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Die
Erfindung betrifft eine Wärmepumpe für eine Heizungsanlage,
insbesondere einen Warmwasserbereiter mit einer Wärmepumpe,
wobei die Wärmepumpe mittels eines Kältemittelkreislaufes von
in Reihenschaltung angeordnetem Kältemittelverdichter,
Kältemittelkondensator und Kältemittelverdampfer
Wärme von einem kalten Medium auf ein zu erwärmendes
Medium überträgt. Kältemittel ist ein unter
Druck zu verflüssigendes Gas.
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Es
sind bereits seid langem Warmwasser-Wärmepumpen bekannt,
deren Aufgabe darin besteht, als separates Gerät Brauchwasser
aufzuheizen.
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Zur
zentralen Warmwasserbereitung mit Wärmepumpe wird meist
ein Speicher mit einem besonderen Wärmetauscher eingesetzt.
Eine Warmwasser-Wärmepumpe als Lösung zur Warmwasserbereitung
hat eindeutige Vorteile gegenüber konventionellen Varianten.
Solche Wärmepumpen zur Wärmeerzeugung, insbesondere
zur Erwärmung von Wasser, sind somit bereits erfolgreich
in der Anwendung. Zum Erfolg haben eine Vielzahl von Lösungen beigetragen,
durch die in der Praxis auftretende Probleme überwunden
wurden, wodurch sich jedoch die Wärmepumpenkreisläufe
zunehmend kompliziert gestalten.
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Folgende
Probleme werden beschrieben:
- • die
Vermeidung von zu hohem Druck- und zu hohen Temperaturen,
- • die Vermeidung von Vereisung bzw.
- • die Enteisung von mit Luft beaufschlagten Kältemittelverdampfern,
- • Fehlregulation im Kältemittelkreislauf,
- • die zu langsame Erwärmung des Wassers im oberen
Teil von Warmwasserspeichern (Boilern)
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In
DE 1019792 B ist
eine Wärmepumpe mit Heißwasserwasser- Druckspeicher
beschrieben. Bei ungenügender Wärmeaufnahme im
Heißwasserspeicher kann es zu unerwünschtem Temperatur-
und Druckanstieg im Kältemittelkondensator kommen, der
den Kältemittelverdichter gefährdet. Zur Vermeidung
des Temperaturanstieges wird ein vom Verflüssigungsdruck
des Kältemittelkondensators gesteuertes Ventil verwendet,
durch welches bei zu hohem Kondensationsdruck Warmwasser aus dem
Heißwasserspeicher abgelassen wird.
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In
DE 1031326 A1 ist
eine ähnliche Vorrichtung zur Vermeidung von zu hohem Druck
im Kältemittelkondensator beschrieben. Auch hier wird ein
zu hoher Kondensationsdruck u. a. durch Ablassen von heißem
Wasser vermieden. In
DE
10062764 A1 wird ein zusätzlicher Wärmetauscher
vorgeschlagen, um eine Überhitzung des Kältemittelverdichters
zu vermeiden.
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Eine
andere technische Lösung zur Vermeidung von zu hohen Kondensationsdrücken
ist in
DE 102 431
70 A1 beschrieben. Durch ausreichend groß dimensionierten
Inhalt des Kältemittelkondensators wird bei ungenügender
Wärmeabführung der Temperaturanstieg auf eine
Zeit von mehr als 5 Minuten verlangsamt. Damit ist genügend
Zeit vorhanden, um eine sichere Abschaltung des Kältemittelverdichters vornehmen
zu können.
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Eine
Vielzahl von Veröffentlichungen bezieht sich auf die Enteisung
von Kältemittelverdampfern, insbesondere von Kältemittelverdampfern,
die mit Luft beaufschlagt sind. Vereisungen bei mit Luft beaufschlagten
Kältemittelverdampfern können auch bereits bei
Temperaturen über dem Gefrierpunkt auftreten. Zur Beseitigung
der Eisbildungen wurden komplizierte technische Lösungen
beschrieben.
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DE 29 54 402 C2 beschreibt
einen mit Luft beaufschlagter Kältemittelverdampfer, der
mehrere hintereinander liegende Register aufweist. Ein vom Kältemittelverdichter
erhitztes zusätzliches Wärmespeichermedium wird
bei Vereisung zum Kältemittelverdampfer geführt,
um diesen zu erwärmen und von Eis zu befreien.
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Besonders
komplizierte Maßnahmen zur Regelung der Enteisung von mit
Luft beaufschlagten Kältemittelverdampfern werden in
EP 1 837 611 A2 und
DE 20 2006 010 412
U1 beschrieben. Die Enteisung arbeitet mittels einer „Kältemittelkreisumkehr”, die
von entsprechenden Umkehrventilen mit Hilfe komplizierter Steuerungstechnik
gesteuert wird. Durch Umkehr der normalen Strömungsrichtung
des Kältemittelkreislaufes werden warme Kältemitteldämpfe
zum Kältemittelverdampfer geführt und die Vereisung
beseitigt.
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Eine
besondere Problematik wird in
DE 20 2006 010 412 U1 beschrieben. Die Regelung
des Expansionsventiles und damit des Druckes im Kältemittelverdampfer
erfolgt in Abhängigkeit von der Temperatur am Austritt
des Kältemittels aus dem Kältemittelverdampfer.
Es kann auf Grund dieser Regelung und ungünstiger äußerer
Bedingungen dazu kommen, dass das Expansionsventil schließt
und der Kältemittelverdichter einen hohen Sog erzeugt.
Diese Fehlsteuerung soll durch zusätzliche Einspeisung von
Kältemittel durch ein mittels Magnetventil gesteuertes
Kapillarrohr vermieden werden.
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Die
bevorzugte Erwärmung des Wassers im oberen Teil eines Warmwasserspeichers
wird in
DE 28 51511
A2 durch 2 Kältemittelkondensatoren gelöst,
von denen sich einer im oberen Teil des Warmwasserspeichers und
einer im unteren Teil befindet. Mit dieser Lösung soll
gleichzeitig die Häufigkeit des Ein- und Auschaltens verringert
werden, da die Inbetriebnahme des Kältemittelverdichters
gegen den Verdichtungsdruck dessen Lebensdauer negativ beeinflusst.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Wärmepumpe für eine
Heizungsanlage, insbesondere einen Warmwasserbereiter zu entwickeln
und einen Kältemittelkreislauf einer Wärmepumpe
so zu gestalten, dass die Steuerung des Kältemittelkreislaufes
vereinfacht wird und technische Probleme bei Unregelmäßigkeiten
vermindert werden. Die vereinfachte Steuerung des Kältemittelkreislaufes
soll weiterhin die Voraussetzung schaffen, Wärmepumpen
auch in sehr kleinen Anlagen zur Erzeugung von Warmwasser einzusetzen
und somit jetzt noch übliche Elektroboiler zu ersetzen.
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Gelöst
wird diese Aufgabe dadurch, dass – gemäß Anspruch
1 im Kältemittelkreislauf einer Wärmepumpe für
eine Heizungsanlage, bestehend aus eignem Kältemittelkreislauf
mit Reihenschaltung von Kältemittelverdichter, Kältemittelkondensator
Kältemittelverdampfer und Kältemittelspeicher,
der mit einem Kältemittel bestehend aus verflüssigbarem
Gas arbeitet, der Druck im Kältemittelkondensator durch eine
geeignete Druckregeleinrichtung im Wesentlichen konstant gehalten
wird, während der Druck im Kältemittelverdampfer
nicht geregelt wird (im Wesentlichen ungeregelt ist) und sich daher
im Wesentlichen selbst einstellt wird und sich der Kältemittelspeicher
in Strömungsrichtung hinter dem Kältemittelverdampfer
befindet und die den Kältemittelverdampfer verlassenden
Kältemitteldämpfe mit dem sich im Kältemittelspeicher
befindenden flüssigem Kältemittel in Phasenkontakt
gebracht werden.
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Mit
dieser Anordnung treten die folgend beschriebenen Effekte ein:
Schutz
vor zu hohem Verdichtungsdruck:
Bei ungenügender Wärmeabnahme
im Kältemittelkondensator durch das Medium kommt es zunächst zu
einem Temperaturanstieg im Kältemittelkondensator. Mit
steigender Temperatur vermindert sich die Menge an kondensiertem
Kältemittel. Die maximale Temperatur ist die Kondensationstemperatur
entsprechend des mittels der Druckregelung eingestellten Druckes.
Bei weiterer Erwärmung kommt die Kondensation vollständig
zum Erliegen, den Kältemittelkondensator verläßt
nur dampfförmiges Kältemittel. Im Kältemittelverdampfer
erfolgt deshalb auch keine Verdampfung und keine Wärmeaufnahme mehr.
Der Wärmekreislauf kommt somit zum Erliegen, ohne daß eine
Gefährdung des Kältemittelverdichters durch Anstieg
des Verdichtungsdruckes oder der Verdichtungstemperatur besteht.
Selbstverständlich muß dann in einem solchen Betriebsfall
der Kältemittelverdichter abgeschaltet werden, z. B. über das
Temperaturmeßgerät.
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Gleichmäßige
Temperaturverteilung im Kältemittelverdampfer, Verminderung
der Gefahr von Vereisung:
Hinter dem Druckregelventil expandiert
das Kältemittel auf den Saugdruck des Verdichters und wird
im Kältemittelverdampfer durch Wärmeaufnahme von einem
sich abkühlenden Medium verdampft. Dieser Saugdruck ist
nicht geregelt. Der Druck des im Kältemittelverdampfer
verdampfenden Kältemittels stellt sich auf Grund physikalischer
Zusammenhänge selbsttätig ein. Physikalische Grundlage
ist die allgemeine Gleichung für die Wärmeübertragung: Q = F·k·dTm
- Q
- = übertragene
Wärmemenge
- F
- = wirksame Fläche
des Wärmeübertragers
- k
- = Wärmedurchgangsfaktor
- dTm
- = mittlere Temperaturdifferenz
zwischen der Verdampfungstemperatur des Kältemittels und
der Temperatur des Mediums.
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Bei
gleicher zu übertragender Wärmemenge sind alle
Werte dieser Gleichung konstant, das betrifft auch die Temperaturdifferenz
dTm. Wenn also die Temperatur des Medium
(z. B. Luft) höher oder tiefer ist, so ist auch die Verdampfungstemperatur
des Kältemittels und damit der Verdampfungsdruck höher oder
tiefer. Der Kältemittelverdichter arbeitet demnach mit
variablem Saugdruck. Damit wird erreicht, daß sich die
notwendige Leistung des Kältemittelverdichters bei hohen
Lufttemperaturen selbsttätig verringert.
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Ein
besonderes Problem stellt die gleichmäßige Temperaturverteilung
im Kältemittelverdampfer dar. Im Idealfall ist die Temperatur
des verdampfenden Kältemittels über den gesamten
Kältemittelverdampfer konstant. Dies ist nur dann der Fall,
wenn die Verdampfung des Kältemittels erst am Ende des Kältemittelverdampfers
abgeschlossen ist. Andernfalls steigt die Temperatur des Kältemittels
am Ende des Kältemittelverdampfers an. Eine ungleichmäßige Temperaturverteilung
führt zu schnellerer Vereisung, beginnend vom Eintritt
des Kältemittels in den Kältemittelverdampfer.
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Erfindungsgemäß wird
die gleichmäßige Temperaturverteilung dadurch
erreicht, daß das Kältemittel den Kältemittelverdampfer
von unten nach oben durchströmt und nach Verlassen des
Kältemittelverdampfers im Kältemittelspeicher
ins Phasengleichgewicht mit flüssigem Kältemittel
gebracht wird. Dazu wird das verdampfte Kältemittel durch
das flüssige Kältemittel im Kältemittelspeicher
geleitet. Dem Kältemittelverdichter strömen die
Kältemitteldämpfe mit tiefster möglicher
Temperatur zu.
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Wichtig
ist ein genügend großer freier Raum im Kältemittelspeicher,
um Mitreißen von Flüssigkeit in den Kältemittelverdichter
zu vermeiden.
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Fehlregulation im Kältemittelkreislauf
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Eine
Fehlregulation des Expansionsventiles, kann entstehen im Zusammenwirken
von Temperaturregelung des Kältemittelverdampfers, Expansionsventil
und plötzlicher Veränderung der Wärmeaufnahme.
Eine derartige Fehlregulation ist im erfindungsgemäßen
Kältemittelkreislauf ausgeschlossen.
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Nach
Anspruch 2 ist die Strömungsrichtung des Kältemittels
im Kältemittelkondensator bevorzugt von oben nach unten
und im Kältemittelverdampfer insbesondere von unten nach
oben gerichtet. Damit wird erreicht, daß im Kältemittelkondensator
die Wärmeabgabe im oberen Teil des beginnt. Das kondensierte
Kältemittel sammelt sich im unteren Teil des Kältemittelkondensators,
der als Rohrbündel oder Rohrschlage ausgeführt
sein kann. Die Kondensation des Kältemittels erfolgt deshalb
zunächst ausschließlich im oberen Teil des Kältemittelkondensators
und erwärmt diesen oben. Mit fortschreitender Erwärmung
findet die Kondensation zunehmend im unteren Teil des Kältemittelkondensators
statt, wodurch das verflüssigte Kältemittel zunehmend
aus dem Kältemittelkondensators verdrängt wird.
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Die
nach oben gerichtete Strömung im Kältemittelverdampfer
verhindert die schnelle Abscheidung von flüssigem Kältemittel
im Kältemittelspeicher und sichert damit eine gleichmäßige
Temperaturverteilung im Kältemittelverdampfer.
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Für
die Detektierung der Vereisung des Kältemittelverdampfers
nach Anspruch 3 wird z. B. der Druck des Kältemittels im
Verdampfer mittels eines Druckmessgerätes und/oder die
Temperatur des Kältemittels mittels eines Temperaturmessgerätes
nach dem Kältemittelverdampfer erfasst.
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Zur
Enteisung des Kältemittelverdampfers nach Anspruch 4 wird
bevorzugt die Druckregeleinrichtung außer Kraft gesetzt,
während gleichzeitig ein eventuell vorhandenes Gebläse
zur Beaufschlagung des Kältemittelverdampfers mit Luft
abgeschaltet wird. Zu diesem Zweck wird das Druckregelventil oder
ein parallel geschaltetes Magnetventil (nicht gezeichnet) geöffnet.
Der Druck im Kältemittelkondensator sinkt und der Druck
im Kältemittelverdampfer erhöht sich. Es findet
keine Kondensation im Kältemittelkondensator mehr statt.
Den Kältemittelkondensator verlassen warme Kühlmitteldämpfe
in der normalen Strömungsrichtung und führen zur
Erwärmung und Enteisung des Kältemittelverdampfers. Nach
Beseitigung der Vereisung steigt der Druck vor dem Kältemittelverdichter
schnell an, was insbesondere mittels eines Druckmeßgerätes
erfaßt wird. Durch die Inbetriebnahme der Druckregelung
mittels des Druckregelventils und durch die Abschaltung der Heizung
wird der Vorgang der Enteisung beendet.
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Gemäß Anspruch
5 wird der Effekt der Enteisung des Kältemittelverdampfers
vorteilhafter Weise durch eine zusätzliche Heizung des
flüssigen Kältemittels im Kältemittelspeicher
erhöht. Diese Verdampfung von Kältemittel führt
zu einer erhöhten Wärmeabgabe im Kältemittelverdampfer
durch Kondensation der gleichen Kühlmittelmenge, die mittels der
Heizung verdampft wird.
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Selbstverständlich
können in schwierigen Situationen zusätzliche
Maßnahmen zur Enteisung wie z. B. Zusatz-Heizregister u.
a. angewendet werden.
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Weiterhin
ist es nach Anspruch 6 möglich, bei Anlagen, die intermittierend
betrieben werden, wie z. B. Speicher für ein zu erwärmendes
Fluid (Warmwasserspeicher), parallel zum Druckregelventil ein Kapillarrohr
angeordnet wird, dessen Kapazität kleiner ist als der Strom
des zirkulierendem Kältemittel.
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Damit
wird die erneute Inbetriebnahme des Kältemittelverdichters
erleichtert. Nach der Abschaltung des Kältemittelverdichters
kann der Kältemittelkondensator im Warmwasserspeicher leer
laufen und auf den Druck des Kältemittelverdampfers entspannen,
wodurch der Kältemittelverdichter ohne Gegendruck in Betrieb
genommen werden kann.
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Nach
Anspruch 7 wird die Einheit von Wärmepumpe und Warmwasserspeicher
vorzugsweise als Kompaktanlage errichtet. Kompaktanlagen erleichtern
die Installation insbesondere bei Kleinanlagen.
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Dabei
ist vorteilhafter Weise nach Anspruch 8 der sich erwärmende
der Bereich des Kältemittelkreislaufes der Wärmepumpe
(der Kältemittelkondensator – s. Anspruch 9) im
Warmwasserspeicher angeordnet, so dass die Wärme direkt
auf die zu erwärmende Flüssigkeit übertragen
wird. Diese Anordnung ist insbesondere für kleine Anlagen
sinnvoll und erleichtert die Errichtung als Kompaktanlage, da dann
Kältemittelverdichter, Kältemittelkondensator und
Warmwasserspeicher zu einer Einheit vereinigt werden können.
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Nach
Anspruch 10 überträgt bevorzugt der sich erwärmende
Bereich des Kältemittelkreislaufes der Wärmepumpe über
einen Wärmetauscher die Wärme auf die zu erwärmende
Flüssigkeit. Die Zwischenschaltung eines Wärmetausches
ist bei größeren Anlagen sinnvoll, wenn mehrere
Wärmeverbraucher durch die Wärmepumpe mit Wärme
versorgt werden sollen. In diesem Falle ist das Medium mit Zuführung
und Abführung ein Wärmeträgermedium zwischen
Wärmepumpe und nachgeschalteten Verbrauchern.
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Insbesondere
ist dazu gem. Anspruch 11 der Kältemittelkondensator im
inneren des Wärmetauschers angeordnet, welcher von dem
zu erwärmendem Medium (bevorzugt Wasser) durchströmt
wird.
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Das
Betreiben der Wärmepumpe einer Heizungsanlage erfolgt unter
Verwendung eines Kältemittelkreislaufes mit Reihenschaltung
von Kältemittelverdichter, Kältemittelkondensator
und Kältemittelverdampfer, der mit einem Kältemittel
bestehend aus verflüssigbarem Gas arbeitet, wobei im Kältemittelkondensator
ein im Wesentlichen konstanter Druck erzeugt wird und der Druck
im Kältemittelverdampfer im Wesentlichen ungeregelt ist
(sich im Wesentlichen selbst einstellt) und die den Kältemittelverdampfer verlassenden
Kältemitteldämpfe zu dem sich in Strömungsrichtung
hinter dem Kältemittelverdampfer befindlichen Kältemittelspeicher
geleitet und mit dem sich im Kältemittelspeicher befindenden
flüssigem Kältemittel in Phasenkontakt gebracht
werden.
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Dabei
durchströmt das Kältemittel den Kältemittelkondensator
mit einer von oben nach unten gerichteten Strömungsrichtung
und den Kältemittelverdampfer mit einer von unten nach
oben gerichteten Strömungsrichtung.
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Zur
Detektierung von Vereisungen des Kältemittelverdampfers
erfolgt eine Druckmessung und/oder eine Temperaturmessung des Kältemittels.
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Die
Enteisung des Kältemittelverdampfers erfolgt bevorzugt
durch außer Kraftsetzung der Druckregeleinrichtung, während
gleichzeitig ein eventuell vorhandenes Gebläse zur Beaufschlagung des
Kältemittelverdampfers mit Luft abgeschaltet wird.
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Die
Enteisung des Kältemittelverdampfers kann unter Beaufschlagung
einer zusätzlichen Beheizung des flüssigen Kältemittels
im Kältemittelspeicher erfolgen.
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Es
ist möglich die Heizungsanlage intermittierend zu betreiben,
die dann z. B. in Form eines Warmwasserspeichers ausgebildet ist,
wobei parallel zum Druckregelventil ein Kapillarrohr geschaltet
ist, welches eine geringere Kapazität als der Strom des zirkulierenden
Kältemittels aufweist.
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Die Übertragung
der Temperatur von dem sich erwärmende Bereich des Kältemittelkreislaufes der
Wärmepumpe erfolgt entweder direkt auf die zu erwärmende
Flüssigkeit oder über einen Wärmetauscher
(20).
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen
und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
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1:
Prinzipdarstellung des Kältemittelkreislaufes einer Wärmepumpe,
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2:
die Anwendung in einem Warmwasserspeicher.
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Der
in 1 gezeigte Kältemittelkreislauf einer
Wärmepumpe besteht in der Anordnung eines Kältemittelverdichters 1,
eines Kältemittelkondensators 2 eines Kältemittelverdampfers 6 und
eines Kältemittelspeichers 7, die in Reihe geschaltet
sind. Alle Apparate sind mit einer Rohrleitung R verbunden, in der
ein Wärmetransportmittel, Kältemittel genannt, strömt.
Als Kältemittel werden im Allgemeinen unter Druck verflüssigbare
Gase verwendet. In der Rohrleitung befinden sich Armaturen zur Steuerung
des Kältemittelkreislaufes sowie Meßgeräte
zur Überwachung des physikalischen Zustandes des Kältemittels.
Weitere Meßgeräte sind zur Überwachung
der Wärmeabgabe im Kältemittelkondensator und
zur Überwachung der Wärmeaufnahme im Kältemittelverdampfer
vorhanden. Der in 1 gezeigte Kältemittelkreislauf
soll als Heizeinrichtung dienen.
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Das
durch den Kältemittelverdichter 1 verdichtete
Kältemittel wird durch die Rohrleitung R dem Kältemittelkondensator 2 zugeführt
und durchströmt den Kältemittelkondensator 2 von
oben nach unten. Der Kältemittelkondensator 2 befindet
sich im inneren eines Wärmetauschers 20. Im Kältemittelkondensator 2 verflüssigt
sich das Kältemittel und gibt Wärme an ein zu
erwärmendes Medium 1 ab. Dieses Medium 1 ist
im allgemeinen Wasser, welches durch die Zuleitung 14 dem
Wärmetauscher 20 mit niedriger Temperatur zugeführt
wird und den Wärmetauscher 20 durch die Ableitung 15 mit
höherer Temperatur verläßt.
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Der
Druck nach dem Kältemittelverdichter 1 wird mittels
eines Druckmeßgerätes 3 überwacht
und erfindungsgemäß mittels eines Druckregelventils 4 auf
einen konstanten Wert eingestellt. Eine Druckregeleinrichtung, bestehend
aus Druckmeßgerät 3 und Druckregelventil 4 läßt
soviel Kältemittel aus dem Kältemittelkondensator 2 zum
Kältemittelverdampfer 6 ab, daß der Druck
nach dem Kältemittelverdichter 1 und im Kältemittelkondensator 2 konstant
ist. Die Höhe des Druckes kann gewählt werden
und bestimmt die Kondensationstemperatur. Die Höhe des Druckes
kann auch in Abhängigkeit von der gewünschten
Temperatur am Ausgang 15 des Wärmetauschers 20 eingestellt
werden. Dazu notwendige übliche weitere Temperaturmeßgeräte
sind hier nicht dargestellt.
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Hinter
dem Druckregelventil 4 expandiert das Kältemittel
auf den Saugdruck des Kältemittelverdichters 1 und
wird im Kältemittelverdampfer 6 durch Wärmeaufnahme
von einem sich abkühlenden Medium 2 verdampft.
Dieses Medium 2 wird dem Verdampfer 6 mittels
eines Ventilators 18 aus dem Raum 16 zugeführt.
Das abgekühlte Medium 2 strömt in den
Raum 17. Die den Kältemittelverdampfer 6 verlassenden
Kältemitteldämpfe durchströmen das flüssige
Kältemittel im Kältemittelspeicher 7 und
werden somit gemeinsam in Phasenkontakt gebracht. Vom Kältemittelspeicher 7 strömen
die Kätemitteldämpfe dann erneut dem Kältemittelverdichter 1 zu.
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Bei
Detektierung von Vereisung im Kältemittelverdampfer 6 mittels
der Meßgeräte 11/12 wird das Druckregelventil 4 geöffnet,
der Ventilator 18 außer Betrieb genommen und die
Heizung 10 im Kältemittelspeicher 7 eingeschalten.
Bei Druck-/Temperaturanstieg an den Meßgeräten 11, 12 ist
die Enteisung beendet, die Druckregelung 4 und der Ventilator 18 werden
wieder in Betrieb genommen, sowie die Heizung 10 abgeschaltet.
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Die
in 2 dargestellte Variante des erfindungsgemäßen
Kältemittelkreislaufes stellt die Anwendung zur Erwärmung
von Wasser in einem Warmwasserspeicher 19 dar. Der Warmwasserspeicher 19 weist
eine Zuleitung 14 und eine Ableitung 15 für
das Wasser (Wärmeträgermedium) auf. In dem Warmwasserspeicher 19 ist
der als Rohrschlage ausgeführte Kältemittelkondensator 2 angeordnet.
Infolge der Regelung des Druckes im Kondenstor 2 mittels
des Druckregelventils 4 findet die Erwärmung des
Wassers grundsätzlich von oben nach unten statt. In einer
einfachen Ausführung kann die Druckregelung mittels eines
federbelasteten Druckregelventils 4 erfolgen. Die Höhe
des Druckes kann auch in Abhängigkeit von der gewünschten
Temperatur an der Ableitung 15 des Wärmetauschers 20 eingestellt werden.
Das Kältemittel, welches eine Temperatur von insbesondere
60 bis 90°C (in Abhängigkeit vom Verdichterdruck)
aufweist, kondensiert im oberen Teil des als Rohrschlage ausgeführten
Kältemittelkondensators 2 im Warmwasserspeicher 19,
kondensiertes Kältemittel (punktiert dargestellt) sammelt
sich im unteren kalten Teil des Kältemittelkondensators 2 und
gibt dort seine Restwärme ab. Wenn das Wasser im oberen
Teil des Warmwasserspeichers 19 erwärmt ist, findet
die Kondensation auch im unteren Teil des Warmwasserspeichers 19 statt
und führt dann zur Erwärmung des gesamten Warmwasserspeichers 19.
Wenn an Temperaturmeßgerät 13/1 die vorgegebenen
Temperatur erreicht ist, werden der Kältemittelverdichter 1 und
der Ventilator 18 ausgeschaltet. Die Inbetriebnahme erfolgt,
wenn die Temperatur am Temperaturmeßgerät 13/2 einen
bestimmten Wert unterschreitet. Die Temperaturmeßgeräte 13/2 werden
im oberen und unteren Drittel des Warmwasserspeichers 19 angeordnet.
Damit die erneute Inbetriebnahme des Kältemittelverdichters 1 erleichtert
wird, ist parallel zum Druckregelventil 4 die Kapillare 5 angeordnet.
Nach der Abschaltung des Kältemittelverdichters 1 kann
so die im inneren des Warmwasserspeichers 19 befindliche
Rohrschlange 2 leer laufen und auf den Druck des Kältemittelverdampfers 6 entspannen,
wodurch der Kältemittelverdichter 1 ohne Gegendruck
in Betrieb genommen werden kann.
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Das
verflüssigte Kältemittel wird im Verdampfer 6 bei
niedrigem Druck verdampft. Dieser Druck ist nicht geregelt. Mittels
Ventilator 18 wird dem Verdampfer 6 Luft 16 mit
Umgebungstemperatur zugeführt. Die benötigte Verdampfungswärme
zur Verdampfung des Kältemittels wird der Luft 16 entnommen
und kühlt diese ab. Die abgekühlte Luft 17 verläßt
den Verdampfer 6.
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Bei
Detektierung von Vereisung im Verdampfer 6 mittels der
Meßgeräte 11/12 wird das Druckregelventil 4 geöffnet,
der Ventilator 18 außer Betrieb genommen und die
Heizung 10 im Kältemittelspeicher 7 eingeschalten.
Bei Druck-/Temperaturanstieg an den Meßgeräten 11, 12 ist
die Enteisung beendet, die Druckregelung 4 und der Ventilator
wird wieder in Betrieb genommen, sowie die Heizung 10 abgeschaltet.
Zur Wassererwärmung im Falle von Störungen im
Kältemittelkreislauf ist die Ausrüstung des Warmwasserspeichers 19 mit
einer zusätzlichen elektrischen Heizung 21 zu
empfehlen.
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Für
den beschriebenen Kältemittelkreislauf zur Erwärmung
von Wasser in einem Warmwasserspeicher 19 empfiehlt sich
die Konstruktion als Kompaktanlage.
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Von
besonderem Vorteil ist insgesamt, dass der Druck im Kältemittelkondensator 2 durch
eine Regeleinrichtung 3 und 4 geregelt wird, während Druck
und Temperatur im Kältemittelverdampfer 6 nicht
geregelt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 1019792
B [0005]
- - DE 1031326 A1 [0006]
- - DE 10062764 A1 [0006]
- - DE 10243170 A1 [0007]
- - DE 2954402 C2 [0009]
- - EP 1837611 A2 [0010]
- - DE 202006010412 U1 [0010, 0011]
- - DE 2851511 A2 [0012]