DE2509319A1

DE2509319A1 - Heating pump for circulating heating purposes - condenser is driven by rpm-controlled electric motor

Info

Publication number: DE2509319A1
Application number: DE19752509319
Authority: DE
Inventors: Kurt Ing Grad Haeberle; Willi Ing Grad Kragl; Ulrich Ing Grad Kroell; Wilhelm Dipl Ing Mendler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1975-03-04
Filing date: 1975-03-04
Publication date: 1976-09-16

Abstract

The heating pump consists of an evaporator (external heat exchanger), taking-in heat from air, water, ground; a liquefier (internal heat exchanger), to supply the heat produced by the pump to a heating conduit; and a condenser (13), driven by RPM-controlled electric motor (16). The condenser conveys a cooling medium from the evaporator to the liquefier in a closed circuit. A switch-or control transmission is positioned between motor and condenser. The electric motor is continuously adjustable, and its poles may be reversed.

Description

R. ^¹ *> P ■
21.2.1975 Wd/KbR. ^ ¹ *> P ■
February 21, 1975 Wd / Kb

Anlage zurAttachment to

Patent- undPatent and

GebrauchsmusterhilfsanmeldungUtility model registration

ROBERT BOSCH GMBK, 7 Stuttgart 1ROBERT BOSCH GMBK, 7 Stuttgart 1

WärmepumpeHeat pump

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpe, bestehend aus einem Verdampfer (äußerer Wärmeaustauscher), der aus der Umgebung (Luft, Wasser, Erdreich) Wärme aufnimmt, einem Verflüssiger (innerer V/ärmeaustauscher), der_ die von der Wärmepumpe erzeugte Wärme an eine Heizleitung abgibt, sowie einem von einem Elektromotor angetriebenen Verdichter, welcher im geschlossenen Kreislauf ein Kältemittel vom Verdampfer zum Verflüssiger transportiert.The invention relates to a heat pump, consisting of an evaporator (external heat exchanger), which from the environment (Air, water, soil) absorbs heat, a condenser (internal V / heat exchanger), which is generated by the heat pump Gives off heat to a heating line, as well as a compressor driven by an electric motor, which in the closed circuit transports a refrigerant from the evaporator to the condenser.

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Bei Wärmepumpen für Heizzwecke gibt es Anwendungsfälle, wo die Einschaltdauer nicht berechnet und beliebig festgelegt werden kann, da der Wärmebedarf in großen Grenzen schwankt. Bei Gebäuden kann der Unterschied vom größten bis herab zum kleinsten Bedarf ein Mehrfaches betragen. Gleichzeitig kann sich jahreszeitlich abhängig von der Außentemperatur die Temperatur der Wärmequelle ändern, aber auch die Rücklauftemperatur des Heizmediums. Das hat zur Folge, daß bei Warmepumpenanlagen die Wärmeleistungen sehr unterschiedlich sein können. ¹Jm die Leistungen an diese Gegebenheiten anzupassen, werden bei bekannten Wärmepumpen sogenannte "Ein-Aus-Schaltungen" oder Verlustregelungen (sogenannte Saugdruckregelungen ), angewendet.In the case of heat pumps for heating purposes, there are applications where the switch-on time cannot be calculated and set as desired, since the heat demand fluctuates within large limits. In the case of buildings, the difference from the largest to the smallest requirement can be several times that. At the same time, the temperature of the heat source and the return temperature of the heating medium can change depending on the outside temperature. The consequence of this is that the heat outputs in heat pump systems can be very different. ^In order to adapt the performance to these conditions, so-called "on-off circuits" or loss controls (so-called suction pressure controls) are used in known heat pumps.

Die Verlustregelungen verschlechtern den wirtschaftlichen Betrieb der Wärmepumpen, während das häufige Ein- und Ausschalten zu starker Beanspruchung, insbesondere des Elektromotors und des Verdichters, führt.The loss regulations worsen the economic operation of the heat pumps, while the frequent switching on and off leads to heavy use, especially of the electric motor and the compressor.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Wärmepumpe der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die bei geringem Aufwand sehr wirtschaftlich zu betreiben ist.It is an object of the invention to create a heat pump of the type mentioned at the outset that can be operated with little effort is very economical to operate.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß der Verdichter von einem drehzahlregelbaren Elektromotor angetrieben ist.This is achieved according to the invention in that the compressor is driven by a speed-controllable electric motor is.

Auf diese Weise wird die Wärmeleistung herabgesetzt und erreicht, daß der Verdichter nicht so oft ein- und ausgeschaltet wird, wodurch die Einschaltdauer und damit die Lebensdauer vergrößert werden.In this way, the heat output is reduced and the compressor is not switched on and off as often which increases the duty cycle and thus the service life.

Zweckmäßig kann es auch sein, zwischen den Elektromotor und den Verdichter ein Schaltgetriebe oder Regelgetriebe einzuschalten. It can also be useful to connect a gearbox or variable speed gearbox between the electric motor and the compressor.

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Mit diesen Anordnungen kann eine besonders feine, im Extremfall sogar stufenlose Anpassung der Leistung an den Bedarf ersielt werden. Wichtig ist, daß die Drehzahlanpassung möglichst verlustlos erfolgt. Der Zugewinn am Leistungsgrad E ersetzt die Übertragungsverluste.With these arrangements a particularly fine, in extreme cases even stepless adjustment of the power to requirements can be achieved. It is important that the speed adjustment is possible takes place without loss. The gain in performance level E replaces the transmission losses.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung wiedergegeben. Diese zeigt inAn embodiment of the invention is shown in the drawing. This shows in

Fig. 1 eine Wärmepumpe in schematischer Darstellung. Fig. 2 und 3 Diagramme.1 shows a heat pump in a schematic representation. Figures 2 and 3 are diagrams.

Die Wärmepumpe 10 besteht im wesentlichen aus einem Verdampfer 11 - dieser bildet den äußeren Wärmeaustauscher -, einem Verflih siger 12 - dieser bildet den inneren Wärmeaustauscher -, einem Verdichter 13 und einem Expansionsventil 1*1. Dem Verdampfer wird ein Speisemedium, z.B. Wasser, über eine Pumpe 15 aus einem Brunnen oder Fluß zugeführt. Anstelle von Wasser oder Sole kann der Verdampfer selbstverständlich auch in bekannter Weise mit Luft aus der Umgebung betrieben werden.The heat pump 10 consists essentially of an evaporator 11 - this forms the external heat exchanger -, a condenser siger 12 - this forms the internal heat exchanger -, a compressor 13 and an expansion valve 1 * 1. The vaporizer a feed medium, e.g. water, is supplied via a pump 15 from a well or river. Instead of water or Brine, the evaporator can of course also be operated in a known manner with air from the environment.

Der Verdichter 13 ist von einem regelbaren oder polumschaltbaren Elektromotor 16 angetrieben, der z.B. mit zwei Drehzahlen nl oder n2 den Verdichter 13 antreibt.The compressor 13 is driven by an adjustable or pole-changing electric motor 16 which, for example, has two speeds nl or n2 drives the compressor 13.

Im Diagramm nach der Fig. 2 ist auf der Abszisse die Außentemperatur in Grad Celsius aufgetragen, auf der Ordinate die Wärmeleistung der Wärmepumoe bzw. der Wärmebedarf des zu beheizenden Objektes. Die Kurve a zeigt die Wärmepumpenkennlinie, wenn der Verdichter mit der Drehzahl nl angetrieben ist, die Kurve b die Wärmepumpenkennlinie,wenn der Verdichter mit der niedrigeren Drehzahl n2 angetrieben ist. Die von rechts unten nach links oben verlaufende, mit c bezeichnete Gerade bedeutet die Wärmebedarfskennlinie des zu beheizenden Gegenstandes.In the diagram according to FIG. 2, the outside temperature is on the abscissa Plotted in degrees Celsius, on the ordinate the heat output of the heat pump or the heat demand of the object to be heated. Curve a shows the heat pump characteristic when the compressor is driven at speed nl curve b is the heat pump characteristic when the compressor is driven at the lower speed n2. The straight line marked c, running from the bottom right to the top left, means the heat demand curve of the zu heated object.

i: 0 9 8 3 B / f] 3 7 1i: 0 9 8 3 B / f] 3 7 1

-Z₁--Z ₁ -

Der Verdichter wird zuerst mit der Drehzahl n2 angetrieben bis zu einem Punkt B (von oben rechts auf Kurbe b - Gleichgewicht spunkt bei n2).The compressor is first driven with the speed n2 up to a point B (from the top right on curve b - equilibrium point at n2).

Bei größerem Wärmebedarf wird der Elektromotor umgeschaltet und treibt den Verdichter mit der Drehzahl nl an (Kurve a). Vom Punkt B steigt nun entsprechend der höheren Drehzahl die Wärmeleistung sprunghaft an und verläuft dann auf der Kurve a. Es ist also eine einmalige Unterteilung der Leistung vorgesehen. Der Umschaltpunkt B ergibt sich zweckmäßigerweise aus dem Schnittpunkt der Kurve b mit der Geraden cj c kann auch eine Kurve sein. Der Schnittpunkt ,der Kurve a mit der Geraden c ist der Gleichgewichtspunkt bei nl. Rechts vom Gleichgewichtspunkt B bzw. C wird die angebotene Leistung durch "Ein-Aus"-Schaltung angepaßt.If there is a greater demand for heat, the electric motor is switched over and drives the compressor at speed nl (curve a). From point B, the heat output increases sharply according to the higher speed and then runs on the Curve a. There is therefore a one-off subdivision of the service. The switchover point B results expediently from the intersection of curve b with straight line cj c can also be a curve. The point of intersection of curve a with straight line c is the point of equilibrium at nl. To the right of the equilibrium point B or C, the offered power is adapted by "on-off" switching.

Im Diagramm nach der Fig. 3 sind auf der Abszisse die Außentemperaturen in Grad Celsius "Sa » ^au^ ^der Ordinate die von der Außentemperatur abhängigen Betriebstemperaturen aufgetragen. Im Umschaltpunkt der Verdichterdrehzahl steigt die Temperatur t^ sprunghaft an von Punkt B¹ zum Punkt A', während die Temperatur t von B" nach A" sprunghaft abfällt. Im Diagramm bedeuten t_R die Rücklauftemperatur bei einer Warmwasserheizung undt. die Außenlufttemperatur bei z.B. Luft als Speisemedium.In the diagram according to FIG. 3, the outer temperatures are in degrees Celsius, "Sa" ^au ^ are ^the ordinate dependent on the outside temperature operating temperatures on the abscissa. In the switching point of the compressor speed, the temperature increases t ^ by leaps and bounds from point B ¹ to the point A ' , while the temperature t drops abruptly from B "to A." In the diagram, t _{R denotes} the return temperature for a hot water heating system and t the outside air temperature with, for example, air as the feed medium.

Die Kurven im Diagramm nach Fig. 3 können auch flacher oder sogar waagrecht verlaufen, aber ebenfalls die beschriebenen Stufen bilden. Diese Stufen bringen Verringerung der Temperaturdifferenz zwischen t und t, ^aie Verbesserungen im Leistungs-The curves in the diagram according to FIG. 3 can also run flat or even horizontally, but also those described Form levels. These stages bring a reduction in the temperature difference between t and t, ^ aie improvements in the performance

O JtCO JtC

grad E.degree E.

Beim Ausführungsbeispiel nach der Fig. ¹J ist zwischen den Motor 16 und die Wärmepumpe 13 ein Schalt- bzw. Regelgetriebe eingeschaltet. Dadurch ist es möglich, mehrere Leistungsunterteilungen der Wärmepumpe zu erreichen. Dies wäre auch möglich, wenn der Elektromotor mehrfach polumschaltbar wäre,In the embodiment of FIG. ¹ J is turned on, a switching and control transmission between the motor 16 and the heat pump. 13 This makes it possible to achieve several power subdivisions of the heat pump. This would also be possible if the electric motor could be pole-changing several times,

-5-609838/037 1-5-609838 / 037 1

-5-jedoch wird eine solche Ausführung dann zu teuer.-5- however, such a design then becomes too expensive.

Das Schaltgetriebe kann stufenlos ausgebildet sein mit •nechanischen oder hydraulischen Übertragungselementen und vom Wärmebedarf aus geregelt, mechanisch, elektrisch oder hydraulisch betätigt werden.The gearbox can be designed continuously with • mechanical or hydraulic transmission elements and from Heat demand can be controlled, mechanically, electrically or hydraulically operated.

Entsprechend der veränderten Wärmepumpenleistung sollte auch die Menge des Speisemediums angepaßt werden, um den Energieaufwand dafür möglichst kleinzuhalten.According to the changed heat pump output should also the amount of the feed medium can be adapted in order to keep the energy expenditure for it as small as possible.

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Claims

-6- claims

( Ij heat pump, consisting of an evaporator (external heat exchanger) that absorbs heat from the environment (air, water, ground), a condenser (internal heat exchanger) that transfers the heat generated by the heat pump to a heating line, and one of. an electric motor-driven compressor which transports a refrigerant in a closed circuit from the evaporator to the condenser, characterized in that the compressor (13) is driven by a speed-adjustable electric motor (16).

2. Heat pump according to claim 1, characterized in that .daß between the electric motor and the compressor Switching or regulating transmission (17) is arranged.

3. Heat pump according to claim 1 or 2, characterized in that the electric motor is designed to be pole-changing is, in particular, multiple pole-changing.

H. Heat pump according to Claim 1 and / or 2, characterized in that the speed of the electric motor is infinitely variable.

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-7- ■ ^Z '- ■

5. Heat pump according to claim 1 and / or 2, characterized in that the transmission is continuously variable,
in particular hydraulically or mechanically.

6. Heat pump according to one of claims 1 to 5, characterized
characterized in that.der electric motor, transmission and compressor are arranged in a closed housing.

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