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Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpenvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Eine Wärmepumpenvorrichtung der eingangs genannten Art ist allgemein bekannt, so dass es diesbezüglich keines besonderen druckschriftlichen Nachweises bedarf. Eine solche Wärmepumpenvorrichtung besteht aus einem Wärmepumpenkreislauf (auch Kältemittelkreislauf genannt) für ein Wärmeträgermedium (bzw. Kältemittel), einem zum Wärmepumpenkreislauf gehörenden Verdichter zum Fördern des Wärmeträgermediums und einem zum Wärmepumpenkreislauf gehörenden Wärmeübertrager, der einerseits vom Wärmeträgermedium und andererseits von einem weiteren Fluid durchströmbar ausgebildet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmepumpenvorrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern. Insbesondere soll eine Wärmepumpenvorrichtung mit einer noch höheren Effizienz sowie einem verbesserten Kaltstartverhalten geschaffen werden.
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Diese Aufgabe ist mit einer Wärmepumpenvorrichtung der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
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Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass der Verdichter mit einem weiteren, vom weiteren Fluid durchströmten Wärmeübertrager wärmetauschend verbunden ausgebildet ist.
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Mit anderen Worten zeichnet sich die erfindungsgemäße Lösung somit dadurch aus, dass der Verdichter über das weiteres Fluid temperierbar ausgebildet ist. Dabei ist, worauf weiter unten noch genauer eingegangen wird, besonders bevorzugt vorgesehen, dass die beiden Wärmeübertrager mit einem vom weiteren Fluid, vorzugsweise Wasser, durchströmten Heizkreislauf (vorzugsweise eines Gebäudes) hydraulisch verbunden ausgebildet sind, so dass der Verdichter bei Bedarf nicht nur gekühlt, sondern insbesondere beim Starten der Wärmepumpe sogar erwärmt werden kann.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Wärmepumpenvorrichtung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Der Vollständigkeit halber wird noch auf das Dokument
DE 10 2016 213 295 A1 verwiesen. Bei dieser Lösung wird allerdings (siehe insbesondere Ende Absatz [0088]) aus dem Wärmepumpenkreislauf stammendes Medium zur Kühlung des Verdichters verwendet.
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Die erfindungsgemäße Wärmepumpenvorrichtung einschließlich ihrer vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Patentansprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung verschiedener bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Es zeigt schematisch
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemä-ßen Wärmepumpenvorrichtung;
- 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemä-ßen Wärmepumpenvorrichtung mit Zusatzpumpe; und
- 3 ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemä-ßen Wärmepumpenvorrichtung mit Mehrwegeventil.
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Die in den 1 bis 3 dargestellte Wärmepumpenvorrichtung besteht zunächst in bekannter Weise aus einem Wärmepumpenkreislauf 1 für ein Wärmeträgermedium, einem zum Wärmepumpenkreislauf 1 gehörenden Verdichter 2 zum Fördern des Wärmeträgermediums (durch den Wärmepumpenkreislauf 1) und einem zum Wärmepumpenkreislauf 1 gehörenden Wärmeübertrager 3, der einerseits vom Wärmeträgermedium und andererseits von einem weiteren Fluid (vorzugsweise Wasser) durchströmbar ausgebildet ist.
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Wie an sich bekannt, ist dabei bevorzugt vorgesehen, dass der Wärmeübertrager 3 im Heizbetrieb als Kondensator und im Kühlbetrieb als Verdampfer arbeitend ausgebildet ist. Hierzu ist vorzugsweise eine in den Figuren nicht extra dargestellte Umschalteinrichtung vorgesehen. Außerdem ist in an sich bekannter Weise bevorzugt vorgesehen, dass der Wärmepumpenkreislauf 1 neben dem Wärmeübertrager 3 einen weiteren, im Heizbetrieb als Verdampfer und im Kühlbetrieb als Kondensator arbeitend ausgebildeten Wärmeübertrager 6 aufweist. Darüber hinaus ist bevorzugt vorgesehen, dass der Kondensator über eine Expansionseinrichtung 7 mit dem Verdampfer verbunden ausgebildet ist.
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Ist bei einer solchen Wärmepumpenvorrichtung der Verdichter 2 zum Zeitpunkt des Verdichterstarts deutlich kälter als das im Kondensator befindliche Medium bzw. weitere Fluid, kondensiert das aus der Verdichtungskammer austretende dampfförmige Kältemittel bzw. Wärmeträgermedium an den kalten Oberflächen des Verdichtergehäuses bzw. den mechanischen Bauteilen im Inneren. Bei heißgasgekühlten Verdichtern 2 befindet sich das zur Schmierung benötigte Verdichteröl an der selben Stelle im Verdichter 2. Das kondensierende Kältemittel vermischt sich mit dem Schmieröl, was zu einer signifikanten Verringerung der Viskosität und damit einhergehend zu einer Verschlechterung der Schmiereigenschaften führt. Erst wenn der Verdichter 2 die Temperatur des im Kondensator befindlichen weiteren Fluids (vorzugsweise Heizungswasser) überschritten hat, verlagert sich der Kondensationsvorgang in den Kondensator und das flüssige Kältemittel im Verdichter 2 wird nach und nach wieder verdampft.
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Bei Wärmepumpenvorrichtung ist das immer dann der Fall, wenn die Temperatur des weiteren Fluids (also vorzugsweise die Wassertemperatur) deutlich höher als die Umgebungstemperatur ist und der Verdichter 2 über einen längeren Zeitraum gestanden hat. So zum Beispiel bei Warmwasserladungen im Sommer oder bei Unterschreiten der unteren Einsatzgrenze der Wärmepumpenvorrichtung im Winter.
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Das besagte Problem wird in der Praxis häufig dadurch vermieden, dass der Verdichter 2 vor dem Start mit Hilfe von elektrisch betriebenen Heizelementen auf eine Temperatur aufgeheizt wird, die ungefähr der Temperatur des weiteren Fluids (also vorzugsweise der Wassertemperatur) entspricht. Das Wärmeträgermedium (auch Kältemittel genannt) kondensiert nach dem Verdichterstart dadurch im Kondensator und nicht innerhalb des Verdichters 2. Dieser Vorgang dauert jedoch sehr lange und ist wenig energieeffizient.
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Wesentlich für alle möglichen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Wärmepumpenvorrichtung ist dabei nun, dass der Verdichter 2 mit einem weiteren, vom weiteren Fluid durchströmten Wärmeübertrager 4 wärmetauschend verbunden ausgebildet ist.
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Verfahrensmäßig ausgedrückt, ist dabei besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Verdichter 2 vor seinem Start in einer Startvorbereitungsphase mit Hilfe des weiteren Wärmeübertragers 4 temperiert, vorzugsweise aufgewärmt, wird.
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Gegenständlich noch etwas genauer betrachtet, ist (wie oben bereits angedeutet) hierzu besonders bevorzugt vorgesehen, dass die beiden Wärmeübertrager 3, 4 mit einem vom weiteren Fluid durchströmten Heizkreislauf 5 (vorzugsweise eines Gebäudes) hydraulisch verbunden ausgebildet sind.
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Dabei ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Heizkreislauf 5 wahlweise zum Betrieb einer Fußbodenheizung eines bzw. des Gebäudes und/oder zum Aufheizen eines Wasserspeichers im Gebäude ausgebildet ist.
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Die fluidführenden Stränge um den Verdichter können dabei entweder nachträglich angebracht oder bereits konstruktiv in den Verdichtermantel integriert sein. Noch etwas genauer betrachtet, ist konkret bevorzugt vorgesehen, dass ein Gehäuse 2.1 des Verdichters 2 mindestens teilweise vom weiteren Wärmeübertrager 4 mantelartig umschlossen ausgebildet ist. Außerdem bzw. alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass der weitere, den Verdichter 2 mindestens teilweise umschließende Wärmeübertrager 4 wahlweise in Form eines vorzugsweise außen aufgebrachten Rohres oder eines vorzugsweise in das Verdichtergehäuse integrierten Kanals ausgebildet ist. Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der weitere Wärmeübertrager 4 als Nachrüstsatz am Verdichter 2 anbringbar ausgebildet ist.
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Ein Volumenstrom des besagten Fluids zum Verdichter 2 kann dabei vorzugsweise entweder von der Heizkreislaufpumpe 5.1 (siehe 1) oder einer separaten Pumpe bzw. Zusatzpumpe 5.2 (siehe 2) erzeugt werden. Alternativ (siehe 3) kann eine Regelung des Volumenstrom auch über ein Mehrwegeventil 5.3 erfolgen. Oder nochmals in anderen Worten ausgedrückt: Es ist bevorzugt vorgesehen, dass neben einer am Heizkreislauf 5 vorgesehenen Heizkreislaufpumpe 5.1 zur Festlegung eines Volumenstroms des weiteren Fluids durch den weiteren Wärmeübertrager 4 wahlweise eine Zusatzpumpe 5.2 und/oder eine Mehrwegeventil 5.3, vorzugsweise ein 3/2-Wege-Ventil, vorgesehen ist.
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Wiederum verfahrensmäßig ausgedrückt, ist weiterhin besonders bevorzugt vorgesehen, dass die (oben genannte) Startvorbereitungsphase wahlweise nach Erreichen einer vorbestimmten Temperatur des Verdichters 2 oder nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit beendet wird. Für die erstgenannte Option ist dabei besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Verdichter 2 mit einem Temperatursensor (nicht extra dargestellt) versehen ausgebildet ist.
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Insgesamt betrachtet, ist somit also vorgesehen, den Verdichter über einen Fluid- bzw. Wasserkreislauf vor dem Start aufzuheizen. Dazu wird vorzugsweise dem besagten Heizkreislauf 5 ein Teilvolumenstrom entnommen und dem Wärmeübertrager 4 zugeführt. Von der Regelung wird dafür vor dem Verdichterstart die Heizkreislaufpumpe 5.1 (siehe 1) eingeschaltet oder - wenn vorhanden - auch die Zusatzpumpe 5.2 (siehe 2) oder das Mehrwegeventil 5.3 (siehe 3) in Richtung Verdichter geschaltet. Der Verdichter 2 kann gestartet werden, wenn dieser die Temperatur des weiteren Fluids (also vorzugsweise die Wassertemperatur) bis auf wenige Kelvin Unterschied angenommen hat. Die Erfüllung dieses Kriteriums kann über den vorgenannten Temperatursensor im oder am Verdichter 2 überwacht oder über eine definierte Vorheizzeit sichergestellt werden.
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Neben der Anwendung zum Erwärmen des Verdichters bei niedrigen Außentemperaturen bietet ein solcher (wasser-) gekühlter Verdichter 2 auch noch die folgenden weiteren Vorteile:
- 1. Im Heizbetrieb werden große Anteile der Wärmeverluste des Verdichters 2 nicht dem Maschinenraum (also dem Gehäuse der Wärmepumpenvorrichtung), sondern direkt dem Heizkreislauf 5 zugeführt. Dies erhöht die Effizienz der Anlage.
- 2. Zusätzlich reduziert sich die Maschinen-Innenraumtemperatur über die Wärmeabfuhr an die Wasserkühlung. Dies erweitert das Einsatzkennfeld des Verdichters 2 bei warmen Außentemperaturen.
- 3. In Betriebspunkten mit großem Temperaturhub wird der Verdichter 2 über das Fluid bzw. Wasser gekühlt, was zu geringeren Heißgastemperaturen und somit zu einer größeren erreichbaren Leistung bzw. größerem Einsatzbereich führt.
- 4. Im Heizbetrieb wird der Verdichter 2 sehr schnell auf die benötigte Temperatur gebracht, bei der ein Kondensieren von Wärmeträgermedium bzw. Kältemittel im Verdichtersumpf vermieden wird. Lange Aufheizzeiten vor dem Start werden vermieden und der Verdichter 2 wird auf eine ausreichend hohe, aber gleichzeitig nicht zu hohe Temperatur erwärmt.
- 5. Die vorgenannte, sehr aufwendige und wenig robuste Regelungsmethode, die für den Kaltstart des Verdichters 2 benötigt wird, entfällt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wärmepumpenkreislauf
- 2
- Verdichter
- 2.1
- Gehäuse
- 3
- Wärmeübertrager
- 4
- Wärmeübertrager
- 5
- Heizkreislauf
- 5.1
- Heizkreislaufpumpe
- 5.2
- Zusatzeispumpe
- 5.3
- Mehrwegeventil
- 6
- Wärmeübertrager
- 7
- Expansionseinrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016213295 A1 [0008]
