DE3105796A1 - "waermepumpe" - Google Patents

Description

Industriventilation Produkt AB

350 04 Vaxjö 4 Schweden

Wärmepumpe

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpe mit einem Zirkulationssystetn für ein Kühlmittel, die einen Verdichter, einen Verflüssiger, ein Drosselglied und einen Verdampfer aufweist, und die ferner einen Sammelbehälter aufweist, der einen Kessel enthält, welcher in Serie zwischen dem Auslaß des Verflüssigers und dem Drosselglied angeordnet ist zur Aufnahme des den Verflüssiger verlassenden Kühlmittels, wobei die Rückleitung von dem Verdampfer zu dem Verdichter für einen Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel, das durch den Sammelbehälter und die Rückleitung strömt, in Reihe vorgesehen ist.

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Wenn der KühlmittelfIuG zum Verdichter in einer Wärmepumpe eine große Menge Kühlmittel in flüssiger Phase enthält, birgt dies eine Gefahr für ein Versagen des Verdichters und einen Abfall in der Leistung der Wärmepumpe.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, zu verhindern, daß Kühlmittel in flüssiger Phase zu dem Verdichter gelangt, wenn die Wärmepumpe in Betrieb ist,und kontinuierlich die Kühlmittelmenge anzupassen, die dem Verdampfer zugeführt wird, so daß optimale Betriebsbedingungen eingehalten werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Verbraucher als ein Mantelwärmetauscher mit einem den Kessel umgebenden Außenmantel ausgebildet ist, und daß der Außenmantel als ein Flüssigkeitsabscheider in der Rückleitung angeordnet ist, wobei der Einlaß der Rückleitung mit dem Boden des Mantels und der Auslaß der Rückleitung mit dem oberen Bereich des Mantels verbunden ist.

Durch diese erfindungsgemäße Anordnung wird erreicht, daß das von dem Verdampfer abgegebene Kühlmittel, das dem Verdichter zugeführt werden soll, in dem Außenmantel des Sammelbehälters in eine Flüssigphase getrennt wird, die im unteren Bereich des Mantels erhalten wird, und eine Gasphase, die im oberen Bereich des Mantels erhalten wird· Evtl. vorhandene Flüssigkeitstropfen, die in der genannten Phase im oberen Bereich des Mantels mitgerissen werden, werden schnell erwärmt und verdampfen durch den Wärmeaustausch mit dem warmen Kühlmittel, das den Verflüssiger verläßt, das zeitweise in dem Sammelbehälterkessel gesammelt wird, bevor es dem Verdampfer zugeführt

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wirdo Ein Anstieg des Kühlmittelflußes zu dem Verdampfer bewirkt einen erhöhten KühlmittelfluO durch den Außenmantel des Sammelbehälters und auf diese Weise eine erhöhte Kühlung des Sammelbehälters, was bedeutet, daß die Sammlung von Kühlmittel in flüssiger Phase in dem Sammelbehälterkessel erhöht wird,/elften Abfall in der Zufuhr von Kühlmittel zu dem Verdampfer bewirkt· Durch die · "Unterkühlung" des Kühlmittels in dem Sammelbehälter wird auch eine Verbesserung in der Kühlwirkung erreicht· Nachfolgend ist anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel aus dem weitere erfindungsgemäße Merkmale hervorgehen, näher beschrieben·

Es zeigt:

Fig. 1 eine'schematische Darstellung der Wärmepumpe nach der Erfindungi

Fig. 2 eine Vorderansicht des Verdichters und des Sammelbehälters, die zusammengebaut sind, um eine Einheit zu bilden,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch den Sammelbehälter.

Die in den Zeichnungen dargestellte Wärmepumpe weist einen Verdichter 10 auf, dessen Druckseite mit einem Vierwegeventil 11 verbunden ist. Eine Leitung 12 führt von dem Vierwegeventil zu einer Wärmetauschereinheit 13, welche durch eine Leitung 14 mit zwei Zweigleitungen 15 und 16 verbunden ist. Die Verbindung der Wärmetauscher*- einheit 13 mit der Leitung 12 und der Leitung 14 wird durch Absperrventile 17 und 18 hergestellt. In der Zweigleitung 15 sind zwei Einwegventile 19A und 19B vorge-

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sehen und zwischen diesen beiden Ventilen ist mit der Leitung 15 eine Leitung 20 verbunden, die zu einem Sammelbehälter 21 führt. Die Einwegventile 19A und 19B erlauben eine Strömung durch die Leitung 15 zur Leitung 20 und blockieren eine Strömung in umgekehrter Richtung« In gleicher Weise sind in der Zweigleitung 16 zwei Einwegventile 22A und 22B vorgesehen und zwischen diesen beiden Ventilen ist die Leitung 16 mit einer Leitung 23 verbunden, die von einem Drosselglied 24 ausgeht· Die Einwegventile 22A und 22B erlauben einen Strömungsfluß von der Leitung 23 zu und durch die Leitung 16, aber sie blockieren einen Strömungsfluß in umgekehrter Richtung.

Eine zweite Wärmetauschereinheit 25 ist über eine Leitung 26 und ein Absperrventil 27 mit der Zweigleitung 16 verbunden» Diese Einheit ist durch eine Leitung 28 mit einem Absperrventil 29 mit dem Vierwegeventil 11 verbunden. Von dem Ventil 11 geht auch eine Leitung 30 zu dem Sammelbehälter 21 ab, welcher durch eine Leitung 31 mit einem Trockenfilter 32 mit dem Drosselglied 24 und durch eine Leitung 33 mit einem Schmutzfilter 34 mit der Saugseite des Verdichters 10 verbunden ist.

Der Sammelbehälter 21 stellt den Kern der Erfindung dar. Er ist in der Fig. 3 im Detail näher dargestellt. Er ist als ein Mantelwärmetauscher konstruiert mit einem zylinderförmigen Kessel 35, welcher von einem Außenmantel 36 umgeben ist. Auf der Außenseite des Mantels ist eine Wärmeisolierung 37 angeordnet. Die Leitung 20 ist im oberen Bereich mit dem Kessel 35 im Bereich einer Stirnwand verbunden, während die Leitung 31 im Bereich des Bodens des Kessels 35 in der gleichen Stirnwand angeordnet ist. Die Stirnwand weist auch ein zentral angeordnetes Sichtglas 38 auf. Die Leitung 30 ist mit dem Mantel

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des Sammelbehälters 21 an dessem Boden befestigt, während
die Leitung 33 oben an dem Mantel befestigt ist.

Der Sammelbehälter 21 hat in seinem oberen Bereich einen
Flansch 39, auf dem der Verdichter 10 - wie in der Fig» dargestellt- befestigt ist, so daß der Verdichter und
der Sammelbehälter zusammen eine Einheit bilden. Ebenso kann auch der Rest der Elemente der Wärmepumpe in dieser Einheit aufgenommen sein, mit Ausnahme der Wärmetauschereinheiten 13 und 25, d.h. die Teile der Wärmepumpe, die
innerhalb der gestrichelten Linie in der Fig. 1 angeordnet sind. Die auf diese Weise gebildete Einheit kann von den Wärmetauschereinheiten 13 und 25 an den Ventilen 17, 18, 27 und 29 getrennt werden, wodurch Wartung und Reparatur der Wärmepumpe wesentlich erleichtert wird.

Die Einheiten 13 und 25 können alternativ als Verflüssiger und Verdampfer betrieben werden, was von der Stellung des Vierwegeventiles 11 abhängt. Es wird angenommen, daß die Wärmepumpe als eine Klimatisiereinrichtung in einem Raum angeordnet ist; z.B. kann die Einheit 13 im Rauminneren
angeordnet sein, während die Einheit 25 im Freien liegt, Ventile und Gebläse sind mit jeder Einheit verbunden,
und zwar zum Umwälzen von Luft entweder von außen oder
vom Raum aus durch die Einheiten. Die Luft von der Einheit 13 wird dann zu dem Raum geleitet, während die Luft von der Einheit 25 in das Freie entweichen kann. Die Einheiten 13 und 25 enthalten vorzugsweise rippenförmige
Einheiten mit Luftentfeuchtungsgittern.

Das Drosselglied kann eine Kapillarröhre aufweisen, aber es kann ebenfalls ein Entspannungsventil darstellen, was vorzugsweise gewählt wird. Das Entspannungsventil wird

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durch ein Thermoelement 40 gesteuert, das die Temperatur des Kühlmittels, das durch die Leitung 30 strömt, abfühlt.

Es wird angenommen, daß das Vierwegeventil 11 so geschaltet ist, daß eine Verbindung in der Art hergestellt ist, wie sie in der Fig. 1 gestrichelt dargestellt ist; d.h., daß die Druckseite des Verdichters 10 mit der Leitung 12 verbunden ist und die Leitungen 28 und 30 miteinander verbunden sind. Die Einheit 13 wird dann als ein Verflüssiger und die Einheit 25 als ein Verdampfer in der Wärmepumpe arbeiten, wodurch warme Luft dem Raum von dem Verflüssiger 13 aus zugeführt wird·

Mit der oben angegebenen Schaltstellung des Vierwegeventiles 11 liefert der Verdichter 10 unter Druck gesetztes Kühlmittel in Gasphase dem Verflüssiger 13, wo das Kühlmittel verflüssigt wird, während die Verdampfungswärme abgegeben wird. Das Kühlmittel in flüssiger Phase strömt'· durch die Leitung 14 und über das Einwegventil 19A durch die Zweigleitung 15 und die Leitung 20 in den Kessel 35 in dem Sammelbehälter 21, während das genannte Kühlmittel nicht durch'das Einwegventil 22A in der Zweigleitung 16 strömen kann.

Der Verdichter 10 erzeugt durch die Leitungen 33, 30 und 28 einen unterathmosphärischen Druck in dem Verdampfer 25, so daß das Kühlmittel in flüssiger Phase von dem Kessel 35 in dem Sammelbehälter 21 aus durch die Leitung 31 und den Trockenfilter 32 über das Entspannungsventil 24 zur Leitung 23 und dann durch die Zweigleitung 16 über das Einwegventil 22B zur Leitung 26 und in den Verdampfer 25 gesaugt wird. Das Kühlmittel hingegen strömt nicht durch das Einwegventil 22A, weil dieses durch den höheren Druck in der Leitung 14 geschlossen gehalten ist. In dem Ver-

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dämpfer 25 wird das Kühlmittel zu einem wesentlichen Teil verdampft, während die Verdampfungswärme der Luft, die durch den Verdampfer strömt, aufgenommen wird und das Kühlmittel in Gasform strömt zusammen mit evtl. Resten von Kühlmittel in flüssiger Phase durch die Leitung 28 über das Vierwegeventil 11 und die Leitung 30 zu dem Mantel 36 des Sammelbehälters 21. Nach Verlassen des Mantels 36 strömt das Kühlmittel durch die Leitung 33 und den Schmutzfilter 32 zur Saugseite des Verdichters 10.

In dem Sammelbehälter 21 findet ein Wärmeaustausch zwischen dem kälteren Kühlmittel in Gasphase von dem Verdampfer 25, das durch den Mantel 36 strömt, und dem heißeren Kühlmittel in flüssiger Phase von dem Verflüssiger 13 statt, wobei das heißere Kühlmittel sich mehr oder weniger in dem Kessel 35 in dem Sammelbehälter angesammelt ha.t_f bevor es zu dem Entspannungsventil 24 strömt. Durch den Wärmeaustausch in dem Sammelbehälter wird in Zusammenarbeit mit dem Entspannungsventil 24, das durch die Temperatur des Kühlmittels in der Leitung 30 gesteuert ist, ein Ausgleich der Zufuhr von Kühlmittel zu dem Verdampfer 25 erreicht,»so daß die dem Verdampfer zugeführte Kühlmittelmenge in optimaler Weise angepaßt wird, um zu vermeiden, daß Kühlmittel in flüssiger Phase in den Kompressor gesaugt wird oder eine Kühlmittelmenge, die zu gering ist, dem Verdampfer 25 zugeführt wird. Därüberhinaus wird durch die Unterkühlung des Kühlmittels in flüssiger Phase in dem Kessel 35 des Sammelbehälters die in der Wärmepumpe erhaltene Kühlwirkung weiter verbessert.

Etwas Schmieröl kann in dem Kreislauf des Kühlmittels von dem Verdichter vorhanden sein und um zu verhindern, daß dieses ül sich nicht auf dem Boden des Mantels 36 des Sammelbehälters 21 ansammelt, wird ein ölabscheider an

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dem Sammelbehälter 21 vorgesehen. Dieser Abscheider weist

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eine gedrosselte oder eingeschränkte Kapillarrohre 41 auf, die an ihrem einen Ende mit der Leitung 30 an der Stelle verbunden ist, an der diese in den Mantel 36 einmündet, und die sich nach oben zur Leitung 33 erstreckt, und zwar an der Stelle, wo diese Leitung mit dem Mantel 36 verbunden ist. Die Röhre 41 ist mit der Leitung 33 über eine Öltasche 42, einem sogenannten P-Abscheider verbunden. Über diesen Ölabscheider wird Öl aus der Leitung 30 zur Leitung 33 gesaugt, um in den Verdichter 10 zu strömen und trägt so zu dessen Schmierung bei.

Zur Kühlung des Raumes, für den die Wärmepumpe benutzt werden soll, wird das Vierwegeventil 11 in eine derartige Position gebracht, daß die Leitungen 12 und 30 miteinander verbunden werden, während die Leitung 28 mit der Druckseite des Verdichters 10 verbunden wird. Dann wird die Einheit 25 als Verflüssiger und die Einheit 13 als Verdampfer arbeiten und das Einwegventil 19A ebenso wie das Einwegventil 22B werden die Strömung blockieren, während eine Strömung durch die Einwegventile 19B und 22A möglich wird. Darüberhinaus wird der Betrieb ebenso sein wie der vorstehend beschriebene. Die Einheiten können für einen Wärmeaustausch zwischen Luft und Kühlmittel - wie in dem Ausführungsbeispiel beschrieben .— oder zwischen einer Flüssigkeit und Kühlmittel ausgebildet sein.

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'JA.

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Claims (2)

1. Patentansprüche

   Wärmepumpe mit einem Zirkulationssystem für ein Kühlmittel, die einen Verdichter, einen Verflüssiger, ein Drosselglied und einen Verdampfer aufweist, und die ferner einen Sammelbehälter besitzt, der einen Kessel enthält, welcher in Serie zwischen den Auslaß des Verflüssigers und dem Drosselglied angeordnet ist zur Aufnahme des den Verflüssiger verlassenden Kühlmittels, wobei die Rückleitung von dem Verdampfer zu dem Verdichter für einen Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel, das durch den Sammelbehälter und die Rückleitung strömt, vorgesehen ist,
   dadurch gekennzeichnet, daß

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   der Sammelbehälter (21) als ein Mantelwärmetauscher mit einem den Kessel (35) umgebenden Außenmantel (36) ausgebildet ist, und daß der Außenmantel (36) als ein Flüssxgkeitsabscheider in der Rückleitung (28, 30, 33) angeordnet ist, wobei der Einlaß der Rückleitung mit dem Boden des Mantels und der Auslaß der Rückleitung mit dem oberen Bereich des Mantels (36) verbunden ist·
2. 2. Wärmepumpe nach Anspruch 1,

   gekennzeichnet durch einen ölabscheider (41, 42), der zwischen dem Einlaß und dem Auslaß der Rückleitung (28, 30, 33) angeordnet ist, um Öl abzuführen, das sich evtl. im Mantel (36) vom Einlaß zum Auslaß angesammelt hate

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