DE19517862A1

DE19517862A1 - Defrosting of evaporator for heat pump

Info

Publication number: DE19517862A1
Application number: DE1995117862
Authority: DE
Inventors: Thomas Haas; Wilfried Golueke; Michael Kruckenberg; Anke Heidecke
Original assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Current assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Priority date: 1995-05-16
Filing date: 1995-05-16
Publication date: 1996-11-21

Abstract

A procedure for defrosting the evaporator of a heat pump with a coolant circuit containing an evaporator, a compressor, a liquefier and an expansion valve, has additional thermal energy added from outside to the coolant during the defrosting phase. The energy is added to the circuit between the evaporator and the compressor. Between the output of the compressor and the input to the evaporator there is a hot gas pipe, where the heat source (11) is switched in during defrosting. The heat source is electrical.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtauen des Verdampfers einer Wärmepumpe mit einem Kältemittelkreislauf, in dem der Verdampfer, ein Verdichter, ein Verflüssiger und ein Expansionsorgan liegen, wobei in der Abtauphase Kältemittel-Heißgas unter Umgehung des Verflüssigers und des Expansionsorgans dem Verdampfer vom Verdichter zugeführt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for defrosting the evaporator Heat pump with a refrigerant circuit in which the evaporator, there are a compressor, a condenser and an expansion device, wherein in the defrost phase, refrigerant hot gas bypassing the Condenser and the expansion device the evaporator from Compressor is fed. The invention further relates to a Establishment for carrying out this procedure.

Es ist bekannt, daß die Verdampfer von Wärmepumpen, die Wärmeenergie der Umgebungsluft entziehen, bei bestimmten Betriebsbedingungen vereisen. Durch die Vereisung wird die Leistung der Wärmepumpe gemindert.It is known that the evaporators of heat pumps that Extract thermal energy from the ambient air, for certain Operating conditions freeze. Due to the icing, the performance the heat pump decreased.

Es sind verschiedene Verfahren zum Abtauen von Verdampfern bekannt:
Aus der DE 32 27 604 A1 ist es bekannt, den Verdampfer durch Kältemittel in Heißgasphase abzutauen. Dabei wird das Kältemittel vom Verdichter direkt zum Verdampfer geführt. Die zum Abtauen zur Verfügung stehende Energie ist dabei im wesentlichen gleich der vom Verdichter aufgenommenen elektrischen Energie. Dieses Verfahren ist zwar einfach, läßt sich jedoch nicht verkürzen, da die Aufnahmeleistung des Verdichters fest vorgegeben ist und somit die Abtaudauer bestimmt. Various methods for defrosting evaporators are known:
From DE 32 27 604 A1 it is known to defrost the evaporator in the hot gas phase using refrigerants. The refrigerant is fed from the compressor directly to the evaporator. The energy available for defrosting is essentially the same as the electrical energy absorbed by the compressor. Although this method is simple, it cannot be shortened, since the compressor's input power is fixed and thus determines the defrosting time.

Es ist auch bekannt (vgl. DE 28 41 804 A1), den Verdampfer durch an ihm angeordnete elektrische Heizstäbe abzutauen. Dies ist mit einem beträchtlichen Bauaufwand verbunden.It is also known (cf. DE 28 41 804 A1) to start the evaporator defrost electrical heating elements arranged in it. This is with one considerable construction effort.

Ein weiteres Verfahren zum Abtauen des Verdampfers besteht darin, den Kreislauf des Kältemittels umzukehren. Dieses Verfahren erfordert einen erheblichen Aufwand.Another method of defrosting the evaporator is to to reverse the refrigerant cycle. This procedure requires a considerable effort.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, wobei kurze Abtauzeiten mit wenig Bauaufwand erreicht werden sollen.The object of the invention is a method and an apparatus of Propose the type mentioned at the beginning, with short defrosting times with little construction effort should be achieved.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß während der Abtauphase dem Kältemittel zusätzlich Wärmeenergie von außen zugeführt wird. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß in den Abtaukreislauf eine Wärmequelle geschaltet ist.According to the invention, the above object is in a method of the beginning mentioned type solved in that during the defrosting phase Refrigerant is additionally supplied with heat energy from the outside. A Device according to the invention is characterized in that in the Defrost cycle a heat source is switched.

Die Abtaudauer ist bei der Erfindung nicht allein durch die elektrische Aufnahmeleistung des Verdichters bestimmt, sondern wird durch die zusätzliche Wärmeenergie entsprechend verkürzt. Kurze Abtauzeiten sind wünschenswert, da sich die Abtauzeiten negativ auf die Energiebilanz der Wärmepumpe auswirken.The defrosting time in the invention is not solely due to the electrical Power consumption of the compressor is determined, but is determined by the additional heat energy is shortened accordingly. Short defrost times are desirable because the defrosting times have a negative impact on the Impact the energy balance of the heat pump.

Die Vorrichtung läßt sich auch auf einfache Weise realisieren, denn es muß lediglich eine Zusatzbeheizung für das Kältemittel vorgesehen sein. Am Verdampfer ist eine elektrische Heizeinrichtung nicht nötig.The device can also be implemented in a simple manner because it all that is required is additional heating for the refrigerant his. An electrical heating device is not necessary on the evaporator.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Die Figur zeigt eine Wärmepumpe schematisch.Further advantageous embodiments of the invention result from the dependent claims and the following description of a Embodiment. The figure shows a heat pump schematically.

Eine Wärmepumpe weist einen Verdichter (1), einen Verflüssiger (2), ein Expansionsventil (3) und einen Verdampfer (4) in einem Kältemittelkreis (5) auf. Hinter dem Verdichter (1) zweigt eine Heißgasleitung (6) ab, die über ein Magnetventil (7) direkt zum Verdampfereingang (8) führt. Der Verdampfer (4) weist Lamellen (4′) und einen Ventilator (4′′) auf, der Umgebungsluft zwischen den Lamellen (4′) durchfördert. Vom Verdampferausgang (9) führt ein Kältemittelrohr (10) zum Verdichter (1). An diesem Rohr (10) ist als äußere Wärmequelle eine Zusatzheizung (11) angeordnet. Diese ist beispielsweise von einer elektrischen Heizwendel oder einem elektrischen Heizband gebildet. Die Zusatzheizung (11) könnte auch zwischen dem Magnetventil (7) und dem Verdampfereingang (8) oder zwischen dem Verdichter (1) und dem Magnetventil (7) angeordnet sein.A heat pump has a compressor ( 1 ), a condenser ( 2 ), an expansion valve ( 3 ) and an evaporator ( 4 ) in a refrigerant circuit ( 5 ). A hot gas line ( 6 ) branches off behind the compressor ( 1 ) and leads directly to the evaporator inlet ( 8 ) via a solenoid valve ( 7 ). The evaporator ( 4 ) has fins ( 4 ') and a fan ( 4 '') which promotes ambient air between the fins ( 4 '). A refrigerant pipe ( 10 ) leads from the evaporator outlet ( 9 ) to the compressor ( 1 ). An additional heater ( 11 ) is arranged on this tube ( 10 ) as an external heat source. This is formed, for example, by an electric heating coil or an electric heating tape. The additional heater ( 11 ) could also be arranged between the solenoid valve ( 7 ) and the evaporator inlet ( 8 ) or between the compressor ( 1 ) and the solenoid valve ( 7 ).

Im normalen Wärmepumpenbetrieb ist das Magnetventil (7) geschlossen und die Zusatzheizung (11) abgeschaltet. Sind die Lamellen (4′) vereist, dann wird das Magnetventil (7) geöffnet und die Zusatzheizung (11) eingeschaltet. Das Kältemittel strömt nun im Abtaukreislauf durch den Verdichter (1), die Heißgasleitung (6), das Magnetventil (7), den Verdampfer (4) und wird von der Zusatzheizung (11) zusätzlich erwärmt. Es ergibt sich dadurch eine beträchtliche Reduzierung der Abtauzeiten, was zu einer Erhöhung der mittleren Heizleistung führt.In normal heat pump operation, the solenoid valve ( 7 ) is closed and the additional heater ( 11 ) is switched off. If the fins ( 4 ') are iced up, the solenoid valve ( 7 ) is opened and the additional heater ( 11 ) is switched on. The refrigerant now flows in the defrost circuit through the compressor ( 1 ), the hot gas line ( 6 ), the solenoid valve ( 7 ), the evaporator ( 4 ) and is additionally heated by the additional heater ( 11 ). This results in a considerable reduction in defrosting times, which leads to an increase in the average heating output.

Eine Beispielsberechnung ergibt folgendes:
Geht man davon aus, daß am Verflüssiger (2) eine Heizleistung von 10 kW bei einer elektrischen Aufnahmeleistung des Verdichters (1) von 4 kW abgegeben wird, besteht die Leistungszahl: 2,5. Die Betriebsdauer bis zum Notwendigwerden eines Abtauzyklus beträgt 2 Stunden.An example calculation shows the following:
If one assumes that a heating power of 10 kW is given at the condenser ( 2 ) with an electrical input power of the compressor ( 1 ) of 4 kW, the performance figure is: 2.5. The operating time until a defrost cycle becomes necessary is 2 hours.

Nimmt man an, daß im Abtauzyklus eine Abtauarbeit von 1,25 kWh nötig ist und die Verdichteraufnahmeleistung 2,5 kW beträgt, wobei die Verdichteraufnahmeleistung im Abtauzyklus kleiner ist als im Heizzyklus, weil der Verdichter (1) praktisch unbelastet läuft, dann ergibt sich eine theoretische Abtaudauer bei abgeschalteter bzw. nicht vorhandener Zusatzheizung (11) von: 1,25 kWh/2,5 kW = 0,5 h.Assuming that a defrost cycle of 1.25 kWh is required in the defrost cycle and the compressor input power is 2.5 kW, the compressor input power in the defrost cycle being lower than in the heating cycle, because the compressor ( 1 ) runs practically unloaded, this results in a Theoretical defrosting time when the additional heating ( 11 ) is switched off or not available: 1.25 kWh / 2.5 kW = 0.5 h.

Daraus ergibt sich über den Heizzyklus und den Abtauzyklus gemeinsam gesehen eine mittlere Heizleistung von 8 kW bei einer mittleren Leistungsaufnahme von 3,7 kW. Daraus folgt eine mittlere Leistungszahl von 2,16.This results in the heating cycle and the defrosting cycle together seen an average heating power of 8 kW with a medium Power consumption of 3.7 kW. From this follows a middle one Coefficient of performance of 2.16.

Wird im Abtauzyklus zusätzlich die Zusatzheizung (11) mit 2,5 kW eingeschaltet, dann ergibt sich eine theoretische Abtaudauer von 1,25 kWH/(2,5 kW + 2,5 kW) = 0,25 h. Die Abtaudauer mit eingeschalteter Zusatzheizung (11) ist also nur etwa halb so groß wie die Abtaudauer ohne die Zusatzheizung. Daraus ergibt sich eine mittlere Heizleistung von 8,89 kW bei einer mittleren Leistungsaufnahme von 4,11 kW, woraus eine mittlere Leistungszahl von 2,16 folgt.If the additional heating ( 11 ) is switched on with 2.5 kW in the defrost cycle, the theoretical defrosting time is 1.25 kWH / (2.5 kW + 2.5 kW) = 0.25 h. The defrosting time with the auxiliary heater ( 11 ) switched on is therefore only about half as long as the defrosting time without the auxiliary heater. This results in an average heating output of 8.89 kW with an average power consumption of 4.11 kW, which results in an average coefficient of performance of 2.16.

Es ist also erkennbar, daß mit der im Abtauzyklus eingeschalteten Zusatzheizung (11) bei sonst gleichen Bedingungen die mittlere Heizleistung von 8 kW auf 8,89 kW, also um etwa 11% gesteigert ist. Die Leistungszahl bleibt davon unbeeinflußt.It can thus be seen that, with the additional heating ( 11 ) switched on in the defrost cycle, the average heating power is increased from 8 kW to 8.89 kW, ie by approximately 11%, under otherwise identical conditions. The coefficient of performance remains unaffected.

Claims

1. A method for defrosting the evaporator of a heat pump with a refrigerant circuit, in which the evaporator, a compressor, a condenser and an expansion device are located, wherein in the defrosting phase, hot refrigerant gas bypassing the condenser and the expansion device, the evaporator from the compressor by opening a solenoid valve is supplied, characterized in that additional heat energy is supplied to the refrigerant from the outside during the defrosting phase.

2. The method according to claim 1, characterized, that the thermal energy the refrigerant between the evaporator and is fed to the compressor.

3.Device for defrosting the evaporator of a heat pump with a refrigerant circuit in which the evaporator, a compressor, a condenser and an expansion device are located, a hot gas line which can be effectively defrosted being provided between the outlet of the compressor and the inlet of the evaporator, thereby providing a Defrost circuit is formed, characterized in that an additional heat source ( 11 ) is connected to the defrost circuit.

4. Device according to claim 3, characterized in that the heat source ( 11 ) between the evaporator ( 4 ) and the compressor ( 1 ).

5. Device according to claim 3 or 4, characterized in that the heat source is an electric heater ( 11 ).