DE3128352A1

DE3128352A1 - Waermepumpe

Info

Publication number: DE3128352A1
Application number: DE19813128352
Authority: DE
Inventors: Rudolf 8160 Miesbach Zandtner
Original assignee: ZAMOS GmbH
Current assignee: ZAMOS GmbH
Priority date: 1981-07-17
Filing date: 1981-07-17
Publication date: 1983-01-27

Description

1AD-3658
1G-3659

ZAMOS GMBH
Feldkirchen

Wärmepumpe

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpe, deren Kältekreislauf einen Kompressor, einen Kondensator, ein Drosselorgan und einen mit einem Luftstrom beaufschlagten Verdampfer umfaßt.

Wärmepumpen, sind bereits bekannt. Ihr Kältekreislauf umfaßt einen Kondensator, einen Kompressor, ein Drosselorgan und einen Verdampfer. Durch den Verdampfer strömt ein als Primärwärmequelle dienender Luftstrom, welcher durch einen Ventilator oder auf andere Weise gefördert wird. Diese Luft enthält stets eine gewisse Menge Feuchtigkeit. Da das Kältemittel beim Entspannen- im Verdampfer auf sehr niedrige cryogene Temperaturen abgekühlt wird, kommt es zu einer Kondensation dieser Feuchtigkeit im Verdampfer. Aufgrund der hiermit verbundenen Eisbildung verengen sich die Luftströmungskanäle. Hierdurch wird der Strömungsquerschnitt des Luftstroms verringert. Andererseits wird der Wärmeübergang vom Luftstrom auf das Kältemittel behindert. Schließlich muß der Verdampfer abgetaut werden. Dies ist mit einer Unterbrechung der Wärmegewinnung und darüberhinaus mit Wärmeenergieverlusten verbunden.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung,eine Wärmepumpe derart abzuwandeln, daß eine Eisabscheidung im Verdampfer erschwert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß innerhalb des Verdampfers und/oder in Luftströmungsrichtung vor dem Verdampfer zusätzlich zu der entspanntes Kältemittel führenden Rohrleitung eine Rohrleitung vorgesehen ist, welche das aus dem Kondensator austretende, unter Druck stehende flüssige Kältemittel führt und .daß das Drosselorgan die beiden Rohrleitungen verbindet.

Bei einer bevorzugten Ausführung'sform ist dem Verdampfer ein Wärmetauscher vorgeschaltet, dessen Rohrleitung'das unter Druck stehende, flüssige Kältemittel führt. Dabei wird vorzugsweise ein integriertes Wärmetauscher-Verdampfer-Modul verwendet» Dabei befinden sich der Wärmetauscher für die Erwärmung der Luft und der Verdampfer in einem gemeinsamen Gehäuse, und die Lamellen des Wärmetauschers und des Verdampfers sind ebenfalls einstückig ausgebildet. Das Drosselorgan wird vorzugsweise außerhalb des Verdampfer/Wärmetauscher-Gehäuses angeordnet. Hierau wird ein Abschnitt der die integrierte Wärmetauscher-Verdampfer-Baueinheit durchziehenden Rohrleitung in Form einer Schleife herausgeführt, und in diese Schleife wird das Drosselorgan eingebaut.

Mit der erfindungsgemäßen Wärmepumpe wird die als Primärwärmequelle dienende Luft vor Eintritt in den Verdampfer
erwärmt. Hierdurch wird entweder eine Eisabscheidung im
Verdampfer (bei kalter Außenluft) vollständig unterbunden oder zumindest verzögert, Andererseits wird das flüssige Kältemittel entsprechend der Erwärmung der Luft abgekühlt. Dies führt zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades der
Wärmepumpe.

Die integrierte Bauweise von Wärmetauscher und Verdampfer mit einstückigen Lamellen hat einmal den Vorteil, daß der Wärmeübergang besonders günstig gestaltet wird, da die Wärme der Primärluft nicht nur an das flüssige Kältemittel im Wärmetauscher abgegeben wird, sondern auch durch Wärmeleitung in den Lamellen in den Verdampfer gelangt. Außerdem ist diese Bauweise besonders kostengünstig, so daß der zusätzliche Einbau der Wärmetauschereinheit kaum Mehrkosten bedingt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Wärmepumpe,

Fig. 2a.bis 2c eine Frontansicht bzw. Draufsicht bzw. Seitenansicht einer integrierten Wärmetauscher— Verdampfer-Einheit der erfindungsgemäßen Wärmepumpe ,. . .

Fig. 3 eine perspektivische Schnittansicht einer abgewandelten Ausführungsform der Wärmetauseher-Verdampfer-Einheit und

Fig. 4 eine weitere abgewandelte Ausführungsform der Wärmetauscher-Verdampfer-Einheit.

In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder sich entsprechende Bauteile.

Fig. 1 zeigt eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Wärmepumpe, deren Kältekreislauf einen Kompressor 1 umfaßt,

in dem das gasförmige Kältemittel auf einen erhöhten Druck komprimiert wird. Dieses strömt sodann in einen Kondensator 2, in dem das Kältemittel einerseits verflüssigt wird und andererseits Wärme auf das zu beheizende Medium übertragen wird. Das nun flüssige Kältemittel strömt durch eine Rohrleitung 3 zu einem Drosselorgan 4, in dem in üblicher Weise eine Entspannung eintritt, so daß das flüssige Kältemittel hinter dem Drosselorcran verdampft.. Als Drosselorgan kann man z.B. eine Kapillare oder ein Expansionsventil verwenden. Ein Teil der Rohrleitung 3 für das flüssige Kältemittel ist mäanderförmig in einem Wärmetauscher 6 vorgesehen, dessen Aufbau weiter unten näher erläutert wird. Stromab vom Drosselorgan 4 schließt sich eine Rohrleitung 8 an. Ein Abschnitt derselben ist mäanderförmig in einem Verdampfer 10 vorgesehen, dessen Aufbau ebenfalls weiter unten näher erläutert wird. Mit Hilfe eines Gebläses 12 wird die als Primärwärmequelle dienende Luft durch den Wärmetauscher 6 und den Verdampfer 10 gesaugt. Der Kältemittelauslaß des Verdampfers 10 ist mit dem Einlaß des Kompressors 1 verbunden.

Diese Wärmepumpe arbeitet folgendermaßen: Das aus dem Kondensator austretende flüssige Kältemittel hat je nach Kältemittel eine Temperatur von bis zu 60 bis 80°C. Die Temperatur der vom Gebläse 12 in den Wärmetauscher eingesaugten Luft hat eine niedrigere Temperatur. Daher kommt es zu einem Wärmeaustausch zwischen dem.flüssigen Kältemittel und der eingesaugten Luft. Hierdurch wird das flüssige Kältemittel einerseits abgekühlt und andererseits die Luft erwärmt. Durch die Erwärmung des Luftstroms wird in vielen Fällen eine Eisbildung im Verdampfer völlig unterbunden, da der Luftstrom durch die Vorwärmung nun nicht mehr unter 0⁰C abgekühlt wird. Erst wenn die Anfangstemperatur der angesaugten Luft sehr niedrig ist, reicht die Vorwärmung durch

Wärmeaustausch mit dem flüssigen Kältemittel nicht mehr aus, um eine Eisabscheidung im Verdampfer völlig zu unterbinden. In diesem Falle wird jedoch die Eisbildung erheblich verzögert, so daß die Abtauung nur in größeren Intervallen vorgenommen werden muß. Die Vermeidung bzw. Verzögerung der Eisbildung führt zu einer erhöhten Betriebseffizienz der Wärmepumpe, da diese nicht mehr oder nur noch selten auf Abtauen umgeschaltet werden muß. Außerdem wird die für das Abtauen benötigte Wärmeenergie eingespart. Zum anderen wird das flüssige Kältemittel in dem Rohrabschnitt vor dem Drosselorgan 4 abgekühlt. Hierdurch steigt die Effizienz der Wärmepumpe .

Fig. 2 - zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des Verdampfers und des Wärmetauschers. Diese sind als integrierte Baueinheit ausgebildet, welche allgemein mit 14 bezeichnet ist. Die Grenze zwischen dem Wärmetauscher 6 und dem Verdampfer 10 in der integrierten Baueinheit 14 ist durch eine gestrichelte Linie 16 in den Figuren 2b und 2c dargestellt. In den Figuren 2a und 2b erkennt man die mäanderförmige Führung der Rohrleitung für das flüssige bzw. gasförmige Kältemittel. In Fig. 2c sind lediglich die aus dem Gehäuse herausragenden Umkehrschleifen der Rohrleitungen erkennbar. Eine dieser Umkehrschleifen ist vergrößert ausgebildet, und in dieser Umkehrschleife befindet sich das Drosselorgan 4. Das Gehäuse für den Wärmetauscher und den Verdampfer der integrierten Baueinheit 14 ist als einstückiger Rahmen ausgebildet. Die Rohrleitungen werden durch Lamellen in Position gehalten, welche auch der Führung des Luftstroms dienen. Diese Lamellen 18 sind einstückig für den Wärmetauscher und den Verdampfer ausgebildet. Daher hat die erfindungsgemäße integrierte Baueinheit des Wärmetauschers und des Verdampfers den gleichen Aufbau wie ein herkömmlicher Verdampfer.

Diese Baueinheit ist lediglich in Luf tströinungsrichtung etwas erweitert; Hierdurch ist eine besonders kostengünstige Verwirklichung der Erfindung möglich. Durch zweckentsprechende Führung der Rohrleitung 3 im Wärmetauscher kann man erreichen, daß die Temperaturverteilung über den Querschnitt des Luftstroms gleichmäßig wird, so daß auch die Gefahr, einer Eisbildung gleichmäßig über den gesamten Querschnitt des Verdampfers unterbunden oder verringert wird.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Wärmetauscher-Verdampfer-Baueinheit in perspektivischer Schnittdarstellung. Dabei sind die Lamellen 16 allseitig freiliegend dargestellt. Die Rohrleitung 3 und die Rohrleitung 8 erstrecken sich mäanderförmig durch die Lamellen. Daher erscheint in der Schnittansicht die Rohrleitung 3 in Form einer Vielzahl von Kreisquerschnitten. Das gleiche gilt für die Rohrleitung 8. Zur Unterscheidung der Rohrleitung 3 von der Rohrleitung 8 sind die Kreisquerschnitte der Rohrleitung 3 schraffiert.

Diese Ausführungsform ist besonders für Verdampfer ohne Ventilator (ruhende Verdampfer) geeignet. Zweckmäßig können die Rohrleitungswindungen 3 an den Stellen eingeführt sein, an denen herkömmlicherweise Heizelemente für das Abtauen des Verdampfers eingeführt werden.

Fig. .4 zeigt eine weitere Ausbildung des Verdampfers. Dabei sind die Rohrleitung 3 und die Rohrleitung 8 konzentrisch ausgebildet, d.h. die Rohrleitung 8 hat einen kleineren Durchmesser als die Rohrleitung 3 und wird von der Rohrleitung 3 eingehüllt. Hierdurch wird die Wärme des flüssigen Kältemediums direkt auf das verdampfte Kältemedium übertragen bzw. das flüssige Kältemedium wird direkt durch das verdampfte kalte Kältemedium abgekühlt und der Wärmeübergang von der Luft auf das verdampfende oder verdampfte Kältemedium muß durch beide Rohrleitungen hindurch erfolgen.

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1./ Wärmepumpe, deren Kältekreislauf einen Kompressor, yinen Kondensator, ein Drosselorgan und einen mit einem Luftstrom beaufschlagten Verdampfer umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Verdampfers und/oder in Luftströmungs-. richtung vor dem Verdampfer zusätzlich zu der entspanntes Kältemittel führenden Rohrleitung eine Rohrleitung vorgesehen ist, welche das aus dem Kondensator austretende, unter Druck stehende flüssige Kältemittel führt und daß das Drosselorgan die beiden Rohrleitungen verbindet.

2. Wärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in Luftströmungsrichtung vor dem Verdampfer angeordnete zusätzliche Rohrleitung Lamellen durchzieht, welche einstückig mit den Lamellen des Verdampfers ausgebildet sind.

3. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein gemeinsames Gehäuse für den Verdampfer und für die in Luftströmungsrichtung vor dem Verdampfer angeordnete zusätzliche Rohrleitung vorgesehen ist und daß das Drosselorgan in einer aus dem Gehäuse herausgeführten Rohrleitungsschleife enthalten ist.

4. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die im Verdampfer angeordnete zusätzliche Rohrleitung die das entspannte Kältemittel führende Rohrleitung konzentrisch umgibt.

5. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Verdampfer und/oder in Luftströmungsrichtung vor dem Verdampfer eine weitere Rohrleitung vorgesehen ist, welche ein mit Prozeßabwärme beladenes Medium führt.