DE3902745C2 - Wärmepumpenanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpenanlage mit einem Verdampfer, einem Verdichter, einem Kondensator und einem Expansionsventil im Kältemittelkreislauf, wobei der Kondensator Wärme auf einen Warmwasserspeicher überträgt und daß der Kondensator in einen Vorkondensator und in einen Nachkondensator aufgeteilt ist, daß zwischen den Vorkondensator und den Nachkondensator ein Wärmetauscher geschaltet ist, der am oder im Verdichter angeordnet ist, und daß dem Nachkondensator ein Sammler für verflüssigtes Kältemittel nachgeschaltet ist, der mit dem Warmwasserspeicher in wärmeleitender Verbindung steht, und daß dem Sammler ein weiterer Wärmetauscher nachgeschaltet ist, der Restwärme des verflüssigten Kältemittels auf das verdampfte Kältemittel überträgt.

Ein solches Gerät ist von der dänischen Fa. Vestfrost unter der Typenbezeichnung "BLW 304-18R" und "BLW 304-18RTW" seit Jahren im Vertrieb und in dem Prospekt "Energiesparen mit Komfort" (Impressum: 8823-cobs reklame- & marketingbureau arnold thomsen a-s, esbjerg) veröffentlicht.

Mit derartigen Wärmepumpenanlagen läßt sich im Dauerbetrieb das Brauchwasser nur auf Temperaturen unter 60°C erwärmen, denn höhere Brauchwassertemperaturen würden Kondensationstemperaturen von 65°C bis 70°C erfordern. Diese wiederum würden voraussetzen, daß die Heißgastemperaturen im Verdichter deutlich über 110°C liegt. Mit einer zu hohen Heißgastemperatur wäre verbunden, daß die Temperatur des Verdichters selbst deutlich über 75°C liegt. Eine derartig hohe Heißgastemperatur und eine derart hohe Verdichtertemperatur ist bei üblichen Verdichtern im Dauerbetrieb unzulässig, da der Verdichter dabei geschädigt würde.

Nach dem Stand der Technik wird dann, wenn größere Brauchwassertemperaturen als 60°C gefordert sind, in dem Warmwasserspeicher ein elektrischer Zusatzheizkörper eingeschaltet. Dieser liegt aus Gründen einer gewünschten zeitabhängigen Warmwasserdarbietung oben im Warmwasserspeicher. Dies hat zur Folge, daß das Wasser unten im Warmwasserspeicher nicht auf eine Temperatur über 60°C gebracht werden kann. Abgesehen davon, daß der Betrieb des elektrischen Zusatzheizkörpers nicht besonders wirtschaftlich ist, ist dies ungünstig, weil dann die Gefahr besteht, daß sich unten im Warmwasserspeicher Bakterien, wie Legionellen, vermehren können, die erst bei einer Temperatur über 60°C abgetötet werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Wärmepumpenanlage der eingangs genannten Art so auszulegen, daß das Brauchwasser des Wasserspeichers auf eine Temperatur über 60°C gebracht werden kann, ohne daß im Dauerbetrieb die Heißgastemperatur 110°C und die Temperatur des Verdichters, insbesondere dessen Öltemperatur, 80°C überschreitet.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einer Wärmepumpenanlage der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der weitere Wärmetauscher so ausgelegt ist, daß im Dauerbetrieb die Temperatur des verdampften Kältemittels etwa 45°C nicht übersteigt, und daß das Volumen des Sammlers so groß ist, daß er etwa 20% bis 30% des verflüssigten Kältemittels aufnimmt.

Durch den Wärmetauscher wird einerseits der Verdichter, nämlich sein Gehäuse bzw. seine Ölfüllung, gekühlt, so daß seine Temperatur unter 80°C bleibt. Andererseits wird die dem Verdichter entzogene Wärme dem Brauchwasser zugeführt. Im Sammler sammelt sich verflüssigtes Kältemittel. Dabei wird mit einer Kältemittelmenge des Kältemittelkreislaufes gearbeitet, die größer als üblich ist. Das verflüssigte Kältemittel des Sammlers hat in diesem eine vergleichsweise lange Verweildauer. Seine Wärme wird auf den Warmwasserspeicher übertragen.

Durch die genannte Anordnung läßt sich Brauchwasser im Dauerbetrieb auf über 60°C erwärmen. Günstig dabei ist, daß einerseits etwa vorhandene Legionellen abgetötet werden und andererseits die pro Zeiteinheit aus dem Warmwasserspeicher zapfbare Mischwassermenge größer ist als dann, wenn das Brauchwasser nur bis zu 55°C erwärmt wäre.

Vorteilhaft ist auch, daß ein elektrischer Heizkörper nicht nötig ist. Der Betrieb ist damit wirtschaftlicher. Im übrigen ist auch günstig, daß sich fast der gesamte Inhalt des Warmwasserspeichers auf die Temperatur größer 60°C erwärmen läßt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Schaltschema der Wärmepumpenanlage und

Fig. 2 einen Kondensator der Wärmepumpenanlage, abgewickelt.

Eine Wärmepumpenanlage weist einen luftdurchströmten Verdampfer (1) auf. Diesem ist ein ölgeschmierter Verdichter (2) nachgeschaltet, der mit einer Ölwanne (3) versehen ist. Im Kältemittelkreislauf folgt auf den Verdichter (2) ein Kondensator (4). Dieser ist plattenförmig ausgebildet (vgl. Fig. 2) und umschließt ringförmig einen Warmwasserspeicher (5) in dessen unterem Bereich (vgl. Fig. 1). Der Warmwasserspeicher (5) ist an das Brauchwassernetz angeschlossen.

Der Kondensator (4) ist in einen Vorkondensator (6) und in einen Nachkondensator (7) unterteilt. Der Vorkondensator (6) und der Nachkondensator (7) sind jeweils von einem Röhrensystem (vgl. Fig. 2) gebildet. An den Nachkondensator (7) schließt sich ein Sammler (8) an. Dieser ist von einem Mehrkammersystem gebildet und ebenfalls an dem plattenförmigen Bauteil (9) vorgesehen, welches auch den Vorkondensator (6) und den Nachkondensator (7) gestaltet. An dem plattenförmigen Bauteil (9) nimmt der Vorkondensator (6) etwa die Hälfte der Fläche ein. Der Nachkondensator (7) und der Sammler (8) belegen die übrige Hälfte des Bauteils (9). Der Sammler (8) erstreckt sich etwa über 20% bis 30% der Hälfte der Fläche des plattenförmigen Bauteils (9).

Der Vorkondensator (6) weist einen Eingang (10) auf, der an den Verdichter (2) angeschlossen ist. Er ist mit einem Ausgang (11) versehen. Der Nachkondensator (7) weist einen Eingang (12) auf. Der Sammler (8) mündet in einen Ausgang (13). An den Ausgang (11) und den Eingang (12) ist ein Wärmetauscher (14) angeschlossen, der in der Ölwanne (3) des Verdichters (2) angeordnet ist.

Der Ausgang (13) des Sammlers (8) ist mit einem weiteren Wärmetauscher (15) verbunden. Dieser liegt saugseitig vor dem Verdichter (2). Im Kältemittelkreis folgt auf den weiteren Wärmetauscher (15) ein Trockner (16), an dem ein Expansionsventil (17) angeschlossen ist. Zwischen dem Expansionsventil (17) und dem Trockner (16) liegt ein Hochdruckwächter (18). Das Expansionsventil (17) liegt vor dem Verdampfer (1). Es ist in Abhängigkeit von der Verdampfertemperatur gesteuert.

Der beschriebene Kältemittelkreislauf ist mit etwa 950 g Kältemittel R12 gefüllt. Vergleichbare Wärmepumpenanlagen arbeiten mit etwa 700 g Kältemittel. Es ist hier gezielt eine demgegenüber größere Kältemittelmenge verwendet, damit der Sammler (8) mit verflüssigtem Kältemittel gefüllt ist und dieses verflüssigte Kältemittel infolge einer vergleichsweise langen Verweilzeit eine ins Gewicht fallende Wärmemenge an den Warmwasserspeicher (5) abgibt.

Die Funktion der beschriebenen Wärmepumpenanlage ist, soweit hier von Interesse, im wesentlichen folgende:

Bei den nachfolgenden Zahlenangaben ist von den für die Gefahr der Überhitzung des Verdichters (2) ungünstigsten Bedingungen ausgegangen, daß nämlich die den Verdampfer (1) überströmende Luft sehr warm ist und die Wärmepumpenanlage im Dauerbetrieb betrieben wird, wobei unter Dauerbetrieb eine Zeitspanne verstanden wird, innerhalb der auch bei hohem Warmwasserbedarf eine Solltemperatur von größer als 60°C im Speicher längst erreicht ist.

Das im Verdampfer (1) verdampfte Kältemittel wird vom Verdichter (2) angesaugt. Es wird dabei im weiteren Wärmetauscher (15) erwärmt, so daß sich an der Stelle (a) im Dauerbetrieb des Verdichters (2), beispielsweise nach 11 h, eine Sauggastemperatur von bis zu 45°C einstellen kann. Erst dann erreicht die Heißgastemperatur an der Stelle (b) den Grenzwert von 110°C. Die Kondensationstemperatur an der Stelle (c) , am Ausgang (11) des Vorkondensators (6) liegt dann bei etwa 70°C. Das Kondensat strömt weiter durch den Wärmetauscher (14) und verhindert noch, daß die Öltemperatur 80°C übersteigt.

Die über den Wärmetauscher (14) aus der Ölwanne (3) abgeleitete Wärme wird im Nachkondensator (7) und dem Sammler (8) auf den Warmwasserspeicher (5) übertragen. Da der Sammler (8) sehr weit unten am Warmwasserspeicher (5) angeordnet ist, verbleibt in diesem kaum ein nicht beheizter Sumpf. Das Kondensat wird danach im weiteren Wärmetauscher (15) gekühlt und gelangt über den Trockner (16) und das Expansionsventil (17) wieder zum Verdampfer (1).

Messungen haben gezeigt, daß in dem Fall, daß die Lufttemperatur am Verdampfer (1) etwa 5°C beträgt, die kritische Heißgastemperatur von 110°C erst nach einem Dauerbetrieb von 24 h erreicht wird. In diesem Fall steigt die Temperatur in der Ölwanne (3) kaum über 70°C. Die Sauggastemperatur erreicht nur etwa 30°C.

Im normalen Betrieb, bei dem die Wärmepumpe längst abgeschaltet hat, bevor die Heißgas-Grenztemperatur von 110°C erreicht ist, weil das Brauchwasser im Warmwasserspeicher (5) die gewünschte Solltemperatur von über 60°C zuvor erreicht hat, unterstützen der Wärmetauscher (14), der Nachkondensator (7) und der Sammler (8) die Erwärmung des Brauchwassers. Der weitere Wärmetauscher (15) erhöht in diesem Fall die Sauggastemperatur in gewünschter Weise, womit gleichzeitig eine verbesserte Abkühlung des Kondensats verbunden ist.

Claims (6)

1. Wärmepumpenanlage mit einem Verdampfer, einem Verdichter, einem Kondensator und einem Expansionsventil im Kältemittelkreislauf, wobei der Kondensator Wärme auf einen Warmwasserspeicher überträgt und daß der Kondensator in einen Vorkondensator und in einen Nachkondensator aufgeteilt ist, daß zwischen den Vorkondensator und den Nachkondensator ein Wärmetauscher geschaltet ist, der am oder im Verdichter angeordnet ist, und daß dem Nachkondensator ein Sammler für verflüssigtes Kältemittel nachgeschaltet ist, der mit dem Warmwasserspeicher in wärmeleitender Verbindung steht, und daß dem Sammler ein weiterer Wärmetauscher nachgeschaltet ist, der Restwärme des verflüssigten Kältemittels auf das verdampfte Kältemittel überträgt, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Wärmetauscher (15) so ausgelegt ist, daß im Dauerbetrieb die Temperatur des verdampften Kältemittels etwa 45°C nicht übersteigt, und daß das Volumen des Sammlers (8) so groß ist, daß er etwa 20% bis 30% des verflüssigten Kältemittels aufnimmt.

2. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorkondensator (6) und der Nachkondensator (7) gemeinsam an einem plattenförmigen Bauteil (9) ausgebildet sind, das den Warmwasserspeicher (5) in seinem unteren Bereich ringförmig umschließt.

3. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auch der Sammler (8) an dem plattenförmigen Bauteil (9) ausgebildet ist.

4. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorkondensator (6) etwa 50% der Fläche des plattenförmigen Bauteils (9) einnimmt.

5. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammler (8) etwa 20% bis 30% der Hälfte der Fläche des plattenförmigen Bauteils (9) einnimmt.

6. Wärmepumpenanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (14) so ausgelegt ist, daß im Dauerbetrieb die Temperatur des Verdichtergehäuses (2) 80°C nicht übersteigt.