DE2555887B1 - Verfahren zum uebertragen von waerme oder kaelte und waermepumpe zu dessen durchfuehrung - Google Patents

Verfahren zum uebertragen von waerme oder kaelte und waermepumpe zu dessen durchfuehrung

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DE2555887B1
DE2555887B1 DE19752555887 DE2555887A DE2555887B1 DE 2555887 B1 DE2555887 B1 DE 2555887B1 DE 19752555887 DE19752555887 DE 19752555887 DE 2555887 A DE2555887 A DE 2555887A DE 2555887 B1 DE2555887 B1 DE 2555887B1
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    • F24H4/02—Water heaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D3/00—Hot-water central heating systems
    • F24D3/18—Hot-water central heating systems using heat pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen von Warme oder Kälte zwischen zwei getrennten Flissdströmen mit Hilfe einer Wärmepumpe, die einen KSltekreislauf mit einem Verdampfer, einem Kompressor, einem Kondensator und einer Drossel umfaßt, dessen Verdampfer und Kondensator mit den getrenn· ten Fluidströmen in Wärmeaustausch gebracht werden können, sowie eins Wärmepumpe zur Durchführung dieses Verfahrens.
Der erhebliche Vorteil einer Wärmepumpe besteht darin, daß die zum Betreiben der Wärmepumpe erforderliche Energie, beispielsweise elektrische Energie, nicht unmittelbar in Heizleistung umgesetzt wird, sondern nur dazu verwendet wird, den Kompressor und gegebenenfalls einige Hilfsaggresate anzutreiben. Während das Verhältnis von abgegebener Heizleistung zu aufgewendeter Energie bei unmittelbarer Umsetzung der Energie in Heizleistung keinesfalls größer als 1 sein kann, kann es bei Wärmepumpen dos 3· oder 4fache betragen. Die aufgewendete Energie wird lediglich dazu benötigt, vorhandene Wärme von einer Position zu einer anderen zu transportieren oder zu »pumpen«. Die auf diese Weise erreichbare Energieersparnis wird um so größer je größer das Verhältnis von NutzwSrme zu zugefOhrter, beispielsweise elektrischer Leistung ist Dieses Verhältnis wird im allgemeinen als »Leistungszif- te fer« einer Wärmepumpe bezeichnet
Bei Kälteanlagen ist es bekannt den Kältekreislauf hinter dem Kondensator durch ein von außen zugeführtes Kühlmittel zu kühlen, in diesem Zusammenhang ist es ebenfalls bekannt, diese Kühlung in Form 6s eines sogenannten »inneren« Wärmeaust?uschss durchzuführen, indem der Kältekreislauf zwischen Verdampfer und Kompressor in Wärmeaustausch mit dem Kältekreislauf zwischen Kondensator und Drossel gebracht wird. Durch die dadurch hervorgerufene weitere Kühlung des Kältekreislaufs werden die Energieverluste bei der Drosselung verringert und die im Kühlraum abgegebene Kälteleistung wird entsprechend erhöht (vgl. Baehr, Thermodynamik, 1973, S.
313 ff.).
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, die Leistungsziffer einer Wärmepumpe bei Heizbetrieb zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man bei Heizbetrieb den dem Verdampfer zugeführten Fluidstrom vor dem Verdampfer in einem Wärmetauscher mit dem Kältekreislauf zwischen Kondensator und Drossel in Wärmeaustausch bringt.
Es ist nicht das wesentliche Ziel der Erfindung, wie bei bekannten Verfahren die Kälteleistung des Verdampfers zu erhöhen, da diese Kälte allenfalls als Nebenprodukt genutzt wird. Es hat sich vielmehr gezeigt, daß eine derartige Kühlung des Kältekreislaufs gerade bei ' Heizbetrieb drei außerordentlich wichtige Vorteile bringt, die im folgenden genauer erläutert werden sollen:
1. Das von der Gebäudeaußenseite zugeführte, in Wärmeaustausch mit dem Kältekreislauf gebrachte Fluid wird bei diesem Wärmeaustauschvorgang je nach Durchsatz erwärmt, so daß in dem den Verdampfer einschließenden Wärmetauscher eine höhere Temperaturdifferenz des von außen zugeführten und nach außen zurückgeführten Fluids nutzbar gemacht werden kann. Es tritt insoweit also dieselbe Wirkung ein wie bei einer Erhöhung der Außentemperatur. Es liegt auf der Hand, daß dies zu einer Verbesserung der Leistungsziffer der Wärmepumpe führt Besonders wesentlich ist, daß die bei der Kühlung des Kältekreislaufs anfallende Wärme unmittelbar im System mit positivem Effekt ausgenutzt werden kann.
2. Durch die Abkühlung des Kältemittels vor der Drossel und damit vor dem Verdampfer kann die thermodynamische Wirksamkeit oder »Pumpwirkung« der Wärmepumpe erheblich verbessert werden, wie folgendes Beispiel zeigt:
Es soll angenommen werden, daß die Temperatur des von außen zugeführten Fluids +5° C beträgt und nach Wärmeaustausch in dem Verdampfer auf 00C gesenkt wird. Dementsprechend hat auch der Kältekreislauf hinter dem Verdampfer im wesentlichen die Temperatur von 00C Weiterhin sei angenommen, daß das Kältemittel hinter dem Kondensator eine Temperatur von +50"C aufweist, die im wesentlichen über die Drossel hinaus bis zum Verdampfer herrscht
In diesem Falle gelten beispielsweise bei dem herkömmlichen Kältemittel CCI2F1 (R 12) folgende Enthalpie-Werte:
Vordem Verdampfer(+50°Cflüssig):
111.70kcal/kg Hinter dem Verdampfer (0DC gasförmig*:
136.43 kcal/kg
Die Differenz, die ein Maßstab für die vor. dem Fluidstrom auf den Kältekreislauf im Verdampfer übertragende Wärme ist, beträgt 24,73 kcal/kg.
Geht man nun davon aus, daß aas von der Gebäudeaußenseite mit +50C zugeführte Fluid in Wärmeaustausch mit dem Kältekreislauf zwischen Kondensator und Drossel gebracht wird, und das Kältemittel von +500C auf +50C abgekühlt, so gilt für
■ ■ £'■■' ■', ' '■'■'
das Kältemittel vor dem Verdampfer folgender Enthalpie-Wert:
Vor dem Verdampfer ( + 50C, flüssig):
101,11 kcal/kg
Die Differenz dieses Wertes gegenüber der Enthalpie des Kältemittels hinter dem Verdampfer beträgt 35,32 kcal/kg im Gegensatz zu 24,73 kcal/kg ohne die erfindungsgemäße Gegenstromkühlung. Das bedeutet einen Zuwachs der Enthalpie-Differenz auf beiden Seiten des Verdampfers von rund 43% für das vorliegende Beispiel, das sich im Prinzip jedoch ohne weiteres verallgemeinern läßt. Entsprechend steigt die der Umgebungsluft entzogene und als Heizenergie abgegebene Wärmemenge.
3. Durch die Senkung der Temperatur vor dem Verdampfer wird zugleich die Temperatur hinter dem Verdampfer gesenkt. Dadurch sinkt das spezifische Volumen fdes von dem Kompressor zu komprimierenden Kältemittels. Die von einem Kompressor zu verrichtende Arbeit kann — bei Vernachlässigung von mechanischen Verlusten etc. — angegeben werden als
w=Jvdp.
Sie nimmt also mit dem spezifischen Volumen ν ab. Darin liegt ein dritter wichtiger Effekt der obenerwähnten Gegenstromkühlung des Kältekreislaufs.
Besonders bemerkenswert bei den drei zuvor genannten Vorteilen ist, daß sie ohne zusätzlichen Energieaufwand und gewissermaßen »kostenlos« erzielt werden können.
Für die vorstehend erörterte Gegenstromkühlung eignen sich naturgemäß besonders gut flüssige Fluidströme, jedoch ist sie selbstverständlich auch bei Luft als Fluidstrom möglich.
Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt eine Wärmepumpe mit der erfindungsgemäßen Gegenstromkühlung im Kältekreislauf.
Sofern die erfindungsgentfße Kühlung des Kältekreislaufs in Wärmeaustausch mit dem eintretenden Fluidstrom als Gegenstromkühlung bezeichnet wird, wird lediglich auf eine besonders günstige Form des Wärmeaustausches Bezug genommen. Es kommt jedoch jeder andere Wärmetauscher und insbesondere auch ein Gleicrr.tromkühler in Betracht.
Wie in der einzigen Figur gezeigt ist, umfaßi der Kältekreislauf einen Verdampfer 41, einen Komprev ίγ
s 42, einen Kondensator 43 und eine Drossel 44, die ciü. Leitungen 47 zu einem Kreislauf verbunden sind. ι. diesem Kreislauf zirkuliert in üblicher Weise ein Kältemittel. Dem Verdampfer 41 und dem Kondensator 43 sind Wärmetauscher 50, 51 zugeordnet, in denen ein
ίο Wärmeaustausch zwischen dem Verdampfer bzw. dem Kondensator einerseits und zwei getrennten Fluidströmen andererseits herbeigeführt wird. Die Umlaufrichtung des Kältemittels ist durch Pfeile gekennzeichnet. Bei Heizbetrieb, auf den sich die vorliegende Erfindung bezieht, tritt durch die Leitung 75 ein Fluid von der Gebäudeaußenseite in den Wärmetauscher 50 in Pfeilrichtung ein und durch die Leitung 76 in Pfeilrichtung aus. Eine Pumpe 79 fördert diesen Fluidstrom. Bei diesem Fluidstrom kann es sich entweder um Außenluft, um einen von außen zugeführten Wärmeträger, der durch vor einem Haus verlegte Rohrschlangen zirkuliert, oder auch um ein Trägerfluid handeln, das seinerseits außerhalb des Gebäudes mit Außenluft in Wärmeaustausch steht.
In jedem Falle wird dieses Fluid nicht unmittelbar von außen durch die Leitung 75 in den Wärmetauscher 50 eingeleitet, sondern zunächst durch einen Gegenstromkühler 207 hindurchgeführt, der einen Wärmeaustausch mit der Leitung 47 zwischen dem Kondensator 43 und der Drossel 44 bewirkt. Die Verwendung des Gegenstromkühlers 207 führt dazu, daß das in der Leitung 75 befindliche, von der Gebäudeaußenseite zugeführte Fluid erwärmt wird und daß vor allem das Kältemittel des Kältekreislaufs in der Leitung 47 zwischen Kondensator und Drossel gekühlt wird. Die Vorteile dieser Maßnahmen sind oben ausführlich erläutert worden.
Die Leitungen 77,78 führen direkt oder indirekt einen Wärmeaustausch zwischen dem Kondensator 43 und der Gebäudeinnenluft herbei. Sie nehmen einen Fluidstrom auf, der durch eine Pumpe 80 gefördert wird und der beispielsweise unmittelbar aus der Luft innerhalb des Gebäudes oder einem Trägerfluid bestehen kann, das beispielsweise durch ein herkommli ches Zentralheizungssystem zirkuliert.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Übertragung von Wärme oder Kälte zwischen zwei getrennten Fluidströmen mit Hilfe einer Wärmepumpe, die einen Kältekreislauf mit einem Verdampfer, einem Kompressor, einem Kondensator und einer Drossel umfaßt, dessen Verdampfer und Kondensator mit den getrennten Fluidstiömen in Wärmeaustausch gebracht werden können, dadurch gekennzeichnet, daß man bei Heizbetrieb den dem Verdampfer zugeführten Fluidstrom vor dem Verdampfer in einem Wärmetauscher mit dem Kältekreislauf zwischen Kondensator und Drossel in Wärmeaustausch bringt.
2. Vvärmepumpe zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1. mit einem einen Verdampfer, einen Kompressor, einen Kondensator und eine Drossel einschließenden Kältekreislauf, dessen Verdämpfer und Kondensator jeweils mit getrennten Fluidströmen zur Wärme- oder Kälteübertragung von einem Fluidstrom auf den anderen in Wärmeaustausch gebracht werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß bei Heizbetrieb der dem Verdampfer- 2s Wärmetauscher (41, 50) zugeführte Fluidstrom zunächst einen Gegenstromkühler (207) durchläuft, der in einer Leitung (47) des Kältekreislaufs zwischen dem Kondensator (43) und der Drossel (44) angeordnet ist
DE19752555887 1975-09-25 1975-12-11 Verfahren zum uebertragen von waerme oder kaelte und waermepumpe zu dessen durchfuehrung Withdrawn DE2555887B1 (de)

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JP51009426A JPS5241440A (en) 1975-09-25 1976-02-02 Method of conducting heat or cooling medium and heat pump for carrying out the same method
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE2718265A1 (de) * 1977-04-25 1978-11-02 Manfred Burger Verfahren und waermepumpe zur uebertragung von waerme und kaelte
DE3319348A1 (de) * 1982-05-28 1983-12-01 Valmet Oy, 00130 Helsinki Waermerueckgewinnungsverfahren

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