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Stand der Technik
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Es sind bereits Wärmepumpeneinrichtungen zum Heizen und/oder Kühlen zumindest eines Raums und/oder eines Nutzfluids mit einem Kältemittelkreis zum Umwälzen eines Kältemittels bekannt, wobei der Kältemittelkreis einen Verdampfer, einen Kompressor, einen Kondensator, eine Drosseleinrichtung sowie Verbindungsleitungen zum Kältemittel leitenden Verbinden der vorgenannten Komponenten umfasst, wobei der Kältemittelkreis ausgebildet ist für einen Betrieb mit Phasen der Kompression und der Expansion des Kältemittels.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von einer Wärmepumpeneinrichtung zum Heizen und/oder Kühlen zumindest eines Raums und/oder eines Nutzfluids. Die Wärmepumpeneinrichtung weist einen Kältemittelkreis zum Umwälzen eines Kältemittels auf. Der Kältemittelkreis umfasst zumindest einen Verdampfer, zumindest einen Kompressor, zumindest einen Kondensator, zumindest eine Drosseleinrichtung sowie Verbindungsleitungen zum Kältemittel leitenden Verbinden der vorgenannten Komponenten. Der Kältemittelkreis ist für einen Betrieb mit Phasen der Kompression und Phasen der Expansion des Kältemittels ausgebildet.
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Es wird vorgeschlagen, dass der Kältemittelkreis eine Homogenisierungseinrichtung umfasst. Die Homogenisierungseinrichtung ist Kältemittel leitend verbunden zwischen Drosseleinrichtung und Verdampfer angeordnet. Die Homogenisierungseinrichtung weist eine, insbesondere statische, Homogenisierungseinheit auf. Die Homogenisierungseinheit ist dazu vorgesehen, das Kältemittel zu homogenisieren, insbesondere flüssige Bestandteile und gasförmige Bestandteile des Kältemittels zu einem im Wesentlichen homogenen Kältemittelschaum oder Kältemittelnebel zu vermischen.
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Diese Ausgestaltung hat insbesondere den Vorteil, dass dem Verdampfer ein homogenisiertes Kältemittel zur Verdampfung zugeführt wird.
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Unter einer Wärmepumpeneinrichtung soll hier insbesondere eine Heiz- und/oder Kühleinrichtung zum Heizen und/oder Kühlen zumindest eines Raums verstanden werden. Alternativ oder ergänzend soll hier unter einer Wärmepumpeneinrichtung insbesondere eine Heiz- und/oder Kühleinrichtung zum Heizen und/oder Kühlen eines Nutzfluids, beispielsweise ein Trinkwasser, ein Heizwasser, ein Kühlwasser, eine Heizluft und/oder eine Kühlluft, verstanden werden. Eine Wärme- und/oder Kälteerzeugung erfolgt insbesondere mittels eines Wärmepumpenprozesses. Unter einem Raum soll hier insbesondere ein Aufenthaltsraum, ein Wohnraum, ein Technikraum, ein Nutzraum, ein Kühlraum, ein Gebäude, ein Gebäudeabschnitt, ein Gebäudeteil oder eine Halle verstanden werden. Unter einem Kältemittel soll hier insbesondere ein Arbeitsmittel zur Anwendung in dem Wärmepumpenprozess verstanden werden, mit dem Wärme transportiert werden kann. Unter einem Kältemittelkreis soll hier insbesondere ein aus folgenden Komponenten zusammengesetztes Kreislaufsystem verstanden werden, das mit Kältemittel füllbar oder gefüllt ist und durch das das Kältemittel zirkulieren kann. In einem Betrieb der Wärmepumpeneinrichtung nimmt das Kältemittel im Kältemittelkreis insbesondere verschiedene Aggregatzustände wie flüssig und gasförmig an. Unter einem Kältemittel soll hier insbesondere ein Kältemittel in flüssigem Aggregatzustand (flüssige Phase) und/oder in gasförmigem Aggregatzustand (gasförmige Phase) verstanden werden. Das Kältemittel kann in einem Abschnitt des Kältemittelkreises im Wesentlichen flüssig vorliegen. Das Kältemittel kann in einem Abschnitt des Kältemittelkreises im Wesentlichen gasförmig vorliegen. Das Kältemittel kann in einem Abschnitt des Kältemittelkreises als Zweiphasengemisch mit sowohl flüssigen Bestandteilen als auch gasförmigen Bestandteilen vorliegen. Unter einem Kältemittel soll hier insbesondere auch eine Kältemittelströmung und/oder ein Kältemittelmengenstrom verstanden werden. Unter einem Verdampfer soll hier insbesondere ein Wärmeübertrager verstanden werden, der in einem Heizbetrieb der Wärmepumpeneinrichtung zum Übertragen von Wärme von einer Wärmequelle auf das Kältemittel und zum Verdampfen des Kältemittels dient. Der Verdampfer kann insbesondere in einem Kanal oder in mehreren, insbesondere parallelen, Kanälen von Kältemittel durchströmt sein. Bei der Wärmequelle kann es sich insbesondere um Außenluft, Abluft, Soleflüssigkeit, Grundwasser und/oder Brunnenwasser handeln. Unter einem Kompressor soll hier insbesondere eine Einrichtung zum Verdichten und Fördern des Kältemittels, insbesondere des gasförmigen Kältemittels, verstanden werden. Unter einem Kondensator soll hier insbesondere ein Wärmeübertrager verstanden werden, der in einem Heizbetrieb der Wärmepumpeneinrichtung zum Übertragen von Wärme von dem Kältemittel auf eine Wärmesenke und zum Verflüssigen des Kältemittels dient. Unter einer Drosseleinrichtung soll hier insbesondere eine Einrichtung zur Mengensteuerung beziehungsweise Mengenregelung und/oder zum Expandieren des Kältemittels verstanden werden. Die Drosseleinrichtung kann insbesondere ein Auf/Zu-Ventil oder ein Proportionalventil umfassen. Unter einer Verbindungsleitung soll hier insbesondere eine Rohrleitung oder Schlauchleitung zum Kältemittel leitenden Verbinden der vorgenannten Komponenten verstanden werden, die so zu einem Kältemittelkreis verbunden sind. Je nach Betriebsart (Heizbetrieb, Kühlbetrieb) der Wärmepumpeneinrichtung kann sich das Kältemittel längs des Kältemittelkreises insbesondere in Phasen der Kompression oder der Expansion befinden. Insbesondere stromabwärts des Kompressors kann sich das Kältemittel in einer Phase der Kompression befinden. Insbesondere stromabwärts der Drosseleinrichtung kann sich das Kältemittel in einer Phase der Expansion befinden.
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Unter Homogenisieren soll hier insbesondere ein Vergleichmäßigen, Verteilen, Mischen, Schäumen, Vernebeln und/oder Zerstäuben verstanden werden. Unter einer Homogenisierungseinrichtung soll hier insbesondere eine Vorrichtung zum Mischen von Fluiden verstanden werden. Unter einer Homogenisierungseinrichtung soll hier insbesondere ein Vergleichmäßiger, Verteiler, Mischer, Schäumer, Vernebeler und/oder Zerstäuber verstanden werden. Die Homogenisierungseinrichtung ist insbesondere dazu vorgesehen, das Kältemittel, insbesondere ein Zweiphasengemisch des Kältemittels aus flüssigen und gasförmigen Bestandteilen, zu homogenisieren. Unter einer Homogenisierungseinrichtung kann hier insbesondere ein Phasenmischer beziehungsweise ein Aggregatzustandsmischer verstanden werden.
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Der Ausdruck „zwischen Komponente A und Komponente B“ kann hier insbesondere bedeuten stromabwärts der Komponente A und stromaufwärts der Komponente B im Kältemittelkreis, insbesondere in Bezug auf eine Hauptströmungsrichtung des Kältemittels, beispielsweise in einem Heizbetrieb der Wärmepumpeneinrichtung, wenn die Wärmepumpeneinrichtung als Wärmeerzeuger für den Raum arbeitet. Der Ausdruck „zwischen Komponente A und Komponente B“ kann hier insbesondere bedeuten zwischen einer der Komponente B zugewandten Seite der Komponente A und einer der Komponente A zugewandten Seite der Komponente B.
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Beim Durchströmen des Kältemittels durch die Drosseleinrichtung kann ein heterogenes Zweiphasengemisch mit recht großen, groben Fraktionen von flüssigem und/oder gasförmigem Aggregatzustand entstehen. In der Homogenisierungseinheit werden diese großen, groben Fraktionen in einen feinen Schaum oder feinen Nebel umgewandelt.
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Unter einem homogenen Kältemittelschaum beziehungsweise einem homogenen Kältemittelnebel (beide zusammengefasst und begrifflich verkürzt zu einem homogenen Kältemittel) soll hier insbesondere ein bis in kleine Abmessungen, insbesondere auf kleiner makroskopischer Ebene, im Wesentlichen gleichmäßiges Zweiphasengemisch verstanden werden. Das Zweiphasengemisch weist miteinander vermengte flüssige und gasförmige Kältemittelbestandteile auf. Ein homogener Kältemittelschaum weist gasförmige Kältemittelblasen von im Wesentlichen gleichmäßiger Blasengröße und im Wesentlichen gleichmäßiger räumlicher Verteilung in umgebender Kältemittelflüssigkeit auf. Ein homogener Kältemittelnebel weist flüssige Kältemittelpartikel von im Wesentlichen gleichmäßiger Partikelgröße und im Wesentlichen gleichmäßiger räumlicher Verteilung in umgebendem Kältemittelgas auf.
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Dass der Kältemittelschaum beziehungsweise Kältemittelnebel in kleinsten Abmessungen, insbesondere auf mikroskopischer Ebene, eine Heterogenität erkennen lässt, soll kein Widerspruch zu der vorstehenden Definition sein.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Wärmepumpeneinrichtung einen Trägermediumkreis zum Umwälzen eines, insbesondere flüssigen, Trägermediums auf. Der Trägermediumkreis ist Trägermedium leitend mit dem Kältemittelkreis verbunden. Der Trägermediumkreis ist dazu ausgebildet, dem Kältemittel im Kältemittelkreis ein Trägermedium zuzuführen.
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Unter einem Trägermedium soll hier insbesondere ein fluides Hilfsmittel verstanden werden. Das Trägermedium kann unter den Betriebsbedingungen der Wärmepumpeneinrichtung flüssig sein. Alternativ kann das Trägermedium unter den Betriebsbedingungen der Wärmepumpeneinrichtung gasförmig sein. Das Trägermedium ist insbesondere so beschaffen, dass es chemisch nicht mit dem Kältemittel reagiert. Das Trägermedium begünstigt insbesondere die Homogenisierung des Kältemittels in der Homogenisierungseinrichtung. Das Trägermedium begünstigt insbesondere eine gleichmäßige Verteilung des Kältemittels im Verdampfer. Beispielsweise begünstigt das Trägermedium die gleichmäßige Verteilung des Kältemittels auf die mehreren parallel durchströmten Kanäle des Verdampfers. Insbesondere begünstigt das Trägermedium die gleichmäßige Massenverteilung von Kältemittel auf die Kanäle des Verdampfers. Das Trägermedium begünstigt die Verdampfung des Kältemittels im Verdampfer. Das Trägermedium begünstigt insbesondere die gleichmäßige Verdampfung des Kältemittels in den mehreren parallel durchströmten Kanälen des Verdampfers. Als Trägermedium kann ein zusätzliches Medium dienen, welches stromaufwärts der Homogenisierungseinrichtung dem Kältemittel zugemischt und stromabwärts des Verdampfers wieder vom Kältemittel getrennt wird. Hierzu kann beispielsweise ein Dichteunterschied zwischen Trägermedium und Kältemittel oder ein Größenunterschied zwischen den Molekülen von Trägermedium und Kältemittel verwendet werden. Alternativ kann als Trägermedium gasförmiges oder flüssiges Kältemittel dienen. Unter einem Trägermediumkreis soll hier insbesondere ein aus Verbindungsleitungen und anderen Komponenten zusammengesetztes Kreislaufsystem verstanden werden, das mit Trägermedium füllbar oder gefüllt ist und durch das das Trägermedium zirkulieren kann. Der Trägermediumkreis ist insbesondere abschnittsweise separat von dem Kältemittelkreis ausgebildet. Der Trägermediumkreis ist insbesondere abschnittsweise identisch mit dem Kältemittelkreis ausgebildet.
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Diese Ausgestaltung hat insbesondere den Vorteil, dass das Trägermedium einen Abschnitt des Kältemittelkreises durchströmt und hilft, das Kältemittel gleichmäßig auf den Verdampfer zu verteilen und/oder gleichmäßig im Verdampfer zu verdampfen.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Trägermediumkreis eine Einspeisevorrichtung. Die Einspeisevorrichtung dient insbesondere einem Zuführen und/oder Zumischen des Trägermediums zu dem stromaufwärts der Homogenisierungseinrichtung strömenden Kältemittel sowie einem Bilden eines Kältemittel-Trägermedium-Gemischs. Der Trägermediumkreis umfasst eine Abscheidevorrichtung. Die Abscheidevorrichtung dient insbesondere einem Abscheiden des Trägermediums aus dem stromabwärts des Verdampfers strömenden Kältemittel-Trägermedium-Gemisch. Der Trägermediumkreis umfasst eine Rückführleitung. Die Rückführleitung dient insbesondere einem Trägermedium leitenden Verbinden der Abscheidevorrichtung mit der Einspeisevorrichtung sowie einem Rückführen des Trägermediums von der Abscheidevorrichtung zur Einspeisevorrichtung.
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Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass das Trägermedium dem zirkulierenden Kältemittel gezielt zugeführt wird und diese zu einem Kältemittel-Trägermedium-Gemisch vermischt werden. Anschließend wird das Trägermedium wieder von dem Kältemittel abgeschieden. So durchläuft das Trägermedium nur den Abschnitt des Kältemittelkreises, der zur Erzielung seiner Funktion erforderlich ist.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Einspeisevorrichtung für das Trägermedium zwischen Drosseleinrichtung und Homogenisierungseinheit angeordnet.
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Unter einer Einspeisevorrichtung kann insbesondere eine Trägermedium leitende Einmündung des Trägermediumkreises in den Kältemittelkreis, beispielsweise in Form eines T-Stücks, verstanden werden. Die Einspeisevorrichtung kann insbesondere eine Venturidüse umfassen. Die in ihrem Hauptkanal von dem Kältemittel durchströmte Venturidüse saugt an ihrer Engstelle Trägermedium aus der Rückführleitung an und vermischt das Trägermedium mit dem Kältemittel. Die Einspeisevorrichtung kann insbesondere eine Strahlpumpe, insbesondere einen Ejektor, umfassen. Das in ihrem Hauptkanal strömende Kältemittel dient als Treibmedium, das über die Rückführleitung zugeführte Trägermedium dient als Saugmedium der Strahlpumpe. Die Strahlpumpe saugt mittels des Kältemittels das Trägermedium aus der Rückführleitung an und vermischt das Trägermedium mit dem Kältemittel.
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Die zurückgeführte Menge des Trägermediums bestimmt den Anteil des Kältemittels im Kältemittel-Trägermedium-Gemisch. So ist es möglich, einen homogenen Kältemittelschaum zu erzeugen, der durch den Verdampfer geleitet wird. Die Menge des zurückgeführten Trägermediums lässt sich einstellen, steuern oder regeln, insbesondere mittels einer entsprechenden konstruktiven Ausführung der Venturidüse, der Strahlpumpe und/oder der Fördereinrichtung, und/oder mittels einer Steuerung oder Regelung der Venturidüse, der Strahlpumpe und/oder der Fördereinrichtung.
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Diese Ausgestaltung hat insbesondere den Vorteil, dass das Trägermedium dem zirkulierenden Kältemittel gezielt an dem Abschnitt des Kältemittelkreis zugeführt wird, wo es die Homogenisierung des Kältemittels in der Homogenisierungseinrichtung und die sich anschließende gleichmäßige Verteilung des Kältemittels im Verdampfer begünstigen kann.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Abscheidevorrichtung zwischen Verdampfer und Kompressor angeordnet.
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Unter einer Abscheidevorrichtung kann insbesondere eine Trägermedium leitende Ausmündung des Trägermediumkreises aus dem Kältemittelkreis, beispielsweise in Form eines T-Stücks, verstanden werden. Die Abscheidevorrichtung entmischt das Kältemittel-Trägermedium-Gemisch und teilt es in die dann getrennt weiter strömenden Kältemittel und Trägermedium auf. Vorteilhafterweise umfasst die Abscheidevorrichtung zur Unterstützung der Abscheidung und Trennung von Kältemittel und Trägermedium eine Zentrifuge, einen Zyklon, einen Filter, eine Membran und/oder einen Akkumulator. Unter einem Akkumulator soll hier insbesondere ein Behälter zum Trennen des Kältemittel-Trägermedium-Gemischs in seine Bestandteile Kältemittel und Trägermedium verstanden werden. Die Trennung kann beispielsweise unter Einwirkung der Schwerkraft auf das Kältemittel-Trägermedium-Gemisch erfolgen. Verdampftes, gasförmiges Kältemittel kann sich in einem oberen Abschnitt des Akkumulators sammeln und von oben abgesaugt werden. Flüssiges Trägermedium kann sich in einem unteren Abschnitt des Akkumulators sammeln und nach unten abgeführt und zur Einspeisevorrichtung zurückgeführt werden. Unverdampftes, flüssiges Kältemittel kann sich mit dem Trägermedium sammeln und ebenfalls nach unten abgeführt und zurückgeführt werden.
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Diese Ausgestaltung hat insbesondere den Vorteil, dass das Trägermedium gezielt an dem Abschnitt des Kältemittelkreises abgeschieden wird, nachdem es die Homogenisierung des Kältemittels in der Homogenisierungseinrichtung und die sich anschließende gleichmäßige Verteilung des Kältemittels im Verdampfer erfüllt hat.
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In einer weiteren Ausführungsform ist in der Rückführleitung eine Fördereinrichtung zum Fördern des Trägermediums angeordnet ist.
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Je nach Beschaffenheit des Trägermediums kann die Fördereinrichtung eine Kreiselpumpe, eine Verdrängerpumpe oder ein Gebläse umfassen. Insbesondere kann es sich bei der Fördereinrichtung um eine in ihrer Förderleistung modulierbare Fördereinrichtung handeln. Diese Ausgestaltung hat insbesondere den Vorteil, dass das Trägermedium sicher zu der Einspeisevorrichtung zugeführt und von der Abscheidevorrichtung abgeführt werden kann. Die modulierbare Fördereinrichtung hat insbesondere den Vorteil, dass eine Trägermediummenge geregelt werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform weist der Kältemittelkreis einen Absetzbehälter auf. Der Absetzbehälter ist Kältemittel leitend verbunden zwischen der Drosseleinrichtung und der Homogenisierungseinrichtung angeordnet. Der Absetzbehälter ist dazu ausgebildet, das Kältemittel in seine, insbesondere flüssigen und gasförmigen, Bestandteile zu trennen. Der Absetzbehälter ist dazu ausgebildet, der Homogenisierungseinrichtung, insbesondere der Homogenisierungseinheit, die Bestandteile getrennt zuzuführen.
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Unter einem Absetzbehälter soll hier insbesondere ein Behälter zum Trennen des heterogenen Kältemittel-Zweiphasengemischs aus der Drosseleinrichtung in seine flüssigen und gasförmigen Bestandteile verstanden werden. Die Trennung kann beispielsweise unter Einwirkung der Schwerkraft auf das Zweiphasengemisch erfolgen. Das Kältemittel-Zweiphasengemisch wird dem Absetzbehälter über eine gemeinsame Zuführleitung zugeführt. Leichtes, gasförmiges Kältemittel kann sich in einem oberen Abschnitt des Absetzbehälters sammeln und nach oben in eine Gasleitung abgeführt werden. Schweres, flüssiges Kältemittel kann sich in einem unteren Abschnitt des Absetzbehälters sammeln und nach unten in eine Flüssigkeitsleitung abgeführt werden. Die Gasleitung und die Flüssigkeitsleitung münden an der Homogenisierungseinheit. Das gasförmige Kältemittel und das flüssige Kältemittel werden der Homogenisierungseinheit getrennt zugeführt. Dort werden sie kontrolliert zusammengeführt und zu einem homogenen Kältemittel vermischt.
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Die Homogenisierungseinheit ist beispielsweise als Zweistoffdüse ausgeführt, die mit den zwei Stoffen gasförmiges Kältemittel und flüssiges Kältemittel arbeitet.
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Diese Ausgestaltung hat insbesondere den Vorteil, dass die Homogenisierungseinheit die beiden Stoffe oder Bestandteile getrennt empfängt und gezielt zusammenführt, so dass ein homogenes Kältemittel entstehen kann.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Drosseleinrichtung zumindest ein steuerbares oder regelbares Ventilelement zum regelbaren Dosieren des Kältemittels.
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Unter einem regelbaren Dosieren soll hier insbesondere eine Mengensteuerung oder Mengenregelung einer durch die Drosseleinrichtung strömenden Kältemittelmenge verstanden werden. Unter einem steuerbaren oder regelbaren Ventilelement soll hier insbesondere ein Ventilelement zum Steuern oder Regeln der Kältemittelmenge verstanden werden.
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Diese Ausgestaltung hat insbesondere den Vorteil, dass das Kältemittel, insbesondere die Kältemittelmenge, dem Verdampfer, der Homogenisierungseinrichtung, der Homogenisierungseinheit, dem Absetzbehälter und/oder der Einspeisevorrichtung gesteuert oder geregelt zugeführt werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Homogenisierungseinheit zu einer zumindest teilweisen Expansion des Kältemittels während eines Betriebs der Wärmepumpeneinrichtung ausgebildet.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Einspeisevorrichtung zu einer zumindest teilweisen Expansion des Kältemittels während eines Betriebs der Wärmepumpeneinrichtung ausgebildet.
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Darunter, dass eine Komponente wie die Homogenisierungseinheit oder die Einspeisevorrichtung zu einer zumindest teilweisen Expansion des Kältemittels ausgebildet ist, soll hier insbesondere verstanden werden, dass das Kältemittel beim Durchströmen dieser Komponente zumindest einen Teil seines Drucks beispielsweise in Umlenkungen, Verwirbelungen, Beschleunigungen und/oder Verzögerungen der Kältemittelströmung sowie beim Überwinden von Strömungshindernissen abbaut.
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Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Expansion des Kältemittels vor Eintritt in den Verdampfer sichergestellt ist und die Komponente sicher durchströmt werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Homogenisierungseinheit als statischer Mischer zum Erzeugen eines homogenen Kältemittels ausgebildet. Der statische Mischer umfasst zumindest ein statisches, die Kältemittelströmung beeinflussendes Element zum Vermischen, insbesondere Aufteilen, Umlenken, Verwirbeln und/oder Zusammenführen, der, insbesondere flüssigen und gasförmigen, Bestandteile des Kältemittels.
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Unter einem statischen Mischer oder Statikmischer soll hier insbesondere eine Vorrichtung zum Mischen von Fluiden verstanden werden, in der allein die Strömungsbewegung die Vermischung bewirkt und die nicht über bewegte Elemente verfügt. Ein statischer Mischer umfasst zumindest ein, bevorzugt mehrere, insbesondere in einem Rohr angeordnete, strömungsbeeinflussende Elemente. Diese strömungsbeeinflussenden Elemente teilen abwechselnd den Stoffstrom auf und führen ihn dann wieder zusammen, wodurch die Vermischung erreicht wird. Die strömungsbeeinflussenden Elemente sind beispielsweise schrauben-, lamellen- oder auch gitterförmig ausgebildet. Die Elemente teilen den Stoffstrom, verdrehen die Ströme und führen sie wieder zusammen.
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Vorteilhafterweise erfolgt zumindest ein Teil des Druckabbaus im statischen Mischer. Die dabei freiwerdende Energie kann für die einzelnen Strömungsumlenkungen und damit für den eigentlichen Mischprozess verwendet werden.
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Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass das Kältemittel-Zweiphasengemisch effektiv und sicher zu einem homogenen Kältemittel gewandelt wird. Der statische Mischer ist einfach aufgebaut, kostengünstig herzustellen, robust im Betrieb, neigt nicht zur Verstopfung, und hochwirksam in Bezug auf die Homogenisierung. Der statische Mischer ist insbesondere geeignet, einen Kältemittelschaum zu erzeugen, indem gasförmige Bestandteile des Kältemittels in einer Umgebung aus flüssigem Kältemittel mehrfach zu immer kleineren Blasen zerteilt und zerkleinert werden.
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Als Alternative ist die Homogenisierungseinheit als dynamischer Mischer zum Erzeugen eines homogenen Kältemittels ausgebildet. Der dynamischer Mischer umfasst zumindest ein bewegliches, die Kältemittelströmung beeinflussendes Element zum Vermischen, insbesondere Aufteilen, Umlenken, Verwirbeln und/oder Zusammenführen, der, insbesondere flüssigen und gasförmigen, Bestandteile des Kältemittels.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Homogenisierungseinheit als Düse zum Erzeugen eines homogenen Kältemittels ausgebildet. Die Düse kann insbesondere als Injektionsdüse oder Zerstäuberdüse oder Zweistoffdüse ausgebildet sein. Die Düse umfasst zumindest ein statisches Element zum Zerstäuben der, insbesondere flüssigen und gasförmigen, Bestandteile des Kältemittels.
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Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass das Kältemittel-Zweiphasengemisch effektiv und sicher zu einem homogenen Kältemittel gewandelt wird. Die Düse ist einfach aufgebaut, kostengünstig herzustellen, robust im Betrieb, und hochwirksam in Bezug auf die Homogenisierung. Die Düse ist insbesondere geeignet, einen Kältemittelnebel zu erzeugen, indem flüssige Bestandteile des Kältemittels von der Düse in einer Atmosphäre gasförmigen Kältemittels zu kleinen Kältemittelpartikeln zerstäubt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform bilden die Drosseleinrichtung und die als Düse ausgebildete Homogenisierungseinheit eine Funktionseinheit, insbesondere eine Baueinheit, insbesondere in Form eines Nadelventils.
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Unter einer Funktionseinheit soll hier insbesondere verstanden werden, dass ein Bauteil zwei Funktionen erfüllt. Unter einer Baueinheit soll hier insbesondere verstanden werden, dass zwei Bauteile zu einem Bauteil verschmolzen sind. Ein Nadelventil dient sowohl als Dosierventil zur Mengensteuerung oder Mengenregelung beispielsweise des Kältemittels als auch als Düse zur Vermischung, insbesondere Zerstäubung, der flüssigen und gasförmigen Bestandteile des Kältemittels.
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Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass ein Bauraum bei guter Funktionserfüllung reduziert werden kann.
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Figurenliste
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Weitere Ausgestaltungen und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen
- 1 einen Kältemittelkreis für eine erste Wärmepumpeneinrichtung,
- 2 einen Kältemittelkreis für eine zweite Wärmepumpeneinrichtung,
- 3 einen Kältemittelkreis für eine dritte Wärmepumpeneinrichtung,
- 4 einen Kältemittelkreis für eine vierte Wärmepumpeneinrichtung,
- 5 einen Kältemittelkreis für eine fünfte Wärmepumpeneinrichtung,
- 6 eine Drosseleinrichtung mit Homogenisierungseinrichtung,
- 7 eine Drosseleinrichtung in Baueinheit mit einer Homogenisierungseinheit,
- 8 eine Homogenisierungseinheit.
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1 zeigt ein grundlegendes Prinzip eines Kältemittelkreises 100 für eine Wärmepumpeneinrichtung zum Heizen und/oder Kühlen zumindest eines Raums.
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Durch den Kältemittelkreis 100 wird ein Kältemittel 10 umgewälzt. Der Kältemittelkreis 100 umfasst einen Verdampfer 102, insbesondere zum Verdampfen eines Kältemittels 10. Der Kältemittelkreis 100 umfasst einen Kompressor 104, insbesondere zum Verdichten des Kältemittels 10. Der Kältemittelkreis 100 umfasst einen Kondensator 106, insbesondere zum Verflüssigen des Kältemittels 10. Der Kältemittelkreis 100 umfasst eine Drosseleinrichtung 108, insbesondere zum Steuern oder Regeln und/oder Expandieren der umgewälzten Kältemittelmenge 10. Der Kältemittelkreis 100 umfasst Verbindungsleitungen 116, insbesondere zum Kältemittel 10 leitenden Verbinden der vorgenannten Komponenten 102, 104, 106, 108. Der Kältemittelkreis 100 ist für einen Betrieb mit Phasen der Kompression und der Expansion des Kältemittels 10 ausgebildet.
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Die in der Zeichnung dargestellten Verindungsleitungen 116 zeigen mit Pfeilen eine Strömungsrichtung des Kältemittels 10 durch den Kältemittelkreis 100, wie sie für einen Heizbetrieb (Normalbetrieb) der Wärmepumpeneinrichtung vorgesehen ist. In einem Kühlbetrieb zum Kühlen des Raums, oder in einem Abtaubetrieb zum Abtauen des Verdampfers 102, kann sich die Strömungsrichtung umkehren.
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Die Dosierung und/oder Entspannung des Kältemittels 10 in der Drosseleinrichtung 108 führt zur Absenkung seiner Temperatur und teilweisen Verdampfung. Bei der Expansion entsteht ein inhomogenes Gemisch aus flüssigen Bestandteilen 12 und gasförmigen Bestandteilen 14 des Kältemittels 10.
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In herkömmlichen Kältemittelkreisen 100 würde sich das inhomogene Kältemittelgemisch 10 mit ungleichen Massenanteilen auf die einzelnen Kältemittelkanäle des Verdampfers 102 aufteilen. Diese Ungleichverteilung würde in einzelnen Kanälen zur Überhitzung des Kältemittels 10 führen, während in anderen Kanälen am Austritt des Verdampfers 102 die Verdampfung teilweise noch nicht abgeschlossen wäre. Die hier vorgeschlagene Wärmepumpeneinrichtung homogenisiert das Kältemittel 10 und verteilt es gleichmäßig auf die einzelnen Kanäle des Verdampfers 102.
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2 zeigt einen Kältemittelkreis 100 für eine zweite Wärmepumpeneinrichtung.
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Der hier gezeigte Kältemittelkreis 100 umfasst weiter eine Homogenisierungseinrichtung 120. Die Homogenisierungseinrichtung 120 ist Kältemittel 10 leitend verbunden zwischen Drosseleinrichtung 108 und Verdampfer 102 angeordnet. Beim Durchströmen des Kältemittels 10 durch die Drosseleinrichtung 108 kann ein heterogenes Zweiphasengemisch mit recht großen, groben Fraktionen von flüssigem und/oder gasförmigem Aggregatzustand entstehen. Die Homogenisierungseinrichtung 120 weist eine, insbesondere statische, Homogenisierungseinheit 122 auf. Die Homogenisierungseinheit 122 ist dazu vorgesehen, das Kältemittel 10 zu homogenisieren. Die Homogenisierungseinheit 122 ist insbesondere dazu vorgesehen, flüssige Bestandteile 12 und gasförmige Bestandteile 14 des Kältemittels 10 zu einem im Wesentlichen homogenen Kältemittelschaum 10 oder Kältemittelnebel 10 zu vermischen.
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Die Drosseleinrichtung 108 kann ein steuerbares oder regelbares Ventilelement 118 zum regelbaren Dosieren des Kältemittels 10 umfassen.
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Der Kältemittelkreis 100 und insbesondere die Homogenisierungseinheit 122 sind so ausgelegt, dass das Kältemittel 10 während eines Betriebs der Wärmepumpeneinrichtung zumindest teilweise in der Homogenisierungseinheit expandiert.
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Die Homogenisierungseinheit 122 kann insbesondere als statischer Mischer 124 ausgebildet sein. Beim Durchströmen des statischen Mischers 124 wird das Kältemittel 10 homogenisiert, und werden insbesondere flüssige Bestandteile 12 und gasförmige Bestandteile 14 des Kältemittels 10 homogen vermischt.
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Alternativ oder ergänzend kann die Homogenisierungseinheit 122 als Düse 128, insbesondere als Injektionsdüse oder Zerstäuberdüse oder Zweistoffdüse, ausgebildet sein. Beim Durchströmen der Düse 128 wird das Kältemittel 10 homogenisiert, insbesondere werden die flüssigen Bestandteile 12 des Kältemittels 10 in den gasförmigen Bestandteilen 14 des Kältemittels 10 zerstäubt.
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Mit Hilfe der Homogenisierungseinrichtung 120, beispielsweise in Form einer Düse 128 oder eines statischen Mischers 124, erfolgt eine Vergleichmäßigung der Größenverteilung und Positionsverteilung der flüssigen und gasförmigen Kältemittelbestandteile 12, 14. Die, insbesondere parallelen, Kältemittelkanäle im Verdampfer 102 werden von gleichen Kältemittelmassenströmen durchströmt. Eine benötigte Oberfläche des Verdampfers 102 kann verkleinert werden. Eine Regelbarkeit der Drosseleinrichtung 108 verbessert sich, da keine größeren Schwankungen der Kältemitteltemperatur am Kältemittelaustritt des Verdampfers 102 durch unverdampftes Kältemittel 10 zu erwarten sind. Weiter wird die Effizienz des Verdampfers 102 durch Reduktion einer benötigten Kältemittelüberhitzung erhöht. Eine Vereisung einer einer Wärmequelle zugewandten Seite des Verdampfers 102 fällt bei gleichmäßiger Durchströmung der Kältemittelkanäle gleichfalls homogener aus. Abtauintervalle des Verdampfers 102 können verlängert werden. Durch die kleinere benötigte Verdampferoberfläche kann die Kältemittelmenge im Kältemittelkreis 100 reduziert werden, da eine Baugröße des Verdampfers 102 ein maßgeblicher Faktor für die benötigte Kältemittelmenge ist. Dies ist aus Sicherheitsgründen bei brennbaren Kältemitteln wie Alkanen (z.B. Propan) vorteilhaft.
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In einem Kühlbetrieb zum Kühlen des Raums, oder in einem Abtaubetrieb zum Abtauen des Verdampfers 102, kann sich die Strömungsrichtung umkehren. Für diesen Umkehrbetrieb kann ein (hier nicht dargestellter) Bypass vorgesehen werden, um eine ungewünschte Rückströmung durch die Homogenisierungseinrichtung 120 zu verhindern. Das Kältemittel 10 kann im Umkehrbetrieb durch den Bypass an der Homogenisierungseinrichtung 120 vorbeigeführt werden. Mittels einer Rückschlagarmatur wird gewährleistet, dass das Kältemittel 10 im Heizbetrieb (Normalbetrieb) nicht durch den Bypass, sondern durch die Homogenisierungseinrichtung 120 strömt.
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3 zeigt einen Kältemittelkreis 100 für eine dritte Wärmepumpeneinrichtung.
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Die Wärmepumpeneinrichtung umfasst neben dem hier gezeigten Kältemittelkreis 100 weiter einen Trägermediumkreis 200. Der Trägermediumkreis 200 ist Trägermedium 20 leitend mit dem Kältemittelkreis 100 verbunden. Der Trägermediumkreis 200 ist dazu ausgebildet, dem Kältemittel 10 im Kältemittelkreis 100 ein Trägermedium 20 zuzuführen. Im Trägermediumkreis wird ein, insbesondere flüssiges, Trägermedium 20 umgewälzt. Das Trägermedium 20 kann alternativ auch gasförmig sein.
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Der Trägermediumkreis 200 umfasst eine Einspeisevorrichtung 202 zum Zumischen des Trägermediums 20 zu dem Kältemittel 10, das stromaufwärts der Homogenisierungseinrichtung 120 strömt. Bei der Zumischung bildet sich ein Kältemittel-Trägermedium-Gemischs 30.
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Die Einspeisevorrichtung 202 ist zwischen der Drosseleinrichtung 108 und der Homogenisierungseinrichtung 120 angeordnet. Die Einspeisevorrichtung 202 kann als einfache Einmündung ausgestaltet sein.
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Der Trägermediumkreis 200 umfasst eine Abscheidevorrichtung 204 zum Abscheiden des Trägermediums 20 aus dem Kältemittel-Trägermedium-Gemisch 30, das stromabwärts des Verdampfers 102 strömt. Bei der Abscheidung trennen sich ein gasförmiges Kältemittel 10 und ein, insbesondere flüssiges, Trägermedium 20. Das gasförmige Kältemittel 10 wird aus der Abscheidevorrichtung 204, insbesondere entgegen der Schwerkraftrichtung nach oben, abgeführt und dem Kompressor 104 zugeleitet. Das, insbesondere flüssige, Trägermedium 20 wird aus der Abscheidevorrichtung 204, insbesondere in Schwerkraftrichtung nach unten, abgeführt.
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Die Abscheidevorrichtung 204 ist zwischen dem Verdampfer 102 und dem Kompressor 104 angeordnet. Die Abscheidevorrichtung 204 kann als einfache Ausmündung ausgestaltet sein.
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Der Trägermediumkreis 200 umfasst eine Rückführleitung 206 zum Trägermedium 20 leitenden Verbinden der Abscheidevorrichtung 204 und der Einspeisevorrichtung 202. Mittels der Rückführleitung 206 wird das Trägermedium 20 von der Abscheidevorrichtung 204 zur Einspeisevorrichtung 202 zurückgeführt und steht für eine neuerliche Zumischung zum Kältemittel 10 bereit.
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In der Rückführleitung 206 ist eine Fördereinrichtung 208 zum Fördern des Trägermediums 20 angeordnet.
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Der Trägermediumkreis 200 ist zwischen Einspeisevorrichtung 202 und Abscheidevorrichtung 204 im Bereich der Homogenisierungseinrichtung 120 und des Verdampfers 102 identisch mit dem Kältemittelkreis 100 ausgebildet. Der Trägermediumkreis 200 ist zwischen Abscheidevorrichtung 204 und Einspeisevorrichtung 202 im Bereich der Rückführleitung 206 und der Fördereinrichtung 208 separat vom Kältemittelkreis 100 ausgebildet.
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Mittels des Trägermediumkreises 200 wird das Kältemittel 10 vor dem Einströmen in die einzelnen Kältemittelkanäle des Verdampfers 102 homogen in einem Trägermedium 20 verteilt. Diese Verteilung erfolgt in der Homogenisierungseinrichtung 120.
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Das Trägermedium 20 kann ein zusätzliches, von dem Kältemittel 10 verschiedenes Trägermedium 20 sein. Alternativ kann als Trägermedium 20 auch das Kältemittel 10, beispielsweise in gasförmigem oder flüssigem Aggregatzustand, fungieren. Zur Homogenisierung des Kältemittels 10 im Trägermedium 20 wird ein statischer Mischer 124 verwendet.
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4 zeigt einen Kältemittelkreis 100 für eine vierte Wärmepumpeneinrichtung.
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Die Wärmepumpeneinrichtung umfasst neben dem hier gezeigten Kältemittelkreis 100 weiter einen Trägermediumkreis 200. Der Trägermediumkreis 200 ist Trägermedium 20 leitend mit dem Kältemittelkreis 100 verbunden. Der Trägermediumkreis 200 ist dazu ausgebildet, dem Kältemittel 10 im Kältemittelkreis 100 ein Trägermedium 20 zuzuführen. Im Trägermediumkreis 200 wird ein, insbesondere flüssiges, Trägermedium 20 umgewälzt. Das Trägermedium 20 kann alternativ auch gasförmig sein.
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Der Trägermediumkreis 200 umfasst eine Einspeisevorrichtung 202 zum Zumischen des Trägermediums 20 zu dem Kältemittel 10, das stromaufwärts der Homogenisierungseinrichtung 120 strömt. Bei der Zumischung bildet sich ein Kältemittel-Trägermedium-Gemischs 30.
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Die Einspeisevorrichtung 202 ist zwischen der Drosseleinrichtung 108 und der Homogenisierungseinrichtung 120 angeordnet. Die Einspeisevorrichtung 202 kann insbesondere eine Venturidüse oder einen Ejektor umfassen. Das Kältemittel 10 übt beim Durchströmen der Venturidüse und/oder des Ejektors eine Sogwirkung auf das Trägermedium 20 aus. Auf eine Fördereinrichtung 208 für das Trägermedium 20 in der Rückführleitung 206 kann so insbesondere verzichtet werden. In der Einspeisevorrichtung 202 erfolgt zumindest ein Teil des Druckabbaus, wie er sich auf dem Strömungsweg des Kältemittels 10 von der Drosseleinrichtung 108 bis zum Verdampfer 102 ergibt.
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Das Kältemittel-Trägermedium-Gemisch 30 durchströmt die Homogenisierungseinrichtung 120 und den Verdampfer 102. Das Trägermedium 20 im Kältemittel-Trägermedium-Gemisch 30 unterstützt die Homogenisierung des Kältemittels 10 und die gleichmäßige Verteilung des Kältemittels 10 in dem Verdampfer 102, insbesondere auf die mehreren, insbesondere parallelen, Kältemittelkanäle des Verdampfers 102.
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Der Trägermediumkreis 200 umfasst eine Abscheidevorrichtung 204 zum Abscheiden des Trägermediums 20 aus dem Kältemittel-Trägermedium-Gemisch 30, das stromabwärts des Verdampfers 102 strömt. Bei der Abscheidung entstehen ein gasförmiges Kältemittel 10 und ein davon getrenntes, insbesondere flüssiges, Trägermedium 20. Das gasförmige Kältemittel 10 wird aus der Abscheidevorrichtung 204, insbesondere entgegen der Schwerkraftrichtung nach oben, abgeführt und dem Kompressor 104 zugeleitet. Das, insbesondere flüssige, Trägermedium 20 wird aus der Abscheidevorrichtung 204, insbesondere in Schwerkraftrichtung nach unten, abgeführt.
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Die Abscheidevorrichtung 204 ist zwischen dem Verdampfer 102 und dem Kompressor 104 angeordnet. Die Abscheidevorrichtung 204 kann zum Abtrennen von gasförmigem Kältemittel 10 und, insbesondere flüssigem, Trägermedium 20 eine Zentrifuge, einen Zyklon, einen Filter, eine Membran und/oder einen Akkumulator 204 umfassen. In dem hier dargestellten Akkumulator 204 kann sich verdampftes, gasförmiges Kältemittel 10 in einem oberen Abschnitt des Akkumulators 204 sammeln und von oben abgesaugt werden. Über eine Verbindungsleitung 116 strömt es zum Kompressor 104. Flüssiges Trägermedium 20 kann sich in einem unteren Abschnitt des Akkumulators 204 sammeln und nach unten abgeführt werden. Der Trägermediumkreis 200 umfasst eine Rückführleitung 206 zum Trägermedium 20 leitenden Verbinden der Abscheidevorrichtung 204 und der Einspeisevorrichtung 202. Mittels der Rückführleitung 206 wird das Trägermedium 20 von der Abscheidevorrichtung 204 zur Einspeisevorrichtung 202 zurückgeführt und steht für eine neuerliche Zumischung zum Kältemittel 10 bereit.
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Der Trägermediumkreis 200 ist zwischen Einspeisevorrichtung 202 und Abscheidevorrichtung 204 im Bereich der Homogenisierungseinrichtung 120 und des Verdampfers 102 identisch mit dem Kältemittelkreis 100 ausgebildet. Der Trägermediumkreis 200 ist zwischen Abscheidevorrichtung 204 und Einspeisevorrichtung 202 im Bereich der Rückführleitung 206 und der Fördereinrichtung 208 separat vom Kältemittelkreis 100 ausgebildet.
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5 zeigt einen Kältemittelkreis 100 für eine fünfte Wärmepumpeneinrichtung.
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Der hier gezeigte Kältemittelkreis 100 umfasst weiter einen Absetzbehälter 110. Der Absetzbehälter 110 ist Kältemittel 10 leitend verbunden zwischen der Drosseleinrichtung 108 und der Homogenisierungseinrichtung 120 angeordnet. Der Absetzbehälter 110 ist dazu ausgebildet, das Kältemittel 10 in seine, insbesondere flüssigen und gasförmigen, Kältemittelbestandteile 12, 14 zu trennen. Der Absetzbehälter 110 ist dazu ausgebildet, der Homogenisierungseinrichtung 120 die, insbesondere flüssigen und gasförmigen, Bestandteile 12, 14 getrennt zuzuführen. Der Absetzbehälter 110 weist eine Gasleitung 114 für die gasförmigen Bestandteile 14 auf, die Gasleitung 114 verbindet einen entgegen der Schwerkraftrichtung oberen Abschnitt des Absetzbehälters 110 mit der Homogenisierungseinrichtung 120. Der Absetzbehälter 110 weist eine Flüssigkeitsleitung 112 für die flüssigen Bestandteile 12 auf, die Flüssigkeitsleitung 112 verbindet einen in Schwerkraftrichtung unteren Abschnitt des Absetzbehälters 110 mit der Homogenisierungseinrichtung 120. In der Homogenisierungseinrichtung 120 werden die Bestandteile 12, 14 zusammengeführt und miteinander vermischt. Die Homogenisierungseinheit 122 kann vorteilhafterweise eine Zweistoffdüse aufweisen mit zwei Eingangsöffnungen für das Kältemittel 10, je eine Eingangsöffnung für die flüssigen Bestandteile 12 und für die gasförmigen Bestandteile 14 des Kältemittels. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung einer Zweistoffdüse mit äußerer Durchmischung.
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6 zeigt eine Drosseleinrichtung 108 und eine Homogenisierungseinrichtung 120.
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Die Drosseleinrichtung 108 ist zwischen dem Kondensator 106 und der Homogenisierungseinrichtung 120 im Kältemittelkreis 100 angeordnet, Kältemittel 10 leitend mit diesen verbunden mittels Verbindungsleitungen 116. Die Drosseleinrichtung 108 umfasst ein steuerbares oder regelbares Ventilelement 118 zum regelbaren Dosieren des Kältemittels 10. Mittels des Ventilelements 118 kann die durchgesetzte Kältemittelmenge gesteuert oder geregelt werden. Die Drosseleinrichtung 108 kann auch einer zumindest teilweisen Expansion des Kältemittels 10 dienen. Stromaufwärts steht flüssiges Kältemittel 10 an der Drosseleinrichtung 108 an. Beim Durchströmen der Drosseleinrichtung 108 verdampft ein Teil des Kältemittels 10. Hier liegt ein heterogenes Zweiphasengemisch mit gasförmigen Bestandteilen 14 und flüssigen Bestandteilen 12 in recht großen, groben Fraktionen nebeneinander vor.
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Die Homogenisierungseinrichtung 120 umfasst eine Homogenisierungseinheit 122, die hier als Düse 128, insbesondere als Injektionsdüse oder Zerstäuberdüse, ausgebildet ist. Mittels der Düse 128 wird das Kältemittel 10 homogenisiert. Die Kältemittel 10 benetzte, innere Düsengeometrie bildet ein statisches Element 130. Die flüssigen und gasförmigen Bestandteile 12, 14 des Kältemittels 10 durchströmen die Düse 128 entlang des statischen Elements 130. Das Kältemittel 10 wird darin beschleunigt. Beim Austritt aus der Düse 128 werden die flüssigen Bestandteile 12 des Kältemittels 10 zu kleinsten Partikeln (Tröpfchen) in dem gasförmigen Kältemittel 10 zerstäubt. Es entsteht ein homogener Kältemittelnebel aus gleichmäßig im Kältemittelgas verteilten Kältemittelpartikeln, der dem Verdampfer 102 zugeführt wird. Der Kältemittelnebel kann sich gleichmäßig im Verdampfer 102 verteilen, insbesondere gleichmäßig auf die mehreren, insbesondere parallel durchströmbaren, Kanäle des Verdampfers 102 verteilen.
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Der homogene Kältemittelnebel enthält sehr fein und homogen im Kältemitteldampf verteilte Kältemittelpartikel (Tröpfchen), die der Kältemittelströmung quasi schlupffrei folgen. Eine lokale Ungleichverteilung des Kältemittels 10 ist so sehr verringert. Die einzelnen, insbesondere parallelen, Kältemittelkanäle des Verdampfers 102 werden von gleichen Kältemittelmengen durchströmt.
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Die Drosseleinrichtung 108 kann insbesondere so ausgelegt werden, dass sie im Wesentlichen eine Steuerung oder Regelung der Kältemittelmenge übernimmt. Ein Teil, insbesondere ein Großteil, des Druckabbaus auf der Strecke zwischen Drosseleinrichtung 108 und Verdampfer 102 kann insbesondere in der Homogenisierungseinrichtung 120, beispielsweise in der Düse 128 oder in dem statischen Mischer 124, erfolgen. Dieser Druckabbau kann in der Homogenisierungseinrichtung 120 zur Homogenisierung, beispielsweise zum Zerstäuben, Zerteilen, Umlenken und/oder Mischen, verwendet werden. Zusätzlich kann optional über eine weitere (hier nicht dargestellte), insbesondere regelbare, Drosselstelle der benötigte Druck geregelt werden.
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7 zeigt eine Drosseleinrichtung 108 in Baueinheit mit einer Homogenisierungseinrichtung 120.
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Die Drosseleinrichtung 108 und die Homogenisierungseinrichtung 120, insbesondere die Homogenisierungseinheit 122, bilden eine Funktionseinheit und eine Baueinheit.
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Die Baueinheit umfasst eine Homogenisierungseinheit 122, die hier als Düse 128, insbesondere als Nadelventil, ausgebildet ist. Mittels der Düse 128 wird das Kältemittel 10 homogenisiert. Die Kältemittel 10 benetzte, innere Düsengeometrie bildet ein statisches Element 130. Das Kältemittel 10 durchströmt die Düse 128 entlang des statischen Elements 130. Das Kältemittel 10 wird darin beschleunigt. Beim Austritt aus der Düse 128 wird das Kältemittel 10 zu kleinsten flüssigen Partikeln (Tröpfchen) in gasförmigem Kältemittel 10 zerstäubt. Es entsteht ein homogener Kältemittelnebel 10 aus gleichmäßig im Kältemittelgas verteilten Kältemittelpartikeln, der dem Verdampfer 102 zugeführt wird. Der Kältemittelnebel 10 kann sich gleichmäßig im Verdampfer 102 verteilen, insbesondere gleichmäßig auf die mehreren, insbesondere parallel durchströmbaren, Kältemittelkanäle des Verdampfers 102 verteilen.
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Das Nadelventil umfasst eine axial verstellbare Nadel 118, die, insbesondere koaxial, in die Düse 128 hineinragt. Zwischen dem statischen Element 130 und der Nadel 118 bildet sich ein Ringspalt aus. Durch Verschieben der Nadel 118 in der Düse 128 lässt sich die offene, vom Kältemittel 10 durchströmbare Querschnittsfläche der Düse 128 verändern. So lässt sich die durchgesetzte Kältemittelmenge steuern oder regeln.
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8 zeigt eine Homogenisierungseinrichtung 120 mit Homogenisierungseinheit 122.
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Die Homogenisierungseinheit 122 umfasst einen statischen Mischer 124. Der statische Mischer 124 wird von Kältemittel 10 durchströmt. Alternativ wird der statische Mischer 124 von Kältemittel-Trägermedium-Gemisch 30 durchströmt. Der statische Mischer 124 ist so ausgelegt, dass nebeneinander vorliegende große, grobe Fraktionen flüssigen und gasförmigen Kältemittels 12, 14 beim Durchströmen des statischen Mischers 124 homogenisiert werden. Der statische Mischer 124 weist hier vier statische, die Kältemittelströmung beeinflussende Elemente 126 zum Vermischen des Kältemittels 10 oder des Kältemittel-Trägermedium-Gemischs 30 auf. Die flüssigen und gasförmigen KältemittelBestandteile 12, 14 werden beim Durchströmen des Mischers 124 an den statischen Elementen 126 mehrfach aufgeteilt, umgelenkt, verwirbelt und/oder zusammengeführt. Am Austritt des Kältemittels 10 aus dem statischen Mischer 124 liegt das Kältemittel 10 oder das Kältemittel-Trägermedium-Gemisch 30 homogen vor, insbesondere als homogener Kältemittelschaum 10.
