DE102014013437A1

DE102014013437A1 - Wärmepumpe mit Kältemittelkreislauf

Info

Publication number: DE102014013437A1
Application number: DE102014013437.7A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Golüke
Original assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Current assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Priority date: 2014-09-16
Filing date: 2014-09-16
Publication date: 2016-03-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpe (100) mit einem Kältemittelkreislauf (300), in dem ein Verdichter (310), ein Luft-Kältemittel-Verdampfer (340), ein Verflüssiger (320) und ein Expansionsorgan (330) über Leitungen verbunden sind. Weiterhin ist ein Lüfter (800) in der Wärmepumpe (100) angeordnet, um einen Luftstrom (820) durch den Verdampfer (340) zu erzeugen. Der Lüfter (800) weist ein Lüfterrad (801) auf, das von einer Lüfterdüse (811) umgeben ist. Die Lüfterdüse (811) ist dabei mit einem Fluidkanal (370) des Kältemittelkreislaufs (300) verbunden. Der Fluidkanal (370) liegt in einer Strömungsrichtung (301) des Kältemittels in einem Heizbetrieb hinter dem Verflüssiger (320) und vor dem Expansionsorgan (330). An dieser Stelle befindet sich das Kältemittel im Betrieb der Wärmepumpe (100) auf einem Kondensationsdruck.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpe mit einem Kältemittelkreislauf, in dem ein Verdichter, ein Luft-Kältemittel-Verdampfer, ein Verflüssiger und ein Expansionsorgan über Leitungen verbunden sind. Ein Lüfter ist in der Wärmepumpe angeordnet und erzeugt einen Luftstrom durch den Verdampfer, wobei der Lüfter ein Lüfterrad aufweist, welches von einer Lüfterdüse umgeben ist. Im Bereich der Wärmepumpen- und Klimatechnik werden z. T. Axial-Lüfter eingesetzt, die zur Erhöhung der Effizienz in einer speziellen Lüfterdüse laufen. Die Lüfter sind bei mäßigen Druckdifferenzen einsetzbar und sind vergleichsweise leise. Die Lüfterdüsen sind üblicherweise aus Blech, Kunststoff oder Kunststoff-Schäumen hergestellt.
Bei den bekannten Konstruktionen ist der Abstand der Düse zum Lüfterrad klein und die thermischen Bedingungen der geführten Luft führen zu Problemen, dass das Lüfterrad an Unebenheiten, z. B. entstehendes Eis, anschlägt und Geräusche verursacht.
Aus DE 10 2009 049 628 A1 ist ein Lüfter mit einem Lüfterrad und einem Gehäuse bekannt. Das Gehäuse ist für einen elektrischen Motor zum Antreiben des Lüfterrads ausgelegt, wobei zwischen dem Lüfterrad und dem Gehäuse ein Spalt ausgebildet ist. Das Gehäuse ist im Bereich des Spalts beheizbar, insbesondere mit einem elektrisch beheizbaren Ring.
Aus DE 10 2012 108 449 A1 ist ein Wandring eines Lüfterrads mit einem Heizelement bekannt. Das Heizelement umfasst eine elektrisch leitende Heizschicht, die an der dem Lüfterrad zugewandten Innenseite des Wandrings angeordnet ist.
Marktbekannt sind Luft-Wasser-Wärmepumpen, bei denen mit einem Lüfter Außenluft durch einen Verdampfer gesaugt und dort abgekühlt wird. Der Verdampfer entzieht der Außenluft Wärme und überträgt diese an ein Kältemittel der Wärmepumpe. Nach dem Durchströmen des Verdampfers strömt die abgekühlte Außenluft durch den Lüfter.
Ausgehend vom Stand der Technik ist es Aufgabe Erfindung, eine Luft-Wasser-Wärmepumpe bereitzustellen, bei der ein störungsfreier und effizienter Betrieb ermöglicht ist und wobei möglichst wenig Energie verbraucht wird.
Gelöst ist die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.
Die Lüfterdüse ist mit einem Fluidkanal des Kältemittelkreislaufs wärmeaustauschend verbunden, wobei der Fluidkanal in einer Strömungsrichtung des Kältemittels in einem Heizbetrieb hinter dem Verflüssiger und vor dem Expansionsorgan liegt. Das Kältemittel befindet sich im Betrieb der Wärmepumpe auf einem Kondensationsdruck.
Somit wird die Lüfterdüse vorteilhaft in der Nähe des bewegten Lüfterrads von einem Fluidkanal erwärmt, der vom Verflüssiger des Kältekreises rückfließendes Kältemittel führt, und bleibt somit eisfrei. Der Fluidkanal kann vorteilhaft ein gecoiltes Rohr, ein Strangpressprofil mit Innenkanälen
oder auch ein im Rollbond- oder Z-Bond-Verfahren erstelltes Hohlkammerprofil sein.
Das weiter unterkühlte Kältemittel führt zu einer Effizienzsteigerung der Wärmepumpe.
Gemäß einem Gedanken der Erfindung ist ein Fluidkanal als wenigstens ein Rohr oder als eine Anordnung von Rohren ausgebildet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Rohr oder eine Anordnung von Rohren außen um die Lüfterdüse geführt.
Vorzugsweise ist eine Anordnung von Rohren innen in der Lüfterdüse geführt, die in eine Nut der Lüfterdüse eingelegt sind.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Anordnung von Rohren ein Hohlkammer-Strangpressprofil.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betrieb einer Luft-Wasser-Wärmepumpe vorgeschlagen. Vorzugsweise hat der im Verdampfer abgekühlte Außenluftstrom in Strömungsrichtung nach dem Verdampfer in der Lüfterdüse Kontakt mit der Oberfläche der Düse. Vorteilhaft nimmt die Düse Wärme vom Kältemittel auf. Das Kältemittel wird weiter unterkühlt und die Oberfläche der Lüfterdüse bleibt eisfrei.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird ausschließlich flüssiges Kältemittel in einem Rohr an die Lüfterdüse gebracht. Das Kältemittel befindet sich bereits vor dem Rohr in einem flüssigen Zustand und kühlt sich vorzugsweise im Rohr weiter ab.
Vorteilhaft fließt flüssiges Kältemittel vor dem Rohr durch eine Abtauschlange. In der Abtauschlange wird Wärme vom Kältemittel auf eine Abtauwanne übertragen. Vorzugsweise tritt nur flüssiges Kältemittel ohne nennenswerten Gasanteil in die Abtauschlange ein. Das Kältemittel kühlt sich in der Abtauschlange weiter ab. Gemäß einem Erfindungsgedanken wird das in der der Abtauschlange abgekühlte flüssige Kältemittel nach der Abtauschlange in das Rohr der Lüfterdüse gebracht, wo sich das bereits flüssige Kältemittel im Rohr weiter unterkühlt.
Die Figuren zeigen die Erfindung wie folgt:
1 Schaltbild der Wärmepumpe
2 Wärmepumpe ohne Seiten- und Frontwand mit einem Verdampfer und einem Lüfter.
3 Ausführungsbeispiel einer Lüfterdüse
4 Schnitt durch die Lüfterdüse mit einem Rohr
5 Vergrößerte Darstellung eines Abschnitts der Lüfterdüse mit Rohr.
Das Schaltbild der Wärmepumpenanlage 100 gemäß 1 zeigt einen Kältemittelkreislauf 300 mit einem Verflüssiger 320 und einem nachgeschalteten Sammler 325. Ein Kältemittel wird vom Verflüssiger 320 in einer Strömungsrichtung 301 zum Sammler 325 geführt. Weiter strömt das Kältemittel in Strömungsrichtung 301 zu einem Rohr 370 der Lüfterdüse 811. Die Lüfterdüse dient zur Strömungsführung von Außenluft in einer Strömungsrichtung 820. Die Außenluft wird in der Strömungsrichtung 820 durch einen Lüfter 800 mit einem Lüfterrad 801 erzeugt. Die Strömungsrichtung 820 ist so gerichtet, dass die Außenluft zunächst durch den Verdampfer 340 strömt und dann vom Lüfter 800 angesaugt wieder aus der Wärmepumpe 100 heraus strömt. Ein Verdichter 310 ist weiterhin im Kältemittelkreislauf 300 eingebunden. Der Verdichter 310 ist mit den Komponenten des Kältemittelkreislaufs 300, wie dem Verflüssiger 320, dem Verdampfer 340, einem Expansionsventil 330 über Kältemittelleitungen 360 verbunden.
Die in 2 dargestellte Luft-Wasser-Wärmepumpe 100 ist teilweise mit einer Front-210, Rück-220 aber ohne Seitenteile dargestellt. Auf einem Boden 260 sind einige Komponenten der Wärmepumpe 100 aufgebaut, so sind der Verdichter 310 und der Verdampfer 340 auf dem Boden 260 befestigt. Abgedeckt ist die Luft-Wasser-Wärmepumpe 100 mit einem Deckel 250. Zwischen dem Boden 260 und dem Deckel 250 befinden sich im Ausführungsbeispiel vorzugsweise die Komponenten des Kältemittelkreislaufs 300. Der Lüfter 800 mitsamt Lüfterrad 801 ist vorteilhaft an einer Seiten-, Rück- oder Vorderwand, dem Boden 260 oder dem Deckel 250 der Wärmepumpe 100 angeordnet. Die Lüfterdüse 811 ist im Ausführungsbeispiel an einer teilweise dargestellten Front 210 angeschlossen. Die Lüfterdüse 811 bildet die Strömungsführung der Außenluft nach außen. Der Außenluftstrom 820 wird von der Lüfterdüse 811 geführt.
In 3 ist die Lüfterdüse 811 mit einem Rohr 371 gezeigt, welches außen um die Lüfterdüse 811 gewickelt ist. In Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist das Rohr 371 dreifach um die Lüfterdüse 811 außen herum gewickelt. Die Enden 372/373 des Rohres 371 dienen zum Anschluss an den Kältemittelkreislauf 300.
In der Schnittdarstellung gemäß 4 wird näher gezeigt, wie ein Fluidkanal 370 außen um die Lüfterdüse 811 gewickelt ist
Auch in 5 ist vergrößert dargestellt, wie sich ein Rohr 371 an die Lüfterdüse 811 außen anschmiegt und für die Leitung von Kältemittel in den Rohren 371 vorgesehen ist. Im Betrieb der Wärmepumpe 100 wird somit Wärme vom im Fluidkanal 370 strömenden Kältemittel auf die Lüfterdüse 811 übertragen. Somit erfolgt eine Wärmeleitung vom Kältemittel, welches im Rohr 371 strömt durch die Wandung des Rohres 371 auf die Lüfterdüse 811. Weiter wird Wärme zur Oberfläche 812 der Lüfterdüse 811 geleitet, so dass die Oberfläche der Lüfterdüse 811 frei vom Eis bleibt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102009049628 A1 [0003]
DE 102012108449 A1 [0004]

Claims

Wärmepumpe 100 mit einem Kältemittelkreislauf 300, in dem ein Verdichter 310, ein Luft-Kältemittel-Verdampfer 340, ein Verflüssiger 320 und ein Expansionsorgan 330 über Leitungen 360 verbunden sind, ein Lüfter 800 in der Wärmepumpe 100 angeordnet ist um einen Luftstrom 820 durch den Verdampfer 340 zu erzeugen, wobei der Lüfter 800 ein Lüfterrad 801 aufweist, welches von einer Lüfterdüse 811 umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lüfterdüse 811 mit einem Fluidkanal 370 des Kältemittelkreislaufs 300 wärmeaustauschend verbunden ist, wobei der Fluidkanal 370 in einer Strömungsrichtung 301 des Kältemittels in einem Heizbetrieb hinter dem Verflüssiger 320 und vor dem Expansionsorgan 330 liegt, wo sich das Kältemittel im Betrieb der Wärmepumpe 100 auf einem Kondensationsdruck befindet.
Wärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidkanal 370 als wenigstens ein Rohr 371 oder eine Anordnung von Rohren 371 ausgebildet ist.
Wärmepumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr 371 oder die Anordnung von Rohren 371 außen um die Lüfterdüse 811 geführt ist.
Wärmepumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr 371 oder die Anordnung von Rohren 371 innen in der Lüfterdüse 811 geführt ist und insbesondere in eine Nut der Lüfterdüse 811 eingelegt ist.
Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung von Rohren 371 ein Hohlkammer-Strangpressprofil ist.
Verfahren zum Betrieb einer Luft-Wasserwärmepumpe 100 bei der ein Außenluftstrom 820 mit wenigstens einem Lüfterblatt 801 eines Lüfters 800 durch eine Lüfterdüse 811 erfolgt, der Außenluftstrom 820 zunächst durch einen Verdampfer 340 gesaugt wird, wo der Außenluftstrom abgekühlt wird, enthaltend den Verfahrensschritt, dass die Oberfläche der Düse 811, mit der der im Verdampfer 340 abgekühlte Außenluftstrom 820 in Strömungsrichtung 820 nach dem Verdampfer 340 in der Lüfterdüse 811 Kontakt hat, Wärme vom Kältemittel aufnimmt, welches im flüssigem Zustand mit einer Temperatur von ca. 10–60°C durch einen Fluidkanal 370 strömt, wobei das Kältemittel weiter um insbesondere ca. 1–10°C unterkühlt wird, und die Oberfläche der Lüfterdüse 811 eisfrei bleibt.
Verfahren nach Anspruch 6, enthaltend den Verfahrensschritt, dass ausschließlich flüssiges Kältemittel in einem Fluidkanal 370 an die Lüfterdüse 811 gebracht wird und sich das bereits vor dem Fluidkanal 370 im flüssigen Zustand befindliche Kältemittel im Fluidkanal 370 weiter abkühlt, insbesondere um ca. 3–8°C.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, enthaltend den Verfahrensschritt, dass flüssiges Kältemittel vor dem Fluidkanal 370 durch eine Abtauschlange 376 fließt, wo Wärme vom Kältemittel auf eine Abtauwanne 375 übertragen wird, wobei insbesondere nur flüssiges Kältemittel ohne nennenswerten Gasanteil in die Abtauschlange 376 eintritt, wo es weiter abgekühlt wird, insbesondere, um ca. 4–7°C, dass das in der Abtauschlange abgekühlte flüssige Kältemittel nach der Abtauschlange in den Fluidkanal 370 der Lüfterdüse 811 gebracht wird und sich das bereits vor dem Rohr im flüssigen Zustand befindliche unterkühlte Kältemittel im Fluidkanal 370, weiter unterkühlt, insbesondere auf ca. 2–20°C, 5–15°C oder ca. 10°C.