DE102021127993A1

DE102021127993A1 - Wärmepumpenvorrichtung

Info

Publication number: DE102021127993A1
Application number: DE102021127993.3A
Authority: DE
Inventors: Werner Klausmann
Original assignee: Viessmann Climate Solutions SE
Current assignee: Viessmann Climate Solutions SE
Priority date: 2021-10-27
Filing date: 2021-10-27
Publication date: 2023-04-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpenvorrichtung, umfassend einen einerseits von einem Kältemittel eines Kältekreislaufs (1) und andererseits von einem Wärmeträgermedium eines Heizkreislaufs (2) durchströmten Kondensator (3). Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass eine im bestimmungsgemäßen Betrieb der Wärmepumpenvorrichtung weder vom Kältemittel noch vom Wärmeträgermedium befeuchtete Oberfläche (3.1) des Kondensators (3) mit einer Heizeinrichtung (4) beheizbar ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpenvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine Wärmepumpenvorrichtung der eingangs genannten Art ist allgemein bekannt, so dass es diesbezüglich an sich keines besonderen druckschriftlichen Nachweises bedarf. Eine solche Wärmepumpenvorrichtung besteht aus einem einerseits von einem Kältemittel eines Kältekreislaufs und andererseits von einem Wärmeträgermedium eines Heizkreislaufs durchströmten Kondensator. Dieser dient zum Kondensieren des typischer Weise von einem Kompressor kommenden und zu einer Drosseleinrichtung strömenden Kältemittels.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmepumpenvorrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern. Insbesondere soll die thermische Flexibilität der Wärmepumpenvorrichtung gesteigert werden.
Diese Aufgabe ist mit einer Wärmepumpenvorrichtung der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass eine im bestimmungsgemäßen Betrieb der Wärmepumpenvorrichtung weder vom Kältemittel noch vom Wärmeträgermedium befeuchtete Oberfläche des Kondensators mit einer Heizeinrichtung beheizbar ausgebildet ist.
Verfahrensmäßig ausgedrückt ist entsprechend vorgesehen, dass die Oberfläche des Kondensators bei Eintritt einer vordefinierten Situation beheizt wird.
Mit anderen Worten zeichnet sich die erfindungsgemäße Lösung somit dadurch aus, dass dem Kondensator bei Bedarf von außen gezielt Wärme zuführbar ist bzw. zugeführt wird. Diese Maßgabe ist dabei, worauf weiter unten noch genauer eingegangen wird, insbesondere dann sehr vorteilhaft, wenn

- ein zum Kältekreislauf gehörender Verdampfer abgetaut;
- die Wärmeabgabeleistung der Wärmepumpe gesteigert; oder
- der Kondensator vor einem Einfrieren geschützt werden soll. Alle Optionen tragen dazu bei, die thermische Flexibilität der Wärmepumpenvorrichtung zu steigern.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Wärmepumpenvorrichtung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Die erfindungsgemäße Wärmepumpenvorrichtung einschließlich ihrer vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Patentansprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigt schematisch

1 die erfindungsgemäße Wärmepumpenvorrichtung mit der Heizeinrichtung; und
2 den Kondensator mit Heizeinrichtung.

Die in den Figuren dargestellte Wärmepumpenvorrichtung besteht in an sich bekannter Weise zunächst einmal aus einem einerseits von einem Kältemittel eines Kältekreislaufs 1 und andererseits von einem Wärmeträgermedium eines Heizkreislaufs 2 durchströmten Kondensator 3. Wie insbesondere aus 2 ersichtlich, ist dabei besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Kondensator 3 als Plattenwärmeübertrager (siehe hierzu https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Plattenw%C3%A4rme %C3%BCbertrager&oldid=215261901) ausgebildet ist. Außerdem ist in an sich bekannter Weise bevorzugt vorgesehen, dass der Kältekreislauf 1 in einem Gehäuse außerhalb eines Gebäudes angeordnet ist, d. h. die Wärmepumpenvorrichtung ist als sogenannte Monoblock-Wärmepumpe ausgebildet, bei der sich der Kondensator 3 im Freien und nicht (wie bei einer sogenannten Split-Wärmepumpe) in einem Gebäude befindet.
Wesentlich für die erfindungsgemäße Wärmepumpenvorrichtung ist nun, dass eine im bestimmungsgemäßen Betrieb der Wärmepumpenvorrichtung weder vom Kältemittel noch vom Wärmeträgermedium befeuchtete Oberfläche 3.1 des Kondensators 3, die vorzugsweise von außen gut zugänglich ist, mit einer Heizeinrichtung 4 beheizbar ausgebildet ist.
Noch etwas genauer betrachtet, ist dabei bevorzugt vorgesehen, dass die Heizeinrichtung 4 elektrisch betrieben ausgebildet ist. Hierzu ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Heizeinrichtung 4 wahlweise ein elektrisches Heizwiderstandselement (siehe hierzu https://de.wikipedia.org/w/index.php? title=Heizwiderstand&oldid=215632548) und/oder ein Peltierelement (siehe hierzu https://de.wikipedia.org/w/index.php? title=Peltier-Element&oldid=213265538) aufweist.
Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass die Heizeinrichtung 4 eine Heizleistung von 100 bis 1000 W, vorzugsweise von 200 bis 900 W, ganz besonders bevorzugt von 400 bis 750 W, aufweist.
Um die von der Heizeinrichtung 4 abgegebene Wärme gut auf den Kondensator 3 übertragen zu können, ist weiterhin bevorzugt vorgesehen, dass die Heizeinrichtung 4 klebend an der Oberfläche 3.1 befestigt ausgebildet ist.
Insbesondere (aber nicht nur) bei Ausbildung als Plattenwärmeübertrager (siehe oben) ist ferner bevorzugt vorgesehen, dass die Oberfläche 3.1 sowohl mit dem Kältemittelkreislauf 1 als auch mit dem Heizkreislauf 2 in thermischer Verbindung stehend ausgebildet ist. Soll dabei insbesondere dem Kältekreislauf Wärme zugeführt werden, ist außerdem bevorzugt vorgesehen, dass ein größerer Teil der Oberfläche 3.1 mit dem Kältekreislauf 1 und (nur) ein kleinerer Teil der Oberfläche 3.1 mit dem Heizkreislauf 2 in thermischer Verbindung stehend ausgebildet ist.
Verfahrensmäßig ausgedrückt ist bei alledem bevorzugt vorgesehen, dass die Oberfläche 3.1 des Kondensators 3 bei Eintritt einer vordefinierten Situation beheizt wird.
Hierbei sind bevorzugt drei verschiedene, vordefinierte Situation vorgesehen, nämlich wenn

a) ein zum Kältekreislauf 1 gehörender, eventuell bereifter oder vereister Verdampfer abgetaut (Zur Detektion einer Bereifung oder Vereisung des Verdampfers wird vorzugsweise per Temperatursensor überwacht, ob ein Abfall der Verdampfungstemperatur vorliegt. Zur Abtauung selbst wird vorzugsweise außerdem mit einem Umschaltventil - genauer Vier-Wege-Umschaltventil - [siehe hierzu beispielsweise die aktuell noch nicht veröffentlichte 10 2020 126 580.8] die Strömungsrichtung des Kältemittels im Kältekreislauf 1 umgekehrt);
b) die Wärmeabgabeleistung der Wärmepumpenvorrichtung insbesondere bei einer niedrigen Außentemperatur (auch, um zum Beispiel auf einen zusätzlichen Heizstab verzichten zu können) gesteigert; oder
c) der Kondensator 3 insbesondere zum Frostschutz im Standby-Betrieb vor einem Einfrieren geschützt werden soll bzw. wird. Der zuletzt genannte Punkt ist dabei zur Vermeidung eines sicherheitsrelevanten Schadens besonders wichtig, wenn, was bevorzugt vorgesehen ist, der Kältekreislauf 1 mit Propan (siehe hierzu https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Propan&oldid=213985817) als Kältemittel betrieben wird. Das Vorliegen der Frostgefahr selbst wird dabei vorzugsweise durch Vergleich der Außentemperatur und der Temperatur am Ausgang des Kondensators 3 ermittelt.

Bezugszeichenliste

1: Kältekreislauf
2: Heizkreislauf
3: Kondensator
3.1: Oberfläche
4: Heizeinrichtung

Claims

Wärmepumpenvorrichtung, umfassend einen einerseits von einem Kältemittel eines Kältekreislaufs (1) und andererseits von einem Wärmeträgermedium eines Heizkreislaufs (2) durchströmten Kondensator (3), dadurch gekennzeichnet, dass eine im bestimmungsgemäßen Betrieb der Wärmepumpenvorrichtung weder vom Kältemittel noch vom Wärmeträgermedium befeuchtete Oberfläche (3.1) des Kondensators (3) mit einer Heizeinrichtung (4) beheizbar ausgebildet ist.
Wärmepumpenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (4) elektrisch betrieben ausgebildet ist.
Wärmepumpenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (4) eine Heizleistung von 100 bis 1000 W, vorzugsweise von 200 bis 900 W, ganz besonders bevorzugt von 400 bis 750 W, aufweist.
Wärmepumpenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (4) wahlweise ein elektrisches Heizwiderstandselement und/oder ein Peltierelement aufweist.
Wärmepumpenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (4) klebend an der Oberfläche (3.1) befestigt ausgebildet ist.
Wärmepumpenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (3.1) von außen zugänglich ausgebildet ist.
Wärmepumpenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (3) als Plattenwärmeübertrager ausgebildet ist.
Wärmepumpenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (3.1) sowohl mit dem Kältemittelkreislauf (1) als auch mit dem Heizkreislauf (2) in thermischer Verbindung stehend ausgebildet ist.
Wärmepumpenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein größerer Teil der Oberfläche (3.1) mit dem Kältekreislauf (1) und ein kleinerer Teil der Oberfläche (3.1) mit dem Heizkreislauf (2) in thermischer Verbindung stehend ausgebildet ist.
Wärmepumpenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältekreislauf (1) in einem Gehäuse außerhalb eines Gebäudes angeordnet ist.
Verfahren zum Betrieb einer Wärmepumpenvorrichtung gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (3.1) des Kondensators (3) bei Eintritt einer vordefinierten Situation beheizt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die vordefinierte Situation eintritt, wenn ein zum Kältekreislauf (1) gehörender Verdampfer abgetaut werden soll bzw. wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die vordefinierte Situation eintritt, wenn die Wärmeabgabeleistung der Wärmepumpenvorrichtung gesteigert werden soll bzw. wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die vordefinierte Situation eintritt, wenn der Kondensator (3) vor einem Einfrieren geschützt werden soll bzw. wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältekreislauf (1) mit Propan als Kältemittel betrieben wird.