DE4321161A1 - Wärmepumpenanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpenanlage mit einem Wärmespeicher im Wärmepumpenkreislauf hinter dem Kondensator und vor dem Expansionsventil, der Wärmeenergie zum Abtauen des Verdampfers bereithält.

Eine derartige Wärmepumpenanlage ist in der DE 30 12 541 A1 beschrieben. Der Wärmespeicher entzieht während des Wärmepumpenbetriebs dem Kältemittel hinter dem Kondensator Restwärme. Diese wird gespeichert und im Abtaubetrieb dem Verdampfer zugeführt, um an diesem eine Reif- oder Eisbildung zu beseitigen. Dadurch erübrigt es sich, zum Abtauen zusätzliche elektrische Energie einzusetzen.

Bei der DE 30 12 541 A1 ist für das Abtauen ein eigener, geschlossener Wärmeträgerkreis mit eigener Abtaupumpe nötig. Dies macht die Anlage aufwendig. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der zum Abtauen vorgesehene Wärmeträgerkreis eine zusätzliche Verrohrung am Verdampfer notwendig macht. Einerseits verteuert dies den Aufbau des Verdampfers. Andererseits nimmt die zusätzliche Verrohrung am Verdampfer Platz ein, der für die eigentliche Funktion des Verdampfers, nämlich Wärme aus der Umgebung aufzunehmen, verlorengeht. Um diesen Flächenverlust zu beheben, müßte der Verdampfer entsprechend größer aufgebaut sein.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Wärmepumpenanlage der eingangs genannten Art hinsichtlich des Abtauens zu verbessern.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einer Wärmepumpenanlage der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß zwischen dem Ausgang des Verdichters und dem Eingang des Verdampfers ein Parallelzweig der Kältemittelleitung verläuft, in dem ein Absperrventil angeordnet ist, daß zwischen dem Ausgang des Verdampfers und dem Eingang des Verdichters ein Umschaltventil angeordnet ist, durch das der Kältemittelstrom entweder sekundärseitig durch den Wärmespeicher oder direkt zum Verdichter leitbar ist, und daß zum Abtauen des Verdampfers das Absperrventil offen und das Umschaltventil so geschaltet ist, daß der Verdichter Kältemittel durch den Wärmespeicher und über das Absperrventil zum Verdampfer fördert.

Für den Abtaubetrieb ist keine eigene Pumpe und kein eigener Zusatzkreislauf nötig, weil zum Abtauen das Kältemittel selbst mittels des Verdichters über den Parallelzweig der Kältemittelleitung zum Verdampfer gefördert wird. Außerdem ist am Verdampfer keine zusätzliche Verrohrung nötig. Das zum Abtauen des Verdampfers geförderte Kältemittel fließt durch die gleichen Rohre des Verdampfers, durch die das Kältemittel auch im Wärmepumpenbetrieb strömt. Dadurch ist der Aufbau der Wärmepumpe hinsichtlich der für das Abtauen notwendigen Gestaltung erheblich vereinfacht.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch die genannte Einrichtung das Abtauen beschleunigt wird. Es wird also die auf den Gesamtbetrieb bezogene Abtaudauer reduziert. Eine wesentliche zusätzliche elektrische Leistung braucht hierfür nicht eingesetzt zu werden.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist der Wärmespeicher ein Latentspeicher. Dieser entzieht während des Heizzyklusses dem Kältemittel hinter dem Kondensator zusätzlich Unterkühlungsenergie. Mit einer größeren Unterkühlung des Kältemittels im Heizbetrieb ist eine höhere Heizleistung bzw. Wirtschaftlichkeit der Wärmepumpenanlage verbunden. Durch die zusätzliche Unterkühlung wird der Flash-Gas-Anteil hinter dem Expansionsorgan im Kältemittel herabgesetzt.

Vorzugsweise arbeitet der Latentspeicher mit einem Latentwärmespeichermedium, dessen Schmelztemperatur und Kristallisationstemperatur im Bereich zwischen +10°C und +30°C liegen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Die Figur zeigt eine Wärmepumpenanlage schematisch.

In einem Kältemittelkreislauf liegen ein Verdichter (1), ein Kondensator (2), ein Wärmespeicher (3), ein Trockner (4), ein Schauglas (5), ein steuerbares Expansionsventil (6) und ein Verdampfer (7).

An den Kondensator (2) ist ein Wärmeverbraucherkreis (8) einer Raumheizung angeschlossen.

Im Wärmespeicher (3) sind ein erster Wärmetauscher (9) und ein zweiter Wärmetauscher (10) angeordnet. Der erste Wärmetauscher (9) liegt im Strömungsmittelkreislauf hinter dem Kondensator (2) und vor dem Expansionsventil (6). Der zweite Wärmetauscher (10) liegt über ein Umschaltventil (11) am Ausgang (12) des Verdampfers (7) und am Eingang (13) des Verdichters (1). Im Wärmespeicher (2) befindet sich ein Latentwärme-Speichermedium, dessen Schmelztemperatur und dessen Kristallationstemperatur zwischen +10°C und +30°C liegen.

Der Verdampfer (7) weist ein Gebläse (14) auf, durch das Lamellen (15) des Verdampfers (7) mit Umgebungsluft beaufschlagbar sind. Unten am Verdampfer (7) ist eine Abtropfwanne (16) angeordnet, durch welche ein Leitungszug (17) der Kältemittelleitung geführt ist, der zwischen dem ersten Wärmetauscher (9) und dem Trockner (4) liegt.

Zwischen dem Ausgang (18) des Verdichters (1) und dem Eingang (19) des Verdampfers (7) verläuft ein Parallelzweig (20) der Kältemittelleitung. Der Parallelzweig (20) liegt parallel zur Reihenschaltung des Kondensators (2), des ersten Wärmetauschers (9), des Leitungsstücks (17) und des Expansionsventils (6). In dem Parallelzweig (20) ist ein Absperrventil (21) angeordnet. Im Wärmepumpen-Heizbetrieb ist das Absperrventil (21) geschlossen und das Umschaltventil (11) ist so gestellt, daß das Kältemittel vom Ausgang (12) des Verdampfers (7) direkt zum Eingang (13) des Verdichters (1) strömt. Die Kältemittelströmung im Heizbetrieb ist in der Figur mit (H) bezeichnet.

Im Heizbetrieb bringt die im Kältemittel hinter dem Kondensator (2) noch enthaltene Wärme das Latentspeichermedium im Speicher (3) zum Schmelzen, so daß in diesem Wärmeenergie infolge der Schmelzenthalpie gespeichert wird.

Im Laufe des Heizbetriebs wird der Verdampfer (7) bereifen bzw. vereisen. Um ihn abzutauen wird nun das Absperrventil (21) geöffnet und das Umschaltventil (11) umgeschaltet. Dies kann automatisch durch entsprechende, am Verdampfer (7) angeordnete Sensoren geschehen. Der Verdichter (1) läuft weiter und fördert nun Kältemittel durch den zweiten Wärmetauscher (10) und durch den Parallelzweig (20) über das Absperrventil (21) in den Verdampfer (7). Im zweiten Wärmetauscher (10) wird das Kältemittel erwärmt, wobei das Latentspeichermedium wieder kristallisieren kann. Diese Wärme wird auf den Verdampfer (7) übertragen, so daß dieser abtaut. In der Figur ist der Abtaukreislauf mit (A) bezeichnet.

Im Abtaubetrieb kann ein Teilstrom des Kältemittels weiter über den Kondensator (2) ziehen.

Claims (5)

1. Wärmepumpenanlage mit einem Wärmespeicher im Wärmepumpenkreislauf hinter dem Kondensator und vor dem Expansionsventil, der Wärmeenergie zum Abtauen des Verdampfers bereithält, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang (18) des Verdichters (1) und dem Eingang (19) des Verdampfers (7) ein Parallelzweig (20) der Kältemittelleitung verläuft, in dem ein Absperrventil (21) angeordnet ist, daß zwischen dem Ausgang (12) des Verdampfers (7) und dem Eingang (13) des Verdichters (1) ein Umschaltventil (11) angeordnet ist, durch das der Kältemittelstrom entweder sekundärseitig durch den Wärmespeicher (3) oder direkt zum Verdichter (1) leitbar ist, und daß zum Abtauen des Verdampfers (7) das Absperrventil (21) offen und das Umschaltventil (11) so geschaltet ist, daß der Verdichter (1) Kältemittel durch den Wärmespeicher (3) und über das Absperrventil (21) zum Verdampfer (7) fördert.

2. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher (3) ein Latentspeicher ist.

3. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Latentspeichermedium eine Schmelztemperatur und eine Kristallisationstemperatur zwischen +10°C und +30°C aufweist.

4. Wärmepumpenanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher (3) hinter dem Kondensator (2) und vor einem Leitungszug (17) angeordnet ist, der durch eine Abtropfwanne (16) des Verdampfers (7) verläuft.

5. Wärmepumpenanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Wärmespeicher (3) ein erster Wärmetauscher (9), der hinter dem Kondensator (2) liegt, und ein zweiter Wärmetauscher (10) angeordnet sind, der zwischen den Ausgang (12) des Verdampfers (7) und den Eingang (13) des Verdichters (1) geschaltet ist.