DE1268632B - Waermepumpe - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES ^t^ PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

F25b

Deutsche KL: 17 a-1/01

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

1268 632
P 12 68 632.7-13
12. Januar 1962
22. Mai 1968

Anmelder:

Worthington Corporation,

Harrison, N. J. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Chem. Dr. W. Koch und Dr.-Ing. R. Glawe, Patentanwälte, 2000 Hamburg 52, Waitzstr. 12

Als Erfinder benannt:
Richard Elchanan Japhet,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 2. Mai 1961 (107 181) - -

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpe mit Wärmepumpe

einem Kompressor für die gasförmige Phase und

einer Pumpe für die flüssige Phase der Umlaufflüs-

sigkeit, welche beide aus einem Gas-Flüssigkeits-Abscheider gespeist werden, und mit zwei als Kondensator und Verdampfer dienenden Wärmeaustauschern sowie mit einem dem Abscheider vorgeschalteten Druckminderventil.

Die Verwendung von Wärmepumpen, insbesondere für die Klimatisierung, hat sich in der Industrie, bei Handelsunternehmen und in Wohngebäuden durchgesetzt. Die üblichen Wärmepumpen arbeiten mit hintereinandergeschalteten Verdichtern und Wärmeaustauschern. Die Betriebsweise hängt von der Umkehr der Strömungsrichtung des Kühlmittels in den Wärmeaustauschern und der Anlage sowie von einer Funktionsänderung der Wärmeaustauscher ab, die einmal als Heiz- und einmal als Kühlkörper arbeiten. Eine solche Strömungsumkehr ist naturgemäß umständlich und zeitraubend und erfordert einen erhebliehen Aufwand an Ventilen und zum Teil komplizierten Regelvorrichtungen.

Die Erfindung vermeidet die bisher bestehenden Nachteile. Sie hat die Aufgabe, eine Wärmepumpe der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß ein Funktionswechsel der Wärmeaustauscher ohne Umkehr der Strömungsrichtung der Umlaufflüssigkeit erfolgt.

Das unterscheidet die Erfindung grundsätzlich nicht nur von den bekannten Wärmepumpen, sondem auch von Kühlanlagen, bei denen der Verdampfer zwar wahlweise von einem Kompressor zum Abtauen und einer Pumpe zum Kühlen beschickt wird, der Kondensator jedoch stets die gleiche Funktion als Wärmeerzeuger behält, ein Funktionswechsel von Kondensator und Verdampfer also nicht stattfindet.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe vor allen Dingen dadurch, daß beide Wärmeaustauscher eingangsseitig über je ein Hand- oder Magnetventil mit dem Kompressor und über je ein Rückschlagventil mit der Pumpe sowie ausgangsseitig über je ein Hand- oder Magnetventil mit dem Abscheider und über je ein Rückschlagventil mit der Hochdruckseite des Druckminderventils verbunden sind.

Außerdem können die Rückschlagventile auch als Hand- oder Magnetventile ausgebildet sein.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist mindestens ein einstellbares Drosselventil vorgesehen, welches zwischen den Kompressor und die Eingangsseite mindestens eines Wärmeaustauschers geschaltet ist.

Die Erfindung weist ferner einen Verdampfer auf, der absperrbar zwischen die Druckleitung der Pumpe und die Saugleitung des Kompressors geschaltet ist und durch erhitztes Gas aus der Druckleitung des Kompressors beheizt wird.

Ferner ist ein Verdampfer zwischen dem Abscheider und dem Kompressor vorgesehen, der durch die dem Druckminderventil zuströmende Flüssigkeit beheizt wird.

Vorteilhaft ist das Druckminderventil als Regelventil ausgebildet, das in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsstand im Abscheider gesteuert wird. Diesem Regelventil kann ein Sammelbehälter vogeschaltet werden.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß keine Umkehr der Strömungsrichtung notwendig ist und ein verhältnismäßig einfacher Aufbau bei geringem Aufwand an Ventilen u. dgl. zu verzeichnen ist. Eine Anlage nach der Erfindung kann, wenn einer der beiden Wärmeaustauscher außerhalb, der andere innerhalb eines Gebäudes aufgestellt wird, mit Vorteil als Klimaanlage verwendet werden, welche je nach Wunsch und Bedarf das Gebäude kühlt oder erwärmt.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt.

F i g. 1 zeigt schematisch den Kühlkreis einer Anlage nach der Erfindung mit im Freien angeordnetem

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Wärmetauscher für den Wärmeaustausch mit atmosphärischer Luft;

Fig. 2 stellt schematisch den Heizkreis der Anlage nach F i g. 1 dar;

Fig. 3 ist eine schematische Skizze zur Veranschaulichung des Abtaukreises der Anlage nach Fig. Iund2;

Fig. 4 zeigt schematisch den Zwischenkühlkreis des Freiluftwärmetauschers für den Wärmeaustausch mit atmosphärischer Luft;

Fig. 5 zeigt schematisch eine abgewandelte Ausführungsform mit einer Überhitzungseinrichtung in der Ansaugleitung des Verdichters;

Fig. 6 zeigt schematisch eine abgewandelte Ausführungsform des Zwischenkühlkreises mit einem Freiluftwärmetauscher für den Wärmeaustausch mit atmosphärischer Luft;

Fig. 7 zeigt schematisch eine abgewandelte Ausführungsform mit einer Niederdruckabscheideeinrichtung.

Die Fig. 1 bis 4 dienen zur Erläuterung der Betriebszustände, wie Kühlung, Heizung, übergangszeitlichen Betriebs, sowie der unterschiedlichen Drücke, Temperaturen und Strömungswege des Kühlmittels.

In der Zeichnung ist ein Wärmeaustauscher für den Wärmeaustausch mit atmosphärischer Luft dargestellt. Natürlich kann ein solcher Wärmetauscher auch mit einem anderen Wärmeträger zum Abführen oder Zuleiten von Wärme betrieben werden.

Der ferner in der Zeichnung dargestellte zweite Wärmetauscher für den Wärmeaustausch mit zu erwärmendem oder zu kühlendem Wasser dann statt dessen auch in Verbindung mit einem anderen flüssigen oder gasförmigen Mittel einschließlich Luft verwendet werden.

Der Austrittstutzen 2 des Kompressors 1 ist mit einer Leitung 3 für die Aufnahme von heißem, komprimiertem, gasförmigem Kühlmittel aus dem Kompressor verbunden (Fig. 1 bis 4). Die Leitung3 ist mit drei Leitungen 4, 5, 6 mit je einem für Handbetätigung oder automatischen Betrieb eingerichteten Magnetventil 7 bis 9 zum Ändern der Strömungsrichtung des Kühlmittels in der Anlage, je nach der Betriebsweise (Kühl-, Heiz- oder Abtaubetrieb), verbunden.

Die Leitung 4 ist mit dem Eingangsverteiler 10 eines an sich bekannten Wärmetauschers 11 verbunden, der derart angeordnet ist, daß atmosphärische Luft beispielsweise mittels eines Gebläses 12 als Wärmeaustauschmittel an die Rohrschlangen 13 des Wärmetauschers herangeführt werden kann.

Der Sammler 14 für das aus dem Wärmeaustauscher 11 austretende Mittel steht über eine Verbindungsleitung 15 und eine Leitung 16 mit einem an sich bekannten Hochdruckschwimmerregler 17 in Verbindung, der seinerseits über eine Leitung 18 mit einer Sammelleitung 19 verbunden ist, die zu dem an sich bekannten Speicher 20 führt. Dieser Speicher ist genügend groß bemessen, um ein einwandfreies Trennen des gasförmigen und des flüssigen Kühlmittels zu gewährleisten. Er ist so ausgebildet, daß er als Hochdruckbehälter zum Bereithalten der ganzen Kühlmittelmenge, beispielsweise während des Stillstandes, ausreicht.

Der Ansaugstutzen 21 des Kompressors 1 ist über eine Ansaugleitung 22 mit jenem Teil des Speichers 20 verbunden, in dem das gasförmige Kühlmittel enthalten ist, so daß ein Mitreißen von Flüssigkeit durch das Gas während des Betriebes des Verdichters vermieden wird.

Die Leitung 6 steht mit der Eintrittskammer 23 eines Wärmetauschers 24 in Verbindung, der z. B. an einer umbauten Stelle angeordnet ist, so daß je nach der jeweiligen Betriebsweise zum Zuführen oder Ableiten von Wärme entweder eine Flüssigkeit oder ein Gas als Wärmeträger an die Rohrschlangen 25 herangeführt werden kann. Zu diesem Zweck wird Flüssigkeit durch den Eintrittsstutzen 26 zugeführt und durch den Austrittsstutzen 27 abgeführt.

Die Austrittskammer 28 des Wärmetauschers 24 ist über eine Rücklaufleitung 29 mit der Leitung 16 verbunden, die in den Hochdruckschwimmerregler 17 mündet.

Wie Fig. 1 bis 4 zeigen, sind die Leitungen 15, 29 bei 30, 31 mit je einem Rückschlagventil ausgestattet, so daß die Strömungsrichtung des Kühlmittels durch die beiden Wärmeaustauscher 11, 24 bei allen Betriebszuständen dieselbe ist.

Die Leitungen 15,29 stehen je über eine Leitung 32,33 mit der Sammelleitung 19 in Verbindung. Durch Schalten der Ventile 34, 35 der Leitungen 32, 33 gelangen das Gas und die Flüssigkeit vom einen oder anderen Wärmetauscher 11,24 unter Umgehung des Hochdruckschwimmerreglers 17 direkt in den Speicher 20. Die Schaltventile 7, 8, 9, 34, 35 können von Hand oder automatisch betätigbar sein.

Bei den im folgenden zu beschreibenden einzelnen Betriebsweisen, bei denen der Wärmetauscher kein heißes, komprimiertes, gasförmiges Kühlmittel erhält, ist zum zwangläufigen Umwälzen des flüssigen Kühlmittels und Zuführen desselben zu den Wärmeaustauschern 11, 24 eine Pumpe 40 vorgesehen, deren Saugstutzen über eine Leitung 41 mit dem Teil des Speichers 20 verbunden ist, in dem das flüssige Kühlmittel sich sammelt. Die Pumpe speist über eine gemeinsame Leitung 42 die Verbindungsleitungen 43, 44, die mit den Leitungen 4, 6 verbunden sind, welche in den Wärmeaustauscher 11 bzw. 24 münden. Die Verbindungsleitungen43, 44 (Fig. 1 bis 4) sind mit je einem Rückschlagventil 45, 46 ausgestattet. Diese Ventile bestimmen die Strömungsrichtung des flüssigen Kühlmittels je nach Schaltstellung der Ventile 7, 9.

Die Rückschlagventile 30, 31 arbeiten in ähnlicher Weise, je nach der Schaltstellung der Ventile 34, 35. Sowohl für die Rückschlagventile 30, 31 als auch für die Rückschlagventile 45,46 gilt, daß der Druck des Kühlmittels jeweils das eine oder andere Rückschlagventil belastet, so daß eine Strömung nur durch das Rückschlagventil auftritt, dessen Austrittseite nicht unter der Belastung des Druckes steht.

Die Ventile 34, 35 ermöglichen ferner einen Abtaubetrieb, bei dem Kühlmittel durch die Abtauleitung 5 strömt, die von der gemeinsamen Speiseleileitung 3 abgezweigt und zu einem Punkt hinter dem Magnetventil 7 und dem Rückschlagventil 45 geführt ist.

Die Wärmepumpe nach der Erfindung hat den Vorteil, daß sich kein öl in der Anlage und in einem der Wärmeaustauscher oder in etwaigen Säcken in den Leitungen ansammeln kann, wie dies bei den zur Zeit bekannten Wärmepumpen der Fall ist. Das Öl sammelt sich an einer einzigen Stelle der Anlage, nämlich im Speicher 20. Dadurch kann das Öl auf einfache Weise wiedergewonnen werden, da das mit Öl angereicherte Kühlmittel hinter der Pumpe 40 über

eine verhältnismäßig kleine, ein Magnetventil 51 aufweisende Abströmleitung 50 entnommen werden kann. Das Magnetventil 51 kann während der Zeit, wenn der Verdichter sich in Betrieb befindet, geöffnet bleiben.

Das durch die Abströmleitung 50 entnommene, mit Öl angereicherte Kühlmittel wird verdampft, indem die Abströmleitung z. B. bei 52 um eine der heißes Kühlmittel führenden Leitungen, z. B. die Speiseleitung 3 vom Verdichter, geführt ist. Das verdampfte gasförmige Kühlmittel, das kleine ölteilchen enthält, kann dadurch zum Verdichter zurückgeführt werden, daß die Mündung der Leitung 50 an der Saugleitung 22 zum Ansaugstutzen des Verdichters angeschlossen wird.

Da zwischen der Saugseite der Pumpe 40 und der Saugseite des Verdichters 1 eine Druckdifferenz vorhanden ist, ist auf diese Weise eine sehr wirksame, verstopfungsfreie und leicht regulierbare Anlage für die Wiedergewinnung von Öl für die Wärmepumpe geschaffen. In der Leitung 50 ist z. B. eine in Abhängigkeit von der Überhitzung arbeitende Regeleinrichtung, beispielsweise bei 53, vorgesehen, die zum Regeln der Strömung des mit Öl angereicherten Kühlmittels durch die Leitung 50 dient.

Die abgewandelte Ausführungsform nach Fig. 5 ist mit einer Einrichtung zum Überhitzen des gasförmigen Kühlmittels vor dem Eintritt in die Saugseite des Verdichters ausgestattet. Diese Einrichtung gewährleistet, daß in den Verdichter kein feuchtes Gas eintritt, und erhöht den Temperaturunterschied vor und hinter dem Verdichter.

Zum Unterschied von den vorhergehenden Figuren ist gemäß Fig. 5 die zum Hochdruckschwimmerregler 17 führende Leitung 16 mit ihrem einen Ende an die Leitungen 15, 29 und mit ihrem anderen Ende an den Hochdruckschwimmerregler 17 angeschlossen, während ein dazwischenliegender Teil der Leitung 16 bei 55 um die Ansaugleitung 22 des Verdichters 1 geführt ist.

Beim Betrieb saugt der Verdichter 1 ein gasförmiges Kühlmittel aus dem Speicher 20 über die Leitung 22 an, das in der Leitung 22 zum berührungsfreien Wärmeaustausch mit dem durch die Windungen 55 der Leitung 16 strömenden heißen, flüssigen Kühlmittel gebracht wird. Das heiße, flüssige Kühlmittel überhitzt das durch die Leitung 22 hindurchströmende gasförmige Kühlmittel, so daß darin etwa vorhandene noch flüssige Kühlmittelteilchen verdampft werden und eine Ansammlung von flüssigem Kühlmittel im Verdichter, die diesen beschädigen könnte, vermieden wird.

Die Arbeitsweise dieser abgewandelten Ausführungsform der Erfindung stimmt im übrigen mit der der Ausführung nach F i g. 1 bis 4 überein.

Die vorstehend beschriebene Wärmepumpe stellt lediglich eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dar. Diese Beschreibung befaßt sich mit der Verwendung einer hochdruckbetätigten Abscheideeinrichtung zum Abscheiden des heißen, komprimierten, gasförmigen Kühlmittels von dem kalten, flüssigen Kühlmittel unter niedrigem Druck.

Das Abscheiden von Gas und Flüssigkeit kann auch mittels einer niederdruckbetätigten Anordnung (F i g. 7) erzielt werden. Bei dieser Ausführungsform ist ebenfalls die Leitung 16 anders geführt als beim ersten Ausführungsbeispiel. Sie führt nämlich zu einem Hochdruckbehälter 64, der seinerseits über eine Zuleitung 65 mit dem Speicher 20 verbunden ist. Der Kühlflüssigkeitsstrom durch die Leitung 65 wird mittels eines Regelventils 66 geregelt, das durch Impulse eines Flüssigkeitsstandreglers 67 betätigt wird. Da Flüssigkeitsstandregler mit elektrischen oder pneumatischen Signaleinrichtungen bekannt sind, erübrigt sich ihre eingehendere Beschreibung.

Die Wärmepumpe nach den Fig. 1,5 und 7 kann mit oder ohne Kompressionskreis betrieben werden, ίο Wenn die Anlage mit Kompression betrieben wird, können der Heiz- und der Kühlbetrieb üblicher Wärmepumpen erzielt werden. Wird das System ohne Kompression betrieben, so werden die Ventile so eingestellt, daß die Pumpe zwangläufig Kühlflüssigkeit den parallel oder in Reihe geschalteten Wärmeaustauschern zuführt und die Kühlflüssigkeit von den Wärmetauschern einer Mischstation zuleitet, so daß eine Kühlwirkung erzielt wird.

Diese einzelnen Arbeitsweisen der Wärmepumpe werden im folgenden an Hand der Figuren beschrieben, in denen auch beispielsweise Temperaturen und Drücke für das Kühlmittel an bestimmten Stellen der Anlage zur Kennzeichnung des physikalischen Zustandes des Kühlmittes angegeben sind.
Das Schalten der Ventile mit Ausnahme der Rückschlagventile kann entweder von Hand oder automatisch erfolgen. Außer der geöffneten und der geschlossenen Stellung sind Zwischenstellungen der Ventile möglich.

Das Kühlen einer Flüssigkeit oder eines Gases mittels des Wärmetauschers 24 im Gebäude findet folgendermaßen statt.

Zunächst werden der Verdichter 1, die Pumpe 40 und das Gebläse 12 in Betrieb gesetzt. Die Ventile 7, 34 und 51 sind geöffnet und alle anderen Ventile geschlossen. Das heiße, komprimierte, gasförmige Kühlmittel vom Verdichter 1 strömt durch den Druckstutzen 2 und die gemeinsame Leitung 3 in die Leitung 4, die in den Eingangsverteiler 10 des Freiluftwärmetauschers 11 mündet. Im Freiluftwärmetauscher 11 kondensiert das heiße, komprimierte, gasförmige Kühlmittel zu flüssigem Kühlmittel, das sich im Austrittssammler 14 des Freiluftwärmetauschers 11 sammelt.

Dieses flüssige Kühlmittel strömt vom Austrittssammler 14 durch die Leitungen 15 und 16 zum Hochdruckschwimmerregler 17, der zum Zuführen von Flüssigkeit, von der ein Teil zu Gas verdampft, durch die Leitungen 18 und 19 zum Speicher 20 dient. Das Gemisch von flüssigem Kühlmittel und verhältnismäßig kaltem, gasförmigem Kühlmittel vermischt sich mit einem weiteren, verhältnismäßig kalten Gemisch von gasförmigem und flüssigem Kühlmittel, das von dem im Gebäude angeordneten Wärmetauscher herangeführt wird.

Wenn der Speicher 20 richtig bemessen ist, trennen sich der gasförmige und der flüssige Anteil des Kühlmittels, und eine Gasschicht nimmt den oberen und eine Flüssigkeitsschicht den unteren Teil des Speichers ein. (Die unterbrochene Linie in F i g. 1 bis 4 deutet den Flüssigkeitsspiegel an.)

Da die Saugleitung des Verdichters am oberen Teil des Speichers angeordnet ist, der das gasförmige Kühlmittel enthält, gelangt ausschließlich Gas in die Saugleitung 22 und den Saugstutzen 21 des Verdichters, wo es für das neue Arbeitsspiel verdichtet wird. Das verhältnismäßig kalte, flüssige Kühlmittel im Speicher wird ebenfalls unter Druck durch das oben

beschriebene Pumpsystem zum Wärmetauscher 24 im Gebäude gepumpt. Die Pumpe 40 saugt nämlich Flüssigkeit durch die Leitung 41 an und liefert das flüssige Kühlmittel durch die Leitung 42. Da das heiße, komprimierte, gasförmige Kühlmittel durch die Leitung 4 geführt wird, kann das Rückschlagventil 45 sich nicht öffnen, so daß das geförderte flüssige Kühlmittel unter Druck zwangläufig den Weg durch die Leitung 44 und das Rückschlagventil 46 zu der Leitung 6 nehmen muß, die in den Einlaßverteiler 23 des Wärmetauschers 24 im Gebäude mündet.

In diesem Wärmetauscher gelangt das flüssige Kühlmittel zum Wärmeaustausch mit dem durch die Leitung 26 zu- und durch die Leitung 27 abgeleiteten Strömungsmittel, so daß das kalte, flüssige Kühlmittel beim Kühlen dieses Mittels während des Durchgangs durch den Wärmetauscher im Gebäude erwärmt wird. Das gekühlte Mittel kann nach Verlassen des Austrittsstutzens 27 zu einem beliebigen Verwendungspunkt geführt werden.

Natürlich können Luft oder andere gasförmige Mittel ebenfalls gekühlt werden, indem sie zum Wärmeaustausch in einen geeigneten, im Gebäude angeordneten Wärmetauscher geführt werden.

Das im Austrittssammler 28 des Wärmetauschers 24 sich sammelnde Kühlmittel ist zum Teil gasförmig und zum Teil flüssig, da die Pumpe mehr Flüssigkeit zuliefert, als zur Nutzung der Wärmeaustauschleistung des Wärmetauschers erforderlich ist. Dies ist deshalb vorteilhaft, weil die Innenseiten der Rohre des Wärmetauschers unter diesen Bedingungen dauernd benetzt sind, wodurch sein Wirkungsgrad erhöht wird.

Das Gemisch von gasförmigem und flüssigem Kühlmittel wird vom Auslaßsammler 28 durch die Leitungen 29, 32 und das Regelventil 34 in die Sammelleitung 19 geführt, wo es mit einem ähnlichen Gemisch von Gas und Flüssigkeit zusammentrifft, das von dem Hochdruckschwimmerregler 17 durch die Leitung 19 zu dem daran angeschlossenen Sammler 20 strömt.

Das Umwälzen des Kühlmittels im Pumpkreis erfolgt kontinuierlich. Die Kühlung dauert so lange, wie der Verdichter sich im Betrieb befindet und die beschriebene Ventileinstellung für den Kühlbetrieb beibehalten wird.

Beim Heizbetrieb (Fig. 2) werden zunächst der Verdichter 1, die Pumpe 40 und das Gebläse 12 in Betrieb genommen. Mit Ausnahme der Ventile 9, 35 und 51 sind alle Ventile geschlossen.

Das heiße, komprimierte, gasförmige Medium wird vom Verdichter durch den Austrittstutzen 2 und die Leitungen 3 und 6 zum Eintrittsverteiler 23 des Wärmetauschers im Gebäude 24 geführt, wo es seine Wärme an das zu erwärmende Mittel, z. B. Wasser, abgibt, das dem Wärmetauscher 24 durch den Eintrittstutzen 26 zugeführt und in erwärmtem Zustand durch den Austrittstutzen 27 zu der gewünschten Verwendungsstelle geleitet wird. Natürlich können auch andere flüssige Mittel, Luft oder Gase als Wärmeträger und Austauschmittel verwendet werden. Im Fall der Verwendung von Luft oder Gasen wird in an sich bekannter Weise ein entsprechender Wärmetauscher verwendet. 6g

Durch die Wärmeabgabe an das zu erwärmende Mittel wird das Gas verflüssigt. Die Flüssigkeit strömt durch den Austrittssammler 28 des Wärmetauschers 24, die Leitung 29 und das Rückschlagventil 31 in die gemeinsame Leitung 16, die in den Hochdruckschwimmerregler 17 mündet.

Im Hochdruckschwimmerregler verdampft die Flüssigkeit teilweise und kühlt während des Expandierens ab, so daß dem Sammler 20 über die Leitung 19 ein verhältnismäßig kaltes Gemisch von gasförmigem und flüssigem Kühlmittel zugeführt wird, das ähnlich wie beim Kühlbetrieb mit einem weiteren Gemisch von relativ kaltem, gasförmigem und flüssigem Kühlmittel verment wird, welches in der im folgenden beschriebenen Weise von dem Wärmetauscher im Gebäude herangeführt wird. Dank der Bemessung des Speichers 20 wird das Gemisch in eine gasförmige und eine flüssige Schicht des Kühlmittels getrennt, die einander unmittelbar berühren.

Da die Saugleitung 22 mit dem gasförmigen Kühlmittelanteil im Speicher in Verbindung steht, saugt der Verdichter durch die Saugleitung 22 und den Saugstutzen 21 gasförmiges Kühlmittel an, das im Verdichter von neuem für das nächste Arbeitsspiel in der beschriebenen Weise verdichtet wird.

Zusätzlich zu der Kompressionswärme wird weitere Wärme gewonnen, die von einem Wärmeträger entnommen wird, der sich mit dem Wärmetauscher 11 außerhalb des Gebäudes befindet, indem diesem zwangläufig mit Hilfe der Pumpenanordnung Kühlmittel zugeführt wird. Die Pumpe 40 saugt über die Leitung 41 kaltes, flüssiges Kühlmittel aus der Schicht flüssigen Kühlmittels im Speicher 20 an und fördert es durch die Druckleitung 42. Da durch die Leitung 6 heißes, verdichtetes, gasförmiges Kühlmittel zuströmt, kann die gepumpte Flüssigkeit nicht durch das Rückschlagventil 46 hindurchtreten, sondern muß durch das Rückschlagventil 45 der Leitung 43 in die an diese angeschlossene Leitung 4 strömen, die in den Eintrittssammler 10 des Freiluftwärmetauschers 11 mündet. Beim Durchtritt durch die Rohrschlangen 13 des Freiluftwärmetauschers 11 nimmt das flüssige Kühlmittel, das immer kalter ist als der Wärmeträger, von diesem Wärme auf und strömt anschließend aus dem Austrittssammler 14 durch die Leitungen 15, 33 und das Regelventil 35 in die Sammelleitung 19 und von dort in den Sammler 20, wo es sich mit dem vom Hochdruckschwimmerregler 17 zum Sammler 20 zurückströmenden Gemisch von gasförmigem und flüssigem Kühlmittel vermischt. Die dem Speicher zugeführten Gemische werden in der weiter vorstehend beschriebenen Weise in Gas und Flüssigkeit getrennt und durch die Leitungen 22 und 41 dem Verdichter bzw. der Pumpe für das neue Arbeitsspiel zugeführt.

Wenn die Wärmepumpe sich im Heizbetrieb befindet und ein Freilufwärmetauscher für den berührungsfreien Wärmeaustausch mit Luft in der oben beschriebenen Weise verwendet wird, bildet sich bekanntlich Eis oder Reif an den Außenflächen der Rohrschlange des Freiluftwärmetauschers. Mit zunehmender Dicke der Eis- oder Reifschicht sinkt der Wirkungsgrad des Freiluftwärmetauschers. Daher muß das Eis bzw. der Reif beseitigt werden. Dies erfolgt bei der Wärmepumpe nach der Erfindung durch einen einfachen Abtaubetrieb (Fig. 3). Dazu wird der Verdichter künstlich belastet und bläst in einem kondensationsfreien Arbeitsspiel heißes Gas als Wärmeträger durch die Anlage. Zu diesem Zweck wird eine Drossel od. dgl. in den Strömungsweg eingeschaltet, durch den der Verdichter das Abtaumittel

bewegt. Das Einschalten der Drossel erfolgt durch teilweises öffnen des Schaltventils 8.

Der Verdichter 1 (Fig. 3) wird in Betrieb genommen. Das Gebläse 12 und die Pumpe 40 bleiben in Ruhe. Alle Ventile außer den Schaltventilen 8, 35 bleiben geschlossen. Beim Betrieb des Verdichters wird heißes, komprimiertes, gasförmiges Kühlmittel durch den Druckstutzen 2 und die Leitung 3 in die Abtauleitung 5 gedrückt, in der sich das Regelventil 8 befindet. Beim Durchgang durch das Regelventil 8 (Fig. 3) nimmt der Druck des heißen, komprimierten, gasförmigen Kühlmittels von 17,5 atü auf 3,5 atü ab, so daß das Gas hinter dem Regelventil 8 überhitzt ist. Dieses überhitzte Gas wird in die Leitung 4 und von dort zum Eintrittsverteiler 10 des Wärmetauschers geführt.

Da sich das Gebläse 2 außer Betrieb befindet, gibt das heiße, komprimierte, gasförmige Kühlmittel seine Wärme fast vollständig an die Wände der Rohrschlangen des Wärmetauschers ab, wodurch die Eis- ao und Reifkruste an der Außenfläche der Rohrschlangen schmilzt. Das dabei abgekühlte gasförmige Kühlmittel, das sich im Austrittssammler 14 sammelt, wird dann durch den Druckunterschied durch die Leitungen 15, 33, das Regelventil 35 und die Leitung 19 zum Speicher 20 geführt. Dieser Strömungskreis dient ausschließlich zum Rückführen des abgekühlten gasförmigen Kühlmittels durch die Saugleitung 22 und den Saugstutzen 21 zum Verdichter. Dieses Arbeitsspiel wird so lange wiederholt, bis der Wärmetauscher vollständig eis- und reiffrei ist, was in etwa 15 bis 20 Minuten erfolgt, so daß der Heizbetrieb ohne übermäßige Unterbrechung fortgeführt werden kann.

Durch die Drossel im Abtaukreis wird der Verdichter künstlich belastet, andernfalls würde nur wenig Wärme erzeugt werden. Bei dieser Wärmebelastung muß der Verdichter Arbeit leisten, nämlich Gas von 3,5 atü auf 17,5 atü komprimieren. Diese Arbeit wird in Wärme umgewandelt, die von dem Gas befördert wird und zum Abtauen der außenliegenden Rohrschlangen des Freiluftwärmetauschers 11 verwendet wird. Auf diese Weise wird weder den vorher erwärmten Mitteln noch dem Raum, zu dessen Beheizung die Wärmepumpe dienen soll, Wärme entzogen. Es ist auch keine zusätzliche Ausstattung oder sonstige Einrichtung, wie Warmwassersprüher, elektrische Widerstandskörper od. dgl., erforderlich.

Die für den Abtaubetrieb verwendete Wärme wird nach der Erfindung durch direktes Umsetzen der dem Verdichtermotor zugeführten elektrischen Energie in Wärme erzeugt, die durch das durch das System umgewälzte gasförmige Kühlmittel befördert wird.

Beim Zwischenkühlbetrieb (F i g. 4) wird die Kühlung durch einen Mischvorgang erzielt, bei dem der Wärmeinhalt zweier Anteile des Kühlmittels durch Umwälzen derselben durch je einen der Wärmetauscher verändert wird.

Der eine Teil kann Wärme an einen Wärmeverbraucher oder Wärmevernichter abgeben, der andere kann von einem zu kühlenden Mittel Wärme absorbieren. Beide Teile können dann für das abermalige Umwälzen in der Anlage wieder gemischt werden. Diese Betriebsform ist für begrenzte Betriebsbedingungen vorgesehen, bei denen eine nur geringe Kühlung erforderlich ist. Das Umwälzen kann dabei durch Parallelschalten (F i g. 4) oder Hintereinanderschalten (F i g. 6) erfolgen.

Bei der Betriebsform nach Fig. 4 befinden sich nur die Pumpe 40 und das Gebläse 12 in Betrieb, während der Verdichter ruht. Die Ventile 7, 8, 9 und 51 sind geschlossen und die Ventile 34 und 35 offen.

Im Betrieb saugt die Pumpe 40 flüssiges Kühlmittel aus dem Speicher 20 an und fördert es unter Druck durch die Leitung 42 und die Verbindungsleitungen 43, 44 gleichzeitig in die Leitungen 4 bzw. 6, die das flüssige Kühlmittel in die Eintrittsverteiler 10, 23 der Wärmetauscher 11 bzw. 24 lenken.

Im Wärmetauscher 11 strömt das flüssige Kühlmittel durch die Rohrschlangen 13, in denen es zum berührungsfreien Wärmeaustausch mit der durch das Gebläse 12 herangeführten Luft gelangt und gekühlt wird. Das gekühlte Kühlmittel sammelt sich im Austrittssammler 14 und strömt über die Leitungen 15, 33 und die Sammelleitung 19 zum Sammler 20.

In ähnlicher Weise strömt das flüssige Kühlmittel durch die Rohrschlangen des Wärmetauschers 24 und gelangt zum berührungsfreien Wärmeaustausch mit einem zu kühlenden Mittel, z. B. Wasser, das durch den Eintrittsstutzen 26 in den Wärmetauscher 24 ein- und durch dessen Austrittsstutzen 27 austritt und anschließend an einer beliebigen Stelle zum Kühlen verwendet werden kann.

Nach dem Wärmeaustausch wird das entstehende Gemisch von gasförmigem und flüssigem Kühlmittel im Austrittsverteiler 28 des Wärmetauschers 24 gesammelt und strömt über die Leitung 32, das Regelventil 34 und die Sammelleitung 19 in den Speicher 20, in dem es sich mit dem abgekühlten flüssigen Kühlmittel aus dem Wärmetauscher 11 mischt. Bei dieser Mischung bildet sich flüssiges Kühlmittel von Raumtemperatur, das abermals von dem zu kühlenden Mittel Wärme absorbieren kann, indem das oben beschriebene Arbeitsspiel wiederholt wird.

Wird der Zwischenkühlbetrieb unter Hintereinanderschaltung durchgeführt, so muß die Anlage gemäß F i g. 6 ausgebildet sein.

Zum Verbinden des Austrittssammlers 28 des Wärmetauschers 24 mit der Leitung 4 ist eine Verbindungsleitung 60 vorgesehen, die ein Magnetventil 61 aufweist. Die Rückschlagventile in den Leitungen 29, 43 sind durch Magnetventile 62, 63 ersetzt. Beim Betrieb arbeiten nur die Pumpe 40 und das Gebläse 12. Der Verdichter ist in Ruhe. Die Ventile 7, 8, 9, 34, 51 62, 63 sind geschlossen und die Ventile 61 und 35 geöffnet.

Die Pumpe 40 saugt kaltes, flüssiges Kühlmittel aus dem Speicher 20 an und fördert es durch die Leitungen 42,44, 46 in den Eintrittsverteiler 23 des Wärmetauschers 24. Das flüssige Kühlmittel kühlt das durch den Eintrittsstutzen 26 in den Wärmetauscher eingeführte und durch den Austrittsstutzen 27 austretende Wasser. Es bildet sich ein Gemisch von gasförmigem und flüssigem Kühlmittel, das sich im Austrittssammler 28 des Wärmetauschers 24 sammelt und von hier über die Sammelleitung 60 und die Leitung 4 in den Eintrittsverteiler 10 des Freiluftwärmetauschers 11 strömt, wo das Kühlmittel durch über die Rohrschlangen 13 des Wärmetauschers 11 geführte Luft abgekühlt wird und sein gasförmiger Anteil kondensiert. Das nun flüssige Kühlmittel sammelt sich im Austrittssammler 14 und strömt durch die Leitungen 15,33,19 zum Speicher 20, der über die Leitung 41 mit der Pumpe 40 verbunden ist, so daß dieses Arbeitsspiel andauernd wiederholt wird,

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solange die Pumpe 40 und das Gebläse 12 in Betrieb sind.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Wärmepumpe mit einem Kompressor für die gasförmige Phase und einer Pumpe für die flüssige Phase der Umlaufflüssigkeit, welche beide aus einem Gas-Flüssigkeits-Abscheider gespeist werden, und mit zwei als Kondensator und Verdämpfer dienenden Wärmeaustauschern sowie mit einem dem Abscheider vorgeschalteten Druckminderventil, dadurch gekennzeichnet, daß beide Wärmeaustauscher (11, 24) eingangsseitig über je ein Hand- oder Magnetventil (7, 9) mit dem Kompressor (1) und über je ein Rückschlagventil (45, 46) mit der Pumpe (40) sowie ausgangsseitig über je ein Hand- oder Magnetventil (34, 35) mit dem Abscheider (20) und über je ein Rückschlagventil (30, 31) mit der Hochdruckseite des Druckminderventils (17) verbunden sind.

2. Wärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Rückschlagventile (45,46,30,31) als Hand- oder Magnetventile ausgebildet sind.

3. Wärmepumpe nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch mindestens ein einstellbares Drosselventil (8), welches zwischen den Kompressor (1) und die Eingangsseite mindestens eines Wärmeaustauschers (11) geschaltet ist.

4. Wärmepumpe nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch einen Verdampfer (52), der absperrbar zwischen die Druckleitung der Pumpe (40) und die Saugleitung des Kompressors (1) geschaltet ist und durch erhitztes Gas aus der Druckleitung (3) des Kompressors (1) beheizt wird.

5. Wärmepumpe nach Anspruch 2 oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch eine absperrbare Leitung (60) zwischen dem Ausgang des einen Wärmeaustauschers (24) und dem Eingang des anderen Wärmeaustauschers (11 in Fig. 6).

6. Wärmepumpe nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch einen Verdampfer (55) zwischen dem Abscheider (20) und dem Kompressor (1), der durch die dem Druckminderventil (17) zuströmende Flüssigkeit beheizt wird (F i g. 5).

7. Wärmepumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckminderventil als Regelventil (66) ausgebildet ist, welches in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsstand im Abscheider (20) gesteuert wird (F i g. 7).

8. Wärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Regelventil (66) ein Sammelbehälter (64) vorgeschaltet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 958 845, 970 225.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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