DE102020122713A1 - Heat pump and method for operating a heat pump - Google Patents

Heat pump and method for operating a heat pump Download PDF

Info

Publication number
DE102020122713A1
DE102020122713A1 DE102020122713.2A DE102020122713A DE102020122713A1 DE 102020122713 A1 DE102020122713 A1 DE 102020122713A1 DE 102020122713 A DE102020122713 A DE 102020122713A DE 102020122713 A1 DE102020122713 A1 DE 102020122713A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
temperature
heat pump
pressure
compression
hot gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102020122713.2A
Other languages
German (de)
Inventor
Anmelder Gleich
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE102020122713.2A priority Critical patent/DE102020122713A1/en
Priority to EP21190743.1A priority patent/EP3961129A1/en
Publication of DE102020122713A1 publication Critical patent/DE102020122713A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B40/00Subcoolers, desuperheaters or superheaters
    • F25B40/02Subcoolers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B25/00Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00
    • F25B25/005Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00 using primary and secondary systems
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B40/00Subcoolers, desuperheaters or superheaters
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/20Disposition of valves, e.g. of on-off valves or flow control valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2339/00Details of evaporators; Details of condensers
    • F25B2339/04Details of condensers
    • F25B2339/047Water-cooled condensers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2341/00Details of ejectors not being used as compression device; Details of flow restrictors or expansion valves
    • F25B2341/001Ejectors not being used as compression device
    • F25B2341/0011Ejectors with the cooled primary flow at reduced or low pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/19Pressures
    • F25B2700/193Pressures of the compressor
    • F25B2700/1933Suction pressures
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/19Pressures
    • F25B2700/195Pressures of the condenser
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/21Temperatures
    • F25B2700/2115Temperatures of a compressor or the drive means therefor
    • F25B2700/21151Temperatures of a compressor or the drive means therefor at the suction side of the compressor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/21Temperatures
    • F25B2700/2115Temperatures of a compressor or the drive means therefor
    • F25B2700/21152Temperatures of a compressor or the drive means therefor at the discharge side of the compressor

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmepumpe und ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe.Erfindungsgemäß wird in Abhängigkeit von einer Wärmequellentemperatur und einer benötigten Vorlauftemperatur ein Zielwert für eine optimierte Heißgasüberhitzung festgelegt. Die momentane Heißgasüberhitzung wird aus der Differenz zwischen einer aus dem Druck (P2) ermittelten Temperatur im Hochdruck- oder Heißgasabschnitt des Kältemittelkreislaufs und einer aus dem Druck (P1) ermittelten Temperatur im Niederdruck- oder Sauggasabschnitt des Kältemittelkreislaufs ermittelt, und das Expansionsventil (4) so geregelt, dass sich die Heißgasüberhitzung dem Zielwert annähert.The present invention relates to a heat pump and a method for operating a heat pump. According to the invention, a target value for optimized hot gas overheating is defined as a function of a heat source temperature and a required flow temperature. The instantaneous hot gas superheat is determined from the difference between a temperature determined from the pressure (P2) in the high pressure or hot gas section of the refrigerant circuit and a temperature determined from the pressure (P1) in the low pressure or suction gas section of the refrigerant circuit, and the expansion valve (4) so controlled so that the hot gas superheat approaches the target value.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kompressionswärmepumpe oder eine Kältemaschine gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen gemäß Anspruch 11.The present invention relates to a compression heat pump or a refrigerating machine according to claim 1 and a method for operating such according to claim 11.

Bei einer Kompressionswärmpumpe wird ein Kältemittel mittels eines mechanischen Kompressors (vorzugsweise mit einem Elektromotor angetrieben) komprimiert und durch einen Kreisprozess bewegt. Eine Kompressionswärmepumpe kann auch als Kältemaschine betrieben werden, im Folgenden wird aber meist zu Vereinfachung nur von „Kompressionswärmepumpe“ oder auch nur „Wärmepumpe“ gesprochen ohne dass dies als Beschränkung aufzufassen ist.In a compression heat pump, a refrigerant is compressed using a mechanical compressor (preferably driven by an electric motor) and moved through a cyclic process. A compression heat pump can also be operated as a refrigerating machine, but in the following, for the sake of simplicity, the term "compression heat pump" or just "heat pump" is usually used, without this being understood as a limitation.

Eine Kompressionswärmepumpe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 weist einen Kältemittelkreislauf auf, der einen Verdampfer, einen Kompressor, einen Kondensator und ein regelbares Expansionsventil beinhaltet. Das regelbare Expansionsventil wird von einer Regeleinrichtung angesteuert. Ein erster Druckfühler ist vorgesehen zur Erfassung eines Drucks in einem Hochdruck- oder Heißgasabschnitt des Kältemittelkreislaufs.A compression heat pump according to the preamble of claim 1 has a refrigerant circuit which includes an evaporator, a compressor, a condenser and a controllable expansion valve. The controllable expansion valve is controlled by a control device. A first pressure sensor is provided for detecting a pressure in a high pressure or hot gas section of the refrigerant circuit.

Eine gattungsgemäße Kompressionswärmepumpe ist aus der EP 0 866 291 B1 bekannt. Bei der in dieser Druckschrift offenbarten Kompressionswärmepumpe ist zur Regelung des Expansionsventil neben einem in einem ersten Bereich zwischen Verdichter und Kondensator angeordneten Temperaturfühler ein zweiter Fühler vorgesehen, der einen Druck erfasst, der ein direktes Maß für die den Kondensationsdruck und die Kondensationstemperatur darstellt. Unter einem direkten Maß für die Kondensationstemperatur wird im Folgenden verstanden, dass bei gegebener operativer Anordnung aus einem von einem Fühler erfassten Wert ohne Hinzuziehung von weiteren dem momentanen Zustand des Systems wiedergebenden Messgrößen zumindest annähernde Kondensationstemperatur ermittelt werden kann. In der EP 0 866 291 B1 wird daher ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Kompressionswärmepumpe offenbart, bei der eine Regelung des Expansionsventils anhand des Drucks bzw. der Temperatur im Hochdruck- oder Heißgasabschnitt des Kältemittelkreislaufs durchgeführt wird. Aus diesem Druck wird eine Kondensationstemperatur ermittelt, die zur Regelung der Wärmepumpe verwendet wird.A generic compression heat pump is from EP 0 866 291 B1 famous. In the compression heat pump disclosed in this document, a second sensor is provided to regulate the expansion valve in addition to a temperature sensor arranged in a first area between the compressor and the condenser, which sensor detects a pressure that represents a direct measure of the condensation pressure and the condensation temperature. In the following, a direct measure of the condensation temperature is understood to mean that, with a given operational arrangement, at least an approximate condensation temperature can be determined from a value detected by a sensor without consulting other measured variables reflecting the current state of the system. In the EP 0 866 291 B1 Therefore, a method for operating such a compression heat pump is disclosed, in which the expansion valve is controlled based on the pressure or the temperature in the high-pressure or hot-gas section of the refrigerant circuit. From this pressure, a condensation temperature is determined, which is used to regulate the heat pump.

Die Funktion einer solchen gattungsgemäßen, bekannten Wärmepumpe wird im Folgenden kurz beschrieben und die verwendeten Begriffe erläutert. Der Hochdruckabschnitt des Kältemittelkreislaufs, der auch Heißgasabschnitt des Kältemittelkreislaufs genannt wird, ist der Bereich einer Kompressionswärmepumpe, in dem das Kältemittel (ein Kältemitteldampf oder ein Gemisch von flüssigem Kältemittel und Kältemitteldampf oder allgemein ein Kältemittelfluid) sich in einem Bereich zwischen dem Kompressor und dem Expansionsventil befindet, also in einem Bereich erhöhten Drucks. Die Bezeichnung „Heißgasabschnitt“ folgt aus der erhöhten Temperatur des Kältemittels nach der Kompression durch den Kompressor. Unter einem Niederdruckabschnitt oder Sauggasabschnitt des Kältemittelkreislaufs ist hingegen der verbleibende Abschnitt des Kältemittelkreislaufs zu verstehen zwischen dem Expansionsventil und dem Kompressor, da hier nach der Expansion durch das Expansionsventil das Kältemittel unter reduziertem Druck und reduzierter Temperatur bewegt wird. Der Begriff „Sauggasabschnitt“ resultiert aus der Tatsache, dass das Kältemittel, welches sich in diesem Abschnitt des Kältemittelkreislaufs befindet, vom Kompressor angesaugt und zum Hochdruck- bzw. Heißgasabschnitt hin komprimiert wird. Bei der Abkühlung im Kondensator wird Kondensationswärme dem Kältemittel durch die Wärmetauscherfunktion des Kondensators entzogen und einem Verbraucher zugeführt.The function of such a generic, known heat pump is briefly described below and the terms used are explained. The high-pressure section of the refrigerant cycle, also called the hot-gas section of the refrigerant cycle, is the area of a compression heat pump where the refrigerant (a refrigerant vapor or a mixture of liquid refrigerant and refrigerant vapor, or generally a refrigerant fluid) resides in an area between the compressor and the expansion valve , i.e. in an area of increased pressure. The term "hot gas section" follows from the increased temperature of the refrigerant after compression by the compressor. A low-pressure section or suction gas section of the refrigerant circuit, on the other hand, is the remaining section of the refrigerant circuit between the expansion valve and the compressor, since the refrigerant is moved here under reduced pressure and reduced temperature after expansion through the expansion valve. The term "suction gas section" results from the fact that the refrigerant in this section of the refrigerant circuit is sucked in by the compressor and compressed towards the high-pressure or hot gas section. During cooling in the condenser, condensation heat is extracted from the refrigerant by the heat exchanger function of the condenser and fed to a consumer.

Nachteilig an bekannten Kompressionswärmepumpen und Verfahren zum Betreiben solcher Kompressionswärmepumpen ist die Tatsache, dass die Kompressionswärmepumpen nur bezüglich bestimmter Betriebspunkte optimiert geregelt werden. Bei einer Erdwärmepumpe, bei welcher ein Verdampfer in einer Tiefe von 30 cm unter Frostniveau, also typischerweise 1,20 m tief in der Erde positioniert wird, wird beispielsweise von einer Verdampfungstemperatur von 3°C ausgegangen. Bei einer Kompressionswärmepumpe mit einer Erdsonde, bei der typischerweise bis in eine Tiefe von 100 m gebohrt wird, kann beispielsweise von einer Verdampfungstemperatur von +5°C ausgegangen werden. Entsprechende Erdwärmepumpen weisen eine Solekreislauf auf, mittels dessen die Wärme aus dem Erdreich aufgenommen und in den Verdampfer an den Kältemittelkreislauf abgegeben wird, indem das expandierte Kältemittel verdampft wird.A disadvantage of known compression heat pumps and methods for operating such compression heat pumps is the fact that the compression heat pumps are only optimally regulated with regard to specific operating points. In the case of a geothermal heat pump in which an evaporator is positioned at a depth of 30 cm below the frost level, ie typically 1.20 m deep in the ground, an evaporation temperature of 3°C is assumed, for example. In the case of a compression heat pump with a geothermal probe, which is typically drilled to a depth of 100 m, an evaporation temperature of +5°C can be assumed, for example. Corresponding geothermal heat pumps have a brine circuit, by means of which the heat is absorbed from the ground and released into the evaporator to the refrigerant circuit by evaporating the expanded refrigerant.

Mit der Annahme einer konstanten Temperatur der Wärmequelle, die näherungsweise auch die Verdampfungstemperatur des Kältemittels darstellt, kann bei einer Abweichung von dieser angenommenen Temperatur die Effizienz der Kompressionswärmepumpe reduziert sein, da deren Regelung dann nicht nur optimal ist.Assuming a constant temperature of the heat source, which also approximates the evaporation temperature of the refrigerant, the efficiency of the compression heat pump can be reduced if there is a deviation from this assumed temperature, since its control is then not only optimal.

Auch eine jahreszeitlich bedingte Schwankung der Umgebungstemperatur führt dazu, dass bekannte Kompressionswärmepumpen oft nicht mehr optimal geregelt werden. Da bei kalten Außentemperaturen neben der Energie zur Bereitung von Warmwasser auch deutlich mehr Energie zur Heizung von Radiatoren oder einer Fußbodenheizung benötigt wird, wird eine vergleichsweise hohe Vorlauftemperatur benötigt, mit der Wasser vom Kondensator (von diesem im Wärmetausch mit dem Kältemittel aufgewärmt) einem Verbraucher zugeführt wird. Entsprechend benötigte Vorlauftemperaturen können daher in einem breiten Bereich von beispielsweise 25°C bis 65°C liegen (bei Verwednugn von Radiatoren höher als bei einer Fußbodenheizung).A seasonal fluctuation in the ambient temperature also means that known compression heat pumps are often no longer optimally controlled. Since, when outside temperatures are cold, significantly more energy is required to heat radiators or underfloor heating in addition to the energy required to prepare hot water, a comparatively high flow temperature is required at which the water from the condenser (heated by this in the heat exchange with the refrigerant) is fed to a consumer will. Correspondingly required flow temperatures can therefore lie in a wide range of, for example, 25°C to 65°C (higher when using radiators than with underfloor heating).

Noch größer ist die Problematik bei Luftwärmepumpen, bei welchen eine Umgebungsluft Wärme entzogen und dem Verbraucher zugeführt wird. Hier können bereits die Verdampfungstemperaturen jahreszeitlich bedingt in einem Bereich von -30°C bis zu +25°C schwanken.The problem is even greater with air heat pumps, in which heat is extracted from the ambient air and fed to the consumer. Depending on the season, the evaporation temperatures can vary within a range of -30°C to +25°C.

Die großen Bereiche von auftretenden Verdampfungstemperaturen (die näherungsweise der Temperatur der Wärmequelle entsprechen) und Kondensationstemperaturen (die näherungsweise der Vorlauftemperaturen entsprechen) führen dazu, dass bekannte Wärmepumpen, bei denen beispielsweise nur die Heißgas- oder Kondensationstemperatur zur Regelung der Kompressionswärmepumpe verwendet werden, vergleichsweise oft in Bereichen betrieben wird, indem sie keine gute Effizienz liefern. Es ist nicht gewährleistet, dass die Wärmepumpe bei unterschiedlichen Temperaturen und Drücken im Niederdruck und Hochdruckabschnitt mit bestmöglicher Effizienz betreiben wird.The large ranges of evaporation temperatures that occur (which approximately correspond to the temperature of the heat source) and condensation temperatures (which approximately correspond to the flow temperatures) mean that known heat pumps, in which, for example, only the hot gas or condensation temperature are used to control the compression heat pump, comparatively often in areas by not providing good efficiency. There is no guarantee that the heat pump will operate with the best possible efficiency at different temperatures and pressures in the low-pressure and high-pressure sections.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kompressionswärmepumpe und ein Verfahren zum Betreiben einer Kompressionswärmepumpe bereitzustellen, bei welcher die Effizienz verbessert wird. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Kompressionswärmepumpe bereitzustellen, welches ebenfalls die Effizienz der Kompressionswärmepumpe erhöht.It is therefore the object of the present invention to provide a compression heat pump and a method for operating a compression heat pump in which the efficiency is improved. It is also an object of the invention to provide a method for operating such a compression heat pump, which also increases the efficiency of the compression heat pump.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Kompressionswärmepumpe gemäß dem Kennzeichen von Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zum Betreiben einer Kompressionswärmepumpe gemäß Anspruch 11.According to the invention, this object is achieved by a compression heat pump according to the characterizing part of claim 1 and by a method for operating a compression heat pump according to claim 11.

Bei einer Kompressionswärmepumpe gemäß dem Kennzeichen von Anspruch 1 ist neben dem ersten Druckfühler zu Erfassung eines Drucks P2 in einem Hochdruck- oder Heißgasabschnitt des Kältemittelkreislaufs als Maß für den Kondensationsdruck und der Kondensationstemperatur gemäß der Erfindung ein zweiter Druckfühler vorgesehen zum Erfassen eines Drucks P1 in einem Niederdruck- oder Sauggasabschnitt des Kältemittelkreislaufs. Dieser Druck P1 stellt hier ein direktes Maß für den Verdampfungsdruck und die Verdampfungstemperatur dar.In a compression heat pump according to the characterizing part of claim 1, in addition to the first pressure sensor for detecting a pressure P2 in a high-pressure or hot gas section of the refrigerant circuit as a measure of the condensation pressure and the condensation temperature according to the invention, a second pressure sensor is provided for detecting a pressure P1 in a low pressure - or suction gas section of the refrigerant circuit. This pressure P1 is a direct measure of the evaporation pressure and the evaporation temperature.

Eine erfindungsgemäße Kompressionswärmepumpe bietet den Vorteil, dass von der Regeleinrichtung nicht nur der Druck P2 im Hochdruckabschnitt des Kältemittelkreislaufs, sondern auch dieser Druck P1 im Niederdruckabschnitt des Kältemittelkreislaufs berücksichtigt werden kann.A compression heat pump according to the invention offers the advantage that the control device can take into account not only the pressure P2 in the high-pressure section of the refrigerant circuit, but also this pressure P1 in the low-pressure section of the refrigerant circuit.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Anspruch 11 wird in Abhängigkeit von der Wärmequellentemperatur oder der Verdampfungstemperatur und der benötigten Vorlauftemperatur oder der Kondensationstemperatur ein Zielwert für eine optimierte Heißgasüberhitzung festgelegt.In a method according to the invention as claimed in claim 11, a target value for optimized hot gas overheating is defined as a function of the heat source temperature or the evaporation temperature and the required flow temperature or the condensation temperature.

Anschließend kann die momentane Heißgasüberhitzung aus der Differenz zwischen einer aus dem Druck (P2) ermittelten Temperatur oder einer gemessenen Temperatur (T1) im Hochdruck- oder Heißgasabschnitt des Kältemittelkreislaufs und einer aus dem Druck (P1) ermittelten Temperatur oder einer gemessenen Temperatur (T2) im Niederdruck- oder Sauggasabschnitt des Kältemittelkreislaufs ermittelt werden (sie Temperaturen T1 und T2 können somit aus den Drücken P2 und P1 ermittelt oder mittels separater Temperatursensoren gemessen werden).The instantaneous hot gas overheating can then be calculated from the difference between a temperature determined from the pressure (P2) or a measured temperature (T1) in the high-pressure or hot gas section of the refrigerant circuit and a temperature determined from the pressure (P1) or a measured temperature (T2) in the Low-pressure or suction gas section of the refrigerant circuit can be determined (the temperatures T1 and T2 can thus be determined from the pressures P2 and P1 or measured using separate temperature sensors).

In einem dritten Schritt wird das Expansionsventil so geregelt, dass sich die Heißgasüberhitzung dem Zielwert annähert.In a third step, the expansion valve is controlled in such a way that the hot gas overheating approaches the target value.

Im Rahmen der Erfindung wurde festgestellt, dass für verschiedene Außentemperaturen und verschiedene Vorlauftemperaturen jeweils eine Heißgasüberhitzung ermittelt werden kann, bei der die Effizienz einer Kompressionswärmepumpe optimal ist. Eine Abweichung von dieser Heißgasüberhitzung führt demnach zu einer schlechteren Effizienz.Within the scope of the invention, it was found that for different outside temperatures and different flow temperatures, hot gas overheating can be determined at which the efficiency of a compression heat pump is optimal. A deviation from this hot gas overheating therefore leads to poorer efficiency.

Nachdem dieses erkannt wurde, wurde für verschiedene (simulierte) Außentemperaturen in einer Versuchswärmepumpe unterschiedliche Heißgasüberhitzungen eingestellt und die Effizienz der Wärmepumpe ermittelt. Unter der Heißgasüberhitzung ist dabei die Temperaturerhöhung zu verstehen welche durch die Kompression des Kältemittels entsteht, also die Temperaturdifferenz des Kältemittels vor und nach dem Kompressor. Bezüglich der Außentemperatur kann angenommen werden, dass diese näherungsweise auch der Verdampfungstemperatur des Kältemittels im Verdampfer entspricht. Diese Verdampfungstemperatur kann direkt durch einen Temperaturfühler gemessen oder über einen ermittelten Druck (Drucksensor) berechnet werden. Die Messung mit einem Temperatursensor ist zwar kostengünstiger, da Temperaturfühler kostengünstiger herzustellen und einzubauen sind als Druckfühler. Allerdings bieten Druckfühler den Vorteil, dass ihre Messungen weniger fehlerbehaftet sind. Insbesondere bei Temperaturfühlern ist es nämlich problematisch, dass der Wärmekontakt zum Kältemittel nicht immer so zuverlässig ist, dass präzise Messungen möglich sind.After this was recognized, different hot gas overheating was set for different (simulated) outside temperatures in a test heat pump and the efficiency of the heat pump was determined. Hot gas overheating is the temperature increase that occurs as a result of the compression of the refrigerant, i.e. the temperature difference between the refrigerant before and after the compressor. With regard to the outside temperature, it can be assumed that this also approximately corresponds to the evaporation temperature of the refrigerant in the evaporator. This evaporation temperature can be measured directly by a temperature sensor or calculated using a determined pressure (pressure sensor). It is true that measuring with a temperature sensor is cheaper, since temperature sensors are cheaper to manufacture and install than pressure sensors. However, pressure sensors offer the advantage that their measurements are less error-prone. In the case of temperature sensors in particular, it is problematic that the thermal contact with the refrigerant is not always so reliable that precise measurements are possible.

Die Außentemperaturen können simuliert werden, indem am Verdampfer die entsprechende Temperatur durch ein Heiz- und/oder Kühlelement vorgegeben wird, Die Heißgasüberhitzung wurde variiert durch unterschiedliche Einstellungen des Expansionsventils die Heißgasüberhitzung. Für verschiedene Heißgasüberhitzungen wurde dann die Effizienz der Wärmepumpe ermittelt. Unter der Effizienz einer Wärmepumpe ist dabei das Verhältnis von gewonnener Wärmeenergie zu der der Wärmepumpe zugeführte Energie zu verstehen. Die der Wärmepumpe zugeführte Energie ist dabei im Wesentlichen die elektrische Energie, die dem Kompressor zugeführt werden muss, um den Kältemittelkreislauf aufrechtzuerhalten.The outside temperatures can be simulated by specifying the appropriate temperature on the evaporator using a heating and/or cooling element. The hot gas overheating was varied through different settings of the expansion valve. The efficiency of the heat pump was then determined for various hot gas overheating conditions. The efficiency of a heat pump is the ratio of heat energy obtained to the energy supplied to the heat pump. The energy supplied to the heat pump is essentially the electrical energy that has to be supplied to the compressor in order to maintain the refrigerant cycle.

Im Folgenden wird anhand von zwei Tabellen dargestellt, wie die Effizienzsteigerung einer erfindungsgemäßen Wärmepumpe gegenüber bekannten Wärmepumpen erzielt wird.Two tables are used below to show how the increase in efficiency of a heat pump according to the invention is achieved compared to known heat pumps.

In der Tabelle 1 ist die Effizienzsteigerung für verschiedene Heißgasüberhitzungen bei einer Außentemperatur von -7°C und einer Vorlauftemperatur von 35°C dargestellt. In der Tabelle 2 ist entsprechend die Effizienzsteigerung für eine Außentemperatur von 0°C in einer gewünschten Vorlauftemperatur von 30°C als Funktion von verschiedenen Heißgasüberhitzungen dargestellt. Aus beiden Tabellen wird deutlich, dass es einen optimalen Arbeitspunkt für die Wärmepumpe gibt, bei der die Effizienzsteigerung maximal ist.Table 1 shows the increase in efficiency for various hot gas overheating conditions at an outside temperature of -7°C and a flow temperature of 35°C. Table 2 shows the increase in efficiency for an outside temperature of 0°C and a desired flow temperature of 30°C as a function of different hot gas overheating levels. Both tables make it clear that there is an optimal operating point for the heat pump at which the increase in efficiency is maximum.

Dabei ist der optimale Arbeitspunkt auch von der Außentemperatur und der Vorlauftemperatur abhängig. Während bei einer bei einer Außentemperatur von -7°C die maximale Effizienz bei einer Heißgasüberhitzung von ca. 37 K liegt, wird bei einer Außentemperatur von 0°C hingegen ein optimaler Arbeitspunkt der Kompressionswärmepumpe bei einer Heißgasüberhitzung von ca. 22 K erreicht.

Figure DE102020122713A1_0001
Figure DE102020122713A1_0002
The optimum operating point also depends on the outside temperature and the flow temperature. While at an outside temperature of -7°C the maximum efficiency is at a hot gas overheating of approx. 37 K, at an outside temperature of 0°C an optimal operating point of the compression heat pump is reached at a hot gas overheating of approx. 22 K.
Figure DE102020122713A1_0001
Figure DE102020122713A1_0002

Gerade diese Erkenntnis, nämlich die Tatsache, dass sich für verschiedene Außentemperaturen sowie für verschiedenen Vorlauftemperaturen eine maximale Effizienz der Kompressionswärmepumpe bei einer optimalen Heißgasüberhitzung ergibt ist bei der Ausgestaltung der der erfindungsgemäßen Kompressionswärmepumpe gemäß dem Kennzeichen von Anspruch 1 sowie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Anspruch 11 berücksichtigt.Precisely this knowledge, namely the fact that for different outside temperatures and for different flow temperatures a maximum efficiency of the compression heat pump results with optimal hot gas overheating, is taken into account in the design of the compression heat pump according to the characterizing part of claim 1 and in the method according to the invention according to claim 11 .

Dadurch dass ein zweiter Druckfühler zur Erfassung des Drucks P1 im Niederdruck- oder Sauggasabschnitt zusätzlich zu dem ersten Druckfühler zur Erfassung des Drucks P2 im Hochdruck- bzw. Heißgasabschnitt des Kältemittelkreislaufs vorgesehen wird, kann die Heißgasüberhitzung ermittelt werden und kann diese auch noch genauer ermittelt werden kann als bei der Verwendung von nur zwei reinen Temperatursensoren.The fact that a second pressure sensor for detecting the pressure P1 in the low-pressure or suction gas section is provided in addition to the first pressure sensor for detecting the pressure P2 in the high-pressure or hot gas section of the refrigerant circuit means that the hot gas overheating can be determined and can also be determined more precisely than when using only two pure temperature sensors.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Anspruch 11 wird dementsprechend berücksichtigt, dass für eine bestimmte Wärmequellentemperatur ein Zielwert für die optimierte Heißgasüberhitzung festgelegt, die Heißgasüberhitzung gemessen und das Expansionsventil so nachgeregelt wird, dass sich die Heißgasüberhitzung dem Zielwert annähert.In the method according to claim 11 according to the invention, it is accordingly taken into account that a target value for the optimized hot gas overheating is defined for a specific heat source temperature, the hot gas overheating is measured and the expansion valve is readjusted so that the hot gas overheating approaches the target value.

Bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäß ergeben sich aus den Unteransprüchen.Preferred configurations of the invention result from the dependent claims.

Vorzugsweise ist der zweite Druckfühler zwischen dem Verdampfer und dem Kompressor angeordnet.
Ein Temperaturfühler zur Erfassung einer Temperatur T2 kann im Niederdruck- oder Sauggasabschnitt des Kältemittelkreislaufs vorgesehen sein, und zwar insbesondere zwischen dem Verdampfer und dem Kompressor.
Vorzugsweise ist ferner der erste Druckfühler zwischen dem Kondensator und dem Expansionsventil, besonders bevorzugt zwischen dem Kondensator und einem Unterkühler angeordnet.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Druckfühler an einem Kältemittelsammler angeordnet.
Ein weiterer Temperaturfühler kann zur Erfassung einer Temperatur T1 im Hochdruck- oder Heißgasabschnitt des Kältemittelkreislaufs vorgesehen und vorzugsweise zwischen dem Kompressor und dem Kondensator angeordnet sein.
The second pressure sensor is preferably arranged between the evaporator and the compressor.
A temperature sensor for detecting a temperature T2 can be provided in the low-pressure or suction gas section of the refrigerant circuit, in particular between the evaporator and the compressor.
Furthermore, the first pressure sensor is preferably arranged between the condenser and the expansion valve, particularly preferably between the condenser and a subcooler.
In a further preferred embodiment of the invention, the first pressure sensor is arranged on a refrigerant collector.
A further temperature sensor can be provided for detecting a temperature T1 in the high-pressure or hot-gas section of the refrigerant circuit and can preferably be arranged between the compressor and the condenser.

Vorzugsweise ist der erste Druckfühler an einem Kältemittelsammler angeordnet. Besonders bevorzugt ist eine Variante mit einem ein Überhitzungswärmetauscher zwischen dem Kondensator oder einem stromabwärts vom Kondensator angeordneten Unterkühler und dem Expansionsventil zum Wärmeaustausch zwischen dem zum Verdampfer hin strömenden und von diesem zum Kompressor weg strömenden Kältemittel.The first pressure sensor is preferably arranged on a refrigerant collector. A variant with an overheating heat exchanger between the condenser or a sub-cooler arranged downstream of the condenser and the expansion valve for heat exchange between the refrigerant flowing towards the evaporator and flowing away from it towards the compressor is particularly preferred.

Bei der Kompressionswärmepumpe kann es sich insbesondere um eine Luftwärmepumpe handeln, die Wärme einer Umgebungsluft entzieht und einem Verbraucher zuführt.The compression heat pump can in particular be an air heat pump that extracts heat from the ambient air and supplies it to a consumer.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Kompressionswärmepumpe oder einer Kompressionskältemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche wird

  1. i. In Abhängigkeit von der Wärmequellentemperatur oder der Verdampfungstemperatur und der benötigten Vorlauftemperatur oder der Kondensationstemperatur ein Zielwert für eine optimierte Heißgasüberhitzung festgelegt,
  2. ii. die momentane Heißgasüberhitzung aus der Differenz zwischen einer aus dem Druck (P2) ermittelten Temperatur oder einer gemessenen Temperatur (T1) im Hochdruck- oder Heißgasabschnitt des Kältemittelkreislaufs und einer aus dem Druck (P1) ermittelten Temperatur oder einer gemessenen Temperatur (T2) im Niederdruck- oder Sauggasabschnitt des Kältemittelkreislaufs ermittelt,
  3. iii. das Expansionsventil (4) so geregelt wird, dass sich die Heißgasüberhitzung dem Zielwert annähert.
In a method according to the invention for operating a compression heat pump or a compression refrigeration machine according to one of the preceding claims
  1. i. Depending on the heat source temperature or the evaporation temperature and the required flow temperature or the condensation temperature, a target value for optimized hot gas overheating is specified,
  2. ii. the instantaneous hot-gas superheat from the difference between a temperature determined from the pressure (P2) or a measured temperature (T1) in the high-pressure or hot-gas section of the refrigerant circuit and a temperature determined from the pressure (P1) or a measured temperature (T2) in the low-pressure section or suction gas section of the refrigerant circuit is determined,
  3. iii. the expansion valve (4) is controlled in such a way that the hot gas superheat approaches the target value.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass:

  1. i. bei einer im Vergleich zum Zielwert zu geringen Heißgasüberhitzung das Expansionsventil (4) weiter geschlossen wird,
  2. ii. bei einer im Vergleich zum Zielwert zu großen Heißgasüberhitzung das Expansionsventil (4) weiter geöffnet wird.
In particular, it can be provided that:
  1. i. if the hot gas overheating is too low compared to the target value, the expansion valve (4) is closed further,
  2. ii. the expansion valve (4) is opened further if the hot gas overheating is too high compared to the target value.

Vorzugsweise stellt der Zielwert der Wert einer optimierten Effizienz der Kompressionswärmepumpe dar.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind für verschiedene Wärmequellentemperaturen und / oder für verschiedene Vorlauftemperaturen jeweils festgelegte Zielwerte in Tabellenform in einer Regelungseinrichtung der Kompressionswärmepumpe hinterlegt.
Vorzugsweise werden die Zielwerte für verschiedene Wärmequellentemperaturen und / oder für verschiedene Vorlauftemperaturen vor der Hinterlegung in Tabellenform aus Messungen der Effizienz der Wärmepumpe als Funktion der Heißgasüberhitzung bei den verschieden Wärmequellentemperaturen ermittelt.
Ein Zielwert für eine Wärmequellentemperatur kann aus Messungen der Effizienz ermittelt werden, bei denen die Heißgasüberhitzung in Schritten von 5k bis 15K über einen Bereich von einer minimalen Heißgasüberhitzung von 10K bis 30K bis zu einer maximalen Heißgasüberhitzung von 35K bis 80K gemessen wird, und die Heißgasüberhitzung mit maximaler Effizienz als Zielwert für diese Wärmequellentemperatur hinterlegt wird.
Als Wärmequellentemperatur kann näherungsweise die aus dem Druck (P1) ermittelte oder die gemessene der Temperatur (T2) im Niederdruck- oder Sauggasabschnitt des Kältemittelkreislaufs verwendet werden.
Vorzugsweise wird für eine Wärmequellentemperatur in einem Bereich von -10°C bis
-5°C ein Zielwert für die Heißgasüberhitzung in einem Bereich von 32K bis 42K, vorzugsweise von 35K bis 40K festgelegt wird.
Für eine Wärmequellentemperatur in einem Bereich von -5°C bis +5°C kann ein Zielwert für die Heißgasüberhitzung in einem Bereich von 17K bis 27K, vorzugsweise von 19K bis 25K festgelegt werden.
The target value preferably represents the value of an optimized efficiency of the compression heat pump.
In a further preferred embodiment of the invention, target values specified for different heat source temperatures and/or for different flow temperatures are stored in tabular form in a control device of the compression heat pump.
The target values for different heat source temperatures and/or for different flow temperatures are preferably determined from measurements of the efficiency of the heat pump as a function of the hot gas overheating at the different heat source temperatures before being stored in tabular form.
A target value for a heat source temperature can be determined from efficiency measurements measuring the hot gas superheat in increments of 5k to 15K over a range from a minimum hot gas superheat of 10K to 30K to a maximum hot gas superheat of 35K to 80K, and the hot gas superheat with maximum efficiency is stored as the target value for this heat source temperature.
The temperature determined from the pressure (P1) or the temperature measured (T2) in the low-pressure or suction gas section of the refrigerant circuit can be used as an approximate heat source temperature.
Preferably, for a heat source temperature in a range from -10 ° C to
-5°C a target value for the hot gas superheat is set in a range from 32K to 42K, preferably from 35K to 40K.
For a heat source temperature in a range from -5°C to +5°C, a target value for the hot gas superheat can be set in a range from 17K to 27K, preferably from 19K to 25K.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der 1 bis 3 beispielhaft näher erläutert. Dabei zeigt:

  • 1 eine erfindungsgemäße Kompressionswärmepumpe;
  • 2 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kompressionswärmepumpe; und
  • 3 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kompressionswärmepumpe.
The invention is based on the 1 until 3 explained in more detail as an example. It shows:
  • 1 a compression heat pump according to the invention;
  • 2 a further embodiment of a compression heat pump according to the invention; and
  • 3 a third embodiment of a compression heat pump according to the invention.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Kompressionswärmepumpe in einer schematischen Darstellung. Ein Kältemittelfluid, also ein Dampf oder eine Flüssigkeit oder ein Dampf/Flüssigkeits-Gemisch eines Fluids wird mittels der dargestellten Kompressionswärmepumpe durch einen Kreisprozess geführt. Hierbei wird das Kältemittel mittels eines Kompressors 6 komprimiert, und dadurch seine Temperatur und sein Druck erhöht. Stromabwärts des Kompressors ist daher ein Hochdruckabschnitt oder Heißgasabschnitt des Kältemittelkreislaufs ausgebildet. Ein Temperaturfühler 20 ist in diesem Hochdruckabschnitt vorgesehen, um die Temperatur T1 des komprimierten Kältemittels zu messen. 1 shows a compression heat pump according to the invention in a schematic representation. A refrigerant fluid, ie a vapor or a liquid or a vapor/liquid mixture of a fluid, is conducted through a cyclic process by means of the compression heat pump shown. Here, the refrigerant is compressed by means of a compressor 6, thereby increasing its temperature and pressure. A high-pressure section or hot-gas section of the refrigerant circuit is therefore formed downstream of the compressor. A temperature sensor 20 is provided in this high-pressure section to measure the temperature T1 of the compressed refrigerant.

Stromabwärts vom Kompressor 6 wird anschließend das Kältemittel in einen Kondensator 1 geleitet, der einen Wärmetauscher darstellt, und dazu dient, das komprimierte, dampfförmige Kältemittel zu kondensieren. Kondensationswärme wird dabei dem Kältemittel entzogen und einem nicht näher dargestellten Verbraucher über einen teilweise dargestellten Verbraucherkreislauf 23 mit einem Vorlauf 21 und einem Rücklauf 23 zugeführt.Downstream of the compressor 6, the refrigerant is then conducted into a condenser 1, which is a heat exchanger and serves to condense the compressed, vaporous refrigerant. Condensation heat is removed from the refrigerant and a not shown Ver needer fed via a partially shown consumer circuit 23 with a flow 21 and a return 23.

Stromabwärts vom Kondensator 1 ist ein Kältemittelsammler 2 angeordnet, welcher Kältemittel zwischenspeichert. Der Kältemittelsammler 2 dient damit als Puffer für das Kältemittel. Über einen ersten Druckfühler 19 wird der Druck P2 des Kältemittels im Kältemittelsammler 2 bestimmt. Dieser Druck P2 entspricht auch dem Kondensationsdruck des Kältemittels im Kondensator 1 und spiegelt ferner die Kondensationstemperatur im Kondensator 1 wieder, was bedeutet, dass die Kondensationstemperatur im Kondensator 1 aus dem Druck P2 berechnet werden kann.A refrigerant collector 2 which temporarily stores refrigerant is arranged downstream of the condenser 1 . The refrigerant collector 2 thus serves as a buffer for the refrigerant. The pressure P2 of the refrigerant in the refrigerant collector 2 is determined via a first pressure sensor 19 . This pressure P2 also corresponds to the condensation pressure of the refrigerant in the condenser 1 and further reflects the condensation temperature in the condenser 1, which means that the condensation temperature in the condenser 1 can be calculated from the pressure P2.

Stromabwärts vom Kältemittelsammler 2 ist ein Unterkühler 3 angeordnet, durch den aus dem Kältemittelsammler 2 austretendes Kältemittel hindurch zu einem Expansionsventil 4 strömt. Durch den Unterkühler 3, der als Wärmetauscher ausgebildet ist, ist der Rücklauf 22 geführt, der in Gegenrichtung durch den Unterkühler 3 zum Kondensator 1 hin strömt. Die Kombination von Kältemittelsammler 2 und Unterkühler 3 verbessert die Kälteleistung der Wärmepumpe, erhöht also die Wärme, die die Wärmepumpe zum Verbraucher hin transportieren kann. Der Unterkühler 3 dient dabei einer Vorwärmung des Verbraucherkreislaufs 23. Andererseits führt durch weitere Wärmeabgabe des Kältemittels der Unterkühler 3 auch dazu, dass weniger gasförmiges Kältemittel am Expansionsventil 4 ankommt.A subcooler 3 is arranged downstream of the refrigerant collector 2 , through which refrigerant exiting from the refrigerant collector 2 flows to an expansion valve 4 . The return flow 22 , which flows in the opposite direction through the subcooler 3 to the condenser 1 , is guided through the subcooler 3 , which is designed as a heat exchanger. The combination of refrigerant collector 2 and subcooler 3 improves the cooling capacity of the heat pump, ie increases the heat that the heat pump can transport to the consumer. The sub-cooler 3 serves to preheat the consumer circuit 23. On the other hand, the sub-cooler 3 also leads to the fact that less gaseous refrigerant arrives at the expansion valve 4 as a result of further heat dissipation of the refrigerant.

Mittels des Expansionsventils 4 wird das Kältemittel expandiert und somit abgekühlt. Das geregelte Expansionsventil 4 wird dabei von einer nicht näher dargestellten Regeleinrichtung angesteuert.The refrigerant is expanded and thus cooled by means of the expansion valve 4 . The controlled expansion valve 4 is controlled by a control device, not shown.

Nach der Expansion im Expansionsventil 4 wird das immer noch flüssige Kältemittel einem Verdampfer 5 zugeführt, der als Wärmetauscher ausgebildet ist und in Wärmekontakt mit einer Wärmequelle steht, beispielsweise mit der Umgebungsluft oder mit dem Erdreich. Durch die Wärmeaufnahme verdampft das Kältemittel bzw. verdampfen verbleibende flüssige Anteile des Kältemittels und das Kältemittel wird aus dem Verdampfer 5 heraus dem Kompressor 6 zugeführt, wodurch der Kältemittelkreislauf geschlossen wird.After expansion in the expansion valve 4, the still liquid refrigerant is fed to an evaporator 5, which is designed as a heat exchanger and is in thermal contact with a heat source, for example with the ambient air or with the ground. As a result of the heat absorption, the refrigerant evaporates or the remaining liquid components of the refrigerant evaporate and the refrigerant is fed out of the evaporator 5 to the compressor 6, as a result of which the refrigerant circuit is closed.

Zwischen dem Verdampfer 5 und dem Kompressor 6 ist ein zweiter Druckfühler 17 angeordnet zur Erfassung eines Drucks P1 im Niederdruck- oder Sauggasabschnitt des Kältemittelkreislaufs, wobei der Druck P1 dem Verdampfungsdruck im Verdampfer 5 entspricht und in eine entsprechende Verdampfungstemperatur umgerechnet werden kann. Ein weiterer optionaler Temperaturfühler 18 ist zur direkten Erfassung der Temperatur T2 Niederdruckabschnitt vorgesehen.A second pressure sensor 17 is arranged between the evaporator 5 and the compressor 6 for detecting a pressure P1 in the low-pressure or suction gas section of the refrigerant circuit, the pressure P1 corresponding to the evaporation pressure in the evaporator 5 and being able to be converted into a corresponding evaporation temperature. Another optional temperature sensor 18 is provided for the direct detection of the temperature T2 of the low-pressure section.

Mit Hilfe der verschiedenen Sensoren oder Fühler der Wärmepumpe kann das weiter oben bereits erläuterte erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer solchen Kompressionswärmepumpe durchgeführt werden.The method according to the invention, already explained above, for operating such a compression heat pump can be carried out with the aid of the various sensors or feelers of the heat pump.

Zunächst wird die Verdampfungstemperatur ermittelt oder (als Näherung dieser) die Temperatur T2 im Niederdruckabschnitt des Kältemittelkreislaufs. Dies kann entweder über den Temperaturfühler 18 erfolgen oder alternativ und insbesondere genauer mittels des zweiten Druckfühlers 17 über die Erfassung des Drucks P1 im Niederdruckabschnitt des Kältemittelkreislaufs und die Ermittlung der Temperatur, welche der Temperatur des Kältemittels bei diesem Druck P1 entspricht.First, the evaporation temperature is determined or (as an approximation) the temperature T2 in the low-pressure section of the refrigerant circuit. This can be done either via the temperature sensor 18 or alternatively and more precisely by means of the second pressure sensor 17 by detecting the pressure P1 in the low-pressure section of the refrigerant circuit and determining the temperature which corresponds to the temperature of the refrigerant at this pressure P1.

In Abhängigkeit von dieser Wärmequellentemperatur wird eine optimierte Heißgasüberhitzung festgelegt, indem aus Effizienzkurven, wie in den Tabellen 1 und 2 dargestellt, die jeweilige Heißgasüberhitzung mit maximaler Effizienz bestimmt wird. Die tatsächliche momentane Heißgasüberhitzung wird dann aus der Differenz zwischen der dem Druck P2 entspreche den Temperatur (oder der gemessenen Temperatur T1) im Hochdruckabschnitt des Kältemittelkreislaufs und der dem Druck P1 entsprechenden Temperatur (oder der gemessenen Temperatur T2) im Niederdruckabschnitt des Kältemittelkreislaufs ermittelt. Das Expansionsventil 4 wird dann so geregelt, dass sich die Heißgasüberhitzung dem Zielwert nähert, wobei bei einer im Vergleich zum Zielwert zu geringen Heißgasüberhitzung das Expansionsventil 4 weiter geschlossen wird und bei einem Vergleich zum Zielwert zu großen Heißgasüberhitzung das Expansionsventil weiter geöffnet wird.Depending on this heat source temperature, an optimized hot gas overheating is determined by determining the respective hot gas overheating with maximum efficiency from efficiency curves, as shown in Tables 1 and 2. The actual instantaneous hot gas superheat is then determined from the difference between the temperature corresponding to pressure P2 (or measured temperature T1) in the high-pressure section of the refrigerant circuit and the temperature corresponding to pressure P1 (or measured temperature T2) in the low-pressure section of the refrigerant circuit. The expansion valve 4 is then controlled in such a way that the hot gas overheating approaches the target value, with the expansion valve 4 being closed further if the hot gas overheating is too low compared to the target value and the expansion valve is opened further if the hot gas overheating is too high compared to the target value.

Wie bereits erläutert, bietet die Verwendung von Druckfühlern 17 und 19 zur Regelung Vorteile gegenüber der Nutzung der Temperaturfühler 18 und 20, da die thermische Ankopplung eines Temperaturfühlers an den Kältemittelkreislauf problematisch ist als die Anbindung eines Druckfühlers. Es hat sich herausgestellt, dass die Verwendung von Druckfühlern insbesondere langzeitstabiler ist. Allerdings kann es zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Verfahrens auch zumindest in bestimmten Verfahrensabschnitten vorteilhaft sein, die Regelung des Expansionsventils 4 auf den Temperaturfühler 18 zurückzugreifen, um die Temperatur T2 zu bestimmen anstatt diese Temperatur anhand des Drucksensors 17 (Druck P1) zu ermitteln. Insbesondere in einer Anlaufphase der Wärmepumpe bildet sich in dieser Startphase noch kein stabiler Druck P1 aus, der für die beschriebene Regelung verwendet werden kann. Daher kann es in einer Anlaufphase der Kompressionswärmepumpe sinnvoll sein, zunächst die Daten des Temperaturfühlers 18 (und gegebenenfalls auch aus dem Temperaturfühler 20) zur Ermittlung der Heißgasüberhitzung zu verwenden und erst nach Ablauf dieser Startphase, also beispielsweise nach 60 Sekunden, auf die Druckdaten des Druckfühlers 17 (und gegebenenfalls auch des Druckfühlers 19) zur Regelung zurückzugreifen.As already explained, the use of pressure sensors 17 and 19 for regulation offers advantages over the use of temperature sensors 18 and 20, since the thermal coupling of a temperature sensor to the refrigerant circuit is more problematic than the connection of a pressure sensor. It has been found that the use of pressure sensors is particularly stable over the long term. However, it can be advantageous for operating a method according to the invention, at least in certain process sections, to use the control of the expansion valve 4 on the temperature sensor 18 in order to To determine temperature T2 instead of determining this temperature using the pressure sensor 17 (pressure P1). In particular in a start-up phase of the heat pump, no stable pressure P1 forms in this start-up phase, which can be used for the regulation described. Therefore, it can make sense in a start-up phase of the compression heat pump to first use the data from the temperature sensor 18 (and possibly also from the temperature sensor 20) to determine the hot gas overheating and only after this start-up phase has expired, for example after 60 seconds, to the pressure data of the pressure sensor 17 (and possibly also the pressure sensor 19) to resort to control.

In der 2 ist eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kompressionswärmepumpe abgebildet. Die bereits anhand des Ausführungsbeispiels der 1 erläuterten Elemente der Kompressionswärmepumpe und auch die dort behandelten Verfahrensschritte werden analog auch bei der Ausführungsform der 2 verwendet. Im Unterschied zu der Ausführungsform der 1 ist hier allerdings noch ein weiterer Wärmetauscher vorgesehen in Form des Überhitzungswärmetauschers 9 für das Kältemittel. Vom Unterkühler 3 weg fließt hier das komprimierte und verflüssigte Kältemittel aus dem Unterkühler 3 durch den Überhitzungswärmetauscher 9 und dann weiter zum Expansionsventil 4. Vom Verdampfer 5 fließt das Kältemittel in der Ausführungsform der 2 ebenfalls auf den Weg zum Kompressor 6 durch den Überhitzungswärmetauscher 9 und steht so im Wärmeaustausch mit dem zum Expansionsventil 4 zuströmenden Kältemittel.In the 2 an alternative embodiment of a compression heat pump according to the invention is shown. The already based on the embodiment of 1 explained elements of the compression heat pump and the process steps discussed there are analogous to the embodiment of 2 used. In contrast to the embodiment of 1 However, another heat exchanger is provided here in the form of the overheating heat exchanger 9 for the refrigerant. The compressed and liquefied refrigerant from the sub-cooler 3 flows away from the sub-cooler 3 through the overheating heat exchanger 9 and then on to the expansion valve 4. The refrigerant flows from the evaporator 5 in the embodiment of FIG 2 also on the way to the compressor 6 through the overheating heat exchanger 9 and is thus in heat exchange with the refrigerant flowing to the expansion valve 4 .

Aufgrund des für ein Kältemittel typischerweise sehr niedrigen Siedepunktes reichen zum Verdampfen bereits Minusgrade aus. Dabei ist es jedoch sehr wichtig, dass der Kältemitteldampf nach dem Verlassen des Verdampfers 5 über seine Verdampfungstemperatur hinaus erhitzt wird (Überhitzung bzw. Sauggasüberhitzung), damit kein flüssiges Kältemittel in den Kompressor 6 gelangen kann. Andernfalls könnten sogenannte Flüssigkeitsschläge den Kompressor 6 beschädigen. Demgegenüber wird das Kältemittel nach dem Kondensator 1 und nach dem Unterkühler 3 vor dem Expansionsventil 4 unter die Verflüssigungstemperatur abgekühlt (Unterkühlung), um eine Dampfblasenbildung zu vermeiden, die die Funktion des Expansionsventils 4 beeinträchtigen und damit die Leistung des Kreisprozesses der Wärmepumpe reduzieren könnte.Due to the typically very low boiling point of a refrigerant, sub-zero temperatures are sufficient for evaporation. However, it is very important that the refrigerant vapor after leaving the evaporator 5 is heated above its evaporation temperature (overheating or suction gas overheating) so that no liquid refrigerant can get into the compressor 6 . Otherwise so-called liquid hammer could damage the compressor 6 . On the other hand, after the condenser 1 and after the subcooler 3, before the expansion valve 4, the refrigerant is cooled below the condensation temperature (subcooling) in order to avoid the formation of vapor bubbles, which could impair the function of the expansion valve 4 and thus reduce the performance of the heat pump cycle.

3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmepumpe. Gegenüber den Ausführungsformen der 1 und 2 ist die Wärmepumpe der 3 um weitere Elemente ergänzt. Gleiche Elemente wie in den 1 und 2 sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Bei der Ausführungsform der 3 wird das Kältemittel nach der Verdichtung durch den Kompressor 6 zunächst zu einem Vierwege-Umschaltventil 16 geführt und in einer ersten Stellung des Vierwege-Umschaltventils 16 zum Kondensator 1 und weiter weiter durch ein Rückschlagventil 13 zum Kältemittelsammler 2. Nach dem Kältemittelsammler 2 wird das Kältemittel weiter durch einen Unterkühler 3 zu einem Überhitzungswärmetauscher 9 sowie durch das Expansionsventil 4 in den Verdampfer 5 geführt. Vom Verdampfer 5 wird das Kältemittel wiederum durch das Vierwege-Umschaltventil 16 dem Kompressor 6 zugeführt. Auf dieser Strecke ist zwischen dem Vierwege-Umschaltventil 16 zum Kompressor 6 hin noch ein Gas/Flüssigkeitsseparator 8 angeordnet, den das Kältemittel durchströmt bevor es durch den Überhitzungswärmetauscher 9 in einen Flüssigkeitsabscheider 11 geführt wird. Der Flüssigkeitsabscheider 11 verhindert, dass flüssige Anteile des Kältemittels in den Kompressor 6 gelangen. Entsprechende flüssige Anteile können im Flüssigkeitsabsorber 11 sukzessive verdampft werden. 3 shows a further embodiment of a heat pump according to the invention. Compared to the embodiments of 1 and 2 is the heat pump 3 supplemented with additional elements. Same elements as in the 1 and 2 are provided with the same reference numbers. In the embodiment of 3 After compression by the compressor 6, the refrigerant is first routed to a four-way switch valve 16 and, in a first position of the four-way switch valve 16, to the condenser 1 and further on through a check valve 13 to the refrigerant collector 2. After the refrigerant collector 2, the refrigerant continues through a subcooler 3 to a superheat heat exchanger 9 and through the expansion valve 4 into the evaporator 5. The refrigerant is in turn fed from the evaporator 5 to the compressor 6 through the four-way switching valve 16 . A gas/liquid separator 8 , through which the refrigerant flows before it is conducted through the overheating heat exchanger 9 into a liquid separator 11 , is also arranged on this section between the four-way switching valve 16 and the compressor 6 . The liquid separator 11 prevents liquid portions of the refrigerant from entering the compressor 6 . Corresponding liquid components can be successively evaporated in the liquid absorber 11 .

In dieser bisher erläuterten ersten Stellung des Vierwege-Umschaltventils entspricht der Kreislauf des Kältemittels somit im Wesentlichen dem der Ausführungsform der 2 und stellt damit einen regulären Wärmepumpenbetrieb dar. In this previously explained first position of the four-way switching valve, the circuit of the refrigerant thus essentially corresponds to that of the embodiment of FIG 2 and thus represents regular heat pump operation.

Alternativ kann das Vierwege-Umschaltventil 16 auch in eine zweite Stellung gebracht werden, in welcher der Kältemittelkreislauf umgekehrt wird. In dieser Kreisumkehrung wird der Verdampfer 5 zum Kondensator und der Kondensator 1 zum Verdampfer. Zur Unterscheidung dieser Strömungsrichtung sind in der 3 Richtungspfeile für die Strömungsrichtung im Wärmepumpenbetrieb angedeutet und Richtungspfeile in Klammern für den Betrieb mit Kreisumkehr.Alternatively, the four-way switching valve 16 can also be brought into a second position in which the refrigerant circuit is reversed. In this cycle reversal, evaporator 5 becomes the condenser and condenser 1 becomes the evaporator. To distinguish this direction of flow are in the 3 Directional arrows for the direction of flow in heat pump operation indicated and directional arrows in brackets for operation with circuit reversal.

Mit dieser Kreisumkehr kann die Wärmepumpe zu einem Klimagerät umgewandelt werden, mittels dessen der am Vorlauf 21 und am Rücklauf 22 angekuppelte Verbraucher gekühlt, statt geheizt werden kann. Ein weiterer Anwendungsfall einer solchen Kreisumkehr kann die Bereitstellung einer effizienten Abtauung der Anlage sein. Insbesondere bei einer Luftwärmepumpe kann bei tiefen Außentemperaturen eine Vereisung im Bereich des Verdampfers 5 auftreten, welche die Effizienz der Wärmepumpe signifikant reduziert. Auch hier kann eine Kreisumkehr des Kältemittelkreislaufs eingeschaltet werden, um eine Abtauung des Verdampfers 5 zu erzielen.With this circuit reversal, the heat pump can be converted into an air conditioner, by means of which the consumer coupled to the flow 21 and the return 22 can be cooled instead of heated. Another use of such a reversal can be to provide efficient defrosting of the system. In the case of an air heat pump in particular, icing can occur in the area of the evaporator 5 at low outside temperatures, which significantly reduces the efficiency of the heat pump. Here, too, a reversal of the refrigerant circuit can be switched on in order to achieve defrosting of the evaporator 5 .

Zum Umkehr des Kältemittelkreislaufs wird folglich das Vierwege-Umschaltventil 16 in eine zweite Stellung gebracht, mit der der Kältemittelstrom nicht vom Verdampfer 5 zum Kondensator hingeführt wird, sondern umgekehrt vom Kondensator zum Verdampfer 5. Während der Kältemittelstrom auf diesem ersten Weg durch das Vierwege-Umschaltventil 16 somit in diese Betriebsart umgekehrt ist, bleibt der Kältemittelstrom auf dem zweiten Weg durch das Vierwege-Umschaltventil 16 vom Kompressor 6 in Richtung des Überhitzungswärmetauschers 9 gegenüber dem regulären Wärmepumpenbetrieb unverändert.To reverse the refrigerant circuit, the four-way reversing valve 16 is consequently brought into a second position, with which the refrigerant flow is not routed from the evaporator 5 to the condenser, but vice versa from the condenser to the evaporator 5. While the refrigerant flow is on this first path through the four-way reversing valve 16 is thus reversed in this operating mode, the refrigerant flow remains unchanged on the second path through the four-way switching valve 16 from the compressor 6 in the direction of the overheating heat exchanger 9 compared to the regular heat pump operation.

Wie bereits erläutert, wird das Kältemittel vom Verdampfer 5 im Abtau- oder Klimamodus mit umgekehrtem Kreislauf weiter in Richtung Kondensator 1 geführt. Dabei wird das Kältemittel durch ein Rückschlagventil 15 geführt in einem zusätzlichen Abschnitt des Kältemittelkreislaufs, der parallel zu dem Abschnitt mit dem Expansionsventil 4, durch welches das Kältemittel im Wärmepumpenbetrieb strömt. Nach der Durchströmung des Rückschlagventils 15 zum Kondensator 1 durchläuft das Kältemittel noch ein Expansionsventil 12, welches nur in diesem Abtau-/Kühlmodus vom Kältemittel durchströmt wird, bevor es den Kondensator 1 durchströmt und anschließend auf eine im Vergleich zum Wärmepumpenbetrieb entgegengesetzte Richtung durch die Rohrleitung zwischen Kondensator und Vierwege-Umschaltventil 16 zum Vierwege-Umschaltventil 16 geführt wird.As already explained, the refrigerant from the evaporator 5 is conducted further in the direction of the condenser 1 in the defrost or air conditioning mode with reverse circulation. The refrigerant is guided through a check valve 15 in an additional section of the refrigerant circuit, which is parallel to the section with the expansion valve 4, through which the refrigerant flows in heat pump operation. After flowing through the non-return valve 15 to the condenser 1, the refrigerant also passes through an expansion valve 12, through which the refrigerant flows only in this defrosting/cooling mode, before it flows through the condenser 1 and then in an opposite direction compared to heat pump operation through the pipeline between Capacitor and four-way switching valve 16 is guided to the four-way switching valve 16.

Neben dieser zusätzlichen Option einer möglichen Kreisumkehr für einen Abtau- oder Kühlungs-/Klimamodus ist bei der Ausführungsform der 3 gegenüber der 2 noch ein weiterer zusätzlicher Leitungsabschnitt eingefügt, der einen Ejektor 10 aufweist. Die Leitung vom Überhitzungswärmetauscher 9 zum Verdampfer 5 hin verzweigt sich hier vor dem Expansionsventil 4 in eine parallele Leitung, in der zunächst ein Expansionsventil Ejektor 7 eingefügt ist, auf welches stromabwärts der eigentliche Ejektor 10 folgt und weiter stromabwärts ein weiteres Rückschlagventil 14 bevor die parallelen Leitungen der beiden Expansionsventilen 4 und 7 wieder zusammengeführt werden. Der Ejektor 10 weist drei Anschlüsse auf, wobei einer dem Expansionsventil Ejektor 7 zugeordnet ist und ein weiterer dem Rückschlagventil 14, sodass durch diese beiden Anschlüsse die zu der Rohrleitung mit dem Expansionsventil 4 parallele Strömung von Kältemittel geführt ist. Ein dritter Anschluss verbindet den Ejektor 10 mit dem Gas-Flüssigkeits-Separator 8. Wie in der 3 schematisch angedeutet, ist der Einlass des Abschnitts vom Gas-Flüssigkeits-Separator 8 zum Ejektor 10 hin tatsächlich senkrecht zur Durchströmungsrichtung durch den Ejektor vom Expansionsventil 7 zum Rückschlagventil 14 hin ausgerichtet.In addition to this additional option of a possible cycle reversal for a defrost or cooling / air conditioning mode is in the embodiment of 3 opposite of 2 yet another additional line section is inserted, which has an ejector 10 . The line from the overheating heat exchanger 9 to the evaporator 5 branches out here before the expansion valve 4 into a parallel line in which an expansion valve ejector 7 is first inserted, which is followed downstream by the actual ejector 10 and further downstream by a further check valve 14 before the parallel lines of the two expansion valves 4 and 7 are brought together again. The ejector 10 has three connections, one of which is associated with the expansion valve ejector 7 and another with the check valve 14, so that the flow of refrigerant parallel to the pipeline with the expansion valve 4 is guided through these two connections. A third port connects the ejector 10 to the gas-liquid separator 8. As shown in FIG 3 indicated schematically, the inlet of the section from the gas-liquid separator 8 to the ejector 10 is actually aligned perpendicularly to the direction of flow through the ejector from the expansion valve 7 to the check valve 14 .

Der Ejektor 10 dient folgendermaßen der Effizienzsteigerung der Wärmepumpe. Der Ejektor 10 nutzt die im Kältemittel stromabwärts vom Kondensator 1 vorhandene Expansionsarbeit aus, um einen Teilmassenstrom anzusaugen und auf ein höheres Niveau zu fördern. Die Ansaugung findet über den dritten Anschluss statt, mit welchem der Ejektor 10 mit dem Gas-Flüssigkeits-Separator 8 in Verbindung steht. Nach dem Venturi-Prinzip sorgt die Durchströmung des Ejektors 10 durch das gasförmige Kältemittel, welches vom Expansionsventil Ejektor 7 in den Ejektor eingeleitet wird, zu einer Ansaugung von gasförmigem Kältemittel aus dem Gas-Flüssigkeits-Separator 8. Daher wird Kältemittel aus dem Niederdruckabschnitt des Kältemittelkreislaufs unter Umgehung des Kompressors 6 auf ein höheres Druckniveau angehoben, wodurch der Kompressor 6 entlastet wird und weniger elektrische Energie dem Kompressor 6 zugefügt werden muss. Daraus folgt eine verbesserte Effizienz der Wärmepumpe, also eine Reduzierung der investierten elektrischen Energie zur Gewinnung einer festgelegten Wärmeenergie.The ejector 10 serves to increase the efficiency of the heat pump as follows. The ejector 10 utilizes the expansion work present in the refrigerant downstream of the condenser 1 in order to draw in a partial mass flow and convey it to a higher level. Suction takes place via the third port, with which the ejector 10 communicates with the gas-liquid separator 8 . According to the Venturi principle, the gaseous refrigerant flowing through the ejector 10, which is introduced into the ejector from the expansion valve ejector 7, ensures that gaseous refrigerant is sucked out of the gas-liquid separator 8. Therefore, refrigerant from the low-pressure section of the refrigerant circuit is raised to a higher pressure level, bypassing the compressor 6, as a result of which the compressor 6 is relieved and less electrical energy has to be added to the compressor 6. This results in an improved efficiency of the heat pump, i.e. a reduction in the electrical energy invested to obtain a specified heat energy.

BezugszeichenlisteReference List

11
Kondensatorcapacitor
22
Kältemittelsammlerrefrigerant collector
33
Unterkühlersubcooler
44
Expansionsventilexpansion valve
55
VerdampferEvaporator
66
Kompressorcompressor
77
Expansionsventil EjektorExpansion valve ejector
88th
Gas - Flüssigkeits- SeparatorGas - liquid separator
1010
Ejektorejector
1111
Flüssigkeitsabscheiderliquid separator
1212
Expansionsventil Abtauung / KühlungExpansion valve defrost / cooling
1313
Rückschlagventilcheck valve
1414
Rückschlagventilcheck valve
1515
Rückschlagventilcheck valve
1616
Vierwege - UmschaltventilFour-way switching valve
1717
Druckfühler NiederdruckabschnittLow pressure section pressure sensor
1818
Temperaturfühler NiederdruckabschnittLow pressure section temperature sensor
1919
Druckfühler HochdruckabschnittPressure sensor high pressure section
2020
Temperaturfühler HochdruckabschnittHigh-pressure section temperature sensor
2121
Vorlaufleader
2222
Rücklaufreturn
2323
Verbraucherkreislaufconsumer cycle
2424
Rückschlagventilcheck valve

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • EP 0866291 B1 [0004]EP 0866291 B1 [0004]

Claims (19)

Kompressionswärmepumpe oder Kompressionskältemaschine mit einem Kältemittelkreislauf, der einen Verdampfer (5), einen Kompressor (6), einen Kondensator (1) und ein regelbares Expansionsventil (4) beinhaltet, welches von einer Regeleinrichtung angesteuert wird, wobei ein erster Druckfühler (19) zu Erfassung eines Drucks P2 in einem Hochdruck- oder Heißgasabschnitt des Kältemittelkreislaufs vorgesehen ist; dadurch gekennzeichnet, dass: ein zweiter Druckfühler (17) zur Erfassung eines Drucks P1 in einem Niederdruck- oder Sauggasabschnitt des Kältemittelkreislaufs vorgesehen ist.Compression heat pump or compression refrigeration machine with a refrigerant circuit that contains an evaporator (5), a compressor (6), a condenser (1) and a controllable expansion valve (4), which is controlled by a control device, with a first pressure sensor (19) for detection a pressure P2 is provided in a high pressure or hot gas portion of the refrigerant circuit; characterized in that: a second pressure sensor (17) is provided for detecting a pressure P1 in a low-pressure or suction gas section of the refrigerant circuit. Kompressionswärmepumpe oder Kompressionskältemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Druckfühler (17) zwischen dem Verdampfer (5) und dem Kompressor (6) angeordnet ist.compression heat pump or compression chiller claim 1 , characterized in that the second pressure sensor (17) is arranged between the evaporator (5) and the compressor (6). Kompressionswärmepumpe oder Kompressionskältemaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperaturfühler (18) zur Erfassung einer Temperatur T2 im Niederdruck- oder Sauggasabschnitt des Kältemittelkreislaufs vorgesehen ist.compression heat pump or compression chiller claim 1 or 2 , characterized in that a temperature sensor (18) is provided for detecting a temperature T2 in the low-pressure or suction gas section of the refrigerant circuit. Kompressionswärmepumpe oder Kompressionskältemaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturfühler (18) zwischen dem Verdampfer (5) und dem Kompressor (6) angeordnet ist.compression heat pump or compression chiller claim 3 , characterized in that the temperature sensor (18) is arranged between the evaporator (5) and the compressor (6). Kompressionswärmepumpe oder Kompressionskältemaschine nach einem der vorhergehendenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Druckfühler (19) zwischen dem Kondensator (1) und dem Expansionsventil (4), vorzugsweise zwischen dem Kondensator und einem Unterkühler (3) angeordnet ist.Compression heat pump or compression refrigeration machine according to one of the preceding claims, characterized in that the first pressure sensor (19) is arranged between the condenser (1) and the expansion valve (4), preferably between the condenser and a subcooler (3). Kompressionswärmepumpe oder Kompressionskältemaschine nach einem der vorhergehendenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Druckfühler (19) an einem Kältemittelsammler (2) angeordnet ist.Compression heat pump or compression refrigeration machine according to one of the preceding claims, characterized in that the first pressure sensor (19) is arranged on a refrigerant collector (2). Kompressionswärmepumpe oder Kompressionskältemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Temperaturfühler (20) zur Erfassung einer Temperatur T1 im Hochdruck- oder Heißgasabschnitt des Kältemittelkreislaufs vorgesehen ist, welcher vorzugsweise zwischen dem Kompressor (6) und dem Kondensator (1) angeordnet ist.Compression heat pump or compression refrigeration machine according to one of the preceding claims, characterized in that a further temperature sensor (20) is provided for detecting a temperature T1 in the high-pressure or hot gas section of the refrigerant circuit, which is preferably arranged between the compressor (6) and the condenser (1). . Kompressionswärmepumpe oder Kompressionskältemaschine nach einem der vorhergehendend Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Druckfühler (19) an einem Kältemittelsammler (2) angeordnet ist.Compression heat pump or compression refrigeration machine according to one of the preceding claims, characterized in that the first pressure sensor (19) is arranged on a refrigerant collector (2). Kompressionswärmepumpe oder Kompressionskältemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Überhitzungswärmetauscher (9) zwischen dem Kondensator (1) oder einem stromabwärts vom Kondensator (1) angeordneten Unterkühler (3) und dem Expansionsventil (4) vorgesehen ist zum Wärmeaustausch zwischen dem zum Verdampfer (5) hin strömenden und von diesem zum Kompressor (6) weg strömenden Kältemittel.Compression heat pump or compression refrigeration machine according to one of the preceding claims, characterized in that an overheating heat exchanger (9) is provided between the condenser (1) or a subcooler (3) arranged downstream of the condenser (1) and the expansion valve (4) for heat exchange between the Evaporator (5) flowing towards and from this to the compressor (6) flowing away refrigerant. Kompressionswärmepumpe oder Kompressionskältemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Kompressionswärmepumpe um eine Luftwärmepumpe handelt, die Wärme einer Umgebungsluft entzieht und einem Verbraucher zuführt.Compression heat pump or compression refrigeration machine according to one of the preceding claims, characterized in that the compression heat pump is an air heat pump which extracts heat from the ambient air and supplies it to a consumer. Verfahren zum Betreiben einer Kompressionswärmepumpe oder einer Kompressionskältemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass iv. In Abhängigkeit von der Wärmequellentemperatur oder der Verdampfungstemperatur und der benötigten Vorlauftemperatur oder der Kondensationstemperatur ein Zielwert für eine optimierte Heißgasüberhitzung festgelegt wird, v. die momentane Heißgasüberhitzung aus der Differenz zwischen einer aus dem Druck (P2) ermittelten Temperatur oder einer gemessenen Temperatur (T1) im Hochdruck- oder Heißgasabschnitt des Kältemittelkreislaufs und einer aus dem Druck (P1) ermittelten Temperatur oder einer gemessenen Temperatur (T2) im Niederdruck- oder Sauggasabschnitt des Kältemittelkreislaufs ermittelt wird, vi. das Expansionsventil (4) so geregelt wird, dass sich die Heißgasüberhitzung dem Zielwert annähert.Method for operating a compression heat pump or a compression refrigeration machine according to one of the preceding claims, characterized in that iv. Depending on the heat source temperature or the evaporation temperature and the required flow temperature or the condensation temperature, a target value for optimized hot gas overheating is set, v. the instantaneous hot-gas superheat from the difference between a temperature determined from the pressure (P2) or a measured temperature (T1) in the high-pressure or hot-gas section of the refrigerant circuit and a temperature determined from the pressure (P1) or a measured temperature (T2) in the low-pressure section or suction gas section of the refrigerant circuit is determined, vi. the expansion valve (4) is controlled in such a way that the hot gas superheat approaches the target value. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass iii. bei einer im Vergleich zum Zielwert zu geringen Heißgasüberhitzung das Expansionsventil (4) weiter geschlossen wird, iv. bei einer im Vergleich zum Zielwert zu großen Heißgasüberhitzung das Expansionsventil (4) weiter geöffnet wird.procedure after claim 11 , characterized in that iii. if the hot gas overheating is too low compared to the target value, the expansion valve (4) is closed further, iv. the expansion valve (4) is opened further if the hot gas overheating is too high compared to the target value. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Zielwert der Wert einer optimierten Effizienz der Kompressionswärmepumpe darstellt.procedure after claim 11 or 12 , characterized in that the target value represents the value of an optimized efficiency of the compression heat pump. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass für verschiedene Wärmequellentemperaturen und / oder verschiedene Vorlauftemperaturen jeweils festgelegte Zielwerte in Tabellenform in einer Regelungseinrichtung der Kompressionswärmepumpe hinterlegt sind.procedure after Claim 13 , characterized in that for different heat source temperatures and / or different flow temperatures respectively fixed target values are stored in tabular form in a control device of the compression heat pump. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass Zielwerte für verschiedene Wärmequellentemperaturen und / oder verschiedene Vorlauftemperaturen vor der Hinterlegung in Tabellenform aus Messungen der Effizienz der Wärmepumpe als Funktion der Heißgasüberhitzung bei den verschieden Wärmequellentemperaturen ermittelt werden.procedure after Claim 14 , characterized in that target values for different heat source temperatures and/or different flow temperatures are determined before being stored in tabular form from measurements of the efficiency of the heat pump as a function of the hot gas overheating at the different heat source temperatures. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zielwert für eine Wärmequellentemperatur aus Messungen der Effizienz ermittelt wird, bei denen die Heißgasüberhitzung in Schritten von 5k bis 15K über einen Bereich von einer minimalen Heißgasüberhitzung von 10K bis 30K bis zu einer maximalen Heißgasüberhitzung von 35K bis 80K gemessen wird, und die Heißgasüberhitzung mit maximaler Effizienz als Zielwert für diese Wärmequellentemperatur hinterlegt wird.procedure after claim 15 , characterized in that a target value for a heat source temperature is determined from efficiency measurements in which the hot gas superheat is measured in increments of 5k to 15K over a range from a minimum hot gas superheat of 10K to 30K to a maximum hot gas superheat of 35K to 80K, and the hot gas overheating with maximum efficiency is stored as the target value for this heat source temperature. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmequellentemperatur näherungsweise die aus dem Druck (P1) ermittelte oder die gemessene der Temperatur (T2) im Niederdruck- oder Sauggasabschnitt des Kältemittelkreislaufs verwendet wird.Method according to any of the preceding Claims 11 until 16 , characterized in that as a heat source temperature approximately determined from the pressure (P1) or the measured temperature (T2) is used in the low-pressure or suction gas section of the refrigerant circuit. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Wärmequellentemperatur in einem Bereich von - 10°C bis -5°C ein Zielwert für die Heißgasüberhitzung in einem Bereich von 32K bis 42K, vorzugsweise von 35K bis 40K festgelegt wird.Method according to any of the preceding Claims 11 until 17 , characterized in that for a heat source temperature in a range from -10°C to -5°C a target value for the hot gas overheating in a range from 32K to 42K, preferably from 35K to 40K is fixed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Wärmequellentemperatur in einem Bereich von - 5°C bis +5°C ein Zielwert für die Heißgasüberhitzung in einem Bereich von 17K bis 27K, vorzugsweise von 19K bis 25K festgelegt wird.Method according to any of the preceding Claims 11 until 18 , characterized in that for a heat source temperature in a range from - 5°C to +5°C a target value for the hot gas overheating in a range from 17K to 27K, preferably from 19K to 25K is specified.
DE102020122713.2A 2020-08-31 2020-08-31 Heat pump and method for operating a heat pump Pending DE102020122713A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020122713.2A DE102020122713A1 (en) 2020-08-31 2020-08-31 Heat pump and method for operating a heat pump
EP21190743.1A EP3961129A1 (en) 2020-08-31 2021-08-11 Heat pump and method for operating a heat pump

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020122713.2A DE102020122713A1 (en) 2020-08-31 2020-08-31 Heat pump and method for operating a heat pump

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102020122713A1 true DE102020122713A1 (en) 2022-03-03

Family

ID=77300800

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020122713.2A Pending DE102020122713A1 (en) 2020-08-31 2020-08-31 Heat pump and method for operating a heat pump

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP3961129A1 (en)
DE (1) DE102020122713A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT201900021534A1 (en) * 2019-11-19 2021-05-19 Carel Ind Spa CO2 SINGLE VALVE REFRIGERATOR AND REGULATION METHOD OF THE SAME

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0866291B1 (en) 1997-03-18 2002-08-14 Andreas Bangheri Compression heat pump or compression cooling machine and control method therefor
AT502829A4 (en) 2006-02-28 2007-06-15 Neura Electronics Tech Anlagen HEAT PUMP
JP2007327721A (en) 2006-06-09 2007-12-20 Orion Mach Co Ltd Heat pump type water heater
DE602004011870T2 (en) 2003-10-17 2009-02-26 Lg Electronics Inc. Device and method for controlling the degree of superheating in a heat pump system
DE112008002404T5 (en) 2007-09-04 2010-07-22 Sanden Corporation, Isesaki-Shi A compressor drive torque calculating device and a displacement control system for a variable displacement compressor
US20150107290A1 (en) 2012-04-27 2015-04-23 Mitsubishi Electric Corporation Air-conditioning apparatus
US20160377333A1 (en) 2015-06-24 2016-12-29 Emerson Climate Technologies Gmbh Components cross-mapping in a refrigeration system
EP3211350A1 (en) 2016-02-29 2017-08-30 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Refrigeration cycle device, and hot water heating device provided with the same
EP3312524A1 (en) 2015-06-18 2018-04-25 Mitsubishi Electric Corporation Refrigeration cycle device
GB2557058A (en) 2015-06-24 2018-06-13 Mitsubishi Electric Corp Air conditioner
US20190078818A1 (en) 2017-09-12 2019-03-14 Hill Phoenix, Inc. Refrigeration system with combined superheat and subcooling control

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0866291B1 (en) 1997-03-18 2002-08-14 Andreas Bangheri Compression heat pump or compression cooling machine and control method therefor
DE602004011870T2 (en) 2003-10-17 2009-02-26 Lg Electronics Inc. Device and method for controlling the degree of superheating in a heat pump system
AT502829A4 (en) 2006-02-28 2007-06-15 Neura Electronics Tech Anlagen HEAT PUMP
JP2007327721A (en) 2006-06-09 2007-12-20 Orion Mach Co Ltd Heat pump type water heater
DE112008002404T5 (en) 2007-09-04 2010-07-22 Sanden Corporation, Isesaki-Shi A compressor drive torque calculating device and a displacement control system for a variable displacement compressor
US20150107290A1 (en) 2012-04-27 2015-04-23 Mitsubishi Electric Corporation Air-conditioning apparatus
EP3312524A1 (en) 2015-06-18 2018-04-25 Mitsubishi Electric Corporation Refrigeration cycle device
US20160377333A1 (en) 2015-06-24 2016-12-29 Emerson Climate Technologies Gmbh Components cross-mapping in a refrigeration system
GB2557058A (en) 2015-06-24 2018-06-13 Mitsubishi Electric Corp Air conditioner
EP3211350A1 (en) 2016-02-29 2017-08-30 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Refrigeration cycle device, and hot water heating device provided with the same
US20190078818A1 (en) 2017-09-12 2019-03-14 Hill Phoenix, Inc. Refrigeration system with combined superheat and subcooling control

Also Published As

Publication number Publication date
EP3961129A1 (en) 2022-03-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60128244T2 (en) METHOD AND ARRANGEMENT FOR DEFROSTING A STEAM COMPACTER
DE19955339B4 (en) Hot water supply system
DE102007028252B4 (en) Refrigerant cycle device with ejector
DE60016837T2 (en) Supercritical vapor compression cycle
DE102004019364B4 (en) Steam compression refrigeration cycle with ejector pump
EP3697635A1 (en) Method for operating a coolant circuit and vehicle air-conditioning system
DE112018008199T5 (en) air conditioning
DE4202508A1 (en) TRANSPORT COOLING SYSTEM
DE102015015125A1 (en) Vehicle air conditioning
DE112019007078T5 (en) AIR CONDITIONER
AT504135B1 (en) METHOD FOR HEAT RECOVERY
EP3961129A1 (en) Heat pump and method for operating a heat pump
DE102017213973A1 (en) Method for operating a refrigeration system of a vehicle having a refrigerant circuit having a cooling and heating function
DE102019121519A1 (en) Efficiency-optimized cooling circuit for electric vehicles
DE102008043823B4 (en) heat pump system
DE102013113221A1 (en) Inner heat exchanger with variable heat transfer
DE102008043807A1 (en) refrigeration plant
AT522875A4 (en) Method for controlling an expansion valve
DE3609313A1 (en) METHOD FOR RECOVERY CONDENSING HEAT OF A REFRIGERATION PLANT AND REFRIGERATION PLANT FOR IMPLEMENTING THE PROCEDURE
DE19832682C2 (en) Defrosting device for an evaporator of a heat pump or an air conditioner
DE2921257A1 (en) Heat pump for central heating - combines heat exchanger and evaporator in common unit in refrigeration section of circuit
DE202006014246U1 (en) Cold vapor refrigerating machine
DE102015102400A1 (en) Method for operating a refrigerant circuit, in particular in low-load operation
DE102013203240A1 (en) Refrigerating machine and method for operating a refrigerating machine
DE2837696A1 (en) PROCEDURE AND DEVICE IN A COOLANT CIRCUIT

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication