DE1010080B

DE1010080B - Heat pump system

Info

Publication number: DE1010080B
Application number: DET10695A
Authority: DE
Inventors: Erich Koall
Original assignee: Alfred Teves GmbH
Current assignee: Continental Teves AG and Co oHG
Priority date: 1955-03-15
Filing date: 1955-03-15
Publication date: 1957-06-13

Description

Wärmepumpenanlage Die Erfindung bezieht sich auf eine Wärmepumpenanlage mit Kondensator und Warmwasserspeicher, bei der die bei Kälteerzeugung am Kondensator anfallende Wärme zur Aufheizung von Wasser Verwendung findet.Heat pump system The invention relates to a heat pump system with condenser and hot water storage tank, in which the cold generation at the condenser accruing heat is used to heat water.

Anlagen, bei denen die am Kondensator durch Verflüssigung des Kältemittels anfallende Wärme zur Aufheizung von insbesondere Wasser Verwendung findet, sind bekannt. Um das Wasser auf eine genügend hohe Temperatur zu bringen, wird dabei die Kondensatortemperatur und damit der Kondensatordruck gegenüber dem bei ausschließlicher Kälteerzeugung auf beliebige Weise erhöht, beispielsweise durch das Durchlaufen geringer Wassermengen pro Zeiteinheit durch den Kondensator. Die Anlage arbeitet also bei Wärmepumpenbetrieb gegen einen höheren Druck als bei ausschließlicher Verwendung der Anlage zur Kälteerzeugung. Dies hat den Nachteil, daß bei gleicher Kälteleistung bei Wärmepumpenbetrieb eine höhere Stromaufnahme als bei Betrieb als Kälteanlage erfolgt oder aber bei gleicher Stromaufnahme die Kälteleistung vermindert wird.Systems in which the condenser is caused by the liquefaction of the refrigerant accruing heat for heating water in particular is used known. In order to bring the water to a sufficiently high temperature, this is done the condenser temperature and thus the condenser pressure compared to that of exclusive Refrigeration increased in any way, for example by running through it small amounts of water per unit of time through the condenser. The system works i.e. with heat pump operation against a higher pressure than with exclusive use the refrigeration system. This has the disadvantage that with the same cooling capacity a higher power consumption in heat pump operation than in operation as a refrigeration system takes place or the cooling capacity is reduced with the same power consumption.

Zur Erniedrigung der mittleren Kon.densatortemperatur sind schon Wärmepumpenanlagen bekanntgeworden, bei denen zwischen Kompressor und Kondensator ein als Vorkühler wirkender Wärmeaustausc'her angeordnet ist. Auf diese Weise tritt in den Kondensator schon vorgekühltes Mittel ein, so daß der Kondensatordruck im Mittel gemindert wird. Dahei befindet sich ferner in der Wasserabflußleitung ein von Hand einstellbares Drosselorgan, vor welchem eine über den Wärmeaustauscher zu dem Speicher führende Leitung abzweigt. Bei dieser Ausführung wird stets ein festgesetzter Prozentsatz des den Kondensator durchflossenen Wassers dem Speicher zugeführt, gleichgültig ob der Speicher gefüllt oder aufgeheizt ist oder nicht, so daß die Anlage stets bei Wärmepumpenbetrieb arbeitet.Heat pump systems are already used to lower the mean condenser temperature became known, where between the compressor and condenser a precooler acting heat exchanger is arranged. This way it enters the condenser already pre-cooled agent, so that the condenser pressure is reduced on average. There is also a manually adjustable one in the water drainage line Throttle body, in front of which a leading via the heat exchanger to the memory Line branches off. A fixed percentage is always used for this execution of the water which has flowed through the condenser is fed to the storage tank, indifferent whether the memory is filled or heated or not, so that the system always works with heat pump operation.

In diesem Zusammenhang sind ferner schon Anlagen vorgeschlagen worden, die mit vorzugsweise zwei oder mehr parallel geschalteten Kondensatoren versehen sind, deren Kühlflächen die Heizflächen von Warmwasserspeichern bilden, die nacheinander durch die Anordnung entsprechender Ventile beheizt werden. Bei diesen Anlagen arbeitet der Kondensator nicht ständig bei dem höchsten Kondensatordruck, der der Höchsttemperatur des Wassers entspricht, sondern bei einem mittleren Druck, der einer Mitteltemperatur des Wassers zwischen Anfang und Ende der Betriebszeit zugeordnet ist. Bei dieser Ausführung einer Wärmepumpenan.lage müssen stets mindestens zwei isolierte Warmwasserspeicher angeordnet werden, was eine Verteuerung der Anlage darstellt. Außerdem ist die Anlage nur für den Fall wirtschaftlich, daß ein ständiger im Durchschnitt gleichbleibender Wasserbedarf vorliegt, da bei aufgeheizten Speichern der Kompressor gegen den höchsten Kondensatordruck arbeiten muß.In this context, plants have also been proposed which are provided with preferably two or more capacitors connected in parallel whose cooling surfaces form the heating surfaces of hot water storage tanks, one after the other be heated by the arrangement of appropriate valves. Works at these plants the condenser is not constantly at the highest condenser pressure, which is the maximum temperature of water, but at a mean pressure that corresponds to a mean temperature of the water is assigned between the beginning and the end of the operating time. At this The design of a heat pump system must always have at least two insulated hot water tanks be arranged, which represents an increase in the cost of the system. In addition, the facility is economically only in the event that a permanent, on average, remains the same There is a need for water, as the compressor is against the highest when the storage tank is heated Condenser pressure must work.

Ferner sind auch Wärmepumpen bekannt, bei denen der Kondensator im Warmwasserspeicher angeordnet ist und sich noch ein zweiter Kondensator außerhalb des Speichers befindet, der zusätzlich thermostatisch dann eingeschaltet wird, wenn das Wasser eine festgesetzte Temperatur überschreitet, die beispielsweise durch das Einschalten einer Zusatzheizung erhalten wird. Zwar ist im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit der Anlage die Schaltung derart getroffen, daß die Zusatzheizung nur bei Stillstand des Kompressors ein geschaltet wird, jedoch liegt dabei trotz des großen Aufwandes der Kondensatordruck, gegen den die Maschine arbeiten. muß, verhältnismäßig hoch.Furthermore, heat pumps are known in which the condenser in Hot water tank is arranged and there is a second condenser outside of the storage tank, which is also thermostatically switched on when the water exceeds a set temperature, for example by the switching on of additional heating is obtained. True, in terms of the Economy of the system made the circuit in such a way that the auxiliary heating is only switched on when the compressor is at a standstill, but this is despite the great expense of the condenser pressure against which the machine is working. got to, relatively high.

Es sind auch noch Anlagen bekanntgeworden, bei denen der Kondensator in einem isolierten Wasservorwärmer angeordnet ist, aus dem je nach Bedarf über ein überlaufgefäß dem mit einer zusätzlichen Heizung versehenen Speicher warmes Wasser zugeführt wirch Auch in diesem Fall ist noch zusätzlich außerhalb des Vorwärmers ein Luftkondensator angeordnet. Um einen einwandfreien Betrieb der Pumpe zu sichern, ist ferner ein Thermohydrostat in dem oberen Teil des Wasservorwärmers eingebaut. Dieser bewirkt, daß nach überschreiten der Ansprechtemperatur des Reglers frisches Wasser in den Vorwärmer strömt. Auf diese Weise wird zwar der Kondensatordruck vermindert, jedoch wird der Aufbau durch die Anordnung des Luftkondensators, des Vorwärmers und. des Thermohydrostaten sehr aufwendig. Diese Ausführung eignet sich speziell für _ Absorptionsanlagen. Bei einer Kompressionsanlage wäre der Aufbau noch komplizierter, und außerdem würde der Kompressor stets gegen -einen Druck arbeiten, der von. der Vorwärmertemperatur abhängig ist. Die Aufgabe der Erfindung liegt in der Ausführung einer einfachen Anlage, die eine hohe Wirtschaftlichkeit gewährleistet und bei der bei gefülltem und aufgeheiztem Speicher keine Rückwirkung auf den Kondensatordruck erfolgt, die Anlage also in diesem Falle nur als Kälteanlage arbeitet.Systems have also become known in which the condenser is arranged in an insulated water preheater, from which over as needed an overflow vessel warm to the storage tank provided with an additional heater Water supplied is also outside the preheater in this case an air condenser arranged. To ensure perfect operation of the pump, a thermohydrostat is also built into the upper part of the water preheater. This has the effect that after the response temperature of the controller is exceeded, fresh Water flows into the preheater. In this way the condenser pressure is reduced, however, the structure is made possible by the arrangement of the air condenser, the preheater and. the thermohydrostat very expensive. This version is particularly suitable for _ absorption systems. In the case of a compression system, the structure would be even more complicated, and in addition, the compressor would always work against a pressure of. the Preheater temperature is dependent. The object of the invention is in the execution of a simple system that ensures high economic efficiency and when the storage tank is filled and heated, there is no effect on the condenser pressure takes place, so in this case the system only works as a refrigeration system.

Gemäß der Erfindung wird eine Wärmepumpenanlage vorgeschlagen, bei der die Warmwasserzufuhr zum Speicher von einem in Abhängigkeit von der Temperatur des im Speicher befindlichen Wassers umschaltenden Thermostat gesteuert wird. Es wird dabei in Abhängigkeit von der Temperatur des Speichers die Durchflußmenge des Wassers durch den Kondensator geregelt und weiterhin der Zufluß zum Speicher bzw. der Abfluß des Wassers. Die Steuerung wird dabei derart vorgenommen, daß in Abhängigkeit von der Stellung des Thermostaten entweder ein. zusammen mit dem Wärmepumpenregler in die Wasserzulaufleitung eingeschaltetes Magnetventil betätigt wird oder ein zusammen mit einem Kühlwasserregler in eine zu der Wasserzulaufleitung parallel verlaufende Leitung eingeschaltetes Magnetventil und ein in die von der zum Speicher führenden Leitung abzweigende Ablaufleitung eingeschaltetes Magnetventil. Die Anlage gemäß der Erfindung ist also mit einer automatischen Umschaltvorrichtung ausgestattet, die den, eine hohe Stromaufnahme bedingenden Wärmepumpenbetrieb nur so lange beibehält, bis das im Behälter befindliche Wasser auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt ist und anschließend die Maschine auf Normalbetrieb mit verminderter Stromaufnahme umstellt. Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels angegeben.According to the invention, a heat pump system is proposed at of the hot water supply to the storage tank depending on the temperature of the water in the storage tank switching thermostat is controlled. It is the flow rate of the depending on the temperature of the memory Water is regulated by the condenser and the inflow to the storage tank or the runoff of the water. The control is carried out in such a way that as a function on the position of the thermostat either. together with the heat pump controller in the water supply line switched on solenoid valve is actuated or a together with a cooling water regulator in one running parallel to the water supply line Line switched on solenoid valve and one in the one leading from the to the memory Line branching off drain line activated solenoid valve. The plant according to the invention is therefore equipped with an automatic switching device, which only maintains the heat pump operation, which requires high power consumption, for as long as until the water in the container is heated to a predetermined temperature and then the machine to normal operation with reduced power consumption surrounds. Further details of the invention are in the following description an exemplary embodiment specified.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Anlage gemäß der Erfindung. Von einem Kompressor 1 führt eine Leitung 2 durch den Konden.-sator 3 über ein Expansionsventil 4 zu einem Verdampfer 5 im Behälter 25 und von dort zum Kompressor zurück. Durch die Rohrleitung 6 wird dem Kondensator 3 das Kühlwasser zugeführt. Das durch die im Kondensator anfallende Wärme erwärmte Kühlwasser wird über Leitung 7, in die ein Rückschlagventil 8 eingeschaltet ist, dem Warmwasserspeicher 9 zugeführt. Der Warmwasserspeicher 9 ist vorzugsweise mit einem mit der Behälterwandung einen Ringraum bildenden Innenmantel 10 versehen, der nicht in gleicher Höhe mit dem Behälter abschließt, sondern unterhalb, so daß warmes Wasser in den Zwischenraum eindringen kann und eine zusätzliche Isolation darstellt. Durch den Anschluß der Überlaufleitung 11, etwa in Höhe der Durchmessererweiterung des Innenmantels, läuft das überlaufende Wasser erst durch den Ringraum, wodurch bei überlauf noch eine Vorerwärmung des im Behälter befindlichen Wassers erreicht wird.The drawing shows an embodiment of the system according to the invention. A line 2 leads from a compressor 1 through the condenser 3 via an expansion valve 4 to an evaporator 5 in the container 25 and from there back to the compressor. The cooling water is fed to the condenser 3 through the pipeline 6. The cooling water heated by the heat generated in the condenser is fed to the hot water storage tank 9 via line 7, in which a check valve 8 is switched on. The hot water tank 9 is preferably provided with an inner jacket 10 which forms an annular space with the container wall and which does not end at the same height as the container, but below, so that warm water can penetrate into the space and provides additional insulation. By connecting the overflow line 11, approximately at the level of the enlarged diameter of the inner jacket, the overflowing water first runs through the annular space, whereby, in the event of an overflow, the water in the container is preheated.

In die Wasserzulaufleitung 6 ist ein Wärmepumpenregler 12 und ein Magnetventil 13 eingeschaltet. Dieses Ventil ist über den strichpunktierten. .Leitungskreis 14, der an eine Stromquelle angeschlossen ist, mit den Anschlußklemmen 16 und 17 des Thermostaten 15 verbunden.. Parallel zur Leitung 6 ist eine Leitung 18 mit einem Kühlwasserregler 19 und einem Magnetventil 20 angeordnet. Dieses Magnetventil 20 ist mit einem in der Abflußleitung 21 angeordneten Magnetventil 22 in Reihe in den, mit einer Stromquelle verbundenen Leitungskreis 23 ge--schaltet. Der Thermostatumschalter 15 ist über die Klemmen 24 und 16 in den Leitungskreis 23 eingeschaltet. Die getrennte Anordnung von Behälter 9 und Kondensator 3 macht es möglich, noch eine zusätzliche Heizeinrichtung in dem Behälter anzuordnen, ohne den Wirkungsgrad der Kälteleistung der Anlage zu verschlechtern.In the water supply line 6 is a heat pump controller 12 and a Solenoid valve 13 switched on. This valve is above the dash-dotted line. . Management Committee 14, which is connected to a power source, with the terminals 16 and 17 of the thermostat 15 connected .. Parallel to the line 6 is a line 18 with a Cooling water regulator 19 and a solenoid valve 20 are arranged. This solenoid valve 20 is in series with a solenoid valve 22 arranged in the drain line 21 in the, line circuit 23 connected to a power source is switched. The thermostat switch 15 is connected to the line circuit 23 via terminals 24 and 16. The separated Arrangement of container 9 and condenser 3 makes it possible to have an additional To arrange the heating device in the container without reducing the efficiency of the cooling capacity deteriorate the plant.

Bei Wasseraufbereitung ist der strichpunktierte Kreis geschlossen, also das Ventil 13 geöffnet, so daß das Wasser ausschließlich über Leitung 6 dem Kondensator und über Leitung 7 dem Wasserspeicher zugeführt wird. Ist das Wasser in dem Behälter auf die geforderte Temperatur gebracht, so schaltet der Thermostat um, so daß der Leitungskreis 14 geöffnet ist, während der dünn ausgezogene Leitungskreis 23 geschlossen und damit das Ventil 20 und Ventil 22 geöffnet ist. Das Kühlwasser fließt dann über Leitungen 6 und 18 zu dem Kondensator und! von, dort über Leitungen 7 und 21 ab. Aus der Bezeichnungsweise der Wasserdurchflußregler einmal als. Kühlwasserregler und einmal als Wärmepumpenregler ist ersichtlich, daß die Wasserdurchflußmenge pro Zeiteinheit bei beiden verschieden. groß bemessen ist, und zwar bei dem Wärmepumpenregler kleiner als beim Kühlwasserregler, so daß nach Umschalten des Thermostaten nach Erreichen der geforderten Wassertemperatur im Speicher mehr Kühlwasser pro Zeiteinheit durch den Kondensator fließt. Durch die verstärkte Kondensato.rkühlung wird der Kondensatordruck verkleinert und damit der Strombedarf der gegen den Kondensatordruck arbeitenden Kompressionsanlage vermindert. In dem elektrischen Leitungskreis kann noch zusätzlich ein Umschalter angeordnet werden, der die Anlage entweder nur als Wärmepumpenanlage oder nur als Kälteanlage oder als Wärmepumpenanlage und Kälteanlage mit automatischer Umschaltung arbeiten läßt. Der Wärmepumpenregler kann dabei von Hand oder mittels eines Druckreglers auf die geforderteDurchflußmenge eingestellt werden.In the case of water treatment, the dash-dotted circle is closed, so the valve 13 is open so that the water only through line 6 to the Condenser and via line 7 is fed to the water storage tank. Is the water brought to the required temperature in the container, the thermostat switches around, so that the line circuit 14 is open, while the thin line circuit 23 closed and thus the valve 20 and valve 22 are open. The cooling water then flows via lines 6 and 18 to the capacitor and! from, there via lines 7 and 21. From the designation of the water flow controller once as. Cooling water regulator and once as a heat pump controller it can be seen that the water flow rate per Time unit different for both. is dimensioned large, namely with the heat pump controller smaller than with the cooling water regulator, so that after switching the thermostat after Reaching the required water temperature in the storage tank, more cooling water per unit of time flows through the capacitor. Due to the increased condenser cooling, the Reduced condenser pressure and thus the power requirement against the condenser pressure working compression system decreased. In the electrical circuit can In addition, a changeover switch can be arranged, which the system either only as Heat pump system or only as a refrigeration system or as a heat pump system and refrigeration system can work with automatic switching. The heat pump controller can be operated from Set to the required flow rate manually or by means of a pressure regulator will.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Heat pump system with condenser and hot water storage tank, in which the heat generated by the condenser when cold is used to heat the water, characterized in that the hot water supply to the storage tank (9) depends on the temperature of the water in the storage tank (9) switching, thermostat is controlled.

2. Heat pump system according to claim 1, characterized in that depending on: the position of the thermostat (15) either a solenoid valve (13) which is switched on together with a heat pump regulator (12) in the water supply line (6) is actuated or a solenoid valve (13) which is switched on together with a cooling water regulator ( 19) into: a line (18) running parallel to the water inlet line (6) and a solenoid valve (22) that is switched on into the drain line (21) that branches off from the line (7) leading to the storage tank (9). Documents considered: German Patent No. 667 360; German patent applications M 13333 I a / 17a, T 4489 1 a / 17 a; German utility model No. 1685 653.