DE3012541A1 - Heat pump heating system - has air cooler with defroster connected to heat accumulator between condenser and expansion valve - Google Patents
Heat pump heating system - has air cooler with defroster connected to heat accumulator between condenser and expansion valveInfo
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Abstract
Description
Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in EssenAndrejewski, Honke & Partner, patent attorneys in Essen
Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf eine Wärmepumpenanlage mit als Luftkühler ausgebildetem Verdampfer, Kondensator mit zugeordnetem Wärmetauscher und über Luftkühler und Kondensator geführtem, mit zumindest einem Verdichter vor dem Kondensator und mit zumindest einem Expansionsventil vor dem Luftkühler ausgerüstetem Kältemittelkreis, wobei der Luftkühler mit einer Abtaueinrichtung versehen ist. Insbesondere handelt es sich um eine Wärmepumpenanlage, die für Heizungszwecke bestimmt und ausgelegt ist. Dann ist der Wärmetauscher des Kondensators mit der Heizungsanlage verbunden .The invention relates generically to a heat pump system with an evaporator designed as an air cooler, a condenser with an associated heat exchanger and an air cooler and condenser, with at least one compressor upstream of the condenser and with at least one expansion valve in front of the air cooler equipped refrigerant circuit, wherein the air cooler is provided with a defrosting device. In particular, it is a heat pump system that is intended and designed for heating purposes. Then that is The condenser heat exchanger connected to the heating system.
Der Ausdruck Wärmepumpenanlage bezeichnet bekanntlich eine Maschine, die im sogenannten linkslaufenden Kreisprozeß zwischen der Umgebungstemperatur und einer höheren Temperatur arbeitet. Sie gibt bei der höheren Temperatur eine Wärmemenge ab, die zur Heizung ausgenutzt werden kann. Dieser Wärmepumpenprozeß unterscheidet sich von einem Kältemaschinenprozeß nur durch die Lage der Temperaturen. Während bei einer Kältemaschine die bei niedriger Temperatur aufgenommene Wärmemenge interessiert, ist für die Wärmepumpe die bei höheren Temperaturen abgegebene Wärmemenge maßgebend. - Als unterer "Wärmebehälter", dem die Wärmemenge entzogen wird, stehen besonders fiir Wohnraumheizungen Fluß- und Meerwasser, der Erdboden und die atmosphärische Luft zur Verfügung. Bei Wärmepumpenanlagen mit Luftkühler wird die genannte Wärmemenge der atmosphärischen Luft entnommen. - Bekanntlich setzen dieAs is well known, the term heat pump system designates a machine that operates in the so-called counter-clockwise cycle works between the ambient temperature and a higher temperature. It gives a lot of heat at the higher temperature that can be used for heating. This heat pump process differs from a refrigeration machine process just by the location of the temperatures. While in a refrigeration machine the amount of heat absorbed at a low temperature interested, the amount of heat released at higher temperatures is decisive for the heat pump. - As a lower one "Warmth containers", from which the amount of heat is withdrawn, are particularly suitable for living room heating, river and sea water The ground and the atmospheric air are available. In the case of heat pump systems with an air cooler, the amount of heat mentioned is taken from the atmospheric air. - As you know, they set
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Luftkühler solcher Wärmepumpenanlagen unterhalb einer entsprechenden Verdampfungstemperatur Reif bzw. Eis an. Hierdurch wird der sogenannte Lamellenquerschnitt auf der Luftseite teilweise oder gar ganz geschlossen. Auch werden die Wärmeübergangszahlen verändert. Die Arbeitsfähigkeit des Verdampfers wird folglich erheblich beeinträchtigt. Ein Zusetzen der Lamellen mit Reif oder Eis blockiert die Energieentnahme aus der Luft. Die Wärmepumpenanlage muß dann abgeschaltet werden, weil die Leistungszahl annähernd eins wird. Im Ergebnis wäre der Einsatz einer Wärmepumpenanlage nur bis zu Temperaturen möglich, bei denen mit Sicherheit eine Reifoder Eisbildung am bzw. im Luftkühler vermieden wird. Das wiederum beeinträchtigt sehr stark die Wirtschaftlichkeit einer solchen Wärmepumpenanlage.Air cooler of such heat pump systems below a corresponding one Evaporation temperature frost or ice. This creates the so-called lamellar cross-section on the air side partially or completely closed. The heat transfer coefficients are also changed. The workability of the The evaporator is consequently significantly impaired. A clogging of the lamellas with frost or ice blocks the extraction of energy from the air. The heat pump system must then be switched off because the COP becomes almost one. As a result, the use of a heat pump system would only be up to possible at temperatures at which frost or ice formation on or in the air cooler is definitely avoided. That in turn, has a very strong adverse effect on the profitability of such a heat pump system.
Bei den (aus der Praxis) bekannten gattungsgemäßen Wärmepumpenanlagen arbeitet die Abtaueinrichtung im Vereisungsfall mit fremder oder mit durch die Wärmepumpenanlage auf dem Abgabetemperaturniveau erzeugter Energie. Die fremde Energie ist z. B. elektrische Energie. Die durch die Wärmepumpe erzeugte Energie ist im allgemeinen Heißgas, das zum Zwecke des Abtauens vom Kompressor, unter Umgehung des Kondensators in den Luftkühler geleitet wird. Dazu bedarf es aufwendiger Regelgeräte, weil während der Abtauzeit entweder ein Teil der Verdampferfläche (zweiter, getrennter Verdampfer) oder der Kondensator selbst als Verdampfer dienen muß. Andererseits führt bei einer gattungsgemäßen Wärmepumpenanlage dasIn the generic heat pump systems known (from practice) In case of icing, the defrosting device works with someone else's or with the heat pump system at the delivery temperature level generated energy. The foreign energy is z. B. electrical energy. The one generated by the heat pump Energy is generally hot gas that is used to defrost the compressor, bypassing the condenser is fed into the air cooler. This requires complex control devices, because either a part during the defrosting time the evaporator surface (second, separate evaporator) or the condenser itself must serve as an evaporator. on the other hand this leads to a generic heat pump system
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Kältemittel hinter dem Kondensator oder Wärmetauscher noch Restwärme mit. Diese Tatsache hat zu den eingangs beschriebenen Problemen (Vereisungsproblem) bisher nichts beigetragen. Refrigerant with residual heat behind the condenser or heat exchanger. This fact has to be described at the beginning Problems (icing problem) so far nothing contributed.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Wärmepumpenanlage so weiter auszubilden, daß die zum Abtauen des Luftkühlers bei Reif- oder Eisbildung erforderliche Energie aus der Restwärme des Kältemittels hinter dem Kondensator gedeckt werden kann.The invention is based on the object of a generic Train the heat pump system so that the energy required to defrost the air cooler when frost or ice forms can be covered from the residual heat of the refrigerant downstream of the condenser.
Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß die Abtaueinrichtung ein Wärmeträger-Leitungssystem für einen flüssigen Wärmeträger aufweist,To solve this problem, the invention teaches that the defrosting device has a heat transfer line system for a liquid heat transfer medium,
welches Wärmeträger-Leitungssystem mit dem Luftkühlerintegriert ist,which heat transfer line system is integrated with the air cooler,
und daß das Wärmeträger-Leitungssystem mit einem Wärmespeicher verbunden ist,and that the heat transfer line system is connected to a heat storage unit,
der im Kältemittelkreis zwischen Kondensator und Expansionsventil angeordnet ist,that in the refrigerant circuit between the condenser and expansion valve is arranged
und in dem die Restwärme des vom Kondensator dem Luftkühler zufließenden Kältemittels speicherbar ist. Es versteht sich ι von selbst, daß der Wärmeträger eine Flüssigkeit ist, die ei-and in which the residual heat of the refrigerant flowing from the condenser to the air cooler can be stored. It goes without saying of itself that the heat transfer medium is a liquid that
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nen dem Einsatzzweck entsprechenden, tiefen Gefrierpunkt hat, und außerdem die erforderliche Erwärmung zuläßt. Erfindungsgemäß wird in der beschriebenen Weise die Energie, die in der Abtaueinrichtung benötigt wird, dem Kältemittelkreis entzogen, jedoch handelt es sich um die Restwärme, die das Kältemittel hinter dem Kondensator oder Wärmetauscher noch mitführt. Das Abtauen erfolgt nur dann, wenn sich im Luftkühler Reif bzw. Eis angesetzt hat bzw. anzusetzen beginnt. Es versteht sich von selbst, daß der Wärmespeicher nach der zum Abtauen erforderlichen Abtauenergie ausgelegt ist.NEN has the appropriate, low freezing point, and also allows the necessary heating. According to the invention the energy that is required in the defrosting device is withdrawn from the refrigerant circuit in the manner described, however, it is the residual heat that the refrigerant still carries with it after the condenser or heat exchanger. That Defrosting only takes place when frost or ice has built up or is starting to build up in the air cooler. It goes without saying by itself that the heat accumulator is designed according to the defrosting energy required for defrosting.
Im einzelnen bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkeiten der Ausbildung und Gestaltung. So ist bezüglich der Integration des Luftkühlers mit dem Wärmeträger-Leitungssystem eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeträger-Leitungssystem als Wärmetauscher ausgebildet und in den Luftkühler eingebaut ist. Im einfachsten Fall ist der Wärmespeicher als Wärmeträgerboiler ausgebildet. In particular, there are several possibilities within the scope of the invention of training and design. This is the case with regard to the integration of the air cooler with the heat transfer pipe system a preferred embodiment of the invention characterized in that that the heat transfer line system is designed as a heat exchanger and built into the air cooler. In the simplest In the case of the heat accumulator is designed as a heat transfer boiler.
Wenn die Lufttemperaturen ein Vereisen des Luftkühlers bzw. Reifbildung erwarten lassen, wird bei der erfindungsgemäßen Wärmepumpenanlage durch eine Regeleinrichtung die Abtaueinrichtung für den Luftkühler in Bereitschaft versetzt. Der Abtaubefehl kann entweder durch Fotozellen am Luftkühler, Luftgeschwindigkeitsdifferenzschalter, Zeitintervallschalter oder andere geeignete Geber ausgelöst werden. Wird die Abtauein-If the air temperatures indicate that the air cooler will freeze up or frost will form, the method according to the invention is used Heat pump system, the defrosting device for the air cooler is set to readiness by a control device. The defrost command can either be through photo cells on the air cooler, air speed differential switch, Time interval switches or other suitable transmitters are triggered. If the defrosting
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richtung eingeschaltet, so fördert die Abtaupumpe so lange warmen Wärmeträger durch das Wärmeträger-Leitungssystem bzw. den Luftkühler, bis der Luftkühler wieder reiffrei und eisfrei ist. Im übrigen kann eine Bypassleitung vorgesehen sein, die den Wärmeträger bei ausgeschalteter Abtaueinrichtung so lange umpumpt, bis im Wärmespeicher eine ausreichende Wärmeenergie gespeichert ist.direction switched on, the defrosting pump continues to convey warm heat transfer medium through the heat transfer medium pipe system or the air cooler until the air cooler is free of frost and ice again. In addition, a bypass line can be provided which with the defrosting device switched off, the heat transfer medium is pumped around until there is sufficient heat energy in the heat accumulator is stored.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigenIn the following the invention is explained in more detail with reference to a drawing showing only one embodiment. Show it
Fig. 1 das Schema einer erfindungsgemäßen Wärmepumpenanlage undFig. 1 shows the scheme of a heat pump system according to the invention and
Fig. 2 den Luftkühler aus dem Gegenstand nach Fig. 1 mit integriertem Wärmeträger-Leitungssystem.FIG. 2 shows the air cooler from the object according to FIG. 1 with an integrated heat transfer line system.
Die in den Figuren dargestellte Wärmepumpenanlage ist insbesondere für Heiζungszwecke bestimmt. In ihrem grundsätzlichen Aufbau besteht sie ausThe heat pump system shown in the figures is in particular intended for heating purposes. In their fundamental Construction consists of
einem als Luftkühler 1 ausgebildeten Verdampfer, einem Kondensator 2 mit zugeordnetem Wärmetauscher 3 undan evaporator designed as an air cooler 1, a condenser 2 with an associated heat exchanger 3 and
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dem über Luftkühler 1 und Kondensator 2 geführten Kältemittelkreis 4.the refrigerant circuit 4 routed via air cooler 1 and condenser 2.
Im Kältemittelkreis 4 befindet sich vor dem Kondensator 2 zumindest ein Verdichter 5 und vor dem Luftkühler 1 zumindest ein Expansionsventil 6. Im übrigen ist der Luftkühler 1 mit einer Abtaueinrichtung ausgerüstet. An den Wärmetauscher 3 ist z. B. eine Heizungsanlage angeschlossen.In the refrigerant circuit 4 is located in front of the condenser 2 at least a compressor 5 and upstream of the air cooler 1 at least one expansion valve 6. The air cooler 1 is also included equipped with a defrosting device. To the heat exchanger 3 is z. B. connected to a heating system.
Die Abtaueinrichtung weist ein Wärmeträger-Leitungssystem 7 für einen flüssigen Wärmeträger auf. Das Wärmeträger-Leitungssystem 7 ist mit dem Luftkühler 1 integriert. Es ist im übrigen mit einem Wärmespeicher 8 verbunden. Der Wärmespeicher 8 ist im Kältemittelkreis 4 zwischen Kondensator 2 und Expansionsventil 6 angeordnet. In diesem Wärmespeicher 8 ist folglich die Restwärme des vom Kondensator 2 dem Luftkühler 1 zufließenden Kältemittels speicherbar.The defrosting device has a heat transfer line system 7 for a liquid heat transfer medium. The heat transfer pipe system 7 is integrated with the air cooler 1. It is also connected to a heat accumulator 8. The heat storage 8 is arranged in the refrigerant circuit 4 between the condenser 2 and the expansion valve 6. In this heat storage 8 is consequently the residual heat of the refrigerant flowing from the condenser 2 to the air cooler 1 can be stored.
Im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist das Wärmeträger-Leitungssystem 7 als Wärmetauscher ausgebildet und in den Luftkühler 1 eingebaut. Dazu wird insbesondere auf Fig. 2 verwiesen. Es könnte auch dem Luftkühler 1 lufteintrittsseitig vorgeschaltet sein. Aus der Fig. 1 entnimmt man, daß das Wärmeträger-Leitungssystem 7 über eine Abtaupumpe 9 und Leitungen 1o mit dem Wärmespeicher 8 verbunden ist. Der Wärmespeicher 8 mag als Wärmeträgerboiler ausgebildet sein. Er kann zusätzlich als BrauchwasserbereiterIn the exemplary embodiment and according to the preferred embodiment According to the invention, the heat transfer line system 7 is designed as a heat exchanger and built into the air cooler 1. In addition reference is made in particular to FIG. It could also be connected upstream of the air cooler 1 on the air inlet side. From the Fig. 1 shows that the heat transfer line system 7 via a defrost pump 9 and lines 1o with the heat accumulator 8 is connected. The heat accumulator 8 may be designed as a heat transfer boiler. It can also be used as a water heater
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eingerichtet sein. Der Wärmeträger ist jedoch im allgemeinen nicht Wasser- sondern ein anderer Wärmeträger, der einen ausreichend tiefen Gefrierpunkt hat und außerdem eine Erwärmung zuläßt. Im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist ein Ventil 11 vorgesehen. Mit diesem kann erreicht werden, daß der Wärmeträger so lange über den Bypass 12 umgepumpt wird, bis im Wärmespeicher 8 genügend Wärme gespeichert ist.be set up. However, the heat transfer medium is generally not water but another heat transfer medium that is sufficient has a deep freezing point and also allows warming. In the exemplary embodiment and according to the preferred embodiment According to the invention, a valve 11 is provided. With this it can be achieved that the heat transfer medium lasts for so long the bypass 12 is pumped around until enough heat is stored in the heat accumulator 8.
über eine nicht gezeichnete Steuer- oder Regeleinrichtung erfolgt das Einschalten der Abtaueinrichtung, sobald die Lufttemperatur ein Vereisen des Luftkühlers 1 oder Reifbildung im Luftkühler erwarten lassen. Die dazu erforderlichen Geber und die entsprechenden steuerungstechnischen oder regeltechnischen Maßnahmen sind an sich bekannt und bedürfen daher im einzelnen hier nicht der Beschreibung.The defrosting device is switched on via a control or regulating device (not shown) as soon as the air temperature has risen freezing of the air cooler 1 or frost formation in the air cooler can be expected. The donors required for this and the corresponding control or regulation technology Measures are known per se and therefore do not need to be described in detail here.
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Publications (1)
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| DE3012541A1 true DE3012541A1 (en) | 1981-10-08 |
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