DE3147700A1 - Verfahren und vorrichtung zur regelung der antriebsleistung von waermepumpen - Google Patents

Description

3U7700

BUDERUS AKTIENGESELLSCHAFT
TP/Be/St/PG 15-174

Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Antriebsleistung von Wärmepumpen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Antriebsleistung von Wärmepumpen, insbesondere von Absorptionswärmepumpen.

Bei Wärmepumpen wird ein flüssiges Kältemittel als Wärmeträger j z.B. Ammoniak, zur Erhöhung des eigenen Wärmeinhalts mit einem mäßig warmen Medium in Wärmeaustausch gebracht und dabei verdampft» Durch anschließende Zustandsänderungen des Kältemittels kann man Temperaturen erreichen, die für Heizzwecke ausreichen.

Das in einem Verdampfer unter Aufnahme der Umgebungsxvärme verdampfte Kältemittel wird bei einer motorisch angetriebenen Wärmepumpe mittels eines Kompressors auf hohen Druck und hohe Temperatur gebracht und anschließend in einem Kondensator mittels des kälteren Heizungskreislaufes kondensiert, wobei Wärme an den Heizungskreislauf abgegeben wird. Das verflüssigte Kältemittel wird erneut dem Verdampfer zugeführt und der Kreislauf beginnt von vorne. Bei einer Absorptionswärmepumpe wird der im Verdampfer verdampfte Wärmeträger in einem Absorber von einem Lösungsmittel absorbiert und anschließend in einem beheizten Austreiber wieder vom Lösungsmittel getrennt, d.h. auf hohen Druck und hohe Temperatur gebracht. Danach wird ebenfalls in einem Kondensator Wärme an den Heizungskreislauf abgegeben.

Ein Problem besteht darin, die Kompressionsleistung für das Kältemittel dem augenblicklichen Wärmebedarf möglichst genau anzupassen. Da es weder für die motorisch angetriebene Wärmepumpe noch für die Absorptionswärmepumpe stetig regelbare Einrichtungen für den Kompressionsteil gibt, wird lediglich mit der Ein-/Ausregelung gearbeitet. Die Regelimpulse kommen dabei von Temperaturfühlern im Vorlauf der Heizung. Wenn der außentemperaturabhängig ermittelte Sollwert der Heizungsvorlauftemperatur erreicht ist, so wird der Antrieb der Wärmepumpe abgeschaltet. Bei Unterschreitung dieser Temperatur um eine vorgegebene Differenz, wird die Wärmepumpe wieder eingeschaltet. Auf die thermodynamisehen Zustande im System der Wärmepumpe wird dabei keine Rücksicht genommen, so daß sich insbesondere bei Absorptionswärmepumpen ungünstige Betriebszustände ergeben können. Es ist daher auch erforderlich, die Wärmepumpen bei sehr tiefen Außentemperaturen abzuschalten, da in solchen Fällen der Unterschied zwischen Verdampferleistung (Außengerät) und Verdichterteil zu groß wird.

Die in einer Wärmepumpe benötigte Verdichterleistung hängt von zwei Größen ab:

1.) Verdampferleistung

Die Leistung des Verdampfers, der üblicherweise als Außengerät ausgeführt wird, ist abhängig von der Außentemperatur. Bei sinkender Außentemperatur muß zwangsläufig auch die Verdampferleistung zurückgehen» Umgekehrt nimmt die Verdampferleistung mit steigender Außentemperatur wieder zu.

2.) Kondensatorleistung

Die Kondensatorleistung hängt ab von der Wärmeabnahme des Heizkreises. Wenn wenig Wärme verbraucht wird, so kann

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auch der Kondensator nur wenig Kältemittel verflüssigen. Seine Leistung geht zurück. Umgekehrt bedeutet ein großer Wärmeverbrauch seitens der Heizung, daß die Kondensatorleistung ansteigt.

Die Regelung der Antriebsleistung von Wärmepumpen über die Vorlauftemperatur im Heizwasserkreis hat nicht nur den Nachteil j daß solche Wärmepumpen bei bestimmten Außentemperaturen abgeschaltet werden müssen, sondern den zusätzlichen Nachteil, daß die Leistungsziffern nicht bei allen Betriebspunkten optimal sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Antriebsleistung einer Wärmepumpe optimal den gegebenen Umständen anzupassen^ d.h. sowohl die Leistung des Verdampfers wie auch die des Kondensators zu berücksichtigen»

Zur Lösung dieser Aufgabe \ferden die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Merkmale vorgeschlagen.

Im einzelnen wird hierzu, mit Hinweis auf die Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 1 (motorisch angetriebene Wärmepumpe) und Figo 2 (Absorptionswärmepumpe) ausgeführt;

1 ο) Verdampferleistung

Im Verdampfer (1) wird flüssiges Kältemittel, das vom Kondensator (2) kommt, wieder verdampft. Der Verdampfer (1) hat Regeleinrichtungen (3) die dafür sorgen, daß ihm nur so viel flüssiges Kältemittel zugeführt wird, wie er auch bei der gerade herrschenden Umgebungstemperatur z.B. der Außenlufttemperatur verdampfen kann. Veränderungen der Umgebungstemperatur, d.h. der Verdampferleistung führen also dazu, daß der Abfluß von flüssigem Kältemittel aus dem Kondensator (2) sich verändert. Wenn der Kondensator so ausgebildet wird, daß an seinem unteren Ende ein Flüssigkeitstand an flüssigem Kälte-

mittel gehalten werden kann, so ist dieser Flüssigkeitsstand ein Maß für die benötigte Kompressionsleistung des Kompressors (4) bzw. des Austreibers (5). Ein Absinken dieses Flüssigkeitsstandes bedeutet, daß Kompressionsarbeit benötigt wird, während ein Ansteigen des Flüssigkeitsstandes ein Überschuß an Kompressionsleistung anzeigt. Dieser Flüssigkeitsstand wird mit einem Schwimmerschalter (6) erfaßt, der über elektrische Kontakte die Kompressionseinrichtungen der Wärmepumpe ein- und ausschaltet, wie in den Figuren lediglich schematisch angedeutet ist.

Ein Absinken des Flüssigkeitsstandes im Kondensator bedeutet:

Kompressionseinrichtung einschalten.

Ein Ansteigen des Flüssigkeitsstandes im Kondensator bedeutet:

Kompressionseinrichtung ausschalten.,

2.) Kondensatorleistung

Die Leistung des Kondensators (2) hängt davon ab, welche Wärmemenge ihm durch das Heizungswasser entzogen wird. Der Heizungskreislauf (8) ist hierzu im Wärmeaustausch {tf) durch den Kondensator geführt. Bei geringer Wärmeentnahme kann auch wenig Kältemittel kondensiert werden und umgekehrt. Bei konstanter Kompressionsleistung vnirde daher bei zu geringer Kondensatorleistung der Druck im Kondensator ansteigen, während bei großer Kondensatorleistung der Druck umgekehrt abnimmt. Im Kondensator (2) steht flüssiges mit dampfförmigem Kältemittel im Gleichgewicht, so daß diesen Drücken jeweils auch bestimmte Temperaturen zugeordnet sind. Über ge-

eignete Pressostate oder Thermostate (7) kann daher die Kompressionseinrichtung der Wärmepumpe in Abhängigkeit vom Druck im Kondensator ein- und ausgeschaltet werden, wodurch die gewünschte Anpassung der Kompressionseinrichtung an die Kondensatorleistung erreicht ist.

Während bei Fig. 1 das verdampfte Kältemittel über einen motorisch angetriebenen Kompressor (4) auf hohen Druck und hohe Temperatur gebracht wird, bevor es dem Kondensator (2) zugeleitet wird erfolgt dies gemäß Fig. 2 in bekannter Weise einer Absorptionswärmepumpe im Austreiber (5)° Das aus dem Verdampfer (1) kommende Kältemittel wird zunächst im Absorber (9) von einem Lösungsmittel, z.B. Wasser, absorbiert, anschließend das mit Kältemittel angereicherte Lösungsmittel dem Austreiber mittels der Pumpe (11) zugeführt und dort durch die Gasbrenner (10) so hoch erhitzt, daß das Kältemittel mit hohem Druck und hoher Temperatur sich vom Lösungsmittel trennt und dem Kondensator zugeführt wird, während das Lösungsmittel zum Absorber zurückfließt.

Claims (1)

1. 3H7700

   BUDERUS AKTIENGESELLSCHAFT
   TP/Be/St/PG 15-174

   Patentansprüche

   1 τ)Verfahren zur Regelung der Antriebsleistung einer Wärmepumpe, -welche einen Verdampfer, ein Druckerhöhungsaggregat und einen Kondensator für das im Kreislauf geführte Kältemittel enthält, wobei mindestens im Kondensator Wärme an einen Heizungskreislauf abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß

   a)die Menge des dem Verdampfer (1) aus dem Kondensator (2) zugeführten flüssigen Kältemittels in Abhängigkeit von der die Verdampferleistung bestimmenden Umgebungstemperatur geregelt wird und

   "b)die sich im Kondensator (2) einstellende Druckhöhe bzw. Temperatur des dampfförmigen und/oder Flüssigkeitsstand des kondensierten Kältemittels die Antriebsleistung der Wärmepumpe bestimmen.

   2c Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Kondensator (2) ein auf die Füllstandshöhe des Kältemittels reagierender Schwimmerschalter (6) zum Ein- bzw. Ausschalten der Kompressionseinrichtung (4,5) der Wärmepumpe vorhanden ist.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwimmerschalter (6) einen Maximal- und einen Minimalkontakt aufweist.

   4ο Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch magnetische Übertragung der Schaltbewegung des Schwimmer-

   schalters (6) aus dem Druckraum nach außen.

   5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet_s daß am Kondensator (2) ein Pressostat oder Thermostat (7) zur Ein- und Ausschaltung der Kompressionseinrichtung (4,5) vorhanden ist.