DE102022127454A1 - Heat pump device and method for operating a heat pump device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft Wärmepumpenvorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb einer Wärmepumpenvorrichtung, die einen von einem Kältemittel durchströmten Wärmepumpenkreislauf (1) umfasst, der einen das Kältemittel und durch einen Heizkreis (2) strömendes flüssiges Heizkreismedium bei Bedarf in wärmeübertragenden Kontakt bringenden ersten Wärmeübertrager (1.1) und einen das Kältemittel und ein zugeführtes Fluid bei Bedarf in wärmeübertragenden Kontakt bringenden zweiten Wärmeübertrager (1.2) aufweist. Gegenständlich betrachtet, ist nach der Erfindung vorgesehen, dass auch der zweite Wärmeübertrager (1.2) mit dem Heizkreis (2) verbunden und bei Bedarf wahlweise das Kältemittel, das zugeführte Fluid und/oder das Heizkreismedium in wärmeübertragenden Kontakt bringend ausgebildet ist.The invention relates to a heat pump device and a method for operating a heat pump device which comprises a heat pump circuit (1) through which a coolant flows, which has a first heat exchanger (1.1) which, if required, brings the coolant and liquid heating circuit medium flowing through a heating circuit (2) into heat-transferring contact, and a second heat exchanger (1.2) which, if required, brings the coolant and a supplied fluid into heat-transferring contact. In objective terms, the invention provides that the second heat exchanger (1.2) is also connected to the heating circuit (2) and is designed to bring the coolant, the supplied fluid and/or the heating circuit medium into heat-transferring contact, if required.
Description
Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpenvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Betrieb einer Wärmepumpenvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9.The invention relates to a heat pump device according to the preamble of patent claim 1 and a method for operating a heat pump device according to the preamble of patent claim 9.
Eine Wärmepumpenvorrichtung der eingangs genannten Art und auch ein entsprechendes Verfahren zu deren Betrieb ist allgemein bekannt, so dass es diesbezüglich keines besonderen druckschriftlichen Nachweises bedarf. Gegenständlich betrachtet besteht eine solche Wärmepumpenvorrichtung dabei aus einem von einem Kältemittel durchströmten Wärmepumpenkreislauf, der einen das Kältemittel und durch einen Heizkreis strömendes flüssiges Heizkreismedium bei Bedarf in wärmeübertragenden Kontakt bringenden ersten und einen das Kältemittel und ein zugeführtes Fluid bei Bedarf in wärmeübertragenden Kontakt bringenden zweiten Wärmeübertrager aufweist. Verfahrensmäßig ausgedrückt durchströmt bei dem bekannten Verfahren ein Kältemittel einen Wärmepumpenkreislauf. Dabei wird bei Bedarf mit einem ersten Wärmeübertrager das Kältemittel und ein durch einen Heizkreis strömendes flüssiges Heizkreismedium in wärmeübertragenden Kontakt gebracht. Ferner wird bei Bedarf mit einem zweiten Wärmeübertrager das Kältemittel und ein zugeführtes Fluid in wärmeübertragenden Kontakt gebracht. Eine solche Wärmepumpenvorrichtung kann sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen eines Gebäudes verwendet werden, wobei beim Heizen Wärme aus der Umgebung des Gebäudes dem Gebäude zugeführt und beim Kühlen Wärme im Gebäude der Umgebung des Gebäudes zugeführt wird.A heat pump device of the type mentioned at the beginning and also a corresponding method for operating it are generally known, so that no special written proof is required in this regard. In objective terms, such a heat pump device consists of a heat pump circuit through which a coolant flows, which has a first heat exchanger which, if necessary, brings the coolant and liquid heating circuit medium flowing through a heating circuit into heat-transferring contact, and a second heat exchanger which, if necessary, brings the coolant and a supplied fluid into heat-transferring contact. In procedural terms, in the known method a coolant flows through a heat pump circuit. If necessary, the coolant and a liquid heating circuit medium flowing through a heating circuit are brought into heat-transferring contact using a first heat exchanger. Furthermore, if necessary, the coolant and a supplied fluid are brought into heat-transferring contact using a second heat exchanger. Such a heat pump device can be used both for heating and for cooling a building, whereby during heating heat from the building's surroundings is supplied to the building and during cooling heat in the building is supplied to the building's surroundings.
Die vorgenannte Maßgabe „bei Bedarf“ ist dabei hier und auch im Folgenden im Sinne von „wenn für den Betrieb erforderlich“ zu verstehen, d. h. die vorgenannten Wärmeübertragungskontakte sind genau dann zu realisieren, wenn dies für den ordnungsgemäßen Betrieb der Wärmepumpenvorrichtung sinnvoll bzw. erforderlich ist. Zur Umsetzung ist dabei eine entsprechende Regelung an der Wärmepumpenvorrichtung vorgesehen.The aforementioned requirement "if required" is to be understood here and below as "if necessary for operation", i.e. the aforementioned heat transfer contacts are to be implemented precisely when this is sensible or necessary for the proper operation of the heat pump device. To implement this, a corresponding control system is provided on the heat pump device.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmepumpenvorrichtung bzw. ein Verfahren zum Betrieb einer Wärmepumpenvorrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern. Insbesondere soll eine Wärmepumpenvorrichtung bzw. ein Verfahren zum Betrieb einer Wärmepumpenvorrichtung mit einem breiten bzw. breiteren Anwendungsbereich geschaffen werden.The invention is based on the object of improving a heat pump device or a method for operating a heat pump device of the type mentioned at the outset. In particular, a heat pump device or a method for operating a heat pump device with a broad or broader range of applications is to be created.
Diese Aufgabe ist gegenständlich mit einer Wärmepumpenvorrichtung der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Verfahrensmä-ßig ist diese Aufgabe mit einem Verfahren zum Betrieb einer Wärmepumpenvorrichtung der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 9 aufgeführten Merkmale gelöst.This object is achieved objectively with a heat pump device of the type mentioned at the outset by the features listed in the characterizing part of patent claim 1. In terms of method, this object is achieved with a method for operating a heat pump device of the type mentioned at the outset by the features listed in the characterizing part of patent claim 9.
Gegenständlich ist erfindungsgemäß also vorgesehen, dass auch der zweite Wärmeübertrager mit dem Heizkreis verbunden und bei Bedarf wahlweise das Kältemittel, das zugeführte Fluid und/ oder das Heizkreismedium in wärmeübertragenden Kontakt bringend ausgebildet ist. Verfahrensmäßig ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass bei Bedarf mit dem zweiten Wärmeübertrager, der auch mit dem Heizkreis verbunden ist, wahlweise das Kältemittel, das zugeführte Fluid und/oder das flüssige Heizkreismedium in wärmeübertragenden Kontakt gebracht wird.In terms of the method, the invention provides that the second heat exchanger is also connected to the heating circuit and, if required, is designed to bring the coolant, the supplied fluid and/or the heating circuit medium into heat-transferring contact. In terms of the method, the invention provides that, if required, the coolant, the supplied fluid and/or the liquid heating circuit medium are brought into heat-transferring contact with the second heat exchanger, which is also connected to the heating circuit.
Mit anderen Worten zeichnet sich die erfindungsgemäße Wärmepumpenvorrichtung bzw. das Verfahren zum Betrieb einer solchen Wärmepumpenvorrichtung somit dadurch aus, dass der zweite Wärmeübertrager nicht nur von zwei, sondern bei Bedarf auch von drei Medien durchströmbar ist, nämlich, wie gesagt, vom Kältemittel, vom zugeführten Fluid oder vom Heizkreismedium. Bezüglich des genannten, zugeführten Fluids ist dabei bevorzugt vorgesehen, dass es sich dabei wahlweise um Luft oder um ein flüssiges Wärmeträgermedium, wie beispielsweise Sole, (zur Einbindung von Erdwärme) handelt. Dank dieses Ansatzes ist es dabei möglich, beim Kühlen des Gebäudes anfallende Wärme einem Warmwasserspeicher zuzuführen, was nachfolgend noch genauer erläutert wird.In other words, the heat pump device according to the invention or the method for operating such a heat pump device is characterized in that the second heat exchanger can be flowed through not only by two, but also by three media if required, namely, as mentioned, the coolant, the supplied fluid or the heating circuit medium. With regard to the said supplied fluid, it is preferably provided that it is either air or a liquid heat transfer medium, such as brine (for incorporating geothermal energy). Thanks to this approach, it is possible to supply heat generated when cooling the building to a hot water storage tank, which is explained in more detail below.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Wärmepumpenvorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb einer Wärmepumpenvorrichtung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.Other advantageous developments of the heat pump device according to the invention or of the method according to the invention for operating a heat pump device emerge from the dependent patent claims.
Die erfindungsgemäße Wärmepumpenvorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Wärmepumpenvorrichtung wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The heat pump device according to the invention or the method according to the invention for operating a heat pump device is explained in more detail below with reference to the drawing of a preferred embodiment.
Es zeigt schematisch
-
1 die erfindungsgemäße Wärmepumpe im erfindungsgemä-ßen, kombinierten Kühl- und Warmwassermodus; -
2 die erfindungsgemäße Wärmepumpe gemäß1 im Heizmodus; -
3 die erfindungsgemäße Wärmepumpe gemäß1 im Kühlmodus; -
4 die erfindungsgemäße Wärmepumpe gemäß1 im Warmwassermodus; und -
5 im Schnitt und zur Verdeutlichung vergrößert den zweiten Wärmeübertrager der erfindungsgemäßen Wärmepumpe gemäß1 .
-
1 the heat pump according to the invention in the combined cooling and hot water mode according to the invention; -
2 the heat pump according to the invention according to1 in heating mode; -
3 the heat pump according to the invention according to1 in cooling mode; -
4 the heat pump according to the invention according to1 in hot water mode; and -
5 in section and enlarged for clarity the second heat exchanger of the heat pump according to the invention according to1 .
Die in den Figuren, in denen grundsätzlich der gleiche Schaltplan, allerdings je nach Modus mit unterschiedlicher Durchströmung (an den eingezeichneten Pfeilen zu erkennen) gezeigt ist, schematisch dargestellte Wärmepumpenvorrichtung besteht aus einem von einem Kältemittel durchströmten Wärmepumpenkreislauf 1, der einen das Kältemittel und durch einen Heizkreis 2 strömendes flüssiges Heizkreismedium bei Bedarf in wärmeübertragenden Kontakt bringenden ersten Wärmeübertrager 1.1 und einen das Kältemittel und ein zugeführtes Fluid (hier Luft, es kommt, wie eingangs erwähnt, aber zum Beispiel auch Sole in Betracht) bei Bedarf in wärmeübertragenden Kontakt bringenden zweiten Wärmeübertrager 1.2 aufweist. Dabei ist, wie insbesondere aus
Verfahrensmäßig betrachtet, durchströmt bei dieser Lösung ein Kältemittel einen bzw. den Wärmepumpenkreislauf 1. Ferner wird bei Bedarf mit einem bzw. dem ersten Wärmeübertrager 1.1 das Kältemittel und ein bzw. das durch einen bzw. den Heizkreis 2 strömende(s) flüssige(s) Heizkreismedium in wärmeübertragenden Kontakt gebracht. Außerdem wird bei Bedarf mit einem bzw. dem zweiten Wärmeübertrager 1.2 das Kältemittel und ein bzw. das zugeführte(s) Fluid in wärmeübertragenden Kontakt gebracht.In terms of the process, in this solution a coolant flows through a or the heat pump circuit 1. Furthermore, if required, the coolant and a or the liquid heating circuit medium flowing through a or the heating circuit 2 are brought into heat-transferring contact with a or the first heat exchanger 1.1. Furthermore, if required, the coolant and a or the supplied fluid are brought into heat-transferring contact with a or the second heat exchanger 1.2.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass wahlweise in einem Heizmodus (siehe
Außerdem ist bevorzugt vorgesehen, dass in einem Kühlmodus (siehe
Wieder gegenständlich betrachtet, ist für die erfindungsgemäße Wärmepumpenvorrichtung nun wesentlich, dass auch der zweite Wärmeübertrager 1.2 mit dem Heizkreis 2 verbunden und bei Bedarf wahlweise das Kältemittel, das zugeführte Fluid und/oder das Heizkreismedium in wärmeübertragenden Kontakt bringend ausgebildet ist. Der zweite Wärmeübertrager 1.2 ist dabei vorzugsweise (insbesondere damit das Heizkreismedium nicht außerhalb des Gebäudes strömen muss) im Innern eines Gebäudes angeordnet, d. h. es handelt sich um eine innenaufgestellte Wärmepumpenvorrichtung. Das zugeführte Fluid, also beispielsweise die Luft, wird dabei über entsprechende Rohrleitungen ins Innere des Gebäudes gefördert.Looking at the objective aspect again, it is now essential for the heat pump device according to the invention that the second heat exchanger 1.2 is also connected to the heating circuit 2 and, if required, is designed to bring the coolant, the supplied fluid and/or the heating circuit medium into heat-transferring contact. The second heat exchanger 1.2 is preferably arranged inside a building (in particular so that the heating circuit medium does not have to flow outside the building), i.e. it is an internally installed heat pump device. The supplied fluid, for example the air, is conveyed into the interior of the building via appropriate pipes.
Dabei ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass der zweite Wärmeübertrager 1.2 einen ersten, vom Heizkreismedium, einen zweiten vom Kältemittel und einen dritten vom zugeführten Fluid durchströmten Strömungspfad aufweist.It is particularly preferably provided that the second heat exchanger 1.2 has a first flow path through which the heating circuit medium flows, a second flow path through which the coolant flows and a third flow path through which the supplied fluid flows.
Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass der zweite Wärmeübertrager 1.2 aus einem Rohr 1.2.1, einem das Rohr 1.2.1 umschließenden Mantelrohr 1.2.2 und aus Lamellen 1.2.3 gebildet ist.Furthermore, it is preferably provided that the second heat exchanger 1.2 is formed from a tube 1.2.1, a jacket tube 1.2.2 enclosing the tube 1.2.1 and from fins 1.2.3.
Miteinander kombiniert, ist entsprechend bevorzugt vorgesehen, dass der erste Strömungspfad für das Heizkreismedium aus dem Rohr 1.2.1, der zweite Strömungspfad für das Kältemittel aus dem Mantelrohr 1.2.2 und der dritte Strömungspfad für das zugeführte Fluid aus den Lamellen 1.2.3 gebildet ist. Hieraus ergibt sich, dass das Kältemittel wahlweise mit dem zugeführten Fluid und/oder mit dem Heizkreismedium wärmetauschend ausgebildet ist (oder in anderen Worten: es findet keine unmittelbare bzw. direkte Wärmeübertragung vom zugeführten Fluid auf das Heizkreismedium statt). - Zu beachten ist dabei, dass die jeweiligen Anschlüsse der Strömungspfade an den Wärmepumpenkreislauf 1 und den Heizkreislauf 2 (genauer 2.20 - siehe nachfolgend) in den
Ganz besonders bevorzugt ist bei alledem weiterhin vorgesehen, dass der Heizkreis 2 zwei voneinander absperrbare Teilheizkreise 2.10, 2.20 umfasst.It is particularly preferred that the heating circuit 2 comprises two partial heating circuits 2.10, 2.20 that can be shut off from one another.
Noch etwas genauer betrachtet, ist hierzu einerseits - und zwar zur Realisierung des vorgenannten Warmwassermodus - vorgesehen, dass der erste Teilheizkreis 2.10 das Heizkreis-Umschaltventil 2.1, die Heizkreispumpe 2.2, den Warmwasserspeicher 2.4 und den zweiten Durchströmungspfad des ersten Wärmeübertragers 1.1 umfasst. Ferner ist andererseits - und zwar zur Realisierung des vorgenannten Kühlmodus - bevorzugt vorgesehen, dass der zweite Teilheizkreis 2.20 den mindestens einen Gebäudewärmeübertrager 2.3, eine Zusatz-Heizkreispumpe 2.5 und den ersten Strömungspfad des zweiten Wärmeübertragers 1.2 umfasst.Looking at this in more detail, on the one hand - namely to implement the above-mentioned mentioned hot water mode - it is provided that the first partial heating circuit 2.10 comprises the heating circuit switching valve 2.1, the heating circuit pump 2.2, the hot water tank 2.4 and the second flow path of the first heat exchanger 1.1. Furthermore, on the other hand - specifically to implement the aforementioned cooling mode - it is preferably provided that the second partial heating circuit 2.20 comprises the at least one building heat exchanger 2.3, an additional heating circuit pump 2.5 and the first flow path of the second heat exchanger 1.2.
Dank der genannten Zusatz-Heizkreispumpe 2.5 ist es dabei möglich, das Heizkreismedium in den beiden Teilheizkreisen 2.10 und 2.20 unabhängig voneinander strömen zu lassen, so dass der besagte Kühl- und Warmwassermodus realisierbar ist.Thanks to the additional heating circuit pump 2.5 mentioned above, it is possible to let the heating circuit medium flow independently in the two partial heating circuits 2.10 and 2.20, so that the aforementioned cooling and hot water mode can be implemented.
Zum Absperren der beiden Teilheizkreise 2.10 und 2.20 voneinander dient dabei (vergleiche hierzu die
Verfahrensmäßig betrachtet, ist für die erfindungsgemäße Lösung wesentlich, dass bei Bedarf mit dem zweiten Wärmeübertrager 1.2, der auch mit dem Heizkreis 2 verbunden ist, wahlweise das Kältemittel, das zugeführte Fluid und/oder das flüssige Heizkreismedium in wärmeübertragenden Kontakt gebracht wird. Im Heiz- (siehe
Besonders bevorzugt ist dabei weiterhin verfahrensmäßig vorgesehen, dass in einem kombinierten Kühl- und Warmwassermodus mit dem zweiten Wärmeübertrager 1.2 Wärme von einer Teilmenge des durch Gebäudewärmeübertrager 2.3 strömenden flüssigen Heizkreismediums auf das Kältemittel und mit dem ersten Wärmeübertrager 1.1 Wärme vom Kältemittel auf eine zweite Teilmenge des durch einen Warmwasserspeicher strömenden flüssigen Heizkreismediums übertragen wird.Particularly preferably, the method further provides that in a combined cooling and hot water mode, heat is transferred from a partial amount of the liquid heating circuit medium flowing through the building heat exchanger 2.3 to the coolant using the second heat exchanger 1.2 and heat is transferred from the coolant to a second partial amount of the liquid heating circuit medium flowing through a hot water tank using the first heat exchanger 1.1.
Die erfindungsgemäße Lösung wird abschließend anhand der
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- WärmepumpenkreislaufHeat pump circuit
- 1.11.1
- erster Wärmeübertragerfirst heat exchanger
- 1.21.2
- zweiter Wärmeübertragersecond heat exchanger
- 1.2.11.2.1
- RohrPipe
- 1.2.21.2.2
- MantelrohrJacket pipe
- 1.2.31.2.3
- LamellenSlats
- 1.31.3
- Verdichtercompressor
- 1.41.4
- Wärmepumpenkreislauf-UmschaltventilHeat pump circuit changeover valve
- 1.51.5
- ExpansionseinrichtungExpansion facility
- 22
- HeizkreisHeating circuit
- 2.12.1
- Heizkreis-UmschaltventilHeating circuit switching valve
- 2.22.2
- HeizkreispumpeHeating circuit pump
- 2.32.3
- GebäudewärmeübertragerBuilding heat exchangers
- 2.42.4
- WarmwasserspeicherHot water tank
- 2.52.5
- Zusatz-HeizkreispumpeAdditional heating circuit pump
- 2.62.6
- SchaltventilSwitching valve
- 2.72.7
- HeizkreisvorlaufHeating circuit flow
- 2.82.8
- HeizkreisrücklaufHeating circuit return
- 2.92.9
- Rückschlagventilcheck valve
- 2.102.10
- erster Teilheizkreisfirst partial heating circuit
- 2.202.20
- zweiter Teilheizkreissecond partial heating circuit
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