DE102022121699A1

DE102022121699A1 - Heat pump system with multi-stage heat transfer and method therefor

Info

Publication number: DE102022121699A1
Application number: DE102022121699.3A
Authority: DE
Inventors: Michael Sonnekalb; Jan Pitz
Original assignee: Konvekta AG
Current assignee: Konvekta AG
Priority date: 2022-08-26
Filing date: 2022-08-26
Publication date: 2024-02-29
Also published as: EP4328524A1

Abstract

Die Erfindung betrifft Wärmepumpenanlage (1), umfassend einen Kältemittelkreislauf (3) mit einem als Gaskühler/Kondensator ausgebildeten ersten Wärmeübertrager (7) und einen zum ersten Wärmeübertrager (7) in Kältemittelströmungsrichtung stromabwärts in Reihe geschalteten als Gaskühler/Kondensator ausgebildeten zweiten Wärmeübertrager (9), wobei die Wärmepumpenanlage (1) derart ausgebildet ist, dass für das Fluid in zum Kältemittel vorgesehener Gegenstromrichtung der nach einer Zuleitung (15) zweite Wärmeübertrager (9) stromaufwärts des ersten Wärmeübertragers (7) angeordnet ist, und die Leitung für das Fluid sich nach dem zweiten Wärmeübertrager (9) an einer Verzweigung (19) in zwei Leitungsabschnitte (21, 23) verzweigt, wobei davon der erste Leitungsabschnitt (21) fluidseitig den ersten Wärmeübertrager (7) umfasst und wobei der zweite Leitungsabschnitt (23) speicherlos zu einer Einmündung (31) in die Zuleitung (15) für das Fluid vor oder am Fluideinlass (17) des zweiten Wärmeübertragers (9) führt und eine Regelungseinrichtung (33) zum Regeln des Verhältnisses der Größe des Volumenstroms des ersten Teilstroms zur Größe des Volumenstroms des von der Verzweigung (19) in den zweiten Leitungsabschnitt (23) zur Einmündung (31) strömenden zweiten Teilstroms des Fluids angeordnet und ausgebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen Wärmepumpenanlage.The invention relates to a heat pump system (1), comprising a refrigerant circuit (3) with a first heat exchanger (7) designed as a gas cooler/condenser and a second heat exchanger (9) designed as a gas cooler/condenser and connected in series downstream of the first heat exchanger (7) in the refrigerant flow direction. , wherein the heat pump system (1) is designed in such a way that the second heat exchanger (9) after a supply line (15) is arranged upstream of the first heat exchanger (7) for the fluid in the countercurrent direction provided for the refrigerant, and the line for the fluid is arranged the second heat exchanger (9) branches into two line sections (21, 23) at a branch (19), the first line section (21) of which comprises the first heat exchanger (7) on the fluid side and the second line section (23) without storage leading to a confluence (31) leads into the supply line (15) for the fluid in front of or at the fluid inlet (17) of the second heat exchanger (9) and a control device (33) for regulating the ratio of the size of the volume flow of the first partial flow to the size of the volume flow of the Branch (19) is arranged and formed in the second line section (23) to the mouth (31) flowing second partial flow of the fluid. The invention further relates to a method for operating the heat pump system according to the invention.

Description

Gebiet der Technik:Field of technology:

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpenanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, mit der ein Fluid erwärmbar ist. Die Wärmepumpenanlage umfasst einen Kältemittelkreislauf mit wenigstens einem Expansionsorgan, einem Verdampfer, einem Verdichter, einem als Gaskühler/Kondensator ausgebildeten ersten Wärmeübertrager zum Übertragen von Wärme des verdichteten Kältemittels an das Fluid und einen zum ersten Wärmeübertrager in Kältemittelströmungsrichtung stromabwärts in Reihe geschalteten als Gaskühler/Kondensator ausgebildeten zweiten Wärmeübertrager zum Übertragen von Wärme des Kältemittels an das Fluid. Derartige Wärmepumpenanlagen werden insbesondere für die Wärmeversorgung eines Gebäudes, wie vor allem bei der Erwärmung von Brauchwasser, eingesetzt. Aber auch für die Wärmeversorgung von Fahrzeugen wie insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeugen werden derartige Wärmepumpenanlagen eingesetzt.The invention relates to a heat pump system according to the preamble of claim 1, with which a fluid can be heated. The heat pump system comprises a refrigerant circuit with at least one expansion element, an evaporator, a compressor, a first heat exchanger designed as a gas cooler/condenser for transferring heat from the compressed refrigerant to the fluid and a gas cooler/condenser connected in series downstream of the first heat exchanger in the refrigerant flow direction second heat exchanger for transferring heat from the refrigerant to the fluid. Such heat pump systems are used in particular to supply heat to a building, especially when heating domestic water. But such heat pump systems are also used to supply heat to vehicles, especially electric or hybrid vehicles.

Ein Gaskühler/Kondensator ist ein Gaskühler, wenn darin Kältemittel als Gas oder im überkritischen Zustand gekühlt aber nicht kondensiert werden soll, oder er ist ein Kondensator, wenn darin gasförmiges Kältemittel im unterkritischen Zustand kondensiert werden soll.A gas cooler/condenser is a gas cooler if refrigerant is to be cooled in it as a gas or in a supercritical state but not condensed, or it is a condenser if gaseous refrigerant is to be condensed in it in a subcritical state.

Stand der Technik:State of the art:

Bekannt sind Wärmepumpenanlagen wie beispielsweise in DE102010051976 A1 und in US2008/0041071 A1 mit zwei im Kältemittelkreislauf in Reihe geschalteten Gaskühlern/Kondensatoren, bei denen Wärme an Fluide eines jeweils angeschlossenen Fluidkreislaufs übertragen wird, wobei jedoch die beiden Fluidkreisläufe getrennt voneinander sind, sodass die Wärmeübertragung vom Kältemittel auf zwei getrennte Fluide aufgeteilt wird, was bei einer gewünscht möglichst großen Wärmeübertragung auf nur ein Fluid von Nachteil ist. In DE19939028 A1 ist eine Wärmepumpenanlage offenbart, bei der die im Kältemittelkreislauf in Reihe hintereinandergeschalteten Gaskühler/Kondensatoren zum Übertragen von Wärme des Kältemittels an dasselbe Fluid nämlich die in das Fahrzeug einströmende Luft eingesetzt werden. Jedoch ist der Volumenstrom der einströmenden Luft durch beide im Luftstrom hintereinander angeordnete Gaskühler/Kondensatoren gleich groß und die Luft, die in den im Luftstrom ersten Gaskühler/Kondensatoren einströmt, ist ungeheizt, was für eine effiziente Heizung bei gewünscht hoher Temperatur der Luft für den Fahrzeuginnenraum von Nachteil ist. Entsprechend nachteilig ist die in WO01/22011 A1 offenbarte Wärmepumpenanlage, bei der ein im Gegenstrom zum Kältemittel durch zwei in Reihe geschaltete Gaskühler/Kondensatoren strömendes Fluid geheizt wird. In EP2759773 A2 ist eine Wärmepumpenanlage offenbart, bei der im Kältemittelkreislauf zwei in Reihe geschaltete als Gaskühler/Kondensatoren angeordnete Wärmeübertrager zur Erwärmung eines im Gegenstrom zum Kältemittel durch die Wärmeübertrager strömendes Fluids eingesetzt werden. Heat pump systems such as in are known DE102010051976 A1 and in US2008/0041071 A1 with two gas coolers/condensers connected in series in the refrigerant circuit, in which heat is transferred to fluids of a respective connected fluid circuit, but the two fluid circuits are separate from one another, so that the heat transfer from the refrigerant is divided into two separate fluids, which is as large as possible Heat transfer to just one fluid is disadvantageous. In DE19939028 A1 A heat pump system is disclosed in which the gas coolers/condensers connected in series in the refrigerant circuit are used to transfer heat from the refrigerant to the same fluid, namely the air flowing into the vehicle. However, the volume flow of the incoming air through both gas coolers/condensers arranged one behind the other in the air flow is the same and the air that flows into the first gas cooler/condensers in the air flow is unheated, which ensures efficient heating at the desired high temperature of the air for the vehicle interior is disadvantageous. The in is correspondingly disadvantageous WO01/22011 A1 disclosed heat pump system, in which a fluid flowing in countercurrent to the refrigerant is heated by two gas coolers / condensers connected in series. In EP2759773 A2 A heat pump system is disclosed in which two heat exchangers connected in series as gas coolers/condensers are used in the refrigerant circuit to heat a fluid flowing through the heat exchangers in countercurrent to the refrigerant.

Dabei kann der Volumenstrom des Fluids durch den im Kältemittelkreislauf zweiten Wärmeübertrager größer als der Volumenstrom des Fluids durch den im Kältemittelkreislauf ersten Wärmeübertrager sein. Es kann bei der in EP2759773 A2 offenbarten Wärmepumpenanlage das Fluid nach Durchströmen des zweiten Wärmeübertragers an einer Verzweigung in zwei Teilströme aufgeteilt werden, wobei der erste Teilstrom zum ersten Wärmeübertrager und der zweite Teilstrom zu einem Heizkreislauf oder durch einen Pufferspeicher letztendlich zurück zum Fluideinlass des zweiten Wärmeübertragers gelangt. Die Größe des Volumenstroms des zweiten Teilstroms des Fluids, der durch den Pufferspeicher zurück zum Fluideinlass des zweiten Wärmeübertragers strömt, lässt sich unzureichend indirekt über ein Mischventil vor dem Heizkreislauf regeln, wobei je nach Heizbedarf im Heizkreislauf vom zweiten Teilstrom nachteilig ein Teil des Fluids für die Wärmeabgabe im Heizkreislauf abgezweigt wird. Außerdem wird nachteilig auch im Pufferspeicher beziehungsweise Zwischenspeicher im Laufe der Zeit ein Teil der Wärme des Fluids an die Umgebung abgegeben. Mit der Pumpe für das Fluid vor dem Fluideinlass des zweiten Wärmeübertragers ist immer nur nachteilig der gesamte Zustrom von Fluid zum zweiten Wärmeübertrager förderbar.The volume flow of the fluid through the second heat exchanger in the refrigerant circuit can be greater than the volume flow of the fluid through the first heat exchanger in the refrigerant circuit. It can be at the in EP2759773 A2 disclosed heat pump system, the fluid is divided into two partial flows at a branch after flowing through the second heat exchanger, the first partial flow reaching the first heat exchanger and the second partial flow reaching a heating circuit or through a buffer storage ultimately back to the fluid inlet of the second heat exchanger. The size of the volume flow of the second partial flow of the fluid, which flows through the buffer storage back to the fluid inlet of the second heat exchanger, can be regulated insufficiently indirectly via a mixing valve in front of the heating circuit, with a portion of the fluid from the second partial flow disadvantageously being used depending on the heating requirement in the heating circuit Heat emission is diverted in the heating circuit. In addition, a disadvantage is that over time some of the heat of the fluid is released into the environment in the buffer storage or intermediate storage. With the pump for the fluid in front of the fluid inlet of the second heat exchanger, it is always disadvantageous that the entire inflow of fluid to the second heat exchanger can be conveyed.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt also das Problem zugrunde, dass zur Erwärmung eines Fluids das Regeln der Strömung des Fluids bei zwei als Gaskühler/Kondensator ausgebildete im Kältemittelkreislauf in Reihe geschalteten Wärmeübertragern einer Wärmepumpenanlage unzureichend ist und der Verlust von Wärme zu hoch ist, was sich nachteilig hinsichtlich deren Effizienz auswirkt.The invention specified in claim 1 is therefore based on the problem that in order to heat a fluid, regulating the flow of the fluid in two heat exchangers of a heat pump system designed as a gas cooler/condenser and connected in series in the refrigerant circuit is insufficient and the loss of heat is too high, which has a detrimental effect on their efficiency.

Es ist somit Aufgabe eine verbesserte Wärmepumpenanlage, umfassend einen Kältemittelkreislauf mit zwei als Gaskühler/Kondensator ausgebildeten in Reihe geschalteten Wärmeübertragern für die Übertragung von Wärme vom Kältemittel auf ein Fluid bereitzustellen.It is therefore the task to provide an improved heat pump system, comprising a refrigerant circuit with two series-connected heat exchangers designed as a gas cooler/condenser for the transfer of heat from the refrigerant to a fluid.

Ein entsprechendes Problem liegt einem Verfahren zum Betreiben einer derartigen Wärmepumpenanlage zugrunde, sodass es eine weitere Aufgabe ist, diesbezüglich ein verbessertes Verfahren bereitzustellen.A corresponding problem underlies a method for operating such a heat pump system, so it is a further task to provide an improved method in this regard.

Zusammenfassung der Erfindung:Summary of the invention:

Das der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung zugrundeliegende Problem bezüglich einer Wärmepumpenanlage wird durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Dadurch, dass die Wärmepumpenanlage, mit der ein Fluid erwärmbar ist, einen Kältemittelkreislauf mit wenigstens einem Expansionsorgan, einem Verdampfer, einem Verdichter, einem als Gaskühler/Kondensator ausgebildeten ersten Wärmeübertrager zum Übertragen von Wärme des verdichteten Kältemittels an das Fluid und einen zum ersten Wärmeübertrager in Kältemittelströmungsrichtung stromabwärts in Reihe geschalteten als Gaskühler/Kondensator ausgebildeten zweiten Wärmeübertrager zum Übertragen von Wärme des Kältemittels an das Fluid umfasst, wobei die Wärmepumpenanlage derart ausgebildet ist, dass für das Fluid in zum Kältemittel vorgesehener Gegenstromrichtung der nach einer Zuleitung zweite Wärmeübertrager stromaufwärts des ersten Wärmeübertragers angeordnet ist, und die Leitung für das Fluid sich nach dem zweiten Wärmeübertrager an einer Verzweigung in zwei Leitungsabschnitte zur Aufteilung in einen ersten Teilstrom und einen zum erneuten Durchströmen des zweiten Wärmeübertragers vorgesehenen zweiten Teilstrom des Fluids verzweigt, wobei davon der erste Leitungsabschnitt für den ersten Teilstrom fluidseitig den ersten Wärmeübertrager umfasst, und wobei der zweite Leitungsabschnitt speicherlos zu einer Einmündung in die Zuleitung für das Fluid vor oder am Fluideinlass des zweiten Wärmeübertragers führt und wobei die Wärmepumpenanlage (1) eine Regelungseinrichtung umfasst, die zum Regeln des Verhältnisses der Größe des Volumenstroms des ersten Teilstroms zur Größe des Volumenstroms des von der Verzweigung in den zweiten Leitungsabschnitt zur Einmündung strömenden zweiten Teilstroms des Fluids angeordnet und ausgebildet ist, wird das Problem gelöst.The problem underlying the invention specified in claim 1 regarding a heat pump system is solved by the features listed in claim 1. Characterized in that the heat pump system, with which a fluid can be heated, has a refrigerant circuit with at least one expansion element, an evaporator, a compressor, a first heat exchanger designed as a gas cooler/condenser for transferring heat from the compressed refrigerant to the fluid and a first heat exchanger in Refrigerant flow direction downstream in series connected second heat exchanger designed as a gas cooler / condenser for transferring heat of the refrigerant to the fluid, wherein the heat pump system is designed such that for the fluid in the countercurrent direction provided for the refrigerant after a supply line, the second heat exchanger is arranged upstream of the first heat exchanger is, and the line for the fluid branches off after the second heat exchanger at a junction into two line sections for division into a first partial flow and a second partial flow of the fluid provided for flowing through the second heat exchanger again, the first line section for the first partial flow being on the fluid side comprises the first heat exchanger, and wherein the second line section leads without storage to an opening into the supply line for the fluid in front of or at the fluid inlet of the second heat exchanger and wherein the heat pump system (1) comprises a control device which is used to regulate the ratio of the size of the volume flow of the first Partial flow is arranged and designed to the size of the volume flow of the second partial flow of fluid flowing from the branch into the second line section to the junction, the problem is solved.

Fluidseitig ist der Teil des jeweiligen Wärmeübertragers, der für das Durchströmen des Fluids vorgesehen ist.On the fluid side is the part of the respective heat exchanger that is intended for the fluid to flow through.

Speicherlos bedeutet hinsichtlich des zweiten Leitungsabschnitts, dass sich im zweiten Leitungsabschnitt kein Speicher befindet, in dem das Speichervolumen durch Durchströmung mit wärmeren Fluid erwärmt würde.With regard to the second line section, storageless means that there is no storage in the second line section in which the storage volume would be heated by the flow of warmer fluid.

Die Erfindung hat insbesondere den Vorteil, dass das Verhältnis der Größe des Volumenstroms des ersten Teilstroms zur Größe des Volumenstroms des für ein erneutes Durchströmen des zweiten Wärmeübertrager vorgesehenen zweiten Teilstroms des Fluids mit der Regelungseinrichtung regelbar ist. Damit lässt sich die Größe des Anteils des Volumenstroms des Fluids, der erneut durch den zweiten Wärmeübertrager strömt, einstellen. Es lässt sich damit die Temperatur des Fluids am Einlass des zweiten Wärmeübertragers regelbar erhöhen und das Verhältnis des Volumenstroms des Fluids durch den zweiten Wärmeübertrager zum geringeren Volumenstrom des Fluids durch den ersten Wärmeübertrager einstellen. Die Effizienz der Wärmepumpenanlage für einen gewünschten Temperaturhub des Fluids lässt sich durch entsprechend effizienzoptimiertes Regeln der Regelungseinrichtung erhöhen. Ein unnötiger Wärmeverlust des Fluids wird mangels Speicher im zweiten Leitungsabschnitt vermieden. Insbesondere für einen hohen Temperaturhub des Fluids ist die erfindungsgemäße Wärmepumpenanlage in ihrer Effizienz von Vorteil. Außerdem werden Material, Gewicht und Kosten wegen des Weglassens eines Speichers im zweiten Leitungsabschnitt eingespart.The invention has the particular advantage that the ratio of the size of the volume flow of the first partial flow to the size of the volume flow of the second partial flow of fluid intended for renewed flow through the second heat exchanger can be regulated with the control device. This allows the size of the proportion of the volume flow of the fluid that flows again through the second heat exchanger to be adjusted. This makes it possible to increase the temperature of the fluid at the inlet of the second heat exchanger in a controllable manner and to adjust the ratio of the volume flow of the fluid through the second heat exchanger to the lower volume flow of the fluid through the first heat exchanger. The efficiency of the heat pump system for a desired temperature range of the fluid can be increased by appropriately efficiency-optimized regulation of the control device. Unnecessary heat loss from the fluid is avoided due to the lack of storage in the second line section. The efficiency of the heat pump system according to the invention is particularly advantageous for a high temperature range of the fluid. In addition, material, weight and costs are saved due to the omission of a memory in the second line section.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstandes der Erfindung angegeben.Advantageous refinements, further developments and improvements of the respective subject matter of the invention are specified in the subclaims.

Vorzugsweise ist die Regelungseinrichtung derart an der Verzweigung oder im zweiten Leitungsabschnitt oder an der Einmündung angeordnet, dass der zweite Teilstrom des Fluids durch die Regelungseinrichtung strömen muss. Damit ist die Größe des Volumenstroms des zweiten Teilstroms direkt einstellbar, was vorteilhaft ein unmittelbares Regeln der Größe des Anteils des Fluidstroms, der erneut durch den zweiten Wärmeübertrager strömt bewirkt.Preferably, the control device is arranged at the branch or in the second line section or at the junction in such a way that the second partial flow of fluid must flow through the control device. This means that the size of the volume flow of the second partial flow can be adjusted directly, which advantageously results in direct regulation of the size of the portion of the fluid flow that flows again through the second heat exchanger.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführung ist der Kältemittelkreislauf der Wärmepumpenanlage derart ausgebildet, dass das Kältemittel im Hochdruckbereich des Kältemittelkreislaufs überkritisch und der erste Wärmeübertrager sowie der zweite Wärmeübertrager als Gaskühler zu betreiben sind. Für einen überkritischen Betrieb sind die Komponenten und Kältemittelleitungen des Kältemittelkreislaufs besonders druckbeständig und dicht ausgelegt. Überkritisch betriebene Kältemittel weisen lediglich eine Enthitzung auf, sodass sie gerade zum Erreichen eines großen Temperaturhubs, wie beispielsweise zur Erwärmung von Brauchwasser, gut geeignet sind. Insbesondere ist CO2 als Kältemittel dabei einsetzbar. Dazu müssen die Kältemittelleitungen und Komponenten des Hochdruckbereichs des Kältemittelkreislaufs ausreichend gasdicht und temperaturbeständig sein sowie eine Druckfestigkeit für über 140 bar Innendruck aufweisen.According to an advantageous embodiment, the refrigerant circuit of the heat pump system is designed such that the refrigerant in the high-pressure region of the refrigerant circuit is supercritical and the first heat exchanger and the second heat exchanger can be operated as gas coolers. For supercritical operation, the components and refrigerant lines of the refrigerant circuit are designed to be particularly pressure-resistant and leak-proof. Supercritically operated refrigerants only have deheating, so they are particularly suitable for achieving a large temperature range, such as for heating process water. In particular, CO2 can be used as a refrigerant. To do this, the refrigerant lines and components of the high-pressure area of the refrigerant circuit must be sufficiently gas-tight and temperature-resistant and have a pressure resistance for over 140 bar internal pressure.

Vorzugsweise sind der erste und zweite Wärmeübertrager derart ausgebildet, dass das zu erwärmende Fluid Wasser ist. Wasser ist ein günstiger ungiftiger Wärmeträger mit einer hohen Wärmekapazität. Für Wasser müssen die Leitungen und deren Komponenten wasserdicht und rostfrei sein. Die erfindungsgemäße Wärmepumpenanlage mit der erreichbaren effizient hohen Wärmeabgabe eignet sich besonders gut für die Erwärmung von Wasser, wie insbesondere Brauchwasser. Nach einer vorteilhaften Ausführung kommt dabei die Zuleitung des Fluids von einem Wassereintritt für Wasser und die Leitung vom Fluidauslass des ersten Wärmeübertragers führt zu einem Wasseraustritt. Mit dieser Ausführung ist das Wasser, wie beispielsweise Brauchwasser, direkt als das Fluid erwärmbar.Preferably, the first and second heat exchangers are designed such that the fluid to be heated is water. Water is a cheap, non-toxic heat transfer medium with a high heat capacity. For water, the pipes and their components must be waterproof and rustproof. The heat pump system according to the invention with the The efficiently high heat output that can be achieved is particularly suitable for heating water, especially industrial water. According to an advantageous embodiment, the supply line of the fluid comes from a water inlet for water and the line from the fluid outlet of the first heat exchanger leads to a water outlet. With this version, the water, such as process water, can be heated directly as the fluid.

Nach einer vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Wärmepumpenanlage sind der erste und zweite Wärmeübertrager auf Seiten des Fluids an einen Fluidkreislauf, in dem das Fluid zirkulierbar ist, angeschlossen. Das Fluid ist dabei als Wärmetransportmittel einsetzbar, was die Orte und Möglichkeiten des Heizens mit der Wärmepumpenanlage erweitert. Vorzugsweise ist dabei im Fluidkreislauf stromabwärts des ersten Wärmeübertragers und stromaufwärts des zweiten Wärmeübertragers ein dritter Wärmeübertrager zur Übertragung von Wärme des Fluids an ein zweites Fluid angeordnet. Damit lässt sich das zweite Fluid, wie zum Beispiel Brauchwasser, indirekt an den Kältemittelkreislauf angeschlossen erwärmen und braucht nicht direkt durch den ersten und zweiten Wärmeübertrager zu strömen. Gemäß einer vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Wärmepumpenanlage ist die Regelungseinrichtung als in der Pumpleistung regelbare Pumpe für das Fluid ausgebildet. Damit lässt sich die Größe des Volumenstroms des zweiten Teilstroms des Fluids gut regeln. Nach einer anderen vorteilhaften Ausführung ist die Regelungseinrichtung als Regelventil ausgebildet, was entsprechend gute Regelungsmöglichkeiten bietet. Insbesondere ein regelbares Drei-Wege-Ventil an der Verzweigung oder an der Einmündung des zweiten Leitungsabschnitts ist eine bevorzugte Ausbildung der Regelungseinrichtung, mit der die Aufteilung in den ersten und den zweiten Teilstrom des Fluids unmittelbar einstellbar ist.According to an advantageous embodiment of the heat pump system according to the invention, the first and second heat exchangers on the fluid side are connected to a fluid circuit in which the fluid can be circulated. The fluid can be used as a heat transport medium, which expands the locations and possibilities of heating with the heat pump system. Preferably, a third heat exchanger for transferring heat from the fluid to a second fluid is arranged in the fluid circuit downstream of the first heat exchanger and upstream of the second heat exchanger. This means that the second fluid, such as process water, can be heated indirectly connected to the refrigerant circuit and does not need to flow directly through the first and second heat exchangers. According to an advantageous embodiment of the heat pump system according to the invention, the control device is designed as a pump for the fluid whose pump output can be regulated. This allows the size of the volume flow of the second partial flow of the fluid to be easily regulated. According to another advantageous embodiment, the control device is designed as a control valve, which offers correspondingly good control options. In particular, a controllable three-way valve at the branch or at the junction of the second line section is a preferred embodiment of the control device, with which the division into the first and second partial flow of the fluid can be directly adjusted.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Wärmepumpenanlage ist in dem, den zweiten Wärmeübertrager fluidseitig umfassenden, von der Einmündung bis zur Verzweigung verlaufenden, Fluidleitungsabschnitt eine in der Pumpleistung regelbare Pumpe für das Fluid angeordnet. Damit ist die Größe des Volumenstroms des Fluids durch den zweiten Wärmeübertrager unmittelbar regelbar.According to an advantageous development of the heat pump system according to the invention, a pump for the fluid whose pump output can be regulated is arranged in the fluid line section which encompasses the second heat exchanger on the fluid side and runs from the junction to the branch. This means that the size of the volume flow of the fluid through the second heat exchanger can be directly regulated.

Nach einer vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Wärmepumpenanlage ist der Verdampfer als ein Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager ausgebildet und im Kältemittelkreislauf zur Wärmeübertragung von Umgebungsluft auf das Kältemittel angeordnet. Eine Leitungsverbindung zu einer anderen Wärmequelle ist entbehrlich.
Bei einer alternativen ebenfalls vorteilhaften Ausführung ist der Verdampfer als ein Kältemittel-Flüssigkeits-Wärmeübertrager ausgebildet und im Kältemittelkreislauf zur Wärmeübertragung von einer Wärmequellenflüssigkeit auf das Kältemittel, wie vorzugsweise einer Sole eines Solekreislaufs, angeordnet. Eine Wärmequellenflüssigkeit ist eine Flüssigkeit, die zum Transport von Wärme einer Wärmequelle vorgesehen ist.
Dadurch ist im Verdampfer Wärme von einer entfernten Wärmequelle, wie zum Beispiel bei Erdwärme, an das Kältemittel übertragbar.According to an advantageous embodiment of the heat pump system according to the invention, the evaporator is designed as a refrigerant-air heat exchanger and is arranged in the refrigerant circuit for heat transfer from ambient air to the refrigerant. A cable connection to another heat source is unnecessary.
In an alternative, also advantageous embodiment, the evaporator is designed as a refrigerant-liquid heat exchanger and is arranged in the refrigerant circuit for heat transfer from a heat source liquid to the refrigerant, such as preferably a brine of a brine circuit. A heat source fluid is a fluid designed to transport heat from a heat source.
This means that heat in the evaporator from a distant heat source, such as geothermal energy, can be transferred to the refrigerant.

Vorzugsweise sind der erste und zweite Wärmeübertrager zusammengefügt als eine Wärmeübertragungseinheit ausgebildet. Dieses ist eine besonders kompakte Ausführung, bei der der zweite Leitungsabschnitt aus der Wärmeübertragungseinheit für den für einen erneuten Durchlauf durch den zweiten Wärmeübertrager vorgesehenen zweiten Teilstrom des Fluids abzweigt und damit die Grenze zwischen dem ersten und zweiten Wärmeübertrager markiert.Preferably, the first and second heat exchangers are assembled together to form a heat transfer unit. This is a particularly compact design in which the second line section branches off from the heat transfer unit for the second partial flow of fluid intended to pass through the second heat exchanger again and thus marks the boundary between the first and second heat exchangers.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die erfindungsgemäßen Wärmepumpenanlage eine derart ausgebildet Steuerung, dass mit ihr die Regelungseinrichtung zum Regeln des Verhältnisses der Größe des Volumenstroms des ersten Teilstroms zur Größe des Volumenstroms des von der Verzweigung in den zweiten Leitungsabschnitt zur Einmündung strömenden zweiten Teilstroms des Fluids steuerbar ist. Damit ist die Größe des Volumenstroms des zweiten Teilstroms automatisch regelbar. Vorzugsweise ist die Steuerung derart ausgebildet ist, dass damit die Regelungseinrichtung zum Regeln des Verhältnisses der Größe des Volumenstroms des ersten Teilstroms zur Größe des Volumenstroms des zweiten Teilstroms im Bereich von 0,2 bis 0,5 je nach Betriebspunkt steuerbar ist. Bei dem damit im Vergleich zum Volumenstrom des ersten Teilstroms deutlich größeren Volumenstrom des zweiten Teilstroms ist die Wärmepumpenanlage effektiv zu betreiben.According to an advantageous development, the heat pump system according to the invention comprises a control designed in such a way that it can be used to control the control device for regulating the ratio of the size of the volume flow of the first partial flow to the size of the volume flow of the second partial flow of fluid flowing from the branch into the second line section to the junction . This means that the size of the volume flow of the second partial flow can be regulated automatically. The control is preferably designed in such a way that the control device for regulating the ratio of the size of the volume flow of the first partial flow to the size of the volume flow of the second partial flow can be controlled in the range from 0.2 to 0.5 depending on the operating point. With the volume flow of the second partial flow being significantly larger than the volume flow of the first partial flow, the heat pump system can be operated effectively.

Schließlich können die Merkmale der Unteransprüche für die erfindungsgemäße Wärmepumpenanlage im Wesentlichen frei miteinander und nicht durch die den Ansprüchen vorliegende Reihenfolge festgelegt kombiniert werden, sofern sie unabhängig voneinander sind und sich nicht gegenseitig ausschließen.Finally, the features of the subclaims for the heat pump system according to the invention can be combined essentially freely with one another and not determined by the order presented in the claims, provided they are independent of one another and are not mutually exclusive.

Das einem Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpenanlage zugrundeliegende Problem wird durch die im unabhängigen Verfahrensanspruch aufgeführten Merkmale gelöst. Dadurch, dass das Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Wärmepumpenanlage den Schritt des Regelns des Verhältnisses der Größe des Volumenstroms des ersten Teilstroms zur Größe des Volumenstroms des von der Verzweigung in den speicherlosen zweiten Leitungsabschnitt zur Einmündung strömenden zweiten Teilstroms des Fluids umfasst, wobei sich der zweite Teilstrom nach der Einmündung mit dem Fluid von der Zuleitung vermischt und erneut durch den zweiten Wärmeübertrager strömt, wird das Problem hinsichtlich eines Verfahrens gelöst. Vorzugsweise wird das Verhältnis der Größe des Volumenstroms des ersten Teilstroms zur Größe des Volumenstroms des zweiten Teilstroms im Bereich von 0,2 bis 0,5 je nach Betriebspunkt eingestellt. Der Volumenstrom des zweiten Teilstroms ist dabei also deutlich höher als der des ersten Teilstroms.The problem underlying a method for operating a heat pump system is solved by the features listed in the independent method claim. Because the method for operating a heat pump system according to the invention includes the step of regulating the ratio of the size of the volume flow of the first partial flow to the size of the volume flow of the second partial flow of fluid flowing from the branch into the storage-free second line section to the junction, wherein the second partial flow mixes with the fluid from the supply line after the junction and flows again through the second heat exchanger, the problem is solved in terms of a method. Preferably, the ratio of the size of the volume flow of the first partial flow to the size of the volume flow of the second partial flow is set in the range from 0.2 to 0.5 depending on the operating point. The volume flow of the second partial flow is therefore significantly higher than that of the first partial flow.

Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen und deren Vorzüge gelten entsprechend die obigen Angaben zur erfindungsgemäßen Wärmepumpenanlage.With regard to the advantages of the method according to the invention and advantageous refinements and further developments and their advantages, the above information regarding the heat pump system according to the invention applies accordingly.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen:Short description of the drawings:

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. Exemplary embodiments of the invention are explained using the drawings.

Es zeigen

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Wärmepumpenanlage;
2 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Wärmepumpenanlage;
3 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Wärmepumpenanlage;
4 ein Temperatur-Enthalpie-Diagramm der idealisierten Wärmeübergabe bei einer Wärmepumpenanlage mit nur einem Gaskühler im Vergleich zu der bei einer erfindungsgemäßen Wärmepumpenanlage; und
5 als Flussdiagramm ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Wärmepumpenanlage.

Show it

1 a schematic representation of an exemplary embodiment of a heat pump system according to the invention;
2 a schematic representation of a further exemplary embodiment of a heat pump system according to the invention;
3 a schematic representation of a further exemplary embodiment of a heat pump system according to the invention;
4 a temperature-enthalpy diagram of the idealized heat transfer in a heat pump system with only one gas cooler compared to that in a heat pump system according to the invention; and
5 as a flow chart an exemplary embodiment of a method for operating a heat pump system according to the invention.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung:Detailed description of the invention:

Alle Zeichnungen sind schematisch zu verstehen. Auf maßstabsgetreue Abbildungen wurde zum Zwecke erhöhter Klarheit der Darstellung verzichtet.All drawings are to be understood schematically. Figures that are true to scale have been omitted for the purpose of increasing the clarity of the illustration.

In 1 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Wärmepumpenanlage 1 dargestellt. Die Wärmepumpenanlage 1 dient zum Erwärmen eines Fluids und umfasst einen Kältemittelkreislauf 3 mit einem Verdichter 5 zum Verdichten des Kältemittels, einem als Gaskühler ausgebildeten ersten Wärmeübertrager 7, einem ebenfalls als Gaskühler ausgebildeten zweiten Wärmeübertrager 9, einem als Expansionsventil ausgebildeten Expansionsorgan 11 und einem als Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager ausgebildeten Verdampfer 13, welche über Kältemittelleitungen verbunden im Kreislauf angeordnet sind. Im Hochdruckbereich des Kältemittelkreislaufs 3 ist bei dieser Ausführung bei Betrieb das verdichtete Kältemittel im überkritischen Zustand. In diesem Fall ist das Kältemittel CO2. Dafür sind die Kältemittelleitungen und Komponenten des Kältemittelkreislaufs 3 entsprechend druckfest, temperaturbeständig und gasdicht ausgelegt. Denkbar sind auch andere geeignete Kältemittel, wie insbesondere solche mit einem hohen Enthitzungsanteil bei der Wärmeabgabe an ein Fluid. Hier kommen vor allem Gase in Betracht, deren Moleküle aus wenigen Atomen bestehen. Die Moleküle solcher Gase haben wenig Freiheitsgrade, was bedeutet, dass der Isentropenexponent hoch ist. Als Beispiel ist hier R-717 (Ammoniak) zu nennen. Der erste Wärmeübertrager 7 dient zum Übertragen von Wärme des verdichteten Kältemittels an ein Fluid, das in diesem Fall Wasser ist. Er ist beispielsweise als Platten-Wärmeübertrager ausgebildet.In 1 An exemplary embodiment of a heat pump system 1 according to the invention is shown schematically. The heat pump system 1 is used to heat a fluid and comprises a refrigerant circuit 3 with a compressor 5 for compressing the refrigerant, a first heat exchanger 7 designed as a gas cooler, a second heat exchanger 9 also designed as a gas cooler, an expansion element 11 designed as an expansion valve and an expansion element 11 designed as a refrigerant Air heat exchanger designed evaporator 13, which are connected in the circuit via refrigerant lines. In the high-pressure area of the refrigerant circuit 3, in this embodiment the compressed refrigerant is in a supercritical state during operation. In this case the refrigerant is CO2. For this purpose, the refrigerant lines and components of the refrigerant circuit 3 are designed to be pressure-resistant, temperature-resistant and gas-tight. Other suitable refrigerants are also conceivable, in particular those with a high proportion of heat removal when releasing heat to a fluid. Gases whose molecules consist of a few atoms are particularly important here. The molecules of such gases have few degrees of freedom, which means that the isentropic exponent is high. An example is R-717 (ammonia). The first heat exchanger 7 serves to transfer heat from the compressed refrigerant to a fluid, which in this case is water. For example, it is designed as a plate heat exchanger.

Denkbar sind auch andere Ausführungen der Wärmepumpenanlage 1, bei denen das Fluid ein anderes zur Wärmeaufnahme und zum Wärmetransport geeignetes Fluid ist, wie beispielsweise ein geeignetes Öl oder ein geeignetes Gas.Other designs of the heat pump system 1 are also conceivable, in which the fluid is another fluid suitable for absorbing and transporting heat, such as a suitable oil or a suitable gas.

Der erste Wärmeübertrager 7 ist in dieser Ausführung ein Enthitzer. Das verdichtete Kältemittel gelangt bei Betrieb der Wärmepumpenanlage 1 mit einer hohen Temperatur in den ersten Wärmeübertrager 7. Der zweite Wärmeübertrager 9 ist im Kältemittelkreis in Kältemittelströmungsrichtung zum ersten Wärmeübertrager 7 stromabwärts in Reihe geschaltet. Der zweite Wärmeübertrager 9 dient ebenfalls zum Übertragen von Wärme des Kältemittels an das Fluid. In ihm gibt bei Betrieb das vom ersten Wärmeübertrager 7 kommende Kältemittel weitere Wärme an das Fluid ab. Die Temperatur des Kältemittels im zweiten Wärmeübertrager 9 ist dabei entsprechend niedriger als im ersten Wärmeübertrager 7. Im Kältemittelkreislauf 3 wird bei Betrieb im auf den zweiten Wärmeübertrager 9 folgenden Expansionsorgan 11 das Kältemittel expandiert und gelangt zum Verdampfer 13, in dem es Wärme aus der den Verdampfer 13 durchströmender Luft, die in diesem Fall Umgebungsluft ist, aufnimmt. Denkbar ist auch eine andere Ausführung, bei der dem Verdampfer 13 aus einer anderen Wärmequelle Wärme zugeführt wird, wie beispielsweise durch einen an den Verdampfer 13 angeschlossenen Solekreislauf zur Zuführung von Erdwärme, wobei der Verdampfer 13 dabei als Kältemittel-Flüssigkeits-Wärmeübertrager ausgebildet ist.The first heat exchanger 7 is a desuperheater in this embodiment. When the heat pump system 1 is operated at a high temperature, the compressed refrigerant enters the first heat exchanger 7. The second heat exchanger 9 is connected in series in the refrigerant circuit in the refrigerant flow direction to the first heat exchanger 7 downstream. The second heat exchanger 9 also serves to transfer heat from the refrigerant to the fluid. During operation, the refrigerant coming from the first heat exchanger 7 releases further heat to the fluid. The temperature of the refrigerant in the second heat exchanger 9 is correspondingly lower than in the first heat exchanger 7. In the refrigerant circuit 3, during operation in the expansion element 11 following the second heat exchanger 9, the refrigerant expands and reaches the evaporator 13, in which heat is released from the evaporator 13 air flowing through, which in this case is ambient air. Another embodiment is also conceivable, in which heat is supplied to the evaporator 13 from another heat source, such as, for example, through a brine circuit connected to the evaporator 13 for supplying geothermal heat, the evaporator 13 being designed as a refrigerant-liquid heat exchanger.

Vom Verdampfer 13 strömt bei Betrieb das verdampfte Kältemittel in den Verdichter 5 durch dessen Saugeinlass zum erneuten Verdichten.During operation, the evaporated refrigerant flows from the evaporator 13 into the compressor 5 through its suction inlet for further compression.

Das bei Betrieb vom Wassereintritt 14 durch die Zuleitung 15 zum Fluideinlass 17 des zweiten Wärmeübertragers 9 in den zweiten Wärmeübertrager 9 einströmende Fluid nimmt dort in Gegenstromrichtung zum Kältemittel von diesem Wärme auf. Nach dem zweiten Wärmeübertrager 9 führt die Leitung für das Fluid zu einer Verzweigung 19 in zwei Leitungsabschnitte 21, 23. Der ersten Leitungsabschnitt 21 umfasst fluidseitig den ersten Wärmeübertrager 7. Bei Betrieb wird der vom zweiten Wärmeübertrager 9 kommende Fluidstrom an der Verzweigung 19 in einen ersten Teilstrom und einen zweiten Teilstrom aufgeteilt. Der erste Teilstrom des Fluids strömt durch den ersten Leitungsabschnitt 21, den Fluideinlass 25 in den ersten Wärmeübertrager 7 zur dortigen Aufnahme von Wärme vom in Gegenstromrichtung dazu strömenden Kältemittel. Vom Fluidauslass 27 des ersten Wärmeübertragers 7 führt der erste Leitungsabschnitt 21 weiter zum Wasseraustritt 29, durch den in dieser Ausführung das erwärmte Fluid des ersten Teilstroms zur vorgesehenen Verwendung, wie beispielsweise als Brauchwasser, austritt. Optional kann vor der vorgesehenen Verwendung des Fluids noch ein Pufferspeicher zum Zwischenspeichern des erwärmten Fluids angeordnet sein.The fluid flowing into the second heat exchanger 9 during operation from the water inlet 14 through the supply line 15 to the fluid inlet 17 of the second heat exchanger 9 absorbs heat from the refrigerant there in the countercurrent direction to the refrigerant. After the second heat exchanger 9, the line for the fluid leads to a branch 19 into two line sections 21, 23. The first line section 21 includes the first heat exchanger 7 on the fluid side. During operation, the fluid flow coming from the second heat exchanger 9 is converted into a first at the branch 19 Partial flow and a second partial flow divided. The first partial flow of the fluid flows through the first line section 21, the fluid inlet 25, into the first heat exchanger 7 for the absorption of heat there from the refrigerant flowing in the countercurrent direction. From the fluid outlet 27 of the first heat exchanger 7, the first line section 21 continues to the water outlet 29, through which, in this embodiment, the heated fluid of the first partial flow exits for the intended use, such as service water. Optionally, a buffer store for temporarily storing the heated fluid can be arranged before the intended use of the fluid.

Der zweite Leitungsabschnitt 23 nach der Verzweigung 19 ist bei Betrieb für den zweiten Teilstrom des Fluids vorgesehen. Der zweite Leitungsabschnitt 23 führt speicherlos von der Verzweigung 19 zu der Einmündung 31 in die Zuleitung 15 vor oder am Fluideinlass 17 des zweiten Wärmeübertragers 9. Der zweite Leitungsabschnitt 23 führt also am zweiten Wärmeübertragers 9 vorbei zurück zur Zuleitung 15, wobei der dafür vorgesehen ist, dass der durch ihn strömende zweite Teilstrom des Fluids von der Verzweigung 19 zur Zuleitung 15 für ein erneutes Durchströmen des zweiten Wärmeübertragers 9 geleitet wird. Die im zweiten Leitungsabschnitt 23 angeordnete einfache Pumpe 24 ist dabei zum Pumpen des Fluids des zweiten Teilstroms durch den zweiten Leitungsabschnitt 23 vorgesehen. Damit ist der Volumenstrom des Fluids durch den zweiten Wärmeübertrager 9 um den des zweiten Teilstroms größer als der Volumenstrom des Fluids durch den ersten Wärmeübertrager 7, durch den vom Fluid nur der erste Teilstrom strömt.The second line section 23 after the branch 19 is intended for the second partial flow of fluid during operation. The second line section 23 leads without storage from the branch 19 to the junction 31 in the supply line 15 in front of or at the fluid inlet 17 of the second heat exchanger 9. The second line section 23 therefore leads past the second heat exchanger 9 back to the supply line 15, which is intended to that the second partial flow of fluid flowing through it is conducted from the branch 19 to the supply line 15 for a renewed flow through the second heat exchanger 9. The simple pump 24 arranged in the second line section 23 is intended for pumping the fluid of the second partial flow through the second line section 23. The volume flow of the fluid through the second heat exchanger 9 is therefore greater than the volume flow of the fluid through the first heat exchanger 7, through which only the first partial flow of fluid flows, by that of the second partial flow.

Vom ersten Wärmeübertrager 7 aus betrachtet liegt der zweite Wärmeübertrager 9 hinsichtlich des Fluids stromaufwärts.Viewed from the first heat exchanger 7, the second heat exchanger 9 is located upstream with respect to the fluid.

An der Verzweigung 19 ist eine als regelbares Drei-Wege-Ventil ausgebildete Regelungseinrichtung 33 angeordnet. Die Regelungseinrichtung 33 ist zum Regeln der Größe des Volumenstroms des von der Verzweigung 19 in den zweiten Leitungsabschnitt 23 zur Einmündung 31 strömenden zweiten Teilstroms des Fluids ausgebildet. Die Regelungseinrichtung 33 ist zum Regeln des Verhältnisses der Größe des Volumenstroms des ersten Teilstroms zur Größe des Volumenstroms des von der Verzweigung 19 in den zweiten Leitungsabschnitt 23 zur Einmündung 31 strömenden zweiten Teilstroms des Fluids ausgebildet und angeordnet. Die Regelungseinrichtung 33 ist so eingerichtet, dass der zweite Teilstrom des Fluids durch sie strömen muss. Der zweite Teilstrom wird durch den zum zweiten Leitungsabschnitt 23 führenden Auslass der als Drei-Wege-Ventil ausgebildeten Regelungseinrichtung 33 geleitet. Mittels der Steuerung 35 wird die Regelungseinrichtung 33 zum Regeln des Verhältnisses der Größe des Volumenstroms des ersten Teilstroms zur Größe des Volumenstroms des zweiten Teilstroms des Fluids gesteuert. Die Steuerung 35 ist derart ausgebildet, dass damit die Regelungseinrichtung 33 zum Regeln des Verhältnisses der Größe des Volumenstroms des ersten Teilstroms zur Größe des Volumenstroms des zweiten Teilstroms im Bereich von 0,2 bis 0,5 je nach Betriebspunkt steuerbar ist.A control device 33 designed as a controllable three-way valve is arranged at the branch 19. The control device 33 is designed to regulate the size of the volume flow of the second partial flow of fluid flowing from the branch 19 into the second line section 23 to the junction 31. The control device 33 is designed and arranged to regulate the ratio of the size of the volume flow of the first partial flow to the size of the volume flow of the second partial flow of fluid flowing from the branch 19 into the second line section 23 to the junction 31. The control device 33 is set up so that the second partial flow of fluid must flow through it. The second partial flow is passed through the outlet of the control device 33 designed as a three-way valve leading to the second line section 23. By means of the controller 35, the control device 33 is controlled for regulating the ratio of the size of the volume flow of the first partial flow to the size of the volume flow of the second partial flow of the fluid. The controller 35 is designed in such a way that the control device 33 can be controlled to regulate the ratio of the size of the volume flow of the first partial flow to the size of the volume flow of the second partial flow in the range from 0.2 to 0.5 depending on the operating point.

Eine Variante bei der Wärmepumpenanlage 1 wäre ein Kältemittelkreislauf 3, bei dem das Kältemittel nur unterkritisch betreibbar ist, und zumindest einer vom ersten und zweiten Wärmeübertrager 7, 9 als Kondensator ausgebildet ist, wobei der Kältemittelkreislauf 3 und das Kältemittel, wie zum Beispiel R-717, derart beschaffen sein müssen, dass damit der gewünschte Temperaturhub beim zu erwärmenden Fluids erreichbar ist. Als Kältemittel ist auch Wasser einsetzbar.A variant of the heat pump system 1 would be a refrigerant circuit 3, in which the refrigerant can only be operated subcritically, and at least one of the first and second heat exchangers 7, 9 is designed as a capacitor, the refrigerant circuit 3 and the refrigerant, such as R-717 , must be designed in such a way that the desired temperature range can be achieved for the fluid to be heated. Water can also be used as a refrigerant.

Denkbar ist auch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wärmepumpenanlage 1, bei dem das Kältemittel wie beispielsweise CO2 im Hochdruckbereich des Kältemittelkreislaufs 3 zwar typischerweise überkritisch betrieben wird, aber es auch vorgesehen ist, dass das Kältemittel im Hochdruckbereich des Kältemittelkreislaufs 3 unterkritisch betreibbar ist, also zumindest einer vom ersten und zweiten Wärmeübertrager 7, 9 nicht nur als Gaskühler sondern auch als Kondensator einsetzbar ist.An exemplary embodiment of the heat pump system 1 according to the invention is also conceivable, in which the refrigerant such as CO2 is typically operated supercritically in the high-pressure area of the refrigerant circuit 3, but it is also provided that the refrigerant in the high-pressure area of the refrigerant circuit 3 can be operated subcritically, i.e. at least one of the first and second heat exchangers 7, 9 can be used not only as a gas cooler but also as a condenser.

In 2 ist schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Wärmepumpenanlage 1 dargestellt. Diese Ausführung entspricht fast vollständig der in 1 gezeigten. Die Bezugszeichen beziehen sich auf die gleichen zu 1 beschriebenen Elemente. Es ist lediglich erstens die Regelungseinrichtung 33 nicht als Drei-Wege-Ventil an der Verzweigung 19, sondern als einfaches mit Regelmotor versehenes Regelventil im ersten Leitungsabschnitt 21 ausgebildet und zweitens zusätzlich die Pumpe 37 im den zweiten Wärmeübertrager 9 fluidseitig umfassenden von der Einmündung 31 bis zur Verzweigung 19 verlaufenden Fluidleitungsabschnitt 39 angeordnete. Die Pumpe 37 ist in ihrer Pumpleistung regelbare und wird zusätzlich zur Regelungseinrichtung 33 mittels der Steuerung 35 gesteuert. Damit ist der Volumenstrom des Fluids durch den zweiten Wärmeübertrager 9 direkt einstellbar. Die Regelungseinrichtung 33 dient zum Regeln der Größe des Anteils des Volumenstroms des Fluids, der durch den ersten Leitungsabschnitt 21 strömt, so dass damit das Verhältnis der Größe des Volumenstroms des ersten Teilstroms zur Größe des Volumenstroms des von der Verzweigung 19 in den speicherlosen zweiten Leitungsabschnitt 23 zur Einmündung 31 strömenden zweiten Teilstroms des Fluids regelbar ist.In 2 A further exemplary embodiment of a heat pump system 1 according to the invention is shown schematically. This version corresponds almost completely to that in 1 shown. The reference numbers refer to the same ones 1 elements described. Only, firstly, the control device 33 is not designed as a three-way valve at the branch 19, but as a simple control valve provided with a control motor in the first line section 21 and, secondly, the pump 37 in the second heater The fluid line section 39 is arranged on the fluid side of the transmitter 9 and extends from the junction 31 to the branch 19. The pump 37 can be regulated in terms of its pumping power and is controlled in addition to the control device 33 by means of the controller 35. This means that the volume flow of the fluid through the second heat exchanger 9 can be directly adjusted. The control device 33 serves to regulate the size of the proportion of the volume flow of the fluid that flows through the first line section 21, so that the ratio of the size of the volume flow of the first partial flow to the size of the volume flow from the branch 19 into the storage-free second line section 23 The second partial flow of fluid flowing to the junction 31 can be regulated.

Als Variante ist das Ausführungsbeispiel der in 2 gezeigten Wärmepumpenanlage 1 mit einer Regelungseinrichtung 33 versehen, die wie in 1 als regelbares Drei-Wege-Ventil an der Verzweigung 19 ausgebildet ist.As a variant, the exemplary embodiment in 2 Heat pump system 1 shown is provided with a control device 33, which is as in 1 is designed as a controllable three-way valve at the branch 19.

Eine weitere Variante des Ausführungsbeispiels der in 2 gezeigten Wärmepumpenanlage 1 enthält zusätzlich zur Regelungseinrichtung 33 im ersten Leitungsabschnitt 21 eine weitere als einfaches mit Regelmotor versehenes Regelventil ausgebildete Regelungseinrichtung 33 im zweiten Leitungsabschnitt 23, die ebenfalls über die Steuerung 35 steuerbar ist.Another variant of the exemplary embodiment in 2 Heat pump system 1 shown contains, in addition to the control device 33 in the first line section 21, a further control device 33 designed as a simple control valve provided with a control motor in the second line section 23, which can also be controlled via the controller 35.

In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Wärmepumpenanlage 1 gezeigt. Der Kältemittelkreislauf 3 mit seinen im Kreislauf über Kältemittelleitungen verbunden angeordneten Verdichter 5, erstem Wärmeübertrager 7, zweitem Wärmeübertrager 9, Expansionsorgan 11 und Verdampfer 13 ist am Verdampfer 13 zur Wärmeübertragung von Wärmequellenflüssigkeit auf das Kältemittel an einen Flüssigkeitskreislaufs von einer Wärmequelle angeschlossen. Die Pumpe 41 hat dabei die Funktion des Pumpens der Wärmequellenflüssigkeit. Die Wärmequellenflüssigkeit ist zum Beispiel eine Sole zum Transport von Erdwärme zum als Kältemittel-Flüssigkeit-Wärmeübertrager ausgebildeten Verdampfer 13. Der erste Wärmeübertrager 7 und der zweite Wärmeübertrager 9 sind auf Seiten des Fluids an einen geschlossenen Fluidkreislauf 43, in dem das Fluid zirkulierbar ist, angeschlossen. Dabei ist vorgesehen, dass das Fluid, welches in diesem Fall Wasser ist, bei der Wärmeaufnahme im ersten und zweiten Wärmeübertrager 7, 9 im Gegenstrom zum Wärme abgebenden Kältemittel strömt. Der Kältemittelkreislauf 3 ist derart druckfest, gasdicht und temperaturbeständig ausgelegt, dass darin das Kältemittel, welches in diesem Fall CO2 ist, transkritisch betreibbar ist. Der erste und zweite Wärmeübertrager 7, 9 sind im Kältemittelkreislauf 3 als Gaskühler in Reihe geschaltet, wobei das Kältemittel bei Betrieb im stromaufwärts zum zweiten Wärmeübertrager 9 angeordneten ersten Wärmeübertrager 7 wärmer ist.In 3 a further exemplary embodiment of a heat pump system 1 according to the invention is shown. The refrigerant circuit 3 with its compressor 5, first heat exchanger 7, second heat exchanger 9, expansion element 11 and evaporator 13, which are connected in the circuit via refrigerant lines, is connected to a liquid circuit from a heat source on the evaporator 13 for heat transfer from heat source liquid to the refrigerant. The pump 41 has the function of pumping the heat source liquid. The heat source liquid is, for example, a brine for transporting geothermal heat to the evaporator 13 designed as a refrigerant-liquid heat exchanger. The first heat exchanger 7 and the second heat exchanger 9 are connected on the fluid side to a closed fluid circuit 43 in which the fluid can be circulated . It is provided that the fluid, which in this case is water, flows in countercurrent to the heat-emitting refrigerant when absorbing heat in the first and second heat exchangers 7, 9. The refrigerant circuit 3 is designed to be pressure-tight, gas-tight and temperature-resistant in such a way that the refrigerant, which in this case is CO2, can be operated transcritically. The first and second heat exchangers 7, 9 are connected in series in the refrigerant circuit 3 as a gas cooler, the refrigerant being warmer during operation in the first heat exchanger 7 arranged upstream of the second heat exchanger 9.

Das Fluid im Fluidkreislauf 43 wird bei Betrieb mit der als Wasserpumpe ausgebildeten Pumpe 45 durch die Zuleitung 15 und den Fluideinlass 17 in den zweiten Wärmeübertrager 9 gepumpt. Nach dem zweiten Wärmeübertrager 9 verzweigt sich die Leitung für das Fluid an der Verzweigung 19 in den ersten Leitungsabschnitt 21 und in den zweiten Leitungsabschnitt 23. Bei Betrieb wird dort der Fluidstrom in einen ersten Teilstrom durch den ersten Leitungsabschnitt 21 und in einen zweiten Teilstrom durch den zweiten Leitungsabschnitt 23 aufgeteilt. Der ersten Leitungsabschnitt 21 führt von der Verzweigung 19 über den Fluideinlass 25 zum ersten Wärmeübertrager 7, der fluidseitig zum ersten Leitungsabschnitt 21 gehört. Der zweite Leitungsabschnitt 23 führt von der Verzweigung 19 zur Einmündung 31 in die Zuleitung 15. Im zweiten Leitungsabschnitt 23 befindet sich kein Speicher für das Fluid. Im zweiten Leitungsabschnitt 23 ist die Regelungseinrichtung 33 angeordnet. Sie ist als in der Pumpleistung regelbare Pumpe ausgebildet. Die Regelungseinrichtung 33 ist zum Pumpen des durch sie strömenden Fluids des zweiten Teilstroms von der Verzweigung 19 zur Einmündung 31 in die Zuleitung 15 vor oder an dem Fluideinlass 17 des zweiten Wärmeübertragers 9 vorgesehen. Das Fluid des zweiten Teilstroms strömt also bei Betrieb erneut durch den zweiten Wärmeübertrager 9. Die Größe des Volumenstroms des zweiten Teilstroms ist mit der als in der Pumpleitung regelbaren Pumpe ausgebildeten Regelungseinrichtung 33 einstellbar, so dass damit das Verhältnis der Größe des Volumenstroms des ersten Teilstroms zur Größe des Volumenstroms des zweiten Teilstroms regelbar ist. Diese wird von der Steuerung 35 gesteuert. Von dem Fluidauslass 27 des ersten Wärmeübertragers 7 führt eine Fluidleitung des Fluidkreislaufs 43 zum dritten Wärmeübertrager 47. Der dritte Wärmeübertrager 47 ist für die Erwärmung eines zweiten Fluids wie zum Beispiel Brauchwasser einsetzbar. In ihm wird bei Betrieb der Wärmepumpenanlage 1 Wärme vom Fluid an das zweite Fluid übertragen. Er ist zum Beispiel als Plattenwärmeübertrager ausgebildet. Die Wasserpumpe 49 ist zum Pumpen des zweiten Fluids, wie zum Beispiel Brauchwasser, durch den dritten Wärmeübertrager 47 vorgesehen. Vom dritten Wärmeübertrager 47 führt die Fluidleitung des Fluidkreislaufs 43 zurück zur Pumpe 45. Der dritte Wärmeübertrager 47 ist also im Fluidkreislauf 43 stromabwärts des ersten Wärmeübertragers 7 und stromaufwärts des zweiten Wärmeübertragers 9 angeordnet. Der Volumenstrom des Fluids durch den zweiten Wärmeübertrager 9 ist um die Größe des Volumenstroms des zweiten Teilstroms größer als der Volumenstrom des ersten Teilstroms durch den ersten und dritten Wärmeübertrager 7, 47. Die Steuerung 35 steuert die Regelungseinrichtung 33, die Pumpleistung der Pumpe 45 des Fluidkreislaufs 43 und die Leistung des Verdichters 5. Die Steuerung 35 ist derart ausgebildet, dass damit die Regelungseinrichtung 33 zum Regeln des Verhältnisses der Größe des Volumenstroms des ersten Teilstroms zur Größe des Volumenstroms des zweiten Teilstroms im Bereich von 0,2 bis 0,5 je nach Betriebspunkt steuerbar ist.During operation with the pump 45 designed as a water pump, the fluid in the fluid circuit 43 is pumped through the supply line 15 and the fluid inlet 17 into the second heat exchanger 9. After the second heat exchanger 9, the line for the fluid branches at the branch 19 into the first line section 21 and into the second line section 23. During operation, the fluid flow there is divided into a first partial flow through the first line section 21 and into a second partial flow through the second line section 23 divided. The first line section 21 leads from the branch 19 via the fluid inlet 25 to the first heat exchanger 7, which belongs to the first line section 21 on the fluid side. The second line section 23 leads from the branch 19 to the junction 31 in the supply line 15. There is no reservoir for the fluid in the second line section 23. The control device 33 is arranged in the second line section 23. It is designed as a pump with adjustable pump performance. The control device 33 is intended for pumping the fluid of the second partial flow flowing through it from the branch 19 to the junction 31 in the supply line 15 in front of or at the fluid inlet 17 of the second heat exchanger 9. The fluid of the second partial flow therefore flows again through the second heat exchanger 9 during operation. The size of the volume flow of the second partial flow can be adjusted with the control device 33 designed as a pump that can be controlled in the pump line, so that the ratio of the size of the volume flow of the first partial flow to the Size of the volume flow of the second partial flow can be regulated. This is controlled by the controller 35. A fluid line of the fluid circuit 43 leads from the fluid outlet 27 of the first heat exchanger 7 to the third heat exchanger 47. The third heat exchanger 47 can be used for heating a second fluid such as process water. During operation of the heat pump system 1, heat is transferred from the fluid to the second fluid. For example, it is designed as a plate heat exchanger. The water pump 49 is intended for pumping the second fluid, such as domestic water, through the third heat exchanger 47. From the third heat exchanger 47, the fluid line of the fluid circuit 43 leads back to the pump 45. The third heat exchanger 47 is therefore arranged in the fluid circuit 43 downstream of the first heat exchanger 7 and upstream of the second heat exchanger 9. The volume flow of the fluid through the second heat exchanger 9 is greater than the volume flow of the first partial flow through the first and third heat exchangers 7, 47 by the size of the volume flow of the second partial flow Control 35 controls the control device 33, the pumping power of the pump 45 of the fluid circuit 43 and the power of the compressor 5. The control 35 is designed such that the control device 33 is used to regulate the ratio of the size of the volume flow of the first partial flow to the size of the volume flow of the second partial flow can be controlled in the range from 0.2 to 0.5 depending on the operating point.

Eine Variante des in 3 gezeigten Ausführungsbeispiels vereinigt den ersten Wärmeübertrager 7 und den zweiten Wärmeübertrager 9 zusammengefügt in einer Wärmeübertragungseinheit. Die Leitung des Fluids verzweigt sich dabei in der Verzweigung 19 unmittelbar nach dem zweiten Wärmeübertrager 9 in den ersten und zweiten Leitungsabschnitt 21, 23, wobei sich im ersten Leitungsabschnitt 21 der erste Wärmeübertrager 7 fluidseitig unmittelbar an die Verzweigung 19 anschließt.A variant of the in 3 The exemplary embodiment shown combines the first heat exchanger 7 and the second heat exchanger 9 in a heat transfer unit. The line of the fluid branches in the branch 19 immediately after the second heat exchanger 9 into the first and second line sections 21, 23, with the first heat exchanger 7 directly adjoining the branch 19 on the fluid side in the first line section 21.

In 4 ist ein Temperatur-Enthalpie-Diagramm der idealisierten Wärmeübertragung bei einer Wärmepumpenanlage mit nur einem Gaskühler im Vergleich zu der bei einer erfindungsgemäßen Wärmepumpenanlage gezeigt. Die erfindungsgemäße Wärmepumpenanlage ist zum Beispiel eine von denen in den 1, 2 und 3 gezeigten. Das Kältemittel ist dabei CO2 im überkritischen Zustand mit einem Hochdruck von anfangs 80 bar im Hochdruckbereich des Kältemittelkreislaufs. Die gestichelte Linie 51 zeigt die idealisierte Enthitzung mittels nur eines Wärmeübertragers als Gaskühler. Die Enthalpiedifferenz beträgt bei dieser idealisierten Enthitzung bei der Wärmepumpenanlage mit nur einem Wärmeübertrager ungefähr 210 kJ/kg. Die gepunktete Linie 61 stellt den idealisierten Wärmeübergang in den beiden in Reihe geschalteten ersten und zweiten Wärmeübertrager der erfindungsgemäßen Wärmepumpe mit optimal eingestellter Regelungseinrichtung dar. Zwar wird das Kältemittel bis zum Austritt aus dem zweiten Wärmeübertrager nur auf ungefähr 25 °C abgekühlt, aber die Enthalpiedifferenz beträgt circa 280 kJ/kg. Somit ist der idealisierte Wärmeübergang der erfindungsgemäßen Wärmepumpenanlage im Vergleich zu der Wärmepumpenanlage mit nur einem Gaskühler effizienter. Die durchgezogene Line 71 zeigt dabei die Wärmeabgabe und Temperatur des Kältemittels CO2 im überkritischen Zustand.In 4 a temperature-enthalpy diagram of the idealized heat transfer in a heat pump system with only one gas cooler is shown in comparison to that in a heat pump system according to the invention. The heat pump system according to the invention is, for example, one of those in the 1 , 2 and 3 shown. The refrigerant is CO2 in a supercritical state with a high pressure of initially 80 bar in the high-pressure area of the refrigerant circuit. The dashed line 51 shows the idealized cooling using only one heat exchanger as a gas cooler. The enthalpy difference for this idealized heat removal in the heat pump system with only one heat exchanger is approximately 210 kJ/kg. The dotted line 61 represents the idealized heat transfer in the two series-connected first and second heat exchangers of the heat pump according to the invention with an optimally adjusted control device. Although the refrigerant is only cooled to approximately 25 ° C until it exits the second heat exchanger, the enthalpy difference is approximately 280 kJ/kg. The idealized heat transfer of the heat pump system according to the invention is therefore more efficient compared to the heat pump system with only one gas cooler. The solid line 71 shows the heat release and temperature of the refrigerant CO2 in the supercritical state.

5 zeigt als Flussdiagramm ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Wärmepumpenanlage, wie beispielsweise eine der in 1, 2 und 3 gezeigten. Im ersten Schritt 100 werden der Verdichter des Kältemittelkreislaufs, sofern noch nicht eingeschaltet, in Betrieb genommen und das Fluid durch den zweiten Wärmeübertrager im Gegenstrom zum Kältemittel strömen gelassen. Im nächsten Schritt 110 werden die anfängliche Temperatur des zu erwärmenden Fluids anfangs der Zuleitung und die Temperatur des verdichten Kältemittels im Kältemittelkreislauf stromaufwärts des ersten Wärmeübertragers erfasst. Im folgen Schritt 120 ermittelt die Steuerung aus diesen erfassten Messwerten und der zu erreichenden Solltemperatur des Fluids das wirkoptimierte Größenverhältnis der Volumenströme des Fluids durch den zweiten Wärmeübertrager und den ersten Wärmeübertrager. Dieses ermittelte Verhältnis ist damit auf eine möglichst hohe Effizienz der Wärmepumpenanlage angepasst. Im nächsten Schritt 130 steuert die Steuerung die Regelungseinrichtung derart, dass das Verhältnis der Größe des Volumenstroms des ersten Teilstroms zur Größe des Volumenstroms des von der Verzweigung in den speicherlosen zweiten Leitungsabschnitt zur Einmündung strömenden zweiten Teilstroms des Fluids zu dem im Schritt 120 ermittelten Größenverhältnis passt. Praktische Volumenstromverhältnisse variieren, je nach Betriebspunkt vorzugsweise zwischen 0,5 und 0,2. Der zweite Teilstrom vermischt sich nach der Einmündung mit dem Fluid von der Zuleitung und strömt erneut durch den zweiten Wärmeübertrager. Die Größe des Volumenstroms durch den zweiten Wärmeübertrager ist also die Summe von der Größe des Volumenstroms des zweiten Teilstroms durch den zweiten Leitungsabschnitt und von der Größe des Volumenstroms des ersten Teilstroms durch den ersten Wärmeübertrager. 5 shows, as a flow chart, an exemplary embodiment of a method for operating a heat pump system according to the invention, such as one of those in 1 , 2 and 3 shown. In the first step 100, the compressor of the refrigerant circuit, if not already switched on, is put into operation and the fluid is allowed to flow through the second heat exchanger in countercurrent to the refrigerant. In the next step 110, the initial temperature of the fluid to be heated at the beginning of the supply line and the temperature of the compressed refrigerant in the refrigerant circuit upstream of the first heat exchanger are recorded. In the following step 120, the control determines the effectively optimized size ratio of the volume flows of the fluid through the second heat exchanger and the first heat exchanger from these recorded measured values and the target temperature of the fluid to be achieved. This determined ratio is therefore adapted to the highest possible efficiency of the heat pump system. In the next step 130, the controller controls the control device in such a way that the ratio of the size of the volume flow of the first partial flow to the size of the volume flow of the second partial flow of fluid flowing from the branch into the storage-free second line section to the junction matches the size ratio determined in step 120. Practical volume flow ratios vary, preferably between 0.5 and 0.2 depending on the operating point. After the confluence, the second partial flow mixes with the fluid from the supply line and flows again through the second heat exchanger. The size of the volume flow through the second heat exchanger is therefore the sum of the size of the volume flow of the second partial flow through the second line section and of the size of the volume flow of the first partial flow through the first heat exchanger.

Nach dem Schritt 130 beginnt nach einer vorgegebenen Zeitspanne das Verfahren erneut mit dem ersten Schritt 100.After step 130, the method begins again with the first step 100 after a predetermined period of time.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102010051976 A1 [0003]
US 20080041071 A1 [0003]
DE 19939028 A1 [0003]
WO 0122011 A1 [0003]
EP 2759773 A2 [0003, 0004]

Claims

Heat pump system (1), with which a fluid can be heated, comprising a refrigerant circuit (3) with at least one expansion element (11), an evaporator (13), a compressor (5), a first heat exchanger (7) designed as a gas cooler/condenser Transferring heat from the compressed refrigerant to the fluid and a second heat exchanger (9) designed as a gas cooler/condenser, which is connected in series downstream of the first heat exchanger (7) in the refrigerant flow direction, for transferring heat from the refrigerant to the fluid, the heat pump system (1) being such is designed so that for the fluid in the countercurrent direction provided for the refrigerant, the second heat exchanger (9) is arranged upstream of the first heat exchanger (7) after a supply line (15), and the line for the fluid is located after the second heat exchanger (9). Branch (19) branches into two line sections (21, 23) for dividing the fluid into a first partial flow and a second partial flow provided for flowing through the second heat exchanger (9) again, the first line section (21) for the first partial flow being on the fluid side first heat exchanger (7), characterized in that - the second line section (23) leads without storage to an opening (31) into the supply line (15) for the fluid in front of or at the fluid inlet (17) of the second heat exchanger (9), and - that the heat pump system (1) comprises a control device (33) which is used to regulate the ratio of the size of the volume flow of the first partial flow to the size of the volume flow of the flow from the branch (19) into the second line section (23) to the junction (31). second partial flow of the fluid is arranged and formed.

Heat pump system (1). Claim 1 characterized in that the control device (33) is arranged at the branch (19) or in the second line section (23) or at the junction (31) in such a way that the second partial flow of fluid must flow through the control device (33).

Heat pump system (1). Claim 1 or 2 characterized in that the refrigerant circuit (3) is designed such that the refrigerant, such as preferably CO2, is supercritical in the high-pressure region of the refrigerant circuit (3) and the first heat exchanger (7) and the second heat exchanger (9) are to be operated as gas coolers.

Heat pump system (1) according to one of the Claims 1 until 3 characterized in that the first and second heat exchangers (7, 9) are designed such that the fluid to be heated is water.

Heat pump system (1). Claim 4 characterized in that it is designed for heating water in such a way that the supply line (15) of the fluid comes from a water inlet (14) for water and the line from the fluid outlet (27) of the first heat exchanger (7) to a water outlet (29) leads.

Heat pump system (1) according to one of the Claims 1 until 4 characterized in that the first and second heat exchangers (7, 9) are connected on the fluid side to a fluid circuit (43) in which the fluid can be circulated.

Heat pump system (1). Claim 6 , characterized in that a third heat exchanger (47) for transferring heat from the fluid to a second fluid is arranged in the fluid circuit (43) downstream of the first heat exchanger (7) and upstream of the second heat exchanger (9).

Heat pump system (1) according to one of the Claims 1 until 7 characterized in that the control device (33) is designed as a pump for the fluid whose pump power can be regulated.

Heat pump system (1) according to one of the Claims 1 until 7 characterized in that the control device (33) is designed as a control valve.

Heat pump system (1). Claim 9 characterized in that the control device (33) is designed as a controllable three-way valve and is arranged at the branch (19) or at the junction (31) of the second line section (23).

Heat pump system (1) according to one of the Claims 1 until 10 characterized in that in the fluid line section (39) surrounding the second heat exchanger (9) on the fluid side from the mouth (31) to the branch (19), a pump (37) whose pump output can be regulated is arranged for the fluid.

Heat pump system (1) according to one of the Claims 1 until 11 characterized in that the evaporator (13) is designed as a refrigerant-air heat exchanger and is arranged in the refrigerant circuit (3) for transferring heat from ambient air to the refrigerant.

Heat pump system (1) according to one of the Claims 1 until 11 characterized , that the evaporator (13) is designed as a refrigerant-liquid heat exchanger and is arranged in the refrigerant circuit (3) for transferring heat from a heat source liquid, such as preferably a brine from a brine circuit, to the refrigerant.

Heat pump system (1) according to one of the Claims 1 until 13 characterized in that the first and second heat exchangers (7, 9) are assembled together as a heat transfer unit.

Heat pump system (1) according to one of the Claims 1 until 14 characterized in that it comprises a controller (35) designed in such a way that it is used to control the control device (33) for regulating the ratio of the size of the volume flow of the first partial flow to the size of the volume flow from the branch (19) into the second line section (23 ) the second partial stream flowing to the confluence (31) can be controlled.

Heat pump system (1). Claim 15 , characterized in that the control (35) is designed such that the control device (33) for regulating the ratio of the size of the volume flow of the first partial flow to the size of the volume flow of the second partial flow in the range of 0.2 to 0.5 each can be controlled according to the operating point.

Method for operating a heat pump system (1) according to one of Claims 1 until 16 characterized by the step of regulating (130) the ratio of the size of the volume flow of the first partial flow to the size of the volume flow of the second partial flow of fluid flowing from the branch (19) into the storage-free second line section (23) to the mouth (31), whereby the second partial flow after the junction (31) is mixed with the fluid in the supply line (19) and flows again through the second heat exchanger (9).

Procedure according to Claim 17 , characterized in that the ratio of the size of the volume flow of the first partial flow to the size of the volume flow of the second partial flow is set in the range from 0.2 to 0.5 depending on the operating point.