DE3636254A1

DE3636254A1 - Heat pump installation with thawing device

Info

Publication number: DE3636254A1
Application number: DE19863636254
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
Original assignee: Sulzer Escher Wyss GmbH; Escher Wyss GmbH
Current assignee: Sulzer Escher Wyss GmbH
Priority date: 1985-11-15
Filing date: 1986-10-24
Publication date: 1987-05-21
Also published as: CH669033A5

Abstract

In the heat pump installation, the expansion valve (4a, 4b, 4c) is assigned a bypass conduit (25a, 25b, 25c), and at least one connecting conduit (26a, 26b, 26c) is provided between adjacent evaporator segments (5a, 5b, 5c). In this arrangement, when the expansion valve (4a, 4b, 4c) is blocked a direct supply of warm refrigerant to the respective evaporator segment (5a, 5b, 5c) is guaranteed, the refrigerant being passed on, after the thawing process has been carried out, as a supercooled condensate via the connecting conduit (26a, 26b, 26c) to the respectively adjacent evaporator segment (5a, 5b, 5c) or to all of them simultaneously. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpenanlage mit Abtau vorrichtung für vereiste Verdampfer, deren Kreislauf ausser wenigstens zwei Verdampfersegmenten einen Verdichter, einen Kondensator und ein dem jeweiligen Verdampfersegment vorge schaltetes Expansionsventil aufweist.The invention relates to a heat pump system with defrost device for iced evaporators, the circuit of which is not at least two evaporator segments one compressor, one Condenser and one of the respective evaporator segments has switched expansion valve.

Bei Wärmepumpenverdampfern, die Luft als Wärmequelle ver wenden, vereist oder bereift das Rohrbündel, wenn die Ver dampfungstemperatur unter den Gefrierpunkt von Wasser sinkt. Mit zunehmender Bereifung des Verdampfers sinkt dessen Leistung, so dass geeignete Mittel vorgesehen wer den müssen, den Reif bzw. das Eis zu entfernen. Dazu wur den verschiedene Verfahren entwickelt, z.B. Besprühen mit warmem Wasser als direkte Methode oder Aufheizen des Rohr bündels mittels Heissgas aus dem Kompressor. Die Verwendung von Heissgas aus dem Kompressor als Wärmequelle zum Ab schmelzen des Reifes bewirkt zwar eine intensive Wärmezu fuhr durch die Kondensationswärme des kondensierenden Käl temittels. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist jedoch der Verlust an Heizleistung. Weiter ergeben sich hohe Baukosten durch Heissgasleitungen mit ihren teuren Armaturen und nicht zuletzt wirkt die starke Geräuschentwicklung beim Einströ men des Heissgases in den kalten Verdampfer störend.In heat pump evaporators that use air as a heat source turning, icing or frosting the tube bundle when the ver vaporization temperature below the freezing point of water sinks. With increasing frosting of the evaporator decreases its performance so that appropriate funds are provided they have to remove the frost or ice. For this was who developed various processes, e.g. Spray with warm water as a direct method or heating the pipe bundle by means of hot gas from the compressor. The usage of hot gas from the compressor as a heat source for exhaust melting the frost causes an intense warmth drove through the heat of condensation of the condensing cold by means of A disadvantage of this method is, however Loss of heating power. There are also high construction costs through hot gas pipes with their expensive fittings and last but not least, the strong noise development when inflowing Hot gas in the cold evaporator is annoying.

Aufgabe der Erfindung ist es, die eingangs genannte Wärme pumpenanlage so zu verbessern, dass die Heizzahl auch wäh rend des Abtauens hoch ist bei geringen Baukosten und mini maler Geräuschentwicklung.The object of the invention is the heat mentioned to improve the pump system so that the heating factor is also defrosting is high with low construction costs and mini painterly noise.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Kennzeichen von Anspruch 1 aufgeführten Massnahmen. Die Unteransprüche be treffen vorteilhafte Weiterbildungen.In order to solve this problem, use the in the characteristic of Claim 1 measures listed. The subclaims be meet advantageous further training.

Hierdurch lässt sich erreichen, dass das jeweils abzutauen de Segment durch warmes Kältemittelkondensat beheizt wird, wonach das Kältemittel als unterkühltes Kondensat direkt dem benachbarten Segment als Kältemittel zur Verdampfung zugeleitet wird.This makes it possible to defrost that de segment is heated by warm refrigerant condensate, after which the refrigerant as supercooled condensate directly the neighboring segment as a refrigerant for evaporation is forwarded.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemässen Vorrichtung ist die Einsparung an Leitungen und Armaturen, sind doch lediglich Flüssigkeits-Umgehungsleitungen des jeweiligen Expansionsventiles zu legen und desgleichen Flüssigkeits leitungen vom Verdampfersegmentaustritt zum Speisen des Expansionsventiles des benachbarten Verdampfersegmentes. Diese Leitungen sind mit kleinem Durchmesser leicht zu ver legen, die Magnetventile haben kleine Nennmasse und sind vergleichsweise billig. Als weiterer Vorteil ist das prak tisch geräuschfreie Abtauen des Verdampfers zu nennen, was bei der Aufstellung in Wohngebieten von Bedeutung ist.A major advantage of the device according to the invention is the saving on cables and fittings, after all only liquid bypass lines of each To put expansion valves and the same liquid lines from the evaporator segment outlet to feed the Expansion valves of the neighboring evaporator segment. These lines are easy to ver with a small diameter the solenoid valves have a small nominal mass and are comparatively cheap. Another advantage is practical table noiseless defrosting of the evaporator to name what is important when installing in residential areas.

Die nähere Erläuterung der Erfindung erfolgt anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit nachstehender Zeichnung. Es zeigen: The invention is explained in more detail with reference to Embodiments in connection with the following Drawing. Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Wärmepumpenanlage mit zwei paarweise zu sammengeschalteten Verdampfersegmenten, Fig. 1 is a schematic representation of a first embodiment of the inventive heat pump system with two pairs to sammengeschalteten evaporator segments,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines zwei ten Ausführungsbeispiels mit einer beliebi gen Anzahl von Verdampfersegmenten, die zur Abtauung jeweils nacheinander folgend mit einander verbunden sind. Fig. 2 is a schematic representation of a two-th embodiment with an arbitrary number of evaporator segments, which are connected to each other in succession for defrosting.

In Fig. 1 ist der Kältekreislauf einer Wärmepumpenanlage dargestellt, bestehend aus einem Kompressor 1, einem Kon densator 2, welcher über eine Leitung 21 mit einem Saug gasabscheider 3 und über eine Leitung 22 mit dem Verdampfer 5 verbunden ist, sowie einer aus Expansionsventilen 4 a, 4 b bestehenden Expansionseinrichtung 4 und einem luftbeauf schlagten Verdampfer 5, dessen Dampfleitung 24 über den genannten Sauggasabscheider 3 wiederum mit dem Kompressor 1 verbunden ist. Das Prinzip dieses Kältekreislaufes kann als bekannt vorausgesetzt werden; so kann beispielsweise der Kompressorteil 1 auch aus mehreren parallel geschalteten Kompressoren bestehen, dasselbe gilt für den Kondensator 2 und schliesslich ist erfindungsgemäss der Verdampfer 5 in zwei separat geschaltete, jeweils mit eigener Expansions einrichtung 4 a, 4 b ausgestattete Segmente 5 a, 5 b mit zuge hörigen Ventilatoren 6 a, 6 b unterteilt.In Fig. 1 the refrigeration cycle of a heat pump system is shown, consisting of a compressor 1 , a condenser 2 , which is connected via a line 21 with a suction gas separator 3 and via a line 22 to the evaporator 5 , and one of expansion valves 4 a , 4 b existing expansion device 4 and an air-loaded evaporator 5 , the steam line 24 of which is in turn connected to the compressor 1 via the suction gas separator 3 mentioned. The principle of this refrigeration cycle can be assumed to be known; For example, the compressor part 1 can also consist of several compressors connected in parallel, the same applies to the condenser 2 and, according to the invention, the evaporator 5 is in two separately connected segments 5 a , 5 b , each with its own expansion device 4 a , 4 b associated fans 6 a , 6 b divided.

Die Leitung 22 ist dabei verzweigt in zwei Zweigleitungen 22 a und 22 b. Die Zweigleitung 22 a ist über ein Magnetven til 7 a, ein Expansionsventil 4 a und eine Leitung 23 a mit dem Verdampfersegment 5 a verbunden, welches über die Lei tung 24 a und ein Magnetventil 9 a mit der Dampfleitung 24 verbunden ist. Die Zweigleitung 22 b ist analog über ein Magnetventil 7 b, ein Expansionsventil 4 b und eine Leitung 23 b mit dem Verdampfersegment 5 b verbunden, welches über die Leitung 24 b und ein Magnetventil 9 b mit der Dampflei tung 24 verbunden ist.The line 22 is branched into two branch lines 22 a and 22 b . The branch line 22 a is connected via a solenoid valve 7 a , an expansion valve 4 a and a line 23 a to the evaporator segment 5 a , which is connected via the line 24 a and a solenoid valve 9 a to the steam line 24 . The branch line 22 b is connected via a solenoid valve 7 b , an expansion valve 4 b and a line 23 b to the evaporator segment 5 b , which is connected via line 24 b and a solenoid valve 9 b to the steam line 24 .

Den Zweigleitungen 22 a, 23 a ist eine Umgehungsleitung 25 a mit einem Magnetventil 8 a zugeordnet. Den Zweigleitungen 22 b, 23 b ist entsprechend eine Umgehungsleitung 25 b mit einem Magnetventil 8 b zugeordnet. Die Leitungen 24 a und 22 b sind über eine ein Rückschlagventil 6 a aufweisende Leitung 26 a miteinander verbunden. Die Leitungen 24 b und 22 a sind über eine ein Rückschlagventil 6 b aufweisende Leitung 26 b miteinander verbunden.A branch line 25 a with a solenoid valve 8 a is assigned to the branch lines 22 a , 23 a . A bypass line 25 b with a solenoid valve 8 b is correspondingly assigned to the branch lines 22 b , 23 b . The lines 24 a and 22 b are connected to one another via a line 26 a having a check valve 6 a . The lines 24 b and 22 a are connected to one another via a line 26 b having a check valve 6 b .

Beim Normalbetrieb strömt warmes Kondensat über die Lei tung 21 vom Kondensator zum Sauggasabscheider 3, durch strömt diesen in einer geschlossenen Schleife und wird durch die Leitung 22 dem jeweiligen Verdampfersegment 5 a, 5 b zugeführt. Geöffnet sind die Magnetventile 7 a, 7 b und 9 a, 9 b. Geschlossen sind die Magnetventile 8 a, 8 b. Die Expansionsventile 4 a, 4 b speisen die Verdampfersegmente 5 a, 5 b mit Kältemittel in bekannter Weise. Das verdampfte Kältemittel strömt über die Leitungen 24 a, 24 b in die Dampf sammelleitung 24 über den Sauggasabscheider 3 zurück zum Kompressor 1.During normal operation, warm condensate flows via the line 21 from the condenser to the suction gas separator 3 , flows through it in a closed loop and is fed through line 22 to the respective evaporator segment 5 a , 5 b . The solenoid valves 7 a , 7 b and 9 a , 9 b are open. The solenoid valves 8 a , 8 b are closed . The expansion valves 4 a , 4 b feed the evaporator segments 5 a , 5 b with refrigerant in a known manner. The evaporated refrigerant flows via lines 24 a , 24 b into the steam collecting line 24 via the suction gas separator 3 back to the compressor 1 .

Meldet nun eines der Verdampfersegmente, z.B. das Segment 5 a, über eine nicht dargestellte Signalleitung Abtaubedarf und arbeiten bei Eingang dieses Signales alle Segmente im Normalbetrieb, so wird das Abtauen dieses Segmentes 5 a ein geleitet. Dabei schliessen zunächst die Magnetventile 7 a und 9 a, ebenso wird der Ventilator 6 a dieses Segmentes angehalten. Als nächstes schliesst nun auch das Magnetven til 7 b die Zufuhr von Kältemittel zum benachbarten Ver dampfersegment 5 b, gleichzeitig öffnet nun das Magnetven til 8 a und lässt über die Umgehungsleitung 25 a warmes Kon densat in das abzutauende Verdampfersegment 5 a einströmen. Dieses Verdampfersegment wirkt damit als Unterkühler für das Kältemittel, das zunächst nicht entspannt ist und deshalb durch das Rückschlagventil 6 a über die Leitung 26 a zum be nachbarten Verdampfersegment 5 b strömen kann und vom dorti gen Expansionsventil 4 b in das normal arbeitende Verdampfer segment 5 b eingespeist wird.If one of the evaporator segments, for example segment 5 a , now reports defrosting via a signal line (not shown) and if all segments work in normal operation when this signal is received, then defrosting of this segment 5 a is initiated. First, the solenoid valves 7 a and 9 a close , and the fan 6 a of this segment is stopped. Next, the solenoid valve 7 b now closes the supply of refrigerant to the adjacent evaporator segment 5 b , at the same time now opens the solenoid valve 8 a and allows warm condensate to flow into the evaporator segment 5 a via the bypass line 25 a . This evaporator segment thus acts as a condenser for the refrigerant, which is not initially relaxed and, therefore, through the check valve 6a via the line 26 b can flow to be adjacent the evaporator segment 5 a and b from the Dorti gen expansion valve 4 in the normal operating evaporator segment 5 b is fed.

Diese Schaltung wird solange beibehalten, bis durch ein geeignetes Signal, sei es ein eingestellter Zeitwert, eine Reifschichtanzeige oder ähnliches, dass Abtauende angezeigt wird. Nun schliesst das Magnetventil 8 a die weitere Zufuhr von warmem Kondensat. Das mit Kältemittel gefüllte Segment 5 a wird nun wie in einer Absaugschaltung durch das benach barte Segment 5 b leergefahren, wobei es nicht möglich ist, das Segment 5 a vollständig zu entleeren, da das Expansions ventil 4 b eine gewisse Mindestdruckdifferenz benötigt. Der Absaugvorgang kann deshalb über eine festeingestellte Zeit- oder Druckdifferenz zwischen der Leitung 26 a und 23 b ge steuert werden.This circuit is maintained until a suitable signal, be it a set time value, a frost layer display or the like, indicates that the end of the defrost. Now the solenoid valve 8 a closes the further supply of warm condensate. The segment 5 a filled with refrigerant is now emptied as in a suction circuit through the neighboring segment 5 b , it being impossible to completely empty the segment 5 a , since the expansion valve 4 b requires a certain minimum pressure difference. The suction process can therefore be controlled via a fixed time or pressure difference between the line 26 a and 23 b ge.

Geht das entsprechende Signal ein, öffnen die Magnetventile 9 a und 7 b. Damit arbeitet das Verdampfersegment 5 b wieder mit normaler Zuspeisung vom Kondensator, das Verdampfersegment 5 a wird nun vollständig entleert, wobei der Rest flüssigen Kälte mittels im Abscheider 3 aufgefangen und allmählich verdampft wird und damit dosiert dem Kompressor zugeführt wird. Der normale Betriebszustand wird schliesslich wieder herge stellt, in dem auch das Magnetventil 7 a geöffnet wird und auch für das Verdampfersegment 5 a den normalen Betrieb wieder einleitet.If the corresponding signal is received, the solenoid valves 9 a and 7 b open. So that the evaporator segment 5 b works again with normal supply from the condenser, the evaporator segment 5 a is now completely emptied, the remainder of the liquid cold being collected in the separator 3 and gradually evaporated and thus metered to the compressor. The normal operating state is finally restored, in which the solenoid valve 7 a is opened and also initiates normal operation for the evaporator segment 5 a .

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 weist prinzipiell die gleiche Schaltung auf wie in Fig. 1 bereits dargestellt, ebenso sind die Schaltvorgänge analog, mit dem Unterschied, dass die Verdampfersegmente 5 a, 5 b, 5 c etc. zum Abtauen nicht paarweise zusammengeschaltet, sondern aufeinander folgend geschaltet sind. Dabei ist die Leitung 6 b in Fig. 2 stattdessen mit dem Verdampfersegment 5 c verbunden etc.The exemplary embodiment according to FIG. 2 basically has the same circuit as already shown in FIG. 1, the switching operations are also analog, with the difference that the evaporator segments 5 a , 5 b , 5 c etc. are not connected together in pairs for defrosting, but instead are switched in succession. The line 6 b in FIG. 2 is instead connected to the evaporator segment 5 c , etc.

Als besonderer Vorteil dieser Schaltung wurde gefunden, dass damit das Abtauen praktisch ohne Einbusse an Heizenergie durchgeführt wird. Das stark unterkühlte Kältemittel aus dem abzutauenden Verdampfersegment erhöht die Leistung des nachgeschalteten Verdampfersegmentes. Weiter wurde gefun den, dass bei tieferen Verdampfertemperaturen die Kompres soren weniger Kälteleistung aufbringen können, die Weg schaltung eines Segmentes und dafür die stärkere Unterküh lung des Kältemittels für ein anderes Segment praktisch keine Einbusse an Heizleistung im Kondensator bringt und insgesamt die Jahresheizzahl der Wärmepumpenanlage verbes sert wird gegenüber Wärmepumpenanlagen mit Heissgasabtauung.A particular advantage of this circuit was found that defrosting is practically without loss of heating energy is carried out. The strongly supercooled refrigerant the evaporator segment to be defrosted increases the performance of the downstream evaporator segment. Further was found that at lower evaporator temperatures the compresses sensors can provide less cooling capacity that way switching a segment and therefore the stronger hypothermia refrigerant for another segment no loss of heating power in the condenser and overall the annual heating number of the heat pump system verbes is compared to heat pump systems with hot gas defrosting.

Claims

1. Heat pump system with defrosting device for iced evaporators, the circuit of which, in addition to at least two evaporator segments, has a compressor, a condenser and an expansion valve upstream of the respective evaporator segment, characterized in that a bypass line is assigned to the expansion valve and that at least one connecting line is provided between adjacent evaporator segments is such that, when the expansion valve is blocked, a direct supply of warm refrigerant to the respective evaporator segment is ensured, the refrigerant being passed on as a supercooled condensate via the connecting line to the adjacent evaporator segment after the defrosting process has been carried out.

2. Heat pump according to claim 1, characterized in that the connecting line to the neighboring evaporator segment pre-assigned to this expansion valve is switched.

3. Heat pump according to claim 1, characterized in that the bypass line has a valve which with a pressure sensor in the assigned evaporator segment is bound.

4. Heat pump according to claim 3, characterized in that the valve is controlled by a timing relay.

5. Heat pump with more than two evaporator segments, in remaining according to claim 1, characterized in that the supercooled condensate from the defrosting evaporator segment distributed to all other evaporator segments at the same time and due to the large amount of condensate flowing down thawing time is reduced.