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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmepumpe sowie ein Verfahren
zum Kühlen
und/oder Heizen.
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Wärmepumpen
sind Vorrichtungen, die unter Aufwendung von Energie Wärme von
einem niedrigerem Temperaturniveau auf ein höheres heben. Aus dem Stand
der Technik sind unterschiedliche Systeme für Wärmepumpen bekannt, beispielsweise
sogenannte Kompressionswärmepumpen,
welche mit einem mechanischen Antrieb arbeiten, und Sorptionswärmepumpen,
wie beispielsweise Absorptionswärmepumpen,
und Dampfstrahlanlagen, welche mit einem thermischen Antrieb arbeiten.
Je nach Einsatzzweck, das heißt
ob eine Kühl-
oder eine Heizaufgabe gefordert ist, spricht man von Kältemaschinen oder
von Wärmepumpenheizungen.
Kältemaschinen werden
insbesondere zur Lebensmittelkühlung,
zu Gefrierprozessen, zur Klimatisierung von Klimakammern und in
der chemischen Industrie verwendet. Wärmepumpenheizungen hingegen
werden zur Wärmerückgewinnung,
Klimatisierung, Brauchwasser- und Heizwasserbereitung etc. eingesetzt.
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Nachteilig
an den aus dem Stand der Technik bekannten Wärmepumpen ist insbesondere,
dass sie aus der eingesetzten Energie zu wenig Kühl- bzw. Heizenergie zu liefern
vermögen.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wärmepumpe
und ein Verfahren zum Kühlen
und/oder Heizen zur Verfügung
zu stellen, die einen höheren
Wirkungsgrad bieten.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Wärmepumpe
gemäß Anspruch
1, eine Wärmepumpe
gemäß Anspruch
5 sowie ein Verfahren zum Kühlen
und/oder Heizen gemäß Anspruch
11 vorgeschlagen. Weitere Ausführungsformen
sind in den Unteransprüchen
beschrieben.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Wärmepumpe
vorgeschlagen, mit:
- – einem Kältemittel;
- – einem
ersten Kreislauf für
das Kältemittel,
der einen ersten Verdampfer, einen Kondensator, ein Entspannungsmittel,
das auf der einen Seite zwischen dem ersten Verdampfer und dem Kondensator
angeordnet ist, und mindestens ein Antriebsmittel für das Kältemittel,
das auf der anderen Seite zwischen dem Kondensator und dem ersten
Verdampfer angeordnet ist, umfasst;
- – einem
zweiten Kreislauf für
das Kältemittel,
der einen zweiten Verdampfer umfasst und der an einer Abzweigungsstelle,
die hinter dem Kondensator angeordnet ist, und einer Verbindungsstelle, die
hinter dem ersten Verdampfer angeordnet ist, mit dem ersten Kreislauf
verbunden ist.
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Es
kann vorteilhafterweise Wärme
in Form von Sonnenenergie dem ersten und/oder zweiten Verdampfer
zugeführt
werden, so dass die erfindungsgemäße Wärmepumpe und das erfindungsgemäße Verfahren
ausgesprochen sparsam betrieben werden können. Die Zufuhr von Wärme in Form
von Sonnenenergie ist insbesondere für den Kühlbetrieb der erfindungsgemäßen Wärmepumpe
und des erfindungsgemäßen Verfahrens
vorteilhaft.
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Das
Kältemittel,
mit welchem die erfindungsgemäße Vorrichtung
betreibbar ist, kann jedes aus dem Stand der Technik bekannte Kältemittel
sein. Bevorzugt ist dieses jedoch ausgewählt aus einer Gruppe umfassend
Wasser, Ammoniak, Alkohole, Amine, Salze, Schwefeldioxid und/oder
Flurchlorkohlenwasserstoffe. Unter Fluorchlorkohlenwasserstoffe im
Sinne der vorliegenden Erfindung fallen auch in der letzten Zeit
erst entwickelte moderne Substanzen, welche beispielsweise ausschließlich Fluor und/oder
Chlor aufweisen. Besonders bevorzugt im Sinne der vorliegenden Erfindung
ist als Kältemittel Ammoniak.
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Die
Antriebsmittel gemäß der vorliegenden Erfindung
können
in jeder bekannten Art und Weise ausgebildet sein. So können sie
beispielsweise einen mechanischen Antrieb, wie er schon von herkömmlichen
Kompressionswärmepumpen
bekannt ist, und/oder einen thermischen Antrieb, wie er schon von
herkömmlichen
Absorptionswärmepumpen
bekannt ist, umfassen.
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Es
kann vorgesehen sein, dass:
- – die Wärmepumpe
nach dem Kompressionsprinzip arbeitet;
- – die
Antriebsmittel eine Pumpe umfassen, die das flüssige Kältemittel vom Kondensator ansaugt und
zum ersten Verdampfer fördert;
- – die
Abzweigungsstelle zwischen dem Kondensator und der Pumpe angeordnet
ist;
- – die
Verbindungsstelle zwischen dem ersten Verdampfer und dem Entspannungsmittel
angeordnet ist.
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Es
kann aber auch vorgesehen sein, dass:
- – die Wärmepumpe
nach dem Kompressionsprinzip arbeitet;
- – die
Antriebsmittel einen Verdichter umfassen, der das gasförmige Kältemittel
vom ersten Verdampfer ansaugt und zum Kondensator fördert;
- – die
Abzweigungsstelle zwischen dem Kondensator und dem Entspannungsmittel
angeordnet ist;
- – die
Verbindungsstelle zwischen dem ersten Verdampfer und dem Verdichter
angeordnet ist.
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Wenn
die Wärmepumpe
nach dem Kompressionsprinzip arbeitet, dann können also die Antriebsmittel
eine Pumpe, die im Flüssigzweig
des ersten Kreislaufs zwischen dem Kondensator und dem ersten Verdampfer
sitzt, oder einen Verdichter, der im Gaszweig des ersten Kreislaufs
zwischen dem ersten Verdampfer und dem Kondensator sitzt, umfassen.
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Der
Verdichter gemäß der vorliegenden
Erfindung kann in jeder bekannten Art und Weise ausgebildet sein.
Insbesondere kann dieser ausgebildet sein als Hubkolbenverdichter,
Schraubenverdichter und/oder Turboverdichter, wobei besonders bevorzugt
ein Hubkolbenverdichter ist. Unter dem Begriff der Verdichter im
Sinne der vorliegenden Erfindung fallen auch Kompressoren. Die Verdichter
gemäß der vorliegenden
Erfindung arbeiten entweder nach dem Verdrängungsprinzip oder nach dem
Strömungs- oder
Beschleunigungsprinzip.
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Die
Pumpe gemäß der vorliegenden
Erfindung kommt mit dem flüssigen
Kältemittel
in Kontakt und nicht wie der Verdichter mit dem gasförmigen Kältemittel,
so dass deren Lebensdauer gegenüber einem
Verdichter erheblich erhöht
ist. Zudem können hier
auch weniger aufwendig ausgebildete Pumpen eingesetzt werden, da
das Kältemittel
hier bevorzugt nachfolgend der Pumpe noch im flüssigen Zustand vorliegt.
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Es
kann vorgesehen sein, dass:
- – die Wärmepumpe
nach dem Absorptionsprinzip arbeitet;
- – ein
Lösungsmittel
vorgesehen ist, in dem das Kältemittel
lösbar
ist;
- – ein
Lösungsmittelkreislauf
vorgesehen ist, der einen Austreiber, der einen Gasauslass für das ausgetriebene
Kältemittel,
einen Lösungsmittelauslass
für das
arme Lösungsmittel
und einen Lösungsmitteleinlass
für das
reiche Lösungsmittel aufweist,
einen Absorber, der einen Gaseinlass für das zu absorbierende Kältemittel,
einen Lösungsmittelauslass
für das
reiche Lösungsmittel und
einen Lösungsmitteleinlass
für das
arme Lösungsmittel
aufweist, und eine Lösungsmittelpumpe
umfasst;
- – der
Gasauslass mit dem Kondensator verbunden ist;
- – der
Gaseinlass mit dem ersten Verdampfer verbunden ist;
- – der
Lösungsmittelauslass
für das
arme Lösungsmittel
mit dem Lösungsmitteleinlass
für das arme
Lösungsmittel
verbunden ist;
- – der
Lösungsmittelauslass
für das
reiche Lösungsmittel
mit der Saugseite der Lösungsmittelpumpe
und die Druckseite der Lösungsmittelpumpe
mit dem Lösungsmitteleinlass
für das
reiche Lösungsmittel
verbunden ist;
- – die
Abzweigungsstelle zwischen dem Kondensator und dem Entspannungsmittel
angeordnet ist;
- – die
Verbindungsstelle zwischen dem ersten Verdampfer und dem Gaseinlass
angeordnet ist.
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Wenn
die Wärmepumpe
nach dem Absorptionsprinzip arbeitet, können also die Antriebsmittel
einen thermischen Antrieb umfassen, der den Austreiber und den Absorber
aufweist.
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Das
Entspannungsmittel erzeugt vorzugsweise einen Unterdruck und ist
dabei weiter bevorzugt ausgebildet als Strahlpumpe. Aber auch jegliche anderen
Entspannungsmittel, welche im Betrieb einen Unterdruck erzeugen,
sind geeignet. Als wesentliche Eignung muss das Entspannungsmittel
im Sinne der vorliegenden Erfindung aufweisen, dass es den an der
mindestens einen Abzweigungsstelle abgezweigten Teilstrom des Kältemittels
in mindestens einen zweiten Kreislauf ansaugt, und hierdurch den Druck
des Kältemittels
im Entspannungsmittel erhöht.
Dabei muss die Verbindungsstelle zwischen dem mindestens einem zweiten
Kreislauf und dem ersten Kreislauf nicht unmittelbar am Entspannungsmittel
liegen, sondern kann im Sinne der vorliegenden Erfindung auch in
Richtung des Kältemittelstroms
vor dem Entspannungsmittel, besonders bevorzugt unmittelbar vor
dem Entspannungsmittel, angeordnet sein. Durch das Entspannungsmittel
wird das Kältemittel
vorzugsweise auf einen spezifischen Druck des Kältemittels in Abhängigkeit
desselben, beispielsweise einen Druck von 15–30 bar, entspannt, wobei jedoch
auch Abweichungen hiervon möglich
sind, insbesondere ein leichter Über-
und einer leichter Unterdruck, insbesondere Abweichungen von +/–25% von
dem spezifischen Druck.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Wärmepumpe
vorgeschlagen, mit:
- – einem Kältemittel;
- – einem
ersten Kreislauf für
das Kältemittel,
der einen Kondensator und ein Entspannungsmittel umfasst, das eine
Strahlpumpe umfasst;
- – einem
zweiten Kreislauf für
das Kältemittel,
der einen Verdampfer umfasst und der an einer Abzweigungsstelle,
die hinter dem Kondensator angeordnet ist, und einer Verbindungsstelle,
die an dem Entspannungsmittel angeordnet ist, mit dem ersten Kreislauf
verbunden ist.
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Ein
Unterschied zu der Wärmepumpe
gemäß dem ersten
Aspekt liegt bei dem Entspan nungsmittel, das hier eine Strahlpumpe
umfasst, die zudem als Antriebsmittel dient. Außerdem kann hier der Verdampfer
im ersten Kreislauf entfallen. Diese Wärmepumpe gemäß dem zweiten
Aspekt kann auch sehr geringe Temperaturunterschiede am Verdampfer ausnutzen.
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Es
kann vorgesehen sein, dass:
- – die Strahlpumpe
als Radialpumpe mit einem Gehäuse
und einem Laufrad ausgebildet ist;
- – das
Gehäuse
einen ersten, axialen Einlass, einen den radial außen liegenden
Umfangsrand des Laufrads umgebenden Ringkanal mit anschließendem Auslass
und einen zweiten Einlass aufweist, der zwischen dem ersten Einlass
und dem Ringkanal angeordnet ist;
- – der
erste Einlass mit dem Kondensator verbunden ist;
- – der
Auslass mit dem Kondensator verbunden ist;
- – der
zweite Einlass mit dem Verdampfer verbunden ist, so dass die Verbindungsstelle
im Inneren des Gehäuses
liegt.
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Bei
den vorgeschlagenen Wärmepumpen wird
in dem mindestens einen Kondensator die durch die Entspannung gewonnene
Temperaturdifferenz in Form von Wärme abgegeben, wobei dann der
mindestens eine Kondensator als Heizung fungieren kann.
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Ein
Absperrorgan, welches nachfolgend eine Abzweigungsstelle des ersten
Kreislaufes im zweiten Kreislauf angeordnet sein kann, ist vorzugsweise
als ein Ventil, weiter bevorzugt als ein Drosselventil ausgebildet.
Hierdurch wird ein Teilstrom des Kältemittels aus dem ersten Kreislauf
entnommen und dem zweiten Kreislauf zugeführt, bevorzugt bei Normaldruck
und der dann vorliegenden niedrigen Temperatur des flüssigen Kältemittels.
Dieses flüssige
Kältemittel
wird dann dem mindestens einen Verdampfer des zweiten Kreislaufs
zugeführt
und in den gasförmigen
Zustand überführt, so
dass dieses dann am oder vor dem Entspannungsmittel wieder dem Kältemittelstrom
des ersten Kreislaufes zugeführt
wird, um den Druck am Entspannungsmittel zu erhöhen. Die mindestens eine Abzweigungsstelle
für den
zweiten Kreislauf kann dabei unmittelbar an dem mindestens einen
Kondensator des ersten Kreislaufes angeordnet sein, sie kann jedoch
auch nachfolgend diesem im Rohrleitungssystem angeordnet sein.
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Das
im zweiten Kreislauf transportierte, abgekühlte und flüssige Kältemittel kann dabei bevorzugt
mit einem Unterdruck beaufschlagt sein, welcher insbesondere durch
das Entspannungsmittel des ersten Kreislaufes erzeugt wird. Es kann
jedoch auch zugleich vor gesehen sein, dass über das Absperrorgan der Druck
in dem Rohrsystem des zweiten Kreislaufes reduziert wird, das heißt der entnommene
Teilstrom sogleich mit einem Unterdruck beaufschlagt ist.
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Gemäß einem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum
Kühlen und/oder
Heizen mittels einer Wärmepumpe
vorgeschlagen, wobei:
- – in einem ersten Kreislauf
ein Kältemittel
von einem Kondensator zu einem ersten Verdampfer gefördert wird;
- – nachfolgend
Wärme dem
Kältemittel
zugeführt wird
in dem ersten Verdampfer, so dass das Kältemittel verdampft;
- – anschließend das
verdampfte Kältemittel
entspannt wird;
- – schließlich Wärme dem
entspannten Kältemittel über den
nachgeschalteten Kondensator entzogen wird;
- – der
erste Kreislauf mit mindestens einem zweiten Kreislauf derart verbunden
wird, dass hinter dem Kondensator ein Teilstrom des Kältemittels aus
dem ersten Kreislauf abgezweigt und einem zweiten Verdampfer zugeführt wird;
- – das
in dem zweiten Verdampfer verdampfte Kältemittel hinter dem ersten
Verdampfer dem ersten Kreislauf wieder zugeführt wird.
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Bei
der Wärmepumpe
und dem Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung kann der Teilstrom des Kältemittels im zweiten Kreislauf über mindestens
ein Absperrorgan reguliert werden.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird durch die Entspannung ein spezifischer Druck des Kältemittels
in Abhängigkeit
desselben eingestellt. Der Druck liegt beispielsweise in einem Bereich
von 15 bis 30 bar und kann dabei auch um +/–25% schwanken. Weiterhin wird
vorteilhafterweise bei der Entspannung durch das Entspannungsmittel
ein Unterdruck erzeugt. Hierdurch wird das verdampfte Kältemittel
im zweiten Kreislauf angesaugt und wieder dem ersten Kreislauf zugeführt. Vorteilhafterweise dient
das Kältemittel
aus dem zweiten Kreislauf der Druckerhöhung bei der Entspannung, wodurch
der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch das erfindungsgemäße Verfahren
erhöht
wird.
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Bei
der Wärmepumpe
und dem Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung kann Wärme
dem mindestens einen ersten und/oder zweiten Verdampfer zugeführt werden
in jeder möglichen
Form, beispielsweise durch eine Feuerung mit Brennstoffen, durch
Solarenergie, Restwärme,
Umgebungswärme (dann
können
die Verdampfer als Kühlung
fungie ren), Abwärme
und/oder Strom. Bevorzugt wird jedoch die Energie dem mindestens
einen ersten Verdampfer in Form von Solarenergie und/oder Energie aus
einer Feuerung, insbesondere einer Heizung, zugeführt, wohingegen
dem zweiten Verdampfer Energie insbesondere in Form von Rest- bzw.
Raumwärme
bzw. Umgebungswärme/Abwärme zugeführt wird.
Der erste und/oder der zweite Verdampfer kann dabei als Trockenverdampfer
oder auch als überfluteter
Verdampfer ausgebildet sein.
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Gemäß einem
vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Strahlpumpe
vorgeschlagen, wobei:
- – die Strahlpumpe als Radialpumpe
mit einem Gehäuse
und einem Laufrad ausgebildet ist;
- – das
Gehäuse
einen ersten, axialen Einlass, einen den radial außen liegenden
Umfangsrand des Laufrads umgebenden Ringkanal mit anschließendem Auslass
und einen zweiten Einlass aufweist, der zwischen dem ersten Einlass
und dem Ringkanal angeordnet ist.
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Es
kann vorgesehen sein, dass der Ringkanal radial verdrillt ist. Dadurch
kann der Strömungsverlauf
in der Strahlpumpe verbessert werden.
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Die
Vorteile der erfindungsgemäßen Wärmepumpe
und des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden anhand der beigefügten
Figuren näher
erläutert. Es
sind:
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1 ein
schematischer Schaltplan einer Wärmepumpe
in einer ersten Ausführungsform;
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2 ein
schematischer Schaltplan einer Wärmepumpe
in einer zweiten Ausführungsform;
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3 ein
schematischer Schaltplan einer Wärmepumpe
in einer dritten Ausführungsform;
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4 eine
geschnittene Seitenansicht einer Strahlpumpe;
-
5 eine
Vorderansicht zu der 4;
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6 ein
schematischer Schaltplan einer Wärmepumpe
in einer vierten Ausführungsform.
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1 zeigt
eine erfindungsgemäße Wärmepumpe
in einer ersten Ausführungsform.
Bei dieser ersten Ausführungsform
arbeitet die Wärmepumpe nach
dem Kompressionsprinzip und weist einen ersten Kreislauf 10 und
einen zweiten Kreislauf 20 auf, wobei durch Pfeile die
jeweilige Fließrichtung
des Kältemittels,
beispielsweise Ammoniak, durch die mit Stri chen gekennzeichneten
Rohrleitungssysteme der Kreisläufe 10 und 20 verdeutlicht
ist. Das Kältemittel wird
nun über
eine Pumpe 11 auf einen höheren Druck, ausgehend von
beispielsweise etwa Normaldruck, verdichtet, und nachfolgend in
einem ersten Verdampfer 14 unter Zufuhr von Energie, beispielsweise
in Form von Solarenergie oder Verbrennungsenergie, insbesondere
Heizungsenergie, oder aber in Form von Umgebungswärme (Kühlung) verdampft. Nachfolgend
wird das verdampfte, unter Druck stehende Kältemittel einem Entspannungsmittel 16,
hier ausgebildet als Expansionsventil, zugeführt, und auf einen Normaldruck
oder einen spezifischen Druck des Kältemittels in Abhängigkeit
desselben, beispielsweise einen Druck von 15–30 bar, entspannt, wobei jedoch
auch Abweichungen hiervon möglich sind,
insbesondere ein leichter Über-
und einer leichter Unterdruck, insbesondere Abweichungen von +/–25% von
dem spezifischen Druck. Die dabei freiwerdende Energie wird über einen
Kondensator 18 abgegeben (Heizung). Unmittelbar an oder
hinter diesem Kondensator 18 ist eine Abzweigungsstelle 22 angeordnet,
mit welcher ein Teilstrom des Kältemittels,
unter Normaldruck stehend, über
ein Ventil 24, das hier ein Drosselventil mit einstellbarem
Querschnitt ist, aus dem ersten Kreislauf 10 abgezweigt und
dem zweiten Kreislauf 20 zugeführt werden kann. Dieses unter
Normaldruck stehende, abgekühlte
und flüssige
Kältemittel
wird einem zweiten Verdampfer 26 zugeführt, in welchem unter Zuführung von
Energie, beispielsweise in Form von Solarenergie oder Umgebungswärme (Kühlung) oder
Abwärme,
das flüssige
Kältemittel
wiederum verdampft und über
eine Verbindungsstelle 28 unmittelbar an oder vor dem Entspannungsmittel 16 des
ersten Kreislaufes 10 zur Erhöhung des Druckes des Kältemittels
selbigem zwecks Steigerungen des Wirkungsgrades zugeführt wird.
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2 zeigt
eine erfindungsgemäße Wärmepumpe
in einer zweiten Ausführungsform,
die der ersten Ausführungsform ähnelt. Daher
werden im Folgenden lediglich die Unterschiede dieser beiden Ausführungsformen
beschrieben werden. Bei dieser zweiten Ausführungsform arbeitet die Wärmepumpe ebenfalls
nach dem Kompressionsprinzip, weist aber an Stelle der Pumpe 11 der
ersten Ausführungsform einen
Verdichter 12 auf, der dort angeordnet ist, wo in der ersten
Ausführungsform
das Entspannungsmittel 16 angeordnet ist. Außerdem ist
hier das Entspannungsmittel 16 dort angeordnet, wo in der
ersten Ausführungsform
die Pumpe 11 angeordnet ist. In dem Verdichter 12 wird
das gasförmige
Kältemittel auf
einen höheren
Druck, ausgehend von beispielsweise etwa Normaldruck, verdichtet.
Die dabei zugeführte
Energie wird über
den Kondensator 18 abgegeben (Heizung). Unmittelbar an
oder hinter diesen Kondensator 18 ist hier nun die Abzweigungsstelle 22 angeordnet.
Das in dem zweiten Verdampfer 26 verdampfte Kältemittel
wird über
die Verbindungsstelle 28 hier nun unmittelbar an oder vor
dem Verdichter 12 zur Erhöhung des Druckes des Kältemittels
selbigem zwecks Steigerungen des Wirkungsgrades zugeführt.
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3 zeigt
eine erfindungsgemäße Wärmepumpe
in einer dritten Ausführungsform,
die der zweiten Ausführungsform ähnelt. Daher
werden im Folgenden lediglich die Unterschiede dieser beiden Ausführungsformen
beschrieben werden. Bei dieser dritten Ausführungsform arbeitet die Wärmepumpe nicht,
wie bei der ersten und der zweiten Ausführungsform, nach dem Kompressionsprinzip,
sondern nach dem Absorptionsprinzip. Sie weist zudem an Stelle des
Verdichters 12 der zweiten Ausführungsform einen thermischen
Antrieb auf, der von einem Lösungsmittelkreislauf 30 gebildet
wird. Die Wärmepumpe
weist hierzu neben dem Kältemittel
ein zweites Arbeitsmittel auf, nämlich
ein Lösungsmittel,
in dem das Kältemittel
lösbar
ist. Der Lösungsmittelkreislauf 30 weist
einen Austreiber 31, der einen Gasauslass für das ausgetriebene
Kältemittel,
einen Lösungsmittelauslass
für das
arme Lösungsmittel
und einen Lösungsmitteleinlass
für das
reiche Lösungsmittel
aufweist sowie mit einem Rektifikator (in der 3 dargestellt
durch den Bogen) ausgerüstet
ist, einen Absorber 32, der einen Gaseinlass für das zu absorbierende
Kältemittel,
einen Lösungsmittelauslass
für das
reiche Lösungsmittel
und einen Lösungsmitteleinlass
für das
arme Lösungsmittel
aufweist, und eine Lösungsmittelpumpe 33 auf.
Der Gasauslass des Austreibers 31 ist mit dem Kondensator 18 verbunden.
Der Gaseinlass des Absorbers 32 ist über die Verbindungsstelle 28 mit
dem ersten Verdampfer 14 und dem zweiten Verdampfer 26 verbunden.
Der Lösungsmittelauslass
für das
arme Lösungsmittel
des Austreibers 31 ist mit dem Lösungsmitteleinlass für das arme
Lösungsmittel
des Absorbers 32 verbunden, hier bevorzugt über ein
zweites Entspannungsmittel 34, das beispielsweise ein Expansionsventil
sein kann. Der Lösungsmittelauslass für das reiche
Lösungsmittel
des Absorbers 32 ist mit der Saugseite der Lösungsmittelpumpe 33 und
die Druckseite der Lösungsmittelpumpe 33 ist
mit dem Lösungsmitteleinlass
für das
reiche Lösungsmittel des
Austreibers 31 verbunden.
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Die
Lösungsmittelpumpe 33 fördert reiche Lösung, also
ein Gemisch mit hohem Anteil an in dem Lösungsmittel gelösten Kältemittel,
aus dem Absorber 32 zum Austreiber 31, wo durch
Wärmezufuhr, beispielsweise
in Form von Verbrennungsenergie oder Umgebungswärme (Kühlung), das Kältemittel aus
der Lösung
ausgetrieben oder verdampft wird. Das verdampfte Kältemittel
wird durch den Dampfdruck zum Kondensator 18 gefördert. Die
arme Lösung
strömt
zum zweiten Entspannungsmittel 34 und weiter zum Absorber 32.
Dort wird sie mit dem gasförmigen
Kältemittel,
das von den Verdampfern 14 und 26 zuströmt, durch
Absorption angereichert und als reiche Lösung von der Lösungsmittelpumpe 33 angesaugt.
Die bei der Absorption frei werdende Energie wird als Wärme vom
Absorber 32 abgeführt (Heizung).
Der Gasauslass des Austreibers 31 und der Gaseinlass des Absorbers 32 in
dieser dritten Ausführungsform
entsprechen also der Druckseite und der Saugseite des Verdichters 12 in
der zweiten Ausführungsform.
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Sowohl
bei der erfindungsgemäßen Wärmepumpe
als auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
kann vorgesehen sein, dass, je nach Größe und Auslegung der Wärmepumpe,
auch zwei oder mehr Verdampfer bzw. Kondensatoren vorgesehen wird (Kaskadenanordnung).
Ebenso können
zur Feineinstellung auch mehrere Absperrorgane, insbesondere Ventile,
zur Ableitung eines Teilstroms des Kältemittels aus dem ersten Kreislauf
in den mindestens einen zweiten Kreislauf vorgesehen sein. Des Weiteren
kann zur Steigerung des Wirkungsgrades auch mehr als ein zweiter
Kreislauf vorgesehen sein, nämlich
insbesondere ein zusätzlicher
dritter Kreislauf, welcher im wesentlichen identisch zu dem zweiten Kreislauf
aufgebaut ist.
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4 und 5 zeigen
eine Ausführungsform
des eine Strahlpumpe 35 umfassenden Entspannungsmittels 16.
Die Strahlpumpe 35 ist hier als Radialpumpe mit einem Gehäuse 36 und
einem Laufrad 37 ausgebildet. Das Gehäuse 36 weist einen
ersten, axialen Einlass 38, einen den radial außen liegenden
Umfangsrand des Laufrads 37 umgebenden Ringkanal 39 mit
anschließendem
Auslass – nicht dargestellt – und einen
zweiten Einlass 40 auf, der zwischen dem ersten Einlass 38 und
dem Ringkanal 39 angeordnet ist.
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6 zeigt
eine erfindungsgemäße Wärmepumpe
in einer vierten Ausführungsform,
die der ersten Ausführungsform ähnelt. Daher
werden im Folgenden lediglich die Unterschiede dieser beiden Ausführungsformen
beschrieben werden. Bei dieser vierten Ausführungsform arbeitet die Wärmepumpe ebenfalls
nach dem Kompressionsprinzip, weist aber als Entspannungsmittel
eine Strahlpumpe 35 auf, wie sie in den 4 und 5 gezeigt
ist. Außerdem entfallen
hier die Pumpe 11 und der erste Verdampfer 14 der
ersten Ausführungsform.
Die Strahlpumpe 35 dient hier als kombiniertes Entspannungs-
und Antriebsmittel.
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Der
erste Einlass 38 (4) der Strahlpumpe 35 ist
mit dem Ausgang des Kondensators 18 verbunden. Der Auslass
der Strahlpumpe 35 ist mit dem Eingang des Kondensators 18 verbunden.
Der zweite Einlass 40 (4) der Strahlpumpe 35 ist
mit dem Verdampfer 26 im zweiten Kreislauf 20 verbunden,
so dass die Verbindungsstelle 28 im Inneren des Gehäuses 36 liegt.
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Im
Betrieb wird das Laufrad 37 von einem Antrieb (nicht dargestellt)
rotiert, so dass das flüssige Kältemittel
durch den ersten, axialen Einlass 38 in axialer Richtung
in das Ge häuse 36 angesaugt
und radial nach außen
gefördert
wird, bis es in den Ringkanal 39 gelangt, wo es gesammelt
und zum Auslass geführt
wird. Auf diesem Weg vermischt es sich mit dem gasförmigen Kältemittel,
das durch die Strömung
des flüssigen
Kältemittels
durch den zweiten Einlass 40 in das Gehäuse 36 gesaugt wird.