Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpen- oder Kältemaschinen- Anlage zur Energieübertragung nach dem Kaltdampf-Kompressionsverfahren gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1. Solche Anlagen dienen als Wärmepumpen oder Kältemaschinen oder im Doppelnutzen für beides. Letzteres ist beispielsweise der Fall, wenn in einem Teil eines Gebäudes Überschusswärme (zum Beispiel bei einer Kühlanlage) vorhanden ist und in einem anderen Teil geheizt werden muss.
Anlagen der eingangs genannten Art sind mehrfach bekannt und bestehen gemäss Fig. 1 in ihrer einfachsten Ausführung aus einem wärmeaufnehmenden Verdampfer 1 und einem wärmeabgebenden Verflüssiger 2, einem Energie aufnehmenden Kompressor 3 und einer Drossel- oder Expandiereinrichtung 4 und arbeiten nach dem Kaltdampf-Kompressionsverfahren, das heisst mit Kältemitteln, die bei den Arbeitstemperaturen eine Aggregatszustandsänderung zwischen Dampfphase und Flüssigphase erlauben. Ferner ist es bekannt, eine Verbindungsleitung zwischen dem Verflüssiger 2 und dem Verdampfer 1 durch einen internen Wärmetauscher mit einer Eingangsleitung des Kompressor 3 zu verbinden. Ein Fühler zur Steuerung der Expandiereinrichtung ist in der Eingangsleitung vor dem Wärmetauscher angeordnet.
Solche Anlagen werden mit einem Kältemittel mit zeotropem Verhalten betrieben, welche dadurch gekennzeichnet sind, dass Kondensation bzw. Verdampfung nicht bei einem bestimmten Temperaturpunkt, sondern bei gleitender Temperatur (Glide), das heisst in einem Temperaturbereich stattfinden.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Anlage der eingangs genannten Art zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1. Da der Fühler der Expansionseinrichtung an der Verbindungsleitung nicht vor, sondern nach dem internen Wärmetauscher angeordnet ist, wird das Kältemittel nicht im Verdampfer, sondern erst im zusätzlichen internen Wärmetauscher fertig verdampft und überhitzt. Der Verdampfungsprozess wird durch diese Massnahmen bei gleich bleibenden Temperaturen im Druck-Enthalpie-Diagramm nach links zu höheren Drücken verschoben. Dadurch wird der Verdampfungsdruck erhöht und somit die Druckdifferenz zwischen Kondensation und Verdampfung verringert, wodurch die Leistungsaufnahme des Kompressors geringer und somit die Leistungszahl erhöht wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2 und 3 beschrieben.
Ausführungsbeispiele einer Anlage zur Energieübertragung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher beschrieben, dabei zeigen:
Fig. 1 das Blockdiagramm einer bekannten Anlage;
Fig. 2 das Blockdiagramm einer erfindungsgemässen Anlage;
Fig. 3 ein Druck-Enthalpie-Diagramm.
Die Anlage der Fig. 1 ist eingangs beschrieben.
Die Anlage der Fig. 2 arbeitet nach dem Kaltdampf-Kompressionsverfahren. Sie enthält einen Kompressor 3 für ein zeotropes Kältemittel. Der Kompressor ist über eine Ausgangsleitung 8 mit einem Verflüssiger 2 verbunden ist, welcher über eine Verbindungsleitung 9 an einem Verdampfer 1 angeschlossen ist. Der Verdampfer 1 ist wiederum über eine als Saugleitung dienende Eingangsleitung 10 mit dem Kompressor 3 verbunden. Die Verbindungsleitung 9 und die Eingangsleitung 10 sind über mindestens einen internen Wärmeaustausch 5 im Gegenstrom miteinander gekoppelt. Eine Expandiereinrichtung 4 ist in der Verbindungsleitung 9 zwischen dem internen Wärmetauscher 5 und dem Verdampfer 1 angeordnet und mit einem Fühler 6 verbunden, der in der Eingangsleitung 10 dem internen Wärmetauscher 5 nachgeschaltet ist.
Falls mehrere interne Wärmetauscher vorhanden sind, ist der Fühler 6 zwischen dem letzten internen Wärmetauscher und dem Kompressor platziert.
Der interne Wärmetauscher 5 ist derart ausgebildet, dass ein am Eintritt mitgeführter Flüssigkeitsanteil in Kontakt zur einer Wärmetauscherfläche bringbar ist. Hierzu ist der interne Wärmetauscher 5 vorzugsweise als Koaxialwärmetauscher mit einem schraubenlinienförmig verwundenen Blechstreifen ausgebildet, um dem Kältemittel einen Drall zu erteilen, damit die schwereren Flüssigkeitstropfen im Flüssigkeits-Dampfgemisch an die Wärmetauscherfläche schleuderbar sind.
Die Fig. 3 zeigt das Druck-Enthalpie-Diagramm (log p/h-Diagramm) mit dem Prozess nach dem Stand der Technik (gestrichelte Linie) und nach der Erfindung (ausgezogene Linie). Im Text werden die Diagrammstrecken folgendermassen bezeichnet: 1. Buchstabe = Streckenanfang, -> = bis, 2. Buchstabe = Streckenende.
Durch diese Anlage wird:
1. das Kältemittel vor der Expansionseinrichtung stärker unterkühlt (A -> B) und der Flüssigkeitsanteil am Eintritt 7,C in den Verdampfer 1 vergrössert. Der im Verdampfer nutzbare Temperaturbereich wird dadurch vergrössert (C -> E).
2. das Kältemittel nicht im Verdampfer 1, sondern erst im zusätzlichen internen Wärmetauscher 5 fertig verdampft (D -> E) und überhitzt (E -> F), und die gesamte Verdampferfläche steht bei höherem Flüssigkeitsanteil für die Verdampfung zur Verfügung.
3. im Druck-Enthalpie-Diagramm der Verdampfungsprozess durch diese Massnahmen bei gleichbleibenden Temperaturen nach links, zu höheren Drücken (C min -> C) verschoben. Dadurch wird der Verdampfungsdruck erhöht und somit die Druckdifferenz zwischen Kondensation und Verdampfung verringert (A -> C min wird zu B -> C), wodurch die Leistungsaufnahme des Kompressors geringer und somit die Leistungszahl erhöht wird.
Bezugszeichenliste
1 Verdampfer
2 Verflüssiger
3 Kompressor
4 Expandiereinrichtung
5 Interner Wärmetauscher
6 Fühler
7 Eintritt
8 Ausgangsleitung
9 Verbindungsleitung
10 Eingangsleitung
The invention relates to a heat pump or chiller system for energy transfer according to the cold vapor compression method according to the preamble of claim 1. Such systems serve as heat pumps or chillers or in dual use for both. The latter is the case, for example, if excess heat (for example in a cooling system) is present in one part of a building and heating is required in another part.
Plants of the type mentioned are known several times and, according to FIG. 1, in their simplest design consist of a heat-absorbing evaporator 1 and a heat-releasing condenser 2, an energy-absorbing compressor 3 and a throttling or expanding device 4 and work according to the cold steam compression process, the means with refrigerants that allow an aggregate state change between vapor phase and liquid phase at working temperatures. Furthermore, it is known to connect a connecting line between the condenser 2 and the evaporator 1 through an internal heat exchanger to an input line of the compressor 3. A sensor for controlling the expansion device is arranged in the input line in front of the heat exchanger.
Such systems are operated with a refrigerant with a zeotropic behavior, which are characterized in that condensation or evaporation do not take place at a specific temperature point, but rather at a sliding temperature (glide), that is to say in a temperature range.
The object of the invention is to improve the system of the type mentioned.
According to the invention, this object is achieved by the characterizing features of claim 1. Since the sensor of the expansion device is not arranged on the connecting line before, but after the internal heat exchanger, the refrigerant is not evaporated and overheated until it is in the additional internal heat exchanger. These measures shift the evaporation process to higher pressures to the left at constant temperatures in the pressure-enthalpy diagram. As a result, the evaporation pressure is increased and thus the pressure difference between condensation and evaporation is reduced, as a result of which the power consumption of the compressor is lower and the coefficient of performance is increased.
Advantageous embodiments are described in claims 2 and 3.
Exemplary embodiments of a system for energy transmission are described in more detail below with reference to drawings, in which
1 shows the block diagram of a known system;
2 shows the block diagram of a system according to the invention;
Fig. 3 is a pressure-enthalpy diagram.
1 is described at the beginning.
2 works according to the cold vapor compression process. It contains a compressor 3 for a zeotropic refrigerant. The compressor is connected via an output line 8 to a condenser 2, which is connected to an evaporator 1 via a connecting line 9. The evaporator 1 is in turn connected to the compressor 3 via an inlet line 10 serving as a suction line. The connecting line 9 and the input line 10 are coupled to one another in countercurrent via at least one internal heat exchange 5. An expansion device 4 is arranged in the connecting line 9 between the internal heat exchanger 5 and the evaporator 1 and is connected to a sensor 6 which is connected downstream of the internal heat exchanger 5 in the input line 10.
If there are several internal heat exchangers, the sensor 6 is placed between the last internal heat exchanger and the compressor.
The internal heat exchanger 5 is designed such that a liquid portion carried along at the inlet can be brought into contact with a heat exchanger surface. For this purpose, the internal heat exchanger 5 is preferably designed as a coaxial heat exchanger with a helically twisted sheet metal strip in order to impart a swirl to the refrigerant so that the heavier liquid drops in the liquid / vapor mixture can be thrown onto the heat exchanger surface.
3 shows the pressure-enthalpy diagram (log p / h diagram) with the process according to the prior art (dashed line) and according to the invention (solid line). In the text, the diagram sections are designated as follows: 1st letter = beginning of section, -> = to, 2nd letter = end of section.
With this system:
1. The refrigerant in front of the expansion device is more strongly undercooled (A -> B) and the proportion of liquid at the inlet 7, C in the evaporator 1 is increased. This increases the temperature range that can be used in the evaporator (C -> E).
2. The refrigerant is not evaporated in the evaporator 1, but only in the additional internal heat exchanger 5 (D -> E) and overheated (E -> F), and the entire evaporator surface is available for evaporation with a higher liquid content.
3. In the pressure-enthalpy diagram, the evaporation process is shifted to the left by these measures at constant temperatures, to higher pressures (C min -> C). This increases the evaporation pressure and thus the pressure difference between condensation and evaporation is reduced (A -> C min becomes B -> C), which means that the power consumption of the compressor is lower and thus the coefficient of performance is increased.
Reference list
1 evaporator
2 condensers
3 compressor
4 expanding device
5 Internal heat exchanger
6 sensors
7 entry
8 output line
9 connecting line
10 input line