CH660776A5 - METHOD AND DEVICE FOR INCREASING THE TOTAL EFFICIENCY OF A HEAT PUMP SYSTEM. - Google Patents

METHOD AND DEVICE FOR INCREASING THE TOTAL EFFICIENCY OF A HEAT PUMP SYSTEM. Download PDF

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CH660776A5
CH660776A5 CH5094/83A CH509483A CH660776A5 CH 660776 A5 CH660776 A5 CH 660776A5 CH 5094/83 A CH5094/83 A CH 5094/83A CH 509483 A CH509483 A CH 509483A CH 660776 A5 CH660776 A5 CH 660776A5
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heat
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latent
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades einer Wärmepumpenanlage, welche aus mindestens einem Kompressor, wenigstens einem Verdampfer, einem Überhitzer, einem Dreiwegventil, einem Latentspeicher und einem Kältemittel besteht. The invention relates to a method and a device for increasing the overall efficiency of a heat pump system, which consists of at least one compressor, at least one evaporator, a superheater, a three-way valve, a latent storage device and a refrigerant.

Aus der DE-PS 955 718 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe bekannt, wobei die Entspannung gleichzeitig auf verschiedenen Druckstufen erfolgt. Auf diese Weise wird mehrstufig auf den verschiedenen Druckstufen verdichtet. Bei diesem bekannten Verfahren wird aus einer gegebenen Wassermenge eine möglichst grosse Wärmemenge entnommen, um sie auf ein höheres Temperaturniveau zu heben. From DE-PS 955 718 a method for operating a heat pump is known, the relaxation taking place simultaneously at different pressure levels. In this way, compression is carried out in several stages at the various pressure levels. In this known method, the largest possible amount of heat is taken from a given amount of water in order to raise it to a higher temperature level.

Alle bekannten Wärmepumpen entziehen einer Wärmequelle, wie Flusswasser, Grundwasser, Erde, Luft oder einem Latent-Eisspeicher, die darin enthaltene Wärme, wobei die darin enthaltene Wärme genutzt wird. All known heat pumps extract the heat contained in a heat source, such as river water, groundwater, earth, air or a latent ice storage, using the heat contained therein.

An Orten, wo Wasser als Wärmequelle nicht zur Verfügung steht, wurden bereits Rohre direkt in die Erde verlegt, in deren Innern ein Gemisch aus Glykol und Wasser als Wärmeträger zirkuliert. Auch Latent-Eisspeicher, bei denen der gesamte Wasserinhalt vereist und die die für den Verdampferbetrieb erforderliche Energie dem angrenzenden Erdreich entnehmen, werden so betrieben. In places where water is not available as a heat source, pipes have already been laid directly into the earth, inside which a mixture of glycol and water circulates as a heat carrier. Latent ice storage systems, in which the entire water content is iced up and which take the energy required for evaporator operation from the adjacent soil, are also operated in this way.

Wird eine totale Vereisung des Inhalts eines Latent-Eis-speichers nicht angestrebt, liegt die Speichertemperatur während der Dauer der Vereisungsphase bei null Grad C. Das nutzbare Temperaturniveau liegt jedoch tiefer, je nach Stärke des Eismantels, der sich um die Rohre des Verdampfers gebildet hat. Um den Wärmeaustausch dennoch zu gewährleisten, sind grosse Rohrlängen erforderlich. If total icing of the contents of a latent ice store is not desired, the storage temperature during the icing phase is zero degrees C. However, the usable temperature level is lower, depending on the thickness of the ice jacket that has formed around the evaporator tubes . In order to guarantee heat exchange, large pipe lengths are required.

Solch ein Verfahren hat noch mehrere Nachteile. Glykol hat wärmetechnisch sehr schlechte Eigenschaften. Bei niedrigen Temperaturen steigt die Viskosität des Glykol-Wasser-Gemisches so stark an, dass bereits bei Temperaturen von minus 10 °C der Kompressor durch sehr tiefe Sauggastemperaturen überlastet wird. Auch hat das Glykolgemisch eine so schlechte Reynoldzahl, dass der zum Pumpen erforderliche Energieaufwand den Betrieb der ganzen Anlage unwirtschaftlich macht. Daher darf im Glykol-Wasser-Gemisch der Anteil an Glykol nicht wesentlich über 30 Gew.-% liegen. Schon bei Temperaturen von 0 bis minus 4 °C wird der Wärmeübergang von Eis via Rohr auf Glykol sehr schlecht. Ausserdem ist bei Verwendung von Glykol in einem Zwischenkreislauf im Verdampfer eine Temperaturdifferenz, zwischen Verdampfungstemperatur des Kältemittels und mittlerer Temperatur des Glykol-Wasser-Gemisches im Verdampfer, von einem Delta T zwischen 6 und 14 °K erforderlich. Der weitere Nachteil ist darin zu sehen, dass bei flächig verlegten Erdkollektoren relativ grosse Landreserven erforderlich sind, um genügend Wärme aus der Erde zu gewinnen. Such a process has several disadvantages. Glycol has very poor thermal properties. At low temperatures, the viscosity of the glycol-water mixture increases so much that even at temperatures of minus 10 ° C the compressor is overloaded by very low suction gas temperatures. The glycol mixture also has such a poor Reynold number that the energy required for pumping makes the entire system uneconomical. Therefore, the proportion of glycol in the glycol-water mixture must not be significantly above 30% by weight. Even at temperatures from 0 to minus 4 ° C, the heat transfer from ice via pipe to glycol becomes very poor. In addition, when using glycol in an intermediate circuit in the evaporator, a temperature difference, between the evaporating temperature of the refrigerant and the average temperature of the glycol-water mixture in the evaporator, of a delta T between 6 and 14 ° K is required. Another disadvantage is the fact that in the case of flat-laid earth collectors, relatively large land reserves are required in order to extract enough heat from the earth.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, das eine Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades einer Wärmepumpenanlage bewirkt durch Vermeidung extrem tiefer Verdampfungstemperaturen. Unter extrem tiefen Temperaturen sind Verdampfungstemperaturen unter minus 10 bis minus 12 °C zu verstehen. The object of the invention is to provide a method which brings about an increase in the overall efficiency of a heat pump system by avoiding extremely low evaporation temperatures. Extremely low temperatures mean evaporation temperatures below minus 10 to minus 12 ° C.

Eine weitere Aufgabe ist es, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Verfügung zu stellen, die einfach ist und wirtschaftlich herzustellen ist. Another object is to provide an apparatus for performing the method that is simple and economical to manufacture.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäss nach Anspruch 1 gelöst und ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel direkt mittels eines Verdampfers im Latentspeicher verdampft und im Überhitzer der Sattdampf des Kältemittels überhitzt wird. The object is achieved according to claim 1 and is characterized in that the refrigerant evaporates directly by means of an evaporator in the latent storage and the saturated steam of the refrigerant is overheated in the superheater.

Durch eine direkte Verdampfung des Kältemittels, vorzugsweise aus der Gruppe der halogenierten Kohlenwasserstoffe, in den Rohren eines Verdampfers, der in einem mit Eis/Wasser betriebenen Latentspeicher installiert ist, sind wesentlich höhere Verdampfungstemperaturen möglich als bei Anlagen, die die Wärme mittels einer Wärmeträgerflüssig-keit, wie Glykol, dem Latentspeicher entziehen. Die höheren Verdampfungstemperaturen ergeben eine wesentlich höhere Leistungsziffer als bekannte Anlagen. Als besonders vorteilhaft für das Verfahren haben sich Metallrohre insbesondere aus Kupfer oder dessen Legierungen erwiesen, die gegen Korrosion in kaltem Wasser beständig sind und eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Aber auch andere Metalle, wie Aluminium sowie Stahl und Legierungen, die notfalls mit einem Schutzanstrich gegen Korrosion versehen sind, können verwendet werden. Durch Optimierung der Rohrquerschnitte und Rohrabstände kann eine grösstmögliche Ausnutzung des Speichervolumens zur Entnahme der Latentwärme erreicht werden. Due to the direct evaporation of the refrigerant, preferably from the group of halogenated hydrocarbons, in the tubes of an evaporator that is installed in a latent storage system operated with ice / water, significantly higher evaporation temperatures are possible than in systems that heat the heat using a heat transfer fluid , like glycol, from the latent storage. The higher evaporation temperatures result in a significantly higher performance figure than known systems. Metal pipes, in particular made of copper or its alloys, which are resistant to corrosion in cold water and have a high thermal conductivity, have proven to be particularly advantageous for the process. However, other metals, such as aluminum, as well as steel and alloys, which are provided with a protective coating against corrosion if necessary, can be used. By optimizing the pipe cross-sections and pipe spacing, the greatest possible utilization of the storage volume for the removal of latent heat can be achieved.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Verei5 It has proven particularly advantageous to use the Verei5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

660 776 660 776

sung im Latentspeicher durch Zufuhr von Wärme zu begrenzen. Bei starker Vereisung des Latentspeichers, die ein Absinken der Verdampfungstemperaturen unter minus 10 °C zur Folge haben könnte, kann eine zusätzliche Pumpe als Hilfsaggregat zur Regenerierung des Latentspeichers eingesetzt werden, die jedoch für das erfindungsgemässe Verfahren nicht wesentlich ist. Diese Pumpe kann mit jeder Art von Abfallwärme betrieben werden und ein Teil des Eises im Latentspeicher wieder zum Schmelzen bringen. Als Abwärme kommen beispielsweise Gebäudeabluft oder industrielle Abwärme auf tiefem Temperaturniveau in Frage. to limit the solution in the latent storage by supplying heat. If the latent storage is heavily iced, which could result in the evaporation temperatures falling below minus 10 ° C., an additional pump can be used as an auxiliary unit for regenerating the latent storage, but this is not essential for the method according to the invention. This pump can be operated with any kind of waste heat and can melt part of the ice in the latent storage again. Waste heat can be, for example, building exhaust air or industrial waste heat at a low temperature.

Die Rohroberflächentemperatur im Latentspeicher wird zweckmässig auf minus 8 bis minus 10 °C limitiert. Es soll in besonders vorteilhafter Weise möglichst viel Wasser von 0 °C in Eis umgewandelt werden, da bei dem Übergang von Wasser zu Eis Schmelzwärme in der Grösse von 93 Wattstunden pro kg Wasser frei wird. Es ist daher erwünscht, dass die Kupferrohre mit einem äusseren Rohrdurchmesser von 10 bis 15 mm einen Eismantel bis maximal 200 mm aufweisen. Mit dem Wachsen vom Eis auf der Oberfläche der Rohre nimmt gleichzeitig die Oberfläche für den Wärmetausch Wasser/Eis zu. Es sei bemerkt, dass bei Verwendung von Platten für den Wärmetausch des Verdampfers lediglich ein eindimensionales Wachstum der Eisschicht erfolgt, während bei Rohren das Wachstum in zwei Dimensionen erfolgt. The pipe surface temperature in the latent storage is expediently limited to minus 8 to minus 10 ° C. In a particularly advantageous manner, as much water as possible from 0 ° C. should be converted into ice, since the transition from water to ice releases heat of fusion in the size of 93 watt-hours per kg of water. It is therefore desirable that the copper tubes with an outer tube diameter of 10 to 15 mm have an ice jacket up to a maximum of 200 mm. As the ice grows on the surface of the pipes, the surface for the water / ice heat exchange increases at the same time. It should be noted that when plates are used for the heat exchange of the evaporator, only one-dimensional growth of the ice layer takes place, while for tubes the growth takes place in two dimensions.

Bei Verwendung von Rippenrohren vermag man zwar die Oberfläche zu vergrössern, die Kosten der Rohre steigen damit jedoch unverhältnimässig an. When using finned tubes, the surface area can be increased, but the cost of the tubes increases disproportionately.

Das Verfahren wird ohne zusätzliche Pumpen betrieben. Als treibende Kraft zur Umwälzung des Kältemittels dient mit Vorteil allein der Kompressor. Auf der Saugseite des Kompressors wird beispielsweise bei einem Druck von 2 bar und auf der Druckseite bei 12 bar gearbeitet. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, eine Druckdifferenz von 5 bis 20 bar, vorzugsweise von 10 bar aufrechtzuerhalten. The process is operated without additional pumps. The compressor alone serves as the driving force for circulating the refrigerant. On the suction side of the compressor, for example, work is carried out at a pressure of 2 bar and on the pressure side at 12 bar. It has proven to be advantageous to maintain a pressure difference of 5 to 20 bar, preferably 10 bar.

Das Kältemittel, in Form eines halogenierten Kohlenwasserstoffes, wird mit Vorteil so vom Kompressor durch den Latentspeicher gepumpt. The refrigerant, in the form of a halogenated hydrocarbon, is advantageously pumped through the latent storage device by the compressor.

Ein zweiter Verdampfer kann bei weniger Wärmebedarf unter relativ hohen Aussentemperaturen mit Aussenluft als Wärmequelle gespeist werden. A second evaporator can be fed with outside air as a heat source with less heat requirement and relatively high outside temperatures.

Zur weiteren Erhöhung des Wirkungsgrades und damit der Leistungsziffer ist ein Überhitzer vor dem Eintritt in den Kompressor vorgesehen, damit wird der von einem der Verdampfer stammende Sattdampf mit einer zweiten Wärmequelle auf höherem Temperaturniveau überhitzt. Als Heizmittel dient mit Vorteil dabei das Kondensat des Kältemittels nach dem Kompressor, welches z.B. mit einer Temperatur von ca. 40 °C zur Verfügung steht. Zum Schutz des Kompressors gegen Erosion durch Resttropfen wird in bekannter Weise gelegentlich ein kleiner Wärmeaustauscher vorgeschaltet, der solche Tropfen verdampfen soll. To further increase the efficiency and thus the performance figure, an overheater is provided before entering the compressor, so that the saturated steam coming from one of the evaporators is overheated to a higher temperature level with a second heat source. The condensate of the refrigerant after the compressor, which e.g. with a temperature of approx. 40 ° C is available. To protect the compressor against erosion from residual drops, a small heat exchanger is occasionally connected upstream in a known manner, which is intended to evaporate such drops.

Eine Ausführungsart der Erfindung soll anhand von Zeichnungen erläutert werden. Es zeigen: An embodiment of the invention will be explained with reference to drawings. Show it:

Fig. 1 das Schema einer Ausführungsform der Wärmepumpenanlage nach der Erfindung, 1 is a diagram of an embodiment of the heat pump system according to the invention,

Fig. 2 einen Latentspeicher im Längsschnitt, Fig. 3 Rohreinsätze in den Latentspeicher gemäss Fig. 2, Fig. 3a Rohranordnung von Fig. 3, 2 shows a latent storage in longitudinal section, FIG. 3 pipe inserts into the latent storage according to FIG. 2, FIG. 3a pipe arrangement of FIG. 3,

Fig. 4 Variation der Rohreinsätze und Fig. 4a Rohranordnung von Fig. 4. 4 variation of the tube inserts and FIG. 4a tube arrangement from FIG. 4.

Figur 1 stellt das Prinzip-Schema einer Wärmepumpenanlage dar. Bei Aussenlufttemperaturen über zirka 2 °C läuft die Wärmepumpe zunächst mit Aussenluft als Wärmequelle. Von einem Kompressor 1 gelangt ein verdichtetes Kältemittel zum Kondensator 2, wo es bei beispielsweise 50 °C verflüssigt wird. Es durchläuft einen Überhitzer 3, wo das Kältemittel beispielsweise von 50 auf 10 °C abgekühlt wird. Ein Dreiweg-ventil 4 ist so gestellt, dass es auf ein Expansionsventil 5 führt. Das gekühlte Kältemittel strömt über einen Verteilerkopf 6 in den Verdampfer 7, welcher der Aussenluft Wärme entzieht. Der Kältemittelsattdampf wird im Überhitzer 3 durch sich abkühlendes ca. 40grädiges Kältemittelkondensat überhitzt, so dass er mit etwa + 5 °C in den Kompressor eintreten kann. Diese erste Wärmequelle kann bis zu einem bestimmten Umschaltpunkt genützt werden. Figure 1 shows the principle diagram of a heat pump system. At outside air temperatures above about 2 ° C, the heat pump initially runs with outside air as a heat source. A compressed refrigerant passes from a compressor 1 to the condenser 2, where it is liquefied at, for example, 50.degree. It passes through a superheater 3, where the refrigerant is cooled, for example, from 50 to 10 ° C. A three-way valve 4 is set so that it leads to an expansion valve 5. The cooled refrigerant flows through a distributor head 6 into the evaporator 7, which extracts heat from the outside air. The saturated refrigerant steam is overheated in the superheater 3 by cooling about 40 degree refrigerant condensate, so that it can enter the compressor at about + 5 ° C. This first heat source can be used up to a certain switching point.

Unterhalb dieses vorgegebenen Umschaltpunktes wird eine zweite Wärmequelle, der Eis 7Wasser-Latentspeicher, genutzt. Below this predetermined switchover point, a second heat source, the Eis 7Wasser latent storage, is used.

Durch Umschalten des Dreiwegventils wird das vom Überhitzer 3 kommende Kältemittel in zunächst analoger Weise über ein Expansionsventil 5' und einen Verteilerkopf 6' direkt durch den Verdampfer 9, der sich innerhalb des Latentspeichers 8 befindet, geleitet. Das Kältemittel wird daher in den Rohren des Verdampfers 9 verdampft, die direkt in Kontakt mit dem Wasser und/oder dem Eis des Latentspeichers 8 sind. Das verdampfte Kältemittel wird in gleicher Weise wie beim Kreislauf mit Aussenluft im Überhitzer 3 überhitzt. Eine Pumpe 10 ist zur Regenerierung vom Latentspeicher 8 bestimmt. By switching the three-way valve, the refrigerant coming from the superheater 3 is passed in a first analog manner via an expansion valve 5 'and a distributor head 6' directly through the evaporator 9, which is located within the latent storage 8. The refrigerant is therefore evaporated in the tubes of the evaporator 9, which are in direct contact with the water and / or the ice of the latent storage 8. The evaporated refrigerant is overheated in the same way as in the circuit with outside air in the superheater 3. A pump 10 is intended for regeneration from the latent storage 8.

Der Latentspeicher 8 besteht in vorteilhafter Weise aus einem Betonbehälter, kann aber auch aus einem Kunststoffbehälter oder einem Metallbehälter gefertigt sein. Gemäss Fig. 2 sind in seinem Innern an senkrechten Trägern 11 Rohrschlangen 12 befestigt, die den Verdampfer 9 bilden. Diese Rohre sind mit einem Eingang 13 und einem Ausgang 14 für das Kältemittel versehen. The latent storage 8 advantageously consists of a concrete container, but can also be made of a plastic container or a metal container. 2, 11 coils 12 are attached to the inside of vertical supports, which form the evaporator 9. These tubes are provided with an inlet 13 and an outlet 14 for the refrigerant.

Nach Anordnung der Rohre 12 gemäss den Fig. 3 und 3a, können 78,5% des Latentspeicher-Inhaltes 8 vereist werden, bevor die einzelnen Eismäntel 15 zusammenwachsen. Die Entfernung von Mittelpunkt zu Mittelpunkt der Rohre beträgt beispielsweise 200 mm in einem Speichervolumen von beispielsweise 10 m3. After arranging the tubes 12 according to FIGS. 3 and 3a, 78.5% of the latent storage content 8 can be iced over before the individual ice jackets 15 grow together. The distance from the center to the center of the pipes is, for example, 200 mm in a storage volume of, for example, 10 m3.

Bei einer Anordnung gemäss den Fig. 4 und 4a ist eine Ausnutzung des Speicherinhaltes von theoretisch 90,5% erreichbar. In an arrangement according to FIGS. 4 and 4a, a utilization of the memory content of theoretically 90.5% can be achieved.

Ausgehend von den meteorologischen Daten des Einsatzortes kann die Speichergrösse bestimmt werden. Innerhalb des als Latentspeicher vorgesehenen Behälters ist ein Verdampfer vorgesehen, der in seiner einfachsten Ausführung aus Kupferrohren besteht, die in beliebiger Anordnung in Abständen von (200 mm) angebracht sind. Es wird eine glatte Oberfläche vorgezogen, die einen gleichmässigen Belag an Eis begünstigt. Dabei kann die Oberfläche auch glatte Profile tragen. Ein äusserer Rohrdurchmesser von 10 bis 15 mm hat sich als geeignet erwiesen, um die gewünschte Verdampfung des Kältemittels in den Rohren zu gewährleisten. The storage size can be determined based on the meteorological data of the place of use. An evaporator is provided within the container provided as a latent storage device, which in its simplest form consists of copper tubes which are arranged in any arrangement at intervals of (200 mm). A smooth surface is preferred, which favors a uniform coating of ice. The surface can also carry smooth profiles. An outer pipe diameter of 10 to 15 mm has proven to be suitable to ensure the desired evaporation of the refrigerant in the pipes.

Die Erfindung soll anhand von Vergleichsbeispielen näher beschrieben werden. In nachfolgender Tabelle werden folgende Abkürzungen verwendet. The invention will be described in more detail with reference to comparative examples. The following abbreviations are used in the table below.

Te = Erdtemperatur Te = earth temperature

TVe = Glykoleintrittstemperatur in den Verdampfer TVe = glycol inlet temperature in the evaporator

Ty A = Glykolaustrittstemperatur aus dem Verdampfer Ty A = glycol outlet temperature from the evaporator

Tm = mittlere Glykoltemperatur im Verdampfer Tm = average glycol temperature in the evaporator

T0 — Verdampfungstemperatur T0 - evaporating temperature

Tr = Rohroberflächentemperatur tm = mittlere Temperaturdifferenz zwischen Tr = pipe surface temperature tm = mean temperature difference between

Verdampfungstemperatur T0 und Glykoltemperatur Evaporation temperature T0 and glycol temperature

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

bO bO

65 65

660 776 660 776

Bei At

Te Te

TVE TVE

Tva Tva

TM TM

Atm Atm

To To

Zustand der spiel. State of the game.

Wärmequelle Heat source

I I.

0°C 0 ° C

- 2 - 2nd

°C ° C

6 °C 6 ° C

- 4°C - 4 ° C

11,5 °K 11.5 ° K

-15,5 °C -15.5 ° C

Vereisungsbeginn im Erdreich Icing begins in the ground

II II

- 8°C TR - 8 ° C TR

-10 -10

°C ° C

-14 °C -14 ° C

-12 °C -12 ° C

11,5 °C 11.5 ° C

-23,5 °C -23.5 ° C

maximal vereist maximum iced up

III III

0°C 0 ° C

- 2 - 2nd

°c ° c

- 6°C - 6 ° C

- 4°C - 4 ° C

11,5 °C 11.5 ° C

-15,5 °C -15.5 ° C

Vereisungsbeginn im Latentspeicher Icing begins in latent storage

IV IV

- 6°C - 6 ° C

- 8 - 8th

°c ° c

-12 °C -12 ° C

-10 °C -10 ° C

11,5 °K 11.5 ° K

-21,5 °C -21.5 ° C

maximal vereist maximum iced up

V V

0°C 0 ° C

0,5 °K 0.5 ° K

- 0,5 °C - 0.5 ° C

Vereisungsbeginn im Latentspeicher Icing begins in latent storage

VI VI

-10 °C -10 ° C

0,5 °K 0.5 ° K

-10,5 °C -10.5 ° C

maximal vereist maximum iced up

15 15

Beispiele I bis IV dienen zum Vergleich und werden mit Gly-kol/Wasser als Kältemittel betrieben. Examples I to IV serve for comparison and are operated with glycol / water as the refrigerant.

Die Beispiele I und II zeigen den Betrieb eines flächig verlegten Erdkollektors mit Glykolkreislauf. Der Betrieb der Anlage wird wegen des Glykolgemisches, welches maximal 35% Glykol enthalten darf und somit nur bis minus 18° gefriersicher ist, kritisch. Examples I and II show the operation of a flat ground collector with a glycol circuit. The operation of the plant becomes critical due to the glycol mixture, which may contain a maximum of 35% glycol and is therefore only freeze-proof down to minus 18 °.

Die Beispiele III und IV zeigen den Betrieb eines Eis-Latentspeichers mit Glykolkreislauf, der durch verschiedene Abwärmen laufend regeneriert wird. Die maximale Vereisung tritt daher nur selten auf und ist auf einen Eismantel um die Rohre von zirka 200 mm beschränkt. Bei Eis-Latentspeichern, die ihre Energie aus der Entwärmung des umliegenden Erdreiches gewinnen müssen, liegen die ensprechenden Temperaturen noch wesentlich tiefer. Examples III and IV show the operation of an ice latent storage device with a glycol circuit, which is continuously regenerated by different waste heat. Maximum icing therefore rarely occurs and is limited to an ice jacket around the pipes of approximately 200 mm. In the case of ice latent stores, which have to derive their energy from the cooling of the surrounding earth, the corresponding temperatures are much lower.

Die Beispiele V und VI geben die erfindungsgemässen Ergebnisse wieder. Es ist zu ersehen, dass trotz der tieferen Temperaturen der Rohroberfläche, bei VI gemäss der Erfindung, verglichen mit Beispiel IV eine um 11 °K höhere Verdampfungstemperatur erreicht wird. Examples V and VI show the results according to the invention. It can be seen that despite the lower temperatures of the pipe surface, VI according to the invention, compared to Example IV, achieves an evaporation temperature which is 11 ° K higher.

Die erforderliche Heizleistung einer Wärmepumpe verringert sich bei Erhöhung der Verdampfungstemperatur von 10° bis 12 °K um etwa 35%. Daraus folgt, dass für eine vorgegebene Heizleistung eine kleinere Wärmepumpe eingesetzt werden kann. Durch die höhere Verdampfungstemperatur To wird eine um 20 bis 25% höhere Leistungszahl erreicht als bei bekannten Wärmepumpen, die mit Glykol als Zwischenkreislauf betrieben werden. The required heat output of a heat pump is reduced by around 35% when the evaporation temperature is increased from 10 ° to 12 ° K. It follows that a smaller heat pump can be used for a given heating output. Due to the higher evaporation temperature To, a 20 to 25% higher coefficient of performance is achieved than with known heat pumps that are operated with glycol as an intermediate circuit.

Die Vorteile der Direktverdampfung von Kältemittel im Latentspeicher sind also darin zu sehen, dass wesentlich höhere Verdampfungstemperaturen erreicht werden können. Die höheren Verdampfungstemperaturen ergeben Leistungsziffern, die mit den bekannten Verfahren nicht erreicht wer-20 den. Die Überhitzung des Kältemittels in einem zweiten Verdampfer durch Unterkühlung des rücklaufenden Kondensates bringt eine weitere Verbesserung in der Leistung der Anlage. The advantages of the direct evaporation of refrigerant in the latent storage can be seen in the fact that much higher evaporation temperatures can be achieved. The higher evaporation temperatures result in performance figures that cannot be achieved with the known methods. Overheating the refrigerant in a second evaporator by subcooling the returning condensate brings a further improvement in the performance of the system.

Die Verwendung von Wasser im Latentspeicher anstelle 25 eines zwischengeschalteten Wärmeübertragungskreislaufes hat neben der Einsparung des Wärmeübertragungsmittels und den erforderlichen Anlageteilen sowie deren Installation den Vorteil, dass Wasser beliebig oft gefroren und wieder aufgetaut werden kann, ohne seine chemischen und physikalischen 3o Eigenschaften zu verändern. The use of water in the latent storage instead of an intermediate heat transfer circuit, in addition to saving on the heat transfer medium and the required system parts and their installation, has the advantage that water can be frozen and thawed as often as required without changing its chemical and physical properties.

Durch den Wegfall des Glykol-Zwischenkreislaufs wird die Anlage wesentlich vereinfacht. Die Konstruktion stellt daher die bisher kostengünstigste Lösung dar. Es wird sowohl die statische Wärme oberhalb des Nullgradbereichs genutzt, 35 als auch die latente Wärme aus dem Wechsel des Aggregatzustandes Wasser/Eis. The system is significantly simplified by eliminating the glycol intermediate circuit. The design is therefore the most cost-effective solution to date. Both the static heat above the zero degree range and the latent heat from the change in the water / ice aggregate state are used.

Als Hauptanwendungsgebiete steht die umweltfreundliche Beheizung von Gebäuden, Wohnungen und Einfamilienhäusern im Vordergrund. Die Erfindung kann aber auch 40 überall dort eingesetzt werden, wo Wärme zur Raumbeheizung erforderlich ist. The main areas of application are the environmentally friendly heating of buildings, apartments and single-family houses. The invention can also be used wherever heat is required for heating the room.

Hervorragend geeignet ist der Erfindungsgegenstand in Verbindung mit motorisch betriebenen Totalenergieanlagen sowie zur Nutzung periodisch oder laufend anfallender 45 Abwärme auf tiefem Temperaturniveau wie industrielle Abwärme oder Gebäudeabluft. The subject of the invention is eminently suitable in connection with motor-operated total energy systems and for the use of periodically or continuously occurring waste heat at a low temperature level such as industrial waste heat or building exhaust air.

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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims (15)

660 776660 776 1. Verfahren zur Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades einer Wärmepumpenanlage, welche aus mindestens einem Kompressor, wenigstens einem Verdampfer, einem Überhitzer, einem Dreiwegventil, einem Latentspeicher und einem Kältemittel besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel direkt mittels eines Verdampfers (9) im Latentspeicher (8) verdampft und im Überhitzer (3) der Sattdampf des Kältemittels überhitzt wird. 1. A method for increasing the overall efficiency of a heat pump system, which consists of at least one compressor, at least one evaporator, a superheater, a three-way valve, a latent storage device and a refrigerant, characterized in that the refrigerant is directly in the latent storage device (8) by means of an evaporator (9) ) evaporates and the saturated steam of the refrigerant is overheated in the superheater (3). 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vereisung im Latentspeicher (8) durch Zufuhr von Wärme begrenzt ist. 2. The method according to claim 1, characterized in that the icing in the latent storage (8) is limited by the supply of heat. 2 2nd PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Latentspeicher (8) mit Abwärme regeneriert wird. 3. The method according to claim 2, characterized in that the latent storage (8) is regenerated with waste heat. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Abwärme Gebäudeabluft verwendet wird. 4. The method according to claim 3, characterized in that the building exhaust air is used as waste heat. 5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vereisungsbegrenzung auf eine resultierende Rohr-oberflächentemperatur während des Betriebes von minus 8° bis minus 12 °C eingestellt wird. 5. The method according to claim 2, characterized in that the icing limit is set to a resulting pipe surface temperature during operation from minus 8 ° to minus 12 ° C. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckdifferenz zwischen Saug- und Druckseite des Kompressors (1) in einem Bereich von 5 bis 20 bar begrenzt wird. 6. The method according to claim 1, characterized in that the pressure difference between the suction and pressure side of the compressor (1) is limited in a range from 5 to 20 bar. 7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Kompressor (1) das Kältemittel umgewälzt wird. 7. The method according to claim 2, characterized in that the refrigerant is circulated by the compressor (1). 8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Latentspeicher (8) ein Kältemittel gepumpt wird. 8. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a refrigerant is pumped through the latent storage (8). 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Verdampfer (7) mit Aussenluft gespeist wird. 9. The method according to claim 1, characterized in that a second evaporator (7) is fed with outside air. 10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittelkondensat aus dem Kondensator (2) im Überhitzer (3) unterkühlt wird. 10. The method according to claim 1, characterized in that the refrigerant condensate from the condenser (2) is supercooled in the superheater (3). 11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit Wasser versehener Behälter als Latentspeicher (8) dient (Fig. 1). 11. The device for carrying out the method according to claim 1, characterized in that a container provided with water serves as a latent storage (8) (Fig. 1). 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Latentspeicher (8) ein Verdampfer (9) installiert ist. (Fig. 2). 12. The apparatus according to claim 11, characterized in that an evaporator (9) is installed in the latent memory (8). (Fig. 2). 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (9) aus Rohren besteht (Fig. 2). 13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the evaporator (9) consists of tubes (Fig. 2). 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre des Verdampfers (9) eine glatte Oberfläche aufweisen. 14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the tubes of the evaporator (9) have a smooth surface. 15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre des Verdampfers (9) profiliert sind. 15. The apparatus according to claim 13, characterized in that the tubes of the evaporator (9) are profiled.
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ATE514044T1 (en) * 2005-02-18 2011-07-15 Carrier Corp CONTROLLING A COOLING CIRCUIT WITH AN INTERNAL HEAT EXCHANGER
DE102011120743A1 (en) * 2011-12-08 2013-06-13 Hochschule für angewandte Wissenschaften München Device and method for supplying heat to a building
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