DE102019001639A1 - Kältekreis,Wärmepumpe - Google Patents

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Judith Möller
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Abstract

Beschrieben wird ein Kältekreis, ein Verfahren zum Betreiben eines Kältekreises, eine Wärmepumpe umfassend einen solchen Kältekreis, sowie ein Verfahren zur Wärmeübertragung durch einen solchen Kältekreis bzw. durch eine solche Wärmepumpe.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kältekreis, ein Verfahren zum Betreiben eines Kältekreises, eine Wärmepumpe umfassend einen solchen Kältekreis, sowie ein Verfahren zur Wärmeübertragung durch einen solchen Kältekreis bzw. durch eine solche Wärmepumpe.
  • Nach der seit 1. Januar 2015 geltenden F-Gase-Verordnung (Verordnung (EU) Nr. 517/2014 des Europäischen Parlaments und des Rates vom 16. April 2014 über fluorierte Treibhausgase und zur Aufhebung der Verordnung (EG) Nr. 842/2006) werden Kältemittelfüllmengen nicht länger in kg, sondern nach ihrem Treibhauspotential (CO2-Äquivalent, bzw. „global warming potential“ (GWP)) gewichtet. So sollen die CO2-Emissionen in der EU bis zum Jahr 2030, verglichen mit dem Jahr 2005, um 60 % auf 35 Millionen Tonnen CO2-Äquivalent verringert werden.
  • Zum Erreichen dieses Ziels sollen die am Markt verfügbaren Mengen an teilfluorierten Kohlenwasserstoffen deutlich reduziert werden und deren Verwendung und Inverkehrbringen unter gewissen Umständen sogar verboten werden. Zudem müssen durch die F-Gase-Verordnung Anlagen abhängig von bzw. proportional zu dem Treibhauspotential ihrer Kältemittel häufiger oder weniger häufig geprüft werden, bzw. besondere zusätzliche Vorrichtungen enthalten. Ebenfalls wurden durch die F-Gase-Verordnung die Regelungen zur Zertifizierung, Entsorgung und Kennzeichnung solcher Kältemittel bzw. auch die solche beinhaltenden Anlagen verschärft.
  • Zukünftig sollen bzw. werden also hauptsächlich solche Kältemittel eingesetzt, die ein möglichst geringes Treibhauspotential besitzen. Durch die F-Gase-Verordnung bevorzugte Kältemittel sind demnach solche, die einen geringen GWP-Wert aufweisen. Dies sind insbesondere neue Kältemittel, die aus mehreren Substanzen bestehen und einen hohen Temperaturglide von > 4 K aufweisen. Bei Stoffen mit Substanzen mit unterschiedlichen Siedepunkten stellt der Temperaturglide die Differenz der Siedepunkte dar.
  • Allerdings haben sich solche Kältemittel als weniger leistungsstark erwiesen als klassische Kältemittel mit hohen GWP-Werten. Insbesondere ergaben sich bei eigenen Untersuchungen zum Betrieb desselben Kältekreises deutlich schlechtere Leistungszahlen für die Kältemittel mit einem Temperaturglide von beispielsweise > 4 K, verglichen mit einem klassischen Kältemittel (z. B. R410A) mit hohem GWP-Wert.
  • Wärmepumpen und Kältekreise sind im Stand der Technik bekannt. Insbesondere sind bereits ausgereifte Kältekreise mit den klassischen Kältemitteln bekannt. Der Nachteil solcher Kältekreise ist jedoch der hohe GWP-Wert der eingesetzten Kältemittel, welcher neben möglichen zukünftigen Verwendungsverboten erhöhte Kosten für die Verwendung und Aufrechterhaltung der Anlagen mit sich bringt.
  • Erste, einfache Kältekreise mit neuen Kältemitteln mit einem Temperaturglide von > 4 K sind im Stand der Technik ebenfalls bekannt. Jedoch ergibt sich bei diesen eine deutlich geringere Leistungszahl für die Kältemittel, wenn eine vergleichbare Kühl- bzw. Heizleistung erbracht werden soll.
  • Im Stand der Technik wurde nun versucht, auf neue Kältemittel, wie R32, umzusteigen. Die Leistungszahlen von R32 entsprechen etwa denen eines klassischen Kältemittels (R410A) und der GWP-Wert ist deutlich niedriger, jedoch ist der GWP-Wert nicht so niedrig wie bei anderen Kältemitteln, z.B. R454C oder R455A, was gegenüber diesen Kältemitteln wiederum höhere Kosten bzw. höheren Aufwand mit dem Betrieb der Anlange mit sich bringt. Diese Kältemittel mit reduziertem GWP sind brennbar, jedoch schwer entzündlich und mit geringer Flammgeschwindigkeit, wodurch die Zerstörung bei einer Entzündung auf ein Minimum reduziert wird. Die Brennbarkeitsklasse A2L beschreibt Kältemittel mit einer Flammgeschwindigkeit < 10cm/s.
  • Ein weiterer Versuch im Stand der Technik bestand in der Verwendung von R290 (Propan), welches sehr hohe Leistungszahlen und einen geringen GWP-Wert aufweist. Der deutliche Nachteil von R290 ist jedoch, dass dieses hochentzündlich ist, wodurch bei technischen Geräten, insbesondere solchen für den privaten Haushalt oder für großvolumige Anlagen, umfangreiche Sicherheitsvorschriften zu beachten sind. Aufgrund der Entzündungsgefahr dieses Kältemittels wird zudem ein Großteil der potentiellen Abnehmer solcher Anlagen oder ein Abnehmer von Kältemitteln stets Anlagen bzw. Kältemittel mit deutlich geringerem Entzündungsrisiko als R290 bevorzugen.
  • Folgende GWP-Werte und Brennbarkeitsklassen sind für die genannten Kältemittel angegeben:
    R410A: 2088 A1
    R32: 675 A2L
    R454C: 146-148 A2L
    R455A: 146 A2L
    R290: 3 A3
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand somit darin, bei Verwendung von Kältemitteln mit möglichst niedrigem GWP-Wert einen Kältekreis mit vergleichbarer Leistungszahl wie bei den derzeitigen, markttypischen Kältekreisen bereitzustellen.
  • Die Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung gelöst durch einen Kältekreis umfassend einen Verdichter, einen Verflüssiger, ein Expansionsbauteil, einen Verdampfer sowie einen zusätzlichen Rekuperator, welcher dafür ausgebildet ist, dass ein Fluid durch diesen strömt, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter, der Verflüssiger, das Expansionsbauteil und der Verdampfer in einem Strömungspfad des Fluids hintereinander als Kreis angeordnet sind und der zusätzliche Rekuperator so angeordnet ist, dass eine Wärmeübertragung des Fluids zwischen dem Verflüssiger und dem Expansionsbauteil und des Fluids zwischen dem Verdampfer und dem Verdichter ermöglicht wird, wobei das Fluid eine Kältemittelmischung aus zwei, drei, vier oder mehr unterschiedlichen Kältemitteln ist und einen Temperaturglide von mindestens 4 K aufweist, besonders bevorzugt eine Kältemittelmischung wie R454C oder R455A der Kategorie A2L mit einem GWP kleiner 150.
  • Durch den zusätzlichen Rekuperator erfolgt eine Nachverdampfung und gegebenenfalls eine Überhitzung der Kältemittelmischung zwischen dem Verdampfer und dem Verdichter, zumindest im Strömungspfad hinter dem zusätzlichen Rekuperator. Die hierfür erforderliche Energie wird dabei der Kältemittelmischung, die sich im Strömungspfad hinter dem Verflüssiger und vor dem Expansionsbauteil befindet, bzw. die sich dann ebenfalls in dem Rekuperator befindet, entnommen, wodurch eine weitere Abkühlung und gegebenenfalls eine Unterkühlung der Kältemittelmischung nach der Verflüssigung und vor der Expansion erfolgt. Der Übergang, bzw. die Übertragung der Wärme erfolgt dabei in dem Rekuperator.
  • Der zusätzliche Rekuperator sorgt somit dafür, dass der Druck auf der Niederdruckseite des Kältekreises, also im Strömungspfad hinter dem Expansionsteil und vor dem Verdichter, gesteigert werden kann und somit das Druckverhältnis über dem Verdichter reduziert werden kann.
  • Die Dichte der von dem Verdichter angesaugten, gasförmigen Kältemittelmischung ist somit erhöht, was zu einem Anstieg des Massenstromes führt. Da das Druckverhältnis über dem Verdichter reduziert wird, der Massenstrom jedoch ansteigt, bleibt die Verdichteraufnahmeleistung nahezu konstant, bevorzugt konstant.
  • Durch den erhöhten Massenstrom kann folglich bei gleichbleibender Enthalpiedifferenz am Verflüssiger mehr Wärme übertragen werden, sodass die Leistungszahl angehoben werden kann.
  • Unter bestimmten Umständen, beispielsweise bei Vereisung des Verdampfers, ist es sinnvoll, den Strömungspfad des Fluids im Kältekreis umzukehren, um an dem Verdampfer Wärme nach außen hin abzugeben, beispielsweise damit die Vereisung abgeschmolzen wird. In diesem Fall übernimmt der Verdampfer die Funktion eines Verflüssigers und der Verflüssiger die Funktion eines Verdampfers.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Fluid als Bestandteil des Kältekreises anzusehen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist durch die Wärmeübertragung, die durch den zusätzlichen Rekuperator ermöglicht wird, die Temperatur der zwischen dem Verdampfer und dem Verdichter befindlichen Kältemittelmischung im Strömungspfad hinter dem zusätzlichen Rekuperator um mindestens 1 °C, bevorzugt um mindestens 10 °C, besonders bevorzugt um mindestens 12 °C, höher als vor dem zusätzlichen Rekuperator.
  • Durch die erhöhte Temperatur in der Kältemittelmischung nimmt ebenfalls der Druck zu. Somit steigt der Druck auf der Niederdruckseite des Kältekreises an und das Druckverhältnis über dem Verdichter wird reduziert. Wie oben beschrieben, steigt dadurch die Leistungszahl.
  • In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Druck auf der Niederdruckseite angehoben. Somit erfolgt eine Reduzierung des Druckverhältnisses über dem Verdichter, bevorzugt eine Reduzierung um mindestens 0,05 bar, besonders bevorzugt eine Reduzierung um mindestens 0,30 bar, verglichen mit einem Kältekreis ohne den zusätzlichen Rekuperator, mit ansonsten gleichem Aufbau.
  • Eine Verringerung des Druckverhältnisses über dem Verdichter bedeutet, dass eine Erhöhung des Drucks vor dem Verdichter stattfindet, da der Druck direkt nach dem Verdichter durch diesen festgelegt ist. Eine Druckerhöhung vor dem Verdichter und somit auf der Niederdruckseite des Kältekreises führt, wie bereits beschrieben, zu einer Steigerung der Leistungszahl.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschreibt einen erfindungsgemäßen Kältekreis wobei der Kältekreis zudem ein erstes Ventil und ein zweites Ventil, vorzugsweiseauf der Hochdruckseite umfasst, das erste Ventil im Strömungspfad nach dem Verflüssiger und vor dem zusätzlichen Rekuperator angebracht ist, vorteilhaft das zweite Ventil im Strömungspfad nach dem zusätzlichen Rekuperator und vor dem Expansionsbauteil angebracht ist und das erste Ventil mit dem zweiten Ventil über einen Bypass verbunden ist, wodurch die Kältemittelmischung, die sich im Strömungspfad hinter dem Verflüssiger und vor dem Expansionsteil befindet, steuerbar entweder durch den zusätzlichen Rekuperator oder durch den Bypass strömen kann.
  • Unter bestimmten Betriebsbedingungen kann es erwünscht sein, den Strömungspfad der Kältemittelmischung durch den zusätzlichen Rekuperator zu umgehen und stattdessen den Strömungspfad über den Bypass in Richtung des Expansionsbauteils zu leiten. Auf diese Weise wird der normalerweise Wärme zuführende Teil des zusätzlichen Rekuperators von dem Strömungspfad der Kältemittelmischung entkoppelt.
  • Des Weiteren beschreibt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Kältekreises, vorzugsweise einem erfindungsgemäßen Kältekreis, wobei die Temperatur des im Strömungspfad hinter dem Verdampfer und vor dem Verdichter befindlichen Fluids gesteigert wird, umfassend den folgenden Schritt:
    • - Übertragung von Wärme aus dem im Strömungspfad hinter dem Verflüssiger, vor dem Expansionsbauteil und in dem zusätzlichen Rekuperator befindlichen Fluid auf das im Strömungspfad hinter dem Verdampfer, vor dem Verdichter und in dem zusätzlichen Rekuperator befindliche Fluid
    wobei das Fluid eine Kältemittelmischung aus zwei, drei, vier oder mehr unterschiedlichen Kältemitteln ist und einen Temperaturglide von mindestens 4 K aufweist, besonders bevorzugt eine Kältemittelmischung der Brennbarkeitsklasse A2L mit einem GWP < 150, beispielsweise R454C oder R455A , und
    wobei die Temperatur der im Strömungspfad auf der Niederdruckseite hinter dem zusätzlichen Rekuperator befindlichen Kältemittelmischung, verglichen mit der im Strömungspfad auf der Niederdruckseite vor dem zusätzlichen Rekuperator befindlichen Kältemittelmischung, um mindestens 1 °C, bevorzugt um mindestens 10 °C, besonders bevorzugt um mindestens 12 °C erhöht ist.
  • Eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft eine Wärmepumpe umfassend einen erfindungsgemäßen Kältekreis, eine Wärmequelle und eine Wärmesenke, wobei das Fluid des Kältekreises eine Kältemittelmischung aus zwei, drei, vier oder mehr unterschiedlichen Kältemitteln ist und einen Temperaturglide von mindestens 4 K aufweist, besonders bevorzugt eine Kältemittelmischung der Brennbarkeitsklasse A2L mit einem GWP < 150, beispielsweise R454C oder R455A.
  • Im Gegensatz zu Wärmepumpen aus dem Stand der Technik weist eine erfindungsgemäße Wärmepumpe einen erfindungsgemäßen Kältekreis auf, der einen zusätzlichen Rekuperator, wie oben beschrieben, beinhaltet. Dadurch ist es möglich, die Wärmepumpe mit einem neuen Kältemittel, bzw. mit einer neuen Kältemittelmischung mit einem Temperaturglide von mindestens 4 K bei einer mit markttypischen Kältekreisen, betrieben mit beispielsweise R410A, vergleichbaren Leistungszahl zu betreiben.
  • Vorzugsweise kann die erfindungsgemäße Wärmepumpe auch als Kälteanlage oder als Klimagerät vorliegen.
  • Die für den erfindungsgemäßen Kältekreis beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten für die erfindungsgemäße Wärmepumpe entsprechend.
  • Zudem beschreibt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Aufnahme von Wärme aus der Umgebung eines erfindungsgemäßen Kältekreises an dem Verdampfer bzw. an der Wärmequelle einer erfindungsgemäßen Wärmepumpe, und/oder zur Abgabe von Wärme an die Umgebung des Kältekreises an dem Verflüssiger bzw. an der Wärmesenke der Wärmepumpe, umfassend den folgenden Schritt:
    • - Übertragung von Wärme aus dem im Strömungspfad hinter dem Verflüssiger, vor dem Expansionsbauteil und in dem zusätzlichen Rekuperator befindlichen Fluid auf das im Strömungspfad hinter dem Verdampfer, vor dem Verdichter und in dem zusätzlichen Rekuperator befindliche Fluid
    wobei das Fluid eine Kältemittelmischung aus mindestens zwei unterschiedlichen Kältemitteln ist und einen Temperaturglide von mindestens 4 K aufweist, besonders bevorzugt eine Kältemittelmischung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus R454C und R455A ist und wobei die Leistungszahl der Anlage mit der Kältemittelmischung in dem Kältekreis, verglichen mit der Leistungszahl der Anlage mit derselben Kältemittelmischung in einem Kältekreis ohne den zusätzlichen Rekuperator und ansonsten gleichem Aufbau, um mindestens 2 %, bevorzugt um mindestens 6 %, besonders bevorzugt um mindestens 10 % erhöht ist.
  • Ausführungsbeispiele sind beschrieben mit Verweis auf 1 bis 3.
    • 1 zeigt einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Kältekreises.
    • 2 zeigt ein log(p),h-Diagramm eines erfindungsgemäßen Kältekreises.
    • 3 zeigt einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Kältekreises.
  • 1 zeigt einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Kältekreises mit einem Verdichter 11, einem Verflüssiger 12, einem Expansionsbauteil 13, einem Verdampfer 14 und einem zusätzlichen Rekuperator 15 wie oben beschrieben. Beispielsweise ist über den Verflüssiger 12 ein Heizkreis als Sekundärkreis mit dem Kältekreis 1 gekoppelt.
  • 2 ist ein schematisches und exemplarisches log(p),h-Diagramm eines Kältekreises mit einem Kältemittel mit einem Temperaturglide von > 4 K ohne Rekuperator 15 (definiert durch die Fläche, die von Punkt 101, Punkt 102, Punkt 103 und Punkt 104 umfasst ist) bzw. mit Rekuperator 15 (definiert durch die Fläche, die von Punkt 201, Punkt 202, Punkt 203, Punkt 204, Punkt 205 und Punkt 206 umfasst ist). Der Druck p in bar ist dabei auf der logarithmischen y-Achse, die spezifische Enthalpie h in kJ/kg auf der x-Achse angegeben. Während des Betriebs des Kältekreislaufs mit Rekuperator 15 werden die Punkte der 2, bzw. des log(p),h-Diagramms - Punkt 201, Punkt 202, Punkt 203, Punkt 204, Punkt 205, Punkt 206 - nacheinander durchlaufen. Bei Betrieb zum Heizen des Heizkreises werden diese gegen den Uhrzeigersinn, bei Betrieb zum Kühlen des Heizkreises mit dem Uhrzeigersinn durchlaufen.
  • Das mindestens gesättigte, bevorzugt überhitzte, gasförmige Medium wird an Punkt 201 durch den Verdichter 11 verdichtet, Energie wird zugegeben. Dadurch nehmen der Druck, sowie die spezifische Enthalpie h bis zu Punkt 202 zu. Durch den Verflüssiger wird das überhitzte gasförmige Medium verflüssigt und liegt zwischenzeitlich als Nassdampf vor. Durch die Verflüssigung wird Energie freigegeben, wodurch die spezifische Enthalpie h bis zu Punkt 203 abnimmt. Durch den Rekuperator 15 wird nun zusätzliche Energie abgegeben und die spezifische Enthalpie h nimmt bis zu Punkt 204 weiter ab. Über das Expansionsbauteil 13 wird nun der Druck bis zu Punkt 205 gesenkt. Über den Verdampfer 14 wird nun Energie zugeführt, die spezifische Enthalpie h steigt bis zu Punkt 206. Durch den Rekuperator 15 kann nun jedoch mehr Energie aufgenommen werden, wodurch die spezifische Enthalpie h bis zu Punkt 201 ansteigt.
  • Bei dem gleichen Kältekreis ohne Rekuperator 15 (wie oben beschrieben) werden die Punkte der 2 - Punkt 101, Punkt 102, Punkt 103, Punkt 104 - in gleicher Weise durchlaufen, jedoch ohne den Rekuperator 15. Hierbei wird deutlich, dass die Energieaufnahme (Enthalpiedifferenz zwischen Punkt 104 und Punkt 102 der 2) sowie die Energieabgabe (Enthalpiedifferenz zwischen Punkt 102 und Punkt 103 der 2) geringer ist als bei dem oben beschriebenen Kältekreis mit Rekuperator 15. Der Druckunterschied zwischen Punkt 101 und Punkt 102, bzw. zwischen Punkt 103 und Punkt 104 ist dabei jedoch größer als bei dem oben beschriebenen Kältekreis mit Rekuperator 15.
  • 3 zeigt einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Kältekreises mit einem Verdichter 11, einem Verflüssiger 12, einem Expansionsbauteil 13, einem Verdampfer 14 und einem zusätzlichen Rekuperator 15 wie oben beschrieben, sowie mit einem ersten Ventil 16, einem zweiten Ventil 17 und einem Bypass 18.

Claims (9)

  1. Kältekreis (1) umfassend einen Verdichter (11), einen Verflüssiger (12), ein Expansionsbauteil (13), einen Verdampfer (14) sowie einen zusätzlichen Rekuperator (15), welcher dafür ausgebildet ist, dass ein Fluid durch diesen strömt, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (11), der Verflüssiger (12), das Expansionsbauteil (13) und der Verdampfer (14) in einem Strömungspfad des Fluids hintereinander als Kreis angeordnet sind und der zusätzliche Rekuperator (15) so angeordnet ist, dass eine Wärmeübertragung des Fluids zwischen dem Verflüssiger (12) und dem Expansionsbauteil (13) und des Fluids zwischen dem Verdampfer (14) und dem Verdichter (11) ermöglicht wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid eine Kältemittelmischung aus zwei, drei, vier oder mehr unterschiedlichen Kältemitteln ist und einen Temperaturglide von mindestens 4 K aufweist.
  2. Kältekreis (1) nach Anspruch 1, wobei das Fluid Bestandteil des Kältekreises (1) und eine Kältemittelmischung bestehend aus R454C oder R455A ist.
  3. Kältekreis (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei durch die Wärmeübertragung, die durch den zusätzlichen Rekuperator (15) ermöglicht wird, die Temperatur der zwischen dem Verdampfer (14) und dem Verdichter (11) befindlichen Kältemittelmischung im Strömungspfad hinter dem zusätzlichen Rekuperator (15) um mindestens 1 °C, bevorzugt um mindestens 10 °C, besonders bevorzugt um mindestens 12 °C, höher ist als vor dem zusätzlichen Rekuperator (15).
  4. Kältekreis (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Druckverhältnis über dem Verdichter (11) reduziert ist, bevorzugt um mindestens 0,05 bar, besonders bevorzugt um mindestens 0,30 bar, verglichen mit einem Kältekreis ohne den zusätzlichen Rekuperator (15), mit ansonsten gleichem Aufbau.
  5. Kältekreis (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Kältekreis (1) zudem ein erstes Ventil (16) und ein zweites Ventil (17) umfasst, das erste Ventil (16) im Strömungspfad nach dem Verflüssiger (14) und vor dem zusätzlichen Rekuperator (15) angebracht ist, das zweite Ventil (17) im Strömungspfad nach dem zusätzlichen Rekuperator (15) und vor dem Expansionsbauteil (13) angebracht ist und das erste Ventil (16) mit dem zweiten Ventil (17) über einen Bypass (18) verbunden ist, wodurch die Kältemittelmischung, die sich im Strömungspfad hinter dem Verflüssiger (12) und vor dem Expansionsteil (13) befindet, steuerbar entweder durch den zusätzlichen Rekuperator (15) oder durch den Bypass (18) strömen kann.
  6. Wärmepumpe mit einem Kältekreis (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
  7. Verfahren zum Betreiben eines Kältekreises, vorzugsweise eines Kältekreises (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Temperatur des im Strömungspfad hinter dem Verdampfer (14) und vor dem Verdichter (11) befindlichen Fluids gesteigert wird, umfassend den folgenden Schritt: - Übertragung von Wärme aus dem im Strömungspfad hinter dem Verflüssiger (12), vor dem Expansionsbauteil (13) und in dem zusätzlichen Rekuperator (15) befindlichen Fluid auf das im Strömungspfad hinter dem Verdampfer (14), vor dem Verdichter (11) und in dem zusätzlichen Rekuperator (15) befindliche Fluid wobei das Fluid eine Kältemittelmischung aus zwei, drei, vier oder mehr unterschiedlichen Kältemitteln ist und einen Temperaturglide von mindestens 4 K aufweist, besonders bevorzugt eine Kältemittelmischung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus R454C oder R455A ist, und wobei die Temperatur der im Strömungspfad auf der Niederdruckseite hinter dem zusätzlichen Rekuperator (15) befindlichen Kältemittelmischung, verglichen mit der im Strömungspfad vor dem zusätzlichen Rekuperator (15) befindlichen Kältemittelmischung, um mindestens 1 °C, bevorzugt um mindestens 10 °C, besonders bevorzugt um mindestens 12 °C erhöht ist.
  8. Wärmepumpe nach Anspruch 6, umfassend eine Wärmequelle und eine Wärmesenke, wobei das Fluid des Kältekreises (1) eine Kältemittelmischung aus mindestens zwei unterschiedlichen Kältemitteln ist und einen Temperaturglide von mindestens 4 K aufweist, besonders bevorzugt eine Kältemittelmischung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus R454C und R455A ist.
  9. Verfahren zur Aufnahme von Wärme aus der Umgebung eines Kältekreises (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 an dem Verdampfer (14) bzw. an der Wärmequelle einer Wärmepumpe nach Anspruch 7, und/oder zur Abgabe von Wärme an die Umgebung des Kältekreises (1) an dem Verflüssiger (12) bzw. an der Wärmesenke der Wärmepumpe, umfassend den folgenden Schritt: - Übertragung von Wärme aus dem im Strömungspfad hinter dem Verflüssiger (12), vor dem Expansionsbauteil (13) und in dem zusätzlichen Rekuperator (15) befindlichen Fluid auf das im Strömungspfad hinter dem Verdampfer (14), vor dem Verdichter (11) und in dem zusätzlichen Rekuperator (15) befindliche Fluid wobei das Fluid eine Kältemittelmischung aus zwei, drei, vier oder mehr unterschiedlichen Kältemitteln ist und einen Temperaturglide von mindestens 4 K aufweist, besonders bevorzugt eine Kältemittelmischung bestehend aus R454C oder R455A ist, und wobei die Leistungszahl der Kältemittelmischung in dem Kältekreis (1), verglichen mit in einem Kältekreis ohne den zusätzlichen Rekuperator (15), mit ansonsten gleichem Aufbau, um mindestens 2 %, bevorzugt um mindestens 6 %, besonders bevorzugt um mindestens 10 % erhöht ist.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10159892A1 (de) * 2001-12-06 2003-06-26 Stiebel Eltron Gmbh & Co Kg Kältemaschine mit einem Rekuperator

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009053726A2 (en) * 2007-10-24 2009-04-30 Thermal Energy Systems Limited Heat pump
JP5242434B2 (ja) * 2009-01-30 2013-07-24 パナソニック株式会社 液体循環式暖房システム

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10159892A1 (de) * 2001-12-06 2003-06-26 Stiebel Eltron Gmbh & Co Kg Kältemaschine mit einem Rekuperator

Non-Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MOTA-BABILONI, Adrián [et al.]: Experimental drop-in replacement of R404A for warm countries using the low GWP mixtures R454C and R455A. In: International journal of refrigeration, Vol. 91, 2018, S. 136-145. - ISSN 0140-7007 *
Norm Verordnung (EU) Nr. 517/2014 des Europäischen Parlaments und des Rates vom 16. April 2014 über fluorierte Treibhausgase und zur Aufhebung der Verordnung (EG) Nr. 842/2006 2014-05-20. Amtsblatt der Europäischen Union. Europäisches Parlament, Rat der Europäischen Union, S. L 150/195-L 150/230. URL: http://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/PDF/?uri=OJ:JOL_2014_150_R_0008&qid=1400839141435&from=EN [abgerufen am 2017-11-21]. *
Zitieren von Internetquellen. In: . Bearbeitungsstand nicht ausgewiesen. URL: https://www.diekaelte.de/fragen-aus-der-praxis/das-sollten-sie-wissen-3 [abgerufen am 07.11.2019 11:58] *
Zitieren von Internetquellen. In: Bundesfachschule, Stoffdatensammlung R-407C. Dritte Auflage 2015. URL: https://www.bfs-kaelte-klima.de/GGTSPU-ca6b273b43a256b9-12849-2543014-obeilPCHuGBwQ9wF-DAT/fileadmin/DATEIEN/Dokumente/R-407C-1-12.pdf [abgerufen am 07.11.2019 14:46] *
Zitieren von Internetquellen. In: cold.world, Firmeninformation. Bearbeitungsstand nicht ausgewiesen. URL: https://cold.world/de/know-how/r407c-kaltemittel [abgerufen am 06.11.2019 09:33] *
Zitieren von Internetquellen. In: Fa. ASERCOM, Firmeninformation. Bearbeitungsstand: September 2015. URL: http://www.asercom.org/sites/default/files/de_guideline_glide_effect_sept_2015_0.pdf [abgerufen am 06.11.2019 16:58] *
Zitieren von Internetquellen. In: Fa. Bitzer. Bearbeitungsstand:. URL: https://www.bitzer.de/shared_media/documentation/a-500-19.pdf [abgerufen am 06.11.2019 16:35] *
Zitieren von Internetquellen. In: Fa. carrier, Firmeninformation. Bearbeitungsstand: August 2001. URL: https://www.carrier.de/fileadmin/user_upload/fachveroeffentlichungen/100256-die-qual.pdf [abgerufen am 06.11.2019 16:40] *
Zitieren von Internetquellen. In: Fa. danfoss, Firmeninformation. Bearbeitungsstand: September 2018. URL: http://files.danfoss.com/technicalinfo/dila/01/DKRCCPB000W603_Refrigerant%20white%20paper_DE_2018.pdf [abgerufen am 06.11.2019 13:37] *
Zitieren von Internetquellen. In: SBZ-Monteur, SHK-Magazin für Auszubildende und Gesellen. Bearbeitungsstand: 10.11.2015 06:00. URL: https://www.sbz-monteur.de/gut-zu-wissen/logp-h-diagramm [abgerufen am 06.11.2019 16:42] *

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