DE102016204153A1 - Heat pump system with pumps, method for operating a heat pump system and method for producing a heat pump system - Google Patents

Heat pump system with pumps, method for operating a heat pump system and method for producing a heat pump system Download PDF

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Abstract

Eine Wärmepumpenanlage umfasst: eine Wärmepumpeneinheit mit wenigstens einer Wärmepumpenstufe (200), wobei die wenigstens eine Wärmepumpenstufe (200) einen Verdampfer (202), einen Verdichter (204) und einen Verflüssiger (206) aufweist; einen ersten Wärmetauscher (212) an einer zu kühlenden Seite; einen zweiten Wärmetauscher (214) an einer zu erwärmenden Seite; eine erste Pumpe (208), die mit dem ersten Wärmetauscher (212) gekoppelt ist; und eine zweite Pumpe (210), die mit dem zweiten Wärmetauscher (214) gekoppelt ist, wobei die Wärmepumpenanlage eine Betriebsposition hat, wobei die Wärmepumpenanlage eine Betriebsposition hat, wobei die Wärmepumpeneinheit in der Betriebsposition oberhalb der ersten Pumpe (208) und der zweiten Pumpe (210) angeordnet ist, wobei in der Betriebsposition die erste Pumpe (208) oder die zweite Pumpe (210) an einem unteren Ende der Wärmepumpenanlage angeordnet sind, und wobei in der Betriebsposition der erste Wärmetauscher (212) und der zweite Wärmetauscher (214) ebenfalls unterhalb der Wärmepumpeneinheit an dem unteren Ende neben der ersten Pumpe (208) oder der zweiten Pumpe (210) angeordnet sind.A heat pump system comprises: a heat pump unit having at least one heat pump stage (200), the at least one heat pump stage (200) having an evaporator (202), a compressor (204) and a condenser (206); a first heat exchanger (212) on a side to be cooled; a second heat exchanger (214) on a side to be heated; a first pump (208) coupled to the first heat exchanger (212); and a second pump (210) coupled to the second heat exchanger (214), the heat pump system having an operating position, the heat pump system having an operating position, the heat pump unit being in the operating position above the first pump (208) and the second pump (210), wherein in the operating position, the first pump (208) or the second pump (210) are arranged at a lower end of the heat pump system, and wherein in the operating position of the first heat exchanger (212) and the second heat exchanger (214) are also disposed below the heat pump unit at the lower end adjacent to the first pump (208) or the second pump (210).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Wärmepumpen zum Heizen, Kühlen oder für eine sonstige Anwendung einer Wärmepumpe.The present invention relates to heat pumps for heating, cooling or for any other application of a heat pump.

8A und 8B stellen eine Wärmepumpe dar, wie sie in dem europäischen Patent EP 2016349 B1 beschrieben ist. Die Wärmepumpe umfasst zunächst einen Verdampfer 10 zum Verdampfen von Wasser als Arbeitsflüssigkeit, um ausgangsseitig einen Dampf in einer Arbeitsdampfleitung 12 zu erzeugen. Der Verdampfer umfasst einen Verdampfungsraum (in 8A nicht gezeigt) und ist ausgebildet, um in dem Verdampfungsraum einen Verdampfungsdruck kleiner als 20 hPa zu erzeugen, so dass das Wasser bei Temperaturen unter 15°C im Verdampfungsraum verdampft. Das Wasser ist z. B. Grundwasser, im Erdreich frei oder in Kollektorrohren zirkulierende Sole, also Wasser mit einem bestimmten Salzgehalt, Flusswasser, Seewasser oder Meerwasser. Es können alle Arten von Wasser, also kalkhaltiges Wasser, kalkfreies Wasser, salzhaltiges Wasser oder salzfreies Wasser verwendet werden. Dies liegt daran, dass alle Arten von Wasser, also alle diese ”Wasserstoffe”, die günstige Wasser-Eigenschaft haben, nämlich dass Wasser, das auch als ”R 718” bekannt ist, ein für den Wärmepumpen-Prozess nutzbares Enthalpie-Differenz-Verhältnis von 6 hat, was dem mehr als 2-fachen des typischen nutzbaren Enthalpie-Differenz-Verhältnisses von z. B. R134a entspricht. 8A and 8B represent a heat pump, as described in the European patent EP 2016349 B1 is described. The heat pump initially includes an evaporator 10 to evaporate water as a working fluid to the output side, a steam in a working steam line 12 to create. The evaporator comprises an evaporation space (in 8A not shown) and is designed to generate an evaporation pressure of less than 20 hPa in the evaporation space, so that the water evaporates at temperatures below 15 ° C in the evaporation space. The water is z. As groundwater, free in the ground or in collector pipes circulating brine, so water with a certain salinity, river water, seawater or seawater. It can be used all types of water, ie calcareous water, lime-free water, saline water or salt-free water. This is because all types of water, that is, all of these "hydrogens", have the favorable water property, namely that water, also known as "R 718", is an enthalpy difference ratio useful for the heat pump process of 6 has, which is more than 2 times the typical usable enthalpy difference ratio of z. B. R134a corresponds.

Der Wasserdampf wird durch die Saugleitung 12 einem Verdichter/Verflüssiger-System 14 zugeführt, das eine Strömungsmaschine wie z. B. einen Radialverdichter, beispielsweise in Form eines Turboverdichters aufweist, der in 8A mit 16 bezeichnet ist. Die Strömungsmaschine ist ausgebildet, um den Arbeitsdampf auf einen Dampfdruck zumindest größer als 25 hPa zu verdichten. 25 hPa korrespondiert mit einer Verflüssigungstemperatur von etwa 22°C, was zumindest an relativ warmen Tagen bereits eine ausreichende Heizungs-Vorlauftemperatur einer Fußbodenheizung sein kann. Um höhere Vorlauftemperaturen zu generieren, können Drücke größer als 30 hPa mit der Strömungsmaschine 16 erzeugt werden, wobei ein Druck von 30 hPa eine Verflüssigungstemperatur von 24°C hat, ein Druck von 60 hPa eine Verflüssigungstemperatur von 36°C hat, und ein Druck von 100 hPa einer Verflüssigungstemperatur von 45°C entspricht. Fußbodenheizungen sind ausgelegt, um mit einer Vorlauftemperatur von 45°C auch an sehr kalten Tagen ausreichend heizen zu können.The water vapor gets through the suction line 12 a compressor / condenser system 14 supplied, which is a turbomachine such. B. has a centrifugal compressor, for example in the form of a turbocompressor, in 8A With 16 is designated. The turbomachine is designed to compress the working steam to a vapor pressure at least greater than 25 hPa. 25 hPa corresponds to a liquefaction temperature of about 22 ° C, which can already be a sufficient heating flow temperature of a floor heating, at least on relatively warm days. In order to generate higher flow temperatures, pressures greater than 30 hPa can be achieved with the turbomachine 16 wherein a pressure of 30 hPa has a liquefaction temperature of 24 ° C, a pressure of 60 hPa has a liquefaction temperature of 36 ° C, and a pressure of 100 hPa corresponds to a liquefaction temperature of 45 ° C. Underfloor heating systems are designed to heat sufficiently with a flow temperature of 45 ° C, even on very cold days.

Die Strömungsmaschine ist mit einem Verflüssiger 18 gekoppelt, der ausgebildet ist, um den verdichteten Arbeitsdampf zu verflüssigen. Durch das Verflüssigen wird die in dem Arbeitsdampf enthaltene Energie dem Verflüssiger 18 zugeführt, um dann über den Vorlauf 20a einem Heizsystem zugeführt zu werden. Über den Rücklauf 20b fließt das Arbeitsfluid wieder in den Verflüssiger zurück.The turbomachine is with a condenser 18 coupled, which is adapted to liquefy the compressed working steam. By liquefying the energy contained in the working steam is the condenser 18 then fed over the flow 20a to be supplied to a heating system. About the return 20b the working fluid flows back into the condenser.

Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, dem energiereichen Wasserdampf direkt durch das kältere Heizungswasser die Wärme(-energie) zu entziehen, welche vom Heizungswasser aufgenommen wird, so dass dieses sich erwärmt. Dem Dampf wird hierbei so viel Energie entzogen, dass dieser verflüssigt wird und ebenfalls am Heizungskreislauf teilnimmt.According to the invention, it is preferable to extract from the high-energy steam directly through the colder heating water the heat (energy) which is taken up by the heating water so that it heats up. The steam is so much energy withdrawn that this is liquefied and also participates in the heating circuit.

Damit findet ein Materialeintrag in den Verflüssiger bzw. das Heizungssystem statt, der durch einen Ablauf 22 reguliert wird, derart, dass der Verflüssiger in seinem Verflüssigerraum einen Wasserstand hat, der trotz des ständigen Zuführens von Wasserdampf und damit Kondensat immer unterhalb eines Maximalpegels bleibt.Thus, a material entry takes place in the condenser or the heating system, which by a sequence 22 is regulated, such that the condenser has a water level in its condenser, which remains despite the constant supply of water vapor and thus condensate always below a maximum level.

Wie es bereits ausgeführt worden ist, wird es bevorzugt, einen offenen Kreislauf zu nehmen, also das Wasser, das die Wärmequelle darstellt, direkt ohne Wärmetauscher zu verdampfen. Alternativ könnte jedoch auch das zu verdampfende Wasser zunächst über einen Wärmetauscher von einer externen Wärmequelle aufgeheizt werden. Darüber kann, um auch Verluste für den zweiten Wärmetauscher, der auf Verflüssiger-Seite bisher notwendigerweise vorhanden ist, zu vermeiden, auch dort das Medium direkt verwendet, werden, wenn an ein Haus mit Fußbodenheizung gedacht wird, das Wasser, das von dem Verdampfer stammt, direkt in der Fußbodenheizung zirkulieren zu lassen.As has already been stated, it is preferred to take an open circuit, ie to evaporate the water, which is the heat source, directly without a heat exchanger. Alternatively, however, the water to be evaporated could first be heated by a heat exchanger from an external heat source. In addition, in order to avoid losses for the second heat exchanger, which has so far necessarily been present on the condenser side, the medium is also used directly there, when thinking of a house with underfloor heating, the water originating from the evaporator to circulate directly in the underfloor heating.

Alternativ kann jedoch auch auf Verflüssiger-Seite ein Wärmetauscher angeordnet werden, der mit dem Vorlauf 20a gespeist wird und der den Rücklauf 20b aufweist, wobei dieser Wärmetauscher das im Verflüssiger befindliche Wasser abkühlt und damit eine separate Fußbodenheizungsflüssigkeit, die typischerweise Wasser sein wird, aufheizt.Alternatively, however, a heat exchanger can be arranged on the condenser side, with the flow 20a is fed and the return 20b wherein this heat exchanger cools the water in the condenser and thus heats a separate underfloor heating liquid, which will typically be water.

Aufgrund der Tatsache, dass als Arbeitsmedium Wasser verwendet wird, und aufgrund der Tatsache, dass von dem Grundwasser nur der verdampfte Anteil in die Strömungsmaschine eingespeist wird, spielt der Reinheitsgrad des Wassers keine Rolle. Die Strömungsmaschine wird, genauso wie der Verflüssiger und die ggf. direkt gekoppelte Fußbodenheizung immer mit destilliertem Wasser versorgt, derart, dass das System im Vergleich zu heutigen Systemen einen reduzierten Wartungsaufwand hat. Anders ausgedrückt ist das System selbstreinigend, da dem System immer nur destilliertes Wasser zugeführt wird und das Wasser im Ablauf 22 somit nicht verschmutzt ist.Due to the fact that water is used as the working medium, and due to the fact that only the evaporated portion of the groundwater is fed into the turbomachine, the purity of the water does not matter. The turbomachine, as well as the condenser and possibly directly coupled underfloor heating always supplied with distilled water, so that the system has a reduced maintenance compared to today's systems. In other words, the system is self-cleaning because the system is always fed only distilled water and the water in the drain 22 thus not polluted.

Darüber hinaus sei darauf hingewiesen, dass Strömungsmaschinen die Eigenschaften haben, dass sie – ähnlich einer Flugzeugturbine – das verdichtete Medium nicht mit problematischen Stoffen, wie beispielsweise Öl, in Verbindung bringen. Stattdessen wird der Wasserdampf lediglich durch die Turbine bzw. den Turboverdichter verdichtet, jedoch nicht mit Öl oder einem sonstigen die Reinheit beeinträchtigenden Medium in Verbindung gebracht und damit verunreinigt. In addition, it should be noted that turbomachines have the properties that they - similar to an aircraft turbine - the compressed medium not with problematic substances, such as oil, in connection. Instead, the water vapor is compressed only by the turbine or the turbocompressor, but not associated with oil or other purity impairing medium and thus contaminated.

Das durch den Ablauf abgeführte destillierte Wasser kann somit – wenn keine sonstigen Vorschriften im Wege stehen – ohne Weiteres dem Grundwasser wieder zugeführt werden. Alternativ kann es jedoch auch z. B. im Garten oder in einer Freifläche versickert werden, oder es kann über den Kanal, sofern dies Vorschriften gebieten – einer Kläranlage zugeführt werden.The distilled water discharged through the drain can thus - if no other regulations stand in the way - be readily returned to the groundwater. Alternatively, however, it may also be z. B. in the garden or in an open space to be seeped, or it can be supplied via the channel, if regulations dictate - a sewage treatment plant.

Die Kombination von Wasser als Arbeitsmittel mit dem um das 2-fache besseren nutzbaren Enthalpie-Differenz-Verhältnis im Vergleich zu R134a und aufgrund der damit reduzierten Anforderungen an die Geschlossenheit des Systems, und aufgrund des Einsatzes der Strömungsmaschine, durch den effizient und ohne Reinheitsbeeinträchtigungen die erforderlichen Verdichtungsfaktoren erreicht werden, wird ein effizienter und umweltneutraler Wärmepumpenprozess geschaffen.The combination of water as a working fluid with the two times better usable enthalpy difference ratio compared to R134a and because of the reduced requirements for the closed system, and due to the use of the turbomachine, by the efficient and without purity impairments required compression factors are achieved, an efficient and environmentally neutral heat pump process is created.

8B zeigt eine Tabelle zur Illustration verschiedener Drücke und den diesen Drücken zugeordneten Verdampfungstemperaturen, woraus sich ergibt, dass insbesondere für Wasser als Arbeitsmedium recht niedrige Drücke im Verdampfer zu wählen sind. 8B shows a table to illustrate various pressures and the associated evaporation pressures associated with these pressures, which results in that, in particular for water as the working medium quite low pressures in the evaporator are to be selected.

Die DE 4431887 A1 offenbart eine Wärmepumpenanlage mit einem leichtgewichtigen, großvolumigen Hochleistungs-Zentrifugalkompressor. Ein Dampf, der einen Kompressor einer zweiten Stufe verlässt, besitzt eine Sättigungstemperatur, die die Umgebungstemperatur oder diejenige eines verfügbaren Kühlwassers übersteigt, wodurch eine Wärmeabfuhr ermöglicht wird. Der komprimierte Dampf wird von dem Kompressor der zweiten Stufe in die Kondensatoreinheit überführt, die aus einer Schüttschicht besteht, die innerhalb einer Kühlwassersprüheinrichtung an einer Oberseite, die durch eine Wasserzirkulationspumpe versorgt wird, vorgesehen ist. Der komprimierte Wasserdampf steigt in dem Kondensor durch die Schüttschicht an, wo sie in direktem Gegenstromkontakt mit dem nach unten strömenden Kühlwasser gelangt. Der Dampf kondensiert und die latente Wärme der Kondensation, die durch das Kühlwasser absorbiert wird, wird an die Atmosphäre über das Kondensat und das Kühlwasser ausgestoßen, die zusammen aus dem System entfernt werden. Der Kondensor wird kontinuierlich mit nicht kondensierbaren Gasen mittels einer Vakuumpumpe über eine Rohrleitung gespült.The DE 4431887 A1 discloses a heat pump system with a lightweight, large capacity, high performance centrifugal compressor. A vapor exiting a second stage compressor has a saturation temperature which exceeds the ambient temperature or that of available cooling water, thereby allowing for heat removal. The compressed vapor is transferred from the second stage compressor to the condenser unit consisting of a packed bed provided inside a cooling water sprayer at an upper surface supplied by a water circulating pump. The compressed water vapor rises in the condenser through the packed bed where it passes in direct countercurrent contact with the downwardly flowing cooling water. The vapor condenses and the latent heat of condensation absorbed by the cooling water is expelled to the atmosphere via the condensate and the cooling water, which are removed together from the system. The condenser is continuously purged with non-condensable gases by means of a vacuum pump via a pipeline.

Die WO 2014072239 A1 offenbart einen Verflüssiger mit einer Kondensationszone zum Kondensieren von zu kondensierendem Dampf in einer Arbeitsflüssigkeit. Die Kondensationszone ist als Volumenzone ausgebildet und hat eine seitliche Begrenzung zwischen dem oberen Ende der Kondensationszone und dem unteren Ende. Ferner umfasst der Verflüssiger eine Dampfeinleitungszone, die sich entlang des seitlichen Endes der Kondensationszone erstreckt und ausgebildet ist, um zu kondensierenden Dampf seitlich über die seitliche Begrenzung in die Kondensationszone zuzuführen. Damit wird, ohne das Volumen des Verflüssigers zu vergrößern, die tatsächliche Kondensation zu einer Volumenkondensation gemacht, weil der zu verflüssigende Dampf nicht nur frontal von einer Seite in ein Kondensationsvolumen bzw. in die Kondensationszone eingeleitet wird, sondern seitlich und vorzugsweise von allen Seiten. Damit wird nicht nur sichergestellt, dass das zur Verfügung gestellte Kondensationsvolumen bei gleichen äußeren Abmessungen im Vergleich zu einer direkten Gegenstromkondensation vergrößert wird, sondern dass gleichzeitig auch die Effizienz des Kondensators verbessert wird, weil der zu verflüssigende Dampf in der Kondensationszone eine Stromrichtung quer zu der Strömungsrichtung der Kondensationsflüssigkeit aufweist.The WO 2014072239 A1 discloses a condenser with a condensation zone for condensing vapor to be condensed in a working fluid. The condensation zone is formed as a volume zone and has a lateral boundary between the upper end of the condensation zone and the lower end. Further, the condenser comprises a steam introduction zone which extends along the lateral end of the condensation zone and is designed to supply condensing vapor laterally across the lateral boundary into the condensation zone. Thus, without increasing the volume of the condenser, the actual condensation is made into a volume condensation, because the vapor to be liquefied is introduced not only head-on from one side into a condensation volume or into the condensation zone, but laterally and preferably from all sides. This not only ensures that the condensation volume provided is increased at the same external dimensions compared to a direct countercurrent condensation, but that at the same time the efficiency of the capacitor is improved because the vapor to be liquefied in the condensation zone, a current direction transverse to the flow direction having the condensation liquid.

Bei Wärmepumpenanlagen ist insbesondere dann, wenn Wärmepumpenanlagen zum Heizen oder Kühlen eingesetzt werden sollen, zum Beispiel aber nicht ausschließlich im Bereich kleiner bzw. mittlerer Leistungen nachteilhaft, wenn die Wärmepumpenanlagen unzuverlässig laufen bzw. sehr sperrig sind. Eine solche Problematik kann auftreten, wenn die Arbeitsflüssigkeit z. B. bei relativ niedrigem Druck gehalten wird, wie es beispielsweise bei Wasser als Arbeitsflüssigkeit der Fall ist. Dann ist insbesondere bei der Verwendung von Pumpen zu beachten, dass der Druck in der Arbeitsflüssigkeit auf der Saugseite der Pumpe nicht zu gering wird. Würde dies nämlich auftreten, dann würde die Aktivität der Pumpe, nämlich wenn das Pumpenrad der Flüssigkeit Energie zuführt, dazu führen, dass in der Flüssigkeit Blasen entstehen. Diese Blasen fallen dann wieder in sich zusammen. Dieser Vorgang wird als „Kavitieren” bezeichnet. Findet ein Kavitieren überhaupt bzw. mit einer bestimmten Intensität statt, so kann diese auf die Dauer zu Beschädigungen der Pumpenräder und damit zu einer reduzierten Standzeit der Wärmepumpenanlage führen. Darüber hinaus führt ein bereits beschädigtes, jedoch noch laufendes Pumpenrad dazu, dass die Pumpeffizienz nachlässt. Wenn diese nachlassende Effizienz der Pumpe mit einer höheren Pumpleistung aufgefangen wird, führt dies zu einem Energieverbrauch, der prinzipiell nicht sein müsste und damit zu einer reduzierten Effizienz der Wärmepumpenanlage. Wird dagegen die Pumpleistung nicht kompensiert, so führt eine bereits durch zu starke Kavitation beschädigte, jedoch noch lauffähige Pumpe dazu, dass das geförderte Pumpvolumen kleiner wird, was ebenfalls in einer reduzierten Effizienz der Wärmepumpenanlage resultiert.In heat pump systems, in particular, when heat pump systems are to be used for heating or cooling, for example, but not exclusively in the area of low or medium power disadvantageous if the heat pump systems run unreliable or very bulky. Such a problem can occur when the working fluid z. B. is maintained at a relatively low pressure, as is the case for example with water as the working fluid. Then, especially when using pumps, it must be ensured that the pressure in the working fluid on the suction side of the pump does not become too low. If this were to occur, then the activity of the pump, namely, when the pump impels energy to the fluid, would cause bubbles to form in the fluid. These bubbles then collapse again. This process is called "cavitating". If a cavitation takes place at all or with a specific intensity, this can lead in the long run to damage to the pump wheels and thus to a reduced service life of the heat pump system. In addition, an already damaged but still running impeller causes the pumping efficiency to decrease. If this decreasing efficiency of the pump is absorbed with a higher pumping power, this leads to an energy consumption, which in principle would not have to be and thus to a reduced efficiency of the Heat pump system. If, on the other hand, the pumping power is not compensated, a pump which has already been damaged by excessive cavitation but is still able to run results in the pumped volume pumped becoming smaller, which likewise results in a reduced efficiency of the heat pump system.

Weitere Aspekte einer Wärmepumpenanlage mit Wärmetauschern besteht darin, wie die Wärmepumpenanlage in Betrieb genommen werden kann, wobei bei einer ersten Inbetriebnahme oder bei einer Inbetriebnahme nach einem Wartungsstopp die Wärmetauscher zu befüllen sind. So ist prinzipiell ein Wärmetauscher auf der Kaltwasserseite und ein Wärmetauscher an der Warmwasser- oder Kühlwasserseite vorgesehen. Für diese Wärmetauscher, die typischerweise sehr schwer sind, gilt, dass sie mit Pumpen und Wärmepumpenstufen günstig gekoppelt werden sollen, und dass sie zusätzlich wartungsfreundlich sind und insbesondere auch derart installiert sind, dass eine Inbetriebnahme oder Außerbetriebnahme der Wärmepumpenanlage möglichst einfach und damit sicher und servicefreundlich stattfinden kann.Other aspects of a heat pump system with heat exchangers is how the heat pump system can be put into operation, which are to be filled at a first commissioning or commissioning after a maintenance stop, the heat exchanger. Thus, in principle, a heat exchanger on the cold water side and a heat exchanger on the hot water or cooling water side is provided. For these heat exchangers, which are typically very heavy, it is important that they are coupled with pumps and heat pump stages, and that they are additionally easy to maintain and in particular also installed such that commissioning or decommissioning of the heat pump system as simple and therefore safe and easy to service can take place.

Ein weiterer Punkt, der eine erhebliche Rolle spielt, ist die Verwendung von mehreren Wärmepumpenstufen in einer Wärmepumpenanlage und die Verkopplung der Wärmepumpenstufen untereinander oder mit diversen Pumpen oder diversen Wärmetauschern, um eine optimale Wärmepumpenanlage zu schaffen, die effizient arbeitet, die eine gute Standzeit hat, oder die flexibel für diverse Betriebsbedingungen einsetzbar ist.Another point that plays a significant role is the use of several heat pump stages in a heat pump plant and the coupling of the heat pump stages with each other or with various pumps or various heat exchangers to create an optimal heat pump system that works efficiently, which has a good life, or which can be used flexibly for various operating conditions.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Wärmepumpenanlage, ein Verfahren zum Herstellen einer Wärmepumpenanlage sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpenanlage zu schaffen.The object of the present invention is to provide an improved heat pump system, a method for manufacturing a heat pump system and a method for operating a heat pump system.

Diese Aufgabe wird durch eine Wärmepumpenanlage nach Patentanspruch 1, ein Verfahren zum Herstellen einer Wärmepumpenanlage nach Patentanspruch 31 oder ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpenanlage nach Patentanspruch 32 gelöst.This object is achieved by a heat pump system according to claim 1, a method for manufacturing a heat pump system according to claim 31 or a method for operating a heat pump system according to claim 32.

Bei einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die Wärmetauscher unten in der Wärmepumpenanlage angeordnet, und zwar unterhalb der Pumpen. Eine solche Wärmepumpenanlage umfasst eine Wärmepumpeneinheit mit wenigstens einer und vorzugsweise mehreren Wärmepumpenstufen. Ferner ist ein erster Wärmetauscher an einer zu kühlenden Seite vorgesehen. Darüber hinaus ist ein zweiter Wärmetauscher an einer zu erwärmenden Seite vorgesehen. Ferner existiert eine erste Pumpe, die mit dem ersten Wärmetauscher gekoppelt ist, und eine zweite Pumpe, die mit dem zweiten Wärmetauscher gekoppelt ist. Die Wärmepumpenanlage hat eine Betriebsposition, in der die erste Pumpe und die zweite Pumpe oberhalb des ersten und des zweiten Wärmetauschers angeordnet sind. Darüber hinaus ist die Wärmepumpeneinheit mit der einen oder den mehreren Wärmepumpenstufen oberhalb der ersten und der zweiten Pumpe angeordnet.In one aspect of the present invention, the heat exchangers are located at the bottom of the heat pump system, below the pumps. Such a heat pump system comprises a heat pump unit with at least one and preferably several heat pump stages. Furthermore, a first heat exchanger is provided on a side to be cooled. In addition, a second heat exchanger is provided on a side to be heated. Further, there is a first pump coupled to the first heat exchanger and a second pump coupled to the second heat exchanger. The heat pump system has an operating position in which the first pump and the second pump are arranged above the first and second heat exchangers. In addition, the heat pump unit is disposed with the one or more heat pump stages above the first and second pumps.

Vorteile dieser Anordnung gemäß einem Aspekt der Erfindung ist der tiefe Schwerpunkt. Die Wärmetauscher sind typischerweise am schwersten. Oberhalb der Wärmetauscher ist bei dem Ausführungsbeispiel das Pumpenmodul angeordnet, wobei ferner gegebenenfalls bei der Verwendung mehrerer Wärmepumpenstufen ein Mischermodul wieder oberhalb des Pumpenmoduls angeordnet ist. Der eine oder die mehreren Behälter mit dem einen der den mehreren Verdichtern der Wärmepumpenstufen sind am höchsten Punkt angeordnet. Ein besonderer Vorteil bei den Anordnungen der Verdichter am höchsten Punkt besteht darin, dass sie im Aus-Zustand trocken sind. Dann läuft nämlich die Arbeitsflüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, aufgrund der Schwerkraft nach unten ab.Advantages of this arrangement according to one aspect of the invention is the low center of gravity. The heat exchangers are typically the heaviest. Above the heat exchangers, the pump module is arranged in the exemplary embodiment, wherein, optionally, when using a plurality of heat pump stages, a mixer module is again arranged above the pump module. The one or more containers with the one of the plurality of compressors of the heat pump stages are arranged at the highest point. A particular advantage with the arrangements of the compressors at the highest point is that they are dry in the off-state. Then, namely, the working fluid, such as water, runs downwards due to gravity.

Diese Anordnung mit unten vorgesehenen Wärmetauschern zeichnet sich durch einen leichten Aufbau aus. Zunächst werden die Wärmetauscher z. B. in einem Wärmepumpenanlagengestell montiert. Dann wird das Pumpenmodul, gegebenenfalls das Mischer- bzw. Wegemodul und schließlich die eine oder die mehreren Wärmepumpenstufen aufgesetzt. Vorzugsweise werden hier die Wärmetauscher liegend angeordnet. Dies führt dazu, dass beim Befüllen der Wärmepumpenanlage bei einer ersten Inbetriebnahme oder bei einer Inbetriebnahme nach einem Wartungsintervall keine Lufteinschlüsse stattfinden, dass die Wärmepumpenanlage also selbstentlüftend ist.This arrangement with below provided heat exchangers is characterized by a lightweight construction. First, the heat exchanger z. B. mounted in a heat pump system frame. Then the pump module, optionally the mixer or Wegemodul and finally the one or more heat pump stages is placed. Preferably, the heat exchangers are arranged lying here. This means that when filling the heat pump system at a first startup or commissioning after a maintenance interval no air bubbles take place, so that the heat pump system is self-venting.

Darüber hinaus wird es bei diesem Ausführungsbeispiel bevorzugt, dass sämtliche Pumpen in Fallrohren, also nicht in Steigrohren angeordnet sind. Insbesondere sind die Pumpen so angeordnet, dass die Saugseite der Pumpe im Fallrohr möglichst weit unten angeordnet ist. Damit wird bereits kinetische Energie aus der Fallhöhe der Wassersäule gewonnen und der Druck auf der Saugseite der Pumpe ist höher als in einer von unten nach oben verlaufenden Steigleitung. Damit wird die minimale Wassersäule auf der Saugseite der Pumpe kleiner als vom Pumpenhersteller gefordert. Damit kann zum einen eine Kavitation überhaupt bzw. eine zu starke Kavitation verhindert werden. Zum anderen wird eine kompakte Wärmepumpenanlage erreicht, die für einen Einsatz keinen besonders großen Raum in Anspruch nimmt. Dies liegt daran, dass die Rohrverbindungen vor der Saugseite der Pumpe kurz gemacht werden können. Damit wird die gesamte Anlage kompakter und damit weniger sperrig. Auch Gewichtseinsparungen können durch einen kompakteren Aufbau erreicht werden.In addition, it is preferred in this embodiment that all pumps are arranged in downpipes, not in risers. In particular, the pumps are arranged so that the suction side of the pump is arranged as far down in the downpipe. Thus, kinetic energy is already obtained from the head of the water column and the pressure on the suction side of the pump is higher than in a bottom-up riser. Thus, the minimum water column on the suction side of the pump is smaller than required by the pump manufacturer. On the one hand cavitation at all or excessive cavitation can be prevented. On the other hand, a compact heat pump system is achieved, which does not require a particularly large space for use. This is because the pipe connections in front of the suction side of the pump can be made short. This makes the entire system more compact and thus less bulky. Also Weight savings can be achieved through a more compact design.

Bei einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Wärmepumpenanlage mit Pumpen versehen, die ganz unten angeordnet sind. Daher wird alternativ zu dem beschriebenen ersten Aspekt gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung in der Betriebsposition die erste und die zweite Pumpe unterhalb der Wärmepumpeneinheit an einem unteren Ende der Wärmepumpenanlage angeordnet. Darüber hinaus sind bei dieser Anordnung in der Betriebsposition der erste Wärmetauscher und der zweite Wärmetauscher ebenfalls unterhalb der Wärmepumpeneinheit am unteren Ende neben den Pumpen angeordnet. Um also einer Kavitation effizient vorzubeugen, werden die Pumpen am tiefsten Punkt der Wärmepumpenanlage angeordnet. Darüber hinaus werden die Pumpen waagerecht eingebaut, so dass der maximale Staudruck vor der Saugseite der Pumpe existiert. Damit wird effizient Kavitation vermieden und damit die Beschädigung der Pumpräder. Der nötige Staudruck vor der Saugseite der Pumpe bestimmt den kleinstmöglichen Höhenunterschied zwischen der Wärmepumpenstufe, also dem Behälter mit Verflüssiger, Verdampfer und Verdichter und der entsprechenden Pumpe. Vorzugsweise wird der Wärmetauscher bei dem zweiten Aspekt aufrecht montiert, damit beim Befüllen Lufteinschlüsse vermieden werden. Darüber hinaus wird durch die stehende Lage der Wärmetauscher die nötige Rohrverbindung vom Wärmetauscher zurück in den Verdampfer bzw. in den Verflüssiger kürzer, weil der Wärmetauscher selbst, der typischerweise beträchtliche Längen haben kann, als Verbindungsleitung gewissermaßen doppelt genutzt wird.In a second aspect of the present invention, the heat pump system is provided with pumps located at the bottom. Therefore, alternatively to the described first aspect according to the second aspect of the present invention, in the operating position, the first and second pumps are disposed below the heat pump unit at a lower end of the heat pump unit. Moreover, in this arrangement, in the operating position, the first heat exchanger and the second heat exchanger are also disposed below the heat pump unit at the lower end adjacent to the pumps. In order to efficiently prevent cavitation, the pumps are arranged at the lowest point of the heat pump system. In addition, the pumps are installed horizontally, so that the maximum back pressure exists in front of the suction side of the pump. This avoids cavitation efficiently and thus damaging the pump wheels. The necessary dynamic pressure upstream of the suction side of the pump determines the smallest possible height difference between the heat pump stage, ie the container with condenser, evaporator and compressor and the corresponding pump. Preferably, the heat exchanger is mounted upright in the second aspect, so that air pockets are avoided during filling. In addition, due to the vertical position of the heat exchanger, the necessary pipe connection from the heat exchanger back into the evaporator or in the condenser shorter, because the heat exchanger itself, which may typically have considerable lengths, is effectively used as a double connection line.

Bei einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Wärmepumpenanlage nicht mit lediglich einer einzigen Wärmepumpenstufe betrieben, sondern mit zwei oder mehreren Wärmepumpenstufen. Hierbei wird die Wärmepumpenstufe mit einem ersten Verdichter, einem ersten Verflüssiger und einem ersten Verdampfer gewissermaßen in Kette mit einer zweiten bzw. weiteren Wärmepumpenstufe mit einem zweiten Verdichter, einem zweiten Verflüssiger und einem zweiten Verdampfer geschaltet. Hierzu wird der erste Verflüssigerausgang des ersten Verflüssigers mit einem zweiten Verdampfereingang des zweiten Verdampfers der weiteren Wärmepumpenstufe über eine Verbindungsleitung verbunden. Damit wird die wärmste Flüssigkeit der Wärmepumpenstufe in den Verdampfer, also das kälteste Gebiet der weiteren Wärmepumpenstufe eingeleitet, um dort wieder gekühlt zu werden. Die Wärmepumpenstufen werden also nicht parallel geschaltet, sondern in Kette. Je nach Implementierung kann der Eingang des Verflüssigers der ersten Wärmepumpenstufe mit dem Ausgang des Verdampfers der weiteren Wärmepumpenstufe gekoppelt werden oder aber, wie es bei bestimmten Ausführungsbeispielen bevorzugt wird, in ein steuerbares Wegemodul geführt werden, um die Wärmepumpenanlage mit der Wärmepumpenstufe und der weiteren Wärmepumpenstufe in diversen an die Heizung bzw. Kühlungsaufgabe optimal angepassten Betriebsmodi zu betreiben.In a third aspect of the present invention, the heat pump system is not operated with only a single heat pump stage, but with two or more heat pump stages. Here, the heat pump stage is connected with a first compressor, a first condenser and a first evaporator in a sense in chain with a second or further heat pump stage with a second compressor, a second condenser and a second evaporator. For this purpose, the first condenser outlet of the first condenser is connected to a second evaporator inlet of the second evaporator of the further heat pump stage via a connecting line. Thus, the warmest liquid of the heat pump stage is introduced into the evaporator, so the coldest area of the further heat pump stage to be cooled there again. The heat pump stages are therefore not connected in parallel, but in chain. Depending on the implementation of the input of the condenser of the first heat pump stage can be coupled to the output of the evaporator of the other heat pump stage or, as is preferred in certain embodiments, be guided in a controllable path module to the heat pump system with the heat pump stage and the other heat pump stage in to operate various operating modes optimally adapted to the heating or cooling task.

Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen des dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung, der die Kettenschaltung zweier Wärmepumpenstufen betrifft, ist der erste Verflüssiger der Wärmepumpenstufe in der Betriebsposition oberhalb des zweiten Verdampfers der weiteren Wärmepumpenstufe angeordnet, so dass die Arbeitsflüssigkeit aufgrund der Schwerkraft von dem ersten Verflüssiger in den zweiten Verdampfer in der Verbindungsleitung fließt. Damit kann hier eine Pumpe eingespart werden. Eine Zwischenkreispumpe ist lediglich nötig, um Arbeitsflüssigkeit vom Verdampfer der weiteren Wärmepumpenstufe wieder auf ein höheres Niveau bezüglich der Betriebsposition in den Verflüssiger der Wärmepumpenstufe, also der ersten Wärmepumpenstufe, zu bringen. Damit kann eine Wärmepumpenanlage mit zwei Wärmepumpenstufen effizient mit lediglich drei Pumpen betrieben werden, nämlich einer ersten Pumpe, die mit dem Eingang in den kälteseitigen Wärmetauscher gekoppelt ist, einer zweiten Pumpe, die mit dem Eingang in den wärmeseitigen Wärmetauscher gekoppelt ist, und einer Zwischenkreispumpe, die mit dem Ausgang des Verdampfers der weiteren Wärmepumpenstufe gekoppelt ist.In preferred embodiments of the third aspect of the present invention, which relates to the derailleur of two heat pump stages, the first condenser of the heat pump stage is arranged in the operating position above the second evaporator of the further heat pump stage, so that the working fluid due to gravity from the first condenser into the second evaporator flows in the connecting line. This can be saved here a pump. A DC link pump is only necessary to bring working fluid from the evaporator of the further heat pump stage back to a higher level with respect to the operating position in the condenser of the heat pump stage, ie the first heat pump stage. Thus, a heat pump system with two heat pump stages can be operated efficiently with only three pumps, namely a first pump coupled to the input to the cold side heat exchanger, a second pump coupled to the input to the heat side heat exchanger, and a DC link pump. which is coupled to the outlet of the evaporator of the further heat pump stage.

Die Anordnung von weiteren Wärmepumpenstufen kann ebenfalls als Kettenschaltung stattfinden, wobei wiederum dann, wenn die jeweiligen Verflüssiger der niedrigeren Wärmepumpenstufe oberhalb des jeweiligen Verdampfers der höheren Wärmepumpenstufe angeordnet sind, auch hier wieder Pumpen eingespart werden können. Alternativ oder zusätzlich kann die dritte Stufe oder weitere Stufen auch parallel oder seriell oder auf andere Weise mit den beiden in Kette geschalteten Wärmepumpen gekoppelt werden.The arrangement of further heat pump stages can also take place as a chain circuit, in turn, when the respective condenser of the lower heat pump stage above the respective evaporator of the higher heat pump stage are arranged, again pumps can be saved. Alternatively or additionally, the third stage or further stages can also be coupled in parallel or in series or in another way with the two heat pumps connected in chain.

Der Raum, der sich unter der höher angeordneten Wärmepumpenstufe ergibt, wird vorzugsweise dafür verwendet, um ein Wegemodul unterzubringen, das steuerbar ist, um verschiedene Betriebsmodi zu implementieren. Diverse Betriebsmodi umfassen einen Hochleistungsmodus, einen Mittelleistungsmodus, einen Freikühlungsmodus oder einen Niederleistungsmodus, wobei gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Steuerung vorgesehen ist, um das steuerbare Wegemodul so einzustellen, dass wenigstens zwei dieser vier Betriebsmodi implementiert werden. Bei anderen Ausführungsformen werden drei und bei wieder anderen Ausführungsformen werden alle vier Betriebsmodi implementiert. Durch die Verwendung einer größeren Anzahl von Wärmepumpenstufen können weitere Betriebsmodi, also mehr als vier Betriebsmodi implementiert werden.The space that results below the higher level heat pump stage is preferably used to accommodate a path module that is controllable to implement various modes of operation. Various modes of operation include a high power mode, a mid power mode, a free cooling mode or a low power mode, and according to the third aspect of the present invention, a controller is provided to set the controllable path module to implement at least two of these four modes of operation. In other embodiments, three and in still other embodiments, all four modes of operation are implemented. By using a larger number of heat pump stages can Further operating modes, so more than four operating modes are implemented.

Aufgrund der Anordnung der Pumpen und der Wärmetauscher gemäß dem ersten oder dem zweiten Aspekt werden fast nur noch gerade Punkt-zu-Punkt Verbindungen erreicht, die für einen kompakten Aufbau und eine Kavitationsvermeidung günstig sind.Due to the arrangement of the pumps and the heat exchangers according to the first or the second aspect almost only point-to-point connections are achieved, which are favorable for a compact construction and a Kavitationsvermeidung.

Durch den Höhenunterschied der beiden Behälter kann, wie es dargelegt worden ist, auf eine Pumpe zwischen dem Verflüssigerausgang des höheren Behälters und dem Verdampfereingang des niedrigeren Behälters verzichtet werden. Der durch den Höhenunterschied der beiden Behälter entstehende Platz wird für den steuerbaren Wegeumschalter eingesetzt, durch den die Wärmepumpenanlage in unterschiedliche Modi umgeschaltet werden kann, um eine optimale Anpassung an diverse Betriebsbedingungen zu erreichen.Due to the difference in height of the two containers, it can be dispensed with a pump between the condenser outlet of the higher container and the evaporator inlet of the lower container, as has been explained. The resulting from the difference in height of the two containers space is used for the controllable way switch, through which the heat pump system can be switched to different modes to achieve optimum adaptation to various operating conditions.

Die Anordnung der beiden Wärmepumpenstufen und die Verschaltung der Wärmepumpenstufen gemäß einer Kettenschaltung, also durch Verbinden des Verflüssigerausgangs des Verflüssigers der ersten Stufe mit dem Verdampfereingang des Verdampfers der weiteren Stufe ermöglicht, dass in jedem Betriebsmodus die bereits vorhandene Infrastruktur eingesetzt wird. Beide Wärmepumpenstufen werden daher unabhängig davon, ob sie aktiv sind, also ob der jeweilige Verdichter läuft oder nicht, durch die Arbeitsflüssigkeit durchströmt. Es werden somit keine Bypassleitungen oder Ventile benötigt. Stattdessen werden, um von einem Betriebsmodus zu einem anderen Betriebsmodus zu kommen, die Wege in einem 2 × 2-Wege-Schalter-Array umgeschaltet.The arrangement of the two heat pump stages and the interconnection of the heat pump stages according to a chain circuit, ie by connecting the condenser outlet of the first stage condenser with the evaporator inlet of the further stage allows the existing infrastructure to be used in each operating mode. Both heat pump stages are therefore regardless of whether they are active, so whether the respective compressor is running or not, flows through the working fluid. Thus, no bypass lines or valves are needed. Instead, to get from one mode of operation to another mode of operation, the paths are switched in a 2 × 2-way switch array.

Dies ermöglicht es, dass eine inaktive Wärmepumpenstufe, also eine Wärmepumpenstufe, bei der der Verdichter nicht aktiv ist, bei der also auf Verdampfer- und Verflüssigerseite der gleiche Druck herrscht, ohne weitere Maßnahmen durch Starten des Verdichters in den Betrieb genommen werden kann. Die Anlage ist somit derart ausgebildet, dass hierfür keine speziellen Anfahr- oder Evakuierungsmaßnahmen nötig sind, sondern eine Wärmepumpenstufe wird gestartet, wenn der Verdichter in Betrieb genommen wird, und wird gestoppt, wenn der Verdichter außer Betrieb genommen wird. Dennoch werden die Zuläufe für den Verdampfer und den Verflüssiger und die Abläufe aus dem Verdampfer und dem Verflüssiger einer Stufe trotz deaktiviertem Verdichter nach wie vor durchströmt. Dies stellt sicher, dass eine optimale Bereitschaft erreicht wird, ohne dass hierfür ein besonderer Energieverbrauch stattfinden muss.This makes it possible for an inactive heat pump stage, ie a heat pump stage, in which the compressor is not active, ie where the same pressure prevails on the evaporator and condenser side, to be put into operation without further measures by starting the compressor. The system is thus designed so that no special start-up or evacuation measures are necessary, but a heat pump stage is started when the compressor is put into operation, and is stopped when the compressor is taken out of service. Nevertheless, the feeds for the evaporator and the condenser and the processes from the evaporator and the condenser of a stage are still flowed through despite disabled compressor. This ensures that optimum readiness is achieved without the need for special energy consumption.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine effiziente Arbeitsflüssigkeitstransporteinrichtung eingesetzt. Es hat sich herausgestellt, dass sich Arbeitsflüssigkeit im Verdampfer der niedrigeren Stufe, also der Stufe, die auf der zu erwärmenden Seite thermodynamisch angeordnet ist, ansammelt. Um hier einen Ausgleich wieder zum Verdampfer im höher liegenden Behälter zu ermöglichen, wird ein selbstregelndes System, das z. B. einen Überlauf und ein U-Rohr haben kann, eingesetzt. Das U-Rohr ist an eine Engstelle vor einer Pumpe im Verdampferkreis des höheren Behälters angeschlossen. Durch die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit vor der Pumpe sinkt der Druck und Wasser aus dem U-Rohr kann aufgenommen werden. Das System ist insoweit selbstregelnd, weil sich im U-Rohr ein stabiler Wasserstand einstellt, der dem Druck vor der Pumpe in der Engstelle und im Verdampfer des niedrigeren Behälters genügt.In another embodiment, an efficient working fluid transport device is used. It has been found that working fluid accumulates in the evaporator of the lower stage, ie the stage which is thermodynamically arranged on the side to be heated. To allow compensation here again to the evaporator in the higher-lying container, a self-regulating system, the z. B. may have an overflow and a U-tube used. The U-tube is connected to a bottleneck in front of a pump in the evaporator circuit of the higher tank. Due to the increased flow speed in front of the pump, the pressure drops and water from the U-tube can be absorbed. The system is self-regulating insofar as a stable water level is established in the U-tube, which is sufficient for the pressure in front of the pump in the constriction and in the evaporator of the lower tank.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beigefügten Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigen:Preferred embodiments of the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 eine Prinzipdarstellung einer Wärmepumpenstufe mit verschränkter Verdampfer/Kondensiereranordnung; 1 a schematic diagram of a heat pump stage with entangled evaporator / condenser assembly;

2A eine schematische Darstellung einer Wärmepumpenanlage mit unten liegenden Wärmetauschern gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung; 2A a schematic representation of a heat pump system with bottom heat exchangers according to the first aspect of the present invention;

2B eine schematische Darstellung einer Wärmepumpenanlage mit unten liegenden Pumpen gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung; 2 B a schematic representation of a heat pump system with bottom pump according to the second aspect of the present invention;

3A eine schematische Darstellung einer Wärmepumpenanlage mit in Kette geschalteter erster und weiterer Wärmepumpenstufe gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung; 3A a schematic representation of a heat pump system with chain connected first and further heat pump stage according to the third aspect of the present invention;

3B eine schematische Darstellung von zwei fest in Kette geschalteten Wärmepumpenstufen; 3B a schematic representation of two fixed-chain heat pump stages;

4A eine schematische Darstellung von mit steuerbaren Wegeschaltern gekoppelten in Kette geschalteten Wärmepumpenstufen. 4A a schematic representation of coupled with controllable directional switches in chain heat pump stages.

4B eine schematische Darstellung eines steuerbaren Wegemoduls mit drei Eingängen und drei Ausgängen; 4B a schematic representation of a controllable roadside module with three inputs and three outputs;

4C eine Tabelle zur Darstellung der verschiedenen Verbindungen des steuerbaren Wegemoduls für verschiedene Betriebsmodi; 4C a table showing the various connections of the controllable road module for different modes of operation;

5 eine schematische Darstellung der Wärmepumpenanlage von 4A mit zusätzlichem selbstregelndem Flüssigkeitsausgleich zwischen den Wärmepumpenstufen; 5 a schematic representation of the heat pump system of 4A with additional self-regulating fluid equalization between the heat pump stages;

6A eine schematische Darstellung der Wärmepumpenanlage mit zwei Stufen, die im Hochleistungsmodus (HLM) betrieben wird; 6A a schematic representation of the heat pump system with two stages, which is operated in the high performance mode (HLM);

6B eine schematische Darstellung der Wärmepumpenanlage mit zwei Stufen, die im Mittelleistungsmodus (MKM) betrieben wird; 6B a schematic representation of the heat pump system with two stages, which is operated in the middle power mode (MKM);

6C eine schematische Darstellung der Wärmepumpenanlage mit zwei Stufen, die im Freikühlungsmodus (FKM) betrieben wird; 6C a schematic representation of the heat pump system with two stages, which is operated in free cooling mode (FKM);

6D eine schematische Darstellung der Wärmepumpenanlage mit zwei Stufen, die im Niederleistungsmodus (NLM) betrieben wird; 6D a schematic representation of the heat pump system with two stages, which is operated in low power mode (NLM);

7A eine Tabelle zur Darstellung der Betriebszustände diverser Komponenten in den verschiedenen Betriebsmodi; 7A a table showing the operating states of various components in the various operating modes;

7B eine Tabelle zur Darstellung der Betriebszustände der beiden gekoppelten steuerbaren 2 × 2-Wegeschalter; 7B a table showing the operating states of the two coupled controllable 2 × 2-way switch;

7C eine Tabelle zur Darstellung der Temperaturbereiche für die die Betriebsmodi geeignet sind; 7C a table showing the temperature ranges for which the operation modes are appropriate;

7D eine schematische Darstellung der Grob/Fein-Steuerung über die Betriebsmodi einerseits und die Drehzahlsteuerung andererseits; 7D a schematic representation of the coarse / fine control of the operating modes on the one hand and the speed control on the other;

8A eine schematische Darstellung einer bekannten Wärmepumpenanlage mit Wasser als Arbeitsmittel; und 8A a schematic representation of a known heat pump system with water as a working fluid; and

8B eine Tabelle zur Darstellung verschiedener Druck/Temperatursituationen für Wasser als Arbeitsflüssigkeit. 8B a table showing various pressure / temperature situations for water as working fluid.

1 zeigt eine Wärmepumpe 100 mit einem Verdampfer zum Verdampfen von Arbeitsflüssigkeit in einem Verdampferraum 102. Die Wärmepumpe umfasst ferner einen Kondensator zum Verflüssigen von verdampfter Arbeitsflüssigkeit in einem Kondensatorraum 104, der von einem Kondensatorboden 106 begrenzt ist. Wie es in 1 gezeigt ist, die als Schnittdarstellung oder als Seitenansicht angesehen werden kann, ist der Verdampferraum 102 zumindest teilweise von dem Kondensatorraum 104 umgeben. Ferner ist der Verdampferraum 102 durch den Kondensatorboden 106 von dem Kondensatorraum 104 getrennt. Darüber hinaus ist der Kondensatorboden mit einem Verdampferboden 108 verbunden, um den Verdampferraum 102 zu definieren. In einer Implementierung ist oberhalb am Verdampferraum 102 oder an anderer Stelle ein Kompressor 110 vorgesehen, der in 1 nicht näher ausgeführt ist, der jedoch prinzipiell ausgebildet ist, um verdampfte Arbeitsflüssigkeit zu komprimieren und als komprimierten Dampf 112 in den Kondensatorraum 104 zu leiten. Der Kondensatorraum ist ferner nach außen hin durch eine Kondensatorwand 114 begrenzt. Die Kondensatorwand 114 ist ebenfalls wie der Kondensatorboden 106 an dem Verdampferboden 108 befestigt. Insbesondere ist die Dimensionierung des Kondensatorbodens 106 in dem Bereich, der die Schnittstelle zum Verdampferboden 108 bildet, so, dass der Kondensatorboden bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel vollständig von der Kondensatorraumwand 114 umgeben ist. Dies bedeutet, dass sich der Kondensatorraum, wie es in 1 gezeigt ist, bis zum Verdampferboden erstreckt, und dass sich der Verdampferraum gleichzeitig sehr weit nach oben, typischerweise nahezu durch fast den gesamten Kondensatorraum 104 erstreckt. 1 shows a heat pump 100 with an evaporator for evaporating working fluid in an evaporator space 102 , The heat pump further includes a condenser for liquefying vaporized working fluid in a condenser space 104 coming from a capacitor ground 106 is limited. As it is in 1 is shown, which can be regarded as a sectional view or as a side view, the evaporator chamber 102 at least partially from the condenser space 104 surround. Further, the evaporator room 102 through the condenser bottom 106 from the condenser room 104 separated. In addition, the condenser bottom is with an evaporator bottom 108 connected to the evaporator room 102 define. In one implementation, it is above the evaporator space 102 or somewhere else a compressor 110 provided in 1 is not detailed, however, which is designed in principle to compress vaporized working fluid and as a compressed vapor 112 in the condenser room 104 to lead. The condenser space is also outwardly through a condenser wall 114 limited. The capacitor wall 114 is also like the capacitor bottom 106 at the bottom of the evaporator 108 attached. In particular, the dimensioning of the capacitor bottom 106 in the area that is the interface to the evaporator floor 108 forms, so that the capacitor bottom at the in 1 shown embodiment of the entire condenser space wall 114 is surrounded. This means that the condenser space, as it is in 1 shown extends to the bottom of the evaporator, and that the evaporator space at the same time very far up, typically almost through almost the entire condenser space 104 extends.

Diese ”verschränkte” oder ineinandergreifende Anordnung von Kondensator und Verdampfer, die sich dadurch auszeichnet, dass der Kondensatorboden mit dem Verdampferboden verbunden ist, liefert eine besonders hohe Wärmepumpeneffizienz und erlaubt daher eine besonders kompakte Bauform einer Wärmepumpe. Größenordnungsmäßig ist die Dimensionierung der Wärmepumpe z. B. in einer zylindrischen Form so, dass die Kondensatorwand 114 einen Zylinder mit einem Durchmesser zwischen 30 und 90 cm und einer Höhe zwischen 40 und 100 cm darstellt. Die Dimensionierung kann jedoch je nach erforderliche Leistungsklasse der Wärmepumpe gewählt werden, findet jedoch vorzugsweise in den genannten Dimensionen statt. Damit wird eine sehr kompakte Bauform erreicht, die zudem einfach und günstig herstellbar ist, weil die Anzahl der Schnittstellen, insbesondere für den fast unter Vakuum stehenden Verdampferraum ohne weiteres reduziert werden kann, wenn der Verdampferboden gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung dahin gehend ausgeführt wird, dass er sämtliche Flüssigkeits-Zu- und Ableitungen umfasst und damit keine Flüssigkeits-Zu- und Ableitungen von der Seite oder von oben nötig sind.This "entangled" or interlocking arrangement of condenser and evaporator, which is characterized in that the condenser bottom is connected to the evaporator bottom, provides a particularly high heat pump efficiency and therefore allows a particularly compact design of a heat pump. The order of magnitude is the dimensioning of the heat pump z. B. in a cylindrical shape so that the capacitor wall 114 represents a cylinder with a diameter between 30 and 90 cm and a height between 40 and 100 cm. However, the dimensioning can be selected depending on the required power class of the heat pump, but preferably takes place in the dimensions mentioned. Thus, a very compact design is achieved, which is also easy and inexpensive to produce, because the number of interfaces, especially for the almost vacuum evaporator space can be easily reduced if the evaporator bottom is carried out in accordance with preferred embodiments of the present invention, that it includes all liquid inlets and outlets and thus no liquid supply and discharge lines from the side or from the top are needed.

Ferner sei darauf hingewiesen, dass die Betriebsrichtung der Wärmepumpe so ist, wie sie in 1 gezeigt ist. Dies bedeutet, dass der Verdampferboden im Betrieb den unteren Abschnitt der Wärmepumpe definiert, jedoch abgesehen von Verbindungsleitungen mit anderen Wärmepumpen oder zu entsprechenden Pumpeneinheiten. Dies bedeutet, dass im Betrieb der im Verdampferraum erzeugte Dampf nach oben steigt und durch den Motor umgelenkt wird und von oben nach unten in den Kondensatorraum eingespeist wird, und dass die Kondensatorflüssigkeit von unten nach oben geführt wird, und dann von oben in den Kondensatorraum zugeführt wird und dann im Kondensatorraum von oben nach unten fließt, wie beispielsweise durch einzelne Tröpfchen oder durch kleine Flüssigkeitsströme, um mit dem vorzugsweise quer zugeführten komprimierten Dampf zu Zwecken einer Kondensation zu reagieren.It should also be noted that the operating direction of the heat pump is as shown in 1 is shown. This means that the evaporator bottom defines in operation the lower portion of the heat pump, but apart from connecting lines with other heat pumps or to corresponding pump units. This means that in operation, the steam generated in the evaporator chamber rises and is deflected by the motor and is fed from top to bottom in the condenser space, and that the condenser liquid is guided from bottom to top, and then fed from above into the condenser space and then in the condenser room from the top to flows down, such as by individual droplets or by small liquid streams to react with the preferably cross-fed compressed steam for purposes of condensation.

Diese ineinander ”verschränkte” Anordnung, dahin gehend, dass der Verdampfer fast vollständig oder sogar vollständig innerhalb des Kondensators angeordnet ist, ermöglicht eine sehr effiziente Ausführung der Wärmepumpe mit optimaler Platzausnutzung. Nachdem der Kondensatorraum sich bis zum Verdampferboden hin erstreckt, ist der Kondensatorraum innerhalb der gesamten ”Höhe” der Wärmepumpe oder zumindest innerhalb eines wesentlichen Abschnitts der Wärmepumpe ausgebildet. Gleichzeitig ist jedoch auch der Verdampferraum so groß als möglich, weil er sich ebenfalls nahezu fast über die gesamte Höhe der Wärmepumpe erstreckt. Durch die ineinander verschränkte Anordnung im Gegensatz zu einer Anordnung, bei der der Verdampfer unterhalb des Kondensators angeordnet ist, wird der Raum optimal genutzt. Dies ermöglicht zum einen einen besonders effizienten Betrieb der Wärmepumpe und zum anderen einen besonders platzsparenden und kompakten Aufbau, weil sowohl der Verdampfer als auch der Verflüssiger sich über die gesamte Höhe erstrecken. Damit geht zwar die ”Dicke” des Verdampferraums und auch des Verflüssigerraums zurück. Es wurde jedoch herausgefunden, dass die Reduktion der ”Dicke” des Verdampferraums, der sich innerhalb des Kondensators verjüngt, unproblematisch ist, weil die Hauptverdampfung im unteren Bereich stattfindet, wo der Verdampferraum nahezu das gesamte Volumen, das zur Verfügung steht, ausfüllt. Andererseits ist die Reduktion der Dicke des Kondensatorraums besonders im unteren Bereich, also dort wo der Verdampferraum nahezu den gesamten zur Verfügung stehenden Bereich ausfüllt, unkritisch, weil die Hauptkondensation oben stattfindet, also dort, wo der Verdampferraum bereits relativ dünn ist und damit ausreichend Platz für den Kondensatorraum zurücklässt. Die ineinander verschränkte Anordnung ist somit optimal dahin gehend, dass jedem Funktionsraum dort das große Volumen gegeben wird, wo dieser Funktionsraum das große Volumen auch benötigt. Der Verdampferraum hat unten das große Volumen, während der Kondensatorraum oben das große Volumen hat. Dennoch trägt auch das entsprechende kleine Volumen, das für den jeweiligen Funktionsraum dort verbleibt, wo der andere Funktionsraum das große Volumen hat, zu einer Effizienzsteigerung bei im Vergleich zu einer Wärmepumpe, bei der die beiden Funktionselemente übereinander angeordnet sind, wie es z. B. in der WO 2014072239 A1 der Fall ist.This intertwined arrangement, in that the evaporator is located almost completely or even completely within the condenser, allows for a very efficient heat pump design with optimum space utilization. After the condenser space extends to the evaporator bottom, the condenser space is formed within the entire "height" of the heat pump or at least within a substantial portion of the heat pump. At the same time, however, the evaporation space is as large as possible because it also extends almost almost over the entire height of the heat pump. By interlocking arrangement in contrast to an arrangement in which the evaporator is arranged below the condenser, the space is used optimally. This allows for a particularly efficient operation of the heat pump and on the other a particularly space-saving and compact design, because both the evaporator and the condenser extend over the entire height. Although this is the "thickness" of the evaporator chamber and the condenser space back. However, it has been found that the reduction of the "thickness" of the evaporator space, which tapers within the condenser, is straightforward, because the main evaporation takes place in the lower area, where the evaporator space fills up almost all of the available volume. On the other hand, the reduction of the thickness of the condenser space, especially in the lower area, ie where the evaporator space fills almost the entire available area, uncritical, because the main condensation takes place above, ie where the evaporator chamber is already relatively thin and thus sufficient space for leaves the condenser room. The interlocking arrangement is thus optimal in that each functional space there is given the large volume, where this functional space also requires the large volume. The evaporator compartment has the large volume below while the condenser compartment has the large volume at the top. Nevertheless, also contributes to the corresponding small volume that remains there for the respective function space where the other functional space has the large volume, to an increase in efficiency compared to a heat pump in which the two functional elements are arranged one above the other, as z. B. in the WO 2014072239 A1 the case is.

Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen ist der Kompressor derart an der Oberseite des Kondensatorraums angeordnet, dass der komprimierte Dampf durch den Kompressor einerseits umgelenkt und gleichzeitig in einen Randspalt des Kondensatorraums eingespeist wird. Damit wird eine Kondensation mit besonders hoher Effizienz erreicht, weil eine Querstromrichtung des Dampfes zu einer herabfließenden Kondensationsflüssigkeit erreicht wird. Diese Kondensation mit Querströmung ist besonders im oberen Bereich, wo der Verdampferraum groß ist, wirksam und benötigt im unteren Bereich, wo der Kondensatorraum zugunsten des Verdampferraums klein ist, keinen besonders großen Bereich mehr, um dennoch eine Kondensation von bis zu diesem Bereich vorgedrungenen Dampfpartikeln zu erlauben.In preferred embodiments, the compressor is arranged at the top of the condenser space such that the compressed steam is deflected by the compressor on the one hand and at the same time fed into an edge gap of the condenser space. Thus, a condensation is achieved with a particularly high efficiency, because a cross-flow direction of the steam is achieved to a downflowing condensation liquid. This cross-flow condensation is particularly effective in the upper area where the evaporator space is large, and does not require a particularly large area in the lower area where the condenser space is small in favor of the evaporator space, yet still allows condensation of vapor particles penetrated up to this area allow.

Ein Verdampferboden, der mit dem Kondensatorboden verbunden ist, ist vorzugsweise so ausgebildet, dass er den Kondensator-Zu- und Ablauf und den Verdampfer-Zu- und Ablauf in sich aufnimmt, wobei zusätzlich noch bestimmte Durchführungen für Sensoren in den Verdampfer bzw. in den Kondensator vorhanden sein können. Damit wird erreicht, dass keine Durchführungen von Leitungen für den Kondensator-Zu- und Ablauf durch den nahezu unter Vakuum stehenden Verdampfer nötig sind. Dadurch wird die die gesamte Wärmepumpe weniger fehleranfällig, weil jede Durchführung durch den Verdampfer eine Möglichkeit für ein Leck darstellen würde. Dazu ist der Kondensatorboden an den Stellen, an denen die Kondensator-Zu- und Abläufe sind, mit einer jeweiligen Aussparung versehen, dahin gehend, dass in dem Verdampferraum, der durch den Kondensatorboden definiert wird, keine Kondensator-Zu/Abführungen verlaufen.An evaporator bottom, which is connected to the condenser bottom, is preferably designed so that it receives the condenser inlet and outlet and the evaporator inlet and outlet in which, in addition to certain bushings for sensors in the evaporator or in the Capacitor can be present. This ensures that no feedthroughs of lines for the condenser inlet and outlet are required by the near-vacuum evaporator. This will make the entire heat pump less prone to failure because any passage through the evaporator would be a potential leak. For this purpose, the condenser bottom is at the points where the condenser feeds and outlets are provided with a respective recess, going to the extent that in the evaporator space, which is defined by the condenser bottom, no capacitor to / discharges.

Der Kondensatorraum wird durch eine Kondensatorwand begrenzt, die ebenfalls an dem Verdampferboden anbringbar ist. Der Verdampferboden hat somit eine Schnittstelle sowohl für die Kondensatorwand als auch den Kondensatorboden und hat zusätzlich sämtliche Flüssigkeits-Zuführungen sowohl für den Verdampfer als auch den Verflüssiger.The condenser space is limited by a condenser wall, which is also attachable to the evaporator bottom. The evaporator bottom thus has an interface for both the condenser wall and the condenser bottom and additionally has all liquid feeds for both the evaporator and the condenser.

Bei bestimmten Ausführungen ist der Verdampferboden ausgebildet, um Anschlussstutzen für die einzelnen Zuführungen zu haben, die einen Querschnitt haben, der sich von einem Querschnitt der Öffnung auf der anderen Seite des Verdampferbodens unterscheidet. Die Form der einzelnen Anschlussstutzen ist dann so ausgebildet, dass sich die Form bzw. Querschnittsform über der Länge des Anschlussstutzens verändert, jedoch der Rohrdurchmesser, der für die Strömungsgeschwindigkeit eine Rolle spielt, in einer Toleranz von ±10% nahezu gleich ist. Damit wird verhindert, dass durch den Anschlussstutzen fließendes Wasser zu kavitieren beginnt. Damit wird aufgrund der guten durch die Formung der Anschlussstutzen erhaltenen Strömungsverhältnisse sichergestellt, dass die entsprechenden Rohre/Leitungen so kurz wie möglich gemacht werden können, was wiederum zu einer kompakten Bauform der gesamten Wärmepumpe beiträgt.In certain embodiments, the evaporator bottom is configured to have spigots for the individual feeders that have a cross section that is different from a cross section of the opening on the other side of the evaporator bottom. The shape of the individual connecting pieces is then designed so that the shape or cross-sectional shape changes over the length of the connecting piece, but the pipe diameter, which plays a role for the flow velocity, is almost equal within a tolerance of ± 10%. This prevents water flowing through the connection pipe from cavitating. This ensures due to the good obtained by the formation of the connecting pieces flow conditions that the corresponding pipes / lines can be made as short as possible, which in turn contributes to a compact design of the entire heat pump.

Bei einer speziellen Implementierung des Verdampferbodens wird der Kondensatorzulauf nahezu in Form einer ”Brille” in einen zwei- oder mehrteiligen Strom aufgeteilt. Damit ist es möglich, die Kondensatorflüssigkeit im Kondensator an seinem oberen Abschnitt an zwei oder mehreren Punkten gleichzeitig einzuspeisen. Damit wird eine starke und gleichzeitig besonders gleichmäßige Kondensatorströmung von oben nach unten erreicht, die es ermöglicht, dass eine hocheffiziente Kondensation des ebenfalls von oben in den Kondensator eingeführten Dampfes erreicht wird. In a specific implementation of the evaporator bottom of the condenser feed is almost divided in the form of a "glasses" in a two- or multi-part flow. Thus, it is possible to simultaneously feed the capacitor liquid in the condenser at its upper portion at two or more points. Thus, a strong and at the same time particularly uniform condenser flow is achieved from top to bottom, which makes it possible that a highly efficient condensation of the steam also introduced from above into the condenser is achieved.

Eine weitere kleiner dimensionierte Zuführung im Verdampferboden für Kondensatorwasser kann ebenfalls vorgesehen sein, um damit einen Schlauch zu verbinden, der dem Kompressormotor der Wärmepumpe Kühlflüssigkeit zuführt, wobei zur Kühlung nicht die kalte, dem Verdampfer zugeführte Flüssigkeit verwendet wird, sondern die wärmere, dem Kondensator zugeführte Flüssigkeit, die jedoch immer noch bei typischen Betriebssituationen kühl genug ist, um den Motor der Wärmepumpe zu kühlen.Another smaller dimensioned feed in the evaporator bottom for condenser water may also be provided to connect a hose which supplies cooling fluid to the compressor motor of the heat pump, not the cold, the liquid supplied to the evaporator is used for cooling, but the warmer, the condenser supplied Liquid, which is still cool enough in typical operating situations to cool the heat pump motor.

Der Verdampferboden zeichnet sich dadurch aus, dass er eine Kombinationsfunktionalität hat. Zum einen stellt er sicher, dass keine Kondensatorzuleitungen durch den unter sehr geringem Druck stehenden Verdampfer hindurchgeführt werden müssen. Andererseits stellt er eine Schnittstelle nach außen dar, die vorzugsweise eine kreisrunde Form hat, da bei einer kreisrunden Form möglichst viel Verdampferfläche verbleibt. Alle Zu- und Ableitungen führen durch den einen Verdampferboden und laufen von dort in entweder den Verdampferraum oder den Kondensatorraum. Insbesondere eine Herstellung des Verdampferbodens aus Kunststoffspritzguss ist besonders vorteilhaft, weil die vorteilhaften relativ komplizierten Formgebungen der Zu/Ablaufstutzen in Kunststoffspritzguss ohne weiteres und preisgünstig ausgeführt werden können. Andererseits ist es aufgrund der Ausführung des Verdampferbodens als gut zugängliches Werkstück ohne weiteres möglich, den Verdampferboden mit ausreichender struktureller Stabilität herzustellen, damit er insbesondere dem niedrigen Verdampferdruck ohne weiteres standhalten kann.The evaporator bottom is characterized by the fact that it has a combination functionality. On the one hand, it ensures that no capacitor feed lines have to be passed through the evaporator, which is under very low pressure. On the other hand, it represents an interface to the outside, which preferably has a circular shape, as in a circular shape as much evaporator surface remains. All inlets and outlets pass through one evaporator base and from there into either the evaporator space or the condenser space. In particular, a production of the evaporator bottom of plastic injection molding is particularly advantageous because the advantageous relatively complicated shapes of the inlet / outlet nozzles in plastic injection molding can be performed easily and inexpensively. On the other hand, it is due to the execution of the evaporator bottom as easily accessible workpiece readily possible to produce the evaporator bottom with sufficient structural stability, so that he can withstand the low evaporator pressure in particular without further ado.

In der vorliegenden Anmeldung betreffen gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleichwirkende Elemente, wobei nicht alle Bezugszeichen in allen Zeichnungen, sofern sie sich wiederholen, erneut dargelegt werden.In the present application, like reference numerals refer to like or equivalent elements, and not all reference numerals are repeated in all drawings as they repeat themselves.

2A zeigt eine Wärmepumpenanlage mit einer Wärmepumpeneinheit, die wenigstens eine Wärmepumpenstufe 200 umfasst, wobei die wenigstens eine Wärmepumpenstufe 200 einen Verdampfer 202, einen Verdichter 204 und einen Verflüssiger 206 aufweist. Ferner ist ein erster Wärmetauscher 212 an einer zu kühlenden Seite vorgesehen. Darüber hinaus ist ein zweiter Wärmetauscher 214 an einer zu erwärmenden Seite vorgesehen. Die Wärmepumpenanlage umfasst darüber hinaus eine erste Pumpe 208, die mit dem ersten Wärmetauscher 212 gekoppelt ist, und eine zweite Pumpe 210, die mit dem zweiten Wärmetauscher 214 gekoppelt ist. Die Wärmepumpenanlage hat eine Betriebsposition, also eine Position, in der sie normal betrieben wird. Diese Betriebsposition ist so, wie sie in 2A dargestellt ist. In der Betriebsposition sind die erste Pumpe 208 und die zweite Pumpe 210 oberhalb des ersten Wärmetauschers 212 und des zweiten Wärmetauschers 214 angeordnet. Darüber hinaus ist die Wärmepumpeneinheit, die die wenigstens eine Wärmepumpenstufe 200 umfasst, oberhalb der ersten Pumpe 208 und der zweiten Pumpe 210 angeordnet. 2A shows a heat pump system with a heat pump unit, the at least one heat pump stage 200 comprising, wherein the at least one heat pump stage 200 an evaporator 202 , a compressor 204 and a liquefier 206 having. Furthermore, a first heat exchanger 212 provided on a side to be cooled. In addition, a second heat exchanger 214 provided on a side to be heated. The heat pump system also includes a first pump 208 that with the first heat exchanger 212 coupled, and a second pump 210 connected to the second heat exchanger 214 is coupled. The heat pump system has an operating position, ie a position in which it is normally operated. This operating position is the same as in 2A is shown. In the operating position are the first pump 208 and the second pump 210 above the first heat exchanger 212 and the second heat exchanger 214 arranged. In addition, the heat pump unit, which is the at least one heat pump stage 200 includes, above the first pump 208 and the second pump 210 arranged.

Der erste Wärmetauscher 212 umfasst einen Zulauf 240 und einen Ablauf 241. Der Zulauf 240 und der Ablauf 241 sind mit der Wärmepumpeneinheit gekoppelt. Bei der Implementierung, bei der die Wärmepumpeneinheit lediglich eine einzige Wärmepumpenstufe hat, wie sie beispielhaft in 2A bei 200 dargestellt ist, ist der Zulauf 240 in den Wärmetauscher 212 über die Pumpe 208 mit einem Verdampferablauf 220 über eine Rohrleitung 208 vor der Pumpe 208 und eine Rohrleitung 230 nach der Pumpe 208 gekoppelt. Darüber hinaus ist der Ablauf 241 aus dem Wärmetauscher 212 mit dem Verdampferzulauf 222 des Verdampfers 202 über eine Rohrleitung 234 gekoppelt. Darüber hinaus ist ein Kondensiererablauf 224 des Kondensierers bzw. Verflüssigers 206 über die Pumpe 210 und ein Rohr 236 mit einem Zulauf 242 in den zweiten Wärmetauscher 214 gekoppelt. Außerdem ist ein Ablauf 243 des zweiten Wärmetauschers 214 über ein Rohr mit einem Kondensierer bzw. Verflüssigerzulauf 226 des Verflüssigers 206 gekoppelt. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Rohre 228, 232, 234, 238 auch mit anderen Elementen gekoppelt sein können, insbesondere dann, wenn die Wärmepumpeneinheit nicht nur die eine Stufe 208, sondern zwei Stufen aufweist, wie es beispielhaft in den 3A, 3B, 4A, 5, 6A bis 6D gezeigt ist. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Wärmepumpeneinheit eine beliebige Anzahl von Stufen, also beispielsweise außer zwei Stufen auch drei Stufen, vier, fünf, etc. Stufen umfassen kann.The first heat exchanger 212 includes an inlet 240 and a process 241 , The feed 240 and the process 241 are coupled to the heat pump unit. In the implementation where the heat pump unit has only a single heat pump stage, as exemplified in FIG 2A at 200 is shown, is the inlet 240 in the heat exchanger 212 over the pump 208 with an evaporator drain 220 over a pipeline 208 in front of the pump 208 and a pipeline 230 after the pump 208 coupled. In addition, the process is 241 from the heat exchanger 212 with the evaporator inlet 222 of the evaporator 202 over a pipeline 234 coupled. In addition, a Kondensiererablauf 224 of the condenser or condenser 206 over the pump 210 and a pipe 236 with a feed 242 in the second heat exchanger 214 coupled. There is also a process 243 of the second heat exchanger 214 via a pipe with a condenser or condenser feed 226 of the liquefier 206 coupled. It should be noted, however, that the pipes 228 . 232 . 234 . 238 can also be coupled to other elements, especially if the heat pump unit not only the one stage 208 but has two stages, as exemplified in the 3A . 3B . 4A . 5 . 6A to 6D is shown. It should be noted, however, that the heat pump unit may comprise any number of stages, that is to say, for example, other than two stages, also three stages, four, five, etc. stages.

Bei dem in 2A gezeigten Ausführungsbeispiel sind der Zulauf und der Ablauf des ersten Wärmetauschers in der Betriebsposition senkrecht oder wenigsten in einem Winkel kleiner als 45° zu einer Senkrechten angeordnet. Ferner ist eine Saugseite der Pumpe 208 über das Rohr 228 mit der Wärmepumpeneinheit und hier beispielhaft mit dem Verdampferablauf 220 gekoppelt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass in der Leitung 228 genauso wie in der Leitung 234, wie es durch die Pfeile dargestellt ist, in Betrieb eine Strömung an Arbeitsflüssigkeit von oben nach unten fließt. Entsprechend sind auch der Zulauf 242 in den zweiten Wärmetauscher und der Ablauf 243 aus dem zweiten Wärmetauscher mit Rohren 234, 236, 238 verbunden, und zwar mit der dazwischengeschalteten Pumpe 208 bzw. 210 Auch diese Rohre sind soweit als möglich senkrecht und auf jeden Fall in einem Winkel kleiner als 45° angeordnet. Damit wird eine optimale Ausrichtung der Wärmepumpenanlage und insbesondere der einzelnen Komponenten der Wärmepumpenanlage erreicht, weil besonders die Saugseiten der Pumpen 208, 210 jeweils in einem möglichst senkrechten Fallrohr 228 bzw. 234 angeordnet sind. Damit ist vor der jeweiligen Pumpe ein optimaler Staudruck vorhanden, dahingehend, dass die Pumpen 208, 210 ohne oder nur mit einer sehr geringen Kavitation arbeiten.At the in 2A shown embodiment, the inlet and the outlet of the first heat exchanger in the operating position are arranged perpendicular or at least at an angle less than 45 ° to a vertical. Further, a suction side of the pump 208 over the pipe 228 with the heat pump unit and here by way of example with the evaporator sequence 220 coupled. It should also be noted that in the line 228 as well as in the line 234 as indicated by the arrows is shown in operation, a flow of working fluid flows from top to bottom. Accordingly, the feed 242 in the second heat exchanger and the drain 243 from the second heat exchanger with pipes 234 . 236 . 238 connected, with the intervening pump 208 respectively. 210 These tubes are as far as possible vertically and in any case at an angle less than 45 °. This optimum alignment of the heat pump system and in particular the individual components of the heat pump system is achieved, because especially the suction sides of the pump 208 . 210 each in a vertical vertical downpipe 228 respectively. 234 are arranged. Thus, an optimal back pressure is present in front of the respective pump, to the effect that the pumps 208 . 210 work without or only with very little cavitation.

Darüber hinaus wird es bevorzugt, dass die Wärmetauscher 212, 214 liegend angeordnet sind. Dies hat den Vorteil, dass beim Befüllen der Anlage keine Lufteinschlüsse im Wärmetauscher stattfinden, dass die Wärmetauscher also selbstentlüftend sind. Liegend bedeutet ferner, dass die Wärmetauscher quaderförmig sind, und damit eine Grundfläche haben, die flächenausdehnungsmäßig kleiner als die Seitenfläche ist. Der Wärmetauscher 212 und der Wärmetauscher 214 haben somit eine längliche Form, wobei die längere Seite des Quaders liegend, also horizontal bzw. in einem Winkel kleiner als 45° bezüglich der Horizontalen angeordnet ist.In addition, it is preferred that the heat exchangers 212 . 214 are arranged horizontally. This has the advantage that when filling the system no air pockets in the heat exchanger take place, so that the heat exchanger are self-venting. Lying also means that the heat exchangers are parallelepiped-shaped, and thus have a base area which is smaller in area than the side surface. The heat exchanger 212 and the heat exchanger 214 thus have an elongated shape, wherein the longer side of the cuboid lying, that is horizontal or at an angle less than 45 ° with respect to the horizontal is arranged.

Ferner sei darauf hingewiesen, dass die beiden Pumpen 208, 210 näher an dem ersten Wärmetauscher bzw. dem zweiten Wärmetauscher 214 angeordnet sind als an einem Anschlusspunkt an der Wärmepumpeneinheit. Dies bedeutet, dass das Rohr 228 länger als das Rohr 230 ist, und dass auch das Rohr 234 länger als das Rohr 236 ist.It should also be noted that the two pumps 208 . 210 closer to the first heat exchanger or the second heat exchanger 214 are arranged as at a connection point on the heat pump unit. This means that the pipe 228 longer than the tube 230 is, and that too the pipe 234 longer than the tube 236 is.

Ferner ist die Wärmepumpeneinheit so ausgebildet, dass wenigstens ein Einlass oder ein Auslass eines Verdampfers oder Verflüssigers einer Wärmepumpenstufe, der mit dem ersten Wärmetauscher oder dem zweiten Wärmetauscher verbunden ist, so angeordnet ist, dass er aus der Wärmepumpenstufe in Betriebsposition senkrecht nach unten oder in einem Winkel kleiner als 45° von einer Vertikalen aus der Wärmepumpenstufe austritt. Die Auslässe 220, 234 bzw. die Einlässe 222, 226 sind senkrecht gezeichnet, wobei diese Position bevorzugt wird. Darüber hinaus ist die Wärmepumpenstufe 200 vorzugsweise in der verschränkten Anordnung ausgebildet, wie sie auch anhand von 1 beschrieben worden ist, dass sich nämlich ein Dampfzuführungskanal 250, durch den Dampf vom Verdampfer 202 zum Verdichter 204 geleitet wird, in dem entsprechenden Kondensierer erstreckt. Darüber hinaus ist die Wärmepumpenstufe 200 vorzugsweise in der verschränkten Anordnung ausgebildet, wie sie auch anhand von 1 beschrieben worden ist, dass sich nämlich ein Dampfzuführungskanal 250, durch den Dampf vom Verdampfer 202 zum Verdichter 204 geleitet wird, durch den Verflüssiger 206 erstreckt. Darüber hinaus ist der Dampfzuführungskanal zwischen dem Verdichter 204 und dem Kondensierer 206, der bei 251 gezeichnet ist, oberhalb des Verflüssigers 206 angebracht.Further, the heat pump unit is configured such that at least one inlet or outlet of an evaporator or condenser of a heat pump stage connected to the first heat exchanger or the second heat exchanger is arranged to be vertically downwardly or vertically out of the heat pump stage in the operating position Angle less than 45 ° from a vertical exit from the heat pump stage. The outlets 220 . 234 or the inlets 222 . 226 are drawn vertically, this position is preferred. In addition, the heat pump stage 200 preferably formed in the entangled arrangement, as they are also based on 1 has been described that, namely, a steam supply channel 250 , through the steam from the evaporator 202 to the compressor 204 is passed in the corresponding capacitor extends. In addition, the heat pump stage 200 preferably formed in the entangled arrangement, as they are also based on 1 has been described that, namely, a steam supply channel 250 , through the steam from the evaporator 202 to the compressor 204 passed through the liquefier 206 extends. In addition, the steam supply duct is between the compressor 204 and the condenser 206 who at 251 is drawn above the condenser 206 appropriate.

Außerdem ist der Verflüssiger 204, wie es in 2A gezeigt ist, ebenfalls so angeordnet, dass er sich oberhalb des Verflüssigers 206 erstreckt, so dass in einem Aus-Zustand Arbeitsflüssigkeit von dem Verdichter weg aufgrund der Schwerkraft läuft. Der Verdichter ist also in einem trockenen Zustand, wenn die Wärmepumpenstufe 200 deaktiviert ist, was dadurch geschieht, dass der Verdichtermotor 204 ausgeschaltet wird.In addition, the liquefier 204 as it is in 2A is also shown arranged above the condenser 206 extends so that in an off-state working fluid from the compressor away due to gravity. So the compressor is in a dry state when the heat pump stage 200 is deactivated, which is done by the fact that the compressor motor 204 is turned off.

Darüber hinaus sei darauf hingewiesen, dass vorzugsweise als Arbeitsmedium Wasser verwendet wird, wobei die wenigstens eine Wärmepumpenstufe ausgebildet ist, um einen Druck zu halten, bei dem das Wasser bei Temperaturen unter 50°C verdampfen kann. Insbesondere bei der zweistufigen Anordnung, auf die noch Bezug nehmend auf 3A, 3B, 4A, 6A bis 6D und 5 hingewiesen wird, wird die Verdampfung in die erste Wärmepumpenstufe beispielsweise bei Temperaturen von 20°C bis 30°C stattfinden und wird die Verdampfung in der zweiten Wärmepumpenstufe z. B. bei Temperaturen zwischen 40°C und 50°C stattfinden. Je nach Implementierung können die Temperaturen jedoch niedriger sein, wie es beispielhaft anhand von 8 oder 7C dargestellt ist.In addition, it should be noted that water is preferably used as the working medium, wherein the at least one heat pump stage is designed to hold a pressure at which the water can evaporate at temperatures below 50 ° C. In particular, in the two-stage arrangement, with reference still to 3A . 3B . 4A . 6A to 6D and 5 is pointed out, the evaporation will take place in the first heat pump stage, for example, at temperatures of 20 ° C to 30 ° C and the evaporation in the second heat pump stage z. B. at temperatures between 40 ° C and 50 ° C take place. Depending on the implementation, however, the temperatures may be lower, as exemplified by 8th or 7C is shown.

Vorzugsweise ist die gesamte Wärmepumpenanlage an einem Trägergestell montiert, das nicht gezeigt ist. Insbesondere sind der erste und der zweite Wärmetauscher 212, 214 unten an dem Trägergestell befestigt. Darüber hinaus sind die erste Pumpe und die zweite Pumpe durch einen Pumpenhalter miteinander verbunden und sind als Pumpenmodul an dem Trägergestell oberhalb des ersten und des zweiten Wärmetauschers 212, 214 befestigt. Die wenigstens eine Wärmepumpenstufe ist dann oberhalb des Pumpenträgers angeordnet.Preferably, the entire heat pump system is mounted on a support frame, which is not shown. In particular, the first and second heat exchangers 212 . 214 attached to the bottom of the support frame. In addition, the first pump and the second pump are connected by a pump holder and are as a pump module to the support frame above the first and the second heat exchanger 212 . 214 attached. The at least one heat pump stage is then arranged above the pump carrier.

Bei bevorzugten Ausführungsformen ist die Wärmepumpenanlage mit zwei Stufen ausgebildet und hat eine Höhe, die kleiner als 2,50 m ist, eine Breite, die kleiner als 2 m ist und eine Tiefe, die kleiner als 1 m ist.In preferred embodiments, the heat pump system is formed with two stages and has a height that is less than 2.50 m, a width that is less than 2 m, and a depth that is less than 1 m.

2A zeigt den ersten Aspekt, bei dem die Wärmepumpenanlage an einem unteren Ende angeordnet die Wärmetauscher aufweist. 2A shows the first aspect, in which the heat pump system arranged at a lower end having the heat exchanger.

Dagegen zeigt 2B den zweiten Aspekt, bei dem die Pumpen ganz unten angeordnet sind und bei bevorzugten Implementierungen des zweiten Aspekts die Wärmetauscher 212, 214 stehend und/oder neben den Pumpen angeordnet sind. Insbesondere ist gemäß dem zweiten Aspekt in 2B einen Wärmepumpenanlage gezeigt, die die Wärmepumpenstufe 200 mit dem ersten Verdichter 204, dem ersten Verflüssiger 206 und dem ersten Verdampfer 202 aufweist. Darüber hinaus ist, wie es auch in 2A gezeigt ist, ein Expansionsorgan 207 vorgesehen, um den Flüssigkeitsausgleich zwischen dem Verflüssiger 206 und dem Verdampfer 202 zu schaffen. Darüber hinaus sind der erste Wärmetauscher 212 und der zweite Wärmetauscher 214 einer zu kühlenden Seite bzw. einer zu erwärmenden Seite zugeordnet. Darüber hinaus ist die erste Pumpe 208 und die zweite Pumpe 210 vorgesehen, wobei die erste Pumpe 208 mit dem ersten Wärmetauscher 212 gekoppelt ist, und wobei die zweite Pumpe 210 mit dem zweiten Wärmetauscher 214 gekoppelt ist. Wieder hat die Wärmepumpenanlage eine Betriebsposition, die so ist, wie sie schematisch in 2B dargestellt ist.On the other hand shows 2 B the second aspect, in which the pumps are arranged at the bottom and in preferred implementations of the second aspect, the heat exchangers 212 . 214 standing and / or arranged next to the pumps. In particular, according to the second aspect is in 2 B a heat pump system shown the heat pump stage 200 with the first compressor 204 , the first liquefier 206 and the first evaporator 202 having. In addition, as it is in 2A shown is an expansion organ 207 provided to the liquid balance between the condenser 206 and the evaporator 202 to accomplish. In addition, the first heat exchanger 212 and the second heat exchanger 214 associated with a side to be cooled or a side to be heated. In addition, the first pump 208 and the second pump 210 provided, the first pump 208 with the first heat exchanger 212 coupled, and wherein the second pump 210 with the second heat exchanger 214 is coupled. Again, the heat pump plant has an operating position that is as shown schematically in FIG 2 B is shown.

Die erste und die zweite Pumpe sind in der Betriebsposition unterhalb der Wärmepumpeneinheit 200 an einem unteren Ende der Wärmepumpenanlage angeordnet. Darüber hinaus sind in der Betriebsposition der erste Wärmetauscher und der zweite Wärmetauscher ebenfalls unterhalb der Wärmepumpeneinheit an dem unteren Ende neben den Pumpen 208, 210 angeordnet, wie es schematisch in 2B gezeigt ist. Insbesondere sind die erste Pumpe 208 und die zweite Pumpe 210 so angeordnet, dass eine Pumprichtung der jeweiligen Pumpe in der Betriebsposition waagrecht verläuft oder um höchstens ±45° von der Waagrechten abweicht. Darüber hinaus sind die beiden Wärmetauscher 212, 214 bzw. wenigstens einer der beiden Wärmetauscher 212, 214 stehend angeordnet, wobei der erste Anschluss 240, 242 des ersten bzw. zweiten Wärmetauschers 212, 214 mit einer Pumpseite der jeweiligen Pumpe 208, 210 gekoppelt ist, und wobei der zweite Anschluss 241, 243 des ersten bzw. zweiten Wärmetauschers 212 bzw. 214 oberhalb des jeweiligen ersten Anschlusses 240, 242 des entsprechenden Wärmetauschers angeordnet ist. In anderen Worten ist der Wärmetauscher 212 so angeordnet, dass der zweite Anschluss 241, der den Ablauf von dem ersten Wärmetauscher 212 darstellt, in der Betriebsrichtung oberhalb des ersten Anschlusses 240 angeordnet ist, der den Zulauf darstellt. Entsprechend ist bei dem zweiten Wärmetauscher 214 der Ablauf, also der zweite Anschluss 243 in Betriebsposition oberhalb des Zulaufs 242 bzw. des ersten Anschlusses 242 des zweiten Wärmetauschers 214 angeordnet. Die stehende Anordnung ist von Vorteil, weil damit beim Befüllen der Wärmetauscher Lufteinschlüsse vermieden werden. Darüber hinaus wird durch die stehende Lage des Wärmetauschers die Rohrverbindung, und insbesondere das Rohr 232 bzw. 238 kürzer im Vergleich zu einer liegenden Anordnung. Dies liegt daran, dass die Erstreckung des Wärmetauschers gewissermaßen bereits als Verbindungsrohr eingesetzt wird. Der Wärmetauscher wird also nicht nur als Wärmetauscherelement, sondern auch als Verbindungsleitung benutzt.The first and second pumps are in the operating position below the heat pump unit 200 arranged at a lower end of the heat pump system. Moreover, in the operating position, the first heat exchanger and the second heat exchanger are also below the heat pump unit at the lower end adjacent to the pumps 208 . 210 arranged as it is schematic in 2 B is shown. In particular, the first pump 208 and the second pump 210 arranged so that a pumping direction of the respective pump in the operating position is horizontal or deviates by at most ± 45 ° from the horizontal. In addition, the two heat exchangers 212 . 214 or at least one of the two heat exchangers 212 . 214 arranged standing, wherein the first connection 240 . 242 of the first and second heat exchanger 212 . 214 with a pump side of the respective pump 208 . 210 is coupled, and wherein the second port 241 . 243 of the first and second heat exchanger 212 respectively. 214 above the respective first connection 240 . 242 the corresponding heat exchanger is arranged. In other words, the heat exchanger 212 arranged so that the second connection 241 which is the drain from the first heat exchanger 212 represents, in the operating direction above the first port 240 is arranged, which represents the inlet. Accordingly, in the second heat exchanger 214 the sequence, ie the second connection 243 in operating position above the inlet 242 or the first connection 242 of the second heat exchanger 214 arranged. The standing arrangement is advantageous because it avoids trapped air when filling the heat exchanger. In addition, by the vertical position of the heat exchanger, the pipe connection, and in particular the pipe 232 respectively. 238 shorter compared to a horizontal arrangement. This is due to the fact that the extent of the heat exchanger is used in a sense already as a connecting pipe. The heat exchanger is thus used not only as a heat exchanger element, but also as a connecting line.

Darüber hinaus sind die Pumpen soweit als möglich unten angeordnet, und zwar vorzugsweise waagrecht, so dass der nötige Staudruck vor der Saugseite der Pumpe durch ein maximal langes vertikales Rohr vor der Pumpe bei vorgegebener Höhe der gesamten Wärmepumpenanlage ohne Weiteres erreicht wird, um eine Pumpenkavitation zu vermeiden. Ferner umfasst das erste Rohr 228, durch das der Verdampferausgang 220 mit der Saugseite der Pumpe 208 gekoppelt ist, eine Krümmung, wobei es bevorzugt wird, dass die Krümmung näher an der Saugseite der Pumpe 208 als an dem Verdampferausgang 220 angeordnet ist. Entsprechend ist auch die Krümmung in dem zweiten Rohr 234 von dem Kondensiererausgang 224 zur Saugseite der Pumpe 210 näher an der Pumpe als an dem Kondensiererausgang 224 angeordnet, um eine möglichst lange senkrechte Strecke zu haben, durch die der nötige Staudruck erreicht wird, durch die also bereits das herabstürzende Arbeitsmedium einen guten Schub an kinetischer Energie erhält.In addition, the pumps are arranged as far down as possible, and preferably horizontally, so that the necessary back pressure before the suction side of the pump by a maximum long vertical pipe in front of the pump at a given height of the entire heat pump system is readily achieved to a pump cavitation avoid. Furthermore, the first tube comprises 228 through which the evaporator outlet 220 with the suction side of the pump 208 coupled, a curvature, wherein it is preferred that the curvature closer to the suction side of the pump 208 as at the evaporator exit 220 is arranged. Accordingly, the curvature in the second tube 234 from the condenser output 224 to the suction side of the pump 210 closer to the pump than to the condenser exit 224 arranged to have as long as possible vertical distance, through which the necessary back pressure is achieved, so already receives the falling working fluid a good boost of kinetic energy.

3A zeigt einen dritten Aspekt einer Wärmepumpenanlage, wobei die Wärmepumpenanlage der dritten Stufe eine beliebige Anordnung an Pumpen oder Wärmetauschern aufweisen kann, wobei jedoch, wie es noch anhand der 3B, 4A, 5 dargelegt wird, bevorzugt wird, die Anordnung gemäß dem ersten Aspekt zu verwenden. Alternativ kann jedoch auch die Anordnung gemäß dem zweiten Aspekt, also mit soweit als möglich unten angeordneten Pumpen und vorzugsweise stehenden Wärmetauschern eingesetzt werden. 3A shows a third aspect of a heat pump system, wherein the heat pump system of the third stage may have any arrangement of pumps or heat exchangers, however, as still with reference to the 3B . 4A . 5 is preferred, it is preferred to use the arrangement according to the first aspect. Alternatively, however, the arrangement according to the second aspect, ie with as far as possible arranged below pumps and preferably stationary heat exchangers can be used.

Insbesondere umfasst eine Wärmepumpenanlage, wie sie in 3A gezeigt ist, eine Wärmepumpenstufe 200, d. h. die Stufe n + 1 mit einem ersten Verdampfer 202, einem ersten Verdichter 204 und einem ersten Verflüssiger 206, wobei der Verdampfer 202 über dem Dampfkanal 250 mit dem Verdichter 204 gekoppelt ist, und sobald der Verdichter 204 über den Dampfkanal 251 mit dem Verflüssiger 206 gekoppelt ist. Es wird bevorzugt, wieder die verschränkte Anordnung zu verwenden, es können jedoch auch beliebige Anordnungen in der Wärmepumpenstufe 200 eingesetzt werden. Der Eingang 222 in den Verdampfer 202 und der Ausgang 220 aus dem Verdampfer 202 sind je nach Implementierung entweder mit einem zu kühlenden Gebiet oder mit einem Wärmetauscher, wie beispielsweise dem Wärmetauscher 212 zu dem zu kühlenden Gebiet oder mit einer weiteren vorher angeordneten Wärmepumpenstufe, nämlich beispielsweise der Wärmepumpenstufe n verbunden, wobei n eine ganze Zahl größer oder gleich Null ist.In particular, a heat pump system, as in 3A a heat pump stage is shown 200 ie the stage n + 1 with a first evaporator 202 , a first compressor 204 and a first liquefier 206 , where the evaporator 202 over the steam channel 250 with the compressor 204 coupled, and once the compressor 204 over the steam channel 251 with the liquefier 206 is coupled. It is preferred to use the entangled arrangement again, but any arrangements in the heat pump stage may be used 200 be used. The entrance 222 in the evaporator 202 and the exit 220 from the evaporator 202 Depending on the implementation, either with an area to be cooled or with a heat exchanger, such as the heat exchanger 212 to the area to be cooled or with another pre-arranged heat pump stage, namely for example the Heat pump stage n connected, where n is an integer greater than or equal to zero.

Darüber hinaus umfasst die Wärmepumpenanlage in 3A eine weitere Wärmepumpenstufe 300, d. h. die Stufe n + 2, mit einem zweiten Verdampfer 302, einem zweiten Verdichter 304 und einem zweiten Verflüssiger 306. Insbesondere ist der Ausgang 224 des ersten Verflüssigers mit einem Verdampfereingang 322 des zweiten Verdampfers 320 über eine Verbindungsleitung 332 verbunden. Der Ausgang 320 des Verdampfers 302 der weiteren Wärmepumpenstufe 300 kann je nach Implementierung mit dem Einlass in den Verflüssiger 206 der ersten Wärmepumpenstufe 200 verbunden sein, wie es durch eine gestrichelte Verbindungsleitung 334 gezeigt ist. Der Ausgang 320 des Verdampfers 302 kann jedoch auch, wie es noch anhand der 4A, 6A bis 6D und 5 dargestellt ist, mit einem steuerbaren Wegemodul verbunden sein, um alternative Implementierungen zu erreichen. Generell ist jedoch aufgrund der festen Verbindung des Verflüssigerausgangs 224 der ersten Wärmepumpenstufe mit dem Verdampfereingang 322 der weiteren Wärmepumpenstufe eine Kettenschaltung erreicht.In addition, the heat pump system includes in 3A another heat pump stage 300 ie stage n + 2, with a second evaporator 302 , a second compressor 304 and a second condenser 306. , In particular, the output is 224 of the first condenser with an evaporator inlet 322 of the second evaporator 320 over a connecting line 332 connected. The exit 320 of the evaporator 302 the further heat pump stage 300 Depending on the implementation with the inlet to the condenser 206 the first heat pump stage 200 be connected, as indicated by a dashed connection line 334 is shown. The exit 320 of the evaporator 302 However, as it is still based on the 4A . 6A to 6D and 5 shown connected to a controllable way module to achieve alternative implementations. Generally, however, due to the fixed connection of the condenser outlet 224 the first heat pump stage with the evaporator inlet 322 the other heat pump stage reaches a derailleur.

Diese Kettenschaltung stellt sicher, dass jede Wärmepumpenstufe mit einer möglichst geringen Temperaturspreizung arbeiten muss, also mit einer möglichst geringen Differenz zwischen der erwärmten Arbeitsflüssigkeit und der gekühlten Arbeitsflüssigkeit. Durch Hintereinanderschalten, also durch eine Kettenschaltung solcher Wärmepumpenstufen wird damit erreicht, dass dennoch eine ausreichend große Gesamtspreizung erreicht wird. Die Gesamtspreizung wird somit in mehrere Einzelspreizungen aufgeteilt. Die Kettenschaltung ist insbesondere deswegen von besonderem Vorteil, weil damit wesentlich effizienter gearbeitet werden kann. Der Verbrauch an Verdichterleistung für zwei Stufen, die jeweils eine kleinere Temperaturspreizung bewältigen müssen, ist kleiner als die Verdichterleistung für eine einzige Wärmepumpenstufe, die eine große Temperaturspreizung erreichen muss. Außerdem sind die Anforderungen an die einzelnen Komponenten bei zwei in Kette geschalteten Stufen in technischer Hinsicht entspannter.This derailleur ensures that each heat pump stage must work with the lowest possible temperature spread, so with the smallest possible difference between the heated working fluid and the cooled working fluid. By connecting in series, so by a chain circuit such heat pump stages is thus achieved that nevertheless a sufficiently large total spread is achieved. The total spread is thus divided into several individual spreads. The derailleur is particularly of particular advantage because it allows much more efficient work. The consumption of compressor power for two stages, each of which has to cope with a smaller temperature spread, is smaller than the compressor power for a single heat pump stage, which must reach a large temperature spread. In addition, the requirements for the individual components with two stages connected in chain are technically more relaxed.

Wie es in 3A gezeigt ist, kann der Verflüssigerausgang 324 des Verflüssigers 306 der weiteren Wärmepumpenstufe 300 mit dem zu wärmenden Gebiet gekoppelten, wie es z. B. Bezug nehmend auf 3B anhand des Wärmetauschers 214 dargestellt ist. Alternativ kann jedoch auch der Ausgang 324 des Verflüssigers 306 der zweiten Wärmepumpenstufe wieder über ein Verbindungsrohr mit einem Verdampfer einer weiteren Wärmepumpenstufe, also der (n + 3)-Wärmepumpenstufe gekoppelt sein. 3A zeigt somit je nach Implementierung eine Kettenschaltung von z. B. vier Wärmepumpenstufen, wenn n = 1 genommen wird. Wenn jedoch n beliebig genommen wird, zeigt 3A eine Kettenschaltung von beliebig vielen Wärmepumpenstufen, wobei insbesondere die Kettenschaltung der Wärmepumpenstufe (n + 1), die mit 200 bezeichnet ist, und der weiteren Wärmepumpenstufe 300, die mit (n + 2) bezeichnet ist, detaillierter ausgeführt ist und die n-Wärmepumpenstufe genauso wie die (n + 3)-Wärmepumpenstufe auch nicht als Wärmepumpenstufe, sondern jeweils als Wärmetauscher oder als zu kühlendes bzw. zu erwärmendes Gebiet ausgeführt sein kann.As it is in 3A shown, the condenser outlet 324 of the liquefier 306. the further heat pump stage 300 coupled with the area to be heated, as z. B. Referring to 3B by the heat exchanger 214 is shown. Alternatively, however, the output 324 of the liquefier 306. the second heat pump stage again be coupled via a connecting pipe with an evaporator of another heat pump stage, so the (n + 3) heat pump stage. 3A Thus, depending on the implementation, a chain circuit of z. B. four heat pump stages, when n = 1 is taken. However, if n is taken arbitrarily, shows 3A a derailleur of any number of heat pump stages, in particular the derailleur of the heat pump stage (n + 1), with 200 is designated, and the further heat pump stage 300 , which is denoted by (n + 2), is carried out in more detail and the n-type heat pump stage as well as the (n + 3) heat pump stage can not be designed as a heat pump stage, but each as a heat exchanger or as to be cooled or heated area ,

Vorzugsweise ist, wie es z. B. in 3B gezeigt ist, der Verflüssiger der ersten Wärmepumpenstufe 200 oberhalb des Verdampfers 302 der zweiten Wärmepumpenstufe angeordnet, so dass die Arbeitsflüssigkeit durch die Verbindungsleitung 332 aufgrund der Schwerkraft fließt. Insbesondere bei der in 3B gezeigten speziellen Implementierung der einzelnen Wärmepumpenstufen ist der Verflüssiger ohnehin oberhalb des Verdampfers angeordnet. Diese Implementierung ist besonders günstig, weil selbst bei miteinander ausgerichteten Wärmepumpenstufen die Flüssigkeit bereits aus dem Verflüssiger der ersten Stufe in den Verdampfer der zweiten Stufe durch die Verbindungsleitung 332 fließt. Zusätzlich wird es jedoch bevorzugt, einen Höhenunterschied zu erreichen, der wenigstens 5 cm zwischen der Oberkante der ersten Stufe und der Oberkante der zweiten Stufe umfasst. Diese Abmessung, die bei 340 in 3B gezeigt ist, beträgt jedoch vorzugsweise 20 cm, da dann für die beschriebene Implementierung eine optimale Wasserleitung von der ersten Stufe 200 zu der zweiten Stufe 300 über die Verbindungsleitung 332 stattfindet. Dadurch wird ferner erreicht, dass in der Verbindungsleitung 332 keine spezielle Pumpe benötigt wird. Diese Pumpe wird daher eingespart. Es wird lediglich die Zwischenkreispumpe 330 benötigt, um von dem Ausgang 320 des Verdampfers der zweiten Stufe 300, die niedriger als die erste Stufe angeordnet ist, die Arbeitsflüssigkeit zurück in den Kondensierer der ersten Stufe, also in den Eingang 226 zu bringen. Hierzu ist der Ausgang 320 über die Rohrleitung 334 mit der Saugseite der Pumpe 330 verbunden. Die Pumpseite der Pumpe 330 ist über das Rohr 336 mit dem Eingang 226 des Kondensierers verbunden. Die in 3B gezeigte Kettenschaltung der beiden Stufen entspricht 3A mit der Verbindung 334. Vorzugsweise ist die Zwischenkreispumpe 330 ebenfalls wie die beiden anderen Pumpen 208 und 210 unten angeordnet, da dann auch in der Zwischenkreisleitung 334 eine Kavitation verhindert werden kann, weil aufgrund der Platzierung der Zwischenkreispumpe 330 im Fallrohr 334 ein ausreichender Staudruck der Pumpe erreicht wird.Preferably, as it is z. In 3B is shown, the condenser of the first heat pump stage 200 above the evaporator 302 arranged the second heat pump stage, so that the working fluid through the connecting line 332 flowing due to gravity. Especially at the in 3B shown special implementation of the individual heat pump stages, the condenser is arranged anyway above the evaporator. This implementation is particularly advantageous because, even with heat pump stages aligned with one another, the liquid already passes from the first stage condenser to the second stage evaporator through the connection line 332 flows. In addition, however, it is preferred to achieve a height difference that includes at least 5 cm between the top of the first stage and the top of the second stage. This dimension, at 340 in 3B is shown, but is preferably 20 cm, since then for the implementation described optimum water supply from the first stage 200 to the second stage 300 over the connecting line 332 takes place. This also ensures that in the connecting line 332 no special pump is needed. This pump is therefore saved. It will only be the DC link pump 330 needed to get out of the exit 320 the evaporator of the second stage 300 , which is arranged lower than the first stage, the working fluid back into the first-stage condenser, ie in the input 226 bring to. This is the output 320 over the pipeline 334 with the suction side of the pump 330 connected. The pump side of the pump 330 is over the pipe 336 with the entrance 226 connected to the condenser. In the 3B shown chain circuit of the two stages corresponds 3A with the connection 334 , Preferably, the intermediate circuit pump 330 also like the other two pumps 208 and 210 arranged below, because then in the intermediate circuit 334 Cavitation can be prevented because of the placement of the DC link pump 330 in the downpipe 334 a sufficient back pressure of the pump is achieved.

Obgleich in 3B die Konfiguration gemäß dem ersten Aspekt gezeigt ist, dass also die Wärmetauscher 212, 214 unterhalb der Pumpen 208, 210 und 330 angeordnet sind, kann auch die Anordnung der Pumpen 208, 210 neben den Wärmetauschern 212, 214 verwendet werden, wie es gemäß dem zweiten Aspekt dargelegt worden ist.Although in 3B the configuration according to the first aspect is shown, that is the heat exchangers 212 . 214 below the pumps 208 . 210 and 330 can also be arranged, the arrangement of the pumps 208 . 210 next to the heat exchangers 212 . 214 used as set forth in the second aspect.

Wie es in 3B gezeigt ist, umfasst die erste Stufe das Expansionselement 207 und die zweite Stufe ein Expansionselement 307. Da jedoch über die Verbindungsleitung 332 ohnehin Arbeitsflüssigkeit aus dem Verflüssiger 206 der ersten Stufe austritt, ist das Expansionselement 207 entbehrlich. Dagegen wird das Expansionselement 307 in der unteren Stufe vorzugsweise verwendet. So kann bei einem Ausführungsbeispiel die erste Stufe ohne Expansionselement gebaut werden, und es wird lediglich ein Expansionselement 307 in der zweiten Stufe vorgesehen. Da es jedoch bevorzugt wird, alle Stufen gleich zu bauen, ist auch in der Wärmepumpenstufe 200 das Expansionselement 207 vorgesehen. Wenn dasselbe implementiert ist, um eine Blasensiedung zu unterstützen, ist das Expansionselement 207 trotz der Tatsache, dass es unter Umständen keine verflüssigte Arbeitsflüssigkeit in den Verdampfer leitet, sondern lediglich erwärmten Dampf, ebenfalls hilfreich.As it is in 3B is shown, the first stage comprises the expansion element 207 and the second stage an expansion element 307 , However, because of the connecting line 332 anyway working fluid from the condenser 206 The first stage exit is the expansion element 207 dispensable. In contrast, the expansion element 307 preferably used in the lower step. Thus, in one embodiment, the first stage can be built without an expansion element, and it merely becomes an expansion element 307 provided in the second stage. However, since it is preferred to build all stages the same, it is also in the heat pump stage 200 the expansion element 207 intended. If implemented to support bubble boiling, then the expansion element is 207 despite the fact that it may not conduct liquefied working fluid into the evaporator, but only heated steam, also helpful.

Dennoch hat sich herausgestellt, dass sich bei der in 3B gezeigten Anordnung Arbeitsflüssigkeit in dem Verdampfer 302 der zweiten Wärmepumpenstufe 300 ansammelt. Es wird daher, wie es in 5 dargestellt ist, eine Maßnahme vorgenommen, um Arbeitsflüssigkeit aus dem Verdampfer 302 der zweiten Wärmepumpenstufe 300 in den Verdampferkreis der ersten Stufe 200 zu bringen. Hierfür ist eine Überlaufanordnung 502 in dem zweiten Verdampfer 302 der zweiten Wärmepumpenstufe angeordnet, um ab einem vordefinierten maximalen Arbeitsflüssigkeitspegel in dem zweiten Verdampfer 302 Arbeitsflüssigkeit wegzuführen. Ferner ist eine Flüssigkeitsleitung 504, 506, 508 vorgesehen, die einerseits mit der Überlaufanordnung 502 gekoppelt ist, und die andererseits mit einer Saugseite der ersten Pumpe 208 an einer Koppelstelle 512 gekoppelt ist. An der Koppelstelle 512 ist ein Druckminderer 510 vorhanden, der vorzugsweise als Druckminderer nach Bernoulli, also als eine Rohr- oder Schlauchengstelle ausgebildet ist. Die Flüssigkeitsleitung umfasst einen ersten Verbindungsabschnitt 504, einen U-förmigen Abschnitt 506 und einen zweiten Verbindungsabschnitt 508. Vorzugsweise hat der U-förmige Abschnitt 506 eine vertikale Höhe in der Betriebsposition, die wenigstens gleich 5 cm und vorzugsweise 15 cm ist. Damit wird ein selbstregelndes System erhalten, das ohne Pumpe arbeitet. Bei zu hohem Wasserstand in dem Verdampfer 302 des unteren Behälters 300 läuft Arbeitsflüssigkeit über die Verbindungsleitung 504 in das U-Rohr 506. Das U-Rohr ist über die Verbindungsleitung 508 an der Koppelstelle 512 an dem Druckminderer mit der Saugseite der Pumpe 208 gekoppelt. Durch die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit vor der Pumpe aufgrund der Engstelle 510 sinkt der Druck und Wasser aus dem U-Rohr 506 kann aufgenommen werden. Im U-Rohr stellt sich ein stabiler Wasserstand ein, der dem Druck vor der Pumpe in der Engstelle und im Verdampfer des niedrigeren Behälters genügt. Gleichzeitig stellt das U-Rohr 506 jedoch eine Dampfbarriere dar, dahingehend, dass kein Dampf aus dem Verdampfer 302 in die Saugseite der Pumpe 208 gelangen kann. Die Expansionsorgane 207 bzw. 307 sind vorzugsweise ebenfalls als Überlaufanordnungen ausgebildet, um bei Überschreiten eines vorbestimmten Pegels in einem jeweiligen Verflüssiger Arbeitsflüssigkeit in den jeweiligen Verdampfer zu bringen. Damit werden die Füllstände sämtlicher Behälter, also sämtlicher Verflüssiger und Verdampfer in beiden Wärmepumpenstufen automatisch, ohne Aufwand und ohne Pumpen aber selbstregelnd eingestellt.Nevertheless, it has been found that at the in 3B shown arrangement working fluid in the evaporator 302 the second heat pump stage 300 accumulates. It will, therefore, as it is in 5 is shown a measure made to remove working fluid from the evaporator 302 the second heat pump stage 300 in the evaporator circuit of the first stage 200 bring to. This is an overflow arrangement 502 in the second evaporator 302 the second heat pump stage arranged to from a predefined maximum working fluid level in the second evaporator 302 Leading away working fluid. Further, a liquid line 504 . 506 . 508 provided, on the one hand with the overflow arrangement 502 coupled, on the other hand, with a suction side of the first pump 208 at a coupling point 512 is coupled. At the coupling point 512 is a pressure reducer 510 present, which is preferably designed as a pressure reducer to Bernoulli, so as a pipe or Schlauchengstelle. The fluid conduit includes a first connection portion 504 , a U-shaped section 506 and a second connecting portion 508 , Preferably, the U-shaped section 506 a vertical height in the operating position which is at least equal to 5 cm and preferably 15 cm. This provides a self-regulating system that operates without a pump. If the water level in the evaporator is too high 302 of the lower container 300 working fluid runs over the connecting line 504 in the U-tube 506 , The U-tube is over the connecting line 508 at the coupling point 512 on the pressure reducer with the suction side of the pump 208 coupled. Due to the increased flow speed in front of the pump due to the bottleneck 510 decreases the pressure and water from the U-tube 506 can be recorded. In the U-tube, a stable water level is established, which is sufficient for the pressure in front of the pump in the constriction and in the evaporator of the lower tank. At the same time, the U-tube represents 506 but a vapor barrier, in that no vapor from the evaporator 302 into the suction side of the pump 208 can get. The expansion organs 207 respectively. 307 are preferably also designed as overflow arrangements, in order to bring working fluid into the respective evaporator when a predetermined level in a respective condenser is exceeded. Thus, the levels of all containers, so all condenser and evaporator in both heat pump stages automatically, without effort and without pumps but set self-regulating.

Dies ist insbesondere von Vorteil, weil damit Wärmepumpenstufen je nach Betriebsmodus in Betrieb oder außer Betrieb genommen werden können.This is particularly advantageous because it allows heat pump stages to be run or shut down depending on the operating mode.

4A und 5 zeigen bereits eine detaillierte Darstellung eines steuerbaren Wegemoduls aufgrund des oberen 2 × 2-Wege-Schalters 421 und des unteren 2 × 2-Wege-Schalters 422. 4B zeigt eine allgemeine Implementierung des steuerbaren Wegemoduls 420, das durch die beiden seriell geschalteten 2 × 2-Wege-Schalter 421 und 422 implementiert werden kann, das jedoch auch alternativ implementiert werden. kann. 4A and 5 already show a detailed representation of a controllable roadside module due to the upper 2 × 2-way switch 421 and the lower 2 × 2-way switch 422 , 4B shows a general implementation of the controllable roadside module 420 that through the two serially connected 2 × 2-way switches 421 and 422 can be implemented, but also implemented alternatively. can.

Das steuerbare Wegemodul 420 von 4B ist mit einer Steuerung 430 gekoppelt, um von dieser über eine Steuerleitung 431 angesteuert zu werden. Die Steuerung empfängt als Eingangssignale Sensorsignale 432 und liefert ausgangsseitig Pumpensteuersignale 436 und/oder Verdichtermotorensteuersignale 434. Die Verdichtermotorensteuersignale 434 führen zu den Verdichtermotoren 204, 304, wie sie beispielsweise in 4A gezeigt sind, und die Pumpensteuersignale 436 führen zu den Pumpen 208, 210, 330. Je nach Implementierung können die Pumpen 208, 210 jedoch fest, also ungesteuert ausgeführt werden, weil sie ohnehin in jedem der anhand der 7A, 7B beschriebenen Betriebsmodi laufen. Lediglich die Zwischenkreispumpe 330 könnte daher durch ein Pumpensteuersignal 436 gesteuert werden.The controllable way module 420 from 4B is with a controller 430 coupled to from this via a control line 431 to be controlled. The controller receives as input signals sensor signals 432 and provides output pump control signals 436 and / or compressor motor control signals 434 , The compressor motor control signals 434 lead to the compressor motors 204 . 304 as they are for example in 4A are shown, and the pump control signals 436 lead to the pumps 208 . 210 . 330 , Depending on the implementation, the pumps can 208 . 210 However, fixed, so run uncontrolled because they anyway in each of the basis of the 7A . 7B run operating modes described. Only the intermediate circuit pump 330 could therefore be due to a pump control signal 436 to be controlled.

Das steuerbare Wegemodul 420 umfasst einen ersten Eingang 401, einen zweiten Eingang 402 und einen dritten Eingang 403. Wie es beispielsweise in 4A gezeigt ist, ist der erste Eingang 401 mit dem Ablauf 241 des ersten Wärmetauschers 212 verbunden. Darüber hinaus ist der zweite Eingang 402 des steuerbaren Wegemoduls mit dem Rücklauf bzw. Ablauf 243 des zweiten Wärmetauschers 214 verbunden. Darüber hinaus ist der dritte Eingang 403 des steuerbaren Wegemoduls 420 mit einer Pumpseite der Zwischenkreispumpe 330 verbunden.The controllable way module 420 includes a first entrance 401 , a second entrance 402 and a third entrance 403 , As it is for example in 4A is shown, is the first input 401 with the process 241 of the first heat exchanger 212 connected. In addition, the second entrance 402 the controllable way module with the return or expiration 243 of the second heat exchanger 214 connected. In addition, the third entrance 403 of the controllable way module 420 with a pump side of the intermediate circuit pump 330 connected.

Ein erster Ausgang 411 des steuerbaren Wegemoduls 420 ist mit einem Eingang 222 in die erste Wärmepumpenstufe 200 gekoppelt. Ein zweiter Ausgang 412 des steuerbaren Wegemoduls 420 ist mit einem Eingang 226 in den Verflüssiger 206 der ersten Wärmepumpenstufe verbunden. Darüber hinaus ist ein dritter Ausgang 413 des steuerbaren Wegemoduls 420 mit dem Eingang 326 in den Verflüssiger 306 der zweiten Wärmepumpenstufe 300 verbunden.A first exit 411 of the controllable way module 420 is with an entrance 222 in the first heat pump stage 200 coupled. A second exit 412 of the controllable way module 420 is with an entrance 226 into the liquefier 206 connected to the first heat pump stage. In addition, there is a third exit 413 of the controllable way module 420 with the entrance 326 into the liquefier 306. the second heat pump stage 300 connected.

Die verschiedenen Eingang/Ausgang-Verbindungen, die durch das steuerbare Wegemodul 420 erreicht werden, sind in 4C dargestellt.The various input / output connections through the controllable way module 420 be reached are in 4C shown.

In einem Modus, dem Hochleistungsmodus (HLM) ist der erste Eingang 401 mit dem ersten Ausgang 411 verbunden. Ferner ist der zweite Eingang 402 mit dem dritten Ausgang 413 verbunden. Darüber hinaus ist der dritte Eingang 403 mit dem zweiten Ausgang 412 verbunden, wie es in der Zeile 451 von 4C dargestellt ist.In one mode, high performance mode (HLM) is the first input 401 with the first exit 411 connected. Furthermore, the second entrance 402 with the third exit 413 connected. In addition, the third entrance 403 with the second exit 412 connected as it is in the line 451 from 4C is shown.

Im Mittelleistungsmodus (MLM), in dem lediglich die erste Stufe aktiv ist und die zweite Stufe inaktiv ist, also der Verdichtermotor 304 der zweiten Stufe 300 abgeschaltet ist, ist der erste Eingang 401 mit dem ersten Ausgang 411 verbunden. Ferner ist der zweite Eingang 402 mit dem zweiten Ausgang 412 verbunden. Darüber hinaus ist der dritte Eingang 403 mit dem dritten Ausgang 413 verbunden, wie es in Zeile 452 dargestellt ist. Zeile 453 zeigt den Freikühlungsmodus, in dem der erste Eingang mit dem zweiten Ausgang verbunden ist, also der Eingang 401 mit dem Ausgang 412. Darüber hinaus ist der zweite Eingang 402 mit dem ersten Ausgang 411 verbunden. Schließlich ist der dritte Eingang 403 mit dem dritten Ausgang 413 verbunden.In mid-power mode (MLM), in which only the first stage is active and the second stage is inactive, ie the compressor motor 304 the second stage 300 is turned off, is the first input 401 with the first exit 411 connected. Furthermore, the second entrance 402 with the second exit 412 connected. In addition, the third entrance 403 with the third exit 413 connected as it is in line 452 is shown. row 453 shows the free cooling mode in which the first input is connected to the second output, so the input 401 with the exit 412 , In addition, the second entrance 402 with the first exit 411 connected. Finally, the third entrance 403 with the third exit 413 connected.

Im Niederleistungsmodus (NLM), der in Zeile 454 dargestellt ist, ist der erste Eingang 401 mit dem dritten Ausgang 413 verbunden. Darüber hinaus ist der zweite Eingang 402 mit dem ersten Ausgang 411 verbunden. Schließlich ist der dritte Eingang 403 mit dem zweiten Ausgang 412 verbunden.In low power mode (NLM), in line 454 is shown, is the first input 401 with the third exit 413 connected. In addition, the second entrance 402 with the first exit 411 connected. Finally, the third entrance 403 with the second exit 412 connected.

Es wird bevorzugt, das steuerbare Wegemodul durch die zwei seriell angeordneten 2-Wege-Schalter 421 und 422 zu implementieren, wie sie z. B. in 4A dargestellt sind, oder wie sie auch in den 6A bis 6D dargestellt sind. Hierbei hat der erste 2-Wege-Schalter 421 den ersten Eingang 401, den zweiten Eingang 402, den ersten Ausgang 411 und einen zweiten Ausgang 414, der über eine Zwischenverbindung 406 mit einem Eingang 404 des zweiten 2-Wege-Schalters 422 gekoppelt ist. Der 2-Wege-Schalter hat den dritten Eingang 403 als zusätzlichen Eingang und den zweiten Ausgang 412 als Ausgang und den dritten Ausgang 413 ebenfalls als Ausgang.It is preferred that the controllable path module through the two serially arranged 2-way switch 421 and 422 to implement, as z. In 4A are shown, or as they are in the 6A to 6D are shown. Here is the first 2-way switch 421 the first entrance 401 , the second entrance 402 , the first exit 411 and a second exit 414 that has an interconnect 406 with an entrance 404 of the second 2-way switch 422 is coupled. The 2-way switch has the third input 403 as an additional input and the second output 412 as output and the third output 413 also as an exit.

Die Stellungen der beiden 2 × 2-Wege-Schalter 421 sind in 7B tabellarisch dargestellt. 6A zeigt die beiden Stellungen der Schalter 421, 422 im Hochleistungsmodus (HLM). Dies entspricht der ersten Zeile in 7B. 6B zeigt die Stellung der beiden Schalter im Mittelleistungsmodus. Der obere Schalter 421 ist im Mittelleistungsmodus genau gleich wie im Hochleistungsmodus. Lediglich der untere Schalter 422 ist umgeschaltet worden. Im Freikühlungsmodus, der in 6C dargestellt ist, ist der untere Schalter gleich wie im Mittelleistungsmodus. Lediglich der obere Schalter ist umgeschaltet worden. Im Niederleistungsmodus schließlich ist der untere Schalter 422 im Vergleich zum Freikühlungsmodus umgeschaltet, während der obere Schalter im Niederleistungsmodus gleich seiner Stellung im Freikühlungsmodus ist. Damit wird sichergestellt, dass von einem benachbarten Modus zum nächsten Modus immer nur ein Schalter umgeschaltet werden muss, während der andere Schalter auf seiner Position verharren kann. Dies vereinfacht die gesamte Umschaltmaßnahme von einem Betriebsmodus zum nächsten.The positions of the two 2 × 2-way switches 421 are in 7B tabulated. 6A shows the two positions of the switches 421 . 422 in high performance mode (HLM). This corresponds to the first line in 7B , 6B shows the position of the two switches in mid-power mode. The upper switch 421 is exactly the same in mid-power mode as it is in high-performance mode. Only the lower switch 422 has been switched. In the free cooling mode, the in 6C is shown, the bottom switch is the same as in mid-power mode. Only the upper switch has been switched. In low power mode, finally, the bottom switch 422 switched over in the free cooling mode, while the upper switch in low power mode is equal to its position in the free cooling mode. This ensures that only one switch needs to be switched from one neighboring mode to the next mode, while the other switch can remain in its position. This simplifies the entire switching action from one operating mode to the next.

7A zeigt die Aktivitäten der einzelnen Verdichtermotoren und Pumpen in den verschiedenen Modi. In allen Modi sind die erste Pumpe 208 und die zweite Pumpe 210 aktiv. Die Zwischenkreispumpe ist in dem Hochleistungsmodus, dem Mittelleistungsmodus und dem Freikühlungsmodus aktiv, jedoch ist im Niederleistungsmodus deaktiviert. 7A shows the activities of each compressor motors and pumps in the different modes. In all modes are the first pump 208 and the second pump 210 active. The intermediate circuit pump is active in the high power mode, the mid power mode, and the free cooling mode, but is deactivated in the low power mode.

Der Verdichtermotor 204 der ersten Stufe ist im Hochleistungsmodus, im Mittelleistungsmodus und im Freikühlungsmodus aktiv, und ist im Niederleistungsmodus deaktiviert. Darüber hinaus ist der Verdichtermotor der zweiten Stufe lediglich im Hochleistungsmodus aktiv, jedoch im Mittelleistungsmodus, im Freikühlungsmodus und im Niederleistungsmodus deaktiviert.The compressor motor 204 The first stage is active in high power mode, mid power mode, and free cooling mode, and is disabled in low power mode. In addition, the second stage compressor motor is only active in high power mode but disabled in mid power mode, free cooling mode and low power mode.

Es sei darauf hingewiesen, dass 4A den Niederleistungsmodus darstellt, in dem die beiden Motoren 204, 304 deaktiviert sind, und in dem auch die Zwischenkreispumpe 330 aktiviert ist. Dagegen zeigt 3B den gewissermaßen festgekoppelten Hochleistungsmodus, bei dem beide Motoren und alle Pumpen aktiv sind. 5 zeigt wiederum den Hochleistungsmodus, bei dem die Schalterstellungen so sind, dass genau die Konfiguration gemäß 3B erhalten wird.It should be noted that 4A represents the low power mode in which the two motors 204 . 304 are disabled, and in which also the intermediate circuit pump 330 is activated. On the other hand shows 3B the so-called high performance mode, where both motors and pumps are active. 5 again shows the high power mode, in which the switch positions are such that exactly the configuration according to 3B is obtained.

6A und 6C zeigen ferner verschiedene Temperatursensoren. Ein Sensor 602 misst die Temperatur am Ausgang des ersten Wärmetauschers 212, also am Rücklauf von der zu kühlenden Seite. Ein zweiter Sensor 604 misst die Temperatur am Rücklauf der zu wärmenden Seite, also vom zweiten Wärmetauscher 214. Ferner misst ein weiterer Temperatursensor 606 die Temperatur am Ausgang 220 des Verdampfers der ersten Stufe, wobei diese Temperatur typischerweise die kälteste Temperatur ist. Darüber hinaus ist ein weiterer Temperatursensor 608 vorgesehen, der die Temperatur in der Verbindungsleitung 332 misst, also am Ausgang des Kondensierers der ersten Stufe, der in anderen Figuren mit 224 bezeichnet ist. Darüber hinaus misst der Temperatursensor 610 die Temperatur am Ausgang des Verdampfers der zweiten Stufe 300, also am Ausgang 320 von 3B beispielsweise. 6A and 6C also show various temperature sensors. A sensor 602 measures the temperature at the outlet of the first one heat exchanger 212 , ie at the return from the side to be cooled. A second sensor 604 Measures the temperature at the return of the side to be heated, ie from the second heat exchanger 214 , Furthermore, measures another temperature sensor 606 the temperature at the exit 220 the evaporator of the first stage, wherein this temperature is typically the coldest temperature. In addition, another temperature sensor 608 provided that the temperature in the connecting line 332 measures, so at the output of the first stage of the condenser, in other figures with 224 is designated. In addition, the temperature sensor measures 610 the temperature at the outlet of the second stage evaporator 300 So at the exit 320 from 3B for example.

Schließlich misst der Temperatursensor 612 die Temperatur am Ausgang 324 des Verflüssigers 306 der zweiten Stufe 300, wobei diese Temperatur im Vollleistungsmodus die wärmste Temperatur im System ist.Finally, the temperature sensor measures 612 the temperature at the exit 324 of the liquefier 306. the second stage 300 In the full power mode, this temperature is the warmest temperature in the system.

Nachfolgend wird Bezug nehmend auf die 7C und 7D auf die verschiedenen Stufen bzw. Betriebsmodi der Wärmepumpenanlage, wie sie beispielsweise anhand der 6A bis 6D dargestellt ist, und auch anhand der anderen Figuren dargestellt ist, eingegangen.Hereinafter, referring to the 7C and 7D on the various stages or operating modes of the heat pump system, as for example, based on the 6A to 6D is shown, and also illustrated with reference to the other figures, received.

Die DE 10 2012 208 174 A1 offenbart eine Wärmepumpe mit einem Freikühlungsmodus. Im Freikühlungsmodus ist der Verdampfereinlass mit einem Rücklauf von dem zu wärmenden Gebiet verbunden. Ferner ist der Verflüssigereinlass mit einem Rücklauf von dem zu kühlenden Gebiet verbunden. Durch den Freikühlungsmodus wird bereits eine erhebliche Effizienzsteigerung erreicht, und zwar insbesondere für Außentemperaturen kleiner als z. B. 22°C.The DE 10 2012 208 174 A1 discloses a heat pump with a free cooling mode. In the free cooling mode, the evaporator inlet is connected to a return from the area to be heated. Further, the condenser inlet is connected to a return from the area to be cooled. By free cooling mode, a considerable increase in efficiency is already achieved, in particular for outdoor temperatures less than z. 22 ° C.

Dieser Freikühlungsmodus oder (FKM) ist in Zeile 453 in 4C dargestellt und ist insbesondere in 6C dargestellt. So ist insbesondere der Ausgang des kälteseitigen Wärmetauschers mit dem Eingang in den Kondensierer der ersten Stufe verbunden. Darüber hinaus ist der Ausgang aus dem wärmeseitigen Wärmetauscher 214 mit dem Verdampfereingang der ersten Stufe gekoppelt, und ist der Eingang in den wärmeseitigen Wärmetauscher 214 mit dem Kondensiererablauf der zweiten Stufe 300 verbunden. Die zweite Stufe ist jedoch deaktiviert, so das der Kondensiererablauf 338 von 6C beispielsweise dieselbe Temperatur wie der Kondensierereinlauf 413 hat. Darüber hinaus hat auch der Verdampferablauf 334 der zweiten Stufe dieselbe Temperatur wie der Kondensierereinlauf 413 der zweiten Stufe, so dass die zweite Stufe 300 thermodynamisch gewissermaßen „kurzgeschlossen” ist. Diese Stufe wird jedoch, obgleich der Verdichtermotor deaktiviert ist, von Arbeitsflüssigkeit durchströmt. Die zweite Stufe wird daher nach wie vor als Infrastruktur verwendet, ist jedoch aufgrund des abgeschalteten Verdichtermotors deaktiviert.This free cooling mode or (FKM) is in line 453 in 4C is shown and is particularly in 6C shown. In particular, the output of the cold side heat exchanger is connected to the input to the first stage condenser. In addition, the output is from the heat-side heat exchanger 214 coupled to the evaporator inlet of the first stage, and is the entrance to the heat-side heat exchanger 214 with the second stage condenser drain 300 connected. However, the second stage is deactivated, so that the Kondensiererablauf 338 from 6C for example, the same temperature as the condenser inlet 413 Has. In addition, also has the evaporator process 334 the second stage the same temperature as the condenser inlet 413 the second stage, so that the second stage 300 thermodynamically "short-circuited" as it were. However, although the compressor motor is deactivated, this stage is flowed through by working fluid. The second stage is therefore still used as infrastructure, but is disabled due to the compressor motor switched off.

Soll nun z. B. vom Mittelleistungsmodus in den Hochleistungsmodus umgeschaltet werden, also von einem Modus, in dem die zweite Stufe deaktiviert ist und die erste Stufe aktiv ist, in einen Modus, in dem beide Stufen aktiv sind, so wird es bevorzugt, zunächst einmal den Verdichtermotor eine bestimmte Zeit, die beispielsweise größer als eine Minute ist und vorzugsweise 5 Minuten beträgt, laufenzulassen, bevor dann der Schalter 422 von der in 6B gezeigten Schalterstellung in die in 6A gezeigte Schalterstellung umgeschaltet wird.Should now z. B. switched from the middle power mode in the high performance mode, ie from a mode in which the second stage is deactivated and the first stage is active, in a mode in which both stages are active, it is preferred, first the compressor motor a certain time, for example, is greater than one minute, and preferably 5 minutes to let run, before then the switch 422 from the in 6B shown switch position in the in 6A switch position shown is switched.

Eine Wärmepumpe gemäß einem Aspekt umfasst einen Verdampfer mit einem Verdampfereinlass und einem Verdampferauslass sowie einen Verflüssiger mit einem Verflüssigereinlass und einem Verflüssigerauslass. Darüber hinaus ist eine Umschalteinrichtung vorgesehen, um die Wärmepumpe in einem Betriebsmodus oder einem anderen Betriebsmodus zu betreiben. In dem einen Betriebsmodus, dem Niederleistungsmodus wird die Wärmepumpe komplett überbrückt, dahingehend, dass der Rücklauf des zu kühlenden Gebietes direkt mit dem Hinlauf des zu wärmenden Gebietes verbunden wird. Darüber hinaus wird in diesem Überbrückungsmodus oder Niederleistungsmodus der Rücklauf des zu wärmenden Gebietes mit dem Hinlauf des zu kühlenden Gebietes verbunden. Typischerweise ist der Verdampfer dem zu kühlenden Gebiet zugeordnet und ist der Verflüssiger dem zu wärmenden Gebiet zugeordnet.A heat pump according to one aspect includes an evaporator having an evaporator inlet and an evaporator outlet and a condenser having a condenser inlet and a condenser outlet. In addition, a switching device is provided to operate the heat pump in an operating mode or other operating mode. In the one operating mode, the low-power mode, the heat pump is completely bypassed, in that the return of the area to be cooled is connected directly to the trace of the area to be heated. Moreover, in this lock-up mode or low-power mode, the return of the area to be heated is connected to the trace of the area to be cooled. Typically, the evaporator is assigned to the area to be cooled and the condenser is assigned to the area to be heated.

In dem Überbrückungsmodus wird der Verdampfer jedoch nicht mit dem zu kühlenden Gebiet verbunden und wird ferner auch der Verflüssiger nicht mit dem zu kühlenden Gebiet verbunden, sondern beide Gebiete werden gewissermaßen „kurzgeschlossen”. In dem zweiten alternativen Betriebsmodus wird dagegen die Wärmepumpe nicht überbrückt, sondern, bei noch relativ niedrigen Temperaturen typischerweise im Freikühlungsmodus betrieben, oder aber im Normalmodus mit einer oder zwei Stufen. Im Freikühlungsmodus ist die Umschalteinrichtung ausgebildet, um einen Rücklauf des zu kühlenden Gebietes mit dem Verflüssigereinlass zu verbinden und um einen Rücklauf des wärmenden Gebietes mit dem Verdampfereinlass zu verbinden. Dagegen ist die Umschalteinrichtung im Normalmodus ausgebildet, um den Rücklauf des zu kühlenden Gebietes mit dem Verdampfereinlass zu verbinden und den Rücklauf des zu wärmenden Gebietes mit dem Verflüssigereinlass zu verbinden.However, in the bridging mode, the evaporator is not connected to the area to be cooled, nor is the condenser connected to the area to be cooled, but both areas are effectively "shorted". In the second alternative mode of operation, on the other hand, the heat pump is not bypassed, but is operated at still relatively low temperatures, typically in the free cooling mode, or in normal mode with one or two stages. In the free cooling mode, the switching means is arranged to connect a return of the area to be cooled with the condenser inlet and to connect a return of the heating area with the evaporator inlet. In contrast, the switching means is formed in the normal mode to connect the return of the area to be cooled with the evaporator inlet and to connect the return of the area to be heated with the condenser inlet.

Je nach Ausführungsform kann am Ausgang der Wärmepumpe, also verflüssigerseitig, oder am Eingang der Wärmepumpe, also verdampferseitig, ein Wärmetauscher vorgesehen sein, um den inneren Wärmepumpenkreislauf von dem äußeren Kreislauf flüssigkeitsmäßig zu entkoppeln. In diesem Fall stellt der Verdampfereinlass den Einlass des Wärmetauschers dar, der mit dem Verdampfer gekoppelt ist. Darüber hinaus stellt in diesem Fall der Verdampferauslass den Auslass des Wärmetauchers dar, welcher wiederum mit dem Verdampfer festgekoppelt ist.Depending on the embodiment, at the output of the heat pump, so the condenser side, or at the entrance of the heat pump, so the evaporator side, a heat exchanger may be provided to fluidly decouple the inner heat pump cycle from the outer circuit. In this case, the evaporator inlet is the inlet of the heat exchanger coupled to the evaporator. Moreover, in this case, the evaporator outlet constitutes the outlet of the heat exchanger, which in turn is coupled to the evaporator.

Analog hierzu ist auf Verflüssigerseite der Verflüssigerauslass ein Wärmetauscherauslass und ist der Verflüssigereinlass ein Wärmetauschereinlass, und zwar auf der Seite des Wärmetauschers, die nicht mit dem tatsächlichen Verflüssiger festgekoppelt ist.Similarly, at the condenser side, the condenser outlet is a heat exchanger outlet, and the condenser inlet is a heat exchanger inlet, on the side of the heat exchanger that is not coupled to the actual condenser.

Alternativ kann jedoch die Wärmepumpe ohne eingangsseitigen oder ausgangsseitigen Wärmetauscher betrieben werden. Dann könnte z. B. am Eingang in das zu kühlende Gebiet oder am Eingang in das zu wärmende Gebiet jeweils ein Wärmetauscher vorgesehen sein, welcher dann den Rücklauf bzw. Hinlauf zu dem kühlenden Gebiet oder zu dem zu wärmenden Gebiet umfasst.Alternatively, however, the heat pump can be operated without input-side or output-side heat exchanger. Then z. B. at the entrance into the area to be cooled or at the entrance to the area to be heated in each case a heat exchanger may be provided, which then comprises the return or trace to the cooling area or to the area to be heated.

Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen wird die Wärmepumpe zum Kühlen eingesetzt, so dass das zu kühlende Gebiet beispielsweise ein in den Raum eines Gebäudes, ein Rechnerraum oder allgemein ein Kühlraum ist, während das zu wärmende Gebiet z. B. ein Dach eines Gebäudes oder eine ähnliche Stelle ist, an der ein Wärmeabgabegerät platziert werden kann, um Wärme an die Umgebung abzugeben. Wird die Wärmepumpe jedoch alternativ hierzu zum Heizen verwendet, so ist das zu kühlende Gebiet die Umwelt, aus der Energie entzogen werden soll und das zu wärmende Gebiet die „Nutzanwendung”, also beispielsweise das Innere eines Gebäudes, eines Hauses oder eines zu temperierenden Raumes.In preferred embodiments, the heat pump is used for cooling, so that the area to be cooled, for example, in the space of a building, a computer room or a refrigerator in general, while the area to be heated z. B. is a roof of a building or a similar location where a heat dissipation device can be placed to deliver heat to the environment. However, if the heat pump is alternatively used for heating, the area to be cooled is the environment from which energy is to be extracted and the area to be heated is the "utility", such as the interior of a building, a house or a room to be tempered.

Die Wärmepumpe ist somit in der Lage, von dem Überbrückungsmodus entweder in den Freikühlungsmodus oder, falls ein solcher Freikühlungsmodus nicht ausgebildet ist, in den Normalmodus umzuschalten.The heat pump is thus capable of switching from the bypass mode to either the free cooling mode or, if such free cooling mode is not established, to the normal mode.

Generell ist die Wärmepumpe dahingehend vorteilhaft, dass sie besonders effizient wird, wenn Außentemperaturen vorliegen, die z. B. kleiner als 16°C sind, was zumindest in der nördlichen und südlichen Hemisphäre entfernet vom Äquator häufig der Fall ist.In general, the heat pump is advantageous in that it is particularly efficient when outside temperatures are present, the z. B. are less than 16 ° C, which is often the case, at least in the northern and southern hemisphere distant from the equator.

Damit wird erreicht, dass zu Außentemperaturen, bei denen eine direkte Kühlung möglich ist, die Wärmepumpe komplett außer Betrieb genommen werden kann. Im Falle einer Wärmepumpe mit einem Radialkompressor zwischen dem Verdampfer und dem Verflüssiger kann das Radialrad gestoppt werden, und es muss in die Wärmepumpe keine Energie mehr gesteckt werden. Alternativ kann die Wärmepumpe jedoch noch in einem Bereitschaftsmodus oder etwas Ähnlichem laufen, der jedoch, da er nur ein Bereitschaftsmodus ist, nur einen geringen Stromverbrauch mit sich bringt. Insbesondere bei ventillosen Wärmepumpen, wie sie vorzugsweise eingesetzt werden, kann durch komplette Überbrückung der Wärmepumpe im Gegensatz zum Freikühlungsmodus ein Wärmekurzschluss vermieden werden.This ensures that outside temperatures, where direct cooling is possible, the heat pump can be completely taken out of service. In the case of a heat pump with a radial compressor between the evaporator and the condenser, the radial wheel can be stopped and no energy needs to be put into the heat pump. Alternatively, however, the heat pump may still be in a standby mode or the like, but since it is only a standby mode, it will consume only a small amount of power. Especially with valveless heat pumps, as they are preferably used, a thermal short circuit can be avoided by complete bridging of the heat pump in contrast to the free cooling mode.

Darüber hinaus wird es bevorzugt, dass die Umschalteinrichtung im ersten Betriebsmodus, also im Niederleistungs- oder Überbrückungsmodus den Rücklauf des zu kühlenden Gebietes oder den Hinlauf des zu kühlenden Gebietes von dem Verdampfer komplett trennt, so dass keine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Einlass bzw. Auslass des Verdampfers und dem zu kühlenden Gebiet mehr existiert. Diese komplette Trennung wird ebenfalls auf der Verflüssigerseite vorteilhaft sein.Moreover, it is preferred that in the first operating mode, ie in the low-power or bypass mode, the switching device completely separates the return of the area to be cooled or the trace of the area to be cooled from the evaporator, so that no fluid connection between the inlet and outlet of the evaporator and more to the area to be cooled. This complete separation will also be beneficial on the condenser side.

Bei Implementierungen ist eine Temperatursensoreinrichtung vorgesehen, die eine erste Temperatur bezüglich des Verdampfers oder eine zweite Temperatur bezüglich des Verflüssigers erfasst. Ferner hat die Wärmepumpe eine Steuerung, die mit der Temperatursensoreinrichtung gekoppelt ist und ausgebildet ist, um abhängig von einer oder mehreren in der Wärmepumpe erfassten Temperaturen die Umschalteinrichtung zu steuern, so dass die Umschalteinrichtung von dem ersten in den zweiten Betriebsmodus oder umgekehrt umschaltet. Die Implementierung der Umschalteinrichtung kann durch einen Eingangs-Schalter und einen Ausgangs-Schalter implementiert werden, welche jeweils vier Eingänge und vier Ausgänge aufweisen und je nach Modus schaltbar sind. Alternativ kann die Umschalteinrichtung jedoch auch durch mehrere einzelne kaskadiert angeordnete Umschalter implementiert werden, die jeweils einen Eingang und zwei Ausgänge aufweisen.In implementations, a temperature sensing device is provided that senses a first temperature with respect to the evaporator or a second temperature with respect to the condenser. Furthermore, the heat pump has a controller, which is coupled to the temperature sensor device and is designed to control the switching device depending on one or more temperatures detected in the heat pump, so that the switching device switches from the first to the second operating mode or vice versa. The implementation of the switching device can be implemented by an input switch and an output switch, each having four inputs and four outputs and switchable depending on the mode. Alternatively, however, the switching device can also be implemented by a plurality of individual cascaded switches, each having an input and two outputs.

Ferner kann als Kopplungselement zum Koppeln der Überbrückungsleitung mit dem Hinlauf in das zu wärmende Gebiet oder der Koppler zum Koppeln der Überbrückungsleitung mit dem Hinlauf in das zu kühlende Gebiet als einfache Drei-Anschluss-Kombination ausgebildet sein, also als ein Flüssigkeitsaddierer. Bei Implementierungen wird jedoch bevorzugt, um eine optimale Entkopplung zu haben, die Koppler ebenfalls als Umschalter bzw. in dem Eingangs-Schalter bzw. Ausgangs-Schalter integriert auszuführen.Furthermore, as a coupling element for coupling the bridging line with the Hinlauf in the area to be heated or the coupler for coupling the bridging line with the Hinlauf in the area to be cooled as a simple three-terminal combination may be formed, ie as a liquid adder. In implementations, however, in order to have optimal decoupling, it is preferred that the couplers also be implemented as switches or integrated in the input / output switch.

Darüber hinaus wird als spezieller Temperatursensor ein erster Temperatursensor auf Verdampferseite verwendet und wird als zweiter Temperatursensor ein zweiter Temperatursensor auf Verflüssigerseite verwendet, wobei eine umso direktere Messung bevorzugt wird. Die verdampferseitige Messung wird insbesondere dazu verwendet, um eine Drehzahlsteuerung des Temperaturanhebers also z. B. eines Kompressors der ersten und/oder zweiten Stufe, vorzunehmen, während die verflüssigerseitige Messung oder aber auch eine Umgebungstemperaturmessung eingesetzt wird, um eine Modussteuerung durchzuführen, also um die Wärmepumpe z. B. von dem Überbrückungsmodus in den Freikühlungsmodus umzuschalten, wenn eine Temperatur nicht mehr im sehr kalten Temperaturbereich liegt, sondern im mittelkalten Temperaturbereich. Liegt die Temperatur jedoch weiter oben, also in einem warmen Temperaturbereich, so wird die Umschalteinrichtung die Wärmepumpe in einen Normalmodus mit erste aktiver Stufe oder mit zwei aktiven Stufen bringen.In addition, a first temperature sensor is used on the evaporator side as a special temperature sensor and is used as a second temperature sensor, a second temperature sensor on the condenser side, with a more direct Measurement is preferred. The evaporator-side measurement is used in particular to a speed control of Temperaturanhebers so z. As a compressor of the first and / or second stage to make while the condenser-side measurement or even an ambient temperature measurement is used to perform a mode control, ie the heat pump z. B. switch from the lock-up mode in the free cooling mode when a temperature is no longer in the very cold temperature range, but in the medium-temperature temperature range. However, if the temperature is higher, ie in a warm temperature range, then the switching device will bring the heat pump into a normal mode with first active stage or with two active stages.

Bei einer zweistufigen Wärmepumpe wird bei diesem Normalmodus, der dem Mittelleistungsmodus entspricht, jedoch lediglich eine erste Stufe aktiv sein, während die zweite Stufe noch inaktiv ist, also nicht mit Strom versorgt wird und daher keine Energie benötigt. Erst wenn die Temperatur weiter ansteigt, und zwar in einen sehr warmen Bereich, dann wird zusätzlich zur ersten Wärmepumpenstufe bzw. zusätzlich zur ersten Druckstufe eine zweite Druckstufe aktiviert, welche wiederum einen Verdampfer, einen Temperaturanheber typischerweise in Form eines Radialkompressors und einen Verflüssiger aufweist. Die zweite Druckstufe kann seriell oder parallel oder seriell/parallel mit der ersten Druckstufe verschaltet sein.In a two-stage heat pump, however, in this normal mode, which corresponds to the medium power mode, only a first stage will be active, while the second stage is still inactive, so is not powered and therefore requires no energy. Only when the temperature continues to rise, in a very warm area, in addition to the first heat pump stage or in addition to the first pressure stage, a second pressure stage is activated, which in turn has an evaporator, a temperature booster typically in the form of a radial compressor and a condenser. The second pressure stage can be connected in series or in parallel or serially / parallel to the first pressure stage.

Um sicherzustellen, dass im Überbrückungsmodus, also wenn die Außentemperaturen bereits relativ kalt sind, die Kälte von außen nicht komplett in das Wärmepumpensystem und darüber hinaus in den zu kühlenden Raum eindringt, also den zu kühlenden Raum noch kälter macht, als er eigentlich sein sollte, wird es bevorzugt, anhand eines Sensorsignals am Hinlauf in das zu kühlende Gebiet oder am Rücklauf des zu kühlenden Gebiets ein Steuersignal zu liefern, das von einem außerhalb der Wärmepumpe angebrachten Wärmeabgabegerät verwendet werden kann, um die Wärmeabgabe zu steuern, d. h. dann, wenn die Temperaturen zu kalt werden, zu reduzieren. Das Wärmeabgabegerät ist beispielsweise ein Flüssigkeits/Luft-Wärmetauscher, mit einer Pumpe zum Umwälzen der in das zu wärmende Gebiet gebrachten Flüssigkeit. Ferner kann das Wärmeabgabegerät einen Ventilator aufweisen, um Luft in den Luftwärmetauscher zu transportieren. Zusätzlich oder alternativ kann auch ein Drei-Wege-Mischer vorgesehen sein, um den Luftwärmetauscher teilweise oder ganz kurzzuschließen. Abhängig von dem Hinlauf in das zu kühlende Gebiet, der in diesem Überbrückungsmodus jedoch nicht mit dem Verdampferauslass, sondern mit dem Rücklauf aus dem zu wärmenden Gebiet verbunden ist, wird das Wärmeabgabegerät, also beispielsweise die Pumpe, der Ventilator oder der Drei-Wege-Mischer gesteuert, um die Wärmeabgabe immer weiter zu reduzieren, damit ein Temperaturniveau beibehalten wird, und zwar in dem Wärmepumpensystem und in dem zu kühlenden Bereich, das in diesem Fall oberhalb des Außentemperaturniveaus liegen kann. Damit kann die Abwärme sogar zum Heizen des „zu kühlenden” Raums verwendet werden, wenn die Außentemperaturen zu kalt sind.To ensure that in the bypass mode, ie when the outside temperatures are already relatively cold, the cold from the outside does not completely penetrate the heat pump system and beyond in the room to be cooled, making the room to be cooled even colder than it should be, For example, it is preferable to provide a control signal from a sensor signal on the trace into the area to be cooled or at the return of the area to be cooled, which can be used by a heat dissipation device mounted outside the heat pump to control heat dissipation; H. then, when the temperatures get too cold, reduce. The heat dissipation device is, for example, a liquid / air heat exchanger, with a pump for circulating the liquid brought into the area to be heated. Further, the heat dissipation device may include a fan to transport air into the air heat exchanger. Additionally or alternatively, a three-way mixer may be provided to partially or completely short the air heat exchanger. Depending on the trace in the area to be cooled, which is connected in this bridging mode but not with the evaporator outlet, but with the return from the area to be heated, the heat dissipation device, so for example, the pump, the fan or the three-way mixer in order to further reduce the heat output so that a temperature level is maintained, in the heat pump system and in the area to be cooled, which in this case may be above the outside temperature level. Thus, the waste heat can even be used for heating the "room to be cooled" if the outside temperatures are too cold.

Bei einem weiteren Aspekt wird eine gesamte Steuerung der Wärmepumpe so vorgenommen, dass abhängig von einem Temperatursensorausgangssignal eines Temperatursensors auf Verdampferseite eine „Feinsteuerung” der Wärmepumpe vorgenommen wird, also eine Drehzahlsteuerung in den verschiedenen Modi, also z. B. dem Freikühlungsmodus, dem Normalmodus mit erster Stufe und dem Normalmodus mit zweiter Stufe und auch eine Steuerung des Wärmeabgabegeräts im Überbrückungsmodus, während eine Modusumschaltung anhand eines Temperatursensorausgangssignals eines Temperatursensors auf Verflüssigerseite als Grobsteuerung vorgenommen wird. Damit wird also lediglich aufgrund eines verflüssigerseitigen Temperatursensors eine Betriebsmodusumschaltung vom Überbrückungsmodus (oder NLM) in den Freikühlungsmodus (oder FKM) und/oder in den Normalmodus (MLM oder HLM) vorgenommen, wobei zur Entscheidung, ob eine Umschaltung stattfindet, das verdampferseitige Temperaturausgangssignal nicht genommen wird. Allerdings wird für die Drehzahlsteuerung des Radialverdichters bzw. für die Steuerung der Wärmeabgabegeräte wiederum lediglich das verdampferseitige Temperaturausgangssignal verwendet, nicht jedoch das verflüssigerseitige Sensorausgangssignal.In a further aspect, an entire control of the heat pump is made so that a "fine control" of the heat pump is made depending on a temperature sensor output signal of a temperature sensor on the evaporator side, so a speed control in the different modes, ie z. The free-cooling mode, the first-stage normal mode and the second-stage normal mode, and also a heat release device control in the bypass mode, while a mode switching is performed based on a temperature sensor output of a condenser temperature sensor as coarse control. Thus, only on the basis of a condenser-side temperature sensor operating mode switching from the bypass mode (or NLM) in the free cooling mode (or FKM) and / or in the normal mode (MLM or HLM) made, wherein the decision whether a switch takes place, the evaporator-side temperature output signal is not taken becomes. However, only the evaporator-side temperature output signal is used for the speed control of the centrifugal compressor or for the control of the heat dissipation devices, but not the condenser-side sensor output signal.

Es sei darauf hingewiesen, dass die verschiedenen Aspekte der vorliegenden Erfindung bezüglich der Anordnung und der Zweistufigkeit, sowie bezüglich der Verwendung des Überbrückungsmodus, der Ansteuerung des Wärmeabgabegeräts in dem Überbrückungsmodus oder Freikühlungsmodus und die Ansteuerung des Radialverdichters in dem Freikühlungsmodus oder dem normalen Betriebsmodus oder bezüglich der Verwendung von zwei Sensoren, wobei ein Sensor zur Betriebsmodusumschaltung und der andere Sensor zur Feinsteuerung eingesetzt wird, unabhängig voneinander eingesetzt werden können. Allerdings können diese Aspekte jedoch auch in Paaren, oder in größeren Gruppen oder auch zusammen kombiniert werden.It should be noted that the various aspects of the present invention regarding the arrangement and the two-stage, as well as the use of the bypass mode, the control of the heat dissipation device in the lock-up mode or free cooling mode and the control of the centrifugal compressor in the free cooling mode or the normal operating mode or with respect to Using two sensors, one sensor for operating mode switching and the other fine-tuning sensor, can be used independently. However, these aspects can also be combined in pairs, or in larger groups or together.

7A bis 7D zeigen eine Übersicht über verschiedene Modi, in der die Wärmepumpe gemäß 1, 2, 8A, 9A betreibbar ist. Ist die Temperatur des zu wärmenden Gebietes sehr kalt, wie beispielsweise kleiner als 16°C, so wird die Betriebsmodusauswahl den ersten Betriebsmodus aktivieren, in dem die Wärmepumpe überbrückt ist und das Steuersignal 36b für das Wärmeabgabegerät im zu wärmenden Gebiet 16 erzeugt wird. Ist die Temperatur des zu wärmenden Gebietes, also des Gebietes 16 von 1 in einem mittelkalten Temperaturbereich, also z. B. in einem Bereich zwischen 16°C und 22°C, so wird die Betriebsmodussteuerung den Freikühlungsmodus aktivieren, in dem aufgrund der geringen Temperaturspreizung die erste Stufe der Wärmepumpe leistungsarm arbeiten kann. Befindet sich jedoch die Temperatur des zu wärmenden Gebietes in einem warmen Temperaturbereich, also beispielsweise zwischen 22°C und 28°C, so wird die Wärmepumpe in dem normalen Modus betrieben, jedoch in dem Normalmodus mit einer ersten Wärmepumpenstufe. Wird dagegen die Außentemperatur sehr warm sein, also in einem Temperaturbereich zwischen 28°C und 40°C, so wird eine zweite Wärmepumpenstufe aktiviert, die ebenfalls im Normalmodus arbeitet und die bereits laufend die erste Stufe unterstützt. 7A to 7D show an overview of different modes in which the heat pump according to 1 . 2 . 8A . 9A is operable. If the temperature of the area to be heated is very cold, such as less than 16 ° C, then the operating mode selection will activate the first operating mode in which the heat pump bypasses is and the control signal 36b for the heat dissipation device in the area to be heated 16 is produced. Is the temperature of the area to be heated, ie the area 16 from 1 in a medium cold temperature range, ie z. B. in a range between 16 ° C and 22 ° C, the operating mode control will activate the free cooling mode, in which due to the low temperature spread, the first stage of the heat pump can work low power. However, if the temperature of the area to be heated in a warm temperature range, for example between 22 ° C and 28 ° C, the heat pump is operated in the normal mode, but in the normal mode with a first heat pump stage. However, if the outside temperature is very warm, ie in a temperature range between 28 ° C and 40 ° C, a second heat pump stage is activated, which also works in normal mode and already supports the first stage continuously.

Vorzugsweise wird eine Drehzahlsteuerung bzw. „Feinsteuerung” eines Radialverdichters innerhalb des Temperaturanhebers 34 von 1 in den Temperaturbereichen „mittelkalt”, „warm”, „sehr warm” vorgenommen, um die Wärmepumpe immer nur mit der Wärme/Kälteleistung zu betreiben, die von den tatsächlichen Voraussetzungen gerade gefordert wird.Preferably, a speed control or "fine control" of a centrifugal compressor within the Temperaturanhebers 34 from 1 in the temperature ranges "medium cold", "warm", "very warm" in order to operate the heat pump only with the heat / cooling capacity that is required by the actual requirements.

Vorzugsweise wird die Modusumschaltung von einem verflüssigerseitigen Temperatursensor gesteuert, während die Feinsteuerung bzw. das Steuersignal für den ersten Betriebsmodus von einer verdampferseitigen Temperatur abhängt.Preferably, the mode switching is controlled by a condenser-side temperature sensor, while the fine control or the control signal for the first operating mode depends on an evaporator-side temperature.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Temperaturbereiche „sehr kalt”, „mittelkalt”, „warm”, „sehr warm” für verschiedene Temperaturbereiche stehen, deren jeweils mittlere Temperatur von sehr kalt zu mittelkalt, zu warm, zu sehr warm jeweils größer wird. Die Bereiche können, wie es anhand von 7C dargestellt worden ist, direkt aneinander angrenzen. In Ausführungsformen können die Bereiche jedoch auch überlappen und auf dem genannten Temperaturniveau oder einem anderen insgesamt höheren oder niedrigeren Temperaturniveau liegen. Ferner wird die Wärmepumpe vorzugsweise mit Wasser als Arbeitsmittel betrieben. Je nach Anforderung können jedoch auch andere Mittel eingesetzt werden.It should be noted that the temperature ranges are "very cold", "medium cold", "warm", "very warm" for different temperature ranges, the respective average temperature of very cold to medium cold, too warm, too hot respectively larger. The areas can, as it is based on 7C has been shown, directly adjacent to each other. However, in embodiments, the regions may also overlap and be at the stated temperature level or at any other higher or lower temperature level. Furthermore, the heat pump is preferably operated with water as a working medium. However, other means may be used depending on the requirement.

Dies ist in 7D tabellarisch dargestellt. Ist die Verflüssigertemperatur in einem sehr kalten Temperaturbereich, wird als Reaktion von der Steuerung 430 der erste Betriebsmodus eingestellt. Wird in diesem Modus festgestellt, dass die Verdampfertemperatur kleiner als eine Soll-Temperatur ist, wird durch ein Steuersignal beim Wärmeabgabegerät eine Reduktion der Wärmeabgabe erreicht. Ist die Verflüssigertemperatur jedoch im mittelkalten Bereich, so ist als Reaktion darauf eine Umschaltung in den Freikühlungsmodus von der Steuerung 430 zu erwarten, wie es durch die Leitungen 431 und 434 dargestellt ist. Ist hier die Verdampfertemperatur größer als eine Soll-Temperatur, so führt dies in Reaktion zu einer Erhöhung der Drehzahl des Radialverdichters des Kompressors über die Steuerleitung 434. Wird wiederum festgestellt, dass die Verflüssigertemperatur in einem warmen Temperaturbereich ist, so wird als Reaktion hierauf die erste Stufe in den Normalbetrieb genommen, was durch ein Signal auf der Leitung 434 geschieht. Wird wiederum festgestellt, dass bei einer bestimmten Drehzahl des Kompressors dennoch die Verdampfertemperatur größer als eine Soll-Temperatur ist, dann führt dies zu einer Erhöhung der Drehzahl der ersten Stufe wieder über das Steuersignal auf der Leitung 434. Wird schließlich festgestellt, dass die Verflüssigertemperatur in einem sehr warmen Temperaturbereich ist, so wird als Reaktion hierauf eine zweite Stufe im Normalbetrieb zugeschaltet, was wiederum durch ein Signal auf der Leitung 434 geschieht. Je nachdem, ob die Verdampfertemperatur größer oder kleiner als eine Soll-Temperatur ist, wie es durch Signale auf der Leitung 432 signalisiert wird, wird dann eine Steuerung der ersten und/oder der zweiten Stufe vorgenommen, um auf eine veränderte Situation zu reagieren.This is in 7D tabulated. If the condenser temperature is in a very cold temperature range, in response to the control 430 the first operating mode is set. If it is found in this mode that the evaporator temperature is lower than a setpoint temperature, a reduction in the heat output is achieved by a control signal at the heat dissipation device. However, if the condenser temperature is in the medium-cold range, then in response to a switch to the free cooling mode of the controller 430 to expect it through the pipes 431 and 434 is shown. If the evaporator temperature is greater than a setpoint temperature, this will result in an increase in the speed of the compressor radial compressor via the control line 434 , In turn, if it is determined that the condenser temperature is in a warm temperature range, in response to this, the first stage is put into normal operation, indicated by a signal on the line 434 happens. In turn, if it is found that at a certain speed of the compressor, the evaporator temperature is still greater than a desired temperature, then this leads to an increase in the speed of the first stage again via the control signal on the line 434 , Finally, if it is found that the condenser temperature is in a very warm temperature range, a second stage is activated in normal operation in response to this, again by a signal on the line 434 happens. Depending on whether the evaporator temperature is greater or less than a target temperature, as indicated by signals on the line 432 is signaled, then a control of the first and / or the second stage is made to respond to a changed situation.

Somit wird eine transparente und effiziente Steuerung erreicht wird, die zum einen eine „Grobabstimmung” aufgrund der Modusumschaltung und zum anderen eine „Feinabstimmung” aufgrund der temperaturabhängigen Drehzahleinstellung erreicht, dahingehend, dass immer nur so viel Energie verbraucht werden muss, wie gerade tatsächlich benötigt wird. Diese Vorgehensweise, bei der es auch nicht zu ständigen An- Abschaltungen in einer Wärmepumpe kommt, wie beispielsweise bei bekannten Wärmepumpen mit Hysterese stellt auch sicher, dass aufgrund des kontinuierlichen Betriebs keine Anlaufverluste entstehen.Thus, a transparent and efficient control is achieved, on the one hand, a "coarse tuning" due to the mode switching and on the other a "fine-tuning" due to the temperature-dependent speed adjustment, to the effect that always only as much energy must be consumed, as is actually needed , This procedure, in which there is also no permanent on-off in a heat pump, such as in known heat pumps with hysteresis also ensures that due to the continuous operation no start-up losses.

Vorzugsweise wird eine Drehzahlsteuerung bzw. „Feinsteuerung” eines Radialverdichters innerhalb des Verdichtermotors von 1 in den Temperaturbereichen „mittelkalt”, „warm”, „sehr warm” vorgenommen, um die Wärmepumpe immer nur mit der Wärme/Kälteleistung zu betreiben, die von den tatsächlichen Voraussetzungen gerade gefordert wird.Preferably, a speed control or "fine control" of a centrifugal compressor within the compressor motor of 1 in the temperature ranges "medium cold", "warm", "very warm" in order to operate the heat pump only with the heat / cooling capacity that is required by the actual requirements.

Vorzugsweise wird die Modusumschaltung von einem verflüssigerseitigen Temperatursensor gesteuert, während die Feinsteuerung bzw. das Steuersignal für den ersten Betriebsmodus von einer verdampferseitigen Temperatur abhängt.Preferably, the mode switching is controlled by a condenser-side temperature sensor, while the fine control or the control signal for the first operating mode depends on an evaporator-side temperature.

Bei einer Modusumschaltung ist die Steuerung 430 ausgebildet ist, um eine Bedingung für einen Übergang von dem Mittelleistungsmodus zu dem Hochleistungsmodul zu erfassen. Dann wird der Verdichter 304 in der weiteren Wärmepumpenstufe 300 gestartet. Erst nach Versteichen einer vorbestimmten Zeit, die größer als eine Minute ist und vorzugsweise sogar größer als vier oder sogar fünf Minuten ist, wird das steuerbare Wegemodul von dem Mittelleistungsmodus zu dem Hochleistungsmodus umzuschalten. Damit wird erreicht, dass einfach aus dem Stand umgeschaltet werden kann, wobei das Laufenlassen des Verdichtermotors vor der Umschaltung sicherstellt, dass der Druck im Verdampfer kleiner wird als der Druck im Verdichter.In mode switching, the controller is 430 is configured to detect a condition for a transition from the middle power mode to the high power module. Then the compressor 304 in the further heat pump stage 300 started. Only after a predetermined time greater than one minute has elapsed, and preferably even greater than four or even five minutes, will the controllable path module switch from the mid-power mode to the high-power mode. This ensures that can be easily switched from a standstill, with the running of the compressor motor before switching ensures that the pressure in the evaporator is smaller than the pressure in the compressor.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Temperaturbereiche in 7C variiert werden können. Insbesondere sind die Schwellentemperaturen, zwischen einer sehr kalten Temperatur und einer mittelkalten Temperatur, also der Wert 16°C in 7C sowie zwischen der mittelkalten Temperatur und der warmen Temperatur, also der Wert 22°C in 7C und der Wert zwischen der warmen und der sehr warmen Temperatur, also der Wert 28°C in 7C lediglich beispielhaft. Vorzugsweise ist die Schwellentemperatur zwischen warm und sehr warm, in der eine Umschaltung vom Mittelleistungsmodus zum Hochleistungsmodus stattfindet, zwischen 25 und 30°C. Ferner ist die Schwellentemperatur zwischen warm und mittelkalt, wenn also zwischen dem Freikühlungsmodus und dem Mittelleistungsmodus umgeschaltet wird, in einem Temperaturbereich zwischen 18 und 24°C. Schließlich ist die Schwellentemperatur, bei der zwischen dem mittelkalten Modus und dem sehr kalten Modus umgeschaltet wird, in einem Bereich zwischen 12 und 20°C, wobei die Werte vorzugsweise so gewählt sind, wie sie in der Tabelle in 7C gezeigt sind, jedoch, wie gesagt, in den genannten Bereichen unterschiedlich eingestellt werden können.It should be noted that the temperature ranges in 7C can be varied. In particular, the threshold temperatures, between a very cold temperature and a medium cold temperature, ie the value 16 ° C in 7C and between the medium cold temperature and the warm temperature, ie the value 22 ° C in 7C and the value between the warm and the very warm temperature, that is the value 28 ° C in 7C only as an example. Preferably, the threshold temperature between warm and very warm, in which a switchover from the mid-power mode to the high-power mode takes place, is between 25 and 30 ° C. Further, the threshold temperature between warm and medium cold, that is, when switching between the free cooling mode and the medium power mode, in a temperature range between 18 and 24 ° C. Finally, the threshold temperature at which switching between the medium cold mode and the very cold mode is in a range between 12 and 20 ° C, the values are preferably selected as shown in the table in FIG 7C However, as mentioned, can be set differently in the above areas.

Je nach Implementierung und Anforderungsprofil kann die Wärmepumpenanlage jedoch auch in vier Betriebsmodi betrieben werden, die sich ebenfalls unterscheiden, jedoch alle auf einem anderen absoluten Niveau sind, so dass die Bezeichnungen „sehr kalt”, „mittelkalt”, „warm”, „sehr warm” lediglich relativ zueinander zu verstehen sind, jedoch keine absoluten Temperaturwerte darstellen sollen.Depending on the implementation and requirement profile, however, the heat pump system can also operate in four operating modes, which are also different, but all are at a different absolute level, so that the terms "very cold", "medium cold", "warm", "very warm "Are to be understood only relative to each other, but are not intended to represent absolute temperature values.

Obgleich bestimmte Elemente als Vorrichtungselemente beschrieben sind, sei darauf hingewiesen, dass diese Beschreibung gleichermaßen als Beschreibung von Schritten eines Verfahrens und umgekehrt anzusehen ist. So stellen beispielsweise die in den 6A bis 6D beschriebenen Blockschaltbilder gleichermaßen Flussdiagramme eines entsprechenden erfindungsgemäßen Verfahrens dar.Although certain elements are described as device elements, it should be understood that this description is likewise to be regarded as a description of steps of a method and vice versa. For example, in the 6A to 6D described block diagrams alike flowcharts of a corresponding method according to the invention.

Ferner sei darauf hingewiesen, dass die Steuerung beispielsweise durch das Element 430 in 4B als Software oder Hardware implementiert werden kann, wobei dies auch für die Tabellen in den 4C, 4D, oder 7A, 7B, 7C, 7D gilt. Die Implementierung der Steuerung kann auf einem nicht-flüchtigen Speichermedium, einem digitalen oder anderen Speichermedium, insbesondere einer Diskette oder CD mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen erfolgen, die so mit einem programmbaren Computersystem zusammenwirken können, dass das entsprechende Verfahren zum Pumpen von Wärme bzw. zum Betreiben einer Wärmepumpe ausgeführt wird. Allgemein umfasst die Erfindung somit auch ein Computer-Programm-Produkt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des Verfahrens, wenn das Computer-Programm-Produkt auf einem Rechner abläuft. In anderen Worten ausgedrückt, kann die Erfindung somit auch als ein Computer-Programm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens realisiert werden, wenn das Computer-Programm auf einem Computer abläuft.Furthermore, it should be noted that the control, for example, by the element 430 in 4B can be implemented as software or hardware, and this also applies to the tables in the 4C . 4D , or 7A . 7B . 7C . 7D applies. The implementation of the controller may be on a non-volatile storage medium, a digital or other storage medium, in particular a floppy disk or CD with electronically readable control signals, which may interact with a programmable computer system such that the corresponding method of pumping heat or operating a heat pump is running. In general, the invention thus also comprises a computer program product with a program code stored on a machine-readable carrier for carrying out the method when the computer program product runs on a computer. In other words, the invention can thus also be realized as a computer program with a program code for carrying out the method when the computer program runs on a computer.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 2016349 B1 [0002] EP 2016349 B1 [0002]
  • DE 4431887 A1 [0014] DE 4431887 A1 [0014]
  • WO 2014072239 A1 [0015, 0058] WO 2014072239 A1 [0015, 0058]
  • DE 102012208174 A1 [0107] DE 102012208174 A1 [0107]

Claims (32)

Wärmepumpenanlage mit folgenden Merkmalen: einer Wärmepumpeneinheit mit wenigstens einer Wärmepumpenstufe (200), wobei die wenigstens eine Wärmepumpenstufe (200) einen Verdampfer (202), einen Verdichter (204) und einen Verflüssiger (206) aufweist; einem ersten Wärmetauscher (212) an einer zu kühlenden Seite; einem zweiten Wärmetauscher (214) an einer zu erwärmenden Seite; einer ersten Pumpe (208), die mit dem ersten Wärmetauscher (212) gekoppelt ist; und einer zweiten Pumpe (210), die mit dem zweiten Wärmetauscher (214) gekoppelt ist, wobei die Wärmepumpenanlage eine Betriebsposition hat, wobei die Wärmepumpeneinheit in der Betriebsposition oberhalb der ersten Pumpe (208) und der zweiten Pumpe (210) angeordnet ist, wobei in der Betriebsposition die erste Pumpe (208) oder die zweite Pumpe (210) an einem unteren Ende der Wärmepumpenanlage angeordnet sind, und wobei in der Betriebsposition der erste Wärmetauscher (212) und der zweite Wärmetauscher (214) ebenfalls unterhalb der Wärmepumpeneinheit an dem unteren Ende neben der ersten Pumpe (208) oder der zweiten Pumpe (210) angeordnet sind.Heat pump system having the following features: a heat pump unit with at least one heat pump stage ( 200 ), wherein the at least one heat pump stage ( 200 ) an evaporator ( 202 ), a compressor ( 204 ) and a liquefier ( 206 ) having; a first heat exchanger ( 212 ) on a side to be cooled; a second heat exchanger ( 214 ) on a side to be heated; a first pump ( 208 ) connected to the first heat exchanger ( 212 ) is coupled; and a second pump ( 210 ) connected to the second heat exchanger ( 214 ), wherein the heat pump system has an operating position, wherein the heat pump unit in the operating position above the first pump ( 208 ) and the second pump ( 210 ), wherein in the operating position the first pump ( 208 ) or the second pump ( 210 ) are arranged at a lower end of the heat pump system, and wherein in the operating position of the first heat exchanger ( 212 ) and the second heat exchanger ( 214 ) also below the heat pump unit at the lower end adjacent to the first pump ( 208 ) or the second pump ( 210 ) are arranged. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1, bei der die erste Pumpe (208) und die zweite Pumpe (210) so angeordnet sind, dass eine Pumprichtung der Pumpe in der Betriebsposition waagerecht verläuft oder um höchstens ±45° von der Waagerechten abweicht.Heat pump system according to claim 1, wherein the first pump ( 208 ) and the second pump ( 210 ) are arranged so that a pumping direction of the pump in the operating position is horizontal or deviates by at most ± 45 ° from the horizontal. Wärmepumpenanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der erste Wärmetauscher (212) oder der zweite Wärmetauscher (214) stehend angeordnet sind, wobei ein erster Anschluss (240, 242) des ersten Wärmetauschers (212) oder des zweiten Wärmetauschers (214) mit einer Pumpseite der ersten Pumpe (208) oder der zweiten Pumpe (210) gekoppelt ist, und ein zweiter Anschluss (241) des ersten Wärmetauschers (212) oder ein zweiter Anschluss (243) des zweiten Wärmetauschers (214) oberhalb des ersten Anschlusses (240) bzw. (242) angeordnet ist.Heat pump installation according to one of the preceding claims, in which the first heat exchanger ( 212 ) or the second heat exchanger ( 214 ) are arranged standing, wherein a first connection ( 240 . 242 ) of the first heat exchanger ( 212 ) or the second heat exchanger ( 214 ) with a pump side of the first pump ( 208 ) or the second pump ( 210 ), and a second port ( 241 ) of the first heat exchanger ( 212 ) or a second connection ( 243 ) of the second heat exchanger ( 214 ) above the first port ( 240 ) or (242) is arranged. Wärmepumpenanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein Zulauf (240) in den ersten Wärmetauscher (212) mit einem Verdampferablauf (220) der wenigstens eine Wärmepumpenstufe über ein erstes Rohr (228) gekoppelt ist, wobei das erste Rohr (228) eine Krümmung aufweist, die näher an einer Saugseite der ersten Pumpe (208) als an dem Verdampferablauf (220) angeordnet ist, wobei ein Zulauf (242) in den zweiten Wärmetauscher (214) mit einem Verflüssigerablauf (224) einer Wärmepumpenstufe oder einer weiteren Wärmepumpenstufe über ein zweites Rohr (234) gekoppelt ist, wobei das zweite Rohr (234) eine Krümmung aufweist, die näher an einer Saugseite der zweiten Pumpe (210) als an dem Verflüssigerablauf (224) angeordnet ist.Heat pump installation according to one of the preceding claims, in which an inlet ( 240 ) in the first heat exchanger ( 212 ) with an evaporator outlet ( 220 ) the at least one heat pump stage via a first tube ( 228 ), wherein the first tube ( 228 ) has a curvature closer to a suction side of the first pump ( 208 ) than at the evaporator outlet ( 220 ), wherein an inlet ( 242 ) in the second heat exchanger ( 214 ) with a condenser outlet ( 224 ) a heat pump stage or another heat pump stage via a second tube ( 234 ), wherein the second tube ( 234 ) has a curvature closer to a suction side of the second pump ( 210 ) than at the condenser outlet ( 224 ) is arranged. Wärmepumpenanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die erste Pumpe (208) oder die zweite Pumpe (210) näher an dem ersten Wärmetauscher (212) oder bzw. an dem zweiten Wärmetauscher (214) angeordnet sind als einem Anschlusspunkt an der Wärmepumpeneinheit.Heat pump system according to one of the preceding claims, in which the first pump ( 208 ) or the second pump ( 210 ) closer to the first heat exchanger ( 212 ) or at the second heat exchanger ( 214 ) are arranged as a connection point on the heat pump unit. Wärmepumpenanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Wärmepumpeneinheit so ausgebildet ist, dass wenigstens ein Auslass eines Verdampfers oder Verflüssigers einer Wärmepumpenstufe, der mit dem ersten Wärmetauscher oder dem zweiten Wärmetauscher verbunden ist, so angeordnet ist, dass er aus der Wärmepumpenstufe in Betriebsposition senkrecht nach unten oder in einem Winkel kleiner als 45° von einer Vertikalen aus der Wärmepumpenstufe austritt.Heat pump system according to one of the preceding claims, wherein the heat pump unit is formed so that at least one outlet of an evaporator or condenser of a heat pump stage, which is connected to the first heat exchanger or the second heat exchanger is arranged so that it from the heat pump stage in the operating position perpendicular down or at an angle less than 45 ° from a vertical exit from the heat pump stage. Wärmepumpenanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Wärmepumpeneinheit so ausgebildet ist, dass wenigstens ein Einlass (222, 226) eines Verdampfers oder Verflüssigers einer Wärmepumpenstufe, der mit dem ersten Wärmetauscher oder dem zweiten Wärmetauscher verbunden ist, so ausgebildet ist, dass er aus der Wärmepumpenstufe in Betriebsposition senkrecht nach unten oder in einem Winkel kleiner als 45° von einer Vertikalen aus der Wärmepumpenstufe austritt.Heat pump system according to one of the preceding claims, wherein the heat pump unit is formed so that at least one inlet ( 222 . 226 ) of an evaporator or condenser of a heat pump stage, which is connected to the first heat exchanger or the second heat exchanger, is designed so that it emerges from the heat pump stage in the operating position vertically downwards or at an angle less than 45 ° from a vertical from the heat pump stage. Wärmepumpenanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Wärmepumpenstufe so ausgebildet ist, dass sich ein Dampfansaugkanal (250) durch den Verflüssiger erstreckt.Heat pump system according to one of the preceding claims, wherein the heat pump stage is formed so that a Dampfansaugkanal ( 250 ) extends through the condenser. Wärmepumpenanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Wärmepumpenstufe so ausgebildet ist, dass sich der Verdichter (204) oberhalb des Verflüssigers (206) erstreckt, so dass in einem Aus-Zustand des Verdichters (204) Flüssigkeit von dem Verdichter weg aufgrund der Schwerkraft läuft.Heat pump system according to one of the preceding claims, wherein the heat pump stage is designed so that the compressor ( 204 ) above the liquefier ( 206 ) so that in an off state of the compressor ( 204 ) Fluid is moving away from the compressor due to gravity. Wärmepumpenanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ausgebildet ist, um als Arbeitsmedium Wasser zu verwenden, wobei die wenigstens eine Wärmepumpenstufe ausgebildet ist, um eine Druck zu halten, bei dem das Wasser bei Temperaturen unter 60°C verdampfen kann.Heat pump system according to one of the preceding claims, which is designed to use water as a working medium, wherein the at least one heat pump stage is designed to hold a pressure at which the water can evaporate at temperatures below 60 ° C. Wärmepumpenanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner folgende Merkmale aufweist: ein Trägergestell, wobei der erste Wärmetauscher (212) und der zweite Wärmetauscher (214) unten an dem Trägergestell befestigt sind, wobei die erste Pumpe (208) und die zweite Pumpe (210) durch einen Pumpenhalter miteinander befestigt sind, und wobei der Pumpenhalter an dem Trägergestell neben dem ersten Wärmetauscher (212) oder dem zweiten Wärmetauscher (214) befestigt ist, und wobei die wenigstens eine Wärmepumpenstufe oberhalb des Pumpenhalters angeordnet ist.Heat pump system according to one of the preceding claims, further comprising the following features: a support frame, wherein the first heat exchanger ( 212 ) and the second heat exchanger ( 214 ) are secured to the bottom of the support frame, wherein the first pump ( 208 ) and the second pump ( 210 ) are fastened together by a pump holder, and wherein the pump holder is attached to the support frame next to the first heat exchanger ( 212 ) or the second heat exchanger ( 214 ), and wherein the at least one heat pump stage is arranged above the pump holder. Wärmepumpenanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Wärmepumpeneinheit die Wärmepumpenstufe (200) sowie eine weitere Wärmepumpenstufe (300) aufweist.Heat pump system according to one of the preceding claims, wherein the heat pump unit, the heat pump stage ( 200 ) and another heat pump stage ( 300 ) having. Wärmepumpenanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein Verdampferausgang (220) der Wärmepumpenstufe über ein erstes Fallrohr (228) mit einer Saugseite der ersten Pumpe (208) verbunden ist, wobei das Fallrohr in Betriebsposition senkrecht ist oder einen Winkel von höchstens 45° zu einer Vertikalen hat.Heat pump installation according to one of the preceding claims, in which an evaporator outlet ( 220 ) of the heat pump stage via a first downpipe ( 228 ) with a suction side of the first pump ( 208 ), wherein the drop tube is in the operating position perpendicular or at an angle of at most 45 ° to a vertical. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 12 oder 13, bei der ein Verflüssigerausgang (224) der weiteren Wärmepumpenstufe (300) über ein zweites Fallrohr (338) mit einer Saugseite der zweiten Pumpe (210) verbunden ist, wobei das Fallrohr (338) in Betriebsposition senkrecht ist oder einen Winkel von höchstens 45° zu einer Vertikalen hat.Heat pump system according to claim 12 or 13, wherein a condenser exit ( 224 ) of the further heat pump stage ( 300 ) via a second downpipe ( 338 ) with a suction side of the second pump ( 210 ), wherein the downpipe ( 338 ) is vertical in operating position or has an angle of at most 45 ° to a vertical. Wärmepumpenanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein Verflüssigerausgang (224) der Wärmepumpenstufe (200) mit einem Verdampfereingang (322) der weiteren Wärmepumpenstufe (300) durch ein Zwischenkreisrohr (332) verbunden ist, wobei in dem Zwischenkreisrohr (332) keine Pumpe angeordnet ist, und wobei die Wärmepumpenstufe (200) und die weitere Wärmepumpenstufe (300) so ausgebildet und angeordnet sind, dass im Betrieb ein Verflüssigerarbeitsflüssigkeitspegel der Wärmepumpenstufe höher als ein Verdampferarbeitsflüssigkeitspegel in der weitere Wärmepumpenstufe (300) ist.Heat pump installation according to one of the preceding claims, in which a condenser outlet ( 224 ) of the heat pump stage ( 200 ) with an evaporator inlet ( 322 ) of the further heat pump stage ( 300 ) by an intermediate circuit tube ( 332 ), wherein in the intermediate circuit tube ( 332 ) no pump is arranged, and wherein the heat pump stage ( 200 ) and the further heat pump stage ( 300 ) are configured and arranged so that in operation a condenser working fluid level of the heat pump stage is higher than an evaporator working fluid level in the further heat pump stage ( 300 ). Wärmepumpenanlage nach einem der Ansprüche 12 bis 15, die ferner eine Zwischenkreispumpe (330) aufweist, die unterhalb der Wärmepumpenstufe (200) und der weiteren Wärmepumpenstufe (300) angeordnet ist und mit einem Verdampferausgang (320) der weiteren Wärmepumpenstufe (300) über ein Fallrohr (334) verbunden ist, das mit einer Saugseite der Zwischenkreispumpe (330) verbunden ist.Heat pump system according to one of claims 12 to 15, further comprising a DC link pump ( 330 ) located below the heat pump stage ( 200 ) and the further heat pump stage ( 300 ) and with an evaporator outlet ( 320 ) of the further heat pump stage ( 300 ) via a downpipe ( 334 ) connected to a suction side of the intermediate circuit pump ( 330 ) connected is. Wärmepumpenanlage nach einem der Ansprüche 12 bis 16, bei der die Wärmepumpenstufe (200) und die weitere Wärmepumpenstufe (300) jeweils einen Verdichter (204, 304) haben, der oberhalb eines jeweiligen Kondensierers (206, 306) angeordnet ist, und wobei die Wärmepumpenstufe (200) und die weitere Wärmepumpenstufe (300) so zueinander angeordnet sind, dass ein Radialrad des zweiten Verdichters um wenigstens 5 cm tiefer als ein Radialrad des ersten Verdichters (204) angeordnet ist.Heat pump system according to one of claims 12 to 16, wherein the heat pump stage ( 200 ) and the further heat pump stage ( 300 ) each have a compressor ( 204 . 304 ) above a respective condenser ( 206 . 306. ), and wherein the heat pump stage ( 200 ) and the further heat pump stage ( 300 ) are arranged relative to each other such that a radial wheel of the second compressor is at least 5 cm deeper than a radial wheel of the first compressor ( 204 ) is arranged. Wärmepumpenanlage nach einem der Ansprüche 12 bis 17, bei der die Wärmepumpenstufe (200) und die weitere Wärmepumpenstufe (300) eine äußere Gehäuseabmessung haben, die innerhalb einer Toleranz von 5 cm gleich ist, wobei das Gehäuse der Wärmepumpenstufe (200) höher als das Gehäuse der weiteren Wärmepumpenstufe (300) angeordnet ist, so dass eine Unterseite des Gehäuses der Wärmepumpenstufe (200) höher als eine Unterseite des Gehäuses der weiteren Wärmepumpenstufe (300) ist.Heat pump system according to one of claims 12 to 17, wherein the heat pump stage ( 200 ) and the further heat pump stage ( 300 ) have an outer casing dimension that is equal to within a tolerance of 5 cm, the casing of the heat pump stage ( 200 ) higher than the housing of the further heat pump stage ( 300 ) is arranged so that a bottom of the housing of the heat pump stage ( 200 ) higher than a bottom of the housing of the further heat pump stage ( 300 ). Wärmepumpenanlage nach Anspruch 18, bei der unterhalb der Wärmepumpenstufe (200) und oberhalb der ersten Pumpe (208), der zweiten Pumpe (210) oder der Zwischenkreispumpe (330) ein steuerbares Wegemodul (420) angeordnet ist, um wenigstens zwei Eingänge in das Wegemodul mit wenigstens zwei Ausgängen aus dem Wegemodul zu verbinden.Heat pump system according to claim 18, wherein below the heat pump stage ( 200 ) and above the first pump ( 208 ), the second pump ( 210 ) or the DC link pump ( 330 ) a controllable path module ( 420 ) to connect at least two inputs to the path module with at least two outputs from the path module. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 19, bei der das steuerbare Wegemodul (420) folgende Anschlüsse aufweist: einen Rücklauf von dem ersten Wärmetauscher (212) als ersten Eingang (404); einen Rücklauf von dem zweiten Wärmetauscher (214) als zweiten Eingang (402); eine Pumpseite einer Zwischenkreispumpe (330) als dritten Eingang (403); einen Zulauf in den Verdampfer (204) der Wärmepumpenstufe (200) als ersten Ausgang (411); einen Zulauf in den Verflüssiger (206) der Wärmepumpenstufe (200) als zweiten Ausgang (412); und einen Zulauf in den Verflüssiger (306) der weiteren Wärmepumpenstufe (300) als dritten Ausgang (413), und wobei das steuerbare Wegemodul (420) ausgebildet ist, um abhängig von einem Steuersignal (431) einen oder mehrere Eingänge mit einem oder mehreren Ausgängen zu verbinden.Heat pump system according to claim 19, wherein the controllable path module ( 420 ) has the following connections: a return from the first heat exchanger ( 212 ) as the first input ( 404 ); a return from the second heat exchanger ( 214 ) as a second input ( 402 ); a pump side of a DC link pump ( 330 ) as a third input ( 403 ); an inlet into the evaporator ( 204 ) of the heat pump stage ( 200 ) as the first output ( 411 ); an inlet into the condenser ( 206 ) of the heat pump stage ( 200 ) as a second output ( 412 ); and an inlet into the condenser ( 306. ) of the further heat pump stage ( 300 ) as the third output ( 413 ), and wherein the controllable path module ( 420 ) is designed to be dependent on a control signal ( 431 ) to connect one or more inputs to one or more outputs. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 19 oder 20, die ferner eine Steuerung (430) aufweist, um die Wärmepumpeneinheit und das steuerbare Wegemodul (420) anzusteuern, um die Wärmepumpenanlage in einem von wenigsten zwei unterschiedlichen Modi zu betreiben, wobei die Wärmepumpenanlage ausgebildet ist, um wenigstens zwei Modi auszuführen, die aus einer Gruppe von Modi ausgewählt sind, die folgende Modi aufweist: einen Hochleistungsmodus, in dem die Wärmepumpenstufe (100) und die weitere Wärmepumpenstufe (200) aktiv sind; einen Mittelleistungsmodus, in dem die Wärmepumpenstufe (200) aktiv ist und die weitere Wärmepumpenstufe (300) inaktiv ist; einen Freikühlungsmodus, in dem die Wärmepumpenstufe (200) aktiv ist und die weitere Wärmepumpenstufe (300) inaktiv ist und der zweite Wärmetauscher (214) mit einem Verdampfereinlass (222) der Wärmepumpenstufe (200) gekoppelt ist; und einen Niederleistungsmodus, in dem die Wärmepumpenstufe (200) und die weitere Wärmepumpenstufe (300) inaktiv sind.Heat pump system according to claim 19 or 20, further comprising a controller ( 430 ) to the heat pump unit and the controllable path module ( 420 ) to operate the heat pump system in one of at least two different modes, the heat pump system being configured to perform at least two modes selected from a group of modes having the following modes: a high performance mode in which the heat pump stage ( 100 ) and the further heat pump stage ( 200 ) are active; a mid-power mode in which the heat pump stage ( 200 ) is active and the further heat pump stage ( 300 ) is inactive; a free cooling mode in which the heat pump stage ( 200 ) is active and the further heat pump stage ( 300 ) is inactive and the second heat exchanger ( 214 ) with an evaporator inlet ( 222 ) of the heat pump stage ( 200 ) is coupled; and a low power mode in which the heat pump stage ( 200 ) and the further heat pump stage ( 300 ) are inactive. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 21, bei der die Wärmepumpenstufe (200) oder die weitere Wärmepumpenstufe (300) dann inaktiv ist, wenn ein Verdichtermotor (204, 304) der entsprechenden Wärmepumpenstufe abgeschaltet ist.Heat pump system according to claim 21, wherein the heat pump stage ( 200 ) or the further heat pump stage ( 300 ) is inactive when a compressor motor ( 204 . 304 ) of the corresponding heat pump stage is switched off. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 21 oder 22, bei der im Hochleistungsmodus und im Mittelleistungsmodus und im Freikühlungsmodus die erste Pumpe (208), die zweite Pumpe (210) und die Zwischenkreispumpe (330) aktiv sind, und bei der im Niederleistungsmodus die erste Pumpe und die zweite Pumpe aktiv sind, und die Zwischenkreispumpe (330) inaktiv ist.Heat pump system according to claim 21 or 22, wherein in the high-performance mode and in the medium-power mode and in the free-cooling mode, the first pump ( 208 ), the second pump ( 210 ) and the intermediate circuit pump ( 330 ) are active, and in low-power mode, the first pump and the second pump are active, and the intermediate circuit pump ( 330 ) is inactive. Wärmepumpenanlage nach einem der Ansprüche 19 bis 23, bei der das steuerbare Wegemodul (420) ausgebildet ist, um in einem Hochleistungsmodus den ersten Eingang (401) mit dem ersten Ausgang (411) zu verbinden, um den zweiten Eingang (402) mit einem dritten Ausgang (413) zu verbinden, und um den dritten Eingang (403) mit dem dritten Ausgang zu verbinden, um in einem Mittelleistungsmodus den ersten Eingang (401) mit dem ersten Ausgang (411) zu verbinden, den zweiten Eingang (402) mit dem zweiten Ausgang (412) zu verbinden, und den dritten Eingang (403) mit dem dritten Ausgang (413) zu verbinden, um in einem Freikühlungsmodus den ersten Eingang (401) mit dem zweiten Ausgang zu verbinden, den zweiten Eingang (402) mit dem ersten Ausgang zu verbinden, und den dritten Eingang (403) mit dem dritten Ausgang zu verbinden, und um in einem Niederleistungsmodus den ersten Eingang (401) mit dem dritten Ausgang zu verbinden, den zweiten Eingang (402) mit dem ersten Ausgang zu verbinden, und den dritten Eingang (403) mit dem zweiten Ausgang (412) zu verbinden.Heat pump installation according to one of Claims 19 to 23, in which the controllable path module ( 420 ) is designed to be in a high performance mode the first input ( 401 ) with the first output ( 411 ) to connect the second input ( 402 ) with a third output ( 413 ), and around the third entrance ( 403 ) to connect to the third output in order to provide the first input in a mid-power mode ( 401 ) with the first output ( 411 ), the second input ( 402 ) with the second output ( 412 ), and the third input ( 403 ) with the third output ( 413 ) in a free-cooling mode the first input ( 401 ) to connect to the second output, the second input ( 402 ) to connect to the first output, and the third input ( 403 ) to connect to the third output and, in a low power mode, to connect the first input ( 401 ) to connect to the third output, the second input ( 402 ) to connect to the first output, and the third input ( 403 ) with the second output ( 412 ) connect to. Wärmepumpenanlage nach einem der Ansprüche 19 bis 24, bei der das steuerbare Wegemodul (420) einen ersten Umschalter (421) mit zwei Schalterpositionen und einen zweiten Umschalter (422) mit zwei Schalterpositionen aufweist, wobei ein Ausgang (14) des ersten Schalters mit einem Eingang (404) des zweiten Schalters verbunden ist (406).Heat pump installation according to one of Claims 19 to 24, in which the controllable path module ( 420 ) a first switch ( 421 ) with two switch positions and a second switch ( 422 ) having two switch positions, one output ( 14 ) of the first switch with an input ( 404 ) of the second switch is connected ( 406 ). Wärmepumpenanlage nach Anspruch 25, bei der die jeweils zwei Schalterpositionen vier Betriebsmodi mit unterschiedlichen Leistungsstufen definieren, wobei bei einer Umschaltung von einer Leistungsstufe zu einer nächsthöheren oder nächstniedrigeren Leistungsstufe immer nur ein Umschalter umgeschaltet wird und der andere Umschalter auf seiner Position bleibt.Heat pump system according to claim 25, wherein the respective two switch positions define four operating modes with different power levels, wherein when switching from one power level to a next higher or next lower power level always only one switch is switched and the other switch remains in position. Wärmepumpenanlage nach einem der Ansprüche 19 bis 26, bei der der steuerbare Wegeschalter (420) einen ersten Umschalter (421) und einen zweiten Umschalter (422) mit jeweils zwei Schalterpositionen aufweist, wobei der erste Umschalter folgende Merkmale aufweist: einen ersten Umschaltereingang, der mit dem ersten Eingang (401) verbunden ist, einen zweiten Umschaltereingang, der mit dem zweiten Eingang (402) gekoppelt ist, einen ersten Umschalterausgang, der mit dem ersten Ausgang (411) gekoppelt ist, und einen zweiten Umschalterausgang, wobei der zweite Umschalter (422) folgende Merkmale aufweist: einen ersten Umschaltereingang, der mit dem zweiten Umschalterausgang des ersten Umschalters gekoppelt ist, einen zweiten Umschaltereingang, der mit dem dritten Eingang (413) gekoppelt ist, einen ersten Umschalterausgang, der mit dem zweiten Ausgang (412) gekoppelt ist, und einen zweiten Umschalterausgang, der mit dem dritten Ausgang (413) gekoppelt ist.Heat pump system according to one of claims 19 to 26, wherein the controllable path switch ( 420 ) a first switch ( 421 ) and a second switch ( 422 ), each having two switch positions, the first switch having the following features: a first switch input connected to the first input ( 401 ), a second switch input connected to the second input ( 402 ), a first switch output connected to the first output ( 411 ) and a second switch output, wherein the second switch ( 422 ) has the following features: a first switch input coupled to the second switch output of the first switch, a second switch input connected to the third input ( 413 ), a first switch output connected to the second output ( 412 ) and a second switch output connected to the third output ( 413 ) is coupled. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 27, bei der der erste Umschalter ausgebildet ist, um in einer ersten Schalterposition den ersten Umschaltereingang mit dem ersten Umschalterausgang zu verbinden und den zweiten Umschaltereingang mit dem zweiten Umschalterausgang zu verbinden, und um in einer zweiten Schalterposition den ersten Umschaltereingang mit dem zweiten Umschalterausgang zu verbinden, und um den zweiten Umschaltereingang mit dem ersten Umschalterausgang zu verbinden, oder wobei der zweite Umschalter (422) ausgebildet ist, um in einer ersten Schalterposition den ersten Umschaltereingang mit dem ersten Umschalterausgang zu verbinden, und um den zweiten Umschaltereingang mit dem zweiten Umschalterausgang zu verbinden, und um in einer zweiten Schalterposition den ersten Umschaltereingang mit dem zweiten Umschalterausgang zu verbinden, und um den zweiten Umschaltereingang mit dem ersten Umschalterausgang zu verbinden.The heat pump system of claim 27, wherein the first switch is configured to connect the first switch input to the first switch output in a first switch position and connect the second switch input to the second switch output, and to connect the first switch input to the second switch input in a second switch position To connect the switch output, and to connect the second switch input to the first switch output, or wherein the second switch ( 422 ) is configured to connect the first switch input to the first switch output in a first switch position, and to connect the second switch input to the second switch output, and to connect the first switch input to the second switch output in a second switch position, and to second switch input to connect to the first switch output. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 28, bei der das steuerbare Wegemodul (420) ausgebildet ist, um in einem Hochleistungsmodus den ersten Umschalter in der ersten Schalterposition zu betreiben, und um den zweiten Umschalter (422) in der ersten Umschalterposition zu betreiben, oder um in einem Mittelleistungsmodus den ersten Umschalter (421) in der ersten Umschalterposition und den zweiten Umschalter (422) in der zweiten Umschalterposition zu betreiben, oder um in einem Freikühlungsmodus den ersten Umschalter (421) in der zweiten Umschalterposition und den zweiten Umschalter (422) in der ersten Umschalterposition zu betreiben, oder um in einem Niederleistungsmodus den ersten Umschalter (421) in der zweiten Umschalterposition zu betreiben, und um den zweiten Umschalter (422) in der zweiten Umschalterposition zu betreiben. Heat pump system according to claim 28, wherein the controllable path module ( 420 ) is adapted to operate in a high performance mode, the first switch in the first switch position, and the second switch ( 422 ) in the first switch position, or in a mid-power mode, the first switch ( 421 ) in the first switch position and the second switch ( 422 ) in the second switch position, or in a free cooling mode the first switch ( 421 ) in the second switch position and the second switch ( 422 ) in the first switch position, or in a low power mode, the first switch ( 421 ) in the second switch position, and the second switch ( 422 ) in the second switch position. Wärmepumpenanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der eine Höhe der Wärmepumpenanlage kleiner als 2,50 m ist, bei der eine Breite der Wärmepumpenanlage kleiner als 2 m ist, und bei der eine Tiefe der Wärmepumpenanlage kleiner als 1 m ist.Heat pump system according to one of the preceding claims, wherein a height of the heat pump system is smaller than 2.50 m, in which a width of the heat pump system is less than 2 m, and in which a depth of the heat pump system is less than 1 m. Verfahren zum Herstellen einer Wärmepumpenanlage mit einer Wärmepumpeneinheit mit wenigstens einer Wärmepumpenstufe (200), wobei die wenigstens eine Wärmepumpenstufe (200) einen Verdampfer (202), einen Verdichter (204) und einen Verflüssiger (206) aufweist; einem ersten Wärmetauscher (212) an einer zu kühlenden Seite; einem zweiten Wärmetauscher (214) an einer zu erwärmenden Seite; einer ersten Pumpe (208), die mit dem ersten Wärmetauscher (212) gekoppelt ist; und einer zweiten Pumpe (210), die mit dem zweiten Wärmetauscher (214) gekoppelt ist, mit folgenden Schritten: Anordnen der ersten Pumpe (208) oder der zweiten Pumpe (210) unterhalb der Wärmepumpeneinheit an einem unteren Ende der Wärmepumpenanlage; und Anordnen des ersten Wärmetauschers (212) und des zweiten Wärmetauschers (214) ebenfalls unterhalb der Wärmepumpeneinheit an dem unteren Ende neben der ersten Pumpe (208) oder der zweiten Pumpe (210).Method for producing a heat pump system with a heat pump unit with at least one heat pump stage ( 200 ), wherein the at least one heat pump stage ( 200 ) an evaporator ( 202 ), a compressor ( 204 ) and a liquefier ( 206 ) having; a first heat exchanger ( 212 ) on a side to be cooled; a second heat exchanger ( 214 ) on a side to be heated; a first pump ( 208 ) connected to the first heat exchanger ( 212 ) is coupled; and a second pump ( 210 ) connected to the second heat exchanger ( 214 ), comprising the following steps: arranging the first pump ( 208 ) or the second pump ( 210 ) below the heat pump unit at a lower end of the heat pump system; and arranging the first heat exchanger ( 212 ) and the second heat exchanger ( 214 ) also below the heat pump unit at the lower end adjacent to the first pump ( 208 ) or the second pump ( 210 ). Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpenanlage mit einer Wärmepumpeneinheit mit wenigstens einer Wärmepumpenstufe (200), wobei die wenigstens eine Wärmepumpenstufe (200) einen Verdampfer (202), einen Verdichter (204) und einen Verflüssiger (206) aufweist; einem ersten Wärmetauscher (212) an einer zu kühlenden Seite; einem zweiten Wärmetauscher (214) an einer zu erwärmenden Seite; einer ersten Pumpe (208), die mit dem ersten Wärmetauscher (212) gekoppelt ist; und einer zweiten Pumpe (210), die mit dem zweiten Wärmetauscher (214) gekoppelt ist, mit folgenden Schritten: Bringen der Wärmepumpenanlage in eine Betriebsposition, wobei in der Betriebsposition die erste Pumpe (208) oder die zweite Pumpe (210) unterhalb der Wärmepumpeneinheit an einem unteren Ende der Wärmepumpenanlage angeordnet sind, und wobei in der Betriebsposition der erste Wärmetauscher (212) und der zweite Wärmetauscher (214) ebenfalls unterhalb der Wärmepumpeneinheit an dem unteren Ende neben der ersten Pumpe (208) oder der zweiten Pumpe (210) angeordnet sind; und Aktivieren der Wärmepumpenstufe in der Betriebsposition.Method for operating a heat pump system with a heat pump unit having at least one heat pump stage ( 200 ), wherein the at least one heat pump stage ( 200 ) an evaporator ( 202 ), a compressor ( 204 ) and a liquefier ( 206 ) having; a first heat exchanger ( 212 ) on a side to be cooled; a second heat exchanger ( 214 ) on a side to be heated; a first pump ( 208 ) connected to the first heat exchanger ( 212 ) is coupled; and a second pump ( 210 ) connected to the second heat exchanger ( 214 ), comprising the following steps: bringing the heat pump system into an operating position, wherein in the operating position the first pump ( 208 ) or the second pump ( 210 ) are arranged below the heat pump unit at a lower end of the heat pump system, and wherein in the operating position of the first heat exchanger ( 212 ) and the second heat exchanger ( 214 ) also below the heat pump unit at the lower end adjacent to the first pump ( 208 ) or the second pump ( 210 ) are arranged; and activating the heat pump stage in the operating position.
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