmepumpenanlage entsprechend erhöht.
Statt dem im aufgezeichneten Ausfüh rungsbeispiel dargestellten zweistufigen Kol benkompressor können natürlich auch ein- oder mehrstufige Verdichter in einem oder mehreren Zylindern, aber auch Turbover dichter oder Drehkolbenverdichter zur In stallation gelangen. Auch der Absaugver- dichter kann als Turbo- oder Drehkolben verdichter vorgesehen werden. Er kann ge gebenenfalls auch mehrstufig ausgeführt werden.
Es können auch mehrere Absaug- verdichter unter den gleichen oder verschie denen Zwischendrücken Mediumdämpfe ab saugen und auf höhere Zwischendrücke bezw. den Enddruck des Hauptverdichters fördern.
Heat pump system working according to the compression system. The invention relates to a heat pump system working according to the compression system with gradual expansion of the liquid heat pump medium, and consists in that at least one suction compressor is provided which compresses the expansion vapors formed during intermediate expansion to the higher final pressure of a main compressor stage.
In heat pump systems, it is known to relax the liquid heat pump medium in stages and to suck off the vapors formed during the expansion through the main compressor stages operating under the same suction pressure. The disadvantage of the previous process is that only as many relaxation stages are possible as the compressor has compressor stages.
According to the invention, a more extensive subdivision of the relaxation stages is now possible through the arrangement of suction compressors, which take over those vapors and compress them to the final pressure of a main compressor stage, which after an intermediate relaxation to one. Pressure arise that does not correspond to any final pressure of a main compressor stage. The main compressor can be single or multi-stage.
The advantage of this mode of operation is that the power consumption of the entire compressor system, including the suction compressor, is reduced. This is particularly true for heat pump systems with a high pressure ratio.
In heat pump systems with multi-stage compression and at least one intermediate pressure receiver, the gases compressed by a suction compressor are expediently fed into a primary compressor that is under the same pressure, where they can be cooled before being taken over by the main compressor.
An embodiment of the subject invention. is shown schematically on the drawing. 1 shows a heat pump system with a two-stage piston compressor and three-stage liquid expansion. Fig.2 is. the Mollier diagram belonging to the same example.
In Fig. 1, 1 denotes the main compressor, 2 denotes the intermediate pressure receiver between the first and second compressor stage, and 3 denotes the gas precooler. 4 is the condenser, 5 the first, 6 the second and 7 the third expansion device.
8 is the intermediate container, 9 the evaporator of the heat pump system, which is immersed in a river, for example, 10 from the suction compressor, which supplies the vapors formed after the second expansion of the second main compressor stage.
The operation of the heat pump medium is as follows: From the Druckstut zen of the compressor 1, the heat pump medium is pumped through the line 11 in a very overheated state under the end or. Condensing pressure p4 (state point e in the Mollier diagram Fig. 2) passed to the gas cooler 3, where some of the overheating heat is removed from it. The heat pump medium reaches the condenser 4 through the line 12 under condition f.
where the remainder of the overheating heat is dissipated by further extraction of heat and then the entire amount of gas is completely liquefied to state g. This pure liquid reaches the first control element 5 through the line 13, where the first expansion (g-h) to the intermediate pressure p8 of the main compressor 1 takes place.
The ent tensioned and a gas component due to the expansion containing liquid (state h) passes through the line 14 and the distribution nozzle 22 in the intermediate pressure receiver 2, where primarily a separation between the pure. Liquid and gas takes place. The liquid collects at the bottom of the receiver 2, while the separated gases, mixed with the compressor gases also fed to the receiver 2 from the first compressor stage through line 18, pass through line 19 into the second compressor stage.
The pure liquid from state i leaves the receiver 2 through the line 15 and arrives at the second throttle element 6, where there is further relaxation from the pressure p to pz. The expanded liquid is passed with the state k into the intermediate container 8, where in turn a separation takes place between the pure liquid and the gas portion formed by the expansion. The pure liquid in condition 1 leaves the intermediate container 8 and passes via the third control element 7 through the line 16 into the evaporator 9.
In the control element 7, the final expansion takes place from the pressure p- to the evaporator pressure p1. The state of entry into the evaporator is characterized by point m in the Mollier diagram in FIG.
In the evaporator 9 occurs by incidence of heat from the surrounding medium, for. B. water, a complete evaporation of an injected heat pump medium liquid. The vapors under the condition a gelan gene from the evaporator 9 via line 17 to the main compressor 1, where in the first stage the compression from pressure p to p. takes place (line c-b in the Mollier diagram)
. The overheated gases from the first stage pass via line 18 to the intermediate pressure receiver 2, where they first pass a pipe spiral 2 \ and experience a cooling from state c. In the subsequent mixture of these gases with the medium liquid injected into the intermediate pressure receiver through the nozzle 22, these gases are further cooled from state c to d. A certain proportion of the injected amount of liquid is evaporated.
The gases leave the receiver 2 in state d and pass through line 19 into the second stage of the main compressor 1, where they go to state d, i.e. H. from pressure p8 to final pressure p4 (state e).
The gases separated out in the intermediate container 8 after the "second liquid expansion" are sucked in by the suction compressor 10 through the line 20 under pressure p2 (state n) and compressed to pressure p "(state p). These compressed gases are also fed through the line 21 into the intermediate pressure receiver 2, where cooling initially takes place at the cooling coil 2 'to point c and later the injected liquid causes subcooling to d.
These gases supplied by the suction compressor are also supplied to the second stage of the main compressor 1 through line 19.
The heat pumped up by the heat pump system is mainly dissipated to a heating medium circuit in the condenser 4, but also in the intermediate pressure receiver 2 and gas cooler 3. The heat is dissipated in the heat consumer 23, which can be a radiator, air heating system, radiant heater of a heating system or heat consumer system.
The circuit of the heating medium is as follows: From the heat consumption device 28 via the circulating pump 24 and the return line 25 to the heating coil 2 'in the intermediate pressure receiver 2, then through connection line 26 to the heating coil 4' of the condenser 4, furthermore via line 27 to the heating coil 3 'of the gas cooler 3 and back to the heat consumption apparatus 23 via the flow line 28. The heat medium circuit can of course also be provided in the opposite direction.
The Mollier diagram in Fig. 2 shows the advantage of using a suction compressor; s 10, in that the vapor portion already formed at state point k only has to be conveyed from the intermediate pressure p2 to the pressure p3 with it, while the conveying is carried out without a suction compressor this same proportion of vapor from the evaporator pressure p, would have to be compressed to the intermediate pressure p @.
This reduces the pumping work and increases the overall economy of the heat pump system accordingly.
Instead of the two-stage piston compressor shown in the recorded exemplary embodiment, single-stage or multi-stage compressors in one or more cylinders, but also turbo compressors or rotary piston compressors, can of course be installed. The suction compressor can also be provided as a turbo or rotary piston compressor. If necessary, it can also be carried out in several stages.
It is also possible for several suction compressors to suck off medium vapors under the same or different intermediate pressures and to apply higher intermediate pressures respectively. promote the final pressure of the main compressor.