DE3439746A1

DE3439746A1 - Unterkuehler fuer eine waermepumpe

Info

Publication number: DE3439746A1
Application number: DE19843439746
Authority: DE
Inventors: Peter 2351 Hasenkrug Koch
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-10-26
Filing date: 1984-10-26
Publication date: 1986-04-30

Description

Hamburg, den 15. Oktober 1984 Anmelder:

Peter Koch
Lohweg 5

2351 Hasenkrug

Unterkühler für eine Wärmepumpe

Die Erfindung betrifft einen Unterkühler für eine Wärmepumpe, insbesondere zweistufige Wärmepumpe, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Wärmepumpeneinrichtung dient in der Regel dazu, eine Wärmemenge von niedrigem Temperaturniveau auf ein höheres Temperaturniveau zu bringen, wobei das Medium mit niedrigem Temperaturniveau eine große Wärmekapazität aufweist. Die auf ein höheres Temperaturniveau gebrachte Wärmemenge kann an beliebige Verbraucher verteilt werden, wobei je nach Anforderungen ein höheres oder hohes Temperaturniveau erforderlich ist. Um ein hohes Temperaturniveau von z. B. 100⁰C zu

erreichen, wobei die Wärme aus einem Wärmespeicher von z. B. Umgebungstemperatur entnommen wird, ist es bekannt, zweistufige Wärmepumpen zu verwenden, da das verwendete Kältemittel des Wärmepumpenkreislaufes in der Regel nicht in der Lage ist, in einem einzigen Schritt ein Temperaturniveau von mehr als 5O⁰C zu überschreiten.

Die Wärmeenergieaufnahme bzw. Abgabe erfolgt in der Regel über Wärmetauscher, deren Leistung im wesentlichen von der Temperaturdifferenz, die im Wärmetauscher vorliegt, abhängt. Es ist bekannt, zwischen Kondensator und Entspannungsventil einen Unterkühler einzusetzen, mit dessen Hilfe das den Kondensator verlassene Kältemittel auf ein niedrigeres Temperaturniveau gebracht wird, um in dem dem Entspannungsventil fol genden Verdampfer eine größere Temperaturdifferenz zu erreichen, und damit die Leistung des Verdampfers und damit der gesamten Wärmepumpe zu erhöhen. Der Unterkühler ist in bekannten Einrichtungen als Wärmetauscher ausgebildet und gibt seine Wärme an einen Wärmeverbraucher oder die Umgebung ab.

Aus der DE-OS 33 11 505 ist eine Wärmepumpeneinrichtung bekannt, die eine Niedertemperatur- und eine Hochtemperaturstufe aufweist, bei der in jedem Kreis eine Unterkühlung des Kondensats stattfindet. Die Unterkühlung erfolgt dabei mittels des nachfolgend dem Verdampfer des Niedertemperaturkreises zugeführten Energieabgabemediums. Damit wird gleichzeitig die Unterkühlung des Kondensats und die Erhöhung des Temperaturniveaus des Wärmeabgabemediums im Verdampfer erreicht.

Die bekannten Unterkühlungsverfahren setzen voraus, daß die Unterkühlung jeweils durch ein Energieabnahmemedium erfolgt. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Unterkühlung des Kältemittels in einer Wärme-

pumpeneinrichtung anzugeben, die eine Unterkühlung ohne Wärmeenergieabgabe an ein Energieaufnahmemedium ermöglicht, und bei der eine Leistungssteigerung der Wärmepumpenanlage mit einfachen Mitteln erreichbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. In Unteransprüchen sind weitergehende Verbesserungen und Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.

Erfindungsgemäß weist die Wärmepumpeneinrichtung einen Druckbehälter auf, in dem das Kältemittel auf einem bestimmten Niveau gehalten wird. Der über dem Kältemittel entstehende Kältemitteldampf wird über eine Rohrleitung dem Verdichter in einer Druckzwischenstufe zugeführt. Die durch die Verdampfung erfolgte Unterkühlung des Kondensats bewirkt eine Erhöhung der Temperaturdifferenz im Verdampfer, so daß die Energieaufnahme erhöht werden kann. Damit ergibt sich eine Leistungssteigerung von mindestens 15 %.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Wärmepumpeneinrichtung, Fig. 2 zeigt einen Druckbehälter,

Die in Fig. 1 dargestellte Wärmepumpeneinrichtung enthält einen Kältemittelkreislauf, in dem ein Verdichter 1 zur Verdichtung des dampfförmig vorliegenden Kältemittels und zur Erhöhung dessen Temperatur vorgesehen ist. Der Verdichter kann ein Kolbenkompressor sein, der insbesondere zweistufig aufgebaut ist. Vorzugsweise wird als Verdichter jedoch ein Drehschieberverdichter eingesetzt, in dessen scheibenförmigen Hohlraum sich eine Scheibe mit nach außen verschieblichen Lamellen dreht, wobei zwischen den Lamellen jeweils eine Verdichterzelle gebildet ist, die sich vom

Einlaß zum Auslaß infolge der exzentrischen Lagerung des Rotors des Drehschieberverdichters verjüngt, so daß zum Auslaß hin ein erhöhter Druck aufgebaut werden kann. Der Ausgang des Verdichters ist mit dem Kondensator 2 verbunden, in dem die auf das höhere Temperaturniveau gebrachte Wärmemenge an einen Verbraucher abgegeben wird. Die Wärmeenergie im Kondensator, der als Wärmetauscher ausgebildet ist, wird an ein Wärmeträgermedium abgegeben, das die übertragene Wärme abführt.

Das Kältemittel wird dann weiter gegebenenfalls zu einem Unterkühler 6 geleitet, der eine Unterkühlung des Kondensats bewirkt, wobei der Unterkühler 6 ein Wärmetauscher ist, der Wärmeenergie an ein Verbrauchsmedium oder an die Umgebung abgibt. Der Unterkühler 6 kann jedoch entfallen, oder zusätzlich verwendet werden, wenn ein erfindungsgemäßer Unterkühler verwendet wird, der keine Abgabe von Wärmeenergie an die Umgebung oder ein Verbrauchsmedium erfordert.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Druckbehälters 3. Dieser erfindungsgemäße Unterkühler weist einen Druckbehälter 3 auf, in dem das Kältemittel über eine Eingangsleitung 12 eingeführt wird. Aus dem Druckbehälter wird das Kältemittel über eine Ausgangsleitung 8 abgeführt. Zur Einhaltung eines Kältemittelniveaus in dem Druckbehälter 3 ist eine Niveaubegrenzungseinrichtung 10 vorgesehen, die ein Absperrventil 13 aufweist, das den Auslaß 8 öffnet, sobald der Schwimmer 14 angehoben wird. Dadurch wird bewirkt, daß nach übersteigen eines gewissen Flüssigkeitsniveaus der Auslaß 8 öffnet und das Kältemittel damit nicht mehr weitersteigt. Anstelle des öffnens des Auslasses 8 kann auch der Einlaß 12 bei Erreichen eines vorgegebenen Niveaus zugesperrt werden. Zwischen Druckbehälter 3 und Auslaßleitung 8 kann weiterhin ein Sicherheitsventil 9

angeordnet sein, das öffnet, falls die Niveaubegrenzungseinrichtung 10 fehlerhaft funktioniert, über dem flüssigen Kältemittel befindet sich in dem Druckbehälter 3 ein Hohlraum, in dem das Kältemittel verdampft. Dieser Dampf wird über eine Leitung 7 dem Verdichter, wie später beschrieben, zugeführt. Das verflüssigte Kältemittel wird aus dem Auslaß 8 weiterhin dem Entspannungsventil 4 zugeführt, von dem es auf den Verdampfer 5 und von dort zum Eingang des Verdichters 1 gelangt.

Der über die Leitung 7 zum Verdichter 1 geführte Kältemitteldampf wird in eine Zwischenstufe eines Kolbenverdichters eingeleitet, insbesondere jedoch in eine Zwischendruckstufe eines Drehschieberverdichters. Vorzugsweise ist der Einlaß im Drehschieberverdichter an einer Stelle vorgesehen, an der der Druck in den einzelnen Verdichterzellen etwa 1/4 bis 3/4 des maximalen Drucks erreicht hat. Da der zugeführte Dampf gegenüber dem Dampf, der aus dem Verdampfer 5 in den Verdichter eingeführt wird, ein erhöhtes Temperaturniveau aufweist, läßt sich auf diese Weise das Temperaturniveau am Ausgang des Verdichters erhöhen. Gleichzeitig wird das Kältemittel im Druckbehälter 3 abgekühlt, so daß sich im nachfolgenden Verdampfer 5 eine erhöhte Temperaturdifferenz ergibt, die zu einer erhöhten Energieaufnahme führt. Damit wird eine Leistungserhöhung von 30 bis 45 % der gesamten Anlage nach Abzug der zusätzlichen notwendigen Verdichtungsarbeit erreicht.

Als Niveaubegrenzungseinrichtung ist ein L-förmiger Hebel vorgesehen, der an einem Ende eine Dichtungsfläche aufweist, die gegen den Auslaß 8 gerichtet ist. Am anderen Ende des Hebels ist ein Schwimmerkörper vorgesehen, der bei Anheben durch steigende Flüssigkeit den Auslaß 8 öffnet. Anstelle eines derartigen Niveaubegrenzers kann auch ein nach unten gerichtetes Einlaßrohr 12 vorgesehen sein, gegen das

ein Ball gerichtet ist, der bei steigendem Flüssigkeitsstand den Einlaß 12 verschließt.

Bei Verwendung eines Kolbenverdichters in der Ausführungsform nach Fig. 1 ist es vorteilhaft, in der Leitung 7 ein Druckminderventil 11 einzusetzen, mit dem eine Anpassung des Druckes im Druckbehälter 3 an die Druckverhältnisse der Zwischenstufe erreichbar ist. Es sollte jedoch ein Druckunterschied zwischen dem Druckbehälter 3 und der Zwischenstufe verbleiben, um im Druckbehälter 3 ausreichend Dampf erreichen zu können.

Weiterhin ist es vorteilhaft, in der Leitung 7 ein Rückschlagventil vorzusehen, durch das verhindert wird, daß bei nicht vorhandenem Differenzdruck ein Überdruck im Druckbehälter 3 entsteht.

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Bezugszeichenliste:

1	Verdichter
2	Kondensator
3	Druckbehälter
4	Entspannungsventil
5	Verdampfer
6	Unterkiihler
7	Leitung
8	Auslaß
9	Sicherheitsventil
10	Niveaubegrenzungseinrichtung
11	Druckminderer
12	Einlaß
13	Absperrventil
14	Schwimmer

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Claims

Hasenkrug
Ansprüche:

Unterkühler für eine Wärmepumpe, insbesondere zweistufige Wärmepumpe, mit einem Kühlmittelkreislauf, der einen Verdampfer (5) und einen Verflüssiger (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterkühler (3) als Druckbehälter mit einer Niveaubegrenzungseinrichtung (10) zur Bildung eines Verdampfungsraumes über dem verflüssigten Kältemittel ausgebildet ist, den das Kältemittel zwischen Verflüssiger (2) und Verdampfer (5) durchströmt, wobei der Druckbehälter (3) sich in dem Teil des Kühlmittelkreislaufes mit niedrigem Wärmeenergieniveau befindet und der Verdampfungsraum über eine Leitung (7) mit dem anderen Teil des Kühlmittelkreislaufes mit hohem Wärmeenergieniveau verbunden ist.
2. Unterkühler für eine Wärmepumpe mit einem Kühlmittelkreislauf, bei dem zwischen Verdampfer (5) und Verflüssiger (2) ein Verdichter (1) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (7) mit einer Druckzwischenstufe des Verdichters (1) verbunden ist.
3. Wärmepumpeneinrichtung mit einem Unterkühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter (1) ein zweistufiger Kompressor ist, zwischen dessen Druckstufen die Leitung (7) angeschlossen ist, und daß in der von dem Druckbehälter (3) zum Verdichter (1) führenden Leitung (7) ein Druckminderventil (11) vorhanden ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter (1) ein Drehschieberverdichter ist, und daß die vom Druckbehälter (3) kommende Leitung (7) an eine Druckzwischenstufe des Verdichters (1) angeschlossen ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, bei der der Drehschieberverdichter (1) einen scheibenförmigen Hohlraum aufweist, in dem ein mit mehreren nach außen verschieblich gehaltenen Lamellen exzentrisch gelagerter Rotor umläuft, dadurch geknnzeichnet, daß der Anschluß der vom Druckbehälter (3) kommenden Leitung (7) an der Stelle in den scheibenförmigen Hohlraum mündet, an der die Verdichterzellen eine Druckhöhe von etwa 1/4 bis 3/4 des maximalen Drucks aufgebaut haben.
6· Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der vom Druckbehälter (3) zum Verdichter (1) führenden Leitung (7) ein Druckminderventil (11) vorhanden ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 2, mit einem in Kaskadenform hintereinander geschalteten Nieder- und Hochtemperaturkreislauf, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterkühler (3) sich im Hochtemperaturkreis befindet.
8. Unterkühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Niveaubegrenzungseinrichtung (10) ein Schwimmerschalter ist, der bei steigendem Flüssigkeitsstand im Druckbehälter (3) dessen Auslaß (18) öffnet.
9. Unterkühler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Druckbehälter (3, 20) und Ablauf leitung ein Überdrucksicherheitsauslaß vorgesehen ist.
10. Unterkühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung (7) ein Rückschlagventil vorgesehen ist.