DE19832682C2

DE19832682C2 - Defrosting device for an evaporator of a heat pump or an air conditioner

Info

Publication number: DE19832682C2
Application number: DE1998132682
Authority: DE
Inventors: Michael Schaumloeffel; Kai Schiefelbein
Original assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Current assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Priority date: 1998-07-21
Filing date: 1998-07-21
Publication date: 2000-10-05
Anticipated expiration: 2018-07-22
Also published as: DE19832682A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Abtaueinrichtung für einen Verdampfer einer Wärmepumpe oder eines Klimageräts gemäß dem Oberbegriff des 1. Patentanspruchs.The invention relates to a defrosting device for an evaporator Heat pump or an air conditioner according to the generic term of the 1st claim.

Bei Verdampfungstemperaturen nahe und unterhalb von 0°C bereift der Verdampfer einer Luft-Wasser-Wärmepumpe. Eine solche Bereifung reduziert den Wirkungsgrad der Wärmepumpe. Es ist dehalb notwendig, den Verdampfer abzutauen. Zur Abtauung von Verdampfern sind verschiedene Abtaueinrichtungen bekannt (vgl. DE 32 27 604 A1, DE 33 33 903 A1).At evaporation temperatures close to and below 0 ° C the frosted Evaporator of an air-water heat pump. Such tires reduces the efficiency of the heat pump. It is therefore necessary defrost the evaporator. For defrosting evaporators Various defrosting devices are known (cf. DE 32 27 604 A1, DE 33 33 903 A1).

Bei einer besonders wirkungsvollen Abtaueinrichtung ist die Umkehrung des Kältemittelkreislaufes in der Weise vorgesehen, daß zum Abtauen das Kältemittel im Verdampfer kondensiert und im Verflüssiger verdampft. Die Umkehr des Kältemittelkreislaufes läßt sich durch ein 4- Wege-Umschaltventil erreichen.The reverse is the case for a particularly effective defrosting device of the refrigerant circuit provided in such a way that for defrosting the refrigerant condenses in the evaporator and in the condenser evaporates. The reversal of the refrigerant circuit can be Reach direction changeover valve.

Diese Methode wird häufig bei Klimageräten angewandt, die sowohl heizen als auch kühlen können. Es sind dabei sowohl Schaltungen mit einem als auch Schaltungen mit zwei thermostatischen Expansionsventilen bekannt. In beiden Fällen ist nachteilig, daß es im Anschluß an die Umkehrung des Kältemittelkreislaufes durch Schalten des Umkehrventils einige Zeit dauert, bis sich ein stationärer Abtaubetrieb mit hoher Abtauleistung einstellt. Der Abtauvorgang dauert also länger als unbedingt erforderlich, was die mittlere Heizleistung verringert. Dies kann darauf zurückgeführt werden, daß das thermostatische Expansionsventil ein vergleichsweise träges Regelverhalten hat und es anschließend an das Umschalten des Kältemittelkreislaufes zu einer Kältemittelverlagerung kommt, was zum Ansprechen eines Niederdruckpressostaten führen kann.This method is often used on air conditioners that both can heat as well as cool. There are both circuits with one as well as circuits with two thermostatic Expansion valves known. In both cases it is disadvantageous that in Connection to the reversal of the refrigerant circuit by switching of the reversing valve takes some time until a stationary one Defrosting operation with high defrosting capacity is set. The defrosting process continues So longer than absolutely necessary, what the average heating output decreased. This can be attributed to the fact that thermostatic expansion valve a comparatively slow Has control behavior and it after switching the Refrigerant circuit comes to a refrigerant shift, which leads to Response of a low pressure pressostat can result.

Die DE 42 24 780 C2 beschreibt u. a. eine Möglichkeit, während einer Heißgas-Abtauung die Kältemenge im Kältemenge im Kreislauf zu erhöhen, indem durch einen Teil des Heißgases flüssiges Kältemittel aus dem Sammler ausgetrieben wird, das dann in den Verdampfer expandiert wird.DE 42 24 780 C2 describes u. a. one way during a Hot gas defrost increases the amount of refrigeration in the refrigeration cycle Increase liquid refrigerant through part of the hot gas is expelled from the collector, which then into the evaporator is expanded.

Aus der AT-397 145 B ist die Anordnung eines zusätzlichen Flüssigkeitssammlers zwischen dem Flüssigkeitssammler hinter dem Kondensator und dem Drosselorgan vor dem Verdampfer beschrieben. Der Dampf aus der Dampfphase, der sich über dem Flüssigkeitsspiegel dieses Sammlers bildet, soll zur Verdampfer-Abtauung genutzt werden. Dadurch, daß us der Dapfphase des Sammlers Dampf abgezogen wird, der in der Folge durch neuen Dampf aus der Flüssigkeitsphase ersetzt wird, erfolgt eine Unterkühlung der Flüssigkeit. Ein solches Verfahren eignet sich grundsätzlich bei Kältekreisen mit mehreren Verdampfern, die zu unterschiedlichen Zeiten abgetaut werden müssen. Mit einer Kreisumkehrschaltung hat dies jedoch nichts zu tun.From AT-397 145 B is the arrangement of an additional Liquid collector between the liquid collector behind the Condenser and the throttle body described before the evaporator. The vapor from the vapor phase, which is above the liquid level this collector forms, should be used for evaporator defrosting. By extracting steam from the collector's vapor phase, which is subsequently replaced by new vapor from the liquid phase the liquid is supercooled. Such a process is basically suitable for refrigeration circuits with several evaporators, that have to be defrosted at different times. With a Circular inversion has nothing to do with this.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abtaueinrichtung vorzuschlagen, bei der der Abtauvorgang verbessert, insbesondere schnell in den stationären Abtaubetrieb übergeht, wobei insbesondere niedrige Sauggasdrücke vermieden sind.The object of the invention is to propose a defrost device which improves the defrosting process, especially quickly in the steady-state defrost operation passes, in particular low Suction gas pressures are avoided.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe dadurch gelöst, daß im Heizkreis vor das erste Expansionsventil ein Kältemittelsammler geschaltet ist, der über eine Leitung mit dem zweiten Expansionsventil verbunden ist.According to the invention, the above object is achieved in that in the heating circuit a refrigerant collector is connected upstream of the first expansion valve, which is connected to the second expansion valve via a line.

Im Heizbetrieb speichert sich im Kältemittelsammler Kältemittel. Dieses wird dann zu Beginn des Abtaubetriebs dem Abtaukreis vor dem zweiten Expansionsventil zugeführt. Dadurch ist vermieden, daß infolge eines Mangels an flüssigem Kältemittel vor dem Expansionsventil tiefe Sauggasdrücke auftreten, welche das Erreichen des stationären Abtaubetriebs verzögern würden, insbesondere weil ein Niederdruckpressostat der Wärmepumpe ansprechen könnte oder, um dies zu vermeiden, für eine gewisse Zeit überbrückt werden müßte.In heating mode, refrigerant is stored in the refrigerant collector. This becomes the defrost circuit before the second one at the start of the defrost operation Expansion valve fed. This avoids that as a result Lack of liquid refrigerant in front of the expansion valve Suction gas pressures occur which reach the stationary Defrosting would delay, especially because of a Low pressure switch of the heat pump could respond or, um to avoid this would have to be bridged for a certain time.

Durch die Nachlieferung von Kältemittel aus dem Kältemittelsammler in den Abtaukreis ist erreicht, daß im Abtaubetrieb mehr Kältemittel im Kreislauf zur Verfügung steht als im Heizbetrieb. Dies ist günstig, weil bei Luft-Wasser-Wärmepumpen das innere Volumen des Verdampfers gewöhnlich deutlich größer ist als das innere Volumen des Verflüssigers.By supplying refrigerant from the refrigerant collector in the defrost cycle is reached that more refrigerant in the defrost operation Circuit is available as in heating mode. This is cheap because for air-water heat pumps the inner volume of the evaporator is usually significantly larger than the internal volume of the Liquefier.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist das zweite Expansionsventil vom Druck des Kältemittels gesteuert und das erste Expansionsventil ist von der Temperatur des Kältemittels am Ausgang des Verdampfers gesteuert. Das zweite Expansionsventil ist ein automatisches Expansionsventil. Dieses hat gegenüber einem thermostatischen Expansionsventil den Vorteil, daß es schnell anspricht, was zu einem schnellen Erreichen des stationären Abtaubetriebs führt.In a preferred embodiment of the invention, the second is Expansion valve controlled by the pressure of the refrigerant and the first Expansion valve is based on the temperature of the refrigerant at the outlet of the evaporator controlled. The second expansion valve is a automatic expansion valve. This has towards one thermostatic expansion valve the advantage that it is fast appeals, which leads to a quick reaching of the stationary Defrost operation.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung zeigen:Further advantageous configurations result from the Subclaims and the following description. In the drawing demonstrate:

Fig. 1 einen Wärmepumpenkreis mit Kreislaufumkehr und Fig. 1 shows a heat pump circuit with circuit reversal and

Fig. 2 eine Alternative zu Fig. 1. Fig. 2 shows an alternative to FIG. 1,.

Eine Wärmepumpe weist einen Verdichter 1 auf, dem ein 4-Wege- Umschaltventil 2 nachgeschaltet ist. Die Wärmepumpe hat einen Verflüssiger 3, an den ein Nutzkreis angeschlossen ist, einen Verdampfer 4, einen Kältemittelsammler 5, ein thermostatisches Expansionsventil 6 und ein Rückschlagventil 8. Für den Abtaubetrieb sind zusätzlich ein automatisches Expansionsventil 7, das von dem an seinem Ausgang herrschenden Druck gesteuert ist, eine Leitung 9', in der ein Rückschlagventil 9 liegt, und ein Rückschlagventil 10 vorgesehen.A heat pump has a compressor 1 , which is followed by a 4-way switch valve 2 . The heat pump has a condenser 3 to which a useful circuit is connected, an evaporator 4 , a refrigerant collector 5 , a thermostatic expansion valve 6 and a check valve 8 . For the defrosting operation, an automatic expansion valve 7 , which is controlled by the pressure prevailing at its outlet, a line 9 ′ in which a check valve 9 is located, and a check valve 10 are additionally provided.

Im Heizbetrieb erfolgt der Kältemittelstrom auf folgendem Wege: Verdichter 1, Umschaltventil 2, Verflüssiger 3, Rückschlagventil 8, Kältemittelsammler 5, thermostatisches Expansionsventil 6, Verdampfer 4, Umschaltventil 2, Verdichter 1 (Heizkreis).In heating mode, the refrigerant flow takes place in the following way: compressor 1 , changeover valve 2 , condenser 3 , check valve 8 , refrigerant collector 5 , thermostatic expansion valve 6 , evaporator 4 , changeover valve 2 , compressor 1 (heating circuit).

Für die Einschaltung des Abtaubetriebs im Fall der Bereifung des Verdampfers 4 erfolgt der Kältemittelstrom in Strömungsrichtung folgendermaßen: Verdichter 1, Umschaltventil 2, Verdampfer 4, Rückschlagventil 10, automatisches Expansionsventil 7, Verflüssiger 3, Umschaltventil 2, Verdichter 1 (Abtaukreis).In order to switch on the defrost mode if the evaporator 4 is fitted with tires, the flow of refrigerant in the direction of flow is as follows: compressor 1 , switchover valve 2 , evaporator 4 , check valve 10 , automatic expansion valve 7 , condenser 3 , switchover valve 2 , compressor 1 (defrost circuit).

Das innere Volumen des Verdampfers 4 ist deutlich größer als das innere Volumen des Verflüssigers 3. Das thermostatische Expansionsventil 6 ist über einen Temperaturfühler 6' gesteuert, der am Heizbetrieb-Ausgang des Verdampfers 4 liegt.The internal volume of the evaporator 4 is significantly larger than the internal volume of the condenser 3 . The thermostatic expansion valve 6 is controlled via a temperature sensor 6 ', which is located at the heating operation output of the evaporator 4 .

Während des Heizbetriebs wird im Kältemittelsammler 5 flüssiges Kältemittel gespeichert. Beim Einleiten des Abtaubetriebs durch Umschalten des Umschaltventils 2 befindet sich im Kältemittelsammler 5 gesättigtes, flüssiges Kältemittel unter dem Kondensationsdruck. Nach dem Umschalten auf Abtaubetrieb nimmt der Kondensationsdruck wegen der jetzt niedrigeren Kondensationstemperatur im Verdampfer 4 ab. Es strömt nun das flüssige Kältemittel über die Leitung 9' und das Rückschlagventil 9 zum automatischen Expansionsventil 7. Dadurch werden niedrige Sauggasdrücke, die sonst infolge eines Mangels an flüssigem Kältemittel vor dem automatischen Expansionsventil 7 auftreten könnten, vermieden. Im danach folgenden stationären Abtaubetrieb wird das Einschieben von Kältemittel in den Kältemittelsammler 5 durch das Rückschlagventil 9 verhindert. Es steht also die gesamte Kältemittelmenge im Abtaukreis zur Verfügung.During the heating operation, 5 liquid refrigerant is stored in the refrigerant collector. When the defrosting operation is initiated by switching the changeover valve 2 , the refrigerant collector 5 contains saturated, liquid refrigerant under the condensation pressure. After switching to defrost mode, the condensation pressure decreases because of the now lower condensation temperature in the evaporator 4 . The liquid refrigerant now flows via the line 9 ′ and the check valve 9 to the automatic expansion valve 7 . As a result, low suction gas pressures, which could otherwise occur as a result of a lack of liquid refrigerant upstream of the automatic expansion valve 7 , are avoided. In the subsequent stationary defrosting operation, the insertion of refrigerant into the refrigerant collector 5 is prevented by the check valve 9 . The total amount of refrigerant is available in the defrost circuit.

Das Rückschlagventil 8, der Kältemittelsammler 5 und das thermostatische Expansionsventil 6 liegen in einem Zweig des Heizkreises, dem ein Zweig des Abtaukreises strömungstechnisch parallelgeschaltet ist, in dem das Rückschlagventil 10 und das automatische Expansionsventil 7 in Reihe liegen. Die beiden Parallelzweige sind über die Leitung 9' bzw. das Rücklaufventil 9 als Querzweig verbunden, nämlich einerseits zwischen dem Kältemittelsammler 5 und dem thermostatischen Expansionsventil 6 und andererseits zwischen dem Rückschlagventil 10 und dem automatischen Expansionsventil 7. Das Rückschlagventil 9 zusammen mit dem Rückschlagventil 10 dienen dazu, im Heizbetrieb eine Umgehung des thermostatischen Expansionsventils 6 zu vermeiden. Das Rückschlagventil 9 dient auch dazu, im Abtaubetrieb ein Einströmen von Kältemittel in den Kältemittelsammler 5 zu vermeiden. Durch das Rückschlagventil 8 soll verhindert werden, daß im Abtaubetrieb Kältemittel in den Kältemittelsammler 5 und damit nicht mehr in den Verflüssiger 3 gelangt, der im Abtaubetrieb die Funktion eines Verdampfers haben kann.The check valve 8 , the refrigerant collector 5 and the thermostatic expansion valve 6 are located in a branch of the heating circuit, to which a branch of the defrost circuit is connected in parallel in terms of flow, in which the check valve 10 and the automatic expansion valve 7 are in series. The two parallel branches are connected via the line 9 ′ or the return valve 9 as a transverse branch, namely on the one hand between the refrigerant collector 5 and the thermostatic expansion valve 6 and on the other hand between the check valve 10 and the automatic expansion valve 7 . The check valve 9 together with the check valve 10 serve to avoid bypassing the thermostatic expansion valve 6 in heating mode. The check valve 9 also serves to prevent refrigerant from flowing into the refrigerant collector 5 during defrosting. The check valve 8 is intended to prevent refrigerant from entering the refrigerant collector 5 in the defrosting operation and thus no longer entering the condenser 3 , which can have the function of an evaporator in the defrosting operation.

Damit im Abtaubetrieb möglichst kein flüssiges Kältemittel in den Verdichter 1 gelangt, kann in Strömungsrichtung vor dem Verdichter 1 ein Flüssigkeitsabscheider 12 vorgesehen sein. Dieser ist in Fig. 2 gezeigt.So that as no liquid refrigerant passes into the compressor 1 in the defrosting operation, a liquid separator 12 can be provided upstream of the compressor. 1 This is shown in Fig. 2.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist zwischen dem Umschaltventil 2 und dem Verdampfer 4 die eine Seite eines Rekuperators 11 vorgesehen, dessen andere Seite zwischen dem Ausgang des Kältemittelsammlers 5 und dem thermostatischen Expansionsventil 6 liegt. Das Rückschlagventil 9 kann, aber muß nicht in diesem Fall, vorgesehen sein. Im Abtaubetrieb wird der Rekuperator 11 auf der einen Seite, nämlich zwischen dem Verdampfer 4 und dem Umschaltventil 2 von Heißgas durchströmt, so daß flüssiges Kältemittel, das - bei nicht vorhandenem Rückschlagventil 9 - auf der anderen Seite des Rekuperators 11 zum Kältemittelsammler 5 strömt, verdampft wird. Gleichzeitig wird das etwa noch im Kältemittelsammler 5 und in der sich anschließenden Flüssigkeitsleitung vorhandene flüssige Kältemittel durch den Rekuperator 11 aufgewärmt und verdampft. Dadurch wird das flüssige Kältemittel aus dem Kältemittelsammler 5 allmählich ausgetrieben und steht dem Kältemittelkreislauf im Abtaubetrieb zur Verfügung.In the embodiment according to FIG. 2, one side of a recuperator 11 is provided between the changeover valve 2 and the evaporator 4 , the other side of which lies between the outlet of the refrigerant collector 5 and the thermostatic expansion valve 6 . The check valve 9 can, but need not be provided in this case. In the defrosting operation, the recuperator 11 on one side, namely, by flowing between the evaporator 4 and the switchover valve 2 by hot gas so that liquid refrigerant, which - in the absence of check valve 9 - flows on the other side of the recuperator 11 to the refrigerant collector 5 evaporated becomes. At the same time, the liquid refrigerant still present in the coolant collector 5 and in the subsequent liquid line is warmed up and evaporated by the recuperator 11 . As a result, the liquid refrigerant is gradually expelled from the refrigerant collector 5 and is available to the refrigerant circuit in defrost mode.

Claims

1. Defrosting device for an evaporator of a heat pump or an air conditioner with a circulating refrigerant, with a refrigerant circuit reversing circuit and a first expansion valve in a heating circuit and a second expansion valve in a defrosting circuit, characterized in that in the heating circuit ( 1 , 2 , 3 , 8 , 5 , 6 , 4 , 2 , 1 ) before the first expansion valve ( 6 ) a refrigerant collector ( 5 ) is connected, which is connected via a line ( 9 ') to the second expansion valve ( 7 ).

2. Defrosting device according to claim 1, characterized in that the second expansion valve ( 7 ) is controlled by the pressure of the refrigerant and the first expansion valve ( 6 ) is controlled by the temperature of the refrigerant at an outlet of the evaporator ( 4 ).

3. Defrosting device according to claim 1 or 2, characterized in that a check valve ( 9 ) is arranged in the line ( 9 ').

4. Defrosting device according to one of the preceding claims, characterized in that a recuperator ( 11 ) is provided in the heating circuit, which is on the one hand at the outlet of the evaporator ( 4 ) and on the other hand at an outlet of the refrigerant collector ( 5 ).