DE202007019159U1 - Wärmepumpenvorrichtung - Google Patents
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Abstract
Wärmepumpenvorrichtung, mit einem Verdichter (10), einem Verflüssiger (20), einem Economiser (60), einem Verdampfer (30) und einem elektronischen Expansionsventil (80), wobei das elektronische Expansionsventil im Stillstand der Wärmepumpenvorrichtung geschlossen ist.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmepumpenvorrichtung.
- Wärmepumpen werden typischerweise zur Erwärmung von Heizungswasser oder Warmwasser verwendet. Hierbei erfolgt eine Kondensation des Kältemittels im Kältemittelkreis unter hohem Druck und bei einer hohen Temperatur, und die Wärme wird an ein Wärmeträgermedium wie beispielsweise Heizungswasser abgegeben. Das verflüssigte Kältemittel wird anschließend in einem Drosselorgan entspannt und verdampft unter Aufnahme von Umgebungswärme im Verdampfer. Das verdampfte Kältemittel wird von dem Verdichter der Wärmepumpe komprimiert und im Kondensator der Wärmepumpe verflüssigt.
- Als Verdichter können beispielsweise Scroll-Verdichter mit einer Dampfeinspritzung in Wärmepumpen verwendet werden. Die Dampfeinspritzung erweist sich dahingehend als vorteilhaft, dass die Heizleistung nicht so stark wie bei einem Verdichter ohne Dampfeinspritzung abnimmt, wenn die Wärmequellentemperatur sinkt. Verdichter mit Dampfeinspritzung sind vorteilhaft im Vergleich zu Verdichtern mit Flüssigkeitseinspritzung, weil die Dampfeinspritzung effizienter ist als z. B. eine Flüssigkeitseinspritzung.
- Die Dampfeinspritzung bei einem Scroll-Verdichter erfolgt derart, dass das flüssige Kältemittel durch ein Expansionsventil gedrosselt und anschließend in einem Wärmeübertrager bzw. einem Economiser verdampft und überhitzt wird. Das überhitzte Kältemittel wird anschließend in den Verdichter eingespritzt. Wie be reits vorstehend angeführt, ist eine Einspritzung von leicht überhitztem Kältemittel effizienter als eine Einspritzung von flüssigem Kältemittel. Wenn sich die Wärmepumpe im Stillstand befindet, muss vor dem Expansionsventil ein zusätzliches Magnetventil platziert werden, welches im Stillstand geschlossen ist, um zu verhindern, dass flüssiges Kältemittel sich in den Verdichtern verlagert.
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2 zeigt einen Kältekreis einer Wärmepumpe gemäß dem Stand der Technik. Der Kältekreis weist einen Verdichter10 , einen Verflüssiger20 , einen Verdampfer30 , ein Magnetventil40 , ein thermostatisches Expansionsventil50 , einen Economiser60 und ein Expansionsventil70 auf. Das Magnetventil40 ist vor dem Expansionsventil50 angeordnet und dient dazu, zu verhindern, dass flüssiges Kältemittel in den Verdichter10 eintreten kann, wenn die Wärmepumpe sich im Stillstand befindet. Somit wird dem thermostatischen Expansionsventil50 ein Magnetventil40 vorgeschaltet. Das Magnetventil40 wird im Stillstand geschlossen, um sicherzustellen, dass während des Stillstandes kein flüssiges Kältemittel in den Verdichter kommt. Durch die Wärmezufuhr auf einem niedrigen Temperaturniveau wird Kältemittel in dem Verdampfer30 verdampft; das verdampfte Kältemittel wird in dem Verdichter10 verdichtet und somit erhitzt. Das unter hohem Druck stehende Kältemittel gibt seine Wärme in dem Verflüssiger20 beispielsweise an Heizungswasser ab und kondensiert dabei. Danach wird das Kältemittel in den Expansionsventil50 gedrosselt und wird anschliessend in dem Verdampfer30 wieder verdampft. - Der Einsatzbereich von beispielsweise Luft-/Wasserwärmepumpen wird bei tiefen Außentemperaturen und hohen Heizungsvorlauftemperaturen beispielsweise von der Heißgastemperatur begrenzt. Wenn die Heißgastemperatur bzw. die Verdichtungsendtemperatur zu hoch ist (beispielsweise größer 120°C), kann eine thermische Zerstörung des Öls in dem Verdichter stattfinden, wodurch die Schmierung des Verdichters reduziert wird.
- Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wärmepumpenvorrichtung vorzusehen, welche kostengünstiger herzustellen ist.
- Diese Aufgabe wird durch eine Wärmepumpenvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
- Die Erfindung betrifft den Gedanken, ein elektronisches Expansionsventil für die Dampfeinspritzung in dem Kältekreis anstatt eines thermostatischen Expansionsventils vorzusehen.
- Von dem Verdichter fließt das Kältemittel zu dem Verflüssiger
20 und von dem Verflüssiger zu dem Economiser, welcher als Wärmeüberträger dient. Mittels des Economisers60 kann eine Dampfeinspritzung in den Verdichter10 ermöglicht werden. Hierbei wird dampfförmiges Kältemittel in den Verdichter eingespritzt, d. h. das Kältemittel ist leicht überhitzt. Das flüssige Kältemittel (welches durch den Verflüssiger20 verflüssigt worden ist) wird dem elektronischen Expansionsventil80 zugeführt, anschließend wird die thermische Energie des Kältemittels mittels im Economisers60 zur Überhitzung des einzuspritzenden Kältemittels verwendet. - Durch die Verwendung eines elektronischen Expansionsventils anstatt eines thermostatischen Expansionsventils kann das zusätzliche Magnetventil entfallen.
- Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
- Vorteile und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend auf Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
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1 zeigt einen Kältekreis einer Wärmepumpenvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, und -
2 zeigt einen Kältekreis einer Wärmepumpenvorrichtung gemäß dem Stand der Technik. -
1 zeigt einen Kältekreis einer Wärmepumpenvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. In dem Kältekreis ist ein Verdichter10 , ein Verflüssiger20 , ein Economiser60 , ein elektronisches Expansionsventil80 , ein weiteres Expansionsventil70 und ein Verdampfer30 vorgesehen. Die Funktion des Verdichters, des Verflüssigers, des Economisers, des Expansionsventils70 und des Verdampfers30 entspricht dabei der Anordnung und Funktion des Verdichters, Verflüssigers, Economisers, Expansionsventil und Verdampfers gemäß2 . - Die für das elektronische Expansionsventil
80 benötigte Regelung kann auf Messwerte eines Verdampferausgangsdrucksensors und auf Messwerte eines Temperatursensors zur Erfassung der Sauggastemperatur basieren. Mit Hilfe des elektronischen Expansionsventils80 kann die Überhitzung eines Kältemittels somit entsprechend geregelt werden. Da die Dampfeinspritzung in einem Bereich mit einem mittleren Druck erfolgt, welcher zwischen dem Hochdruck und dem Niederdruck vorhanden ist, kann davon ausgegangen werden, dass der entsprechende Mitteldruck bei gleichem Hoch- und Niederdruck sowie bei gleicher Überhitzung ebenfalls gleich sein sollte. Wenn der Hoch- und der Niederdruck mittels Drucksensoren in dem Kältemittelkreis gemessen wird, kann daher der Mitteldruck der Dampfeinspritzung für eine definierte Überhitzung ebenfalls berechnet werden. - Somit kann die Überhitzung des Kältemittels durch Messung der Temperatur des eingespritzten Kältemittels und des berechneten Mitteldrucks ohne einen weiteren Drucksensor ermittelt werden, insbesondere wenn diese für ein elektronisches Expansionsventil
70 vorhanden sind. - Mittels des elektronisch geregelten Expansionsventils
80 kann geregelt werden, wie viel Kältemittel durch den Economiser60 fließt, beispielsweise kann durch Öffnen des Expansionsventils über den berechneten Öffnungsgrad für eine definierte Überhitzung hinaus mehr Kältemittel durch den Economiser fließen, so dass das Kältemittel nicht mehr ausreichend überhitzt wird und mit Anteilen der flüssigen Phase in den Verdichter10 eingespritzt wird. Durch das Einspritzen von zumindest teilweise flüssigem Kältemittel kann die Heißgastemperatur reduziert werden. Somit kann ebenfalls der Einsatzbereich der Wärmepumpe insbesondere bei tiefen Verdampfungs- und hohen Kondensationstemperaturen erwei tert werden, bei denen typischerweise die kritische Heißgastemperatur überschritten wird. Bei einer Überschreitung der Heissgastemperatur wird von einer Überhitzungsregelung auf eine Heißgastemperaturregelung umgeschaltet.
Claims (5)
- Wärmepumpenvorrichtung, mit einem Verdichter (
10 ), einem Verflüssiger (20 ), einem Economiser (60 ), einem Verdampfer (30 ) und einem elektronischen Expansionsventil (80 ), wobei das elektronische Expansionsventil im Stillstand der Wärmepumpenvorrichtung geschlossen ist. - Wärmepumpenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das elektronische Expansionsventil (
80 ) bei Heißgastemperaturen unterhalb einer kritsichen Temperatur die Überhitzung des eingespritzten Kältemittels regelt. - Wärmepumpenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das elektronische Expansionsventil (
80 ) derart betrieben wird, dass bei Heißgastemperaturen im Bereich einer kritischen Temperatur zumindest teilweise flüssiges Kältemittel in den Verdampfer (10 ) eingespritzt wird, so dass eine definierter Maximalwert der Heißgastemperatur nicht erreicht wird. - Verfahren zum Betrieb einer Wärmepumpenvorrichtung, mit den Verfahrensschritten, dass die Dampfeinspritzung in einem Bereich mit einem mittleren Druck erfolgt, welcher zwischen dem Hochdruck und dem Niederdruck liegt, so dass der entsprechende Mitteldruck bei gleichem Hoch- und Niederdruck sowie bei gleicher Überhitzung des einzuspritzenden Kältemittels gleich ist, wobei der Hoch- und der Niederdruck mittels Drucksensoren in dem Kältemittelkreis gemessen wird und damit der Mitteldruck der Dampfeinspritzung zur Berechnung der Überhitzung berechnet wird.
- Verfahren zum Betrieb einer Wärmepumpenvorrichtung nach Anspruch 4, mit den Verfahrensschritten, dass mittels des elektronisch geregelten Expansionsventils
80 geregelt wird, wie viel Kältemittel durch den Economiser60 fließt, wobei insbesondere durch weiteres Öffnen des Expansionsventils über den berechneten Öffnungsgrad hinaus mehr Kältemittel durch den Economiser fließt, so dass das Kältemittel nicht mehr ausreichend überhitzt wird und mit Anteilen der flüssigen Phase in den Verdichter10 eingespritzt wird und durch das Ein spritzen von zumindest teilweise flüssigem Kältemittel die Heißgastemperatur reduziert bzw. im Bereich einer kritischen Temperatur gehalten wird.
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R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
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R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years | ||
R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |
Effective date: 20150414 |
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R071 | Expiry of right |