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Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpe gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.
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Eine Wärmepumpe der eingangs genannten Art ist allgemein bekannt, so dass es diesbezüglich keines besonderen druckschriftlichen Nachweises bedarf. Eine solche Wärmepumpe besteht aus einem Kältemittelkreislauf für ein Kältemittel. Dabei weist der Kältekreislauf einen ersten, über einen drosselseitigen Anschluss mit einer ersten Drossel verbundenen Verdampfer, einen zweiten, über einen drosselseitigen Anschluss mit einer zweiten Drossel verbundenen Verdampfer und einen Kondensator zum Kondensieren des Kältemittels auf, wobei die Wärmepumpe in einem Regelbetrieb, in dem die beiden Verdampfer zum Verdampfen des Kältemittels ausgebildet sind, und in einem Abtaubetrieb, in dem einer der Verdampfer zum Abtauen ausgebildet ist, betreibbar ausgebildet ist.
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Eine Wärmepumpe mit einem Regel- und einem Abtaubetrieb ist aus der keinen Schaltplan offenbarenden
DE 20 2008 012 203 U1 bekannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmepumpe der eingangs genannten Art zu verbessern. Insbesondere soll eine Wärmepumpe geschaffen werden, bei der das Abtauen des Verdampfers besonders effizient erfolgt.
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Diese Aufgabe ist mit einer Wärmepumpe der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Schutzanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
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Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass im Abtaubetrieb eine Drossel der anderen Drossel in Strömungsrichtung des Kältemittels gesehen fluidisch nachgeschaltet ist. Dabei umfasst die Maßgabe, dass die Wärmepumpe ”zwei” Verdampfer aufweist, auch die Option, dass diese mindestens zwei oder auch mehr Verdampfer aufweist.
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Mit anderen Worten zeichnet sich die erfindungsgemäße Lösung dadurch aus, dass die Verdampfer im Regelbetrieb parallel und im Abtaubetrieb hintereinander geschaltet ausgebildet sind.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Wärmepumpe ergeben sich aus den abhängigen Schutzansprüchen.
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Der Vollständigkeit halber wird noch auf die
DE 10 2010 049 871 A1 hingewiesen, aus der eine Wärmepumpeneinrichtung mit Enteisungsfunktion bekannt ist, bei der aber die Verdampfer im Heiz- und Kühlbetrieb stets seriell durchströmt werden.
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Die erfindungsgemäße Wärmepumpe einschließlich ihrer vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Schutzansprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Es zeigt schematisch
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1 die erfindungsgemäße Wärmepumpe im Regelbetrieb (Heizbetrieb), bei dem die beiden jeweils Verdampfer bildenden Wärmetauscher zur Wärmeaufnahme parallel geschaltet ausgebildet sind;
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2 die erfindungsgemäße Wärmepumpe gemäß 1 im Abtaubetrieb zum Abtauen des oberen Verdampfers;
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3 die erfindungsgemäße Wärmepumpe gemäß 1 im Abtaubetrieb zum Abtauen des unteren Verdampfers; und
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4 die erfindungsgemäße Wärmepumpe im inversen Regelbetrieb (nach Kreislaufumkehr: Kühlbetrieb), bei dem die beiden jeweils Kondensatoren bildenden Wärmetauscher zur Wärmeabgabe parallel geschaltet ausgebildet sind.
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Die in den 1 bis 4 dargestellten Wärmepumpen bestehen jeweils aus einem Kältemittelkreislauf 1 für ein Kältemittel und weisen jeweils einen ersten, über einen drosselseitigen Anschluss mit einer ersten Drossel 2.1 verbundenen Verdampfer 3.1, einen zweiten, über einen drosselseitigen Anschluss mit einer zweiten Drossel 2.2 verbundenen Verdampfer 3.2 und einen Kondensator 4 zum Kondensieren des Kältemittels auf. Die Maßgabe des ”drosselseitigen Anschlusses” umfasst dabei, dass die Verdampfer 3.1, 3.2 jeweils einerseits einen drosselseitigen und andererseits einen drosselabgewandten Anschluss aufweisen. Weiterhin ist vorgesehen, dass die Wärmepumpe in einem Regelbetrieb, in dem die beiden Verdampfer 3.1, 3.2 zum Verdampfen des Kältemittels ausgebildet sind, und in einem Abtaubetrieb, in dem einer der Verdampfer 3.1, 3.2 zum Abtauen ausgebildet ist, betreibbar ausgebildet ist.
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Weiterhin ist bei allen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Wärmepumpe in an sich bekannter Weise bevorzugt vorgesehen, dass zwischen den drosselabgewandten Anschlüssen der Verdampfer 3.1, 3.2 und dem Kondensator 4 ein Verdichter 5 angeordnet ist, mit dem das verdampfte Kältemittel auf ein höheres Druckniveau gebracht wird.
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In 1 bis 3 fördert der Verdichter 5 das Kältemittel von den Verdampfern 3.1, 3.2 zum Kondensator 4. 4 zeigt eine Kreislaufumkehr (angedeutet durch das entsprechend umkehrte Verdichtersymbol), auf die weiter unten noch genauer eingegangen wird und die dazu führt, dass der Kältemittelkreislauf 1 dann zwei Kondensatoren und einen Verdampfer aufweist. Zur Realisierung der Kreislaufumkehr kann der Verdichter 5 entsprechen umgekehrt am Kältemittelkreislauf 1 montiert werden. Alternativ kann aber auch in an sich bekannter Weise ein einerseits mit dem Kältekreislauf 1 und andererseits mit dem Verdichter 5 fluidisch verbundenes 4/2-Wegeumschaltventil vorgesehen sein.
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Wesentlich für die erfindungsgemäße Wärmepumpe ist nun, dass im Abtaubetrieb eine Drossel 2.1, 2.2 der anderen Drossel 2.1, 2.2 fluidisch nachgeschaltet ist. Diese Maßgabe führt dazu, dass, obwohl ein Verdampfer bei laufendem Betrieb abgetaut wird, die Wärmeabgabe am Kondensator 4 nicht unterbrochen wird, d. h. trotz Abtaubetrieb liefert die erfindungsgemäße Wärmepumpe Wärme.
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Nochmals in anderen Worten ausgedrückt, ist erfindungsgemäß also vorgesehen, dass die beiden Verdampfer 3.1, 3.2 im Regelbetrieb parallel und im Abtaubetrieb hintereinander geschaltet ausgebildet sind.
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Bezüglich der zum Abtauen erforderlichen Wärme ist bevorzugt vorgesehen, dass im Abtaubetrieb einer der beiden Verdampfer 3.1, 3.2 mit seinem drosselabgewandten Anschluss dem Kondensator 4 fluidisch nachgeschaltet ist. Diese Variante ist in den Figuren dargestellt. Alternativ (nicht dargestellt) kann aber auch vorgesehen sein, dass im Abtaubetrieb einer der beiden Verdampfer 3.1, 3.2 mit seinem drosselabgewandten Anschluss dem Verdichter 5 fluidisch nachgeschaltet ist.
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Noch etwas genauer betrachtet, ist weiterhin besonders bevorzugt vorgesehen, dass zwischen jedem drosselabgewandten Anschluss der Verdampfer 3.1, 3.2 und dem Verdichter 5 ein Ventil 6 angeordnet ist. Außerdem ist jeweils eine mit einem Ventil 7 versehene, den Kondensator 4 (bzw. den Verdichter 5 – nicht extra dargestellt) mit dem drosselabgewandten Anschluss des Verdampfers 3.1, 3.2 verbindende Kältemittelleitung 8 vorgesehen. Darüber hinaus ist mindestens eine mit einem Ventil 9 versehene, den Kondensator 4 mit den Drosseln 2.1, 2.2 verbindende Kältemittelleitung 10 vorgesehen.
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Bezüglich der genannten Ventile 6, 7 und 9 ist vorgesehen, dass diese jeweils als Magnetventil mit den Schaltstellungen ”vollständig geschlossen” oder ”vollständig geöffnet” ausgebildet sind. Alternativ können (nicht extra dargestellt) statt der Magnetventile aber auch Motorventile oder statt zweier (Schalt-)Ventile jeweils ein 3/2-Wegeventil verwendet werden.
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Dabei sind in den 1 bis 4 diese Schaltstellungen der Ventile 6, 7 und 9 zur Verdeutlichung des jeweiligen Betriebszustands mit den Ziffern ”0” und ”1” gekennzeichnet, wobei die Ziffer ”0”: ”vollständig geschlossen” und die Ziffer ”1”: ”vollständig geöffnet” bedeutet.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die insbesondere als elektronisches Expansionsventil ausgebildete Drossel 2.1, 2.2 zur Realisierung verschiedener Einstellungen vollständig verschließbar, mindestens teilweise durchströmbar und vollständig vom Kältemittel durchströmbar ausgebildet ist, was insbesondere bedeutet, dass der Öffnungsgrad der Drossel frei einstellbar ist. Zur Verdeutlichung ist dies in den 1 bis 4 mit dem %-Symbol gekennzeichnet, wobei die alternative, konkretisierende Angabe der Ziffer ”1” an einer Drossel 2.1, 2.2 (siehe 2 und 3) bedeutet, dass die Drossel 2.1, 2.2 ”vollständig geöffnet” ist und somit praktisch keine Drosselwirkung innerhalb des Kältemittelkreislaufes hat.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Verdampfer 3.1, 3.2 als Lamellenwärmetauscher ausgebildet und mit einem ein- und ausschaltbaren Ventilator 11 versehen ist. Der Kondensator 4 ist besonders bevorzugt als Plattenwärmetauscher ausgebildet.
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Ferner ist (nicht extra dargestellt) eine mit den Drosseln 2.1, 2.2, den Ventilen 6, 7, 9 und den Ventilatoren 11 verbundene Regelungseinrichtung vorgesehen. Darüber hinaus ist den Drosseln 2.1, 2.2 jeweils und in an sich bekannter Weise ein Sensor zur Messung der Sauggasüberhitzung zugeordnet, der seinerseits mit der genannten Regelungseinrichtung verbunden ist.
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Die in den 1 bis 3 dargestellte Wärmepumpe funktioniert, wie folgt:
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1 zeigt den sogenannten Regelbetrieb, also den Betrieb, bei dem über die Verdampfer 3.1, 3.2 typischer Weise Umgebungswärme in den Kältemittelkreislauf eingebunden und über den Kondensator 4 zum Beispiel an ein Gebäude abgegeben wird. Die Ventile 6 sind bei dieser Betriebsweise vollständig geöffnet. Das Gleiche gilt für das Ventil 9, wohingegen die Ventile 7 vollständig geschlossen sind. Diese Maßgaben führen dazu, dass das Kältemittel vom Verdichter 5 kommend im Kondensator 4 kondensiert wird, dann über die Kältemittelleitung 10 und über das Ventil 9 zu den beiden Drosseln 2.1, 2.2 gelangt, dort expandiert wird und anschließend zu den Verdampfern 3.1, 3.2 gelangt. Da einerseits die Ventile 7 der Kältemittelleitung 8 vollständig geschlossen und andererseits die den Verdampfern 3.1, 3.2 in Strömungsrichtung des Kältemittels gesehen nachgeschalteten Ventile 6 vollständig geöffnet sind, strömt das Kältemittel nach den Verdampfern 3.1, 3.2 abschließend zum Verdichter 5 zurück, so dass der Kältemittelkreislauf geschlossen ist.
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2 zeigt den Zustand, der über die Regelungseinrichtung eingestellt wird, wenn der in der Darstellung obere Verdampfer 3.1 vereist sein sollte. In diesem Fall wird das obere Ventil 7 geöffnet, so dass das flüssige Kältemittel vom Kondensator 4 kommend über die Kältemittelleitung 8 in den oberen Verdampfer 3.1 strömen kann. Dabei sind gleichzeitig das untere Ventil 7, das Ventil 9 und auch das obere Ventil 6 geschlossen. Außerdem ist die obere Drossel 2.1 vollständig geöffnet, so dass das Kältemittel ungehindert zur unteren Drossel 2.2 strömen und dort expandiert werden kann. Danach gelangt das Kältemittel zum nicht vereisten, unteren Verdampfer 3.2 und von dort über das vollständig geöffnete, untere Ventil 6 zum Verdichter 5 zurück.
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Während die Ventilatoren 11 in 1 beide eingeschaltet sind, wird in 2 der obere Ventilator 11 des oberen Verdampfers 3.1 über die Regelungseinrichtung ausgeschaltet, um das Abtauen zu erleichtern. Die jeweiligen Betriebszustände der Ventilatoren 11 sind in den Figuren ebenfalls mit den Ziffern ”0” für ”ausgeschaltet” und ”1” für ”eingeschaltet” gekennzeichnet.
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3 zeigt im Prinzip den gleichen Betriebszustand wie 2, allerdings mit dem Unterschied, dass in 3 der untere Verdampfer 3.2 abgetaut wird. Die entsprechenden Stellungen der Drosseln 2.1, 2.2 und Ventile 6, 7 und 9 sind in 3 zum leichteren Verständnis entsprechend angegeben.
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Die Lösung nach 4 ergibt sich, wenn man die Strömungsrichtung des Verdichters wechselt (Strömungsumkehr). Dies kann praktisch (wie dargestellt und oben bereits erwähnt) durch Änderung der Anordnung des Verdichters am Kältemittelkreislauf erfolgen oder auch (nicht extra dargestellt) durch ein an sich bekanntes 4/2-Wegeumschaltventil, das fluidisch über zwei Anschlüsse mit dem Kältemittelkreislauf und über zwei weitere Anschlüsse mit dem Verdichter verbunden ist. Bei der Lösung nach 4 ist dabei kein Abtaubetrieb möglich, da lediglich ein Wärmetauscher zur Wärmeaufnahme (also ein Verdampfer) vorgesehen ist.
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Würde man allerdings den oberen Teil des den einen Wärmetauscher aufweisenden Kältemittelkreislaufes entsprechend dem unteren Kältemittelkreislauf ebenfalls durch zwei Wärmetauscher und entsprechende Drosseln und Ventile ersetzen, so ergäbe sich eine Lösung im Sinne von Schutzanspruch 1, bei der unabhängig von der Förderrichtung des Verdichters die jeweiligen Verdampfer einzeln abtaubar wären. Diese Lösung ist dabei auch vom Schutzanspruch 1 umfasst, denn dieser, im Prinzip die einfachste Ausführungsform definierende Schutzanspruch 1 schließt nicht aus, dass der Kältemittelkreislauf insgesamt auch zwei Kondensatoren umfasst.
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Darüber hinaus können schließlich natürlich insgesamt auch jeweils drei und mehr Verdampfer und Kondensatoren vorgesehen sein, wobei dann zum Beispiel im Abtaubetrieb ein Verdampfer abgetaut wird, während die übrigen Verdampfer zur gewöhnlichen Wärmeaufnahme ausgebildet sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kältemittelkreislauf
- 2.1
- Drossel
- 2.2
- Drossel
- 3.1
- Verdampfer
- 3.2
- Verdampfer
- 4
- Kondensator
- 5
- Verdichter
- 6
- Ventil
- 7
- Ventil
- 8
- Kältemittelleitung
- 9
- Ventil
- 10
- Kältemittelleitung
- 11
- Ventilator
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202008012203 U1 [0003]
- DE 102010049871 A1 [0009]
