DE102016213295A1

DE102016213295A1 - Wärmepumpe mit einer Füllstands-regulierenden Drossel und Verfahren zum Herstellen einer Wärmepumpe

Info

Publication number: DE102016213295A1
Application number: DE102016213295.4A
Authority: DE
Inventors: Oliver Kniffler; Holger Sedlak
Original assignee: Efficient Energy GmbH
Current assignee: VERTIV SRL, IT
Priority date: 2016-07-20
Filing date: 2016-07-20
Publication date: 2018-01-25
Also published as: WO2018015451A1

Abstract

Eine Wärmepumpe umfasst einen Verdampfer mit einem Verdampferzulauf zum Zuführen von zu verdampfender Arbeitsflüssigkeit in einen Verdampferraum, und einem Verdampferablauf zum Abführen von durch eine Verdampfung abgekühlter Arbeitsflüssigkeit, einen Verdichter zum Verdichten von verdampfter Arbeitsflüssigkeit, einen Verflüssiger zum Verflüssigen von verdichtetem Arbeitsdampf in einem Verflüssigerraum, wobei der Verflüssiger ferner einen Verflüssigerzulauf zum Zuführen von Arbeitsflüssigkeit und einen Verflüssigerablauf zum Abführen von erwärmter Arbeitsflüssigkeit aufweist; und eine Drossel zum Leiten von Arbeitsflüssigkeit aus dem Verflüssiger in den Verdampfer, wobei ein Einlassbereich der Drossel mit dem Verflüssigerraum verbunden ist, und ein Auslassbereich der Drossel in dem Verdampferzulauf angeordnet ist, wobei der Einlassbereich in einem Betrieb der Wärmepumpe einen maximalen Füllstand der Arbeitsflüssigkeit in dem Verflüssiger bestimmt, und wobei die Drossel beispielhaft so angeordnet ist, dass in dem Betrieb der Wärmepumpe nicht verflüssigter Arbeitsdampf aus dem Verflüssiger von dem Einlassbereich der Drossel durch die Drossel zu dem Auslassbereich der Drossel fließt und in den Verdampferzulauf gelangt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Wärmepumpen zum Heizen, Kühlen oder für eine sonstige Anwendung einer Wärmepumpe.
8A und 8B stellen eine Wärmepumpe dar, wie sie in dem europäischen Patent EP 2016349 B1 beschrieben ist. 8A zeigt eine Wärmepumpe, die zunächst einen Wasserverdampfer 10 zum Verdampfen von Wasser als Arbeitsflüssigkeit aufweist, 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 vorzugsweise Grundwasser, im Erdreich frei oder in Kollektorrohren zirkulierende Sole, also Wasser mit einem bestimmten Salzgehalt, Flusswasser, Seewasser oder Meerwasser. So sind alle Arten von Wasser, also kalkhaltiges Wasser, kalkfreies Wasser, salzhaltiges Wasser oder salzfreies Wasser verwendbar. Dies liegt daran, dass alle Arten von Wasser, also alle diese ”Wasserstoffe”, die günstige Wasser-Eigenschaft haben, dass Wasser, das auch als ”R 718” bekannt ist, eine 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. R 134a entspricht.
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.
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.
Es ist möglich, 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.
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.
Wie es bereits ausgeführt worden ist, kann ein offener Kreislauf genommen werden. Es kann also das Wasser, das die Wärmequelle darstellt, direkt ohne Wärmetauscher verdampft werden. Alternativ könnte jedoch auch das zu verdampfende Wasser zunächst über einen Wärmetauscher von einer externen Wärmequelle aufgeheizt werden. Dabei ist jedoch zu bedenken, dass dieser Wärmetauscher wieder Verluste und apparativen Aufwand bedeutet.
Um auch Verluste für den zweiten Wärmetauscher, der auf Verflüssiger-Seite bisher notwendigerweise vorhanden ist, zu vermeiden, kann auch dort das Medium direkt verwendet werden. Wenn an ein Haus mit Fußbodenheizung gedacht wird, kann das Wasser, das von dem Verdampfer stammt, direkt in der Fußbodenheizung zirkulieren.
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.
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.
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.
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 hier 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.
Die Kombination von Wasser als Arbeitsmittel mit dem um das 2-fache besseren nutzbaren Enthalpie-Differenz-Verhältnis im Vergleich zu R 134a und aufgrund der damit reduzierten Anforderungen an die Geschlossenheit des Systems (es wird vielmehr ein offenes System bevorzugt), und aufgrund des Einsatzes der Strömungsmaschine, durch die effizient und ohne Reinheitsbeeinträchtigungen die erforderlichen Verdichtungsfaktoren erreicht werden, wird ein effizienter und umweltneutraler Wärmepumpenprozess geschaffen, der dann, wenn im Verflüssiger der Wasserdampf direkt verflüssigt wird, noch effizienter wird, da dann im gesamten Wärmepumpenprozess kein einziger Wärmetauscher mehr benötigt wird.
8B zeigt eine Tabelle zur Illustration verschiedener Drücke und der diesen Drücken zugeordneten Verdampfungstemperaturen, woraus sich ergibt, dass insbesondere für Wasser als Arbeitsmedium recht niedrige Drücke im Verdampfer zu wählen sind.
Um eine Wärmepumpe mit einem hohen Wirkungsgrad zu erreichen, ist es wichtig, dass alle Komponenten günstig ausgelegt sind, also der Verdampfer, der Verflüssiger und der Verdichter.
Die EP 2016349 B1 zeigt ferner, dass ein Verflüssiger-Ablauf zum Beschleunigen des Verdampfungsvorgangs eingesetzt wird, so dass die Wand eines Ablauf-Rohrs als Keim für eine Blasensiedung wirkt. Ferner kann der Ablauf auch selbst dazu verwendet werden, die Blasenbildung zu verstärken. Hierzu wird der Verflüssiger-Ablauf mit einem Düsenrohr verbunden, das an einem Ende einen Abschluss hat, und das Düsenöffnungen aufweist. Das warme Verflüssiger-Wasser, das aus dem Verflüssiger über den Ablauf mit einer Rate von beispielsweise 4 ml pro Sekunde zugeführt wird, wird nunmehr in den Verdampfer eingespeist. Es wird auf seinem Weg zu einer Düsenöffnung in dem Düsenrohr oder unmittelbar am Austritt an einer Düse aufgrund des für die Temperatur des Ablaufwassers zu geringen Drucks bereits unter der Wasseroberfläche des Verdampfer-Wassers verdampfen. Die dort entstehenden Dampfblasen werden unmittelbar als Siede-Keime für das Verdampfer-Wasser, das über den Zulauf gefördert wird, wirken. Damit kann ohne größere zusätzliche Maßnahmen eine effiziente Blasensiedung im Verdampfer getriggert werden.
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 Verflüssigereinheit 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 Verflüssiger wird kontinuierlich mit nicht kondensierbaren Gasen mittels einer Vakuumpumpe über eine Rohrleitung gespült.
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 Verflüssigers verbessert wird, weil der zu verflüssigende Dampf in der Kondensationszone eine Stromrichtung quer zu der Strömungsrichtung der Kondensationsflüssigkeit aufweist.
Die DE 10 2013 216 457 A1 offenbart eine Wärmepumpe mit einem Verflüssiger, einem Verdampfer und einem dazwischen geschalteten Kompressor. Darüber hinaus ist eine Ausgleichsröhre vorgesehen, die einen Einlauf in dem Verflüssiger hat, der einen Füllstand im Verflüssiger definiert, und die einen Auslauf hat, der in einem Boden des Verdampfers angeordnet ist. Aufgrund der Tatsache, dass die warme Arbeitsflüssigkeit direkt in den kalten Verdampfer eingespeist wird, erzeugt die warme Arbeitsflüssigkeit dort, wo sie in dem kalten Verdampfer mit niedrigem Druck eindringt, also in der Nähe des Auslaufs eine Tendenz zur Blasenverdampfung. Damit wird die Verdampfer-Arbeitsflüssigkeit aufgrund der für die Verdampfung positiven Wirkung des Auslaufs zusätzlich verdampft.
Um eine Wärmepumpe zu erhalten, die kompakt und robust ist, ist es nötig, dass die Verdampfung im Verdampfer möglichst effizient stattfindet. Darüber hinaus ist es auch nötig, dass die Verflüssigung im Verflüssiger effizient stattfindet. Besonders im Verdampfer ist die Volumenausnutzung wesentlich, muss also eine möglichst hohe Verdampfung in einem möglichst kleinen Volumen erreicht werden.
Darüber hinaus ist es für eine Robustheit der Wärmepumpe nötig, dass sie so wenig gesteuerte, also aktiv gesteuerte Elemente als möglich hat und gleichzeitig auch insgesamt so wenig Elemente als nötig hat. Je kleiner und einfacher entsprechende Elemente in der Wärmepumpe ausgeführt sind, desto höher ist die Robustheit und Langlebigkeit, desto niedriger ist das Gewicht und desto besser wird die Akzeptanz der Wärmepumpe auf dem Markt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Wärmepumpenkonzept zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Wärmepumpe nach Patentanspruch 1 oder ein Verfahren zum Herstellen einer Wärmepumpe nach Patentanspruch 24 gelöst.
Die Wärmepumpe gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Verdampfer mit einem Verdampferzulauf zum Zuführen von zu verdampfender Arbeitsflüssigkeit in einen Verdampferraum und einem Verdampferablauf zum Abführen von durch eine Verdampfung abgekühlter Arbeitsflüssigkeit. Die Wärmepumpe umfasst ferner einen Verdichter zum Verdichten von verdampfter Arbeitsflüssigkeit und einen Verflüssiger bzw. Kondensator zum Verflüssigen von verdichtetem Arbeitsdampf in einem Verflüssigerraum, wobei der Verflüssiger ferner einen Verflüssigerzulauf zum Zuführen von zu erwärmender Arbeitsflüssigkeit und einen Verflüssigerablauf zum Abführen von erwärmter Arbeitsflüssigkeit aufweist. Darüber hinaus umfasst die Wärmepumpe einen Drossel zum Leiten von Arbeitsflüssigkeit aus dem Verflüssiger in den Verdampfer. Die Drossel umfasst einen Einlassbereich und einen Auslassbereich. Insbesondere ist der Einlassbereich der Drossel mit dem Verflüssigerraum verbunden und ist der Auslassbereich der Drossel in dem Verdampferzulauf angeordnet. Die Drossel ist insbesondere so ausgebildet, dass in einem Betrieb der Wärmepumpe der Einlassbereich der Drossel einen maximalen Füllstand an Arbeitsflüssigkeit in dem Verflüssiger bestimmt.
Vorzugsweise ist die Drossel ferner so ausgebildet, dass in dem Betrieb der Wärmepumpe nicht verflüssigter Arbeitsdampf aus dem Verflüssiger von dem Einlassbereich der Drossel durch die Drossel zu dem Auslassbereich der Drossel fließt und in den Verdampferzulauf gelangt.
Die Drossel erfüllt also zwei Funktionen. Die eine Funktion besteht darin, den Füllstand im Verflüssiger zu definieren und die andere Funktion besteht darin, dort, wo es wesentlich ist, direkt im Verdampferzulauf die Blasensiedung zu triggern bzw. zu verstärken. Dadurch, dass der zweite Bereich der Drossel, über den Arbeitsflüssigkeit vom Verflüssiger in den Verdampfer eintritt, nicht irgendwo angeordnet ist, sondern direkt im Verdampferzulauf, wird sichergestellt, dass die Blasenbildung dort stattfindet, wo sie am effizientesten ist, wo sie also am stärksten die Verdampfung beschleunigt.
Bei einem Ausführungsbeispiel wird ferner ein weiterer Vorteil erreicht. Zusätzlich zu der Arbeitsflüssigkeit, die durch die Drossel fließt, um den Eintrag von Arbeitsflüssigkeit aufgrund der Verdampfung, der Kompression und der Verflüssigung zu neutralisieren, wird ferner erreicht, dass auch eine kleine Menge warmer Dampf vom Verflüssiger in den Verdampfer, und zwar in den Verdampferzulauf gelangt, der ebenfalls zu einer besonders effizienten Blasensiedung im Verdampfer beiträgt.
Im Verdampferzulauf findet eine Strömung von zu verdampfender Arbeitsflüssigkeit statt. Durch Anordnen des Auslassbereichs der Drossel in diesem Verdampferzulauf werden die durch aus der Drossel austretende Arbeitsflüssigkeit erzeugten Dampfblasen als Siedekeime durch die Arbeitsflüssigkeitsströmung mitgetragen und damit in der Arbeitsflüssigkeit selbst weiterbewegt, und zwar in Richtung des Verdampferraums. Damit wird aus einer Siedeblase gewissermaßen mittels eines Lawineneffekts eine Vielzahl von Siedeblasen geschaffen, die alle wiederum selbst neue Siedeblasen erzeugen, und zwar in dem gesamten Weg vom Auslassbereich der Drossel bis zum Verdampferraum. Die ohnehin im Verdampferzulauf vorhandene Arbeitsflüssigkeitsströmung wird also dazu verwendet, die am Auslassbereich der Drossel anfallenden Blasensiedekeime aufgrund der austretenden Arbeitsflüssigkeit zum Verdampferraum hin zu transportieren und daher auch in der strömenden Arbeitsflüssigkeit zu bewegen, was die Erzeugung neuer Siedekeime mit sich bringt.
Damit wird durch ein einfaches Element, eine vorzugsweise passiv ausgebildete Drossel, die beispielsweise als ein Schlauch ausgebildet sein kann, eine automatische Füllstandsregelung im Verflüssiger erreicht. Gleichzeitig wird eine Blasensiedung im Verdampfer erreicht, und zwar im Verdampferzulauf selbst, also dort, wo die zu verdampfende Arbeitsflüssigkeit strömt. Darüber hinaus werden sämtliche Elemente für eine Füllstandsregelung im Verflüssiger sowie gegebenenfalls zusätzlich nötige Elemente zur Unterstützung von der Verdampfung im Verdampfer weniger wichtig bzw. vielleicht sogar ganz obsolet. Darüber hinaus ist die Drossel selbst vorzugsweise eine passive Drossel, die ebenfalls vorzugsweise ohne gekrümmten Abschnitt ausgebildet ist, also gerade vom Einlassbereich zum Auslassbereich ohne eine „U-Form” verläuft.
Damit wird zusätzlich ein weiterer Vorteil erreicht. Zusätzlich zu der Arbeitsflüssigkeit, die durch die Drossel fließt, um den Eintrag von Arbeitsflüssigkeit aufgrund der Verdampfung, der Kompression und der Verflüssigung zu neutralisieren, wird ferner erreicht, dass auch eine kleine Menge warmer Dampf vom Verflüssiger in den Verdampfer, und zwar in den Verdampferzulauf gelangt. Der Dampftransport vom Verflüssiger zum Verdampfer findet aufgrund der Druckunterschiede statt, also aufgrund des höheren Drucks im Verflüssiger und des niedrigeren Drucks im Verdampfer. Damit wird durch die „gerade” Drossel nicht nur Arbeitsflüssigkeit zur Blasensiedeunterstützung vom Verflüssiger in den Verdampfer gebracht, sondern auch Dampf, der ebenfalls eine Blasensiedungsunterstützung liefert.
Vorzugsweise ist die Drossel derart ausgebildet, dass eine laminare Wasserdampfströmung in der Drossel stattfindet. Damit ist die Dampfbrücke selbsthemmend und lässt ausreichend Wasser im flüssigen Zustand durch. Der Dampf sorgt somit also nicht nur als Blasensiedungsunterstützungselement, sondern sorgt auch dafür, dass in der Drossel eine Dampfströmung stattfindet, von der auch das flüssige Medium mitgezogen wird. Dies liegt daran, dass der warme Dampf durch die Drossel hindurch zum kälteren Ende bewegt wird, und zwar vorzugsweise laminar bewegt wird, um dort, im Auslassbereich der Drossel in die kalte Arbeitsflüssigkeit im Verdampferzulauf zu kondensieren bzw. beim Kondensieren bereits eine Blasensiedung auszulösen. Dies geschieht im Verbund mit ebenfalls durch die Drossel strömender warmer Arbeitsflüssigkeit, die dort aufgrund des Flüssigkeitsausgleiches vorhanden ist. Bei einer geraden Drossel ohne U-Form fließt in der Drossel also neben einer kondensierten Arbeitsflüssigkeit auch ein nicht-kondensierter Arbeitsdampf, und zwar in derselben Richtung, in der die Arbeitsflüssigkeit fließt, von oben nach unten in einer Betriebsrichtung der Wärmepumpe.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung führen somit austretender Wasserdampf einerseits und stark überhitztes Wasser andererseits zu einer sehr effizienten Blasensiedung im Verdampfer, die dadurch noch verbessert wird, wenn bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung oberhalb des Verdampferzulaufs, also dort, wo die Arbeitsflüssigkeit aus dem Verdampferzulauf austritt, ein Umlenker vorgesehen wird, der zu einer Umlenkung des Arbeitsflüssigkeit/Blasengemisches führt, um das Volumen des Verdampfers noch besser für die Blasensiedung und Verdampfung auszunutzen.
Die Drossel wirkt aufgrund ihrer speziellen Anordnung ferner selbstregelnd. Sie definiert also gleichzeitig aufgrund der Positionierung des Einlassbereichs im Verflüssiger den Flüssigkeitspegel in dem Verflüssiger, der auf einem höheren Druck als der Verdampfer liegt. Sobald dort also zusätzliche Arbeitsflüssigkeit vorhanden ist, wird diese Arbeitsflüssigkeit in den Verdampfer zurückgebracht. Bei der Drossel, die vorzugsweise als gerade Drossel ausgebildet ist, muss eine Druckdifferenz zwischen Verflüssiger und Verdampfer nicht weiter berücksichtigt werden. Dies liegt daran, dass in der Drossel typischerweise eine Dampfströmung vom Verflüssiger in den Verdampfer stattfindet, und zwar zusätzlich zu einer Arbeitsflüssigkeitsströmung.
Die vorliegende Erfindung ist ferner dahin gehend vorteilhaft, dass kein steuerbares Ventil mit allen Problemen der zusätzlichen Verluste, der Störanfälligkeit und der zusätzlichen Kosten benötigt wird. Stattdessen wird einfach eine einfache Drossel benötigt, die z. B. als Schlauch aus Kunststoff oder aus Gummi oder aber auch aus Metall als ganz einfache Leitung ausgebildet sein kann, deren Durchmesser bzw. Querschnittsfläche in einem Bereich zwischen 5 mm² und 250 mm² liegen kann und vorzugsweise zwischen 30 mm² 70 mm² liegt.
Die Wärmepumpe zeichnet sich ferner durch einen kompakten Aufbau aus, weil die Drossel keinen „Platz nach unten” oder etwas Ähnliches benötigt. Stattdessen ist sie komplett innerhalb der Wärmepumpe aufgenommen und ist damit auch nach außen nicht der Umgebung ausgesetzt und damit auch nicht der Gefahr von Beschädigungen, wenn insbesondere eine Wärmepumpe mit verschränktem Verflüssiger/Verdampfer-Aufbau eingesetzt wird, bei dem die Drossel nahezu zentral in der Wärmepumpenanordnung verläuft.
Eine zusätzliche hervorzuhebende Sache der Wärmepumpe besteht darin, dass die Drossel wartungsfrei ist. Damit werden typischerweise keine weiteren Vorkehrungen wie Schwimmer oder etwas Ähnliches benötigt, um die Füllstandshöhe im Verflüssiger zu steuern. Selbst wenn eine Situation eintritt, bei der keine Arbeitsflüssigkeit im Verflüssiger vorhanden ist, die in die Ausgleichsröhre eintreten könnte, weil der Füllstand des Verflüssigers aus irgendwelchen Gründen abgenommen hat, spielt dies keine weitere Rolle, da der Arbeitsdampf, der durch die Drossel in den Verdampfer gelangt, dennoch zu einer Blasensiedungsunterstützung beiträgt. Damit wird die gewünschte Wirkung der Blasensiedungsunterstützung selbst dann erreicht, wenn aus irgendwelchen Gründen keine Arbeitsflüssigkeit vom Verflüssiger zum Verdampfer zu transportieren ist.
Die Drossel zeichnet sich ferner durch hohe Flexibilität aus, weil allein durch konstruktive Maßnahmen der Einlassbereich der Drossel gestaltet werden kann, um den Füllstand zu definieren, beispielsweise durch den Boden des Verflüssigers hindurch als vorstehende Röhre oder seitlich am Verflüssiger durch eine Wandöffnung in der Verflüssigerwand oder eine Mischung aus beiden Maßnahmen.
Vorzugsweise wird die Drossel in einer Wärmepumpe eingesetzt, die eine verschränkte Verdampfer/Verflüssiger-Anordnung hat.
Eine solche Wärmepumpe umfasst einen Verdampfer zum Verdampfen von Arbeitsflüssigkeit in einem Verdampferraum, der von einem Verdampferboden begrenzt ist, und einen Verflüssiger zum Verflüssigen von verdampfter Arbeitsflüssigkeit in einem Verflüssigerraum, der von einem Verflüssigerboden begrenzt ist. Der Verdampferraum ist zumindest teilweise von dem Verflüssigerraum umgeben. Ferner ist der Verdampferraum durch den Verflüssigerboden von dem Verflüssigerraum getrennt. Schließlich ist der Verflüssigerboden mit dem Verdampferboden verbunden, um den Verdampferraum zu definieren.
Diese ineinander ”verschränkte” Anordnung, dahin gehend, dass der Verdampfer fast vollständig oder sogar vollständig innerhalb des Verflüssigers angeordnet ist, ermöglicht eine sehr effiziente Ausführung der Wärmepumpe mit optimaler Platzausnutzung. Nachdem der Verflüssigerraum sich bis zum Verdampferboden hin erstreckt, ist der Verflüssigerraum 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 Verflüssigers 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 Verflüssigers 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 Verflüssigerraums 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 Verflüssigerraum 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 Verflüssigerraum 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.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen ist der Kompressor derart an der Oberseite des Verflüssigerraums angeordnet, dass der komprimierte Dampf durch den Kompressor einerseits umgelenkt und gleichzeitig in einen Randspalt des Verflüssigerraums 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 Verflüssigerraum zugunsten des Verdampferraums klein ist, keinen besonders großen Bereich mehr, um dennoch eine Kondensation von bis zu diesem Bereich vorgedrungenen Dampfpartikeln zu erlauben.
Ein Verdampferboden, der mit dem Verflüssigerboden verbunden ist, ist vorzugsweise so ausgebildet, dass er den Verflüssiger-Zu- und Ablauf einerseits und den Verdampfer-Zu- und Ablauf in sich aufnimmt, wobei zusätzlich noch bestimmte Durchführungen für Sensoren in den Verdampfer bzw. in den Verflüssiger vorhanden sein können. Damit wird erreicht, dass keine Durchführungen von Leitungen für den Verflüssiger-Zu- und Ablauf durch den nahezu unter Vakuum stehenden Verdampfer nötig sind. Dadurch wird die gesamte Wärmepumpe weniger fehleranfällig, weil jede Durchführung durch den Verdampfer eine Möglichkeit für ein Leck darstellen würde. Dazu ist der Verflüssigerboden an den Stellen, an denen die Verflüssiger-Zu- und Abläufe sind, mit einer jeweiligen Aussparung versehen, dahin gehend, dass in dem Verdampferraum, der durch den Verflüssigerboden definiert wird, keine Verflüssiger-Zu/Abführungen verlaufen.
Der Verflüssigerraum wird durch eine Verflüssigerwand begrenzt, die ebenfalls an dem Verdampferboden anbringbar ist. Der Verdampferboden hat somit eine Schnittstelle sowohl für die Verflüssigerwand als auch den Verflüssigerboden und hat zusätzlich sämtliche Flüssigkeits-Zuführungen sowohl für den Verdampfer als auch den Verflüssiger.
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.
Bei einer speziellen Implementierung des Verdampferbodens wird der Verflüssigerzulauf nahezu in Form einer ”Brille” in einen zwei- oder mehrteiligen Strom aufgeteilt. Damit ist es möglich, die Verflüssigerflüssigkeit im Verflüssiger an seinem oberen Abschnitt an zwei oder mehreren Punkten gleichzeitig einzuspeisen. Damit wird eine starke und gleichzeitig besonders gleichmäßige Verflüssigerströmung von oben nach unten erreicht, die es ermöglicht, dass eine hocheffiziente Kondensation des ebenfalls von oben in den Verflüssiger eingeführten Dampfes erreicht wird.
Eine weitere kleiner dimensionierte Zuführung im Verdampferboden für Verflüssigerwasser 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 Verflüssiger zugeführte Flüssigkeit, die jedoch immer noch bei typischen Betriebssituationen kühl genug ist, um den Motor der Wärmepumpe zu kühlen.
Der Verdampferboden zeichnet sich dadurch aus, dass er eine Kombinationsfunktionalität hat. Zum einen stellt er sicher, dass keine Verflüssigerzuleitungen 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 Verflüssigerraum. 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.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigen:
1A eine schematische Ansicht einer Wärmepumpe gemäß einem Ausführungsbeispiel;
1B eine schematische Ansicht einer Wärmepumpe gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
1C eine Detaildarstellung der Anbringung des Einlassbereichs der Drossel;
1D eine Detailansicht einer alternativen Ausführung des Einlassbereichs der Drossel;
2A eine Seitenansicht des Verflüssigerbodens;
2B eine perspektivische Ansicht des Verflüssigerbodens;
3A eine Ansicht von oben des Verdampferbodens;
3B eine Ansicht von unten des Verdampferbodens;
3C eine Seitenansicht des Verdampferbodens;
3D einen Schnitt durch den Verdampferboden;
3E eine Draufsicht auf den Verdampferboden;
4 eine Schnittdarstellung einer Wärmepumpe mit dem Verdampferboden von 3A–3E und dem Verflüssigerboden von 2A und 2B;
5 eine Schnittdarstellung einer Wärmepumpe gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
6 eine alternative Ansicht der Wärmepumpe von 5;
7 eine alternative Darstellung einer Wärmepumpe gemäß einem Ausführungsbeispiel;
8A eine schematische Darstellung einer bekannten Wärmepumpe zum Verdampfen von Wasser; und
8B eine Tabelle zur Veranschaulichung von Drücken und Verdampfungstemperaturen von Wasser als Arbeitsflüssigkeit.
1A zeigt eine Wärmepumpe 100. Die Wärmepumpe umfasst einen Verdampfer 120 mit einem Verdampferzulauf 301 zum Zuführen von zu verdampfender Arbeitsflüssigkeit in einen Verdampferraum 102 und einem Verdampferablauf 312 zum Abführen von durch eine Verdampfung abgekühlter Arbeitsflüssigkeit. Die Wärmepumpe 100 von 1A umfasst ferner einen Verdichter 110 zum Verdichten von verdampfter Arbeitsflüssigkeit, die mit „kalter Dampf” in 1A bezeichnet ist. Ausgangsseitig liefert der Verdichter warmen Dampf, der in einen Verflüssiger 124 eingespeist wird. Der Verflüssiger 124 zum Verflüssigen von verdichtetem Arbeitsdampf bzw. „warmem Dampf” umfasst einen Verflüssigerraum 104. Ferner umfasst der Verflüssiger einen Verflüssigerzulauf 322 zum Zuführen von Arbeitsflüssigkeit und einem Verflüssigerablauf 332 zum Abführen von erwärmter Arbeitsflüssigkeit.
Darüber hinaus zeichnet sich die Wärmepumpe 100 von 1A durch eine Drossel 126 aus, die ausgebildet ist, um Arbeitsflüssigkeit aus dem Verflüssiger in den Verdampfer zu leiten. Ein Einlassbereich 126a der Drossel ist mit dem Verflüssigerraum 104 verbunden. Ferner ist ein Auslassbereich 126b der Drossel in dem Verdampferzulauf 301 angeordnet. Darüber hinaus wird in einem Betrieb der Wärmepumpe durch den Einlassbereich 126a der Drossel ein maximaler Füllstand 137 der Arbeitsflüssigkeit in dem Verflüssiger 124 bestimmt. Bei einem in 1A gezeigten Ausführungsbeispiel stellt der Einlassbereich 126a ein erstes Ende der Drossel 126 dar, und stellt der Auslassbereich 126b ein zweites Ende der Drossel 126 dar, die röhren- oder schlauchförmig ist. Darüber hinaus wird durch Anordnung des Einlassbereichs 126a bzw. des ersten Endes 126a der Drossel an einer Wandöffnung 125 des Verflüssigerraums 104 der maximale Füllstand 137 des Verflüssigers im Betrieb der Wärmepumpe definiert. Steigt aufgrund des Eintrags von warmem Dampf in den Verflüssigeln die Füllstandshöhe 137 an, so fließt unmittelbar verflüssigte Arbeitsflüssigkeit durch die Drossel 126 zurück in den Verdampferzulauf 301. Darüber hinaus fließt durch die Drossel 126 bei dem in 1A gezeigten Ausführungsbeispiel auch Arbeitsdampf von dem Verflüssiger in den Verdampfer, da die Wandöffnung 125 immer einen Bereich hat, der mit dem Dampfraum im Verflüssiger 124 kommuniziert. Dieser Dampf fließt typischerweise laminar in der Drossel 126 zum kalten Bereich hin, also dort, wo der Auslassbereich 126b der Drossel angeordnet ist. Dieser Auslassbereich ist im Verdampferzulauf 301 angeordnet, also an der Stelle, wo zu verdampfende Arbeitsflüssigkeit in den Verdampfer eintritt. Dort ist eine Temperatur vorhanden, die deutlich kühler ist als im Verflüssiger. Daher hat der Arbeitsdampf die Tendenz vom Verflüssiger zum Verdampfer typischerweise laminar zu fließen, um dort zu kondensieren bzw. eine Blasensiedung im Verdampferzulauf anzutriggern und zu verstärken.
Typischerweise sind der Verdampferzulauf 301 und der Verdampferablauf 312 mit einem zu kühlenden Gebiet 127 verbunden. Dagegen sind der Verflüssigerablauf 332 und der Verdampferzulauf 322 mit einem zu wärmenden Gebiet 128 verbunden. So ist je nach Implementierung in dem Kreislauf aufseiten des zu kühlenden Gebiets 127 eine Pumpe angeordnet, oder ist alternativ oder zusätzlich auch im Kreislauf des zu wärmenden Gebiets eine Pumpe angeordnet. Vorzugsweise ist die Pumpe so angeordnet, dass die zu verdampfende Arbeitsflüssigkeit durch den Verdampferzulauf bei der in 1 gezeigten Darstellung von unten nach oben läuft, so dass am Auslassbereich der Drossel 126 erzeugte Blasen aufgrund des dort austretenden warmen Dampfes und des dort austretenden warmen bzw. überhitzten Wassers nach oben mittransportiert werden. Im Verdampferzulauf existiert somit eine Strömung, die entsprechend auch im Verdampferablauf 312 stattfindet, wobei jedoch die Menge der Arbeitsflüssigkeit im Verdampferablauf kleiner ist als die Menge der Arbeitsflüssigkeit im Verdampferzulauf aufgrund der über den Verdichter transportierten Dampfmenge. Diese ist jedoch typischerweise deutlich kleiner als die in dem Zulauf 301 bzw. Ablauf 312 transportierten Arbeitsflüssigkeitsmenge.
Vorzugsweise wird also durch eine laminare Wasserdampfströmung in der Drossel eine selbsthemmende Dampfbrücke erreicht, während gleichzeitig ausreichend Wasser im flüssigen Zustand durchgelassen wird.
Der Überlauf zur Drossel, also bei dem in 1A gezeigten Ausführungsbeispiel die Wandöffnung 125, die mit dem Einlassbereich 126a der Drossel 126 verbunden ist, regelt den maximalen Füllstand 137 im Verflüssiger.
Eine bevorzugte Ausführungsform betrifft eine Drossel 126 mit einem Querschnitt von zwischen 30 mm² und 70 mm² und besonders bevorzugt 45 mm² und 55 mm² wobei jedoch der Drosselquerschnitt typischerweise zwischen 5 mm² bis 250 mm² variieren kann.
Durch den im Auslassbereich 126b austretenden Dampf und das dort austretende Wasser wird ein Blasensieden im Verdampfer getriggert, das durch die zusätzliche nach oben gerichtete Strömung im Verdampferzulauf 301 noch verstärkt wird.
1B zeigt die Wärmepumpe 100 mit dem Verdampfer (120) zum Verdampfen von Arbeitsflüssigkeit in dem Verdampferraum 102. Die Wärmepumpe umfasst ferner den Verflüssiger 124 zum Verflüssigen von verdampfter Arbeitsflüssigkeit in dem Verflüssigerraum 104, der von einem Verflüssigerboden 106 begrenzt ist. Wie es in 1B gezeigt ist, die sowohl als Schnittdarstellung oder als Seitenansicht angesehen werden kann, ist der Verdampferraum 102 zumindest teilweise von dem Verflüssigerraum 104 umgeben. Ferner ist der Verdampferraum 102 durch den Verflüssigerboden 106 von dem Verflüssigerraum 104 getrennt. Darüber hinaus ist der Verflüssigerboden 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 Verflüssigerraum 104 zu leiten. Der Verflüssigerraum ist ferner nach außen hin durch eine Verflüssigerwand 114 begrenzt. Die Verflüssigerwand 114 ist ebenfalls wie der Verflüssigerboden 106 an dem Verdampferboden 108 befestigt. Insbesondere ist die Dimensionierung des Verflüssigerbodens 106 in dem Bereich, der die Schnittstelle zum Verdampferboden 108 bildet, so, dass der Verflüssigerboden bei dem in 1B gezeigten Ausführungsbeispiel vollständig von der Verflüssigerraumwand 114 umgeben ist. Dies bedeutet, dass sich der Verflüssigerraum, wie es in 1B gezeigt ist, bis zum Verdampferboden erstreckt, und dass sich der Verdampferraum gleichzeitig sehr weit nach oben, typischerweise nahezu durch fast den gesamten Verflüssigerraum 104 erstreckt.
Diese ”verschränkte” oder ineinandergreifende Anordnung von Verflüssiger und Verdampfer, die sich dadurch auszeichnet, dass der Verflüssigerboden 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 Verflüssigerwand 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.
Ferner sei darauf hingewiesen, dass die Betriebsrichtung der Wärmepumpe so ist, wie sie in 1B 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 Verflüssigerraum eingespeist wird, und dass die Verflüssigerflüssigkeit von unten nach oben geführt wird, und dann von oben in den Verflüssigerraum zugeführt wird und dann im Verflüssigerraum 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.
1C zeigt eine detailliertere Darstellung der Implementierung des Einlassbereichs 126a, der an einer Wandöffnung 125 in der Seitenwand des Verflüssigers 124 angeordnet ist. 1D zeigt eine alternative Implementierung, wo der Einlassbereich 126a der Drossel 126 durch einen Boden bzw. eine Bodenöffnung 125b des Verflüssigers bzw. Verflüssigers 124 verläuft. Die Drossel ist bis zum maximalen Füllstand 137 als vorstehendes bzw. starres Rohr ausgebildet. Die Länge, um die die Drossel in den Verflüssiger 124 vorsteht, ist mit L bezeichnet. Dadurch wird der Füllstand 137 in dem Verflüssiger definiert.
Je nach Implementierung kann der Einlassbereich 126a auch aus einer Kombination der beiden in 1C und 1D gezeigten Möglichkeiten oder irgendwelchen anderen Maßnahmen erreicht werden, mit denen auf einfache Weise und passiv eine Füllstandsregelung im Verflüssiger erreicht wird, die gleichzeitig so ausgebildet ist, dass in der Drossel 126 zusätzlich zur Arbeitsflüssigkeit auch eine Dampfströmung in den Verdampferzulauf, also bis zum Auslassbereich 126b der Drossel und darüber hinaus stattfindet.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Drossel in einer Wärmepumpe mit verschränkter Anordnung aus Verdampfer und Verflüssiger eingesetzt, wie sie anhand der 1B und 2A bis 4 nachfolgend beschrieben wird.
2A und 2B zeigen einen Verflüssigerboden 106 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Darüber hinaus zeigen die 3A bis 3E einen Verdampferboden 108 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei 4a eine komplette Wärmepumpe in Schnittdarstellung zeigt, die sowohl den Verdampferboden 108 als auch den Verflüssigerboden 106 umfasst.
Wie es in den 3A bis 4a oder auch in 1B gezeigt ist, hat der Verflüssigerboden 106 einen sich verjüngenden Querschnitt von einem Zulauf für die zu verdampfende Arbeitsflüssigkeit zu einer Absaugöffnung 115, die mit dem Kompressor bzw. Motor 110 gekoppelt ist, wo also das vorzugsweise verwendete Radialrad des Motors den im Verdampferraum 102 erzeugten Dampf absaugt.
Wie es in 3A bis 3E gezeigt ist, umfasst der Verdampferboden den Verdampferzulauf 301 für die zu verdampfende Arbeitsflüssigkeit und den Verdampferablauf 312 für eine durch die Verdampfung gekühlte Arbeitsflüssigkeit. Bei den in 3A bis 3E gezeigten Ausführungsbeispielen umfasst der Verdampferboden ferner einen Verflüssigerzulauf 322 für Verflüssigerflüssigkeit und den Verflüssigerablauf 332 für eine aufgrund der Kondensation erwärmte Verflüssigerflüssigkeit. Der Verflüssigerzulauf 322 oder der Verflüssigerablauf 332 sind vorzugsweise so an dem Verdampferboden 108 angeordnet, dass eine Verbindung von dem Verflüssigerzulauf 322 bzw. Verflüssigerablauf 332 zu den jeweiligen Stellen im Verflüssigerraum außerhalb des Verdampfungsraums 102 verläuft. Dies bedeutet, wie es in 3A gezeigt, bei bevorzugten Ausführungsbeispielen, dass der Verflüssigerzulauf 322 und der Verflüssigerablauf 332 außen am Verdampferboden angeordnet sind, und zwar außerhalb einer Schnittstelle, die in 3A bei 340 gezeigt ist, wo zum Erzeugen einen druckdichten Verbindung der Verflüssigerboden von 2A oder 2B ”aufgesetzt” wird. Hierzu befindet sich der Verflüssigerzulauf 322 in einer Aussparung 323 und befindet sich der Verflüssigerablauf 332 ebenfalls in einer Aussparung 333 der Schnittstelle 340, wobei sich die Aussparungen 323, 333 auf die kreisrunde Form der Verdampferboden-Grundplatte beziehen.
Diese Verdampferboden-Grundplatte umfasst Bohrungen 342, an denen die typischerweise zylindrische Verflüssigerwand angebracht werden kann, wie es noch Bezug nehmend auf 4 beschrieben wird.
Der Verdampferboden umfasst ferner eine erste Anschlussschnittstelle 346 für eine Befestigung einer Verflüssigerwand als auch eine zweite Anschlussschnittstelle 342 für eine Befestigung eines Verflüssigerbodens.
Beim Verdampferboden ist bei Ausführungsbeispielen die erste Anschlussschnittstelle 346 für die Befestigung der Verflüssigerwand so ausgebildet, dass sie die zweite Anschlussschnittstelle 342 für die Befestigung des Verflüssigerbodens umgibt. Ferner ist die erste Anschlussschnittstelle 346 bei weiteren Ausführungsbeispielen für die Befestigung der Verflüssigerwand flach ausgebildet, und ist die zweite Anschlussschnittstelle 342 für die Befestigung des Verflüssigerbodens bezüglich der ersten Anschlussschnittstelle vorstehend ausgebildet. Das ist beispielsweise in 3A zu sehen, wobei die Bohrungen 342 in der flachen ersten Anschlussschnittstelle ausgebildet sind.
Der Verflüssigerzulauf und der Verflüssigerablauf sind an dem Rand des Verdampferbodens angeordnet, während für eine optimale Verdampfung der Verdampferzulauf und/oder der Verdampferablauf in einem Mittenbereich des Verdampferbodens angeordnet sind. Insbesondere befindet sich der Verdampferzulauf 301 zentral, also in der Mitte des kreisrunden Verdampferbodens, wie es besonders in 3E ersichtlich ist. Darüber hinaus befindet sich der Verdampferablauf relativ nahe am Verdampferzulauf bei 312 in 3E beispielsweise. Die Anordnung des Verdampferablaufs 312 ist so weit als möglich vom Verdampferzulauf entfernt. Es wird jedoch bevorzugt, dass ein gewisser Abstand genommen wird und zwar zum einen, um eine sichere und haltbare Dichtung zu ermöglichen und zum anderen, um ein gutes Strömungsverhalten der gekühlten Verdampferflüssigkeit auf dem Verdampferboden zu erreichen.
Ferner ist der Bereich um den Verdampferablauf 312 so ausgebildet, dass das ”Niveau” niedriger ist als im gegenüberliegenden Bereich, so dass die Arbeitsflüssigkeit, die sich auf dem Verdampferboden befindet, von jeder Stelle des Verdampferbodens zu dem Verdampferablauf 312 hin abläuft und in den Abflussstutzen möglichst ohne Kavitierungen bzw. unvermeidliche Wirbelbildungen eintritt. Dies bedeutet, dass etwa in einem Bereich 343 das Gefälle des Verdampferbodens zum Verdampferablauf hin weniger stark ist als in einem Bereich 344, da im Bereich 344 die Problematik besteht, dass der Ablauf 312 so nah wie möglich am Rand des Verdampferbodens angeordnet werden sollte, um eine gute Strömungssammlung zu erreichen.
Darüber hinaus umfasst der Verdampferboden ferner einen ersten Sensoranschluss 351 und einen zweiten Sensoranschluss 352. Der erste Sensoranschluss 351 dient zum Erfassen eines Füllstands im Verdampferraum. Der zweite Sensoranschluss 352 dient zum Erfassen einer Temperatur im Verflüssigerraum. Er hat damit ebenfalls wie die Anschlüsse 322, 332 eine Aussparung 353 in der Anschlussschnittstelle für den Verflüssigerboden, der den im Betrieb nahezu unter Vakuum stehenden Verdampferraum definiert. Die Anschlussschnittstelle 346 ist dagegen ohne Aussparungen und vorzugsweise kreisrund ausgebildet, damit je nachdem unter Verwendung erforderlicher Dichtungen dort die Verflüssigerwand festgeschraubt werden kann. Im Verflüssiger herrscht jedoch kein derart niedriger Druck wie im Verdampferraum, so dass die Anforderungen an die Verbindung über die Schnittstelle 346 wesentlich geringer sind als für die Schnittstelle 340.
Der Verflüssigerzulauf 322 ist vorzugsweise mehrteilig ausgeführt. Er umfasst einen ersten Anteil 322a und einen zweiten Anteil 322b sowie je nach Implementierung einen kleineren dritten Anteil 322c. Der erste Anschluss 322a und der zweite Anschluss 322b sowie der dritte Anschluss 322c verlaufen auf der anderen Seite des Verdampferbodens in einen gemeinsamen Anschluss 322d. Die erste Seite, also die Unterseite des Verdampferbodens hat somit an einem entsprechenden Anschlussstutzen 322e, der sich von dem Verdampferboden weg erstreckt, den vorzugsweise kreisrunden Anschluss 322d, der sich entlang des Anschlussstutzens 322e in die drei Abschnitte 322a, 322b, 322c aufteilt. Ferner hat der Verflüssiger vorzugsweise eine Verflüssigerflüssigkeitsverteilungsanordnung, wie sie schematisch in 4a bei 402 gezeigt ist, die zwei oder auch mehr Einspeisepunkte aufweist. Ein erster Einspeisepunkt ist daher mit dem ersten Abschnitt 322a des Verflüssigerzulaufs verbunden. Ein zweiter Einspeisepunkt ist mit einem zweiten Abschnitt 322b des Verflüssigerzulaufs verbunden. Sollten mehr Einspeisepunkte für die Verflüssigerflüssigkeitsverteilungseinrichtung vorhanden sein, so wird der Verflüssigerzulauf in weitere Abschnitte aufgeteilt sein. Der dritte Verflüssigerzulaufabschnitt 322 ist mit einem Schlauch verbindbar, der zu einer Motorkühleinrichtung geführt ist, damit der Motor 110 mit Verflüssigerflüssigkeit umspült werden kann, um gewissermaßen eine ”Flüssigkeits”-Kühlung zu erreichen, die insbesondere eine Wasserkühlung ist, wenn die Flüssigkeit, die verwendet wird, Wasser ist, was bevorzugt wird.
Wie es in 3B gezeigt ist, umfasst der Verflüssigerzulauf den gemeinsamen Anschlussstutzen 322e, der eine kreisrunde Form hat, während die einzelnen Abschnitte 322a, 322b, also die geteilten Verflüssigerzulaufabschnitte, einen elliptischen Querschnitt haben, wobei Hauptachsen der beiden elliptischen Querschnitte schräg zueinander angeordnet sind, wie es beispielsweise in 3A gezeigt ist.
Bei einer Ausführungsform umfasst der Verflüssigerablauf auf der Oberseite des Verdampferbodens, die in 3A gezeigt ist, gewissermaßen eine ”Polsterdüsen”-Form, während er auf der zweiten Seite bzw. Unterseite des Verdampferbodens 108 ebenfalls wieder eine kreisrunde Form aufweist, die ein Stutzen 332a nach unten begrenzt. Die Form des Verflüssigerablaufs 332 ist auf der Oberseite so, dass eine erste Begrenzung die der Kreisabschnitt ist, der gleichzeitig die Begrenzung des kreisrunden Verdampferbodens ist, wie es bei 332b gezeigt ist. Der zweite Abschnitt 332c hat dagegen eine eher sichelartige Form, die stärker als der erste Abschnitt 322b gekrümmt ist, dahin gehend, dass der Verdampferraum durch die Aussparung 333 so wenig wie möglich beeinträchtigt wird.
Generell hat der Verflüssigerablauf auf der Oberseite eine eher augenartige Form und hat auf der Unterseite am Ende des Stutzens 332a eine runde Form. Insbesondere ist der Anschlussstutzen entlang seiner Erstreckung so ausgebildet, dass er eine Querschnittsfläche entlang des Anschlussstutzen von der Oberseite zu der Unterseite und zu dem Ende des Stutzens hin innerhalb einer Toleranz von ±10% gleich ist und eine Innenwand des Anschlussstutzens sprungfrei oder kontinuierlich verläuft.
Bei der in 3A bis 3E gezeigten bevorzugten Implementierung umfasst der Verdampferboden eine Verstärkungsrippe 360, die zwischen dem Verdampferzulauf 301 und dem Verdampferablauf 312 angeordnet ist. Die Verstärkungsrippe 360 ist insbesondere an einer Außenseite des Verdampferzulaufs, der sich innerhalb des Verdampferbodens eine gewisse Strecke nach oben erstreckt, und an einer Innenseite des Verdampferablaufstutzens angeordnet. Die Verstärkungsrippe 360 schafft einerseits strukturelle Stabilität und unterbricht andererseits eine Strömung um den Verdampferzulauf herum. Insbesondere ist die Verstärkungsrippe 360 so ausgebildet, dass sie auf die Verstärkungsrippe auftreffende Flüssigkeit gewissermaßen ”abfängt” und in den Verdampferablauf umleitet, damit eine gute und effiziente Ablaufströmung erreicht wird.
2A und 2B zeigen eine Seitenansicht bzw. perspektivische Ansicht eines Verflüssigerbodens, wie er auf den Verdampferboden der 3A bis 3E aufgesetzt werden kann. Insbesondere umfasst der Verflüssigerboden an seiner Unterseite eine im Wesentlichen kreisrunde Schnittstelle 150, in der jedoch Aussparungen 151 angeordnet sind, und zwar für den Verflüssigerzulauf und den Verflüssigerablauf sowie für den zweiten Sensoranschluss 352 von 3A. In 2B ist in der perspektivischen Ansicht lediglich die Aussparung 151 für den Verflüssigerzulauf gezeigt, während sich gegenüber die in 2B nicht gezeigte Aussparung für den Verflüssigerablauf befindet.
Der Verflüssigerboden hat eine nahezu ”kaminartige” Form und erstreckt sich von unten nach oben, wobei der Querschnitt von unten nach oben kontinuierlich abnimmt, so dass der Verflüssigerboden in ein Rohr mit relativ kleinem Querschnitt im Vergleich zu dem gesamten Querschnitt des Verdampferbodens übergeht, das bei 115 in 2A und 2B gezeigt ist, und das den ”Ansaugmund” für die verdampfte Arbeitsflüssigkeit darstellt. Insbesondere hat der Verflüssigerboden in einem Befestigungsbereich 150 für eine Befestigung an dem Verdampferboden eine, abgesehen von den Aussparungen 151, runde Form. Ferner hat die Verflüssigerwand 114 ebenfalls im Befestigungsbereich an dem Verdampferboden eine runde Form, deren Durchmesser jedoch größer ist als der Durchmesser des Verflüssigerbodens, so dass der Verflüssigerraum sich bis zum Verdampferboden erstreckt und der Verflüssigerboden innerhalb der Verflüssigerwand angeordnet ist.
4 zeigt einen Querschnitt durch die gesamte Wärmepumpe. Insbesondere ist gezeigt, dass innerhalb des Verflüssigerbodens ein Tropfenabscheider 404 angeordnet ist. Dieser Tropfenabscheider umfasst einzelne Schaufeln 405. Diese Schaufeln sind, damit der Tropfenabscheider an Ort und Stelle bleibt, in entsprechenden Nuten 406 eingebracht, die in 4 gezeigt sind, und die ebenfalls auch in 2A gezeigt sind. Diese Nuten sind in dem Verflüssigerboden in einem Bereich, der zu dem Verdampferboden hin gerichtet ist, in der Innenseite des Verdampferbodens angeordnet. Darüber hinaus hat der Verflüssigerboden ferner, wie es in 2B gezeigt ist, diverse Führungsmerkmale, die als Stäbchen 407 oder Zungen 408 ausgebildet sein können, um Schläuche zu halten, die für eine Verflüssigerwasserführung beispielsweise vorgesehen sind, die also auf die Abschnitte 322a, 322b und ggf. 322c aufgesteckt werden und die Einspeisepunkte der Verflüssigerwasserzuführung ankoppeln.
Der obere Bereich der Wärmepumpe von 4a kann somit so ausgebildet sein, dass die Verflüssigerwasserzuführung über ein Lochblech von stattfindet, so dass abwärtsrieselndes Verflüssigerwasser 408a erhalten wird, in das der Arbeitsdampf 112 vorzugsweise seitlich eingeführt wird, so dass die Querstrom-Kondensation, die eine besonders hohe Effizienz erlaubt, erhalten werden kann. Ferner kann die Kondensationszone mit einer Füllung versehen sein, bei der der Rand 207, der auch mit 409 bezeichnet ist, frei bleibt von Füllkörpern oder ähnlichen Dingen, dahin gehend, dass der Arbeitsdampf 112 nicht nur oben, sondern auch unten noch seitlich in die Kondensationszone eindringen kann. Die gedachte Begrenzungslinie 410 soll das in 4a veranschaulichen.
Bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist jedoch der gesamte Bereich des Verflüssigers mit einem eigenen Verflüssigerboden 200 ausgebildet, der oberhalb eines Verdampferbodens liegt.
5 zeigt eine Querschnittsdarstellung der Wärmepumpe mit verschränkter Anordnung, wie sie Bezug nehmend auf die 1B, 2A bis 4 beschrieben worden ist. Ferner ist die Drossel 126 mit dem Einlassbereich 126a im Verflüssiger und dem Auslassbereich 126b im Verdampfer gezeigt. Insbesondere ist die Drossel bei dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel vorzugsweise als Schlauch oder Röhre ausgebildet, deren Richtung immer in derselben Richtung bezüglich der Höhe der Wärmepumpe gerichtet ist, die also keine U-Form, welche eine Umkehrung der Richtung bedeuten würde, aufweist. Wenn man also die Richtung der Drossel 126 in eine vertikale und eine horizontale Richtungskomponente zerlegen würde, so hätte jeder Punkt der Drossel eine vertikale Richtungskomponente, die nach unten gerichtet ist oder höchstens eine vertikale Komponente von null, also einen gewissermaßen womöglich vorgesehenen waagerechten Abschnitt, dem ein Abschnitt mit negativer vertikaler Richtungskomponente vorausgeht oder ein Abschnitt mit negativer vertikaler Richtungskomponente nachfolgt.
Darüber hinaus ist, wie es ebenfalls in 5 gezeigt ist, der Auslassbereich 126b der Drossel vorzugsweise mit einem Stöpsel 501 versehen, wobei gleichzeitig Öffnungen bzw. Löcher 502 in der Wand der Drossel vorgesehen sind.
Außerdem ist die Drossel zentral durch den Tropfenabscheider 404 hindurch platziert, dahin gehend, dass die Drossel entlang der Symmetrieachse des Verdampferzulaufs 301, also mittig im Verdampferzulauf 301 von oben nach unten verläuft. Damit wird eine möglichst gute Blasensiedung in allen Richtungen erreicht, zumal die Löcher in der Drosselwand, die mit 502 bezeichnet sind, vorzugsweise gleichmäßig um den Umfang der Drosselröhre herum angeordnet sind.
Außerdem wird es bevorzugt, die Drossel tief in den Verdampferzulauf 301 einzuführen, und die Löcher 502 in der Drosselröhre 126 am Ende der Drossel 126 nahe beim Stöpsel 501 auszuführen, z. B. höchstens 20 mm entfernt. Damit wird sichergestellt, dass die erzeugten Blasen, die bei 510 dargestellt sind, einen möglichst langen Weg durch die Arbeitsflüssigkeit, die durch den Zulauf 301 zugeführt wird, zurücklegen müssen, bevor sie dann gewissermaßen „ins Freie”, also in den Verdampferraum 102 gelangen.
Darüber hinaus ist bei dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ein Umlenker 512 vorgesehen, der so angeordnet ist, dass das von unten nach oben gepumpte Wasser (Arbeitsflüssigkeit) durch den Umlenker 512 von seiner vertikalen Flussrichtung in eine nahezu horizontale Flussrichtung umgelenkt wird, wobei in dem Bereich neben dem Umlenker 512, der mit 514 dargestellt ist, bereits eine sehr starke Verdampfung stattfindet, und zwar aufgrund der durch den Auslassbereich 126b gebildeten Blasen, die durch die Strömung nach oben geleitet werden und dann durch den Umlenker 512 zum Verdampferraum 102 hin gelenkt werden, um dort eine möglichst gute Blasensiedung und schließlich die Verdampfung der Arbeitsflüssigkeit zu erreichen.
Vorzugsweise ist ein Strömungsquerschnitt S eines Saugmundes eines Verdichterrads 520, das von dem Motor 110 angetrieben wird und die Kompression des Arbeitsdampfs erreicht, bei einer Größenordnung von 5500 mm². Damit kann eine Dampfströmung von 1 g bis 50 g pro Sekunde erreicht werden. Je nach Implementierung und Ausführung und Einsatz der Wärmepumpe kann der Querschnitt S des Saugmundes von 1.000 mm² bis 50.000 mm² variieren, was gleichzeitig auch für die Dampfströmungsgröße gilt.
6 zeigt eine zu 5 ähnliche Darstellung, jedoch mit komplett ausgebildetem Tropfenabscheider 405, in dem der Umlenker 512 integriert ausgebildet ist, wobei ferner die Düsenöffnungen 502 in der Drossel 126 näher dargestellt sind. Darüber hinaus ist in 6 neben dem Verflüssigerablauf 332 auch der Verdampferablauf 312 gezeigt, sowie der Verflüssigerzulauf 322, der Arbeitsflüssigkeit in den Verflüssiger bringt, die dort durch die Verflüssigung des zugeführten Arbeitsdampfs 112 aufgewärmt werden soll, um dann durch den Verflüssiger-Ablauf 332 abgeführt zu werden. Wenn davon ausgegangen wird, dass in dem Verflüssigerkreislauf, also in der Verbindung des Verflüssigers mit dem zu wärmenden Gebiet dieselbe Menge an Arbeitsflüssigkeit im Verflüssigerablauf und im Verflüssigerzulauf fließen, so führt dies dazu, dass der Füllstand des Verflüssigers aufgrund des eingebrachten komprimierten warmen Dampfes zunehmen würde. Diese Zunahme wird jedoch durch den Einlassbereich 126a, der in dem Verflüssigerraum 104 angebracht ist, vermieden, so dass der automatische maximale Füllstand beibehalten wird, wobei jedoch, wie es insbesondere in 5 angedeutet ist, in der Drossel 126 nicht nur Arbeitsflüssigkeit fließt, wie es grau in der Drossel dargestellt ist, sondern auch verdampfte Arbeitsflüssigkeit, wie es weiß in der Drossel 126 dargestellt ist.
7 zeigt eine ähnliche Darstellung wie 5 und 6. Wie auch in den beiden anderen Figuren ist in 7 ferner eine Abdeckung 520 vorgesehen, mit deren Hilfe eine Gasfalle zwischen der Abdeckung 520 und dem Verflüssigerboden 106 erreicht wird, dahin gehend, dass Fremdgase in dem Bereich zwischen der Abdeckung 520 und dem Verdampferboden 106 gezogen werden und sich dort anreichern, um dann je nach Implementierung abgesaugt zu werden. Vorzugsweise ist, wie es auch in 5 zu sehen ist, die maximale Füllhöhe 137 der Arbeitsflüssigkeit im Verflüssiger so, dass zwischen der Abdeckung 520 und der maximalen Füllhöhe 137 ein Spalt 522 verbleibt, durch den mit Fremdgasen versehener Arbeitsflüssigkeitsdampf in den „Gasfallenbereich” zwischen dem Verflüssigerboden 106 und der Abdeckung 520 eintreten kann.
Nachfolgend wird auf weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung Bezug nehmend auf die Figuren eingegangen. Wie es bereits anhand von 5 und 6 dargestellt ist, ist bei einer Implementierung der Auslassbereich der Drossel bzw. das zweite Ende der Drossel abgeschlossen, und zwar z. B. mit dem Stöpsel 501. Dieser Stöpsel 501 ist im Verflüssigerzulauf angeordnet und darüber hinaus sind in dem Bereich, in der in dem Verflüssigerzulauf angeordnet ist, mehrere der Öffnungen 502 ausgebildet. Obgleich in 5 und 6 oder 7 nicht gezeigt, könnte der abgeschlossene Bereich der Drossel auch außerhalb angeordnet sein, solange der Bereich mit Löchern in der Drosselwand in dem Verflüssigerzulauf 301 angeordnet ist.
Bei dem in 5 beispielsweise gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Drossel eine längliche Form und erstreckt sich in Betriebsrichtung der Wärmepumpe von dem Einlassbereich bzw. dem ersten Ende zu dem Auslassbereich bzw. dem zweiten Ende der Drossel von oben nach unten, wobei das zweite Ende bzw. der Auslassbereich der Drossel niedriger als der gesamte Rest der Drossel außer dem zweiten Ende selbst angeordnet ist. In anderen Worten bedeutet dies, dass die Drossel ohne U-Form ausgebildet ist und sich von oben nach unten erstreckt, um einen Arbeitsflüssigkeitsdurchgang einerseits und einen Dampfdurchgang andererseits bereitzustellen.
Darüber hinaus wird es bevorzugt, auch im Sinne der Einfachheit der Bauweise, dass die Drossel eine über ihre Länge im Wesentlichen konstante Querschnittsfläche aufweist.
Die Drossel ist ferner als passive Drossel ausgebildet, die keine elektrisch gesteuerten Ventile oder etwas Ähnliches aufweist. Darüber hinaus ist die Drossel so ausgebildet und angeordnet, dass dann, wenn der Pegel der Arbeitsflüssigkeit den Einlassbereich erreicht, wie beispielsweise die Wandöffnung 125 oder bei dem in 1D gezeigten Ausführungsbeispiel über die Länge L steigt, Arbeitsflüssigkeit von dem Einlassbereich bzw. ersten Ende der Drossel durch die Drossel zu dem zweiten Ende der Drossel bzw. dem Auslassbereich austritt. Darüber hinaus wird nicht verflüssigter Arbeitsdampf aus dem Verflüssiger von dem Einlassbereich der Drossel bzw. dem ersten Ende der Drossel durch die Drossel 126 zu dem zweiten Ende der Drossel gebracht und gelangt zu der Verflüssiger-Arbeitsflüssigkeit in dem Verdampferzulauf.
Wie es insbesondere anhand der 3A bis 3E dargelegt ist, hat der Verdampfer einen Verdampferboden, der eine Grundplatte aufweist, sowie eine Öffnung in dieser Grundplatte. Darüber hinaus ist ein länglicher Zulauf, wie beispielsweise bei 301 gezeigt ist, mit der Öffnung in der Grundplatte verbunden.
Ferner ist die Wärmepumpe so angeordnet, dass im Betrieb der Wärmepumpe die zu verdampfende Arbeitsflüssigkeit von unten nach oben durch den länglichen Zulauf 301 fließt. Außerdem ist das zweite Ende der Drossel, bzw. der Auslassbereich der Drossel, der eine oder mehrere Öffnungen aufweist, oder sind die Öffnungen in der Drossel, die bei dem zweiten Ende angeordnet sind, innerhalb des länglichen Zulaufs angeordnet, wie es z. B. bei 5, 6 oder 7 gezeigt ist. Die Drossel ist ferner so ausgebildet, dass in einem Betrieb der Wärmepumpe Öffnungen der Drossel, durch die Arbeitsflüssigkeit oder Dampf, die durch den Einlassbereich in die Drossel eingetreten sind, aus der Drossel austreten können, in der Arbeitsflüssigkeit in dem Verdampferzulauf eingetaucht sind. Je nach Implementierung sind vorzugsweise sämtliche Öffnungen in der Drossel eingetaucht. Allerdings werden bereits gute Ergebnisse erhalten, wenn wenigstens 60% des gesamten Öffnungsquerschnitts der Öffnungen in der Arbeitsflüssigkeit in dem Verdampferzulauf eingetaucht sind. Bevorzugterweise wird jedoch ein Eintauchen von 100% des Öffnungsquerschnitts oder wenigstens 90% des Öffnungsquerschnitts angestrebt.
Wie es ferner bei 512 in 5 beispielsweise dargestellt ist, ist in einer Betriebsrichtung der Wärmepumpe oberhalb des Verdampferzulaufs der Umlenker 512 für Arbeitsflüssigkeit so angeordnet, dass durch den Umlenker eine Strömungsrichtung der Arbeitsflüssigkeit, die durch den Arbeitsflüssigkeitszulauf zugeführt wird, umgelenkt wird, wobei sich die Drossel 126 durch diesen Umlenker von oben nach unten erstreckt. Der Umlenker ist vorzugsweise im Wesentlichen radial symmetrisch und hat ein Zentrum, wobei sich die Drossel durch das Zentrum des Umlenkers 512 erstreckt.
Wie es beispielsweise in 6 gezeigt ist, umfasst die Drossel in ihrem Auslassbereich bzw. in der Nähe des zweiten Endes der Drossel einen Bereich, der in dem Verdampferzulauf angeordnet ist. In diesem Bereich ist eine Vielzahl von Öffnungen angeordnet, die über einen Umfang der Drossel im Wesentlichen gleichmäßig verteilt sind, wobei alternativ oder zusätzlich die Öffnungen jeweils eine Querschnittsfläche haben, die pro Loch kleiner als 1/10 und vorzugsweise kleiner als 1/20 einer Querschnittsfläche der Drossel ist.
Es wird bevorzugt, wenigstens acht solche Öffnungen in der Drossel vorzusehen, die vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang verteilt sind, jedoch nicht unbedingt gleichmäßig verteilt sein müssen, je nach Anordnung der Drossel.
Darüber hinaus wird es bevorzugt, die Drossel so tief wie möglich in den Arbeitsflüssigkeitszulauf 301 einzutauchen, wie es beispielsweise in 5 gezeigt ist. Insbesondere soll ein Pegel der zu verdampfenden Arbeitsflüssigkeit oberhalb des Auslassbereichs der Drossel sein, damit wenigstens 5 cm an Arbeitsflüssigkeitssäule zwischen dem Pegel und dem Auslassbereich angeordnet ist. Die gesamte Flüssigkeitssäule ist beispielsweise bei 7 als G eingezeichnet. Damit wird erreicht, dass die unten erzeugten Siedekeime einen möglichst langen Bereich durch das zu verdampfende Wasser hindurchtransportiert werden. Bei Ausführungsbeispielen wird der Auslassbereich der Drossel sogar so tief in den Arbeitsflüssigkeitszulauf 301 eingetaucht, dass die Flüssigkeitssäule G über 10 cm beträgt. Es ist also bei der in einem Betrieb der Wärmepumpe ein Pegel an zu verdampfender Arbeitsflüssigkeit oberhalb des Auslassbereichs der Drossel angeordnet ist, wobei vorzugsweise wenigstens 5 cm einer Arbeitsflüssigkeitssäule G zwischen dem Pegel 700 und dem Auslassbereich 126b angeordnet sind.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Wärmepumpe, die einen Verdampfer, einen Verdichter und einen Verflüssiger aufweist, und bei der in einem Herstellungsschritt der Einlassbereich der Drossel mit dem Verflüssiger verbunden wird und der Auslassbereich der Drossel in dem Verdampferzulauf angeordnet wird, wobei der Einlassbereich so in dem Verflüssiger angeordnet wird, dass in einem Betrieb der Wärmepumpe ein maximaler Füllstand der Arbeitsflüssigkeit in dem Verflüssiger durch den Einlassbereich 126a der Drossel bestimmt wird.
Obgleich der Verdampferboden z. B. gemäß der bevorzugten Implementierung von 3A bis 3E in Verbindung mit dem Verflüssigerboden beschrieben ist, sei darauf hingewiesen, dass der Verflüssigerboden und der Verdampferboden separat hergestellt und eingesetzt werden können, da sie ohnehin vorzugsweise durch Schraubverbindungen verbunden werden. So kann der Verdampferboden mit einem abweichend von 2A und 2B gezeigten Verflüssigerboden verbunden werden. Genauso kann der Verflüssigerboden von 2A und 2B mit einem anderen als dem Verdampferboden von 3A bis 3E verbunden werden.
Darüber hinaus kann die Wärmepumpe, wie sie schematisch in 1A oder 1B gezeigt ist, mit von den beschriebenen Ausführungsbeispielen abweichenden Elementen implementiert werden, sofern die verschränkte Verflüssiger/Verdampfer-Kombination beibehalten wird, bei der der Verflüssigerboden mit dem Verdampferboden verbunden wird, obgleich die spezielle Ausgestaltung der entsprechenden Elemente variieren kann. Sämtliche Beschreibungen in dieser Anmeldung, die sich auf den Verdampferboden beziehen, beziehen sich in gleicher Weise auf die gesamte Wärmepumpe und umgekehrt. Dies bedeutet, dass auch sämtliche Beschreibungen der Wärmepumpe, die die Merkmale des Verdampferbodens zeigen, auch auf den Verdampferboden allein bezogen sind, auch wenn es nicht an jeder Stelle ausdrücklich dargelegt worden ist. Schließlich sei darauf hingewiesen, dass die Wärmepumpe und der Verdampferboden zusammen oder auch separat voneinander eingesetzt werden können.
Beispiele für die erfindungsgemäße verschränkte Wärmepumpenanordnung, in der die Drossel vorzugsweise verwendet wird, werden zusammengestellt:

1. Wärmepumpe mit folgenden Merkmalen: einem Verdampfer zum Verdampfen von Arbeitsflüssigkeit in einem Verdampferraum (102), der von einem Verdampferboden (108) begrenzt ist; einem Verflüssiger zum Verflüssigen von verdampfter Arbeitsflüssigkeit in einem Verflüssigerraum (104), der von einem Verflüssigerboden (106) begrenzt ist, wobei der Verdampferraum zumindest teilweise von dem Verflüssigerraum umgeben ist, wobei der Verdampferraum (102) durch den Verflüssigerboden (106) von dem Verflüssigerraum (104) getrennt ist, und wobei der Verflüssigerboden (106) mit dem Verdampferboden (108) verbunden ist.
2. Wärmepumpe nach Beispiel 1, bei der der Verflüssigerboden (106) einen sich verjüngenden Querschnitt von einem Zulauf (301) für die zu verdampfende Arbeitsflüssigkeit zu einer Absaugöffnung (115) aufweist, die mit einem Kompressor (110) zum Komprimieren von verdampfter Arbeitsflüssigkeit aus dem Verdampferraum (102) gekoppelt ist.
3. Wärmepumpe nach Beispiel 1, bei der der Verdampferboden (108) einen Verdampferzulauf (301) für die zu verdampfende Arbeitsflüssigkeit und einen Verdampferablauf (312) für die durch das Verdampfen gekühlte Arbeitsflüssigkeit aufweist.
4. Wärmepumpe nach Beispiel 1, 2 oder 3, bei der der Verdampferboden (108) ferner folgende Merkmale aufweist: einen Verflüssigerzulauf (322) für eine Verflüssigerflüssigkeit; und einen Verflüssigerablauf (332) für eine aufgrund einer Kondensation erwärmte Verflüssigerflüssigkeit.
5. Wärmepumpe nach Beispiel 4, bei der der Verflüssigerzulauf (322) so an dem Verdampferboden (108) angeordnet sind, dass ein Verbindungsschlauch, der zwischen dem Verflüssigerzulauf und einer Flüssigkeitseinspeisung in den Verflüssiger verläuft, vollständig außerhalb des Verdampferraums (102) angeordnet ist.
6. Wärmepumpe nach Beispiel 4 oder 5, bei der der Verflüssigerzulauf (322) oder der Verflüssigerablauf (332) an einem Rand des Verdampferbodens (108) angeordnet sind, oder wobei der Verdampferzulauf (301) oder der Verdampferablauf (312) in einem Mittenbereich des Verdampferbodens (108) angeordnet sind.
7. Wärmepumpe nach Beispiel 6, bei der der Verflüssigerboden (108) eine erste Aussparung (323) für den Verflüssigerzulauf oder eine zweite Aussparung (333) für den Verflüssigerablauf (332) aufweist.
8. Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der der Verflüssiger ferner eine Verflüssigerwand (114) aufweist, die mit dem Verdampferboden (108) verbunden ist, um den Verflüssigerraum zu definieren.
9. Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der der Verflüssigerboden (106) in einem Befestigungsbereich (340) für eine Befestigung an dem Verdampferboden eine runde Form aufweist, deren Durchmesser größer als ein Durchmesser des Verflüssigerbodens in dem Befestigungsbereich ist, so dass sich der Verflüssigerraum (104) bis zum Verdampferboden (108) erstreckt.
10. Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Beispiele, die eine zylindrische Außenwand (114) hat, die durch die Verflüssigerwand (114) gebildet ist, wobei innerhalb der zylindrischen Außenwand der Verflüssigerraum, der Verdampferraum und ein Radialrad (110) des Kompressors angeordnet sind.
11. Wärmepumpe nach der vorhergehenden Beispiele, bei der der Verflüssiger eine Verflüssigerflüssigkeitsverteilungsanordnung (212) aufweist, die an einer Oberseite des Verflüssigerraums (104) angeordnet ist, so dass in einem Betrieb der Wärmepumpe Arbeitsflüssigkeit von oben nach unten in Richtung des Verflüssigerbodens läuft (410, 510), wobei ein Radialrad des Kompressors (110) so angeordnet ist, um komprimierte verdampfte Arbeitsflüssigkeit in einen Bereich zu leiten, durch den die Arbeitsflüssigkeit im Betrieb läuft, und wobei ein oberes Ende des Verdampferraums aus dem der Kompressor die verdampfte Arbeitsflüssigkeit saugt, in einer Ebene angeordnet ist, in der die Arbeitsflüssigkeit in dem Verflüssiger von oben nach unten läuft.
12. Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der der Verflüssigerboden (106) eine Verflüssigerflüssigkeitsverteilungsanordnung (212) aufweist, die zwei oder mehr Einspeisepunkte umfasst, wobei der Verdampferboden (108) einen geteilten Verflüssigeranschluss (322) hat, der einen gemeinsamen Abschnitt (322d) an einer ersten Seite und einen geteilten Abschnitt (322a, 322b) an einer zweiten Seite aufweist, wobei eine Anzahl der geteilten Abschnitte gleich einer Anzahl der Einspeisepunkte ist.
13. Wärmepumpe nach Beispiel 1, bei der der geteilte Abschnitt ferner einen weiteren Abschnitt (322c) an der zweiten Seite aufweist, der mit einem Motor (110) für den Kompressor gekoppelt ist, um dem Motor einen Teil der Verflüssigerflüssigkeit als Kühlflüssigkeit zuzuführen.
14. Wärmepumpe nach einem der Beispiele 12 oder 13, bei der der gemeinsame Abschnitt einen Anschlussstutzen (322e) aufweist, der einen Anschluss hat, der rund ist, wobei die geteilten Abschnitte elliptisch sind, wobei Hauptachsen der geteilten Abschnitte (322a, 322b) schräg zueinander angeordnet sind.
15. Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der der Verflüssigerablauf (332) an einer ersten Seite des Verdampferbodens (108) einen Anschlussstutzen (332a) mit einem runden Abschluss hat und an einer zweiten Seite, die zu dem Verflüssigerraum (104) hin gerichtet ist, eine augenartige Form hat, wobei der Anschlussstutzen (332a) so gebildet ist, dass seine Querschnittsfläche entlang des Anschlussstutzens zu dem runden Abschluss innerhalb einer Toleranz von plus oder minus 10% gleich ist und eine Innenwand des Anschlussstutzens (332a) sprungfrei und kontinuierlich verläuft.
16. Wärmepumpe nach Beispiel 15, bei der die augenartige Form einen ersten Abschnitt (332b) aufweist, der einen Ausschnitt aus einem Kreis darstellt, der durch eine Verflüssigerwand (114) definiert ist, und bei der die augenartige Form einen zweiten Abschnitt (332c) aufweist, der eine sichelartige Form hat, die stärker als der erste Abschnitt (332b) gekrümmt ist.
17. Wärmepumpe nach einem der Beispiele 3, 12 bis 16, bei der der Verdampferboden (108) eine Verstärkungsrippe (360) auf einer Seite aufweist, die zu dem Verdampferraum (102) hin gerichtet ist, wobei die Verstärkungsrippe (360) eine Außenseite des Verdampferzulaufs mit einer Innenseite des Anschlussstutzens des Verdampferablaufs verbindet.
18. Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der eine Oberseite des Verdampferbodens, die zu dem Verdampferraum (102) hin gerichtet ist, so gekrümmt ist, dass ein Bereich zu dem Verdampferablauf hin tiefer liegt als ein Bereich, der von dem Verdampferablauf entfernt angeordnet ist, so dass eine Arbeitsflüssigkeit aufgrund der Schwerkraft von jeder Stelle des Verdampferbodens zu dem Verdampferablauf fließen kann.
19. Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der der Verdampferboden (108) ferner einen ersten Sensoranschluss (351) zum Erfassen einer Temperatur in dem Verflüssigerraum (104) und einen zweiten Sensoranschluss (352) zum Erfassen eines Füllstands in dem Verdampferraum (102) aufweist.
20. Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der sich ein Querschnitt eines Verdampferzulaufs von einem Anschlussstück (301a) bis zu einer Oberseite des Verdampferbodens hin kontinuierlich aufweitet.
21. Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der der Verflüssigerboden (106) oder der Verdampferboden (108) aus Kunststoff ausgebildet sind.
22. Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Beispiele, die ferner einen Tropfenabscheider (404) mit Schaufeln (405) aufweist, wobei der Verflüssigerboden (106) in einem Bereich, der zu dem Verdampferboden (108) hin gerichtet ist, an einer Innenwand Nuten (406) aufweist, in denen die Schaufeln (405) des Tropfenabscheiders (404) befestigt sind.
23. Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der der Verflüssigerboden (106) an einer Seite, die zum Verflüssigerraum (104) hin gerichtet ist, Führungsmerkmale (407, 408) aufweist, um Schläuche für eine Verflüssigerwasserführung zu halten.
24. Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Beispiele, bei der der Verflüssigerboden eine abgesehen von Aussparungen runde Form aufweist, deren Querschnitt sich in einer Richtung von dem Verdampferboden zu einer Ansaugöffnung des Verdampfers hin kontinuierlich verkleinert.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2016349 B1 [0002, 0016]
DE 4431887 A1 [0017]
WO 2014072239 A1 [0018, 0040]
DE 102013216457 A1 [0019]

Claims

Wärmepumpe mit folgenden Merkmalen: einem Verdampfer (120) mit einem Verdampferzulauf (301) zum Zuführen von zu verdampfender Arbeitsflüssigkeit in einen Verdampferraum (102), und einem Verdampferablauf (312) zum Abführen von durch eine Verdampfung abgekühlter Arbeitsflüssigkeit; einem Verdichter (110) zum Verdichten von verdampfter Arbeitsflüssigkeit; einem Verflüssiger (124) zum Verflüssigen von verdichtetem Arbeitsdampf in einem Verflüssigerraum (104), wobei der Verflüssiger (124) ferner einen Verflüssigerzulauf (322) zum Zuführen von Arbeitsflüssigkeit und einen Verflüssigerablauf (332) zum Abführen von erwärmter Arbeitsflüssigkeit aufweist; und einer Drossel (126) zum Leiten von Arbeitsflüssigkeit aus dem Verflüssiger (124) in den Verdampfer (120), wobei ein Einlassbereich (126a) der Drossel mit dem Verflüssigerraum (104) verbunden ist, und ein Auslassbereich (126b) der Drossel in dem Verdampferzulauf (301) angeordnet ist, wobei der Einlassbereich (126a) der Drossel in einem Betrieb der Wärmepumpe einen maximalen Füllstand (137) der Arbeitsflüssigkeit in dem Verflüssiger (124) bestimmt.
Wärmepumpe nach Anspruch 1, bei der die Drossel (126) so angeordnet ist, dass in dem Betrieb der Wärmepumpe nicht verflüssigter Arbeitsdampf aus dem Verflüssiger von dem Einlassbereich der Drossel (126) durch die Drossel (126) zu dem Auslassbereich (126b) der Drossel fließt (126) und in den Verdampferzulauf (301) gelangt
Wärmepumpe nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Auslassbereich (126b) der Drossel abgeschlossen ist (501) und in einem Bereich der Drossel, der in dem Verflüssigerzulauf (301) angeordnet ist, mehrere Öffnungen (502) ausgebildet sind.
Wärmepumpe nach Anspruch 1 bis 3, bei der die Drossel (126) eine längliche Form aufweist und sich in Betriebsrichtung der Wärmepumpe von dem Einlassbereich zu dem Auslassbereich von oben nach unten erstreckt, wobei der Auslassbereich der Drossel niedriger als der gesamte Rest der Drossel außer dem Auslassbereich selbst angeordnet ist.
Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Drossel (126) als Röhre mit einem Querschnitt ausgebildet ist, der zwischen 5 mm² und 250 mm² liegt.
Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Drossel (126) einen über ihrer Länge im Wesentlichen konstanten Querschnitt aufweist.
Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Drossel (126) passiv ist und kein elektrisch gesteuertes Ventil aufweist.
Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Verdampfer einen Verdampferboden (108) mit folgenden Merkmalen aufweist: einer Grundplatte; einer Öffnung in der Grundplatte; einem länglichen Zulauf (301), der mit der Öffnung in der Grundplatte gekoppelt ist, wobei die Wärmepumpe angeordnet ist, so dass in einem Betrieb der Wärmepumpe die zu verdampfende Arbeitsflüssigkeit von unten nach oben durch den länglichen Zulauf (301) fließt, und wobei der Auslassbereich der Drossel, der eine oder mehrere Öffnungen (502) aufweist, oder Öffnungen (502) in der Drossel, die bei einem zweiten Ende der Drossel angeordnet sind, in dem länglichen Zulauf (301) angeordnet sind.
Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Drossel (126) so ausgebildet ist, dass in einem Betrieb der Wärmepumpe sämtliche Öffnungen der Drossel, durch die Arbeitsflüssigkeit oder Dampf, die durch den Einlassbereich (126a) der Drossel in die Drossel eingetreten sind, aus der Drossel austreten können, in die Arbeitsflüssigkeit in dem Verdampferzulauf (301) eingetaucht sind, oder dass wenigstens 60% eines gesamten Öffnungsquerschnitts der Öffnungen (502) in die Arbeitsflüssigkeit in dem Verdampferzulauf (301) eingetaucht sind.
Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der in einer Betriebsrichtung der Wärmepumpe oberhalb des Verdampferzulaufs (301) ein Umlenker (512) für die Arbeitsflüssigkeit so angeordnet ist, dass durch den Umlenker (512) eine Strömungsrichtung der Arbeitsflüssigkeit, die durch den Arbeitsflüssigkeitszulauf zugeführt wird, umgelenkt wird, wobei sich die Drossel (126) durch den Umlenker hindurch erstreckt.
Wärmepumpe nach Anspruch 10, bei der der Umlenker (512) im Wesentlichen radialsymmetrisch ist und ein Zentrum aufweist, wobei sich die Drossel (126) durch das Zentrum hindurch erstreckt.
Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Drossel in dem Auslassbereich, der in dem Verdampferzulauf (301) angeordnet ist, eine Vielzahl von Öffnungen (502) aufweist, die über einen Umfang der Drossel im Wesentlichen gleichmäßig verteilt sind, oder die jeweils eine Querschnittsfläche haben, die jeweils kleiner als ein Zehntel einer Querschnittsfläche der Drossel ist.
Wärmepumpe nach Anspruch 12, bei der die Vielzahl von Öffnungen wenigstens acht Öffnungen aufweist.
Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der in einem Betrieb der Wärmepumpe ein Pegel an zu verdampfender Arbeitsflüssigkeit oberhalb des Auslassbereichs der Drossel angeordnet ist, so dass wenigstens 5 cm einer Arbeitsflüssigkeitssäule (G) zwischen dem Pegel (700) und dem Auslassbereich (126b) angeordnet ist.
Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 10 oder 11, bei der der Umlenker (512) Teil eines Tropfenabscheiders (404) ist, der zwischen dem Verdampfungsraum (102) und dem Verdichter (110) angeordnet ist.
Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Drossel (126) angeordnet ist, um eine im Wesentlichen laminare Strömung an Arbeitsflüssigkeitsdampf von dem Einlassbereich (126a) zu dem Auslassbereich (126b) zu liefern.
Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine verschränkte Anordnung aufweist, wobei der Verdampferraum (102) zumindest teilweise von dem Verflüssigerraum (104) umgeben ist, wobei der Verdampferraum (102) durch den Verflüssigerboden (106) von dem Verflüssigerraum (104) getrennt ist, und wobei der Verflüssigerboden (106) mit dem Verdampferboden (108) verbunden ist, oder bei der der Verdampferraum (102) in Betriebsrichtung der Wärmepumpe nach unten hin durch den Verdampferboden (108) begrenzt ist und sich der Verflüssigerboden (106) bis hin zum Verdampferboden (108) erstreckt.
Wärmepumpe nach Anspruch 17, bei der der Verdampferzulauf (301) in dem Verdampferboden (108) ausgebildet ist.
Wärmepumpe nach Anspruch 17 oder 18, die ferner einen Tropfenabscheider (404) mit Schaufeln (405) aufweist, wobei der Verflüssigerboden (106) in einem Bereich, der zu dem Verdampferboden (108) hin gerichtet ist, ausgebildet ist, um die Schaufeln des Tropfenabscheiders zu halten, wobei ein mittlerer Bereich des Tropfenabscheiders (404), der in Richtung des Verdampferzulaufs (301) ausgebildet ist, einen Umlenker (512) für Arbeitsflüssigkeit bildet, und wobei sich ein die Drossel (126) durch den mittleren Bereich des Tropfenabscheiders (404) erstreckt.
Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 17 bis 19, bei der der Einlassbereich (126a) der Drossel (126) mit einer Öffnung (125) in dem Verflüssigerboden (106) verbunden ist, um den maximalen Arbeitsflüssigkeitspegel (137) in dem Verflüssiger zu definieren.
Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zumindest ein Teil der Drossel (126) ausgebildet ist, um sich im Wesentlichen parallel zu dem länglich ausgebildeten Verdampferzulauf (301) innerhalb des Verdampferzulaufs zu erstrecken, oder wobei zumindest ein Teil der Drossel (126) im Wesentlichen zentriert und parallel in dem länglichen Verdampferzulauf (301) angeordnet ist.
Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Drossel (126) einen Schlauch aus Kunststoff oder Gummi oder eine Metallröhre aufweist.
Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Einlassbereich (126a) der Drossel (126) mit einer Wandöffnung (125) in einer Seite des Verflüssigerraums (104) verbunden ist, so dass eine Lage der Wandöffnung (125) in der Seitenwand den maximalen Füllstand (137) definiert, oder bei der sich der Einlassbereich (126a) der Drossel (126) durch einen Boden (125b) des Verflüssigerraums (104) erstreckt und in Betriebsrichtung der Wärmepumpe bis zu einem maximalen Füllstand um eine Länge (L) nach oben vorsteht.
Verfahren zum Herstellen einer Wärmepumpe mit: einem Verdampfer (120) mit einem Verdampferzulauf (301) zum Zuführen von zu verdampfender Arbeitsflüssigkeit in einen Verdampferraum (102), und einem Verdampferablauf (312) zum Abführen von durch eine Verdampfung abgekühlter Arbeitsflüssigkeit; einem Verdichter (110) zum Verdichten von verdampfter Arbeitsflüssigkeit; und einem Verflüssiger (124) zum Verflüssigen von verdichtetem Arbeitsdampf in einem Verflüssigerraum (104), wobei der Verflüssiger (124) ferner einen Verflüssigerzulauf (322) zum Zuführen von Arbeitsflüssigkeit und einen Verflüssigerablauf (332) zum Abführen von erwärmter Arbeitsflüssigkeit aufweist, mit folgenden Schritten: Verbinden eines Einlassbereichs (126a) einer Drossel (126) mit dem Verflüssiger (124), wobei das Verbinden so ausgeführt wird, dass der Einlassbereichs (126a) einen maximalen Füllstand (137) der Arbeitsflüssigkeit in dem Verflüssiger (124) bestimmt; und Anordnen eines Auslassbereichs (126b) der Drossel (126) in dem Verdampferzulauf (301).
Verfahren nach Anspruch 24, das ferner folgenden Schritt aufweist: Anordnen der Drossel (126) so, dass in dem Betrieb der Wärmepumpe nicht verflüssigter Arbeitsdampf aus dem Verflüssiger von dem Einlassbereich der Drossel (126) durch die Drossel (126) zu dem Auslassbereich (126b) der Drossel fließt (126) und in den Verdampferzulauf (301) gelangt.