DE102004005540A1

DE102004005540A1 - Wärmepumpenvorrichtung

Info

Publication number: DE102004005540A1
Application number: DE200410005540
Authority: DE
Inventors: Takeshi Kariya Sakai; Susumu Kariya Kawamura
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-02-05
Filing date: 2004-02-04
Publication date: 2004-09-02
Also published as: ITRM20040062A1; JP2004239506A

Abstract

In einer Wärmepumpenvorrichtung (1) sind ein Kompressor (2), ein Kondensations-Wärmetauscher (3), der einen Wärmeaustausch zwischen einem Hochdruck-Kühlmittel und einem Heizmedium zum Erwärmen des Heizmediums durchführt, eine Druckreduzierungseinrichtung (5) und ein Verdampfungs-Wärmetauscher (6) in dieser Reihenfolge in einem geschlossenen Kreis verbunden. Ein Wärmeübertragungsmittel (4), durch das hindurch Hochdruck-Kühlmittel, das durch den Kondensations-Wärmetauscher (3) hindurchgetreten ist, strömt, ist am Außenumfangsbereich (21) des Kompressors (2) angeordnet. Auf diese Weise wird die Wärme des Hochdruck-Kühlmittels an das Niederdruck-Kühlmittel im Kompressor (2) durch das Wärmeübertragungsmittel (4) und den Außenumfangsbereich (21) hindurch übertragen. Entsprechend sind die Anbringbarkeit des Wärmeübertragungsmittels (4) und die Effizienz des Betriebs eines Wärmepumpenzyklus (1C) verbessert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmepumpenvorrichtung, die Hochtemperatur-Heizmedium im Wege der Durchführung eines Wärmeaustauschs zwischen dem Heizmedium und einem Kühlmittel in einem Kondensations-Wärmetauscher eines Wärmepumpenzyklus erzeugt, und insbesondere das Erwärmen eines Niederdruck-Kühlmittels, das in einem Kompressor angesaugt wird.

Eine Wärmepumpenvorrichtung ist im Allgemeinen bekannt als Mittel zum Erwärmen eines Heizmediums wie fließenden Wassers. Die Wärmepumpenvorrichtung führt einen Wärmeaustausch zwischen Hochdruck-Kühlmittel und dem Heizmedium unter Verwendung eines Wärmepumpenzyklus durch. Im Wärmepumpenzyklus sind ein Kompressor, ein Kondensations-Wärmetauscher, eine Druckreduzierungseinrichtung, ein Verdampfungs-Wärmetauscher und ein Speicher über Kühlmittelleitungen in der Reihenfolge in einem geschlossenen Kreis verbunden. Der Kompressor saugt das Kühlmittel an und komprimiert es. Der Kondensations-Wärmetauscher führt einen Wärmeaustausch zwischen Hochdruck-Hochtemperatur-Kühlmittel, das vom Kompressor abgegeben wird, und fließendem Niedertemperatur-Wasser durch, wodurch heißes Wasser erzeugt wird. Diese Art der Wärmepumpenvorrichtung ist beispielsweise in der ungeprüften japanischen Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. JP-A-2002-5515 offenbart.

Bei Betrachtung der Wärmepumpenvorrichtung der obigen Patentanmeldung 1 wird jedoch, wenn die Temperatur des fließenden Wassers, das in den Kondensations-Wärmetauscher eingeführt wird, erhöht wird, die Temperatur des Kühlmittels an der Auslassseite des Kondensations-Wärmetauschers nicht herabgesetzt. Dies führt zu einer Beeinträchtigung der Heizkapazität des Kondensations-Wärmetauschers. Weil der Kondensations-Wärmetauscher der Ausgang in Hinblick auf die Antriebsleistung des Kompressors ist, der der Eingang des Wärmepumpenzyklus ist, ist es wahrscheinlich, dass die Heizkapa zität des Kondensations-Wärmetauschers eine Herabsetzung der Effizienz des Betriebs des Wärmepumpenzyklus verursacht.

Um die Heizkapazität des Kondensations-Wärmetauschers zu vergrößern, ist vorgeschlagen worden, die Wärme des Kühlmittels, das vom Kondensations-Wärmetauscher abgegeben wird, an Niederdruck-Kühlmittel, das im Kompressor einzusaugen ist, zu übertragen, um dadurch die Abgabetemperatur des Kompressors zu erhöhen.

Beispielsweise weist, wie in 5 dargestellt ist, ein Wärmepumpenzyklus 100 einen Kompressor 110, einen Wärmetauscher 120, eine Druckreduzierungseinrichtung 130, einen Verdampfungs-Wärmetauscher 140 und einen Speicher 150 auf. Der Speicher 150 ist mit dem Kompressor 110 über eine Niederdruck-Kühlmittelleitung 160 verbunden, und der Kondensations-Wärmetauscher 120 ist mit der Druckreduzierungseinrichtung 150 über eine Hochdruck-Kühlmittelleitung 170 verbunden. Weiter ist ein Wärmeübertragungsmittel 180 vorgesehen, sodass ein Wärmeaustausch zwischen der Niederdruck-Kühlmittelleitung 160 und der Hochdruck-Kühlmittelleitung 170 durchgeführt wird. Entsprechend kann die Wärme des Kühlmittels, das vom Kondensations-Wärmetauscher 120 abgegeben wird, an das Niederdruck-Kühlmittel übertragen werden, das durch die Niederdruck-Kühlmittelleitung 160 strömt.

Weiter ist ein Wärmeübertragungsbereich 190 des Wärmeübertragungsmittels 180 mit Hilfe eines Schweißmittels, beispielsweise im Wege des Hartverlötens, verbunden. Auch sind die Leitungen 160, 170 mit einem thermischen Isolationsmaterial 200 abgedeckt, sodass die Wärme zuverlässig an die Niederdruck-Kühlmittelleitung 160 von der Hochdruck-Kühlmittelleitung 170 aus übertragen wird.

Wenn das Wärmeübertragungsmittel 180 derart gestaltet ist, dass die Wärmeübertragungsfläche 190 groß ist, ist jedoch der Druckverlust der Niederdruck-Kühlmittelleitung 160 vergrößert. Daher ist der Ansaugdruck des Kompressors 110 wahrscheinlich herabgesetzt, was zu einer Beeinträchtigung der Effizienz des Betriebs des Wärmepumpenzyklus 100 führt. Des Weiteren ist ein Raum für den Anbau des Wärmeübertragungsmittels 180 am Wärmepumpenzyklus 100 zusätzlich erforderlich.

Die vorliegende Erfindung ist in Hinblick auf den vorstehenden Sachverhalt gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wärmepumpenvorrichtung mit verbesserter Anbringbarkeit an einem Wärmeübertragungsmittel und mit verbesserter Effizienz des Betriebs eines Wärmepumpenzyklus zu schaffen.

Gemäß einer Wärmepumpenvorrichtung der vorliegenden Erfindung sind ein Kompressor, ein erster Wärmetauscher, eine Druckreduzierungseinrichtung und ein zweiter Wärmetauscher in einem geschlossenem Kreislauf über Kühlmittelleitungen verbunden und bilden einen Wärmepumpenzyklus. Der Kompressor saugt ein Kühlmittel an und komprimiert es in seinem Inneren. Der erste Wärmetauscher führt einen Wärmeaustausch zwischen Hochdruck-Kühlmittel, das vom Kompressor abgegeben wird, und einem Heizmedium, das in dessen Inneren strömt, zum Erwärmen des Heizmediums durch. Die Druckreduzierungseinrichtung reduziert den Druck des Kühlmittels, das durch den ersten Wärmetauscher hindurchgetreten ist. Der zweite Wärmetauscher führt einen Wärmeaustausch zwischen Luft und dem Niederdruck-Kühlmittel zum Verdampfen des Kühlmittels durch. Die Wärmepumpenvorrichtung weist weiter ein Wärmeübertragungsmittel auf, durch das hindurch das Niederdruck-Kühlmittel, das vom ersten Wärmetauscher abgegeben wird, strömt. Das Wärmeübertragungsmittel ist am Außenumfang des Kompressors angeordnet, sodass Wärme des Hochdruck-Kühlmittels, das vom ersten Wärmetauscher abgegeben wird, an das Kühlmittel übertragen wird, das im Inneren des Kompressors strömt.

Da das Wärmeübertragungsmittel am Außenumfangsbereich des Kompressors vorgesehen ist, ist die Außengröße des Kompressors etwas vergrößert, und ist der Einbauraum des Kompressors etwas vergrößert. Da jedoch das Wärmeübertragungsmittel mit dem Kompressor einstückig ausgebildet ist, ist die Anbringbarkeit des Wärmeübertragungsmittels verbessert.

Des weiteren ist das Wärmeübertragungsmittel derart gestaltet, dass Wärme des Hochdruck-Kühlmittels, das in dessen Innerem strömt, an das Kühlmittel im Inneren des Kompressors durch den Außenumfangsbereich des Kompressors hindurch übertragen wird. Daher ist es weniger wahrscheinlich, dass der Druckverlust an der Niederdruckseite vergrößert wird. Entsprechend ist die Effizienz des Betriebs des Wärmepumpenzyklus verbessert.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich leichter aus der nachfolgenden Detailbeschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und in denen zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Wärmepumpenvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 einen Schnitt durch ein Wärmeübertragungsmittel, das an einem Kompressor angebracht ist, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 einen Schnitt durch ein Wärmeübertragungsmittel, das an einem Kompressor angebracht ist, gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 einen Schnitt durch ein Wärmeübertragungsmittel, das an einem Kompressor angebracht ist, gemäß einer weiteren Ausführungsform; und
5 eine schematische Darstellung eines Wärmepumpenzyklus, bei dem ein Wärmeübertragungsmittel in einer Kühlmittelleitung vorgesehen ist, mit einer teilweise vergrößerten Ansicht des Wärmeübertragungsmittels, dies gemäß dem Stand der Technik.
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
[Erste Ausführungsform]
Unter Bezugnahme auf 1 und 2 ist eine Wärmepumpenvorrichtung 1 der ersten Ausführungsform, bei der die vorliegende Erfindung Anwendung findet, aus einem Wärmepumpenzyklus 1C und einer Wasserzuführungsleitung 10 aufgebaut. Der Wärmepumpenzyklus 1C ist ein Dampfkompressionssystem, und der Druck des Kühlmittels an der Hochdruckseite ist gleich dem kritischen Druck oder höher als dieser. Ein Heizmedium, beispielsweise fließendes Wasser (Leitungswasser), Salzwasser oder anderes Wasser, das einem Benutzer zuzuführen ist, läuft durch die Wasserzuführungsleitung 10 um. Die Wasserzuführungsleitung 10 ist so gestaltet, dass das Heizmedium durch einen Kondensations-Wärmetauscher 3 des Wärmepumpenzyklus 1C strömen kann, sodass das Heizmedium erwärmt wird.
Im Wärmepumpenzyklus 1C dieser Ausführungsform sind ein Kompressor 2, der Kondensations-Wärmetauscher 3 zum Kondensieren des Kühlmittels (nachfolgend bezeichnet als erster Wärmetauscher), ein Wärmeübertragungsmittel 4, eine Druckreduzierungseinrichtung 5, ein Verdampfungs-Wärmetauscher 6 zum Verdampfen des Kühlmittels (nachfolgend bezeichnet als zweiter Wärmetauscher), ein Speicher 7 und dergleichen über Kühlmittelleitungen 8 in dieser Reihenfolge in einem geschlossenem Kreis verbunden. Als Kühlmittel wird Kohlendioxid (CO₂) verwendet, das einen niedrigen kritischen Druck besitzt.
Der Kompressor 2 ist durch einen Elektromotor angetrieben. Der Elektromotor ist im Inneren des Kompressors 2 als elektrisches Teil untergebracht. Der Kompressor 2 saugt das Kühlmittel vom Speicher 7 aus an und komprimiert das Kühlmittel in seinem Inneren. Dann gibt der Kompressor 2 das Hochdruck-Kühlmittel in Richtung zum ersten Wärmetauscher 3 hin ab.
Der erste Wärmetauscher 3 ist ein Wasser-Wärmetauscher, der einen Wärmeaustausch zwischen dem gasförmigen Hochdruck-Kühlmittel, das vom Kompressor 2 abgegeben wird, und dem Heizmedium der Wasserzuführungsleitung 10 durchführt. Die Druckreduzierungseinrichtung 5 ist beispielsweise ein Expansionsventil, das so gestaltet ist, dass der Öffnungsgrad des Ventils elektrisch eingestellt wird. Der Druck des Kühlmittels, das mittels des ersten Wärmetauschers 3 und des Wärmeübertragungsmittels 4 gekühlt worden ist, wird in Übereinstimmung mit dem Öffnungsgrad des Ventils reduziert.
Der zweite Wärmetauscher 6 nimmt mittels eines Lüfters 6a geblasene Luft auf. Der zweite Wärmetauscher 6 führt einen Wärmeaustausch zwischen der Luft (Außenluft) und dem Kühlmittel durch, dessen Druck mittels der Druckreduzierungseinrichtung 5 reduziert worden ist, wodurch das Kühlmittel verdampft wird. Der Speicher 7 ist zwischen dem zweiten Wärmetauscher 6 und dem Kompressor 2 angeordnet. Der Speicher 7 speichert überschüssiges Kühlmittel des Wärmepumpenzyklus 1C in seinem Inneren und gestattet, dass gasförmiges Kühlmittel im Kompressor 2 angesaugt wird.
Die Kühlmittelleitungen 8 umfassen eine Niederdruck-Kühlmittelleitung 8a, eine erste Hochdruck-Kühlmittelleitung 8b und eine zweite Hochdruck-Kühlmittelleitung 8c. Die Niederdruck-Kühlmittelleitung 8a stellt eine Verbindung zwischen dem Speicher 7 und einem Ansauganschluss 2a des Kompressors 2 her. Die erste Hochdruck-Kühlmittelleitung 8b stellt eine Verbindung zwischen einem Abgabeanschluss 2b des Kompressors 2 und dem ersten Wärmetauscher 3 her. Die zweite Hochdruck-Kühlmittelleitung 8c ist eine Kühlmittel-Hochdruckleitung, die eine Verbindung zwischen der Auslassseite des ersten Wärmetauschers 3 und der Druckreduzierungseinrichtung 5 herstellt.
Andererseits ist die Wasserzuführungsleitung 10 aus einem Heißwasserbehälter 11, einer Umwälzpumpe 12 und dem ersten Wärmetauscher 3 gebildet. Gemäß Darstellung in 1 ist die Wasserzuführungsleitung 10 derart gestaltet, dass die Strömungsrichtung des Wassers (Heizmediums) und die Strömungsrichtung des Kühlmittels des Wärmepumpenzyklus 1C einander entgegengesetzt sind.
Das Wasser, das mittels des ersten Wärmetauschers 3 erwärmt worden ist und einem Benutzer zuzuführen ist, wird im Heißwasserbehälter 11 gespeichert. Der Heißwasserbehälter 11 ist aus einem metallischen Material mit hoher Korrosionsbeständigkeit (beispielsweise aus rostfreiem Material) hergestellt und besitzt eine Wärmeisolationsstruktur, sodass das Wasser im Heißwasserbehälter 11 während einer langen Zeit warm gehalten wird (beispielsweise zwischen 80°C und 90°C).
Beim Zuführen von warmem Wasser zum Benutzer wird das heiße Wasser des Heißwasserbehälters 11 mit fließendem Wasser gemischt, sodass die Temperatur des zum Benutzer zuzuführenden Wassers in einer vorbestimmten Höhe eingestellt wird. Alternativ kann das heiße Wasser im Heißwasserbehälter 11 direkt zugeführt werden.
Beispielsweise kann das Wasser im Heißwasserbehälter 11 für eine Küche oder ein Badezimmer verwendet werden. Des Weiteren kann das Wasser im Heißwasserbehälter 11 für andere Zwecke, beispielsweise als Wärmequelle eines Fußbodenheizungssystems oder eines Raumklimatisierungssystems, verwendet werden. Auch ist die Umwälzpumpe 12 eine Pumpe zur Umwälzführung des Wassers im Heißwasserbehälter 11 zum ersten Wärmetauscher 3 hin.
Als Nächstes wird das Wärmeübertragungsmittel 4, das ein wesentlicher Teil der vorliegenden Erfindung ist, beschrieben. Das Wärmeübertragungsmittel 4 ist in der Mitte der zweiten Hochdruck-Kühlmittelleitung 8c vorgesehen, durch die hindurch das Hochdruck-Kühlmittel vom ersten Wärmetauscher 3 aus zur Druckreduzierungseinrichtung 5 hin strömt. Insbesondere ist gemäß Darstellung in 2 das Wärmeübertragungsmittel 4 aus einem Metallrohr ausgebildet und um einen Außenumfangsbereich 21 des Kompressors 2 in der Form im Wesentlichen einer Wicklung gewickelt. Der Einlass 4a des Wärmeübertragungsmittels 4 steht mit der Auslassseite des ersten Wärmetauschers 3 über die zweite Hochdruck-Kühlmittelleitung 8c in Verbindung. Der Auslass 4b des Wärme übertragungsmittels 4 steht mit der Druckreduzierungseinrichtung 5 über die zweite Hochdruck-Kühlmittelleitung 8c in Verbindung.
Die innere Umfangsseite des Wärmeübertragungsmittels 4 ist mit dem Außenumfangsbereich 21 mit Hilfe eines Schweißmittels, beispielsweise im Wege des Weichverlötens oder Hartverlötens, zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit des Wärmeübertragungsmittels 4 verbunden. Entsprechend wird die Wärme des vom Kompressor 2 abgegebenen Hochtemperatur-Hochdruck-Kühlmittels an den Außenumfangsbereich 21 mittels des Wärmeübertragungsmittels 4 übertragen, nachdem das Kühlmittel durch den ersten Wärmetauscher 3 hindurchgetreten ist und bevor das Kühlmittel in die Druckreduzierungseinrichtung 5 einströmt. Des Weiteren ist ein Wärmeisolationsmaterial 4c derart vorgesehen, dass die Außenumfangsseite des Wärmeübertragungsmittels 4 abgedeckt ist, wie mittels einer strichpunktierten Linie mit zwei Punkten in 2 dargestellt ist.
Andererseits ist der Kompressor 2 mit dem Ansauganschluss 2a, einem Elektromotor 22 als elektrischem Teil, einem Kompressionsteil 23 und dem Abgabeanschluss 2b ausgestattet. Der Ansauganschluss 2a ist an der unteren Seite des Kompressors 2 ausgebildet. Der Elektromotor 22 ist an der Innenumfangsseite des Außenumfangsbereich 21 angeordnet, an der das Wärmeübertragungsmittel 4 angeordnet ist, und das Kompressionsteil 23 ist oberhalb des Elektromotors 22 angeordnet. Der Abgabeanschluss 2b ist oberhalb des Kompressionsteils 23 angeordnet. Im Elektromotor 22 ist ein Ansaugkanal 24 für das vom Ansauganschluss 2a aus angesaugte Niederdruck-Kühlmittel ausgebildet. Das vom Ansauganschluss 2a aus angesaugte Niederdruck-Kühlmittel wird mittels der Wärme des Elektromotors 22 und der Wärme vom Außenumfangsbereich 21 erwärmt, während es durch den Ansaugkanal 24 hindurchströmt. Dann strömt das Niederdruck-Kühlmittel in Richtung zum Kompressionsteil 23. Hierbei stellt der Ansauganschluss 2a eine Verbindung mit der Niederdruck-Kühlmittelleitung 8a her, und stellt der Abgabeanschluss 2b eine Verbindung mit der ersten Hochdruck-Kühlmittelleitung 8b her.
Bei der Ausführungsform ist der Elektromotor 22 an der unteren Seite angeordnet, und ist das Kompressionsteil 23 oberhalb des Elektromotors 22 angeordnet. Das Wärmeübertragungsmittel 4 ist mit dem Außenumfangsbereich 21 an einer Position verschweißt, die der Außenumfangsseite des Elektromotors 22 entspricht. In einem Fall, bei dem der Elektromotor 22 an der oberen Seite angeordnet ist und das Kompressionsteil 23 unterhalb des Elektromotors 23 ange ordnet ist, ist das Wärmeübertragungsmittel 4 in gleicher Weise mit dem Außenumfangsbereich in einer Position verschweißt, die dem Elektromotor 22 entspricht.
Auch ist es nicht immer notwendig, das Wärmeübertragungsmittel 4 mit den Außenumfangsbereichen 21 in der Position zu verschweißen, die dem Elektromotor 22 entspricht. Jedoch wird es bevorzugt, das Wärmeübertragungsmittel 4 mit dem Außenumfangsbereich 21 an der Außenumfangsseite des Elektromotors 22 zu verschweißen, die stromaufwärts des Kompressionsteils 23 angeordnet ist.
Als Nächstes wird die Arbeitsweise des wie oben angegeben gestalteten Wärmepumpenzyklus 1c beschrieben. Das Hochdruck-Hochtemperatur-Kühlmittel, das im Kompressor 2 komprimiert worden ist, strömt im ersten Wärmetauscher 3 und strahlt Wärme an das Wasser ab. Dann strömt das Hochdruck-Kühlmittel, das im ersten Wärmetauscher 3 gekühlt worden ist, im Wärmeübertragungsmittel 4. Während das Hochdruck-Kühlmittel durch das Wärmeübertragungsmittel 4 hindurchströmt, wird die Wärme des Hochdruck-Kühlmittels an den Außenumfangsbereich 21 des Kompressors 2 durch das Wärmeübertragungsmittel 4 hindurch übertragen. Daher wird das Kühlmittel durch das Wärmeübertragungsmittel 4 hindurch weiter gekühlt. Danach strömt das Kühlmittel in der Druckreduzierungseinrichtung 5, und wird der Druck des Kühlmittels in dessen Innerem reduziert.
Andererseits wird das Niederdruck-Kühlmittel, das durch den Ansaugkanal 24 im Inneren des Außenumfangsbereichs 21 strömt, mittels der Wärme erwärmt, die an den Außenumfangsbereich 21 von dem Hochdruck-Kühlmittel übertragen wird, das im Wärmeübertragungsmittel 4 strömt. Daher wird die Temperatur des Kühlmittels, das vom Kompressor 2 abgegeben wird, erhöht.
In dem Fall, bei dem die Temperatur des dem ersten Wärmetauscher 3 zugeführten Wassers höher als eine vorbestimmte Größe ist, wird die Heizkapazität des ersten Wärmetauschers 3 herabgesetzt, weil die Kühlmitteltemperatur an der Auslassseite des ersten Wärmetauschers 3 nicht herabgesetzt ist. In diesem Fall kann jedoch, weil die Wärme des Kühlmittels, das durch den ersten Wärmetauscher 3 hindurchgetreten ist, an das Niedertemperatur-Kühlmittel, das im Inneren des Kompressors 2 strömt, mittels des Wärmeübertragungsmittels 4 überfragen wird, die Heizkapazität des ersten Wärmetauschers 3 verbessert werden.
Gemäß der Wärmepumpenvorrichtung 1 der ersten Ausführungsform ist das Wärmeübertragungsmittel 4 am Außenumfangsbereich 21 des Kompressors 2 vorgesehen. Daher ist die Außengröße des Kompressors 2 etwas vergrößert, und ist der Raum für den Anbau des Kompressors 1 etwas vergrößert. Jedoch beeinträchtigt dies nicht die Anbringbarkeit des Wärmeübertragungsmittels 4.
Auch ist das Wärmeübertragungsmittel 4 derart gestaltet, dass die Wärme des Hochdruck-Kühlmittels, das vom ersten Wärmetauscher 3 abgegeben worden ist und darin strömt, an das Äußere des Wärmeübertragungsmittels 4 übertragen wird. Ferner wird das Niederdruck-Kühlmittel, das im Kompressor 2 angesaugt wird, durch die Wärme erwärmt, die an den Außenumfangsbereich 21 durch das Wärmeübertragungsmittel 4 hindurch übertragen wird. Daher ist es weniger wahrscheinlich, dass der Druck an der Niederdruckseite, d.h. der Niederdruck-Kühlmittelleitung 8b, erhöht wird. Entsprechend ist die Effizienz des Betriebs de. Wärmepumpenzyklus 1C verbessert.
Auch wird die Wärme des Hochdruck-Kühlmittels, das vom ersten Wärmetauscher 3 abgegeben werden wird, an das Äußere durch das Wärmeübertragungsmittel 4 hindurch übertragen, d.h. an das Niederdruck-Kühlmittel, das im Inneren des Kompressors 2 angesaugt wird, durch den Außenumfangsbereich 21 hindurch übertragen. Da das im Kompressor 2 angesaugte Kühlmittel mit dieser Wärme erwärmt wird, wird die Abgabetemperatur des Kompressors 2 erhöht. Entsprechend wird die Heizkapazität des ersten Wärmetauschers 3 vergrößert. Als Folge kann die Effizienz des Betriebs des Wärmepumpenzyklus 1C verbessert werden.
Ferner ist das Wärmeübertragungsmittel 4 durch das Metallrohr gebildet und um den Außenumfangsbereich 21 in der Form im Wesentlichen einer Wicklung herum gewickelt. Tatsächlich ist das Volumen des Kompressors 2, d.h. der Einbauraum des Kompressors 2, etwas vergrößert. Jedoch ist, da die Größe des Wärmeübertragungsmittels 4 verkleinert werden kann, die Anbringbarkeit des Wärmeübertragungsmittels 4 im Vergleich mit dem Fall verbessert, bei dem das Wärmeübertragungsmittel 4 vom Kompressor 2 getrennt angeordnet ist.
Auch kann, da das Wärmeübertragungsmittel 4 mit dem Außenumfangsbereich 21 im Wege des Hartverlötens oder Weichverlötens als Schweißmittel, verbun den ist, die Wärme des Hochdruck-Kühlmittels, das im Wärmeübertragungsmittel 4 strömt, zuverlässig am Außenumfangsbereich 21 durch das Wärmeübertragungsmittel 4 hindurch übertragen werden. Entsprechend kann das Niederdruck-Kühlmittel an der Ansaugseite des Kompressors 2 zuverlässig erwärmt werden.
Auch ist im Wärmepumpenzyklus 1C das Kühlmittel Kohlendioxid, und wird der Dampfkompressions-Zyklus in einem Zustand betrieben, dass sich das Kühlmittel an der Hochdruckseite in überkritischem Zustand befindet. Daher ist, da die Abgabetemperatur des Kompressors 2 weiter erhöht ist, die Heizkapazität des ersten Wärmetauschers 3, der das Hochtemperatur-Heizmedium erzeugt, verbessert. Weiter ist die Effizienz des Betriebs des Wärmepumpenzyklus 1C verbessert.
[Zweite Ausführungsform]
Bei der zweiten Ausführungsform ist gemäß Darstellung in 3 das Wärmeübertragungsmittel 4 aus einem porösen Rohr 4d gebildet und so angeordnet, dass es um den Außenumfangsbereich 21 des Kompressors 2 herum gewickelt ist, dies statt des gewickelten Metallrohrs der ersten Ausführungsform.
Insbesondere ist das poröse Rohr 4d beispielsweise im Wege der Extrusion unter Verwendung beispielsweise eines Extrusionselements oder eines Formgesenks gebildet. Das poröse Rohr 4d bildet eine Vielzahl von Löchern, durch die hindurch das Hochdruck-Kühlmittel strömt, wie in 3 dargestellt ist. Das poröse Rohr 4d ist um den Außenumfangsbereich 21 des Kompressors 2 herum gewickelt. In 3 sind Bauteile mit gleicher Konfiguration und mit einer Funktion in einer Weise gleich derjenigen der ersten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und die Beschreibung dieser Teile ist nicht wiederholt.
Mit der Wärmepumpenvorrichtung 1 der zweiten Ausführungsform können Vorteile gleich denjenigen der ersten Ausführungsform erreicht werden. Ferner ist, obwohl zusätzlich zu der ersten Ausführungsform das Formgesenk benötigt wird, die Wärmeübertragungscharakteristik verbessert. Daher kann die Größe des Wärmeübertragungsmittels 4 verkleinert werden.
[Weitere Ausführungsformen]
Bei der ersten und der zweiten Ausführungsform ist das Wärmeübertragungs mittel 4 an der Außenumfangsseite des Elektromotors 22 angeordnet. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann bei einem Kompressor Anwendung finden, bei dem der Elektromotor 22 nicht in dessen Innerem angeordnet ist. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung bei einem Kompressor Anwendung finden, der ein Betätigungsteil zur Betätigung des Kompressionsteils 23 außerhalb des Kompressorgehäuses aufweist. Das Kühlmittel wird durch das äußere Betätigungsteil komprimiert.
In 4 findet die vorliegende Erfindung bei einem Kompressor 2 Anwendung, der durch Aufnahme von Kraft von beispielsweise einem Fahrzeugmotor über einen Keilriemen (nicht dargestellt) angetrieben wird. Eine elektromagnetische Kupplung 25 ist am Äußeren des Kompressors 2 vorgesehen. Das Kompressionsteil 23 ist durch den Betrieb der elektromagnetischen Kupplung 25 angetrieben. Auch ist bei diesem Kompressor 2 das Wärmeübertragungsmittel 4 um den Außenumfangsbereich 21, der sich am Äußeren des Ansaugkanals 24 befindet, in einer Position stromaufwärts des Kompressionsteils 23 herum gewickelt angeordnet. Entsprechend können Vorteile gleich denjenigen der ersten und der zweiten Ausführungsform erreicht werden.
Bei dem in 4 dargestellten Beispiel wird das poröse Rohr 4d als Wärmeübertragungsmittel 4 verwendet. Alternativ kann das Metallrohr der ersten Ausführungsform als Wärmeübertragungsmittel 4 verwendet werden. Bei der ersten und der zweiten Ausführungsform ist das Wärmeisolationsmaterial 4c außenseitig des Wärmeübertragungsmittels 4 vorgesehen. Jedoch ist das Wärmeisolationsmaterial 4c nicht immer notwendig.
Weiter findet bei der ersten und der zweiten Ausführungsform die vorliegende Erfindung bei einem Wärmepumpenzyklus 1C Anwendung, d.h. einer überkritischem Wärmepumpenvorrichtung, die aus dem Kompressor 2, dem ersten Wärmetauscher 3, der Druckreduzierungseinrichtung 5, dem zweiten Wärmetauscher 6 und dergleichen aufgebaut ist. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann bei dem Kompressor 2 Anwendung finden, der in einem allgemeinen Wärmepumpenzyklus enthalten ist.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt, sondern kann in anderer Weise realisiert werden, ohne das Gedankengut der Erfindung zu verlassen.

Claims

Wärmepumpenvorrichtung (1), umfassend: einen Kompressor (2), der ein Kühlmittel ansaugt und im Inneren komprimiert; einen ersten Wärmetauscher (3), der einen Wärmeaustausch zwischen dem Hochdruck-Kühlmittel, das vom Kompressor (2) abgegeben wird, und einem Heizmedium, das in dessen Innerem strömt, zum Erwärmen des Heizmediums durchführt; eine Druckreduzierungseinrichtung (5), die den Druck des Kühlmittels, das durch den ersten Wärmetauscher (3) hindurchgetreten ist, reduziert; einen zweiten Wärmetauscher (6) zum Verdampfen des Kühlmittels, das durch die Druckreduzierungseinrichtung (5) hindurchgetreten ist, wobei der Kompressor (2), der erste Wärmetauscher (3), die Druckreduzierungseinrichtung (5) und der zweite Wärmetauscher (6) über Kühlmittelleitungen (8, 8a, 8b, 8c) in einem geschlossenen Kreis verbunden sind, wobei die Wärmepumpenvorrichtung (1) dadurch gekennzeichnet ist, dass sie weiter umfasst: ein Wärmeübertragungsmittel (4), durch das hindurch das Hochdruck-Kühlmittel, das vom ersten Wärmetauscher (3) abgegeben wird, strömt, wobei das Wärmeübertragungsmittel (4) am Außenumfang (21) des Kompressors (2) angeordnet ist, sodass Wärme des Hochdruck-Kühlmittels im Wärmeübertragungsmittel (4) an das Kühlmittel übertragen wird, das im Inneren des Kompressors (2) strömt.
Wärmepumpenvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Kühlmittelleitung (8c), die eine Verbindung zwischen der Abgabeseite des ersten Wärmetauschers (3) und der Druckreduzierungseinrichtung (5) herstellt, so angeordnet ist, dass sie durch das Wärmeübertragungsmittel (4) hindurchgeführt ist.
Wärmepumpenvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Wärmeübertragungsmittel (4) mit dem Außenumfang (21) des Kompressors (2) verbunden ist.
Wärmepumpenvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Wärmeübertragungsmittel (4) aus einem Metallrohr gebildet ist und im Wesentlichen um den Außenumfang (21) des Kompressors (2) herum gewickelt ist.
Wärmepumpenvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Wärmeübertragungsmittel (4) aus einem porösen Rohr (4a) gebildet ist, das eine Vielzahl von Durchgängen in seinem Inneren bildet, und wobei das poröse Rohr (4a) um den Außenumfang des Kompressors (2) herum gewickelt angeordnet ist.
Wärmepumpenvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Wärmeübertragungsmittel (4) mit dem Außenumfang (21) des Kompressors (2) im Wege entweder des Hartverlötens oder des Weichverlötens verschweißt ist.
Wärmepumpenvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Heizmedium entweder fließendes Wasser oder Salzwasser ist.
Wärmepumpenvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Heizmedium, das mittels des ersten Wärmetauschers (3) erwärmt worden ist, zur Zuführung von heißem Wasser zu einem Benutzer verwendet wird.
Wärmepumpenvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Heizmedium, das mittels des ersten Wärmetauschers (3) erwärmt worden ist, als Wärmequelle eines Heizsystems verwendet wird.
Wärmepumpenvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Hochdruck-Kühlmittel einen Druck gleich dem kritischen Druck oder höher als dieser aufweist.
Wärmepumpenvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Kühlmittel Kohlendioxid ist.
Wärmepumpenvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 11, wobei der Kompressor (2) einen Elektromotor (22) in seinem Inneren aufweist und das Wärmeübertragungsmittel (4) am Außenumfang (21) des Kompressors (2) in einer Position angeordnet ist, die dem Elektromotor (22) entspricht.
Wärmepumpenvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, weiter umfassend einen Speicher (7) zwischen dem zweiten Wärmetauscher (6) und dem Kompressor (2).