DE3029403A1

DE3029403A1 - Heat pump with internal heat extraction - includes vessel with opposed pistons pumping buffer volume through compressor and heat exchanger

Info

Publication number: DE3029403A1
Application number: DE19803029403
Authority: DE
Inventors: Dietmar 4000 Düsseldorf Neuhaus
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-08-02
Filing date: 1980-08-02
Publication date: 1982-02-25
Also published as: DE3029403C2

Abstract

The heat pump with an internal heat extraction system has a line through which the cooling medium travels in a gaseous state between the evaporator and compressor. In this line is incorporated a lock vessel containing two pistons which are reciprocated towards and away from each other, driven by the drive system for the compressor. The volume of the medium pumped by these pistons is the same as that pumped by the compressor. The quantity of the medium inside the connecting lines and the compressor chamber is a constant buffer volume. This volume passes through a heat exchanger for the internal heat extraction system, and is heated by another flow through the heat exchanger coil.

Description

Dietmar Neuhaus in 4ooo Düsseldorf.Dietmar Neuhaus in 4ooo Düsseldorf.

Wärmepumpe in Form einer Kompressionswärmepumpe mit innerem Wärmeaustausch.Heat pump in the form of a compression heat pump with internal heat exchange.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wärmepumpe in Form einer Kompressionswärmepumpe mit innerem Wärmeaustausch. Innerer Wärmeaustausch bedeutet, daß das Sauggas für den Verdichter, mittels Wärmeaustauscher, durch Unterkühlung des Kältemittels vor dem Expansionsventil, erwärmt wird.The invention relates to a heat pump in the form of a compression heat pump with internal heat exchange. Internal heat exchange means that the suction gas for the compressor, by means of a heat exchanger, is heated by subcooling the refrigerant upstream of the expansion valve.

Kompressionswärmepumpen mit innerem Wärmeaustausch besitzen zwar einen höheren Wirkungsgrad als solche ohne inneren Wärmeaustausch, jedoch ergeben sich gleichzeitig eine Reihe von Nachteilen. So wird die Dichte des vom Kompressor angesaugten Gases geringer, d.h. die volumetrische Heizleistung nimmt ab. Auch wächst die Überhitzungstemperatur mit den entsprechenden negativen Auswirkungen, wie Überhitzungsverluste und Beeinträchtigung der chemischen Beständigkeit von Kältemittel und Öl.Compression heat pumps with internal heat exchange have a higher degree of efficiency than those without internal heat exchange, but result at the same time a number of disadvantages. This reduces the density of the gas sucked in by the compressor, i.e. the volumetric heating output decreases. The overheating temperature also increases with the corresponding negative effects, such as overheating losses and impairment of the chemical resistance of Refrigerant and oil.

Die Erfindung erstrebt im wesentlichen, im Vergleich zu Wärmepumpen mit innerem Wärmeaustausch, eine Erhöung des Wirkungsgrades, eine Erhöhung der volumetrischsn Heizleistung sowie eine Verringerung der überhitzungstemperatur .The invention seeks essentially an increase in comparison to heat pumps with internal heat exchange the efficiency, an increase in the volumetric heating capacity and a reduction in the overheating temperature .

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Dieses Ziel ist nach der Erfindung im wesentlichen dadurch erreicht _r daß im Weg des im gasförmigen Zustand befindlichen Kältemittels vom Verdampfer zum Verdichter ein das Kältemittel in aufeinanderfolgenden Volumenmengen zuteilende bzw. zuschiebene Schleuse angeordnet ist. Die Geschwindigkeit mit der die Schleuse dem Verdichter Volumenmengen zuschiebt, ist in jedem Äugenblick gleich der Volumenansauggeschwindigkeit des Verdichters. This object is _r substantially achieved according to the invention in that in the path of the refrigerant from the evaporator located in the gaseous state, the refrigerant a given end in successive volume quantities or zuschiebene lock is arranged to the compressor. The speed with which the sluice pushes volume quantities to the compressor is always the same as the volume suction speed of the compressor.

Vorteilhaft ist im Weg des Kältemittelgases von der Schleuse zum Verdichter eine Durchlaufkammer konstanten Volumens für das durchlaufende Kältemittelgas gewissermaßen als eine Pufferkammer vorgesehen. Diese Pufferkammer bildet einen im Volumen konstant bleibenden Speicher, welcher fortlaufend von der Schleuse ergänzt wird und von welchem das Kältemittelgas zum Verdichter tritt.A constant flow chamber is advantageous in the path of the refrigerant gas from the lock to the compressor Volume provided for the refrigerant gas flowing through, as it were, as a buffer chamber. This buffer chamber forms a reservoir that remains constant in volume, which is continuously replenished by the sluice and from which the refrigerant gas passes to the compressor.

In der Pufferkammer wird das Kältemittelgas mittels Wärmeaustauscher durch den inneren Wärmeaustausch erwärmt. Neben der Wärme aus dem inneren Wärmeaustausch können auch noch andere Wärmequellen genutzt werden, z.B. die Abwärme des Antriebsmotors der Wärmepumpe. Die Erwärmung bewirkt, daß der Druck innerhalb der Pufferkammer größer ist als der Druck im Verdampfer.In the buffer chamber, the refrigerant gas is heated by the internal heat exchange by means of a heat exchanger. In addition to the heat from the internal heat exchange, other heat sources can also be used, E.g. the waste heat from the drive motor of the heat pump. The heating causes the pressure within the Buffer chamber is greater than the pressure in the evaporator.

In der Pufferkammer wird das Sauggas für den Verdichter allein durch die Erwärmung vorverdichtet. Es wird in der Pufferkammer keine Verdichterarbeit geleistet, da die Geschwindigkeit mit der die Schleuse dem Verdichter Volumenmengen zuschiebt, gleich der Volumenansauggeschwindigkeit des Verdichters ist. Die Vorverdichtung bewirkt eine Erhöhung des Wirkungsgrades der Wärmepumpe, eine Vergrößerung der volumentrischen Heizleistung und eine Verringerung der überhitzungstemperatur, im Vergleich zu Wärmepumpen mit innerem Wärmeaustausch.The suction gas for the compressor is in the buffer chamber precompressed by heating alone. There is no compression work done in the buffer chamber, since the speed with which the lock pushes volume quantities to the compressor is equal to that Is the volume suction speed of the compressor. The pre-compression increases the efficiency the heat pump, an increase in the volumetric heating output and a reduction in the overheating temperature, compared to heat pumps with internal heat exchange.

Die Schleuse ist zweckmäßig durch zwei gegeneinander bzw. in entgegensetzten Richtungen arbeitende Kolben mit entsprechend sich steuernden Ventilen gebildet. Hierdurch ergibt sich ein Zuschieben des Kältemittelgases zum Verdichter, ohne daß ein Druckausgleich zwischen Verdampfer und Pufferkammer stattfinden kann. Die für' den Betrieb der Schleuse benötigte Kraft kann vom Verdichterantrieb abgeleitet sein.The lock is useful by two against each other or pistons working in opposite directions with correspondingly controlling valves. This results in the refrigerant gas being pushed towards the compressor without pressure equalization can take place between the evaporator and the buffer chamber. The force required to operate the lock can be derived from the compressor drive.

Die Zeichnung veranschaulicht schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.The drawing schematically illustrates an embodiment of the invention.

Fig. 1 gibt eine Wärmepumpe schematisch auseinandergezogen wieder.Fig. 1 shows a heat pump schematically exploded again.

Fig. 2 zeigt eine Zuschiebschleuse im Längsschnitt.Fig. 2 shows a sluice gate in longitudinal section.

1 bezeichnet den Verdichter, 2 den auf diesen folgenden über die Leitung 3 angeschlossenen Kondensator, 4 , 4¹ die leitung vom Kondensator 2 zu dem Verdampfer 5, 6 bezeichnet das Expansionsventil, die Zuschiebeschleuse allgemein 7 ist über die Leitung 8 mit dem Verdampfer 5 verbunden, 9 bezeichnet einen über die Leitung 1o angeschlossenen Wärmeaustauscher, 11 den Antriebsmotor und 12, 13 die über das Innere des Motorgehäuses zum Verdichter führende Leitung für das gasförmige Kältemittel.1 denotes the compressor, 2 the condenser connected to it via the line 3, 4, 4 ¹ the line from the condenser 2 to the evaporator 5, 6 denotes the expansion valve, the feed lock generally 7 is connected to the evaporator 5 via the line 8 , 9 denotes a heat exchanger connected via the line 1o, 11 the drive motor and 12, 13 the line for the gaseous refrigerant leading via the interior of the motor housing to the compressor.

9 ist der Wärmeaustauscher für den inneren Wärmeaustausch. 9, 1o, 12, 13 und das Innere des Motorgehäuses bilden das Puffervolumen. 14 bezeichnet die die Wärme im Kondensator zum Verbrauch bzw. für Verbrauchsstellen abnehmende Schlange und 15 die an die Wärmequelle angeschlossene Verdampferschlange.9 is the heat exchanger for internal heat exchange. 9, 1o, 12, 13 and the inside of the motor housing form the buffer volume. 14 denotes the heat in the condenser for consumption or for consumption points decreasing coil and 15 the evaporator coil connected to the heat source.

Die Zuschiebeschleuse 7 weist im Inneren des Zylinders 16 die beiden gegeneinander arbeitenden bzw. sich in entgegengesetzten Richtungen verschiebendenIn the interior of the cylinder 16, the sliding lock 7 has the two counter-working or shifting in opposite directions

Kolben 17 und 18 auf, deren Antrieb über die Welle 19 und das Getriebe 2o vom Motor 11 abgeleitet ist.Pistons 17 and 18, the drive of which is derived from the motor 11 via the shaft 19 and the transmission 2o.

In Richtung der Pfeile 21 nähern sich die Kolben und in Richtung der Pfeile 22 entfernen sich die Kolben. Wenn die Kolben 17, 18 sich nähern, dann ist das Ventil 23 an dem Kolben 18 geöffnet und das Ventil 24 am Kolben 17 geschlossen. Wenn die Kolben 17, 18 sich entfernen, so ist das Ventil 24 am Kolben 17 offen und das Ventil am Kolben 18 geschlossen. Das Kältemittel in den Zylinderkammern wird also im Wechsel ausgeschoben und eingelassen.In the direction of the arrows 21 the pistons approach and in the direction of the arrows 22 the pistons move away. When the pistons 17, 18 approach, the valve 23 on the piston 18 is open and the valve 24 on the piston 17 closed. When the pistons 17, 18 move away, the valve 24 on the piston 17 is open and the valve is open closed on piston 18. The refrigerant in the cylinder chambers is therefore pushed out alternately and let in.

Die Schleuse schiebt das im gasförmigen Zustand sich befindende Kältemittel dem Puffervolumen zu. Da das Puffervolumen konstant bleibt, bewirkt die Temperaturerhöhung des Gases durch inneren Wärmeaustausch und Motorabwärme eine Druckerhöhung, wodurch der Druck im Puffervolumen größer als im Verdampfer ist. Ein Druckabfall im Puffervolumen ergibt sich nur dann, wenn die Schleuse eine neue Volumenmenge zuteilt. Der Druckabfall ist aber nur geringfügig, wenn das Puffervolumen im Vergleich zur neu zugeteilten Voiumenmenge groß ist. Die neu zugeteilte Volumenmenge ist gleich dem maximalen Volumen zwischen den Kolben 17 und 18.The lock pushes the refrigerant, which is in the gaseous state, to the buffer volume. Since that Buffer volume remains constant, causes the temperature increase of the gas through internal heat exchange and engine waste heat an increase in pressure, which increases the pressure in the Buffer volume is larger than in the evaporator. A pressure drop in the buffer volume only occurs if the Lock allocates a new volume. The pressure drop is only slight if the buffer volume is large compared to the newly allocated volume. The newly allocated volume is equal to the maximum volume between pistons 17 and 18.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird dem Verdichter durch die Schleuse, reguliert durch das Getriebe, Volumen mit einer Geschwindigkeit zugeschoben, die gleich der Volumenansauggeschwindigkeit des Verdichters ist.In the embodiment shown, the compressor is regulated by the sluice Gearbox, volume pushed in at a speed equal to the volume suction speed of the compressor is.

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Claims

Dietmar Neuhaus in 4ooo Düsseldorf.

Claims.

Π.J heat pump with internal heat exchange, characterized in that in the way of the coolant in the gaseous state · from the evaporator to the compressor a lock is arranged which allocates or pushes the refrigerant gas in successive volumes and the speed at which the lock is
Compressor pushes volume quantities, is equal to the volume suction speed of the compressor at every moment.

2. Heat pump according to claim 1, characterized in that the lock by two against each other
or piston working in opposite directions is formed with appropriate control.

3. Heat pump according to one of claims 1 and 2, characterized in that by way of the gaseous
Refrigerant from the lock to the compressor a constant buffer volume or such a memory is arranged as a constant chamber. .

4. Heat pump according to claim 3, characterized in that that the refrigerant gas in the buffer volume through the internal heat exchange but also through other heat sources are heated.

5. Heat pump according to one of claims 1 to 4, characterized in that the lock drive from Compressor drive is derived.