DE3029014A1 - Heat pump extracting heat from air or water - uses medium or other medium in liquid or vapour form to cool refrigerant - Google Patents
Heat pump extracting heat from air or water - uses medium or other medium in liquid or vapour form to cool refrigerantInfo
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Abstract
Description
302S0U 2 302S0U 2
VERBESSERUNG DER LEISTUNGSZAHL VON WÄRMEPUMPEN DURCH UNTERKÜHLUNG DES FLÜSSIGEN KÄLTEMITTELS OHNE GLEICHZEITIGE ÜBERHITZUNG DES SAUGGASESIMPROVEMENT OF THE CAPACITY OF HEAT PUMPS THANKS TO SUBCOOLING THE LIQUID REFRIGERANT WITHOUT SIMULTANEOUSLY OVERHEATING OF THE SUCTION GAS
1, WÄRMEPUMPEN1, HEAT PUMPS
Aus der Deutschen Patentschrift Nr. 6 75 840 sind Wärmepumpen ihrer Art nach bereits bekannt.From the German patent specification No. 6 75 840 are heat pumps already known by their nature.
Die Grundidee, Wärme bei niedriger Temperatur zu gewinnen, um sie auf ein höheres Temperaturniveau anzuheben und für Heiz- oder sonstige Zwecke zu nutzen, stammt bereits aus dem 19. Jahrhundert. So hatte bereits CARNOT die Idee entwickelt, einen Kreislauf mit einem Medium so anzulegen, daß Wärme bei niedriger Temperatur entzogen, d.h. von dem Medium aufgenommen wird,und bei höherer Temperatur wieder abgegeben wird (Wärmepumpentheorie nach CARNOT).The basic idea of obtaining heat at a low temperature in order to raise it to a higher temperature level and for Using heating or other purposes dates back to the 19th century. CARNOT had already developed the idea to create a circuit with a medium in such a way that heat is withdrawn at a low temperature, i.e. absorbed by the medium and is released again at a higher temperature (CARNOT heat pump theory).
Erst später, gegen Ende des 19. Jahrhunderts, war diese Idee verwirklicht worden; LINDE baute seinerzeit die erste wirtschaftlich nutzbare Kälteanlage mit dem Kältemittel NH3.·Only later, towards the end of the 19th century, did this idea come about realized; At that time, LINDE built the first economically viable refrigeration system with the refrigerant NH3.
Die Entwicklung, die durch ständig wachsende Nutzung von Primärenergie gekennzeichnet war, ließ jedoch dem Gedanken der Wärmenutzung aus dem Kälteanlagenprozeß wenig Raum. Vielmehr entwickelte sich die Kältetechnik zur Lebensmittelfrischhaltung und -konservierung sowie für andere Zwecke mit ihrem unübersehbaren volkswirtschaftlichen Nutzen unaufhaltsam. The development, which was characterized by the constantly growing use of primary energy, left the thought the use of heat from the refrigeration system process little space. Rather, refrigeration technology developed to keep food fresh and conservation as well as for other purposes with their unmistakable economic benefits.
Erst die Energieverknappung der letzten Zeit und das Bewußtwerden der künftigen Entwicklung bezüglich der Verfügbarkeit von Primärenergie sowie der Umweltprobleme ließen die Anwendung der bereits vorhandenen Technologien aus der Kältetechnik für Wärmepumpenanlagen aufkommen.Only the recent shortage of energy and the becoming conscious future developments in terms of availability of primary energy as well as environmental problems left the application the existing technologies from refrigeration technology for heat pump systems.
Eine Vielzahl solcher Wärmepumpen wurden in -den letzten Jahren für Heiz- und sonstige Zwecke gebaut. Die Wirtschaftlichkeit dieser Anlagen ist durch die Verteuerung der konventionellen Energiequellen nicht mehr in Frage gestellt. Allerdings besteht gegenwärtig noch eine erhebliche Divergenz zwischen der theoretisch möglichen und der tatsächlich erreichten Leistungszahl. Vereinfacht ausgedrückt, ist die Leistungszahl das Verhältnis zwischen Nutzen und Aufwand einer Kälte- bzw. Wärmepumpenanlage (s. DIN 8900).A variety of such heat pumps have been used in recent years built for heating and other purposes. The profitability of these systems is due to the increase in price of conventional energy sources are no longer questioned. However, there is still a significant one at present Divergence between what is theoretically possible and what is actually achieved performance figure. Put simply, the performance figure is the ratio between the benefit and the effort of a Cold or heat pump system (see DIN 8900).
Gegenstand dieser Erfindung ist eine wirksame Maßnahme zur Verbesserung der Leistungszahl von Wärmepumpenanlagen.The object of this invention is an effective measure for improving the coefficient of performance of heat pump systems.
Die Wärmepumpe arbeitet nach folgendem Prinzip:The heat pump works according to the following principle:
- Ein flüssiges Medium (Kältemittel) verdampft bei konstanter niedriger Temperatur und entzieht hierbei einem anderen Medium, z.B. Grundwasser, Umluft u.a., Wärme.- A liquid medium (refrigerant) evaporates at constant low temperature and thereby withdraws heat from another medium, e.g. groundwater, circulating air, etc.
- Das nun gasförmige Kältemittel wird nun in einem oder mehreren Kompressoren verdichtet, um durch Druckerhöhung die Verflüssigung bei hoher Temperatur zur Nutzung der Wärme vorzubereiten.- The now gaseous refrigerant is now compressed in one or more compressors in order to increase the pressure to prepare the liquefaction at high temperature for the use of the heat.
30280143028014
- Das verdichtete Kältemittel gibt im Kodensator, der - The compressed refrigerant is in the condenser, the
hier als Heizquelle wirkt, die im Verdampfer aufgenommene Wärme zuzüglich dem Wärmeäquivalent der Verdichterarbeit an ein Heizmedium ab.here acts as a heat source, the one absorbed in the evaporator Heat plus the heat equivalent of the compressor work to a heating medium.
- Das nunmehr verflüssigte Kältemittel, das naturgemäß noch etwa bei Kondensationstemperatur liegt, wird in einem Drosselorgan (Expansionsventil) im Druck abgesenkt und erneut dem Verdampfer zugeführt.- The now liquefied refrigerant, which of course still is approximately at the condensation temperature, the pressure is lowered in a throttle device (expansion valve) and fed back to the evaporator.
2. FLOSS IGKEITSUNTERKOHLUNG2. RIN UNDERCOOLING
Die hohe Temperatur der Flüssigkeit vor dem Expansionsventil wirkt sich nachteilig aus, da hierdurch unverhältnismäßig große Verluste bei der Drosselung im Expansionsventil auftreten. The high temperature of the liquid in front of the expansion valve has a disadvantageous effect because it is disproportionate large losses occur when throttling in the expansion valve.
Diesem Nachteil ist man in der Vergangenheit häufig dadurch begegnet, daß die Flüssigkeit durch das kalte Sauggas in einem hierfür eingebauten Wärmeaustauscher unterkühlt wurde. Dieses Verfahren hat jedoch den erhelbichen Nachteil, daß sich das spez. Volumen des Sauggases nicht unerheblich vergrößert und damit die vom Kompressor angesaugte Kältemittelmenge verkleinert wird.This disadvantage has often been countered in the past by the fact that the liquid in one by the cold suction gas the built-in heat exchanger was subcooled. However, this method has the considerable disadvantage that the spec. Volume of the suction gas increased not insignificantly and thus the amount of refrigerant drawn in by the compressor is reduced.
Der "Gewinn" auf der Flüssigkeitsseite wird durch diesen Umstand durch den Verlust auf der Saugseite weitgehend aufgehoben, so daß diese Maßnahme in ihrer Wirksamkeit in Frage zu stellen ist.The "gain" on the liquid side is largely canceled out by the loss on the suction side, so that this measure is questionable in its effectiveness.
3. ERFINDUNG: Wirksame Maßnahme zur Flüssigkeits- 3rd INVENTION : Effective measure for fluid
uη terkühlunguη cooling
D ie erfindungsmäßige Aufgabe besteht darin, die unter 2. genannten Nachteile der Flüssigkeitsunterkühlung durch Sauggaserwärmung zu vermeiden, über die Vergrößerung des spez. Volumens des Sauggases hinaus sind noch folgende Nachteile zu nennen:T he task according to the invention consists in the under 2. mentioned disadvantages of liquid subcooling due to suction gas heating to avoid over the enlargement of the spec. Volume of the suction gas also has the following disadvantages to call:
-das erwärmte Sauggas führt zu höheren Verdichtungsendtemperaturen, die zu Schaden und zur Verkürzung der Lebensdauer des Kompressors führen können,-the heated suction gas leads to higher compression end temperatures, which can lead to damage and shortening the service life of the compressor,
-bei hermetischen Kompressoren wird häufig die Kühlung der Motorwicklung durch das kalte Sauggas bewirkt (sauggasgekühlte Kompressoren). Bei Erwärmung des Sauggasesist diese Kühlung nicht mehr gewährleistet; der Motor kann ausfallen.-In hermetic compressors, the motor winding is often cooled by the cold suction gas (suction gas-cooled Compressors). If the suction gas is heated, this cooling is no longer guaranteed; the engine can fail.
Alle Wärmepumpen sind dadurch gekennzeichnet, daß einem relativ kaltem Medium (Wasser oder Luft u.a.) die notwendige Wärme entzogen wird.All heat pumps are characterized by the fact that a relatively cold medium (water or air, etc.) has the necessary Heat is withdrawn.
Je höher die Temperatur dieses Mediums ist, um so wirtschaftlicher verläuft der Prozeß, d.h. desto günstiger wird die Leistungszahl.The higher the temperature of this medium, the more economical the process runs, i.e. the cheaper the COP becomes.
Allgemein gilt, daß die Leistungszahl um so günstiger liegt, je dichter die Temperatur, bei der die Wärme entzogen wird, bei der Temperatur Tiegt, bei" der die Wärme abgegeben wird.In general, the higher the temperature at which the heat is extracted, the more favorable the coefficient of performance is, at the temperature Low at "which the heat is given off.
Zusammengefaßt führten also folgende Überlegungen zu der Erfindung, die Gegenstand dieser Anmeldung ist:In summary, the following considerations led to the invention, the subject of this application is:
-3--3-
a.) Die Kältemittelflüssigkeit verläßt den Kondensator etwa mit Kondensationstemperatur. Eine Unterkühlung im Kondensator -wie bei Kälteanlagen üblich- ist im Kondensator nicht möglich, da hierfür die Heizmitteltemperatur in der Regel nicht ausreicht, d.h. zu hoch liegt.a.) The refrigerant liquid leaves the condenser at approximately the condensation temperature. A hypothermia in the condenser - as is usual with refrigeration systems - it is not possible in the condenser, as the temperature of the heating medium is required for this usually not sufficient, i.e. too high.
b.) Die Flüssigkeit ist zu unterkühlen, um Leistungszahl und Funktion der Wärmepumpenanlage zu verbessern.b.) The liquid must be subcooled in order to improve the COP and function of the heat pump system.
- Die aufgenommene Verdampfungswärme vergrößert sich.- The absorbed heat of evaporation increases.
- Die Dampfblasenbildung im Drosselorgan wird stark eingeschränkt. Hierdurch werden die Wärmeübertragungsbedingungen im Verdampfer verbessert. - The formation of vapor bubbles in the throttle body is severely restricted. This improves the heat transfer conditions in the evaporator.
- Dampfblasenbildung vor dem Drosselorgan wird vermieden und somit die Wirksamkeit des Drosselorgans sichergestellt. - Formation of vapor bubbles in front of the throttle device is avoided and thus the effectiveness of the throttling device is ensured.
c.) - Die Unterkühlung des flüssigen Kältemittels darf nicht durch das kalte Sauggas erfolgen.c.) - The subcooling of the liquid refrigerant must not done by the cold suction gas.
d.) Eine vorherige Erwärmung des Mediums, dem die Wärme zu entziehen ist, wirkt sich günstig aus, da hierdurch die Verdampfungstemperatur des Kältemittels angehoben wird.d.) A previous heating of the medium, from which the heat is to be withdrawn, has a favorable effect, as it does this the evaporation temperature of the refrigerant is increased.
Den oben genannten Punkten wird Rechnung getragen dadurch, daßThe above points are taken into account in that
- ein zusätzlicher Wärmeaustauscher zur Unterkühlung der Flüssigkeit durch das Medium, dem die Wärme entzogen werden soll, eingebaut wird- an additional heat exchanger for subcooling the liquid is built in by the medium from which the heat is to be extracted
oder, wenn sich dies prozeßmäßig und konstruktiv in Einzelfällen (z.B. Luft/Wasser- oder Luft/Luft- Wärmepumpen) als nicht günstig oder undurchführbar erweist, or , if this proves to be unfavorable or impracticable in terms of process and design in individual cases (e.g. air / water or air / air heat pumps),
- ein zusätzlicher Wärmeaustauscher zur Unterkühlung der Flüssigkeit durch das verdampfende kalte Kältemittel eingebaut wird.- an additional heat exchanger for subcooling the liquid through which the evaporating cold refrigerant is installed.
Beide Maßnahmen führen mit nur geringen Unterschieden zur nachhaltigen Verbesserung der Betriebsweise von Wärmepumpenanlagen.With only minor differences, both measures lead to sustainable Improvement of the operation of heat pump systems.
Im einzelnen werden folgende Verbesserungen erreicht:The following improvements are achieved:
- Erhöhung der im Verdampfer pro kg Kältemittel aufgenommenen Wärmemenge.- Increase in the amount of heat absorbed in the evaporator per kg of refrigerant.
- Reduzierung der Drossel dampfbildung hinter dem Expansionsventil.- Reduction of the throttle steam formation behind the expansion valve.
- Vermeidung von Dampfblasenbildung vor dem"Expansionsventil und damit Erhöhung der Funktionssicherheit der Wärmepumpe.- Avoidance of vapor bubble formation in front of the "expansion valve and thus increasing the functional reliability of the heat pump.
- Erhöhung der Verdampfungstemperatur zur Verbesserung der leistungszahl.- Increase in the evaporation temperature to improve the coefficient of performance.
- Gegebenefalls Vorwärmung des Mediums, dem die Wärme entzogen werden soll.- If necessary, preheating of the medium from which the heat is to be extracted.
-4-ORIGiNAL INSPECTED-4-ORIGiNAL INSPECTED
302SÜU302SÜU
X-X-
Praktische Versuche haben gezeigt, daß allein die Verbesserung der Leistungsziffer bei 10 bis 15 % liegt je nach Temperatur- und Druckbereichen, mit denen die Wärmepumpe betrieben wird.Practical tests have shown that the improvement in the coefficient of performance alone is 10 to 15% , depending on the temperature and pressure ranges with which the heat pump is operated.
Insbesondere sind jedoch die funktionell bedingten Vorteile zu unterstreichen.In particular, however, the functional advantages should be emphasized.
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DE19803029014 Withdrawn DE3029014A1 (en) | 1980-07-31 | 1980-07-31 | Heat pump extracting heat from air or water - uses medium or other medium in liquid or vapour form to cool refrigerant |
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DE (1) | DE3029014A1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1203916A1 (en) | 2000-11-02 | 2002-05-08 | Kwt Kälte-Wärmetechnik Ag | Heating appliance comprising a heat pump |
EP2306125A1 (en) * | 2009-09-28 | 2011-04-06 | Vaillant GmbH | Heat pump |
DE10103150B4 (en) * | 2001-01-24 | 2015-12-10 | Stiebel Eltron Gmbh & Co. Kg | ventilation |
-
1980
- 1980-07-31 DE DE19803029014 patent/DE3029014A1/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP1203916A1 (en) | 2000-11-02 | 2002-05-08 | Kwt Kälte-Wärmetechnik Ag | Heating appliance comprising a heat pump |
DE10103150B4 (en) * | 2001-01-24 | 2015-12-10 | Stiebel Eltron Gmbh & Co. Kg | ventilation |
EP2306125A1 (en) * | 2009-09-28 | 2011-04-06 | Vaillant GmbH | Heat pump |
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