DE7528976U - EVAPORATOR DEVICE FOR A HEAT PUMP - Google Patents
EVAPORATOR DEVICE FOR A HEAT PUMPInfo
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Description
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. Hane-A. Braune. Hane-A. Tan
10. Dezember 1975 50 985December 10, 1975 50 985
0 75 289 70.8 AMOUR PLORIDE NIETO 18 rue de la Republique, 82100 Castelsarrasin, Frankreich0 75 289 70.8 AMOUR PLORIDE NIETO 18 rue de la Republique, 82100 Castelsarrasin, France
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Verdampfereinrichtung für eine WärmepumpeEvaporator device for a heat pump
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verdampfereinheit für eine Wärmepumpe, wobei der Verdampfer oder Wärmeaufnehmer seine Wärme durch eine Luftströmung erhält.The present invention relates to an evaporator unit for a heat pump, the evaporator or heat absorber being its Receives heat from a flow of air.
Bei derartigen Varmepumpen tritt, wenn die Temperatur der Luft, welche man die Wärme entzieht, sich (vor Durchtritt durch den Kessel) auf einer Temperatur unterhalb näherungsweise von +3° C bis +7° C befindet, eine Kondensation des in dieser Luft enthaltenen Wassers und eine Vereisung der Rippen des Verdampfers oder Wärmeempfangers.Vom Auftreten dieser Vereisung an verringert sich die Qualität des thermischen Wärmeaustausches erheblich und die Wärmepumpe arbeitet nicht mehr. In such heat pumps, when the temperature of the air from which the heat is extracted is (before it passes through the boiler) at a temperature below approximately + 3 ° C to + 7 ° C, condensation of the water contained in this air occurs and icing of the fins of the evaporator or heat receiver. As soon as this icing occurs, the quality of the thermal heat exchange is significantly reduced and the heat pump no longer works.
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Bis jetzt wurde keine befriedigende Lösung vorgeschlagen, um diesem Umstand abzuhelfen.So far, no satisfactory solution has been proposed to to remedy this circumstance.
Praktisch werden gegenwärtig folgende Lösungen verwendet; In practice, the following solutions are currently used;
a) Der Zyklus der Wärmepumpe wird periodisch umgeschaltet, wobei der Verdampfer als Kondensator eingesetzt wird und umgekehrt. Auf diese Weise enteist sich der Verdampfer bei seiner erneuten Erwärmung, wonach die Wärmepumpe erneut ihre normale Funktion aufnimmt, bis sie wieder vereist und der Zyklus sich wiederholt. a) The cycle of the heat pump is switched periodically, using the evaporator as a condenser and vice versa. In this way, the evaporator defrosts itself when it is heated again, after which the heat pump resumes its normal function until it freezes again and the cycle repeats itself.
b) Me Wärmepumpe oder der thermodynamische Generator wird ausser Betrieb gesetzt, sobald eine Vereisung auftritt und elektrische Widerstände heizen unmittelbar das Fluid, welches durch die thermodynamische Kesselanlage beheizt werden soll.b) Me heat pump or the thermodynamic generator will put out of operation as soon as icing occurs and electrical resistances immediately heat the fluid, which should be heated by the thermodynamic boiler system.
c) Eine dritte Lösung besteht schliesslich darin, dass die Austauschfläche des Verdampfers und der Rippenabstand desselben in solcher Weise vergrössert wird^ dass eine Verdampfung von Arbeitsfluid bei einer negativen Temperatur und insbesondere einer tieferen Temperatur möglich ist und auf diese Weise die Wärme der durch den Verdampfer hindurchtretende Luft wiedergewonnen wird (wenn auch auf einer sehr tiefen Temperatur). Dabei ist es offensichtlich notwendig, den Verdampfer stark überzudimensionieren und einen stärkeren Verdichter einzusetzen, wodurch sich die Herstellungs- und Betriebskosten erhöhen.c) Finally, a third solution is that the Exchange area of the evaporator and the distance between the ribs of the same are enlarged in such a way that evaporation occurs of working fluid at a negative temperature and in particular a lower temperature is possible and in this way recovered the heat of the air passing through the evaporator will (albeit at a very low temperature). In doing so, it is obviously necessary to keep the vaporizer strong oversize and use a more powerful compressor, whereby the manufacturing and operating costs increase.
Was die Lösungen a) und b) betrifft, so werden sie, falls sie nicht bei der Herstellung sehr viel kostspieliger sind als die klassischen Wärmepumpen, während des Betriebs unwirksam oder sehr teuer, und zwar zu einem Zeitpunkt, wo die Wärmepumpe am dringendsten benötigt wird, d. h. wenn die Temperatur der atmosphärischen Luft, der Wärme entzogen werden soll, unterhalb des bereits erwähnten Bereichs von +3° C bis +7° C fällt.As for solutions a) and b), unless they are much more expensive to manufacture than the classic heat pumps, ineffective or very expensive during operation, at a time when the heat pump is most needed, d. H. when the temperature of the atmospheric air from which heat is to be extracted is below of the already mentioned range of + 3 ° C to + 7 ° C.
Lie erfindungsgemasse Verdampfereinheit beseitigt diese Nachteile. The evaporator unit according to the invention eliminates these disadvantages.
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Sie zeichnet sich durch einen Wärmetauscher aus, der, bezogen auf die Strömungsrichtung der durch den Verdampfer tretenden Luft, vor diesem angeordnet ist, wobei der Wärmetauscher über eine Abzweigung mit der an den Kondensator der Wärmepumpe angeschlossenen Verbraucherleitung verbunden ist.It is characterized by a heat exchanger, which, based on the direction of flow, passes through the evaporator Air, is arranged in front of this, wherein the heat exchanger is connected via a branch to the consumer line connected to the condenser of the heat pump.
Die Erfindung wird anschliessend anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:The invention will then be described with reference to the drawings. Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Wärmepumpe, und1 shows a schematic representation of an inventive Heat pump, and
Pig. 2 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemässen Wärmepumpe.Pig. 2 is a schematic view of a further embodiment a heat pump according to the invention.
In Fig. 1 ist im Innern eines gestrichelt gezeichneten Kästchens 1 eine klassische Wärmepumpe eingetragen, welche ihre Wärme aus einer durch Pfeile 2 angedeuteten Luftströmung entnimmt, die durch den Wärmeempfänger 3 oder Verdampfer der Kesselanlage tritt. Die Luftströmung, welche durch den Verdampfer hindurchgetreten ist, und dort ihre Wärme abgegeben hat, ist durch Pfeile 2* angedeutet und kehrt zur Umgebungsatmosphäre zurück. Die thermodynamische Kesselanlage enthält ferner einen Verdichter 4 und einen Kondensator 5, wo das gemäss dem Pfeil 6 umgewälzte Arbeitsmedium bei seiner Kondensation die Wärme abgibt, die es vom Verdampfer 3 erhalten hat (sowie jene, die auf das Arbeitsmedium durch den Betrieb des Verdichters M übergegangen ist). Die Kondensationswärme des Arbeitsmediums wird mittels des Fluids wiedergewonnen, welches mit Hilfe der Umwälzvorrichtung 8 in einem nicht dargestellten Kreislauf 7 gemäss dem Pfeil 9 umgewälzt wird und welcher beispielsweise, jedoch nicht ausschliesslich, aus Warmwasserheizkörpern für eine Wohnraumheizung besteht.In Fig. 1, a classic heat pump is entered in the interior of a dashed box 1, which takes its heat from an air flow indicated by arrows 2, which passes through the heat receiver 3 or the evaporator of the boiler system. The air flow that has passed through the evaporator and given off its heat there is indicated by arrows 2 * indicated and returns to the ambient atmosphere. The thermodynamic boiler system also contains a compressor 4 and a condenser 5, where the working medium circulated according to the arrow 6 gives off the heat during its condensation, which it from Evaporator 3 has received (as well as those that have passed to the working medium through the operation of the compressor M). The heat of condensation of the working medium is recovered by means of the fluid, which with the help of the circulation device 8 in one circuit 7, not shown, is circulated according to arrow 9 and which, for example, but not exclusively, consists of hot water radiators for heating the living area.
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Erfindungsgemäss ist zur Vermeidung einer Vereisung dee Verdampfers 3 ein Wärmetauscher 10 in der Strömung der Heizluft angeordnet, und zwar bezogen auf die Luftströmung stromaufwärts des Verdampfers 3. Sie Aufgabe des Wärmetauschers 10 besteht darin, die Luftströmung 2 aufzuheizen, bis sie eine ausreichende Temperatur erreicht, die höher als +3° G bis +7° C liegt, um eine Vereisung des Wärmeempfängers 3 zu vermeiden und einen Wärmeaustausch zu ermöglichen. Der Wärmetauscher 10 wird durch ein Fluid beheizt, welches die Wärme ausnützt, die von der. Wärmepumpe geliefert wird. Im vorliegenden Falle besteht dieses Fluid aus dem von der Kesselanlage aufgeheizten Fluid« welches im Kreislauf 7 umgewälzt wird und welches mit einer Abzweigung 11 ausgestattet ist, die zur Versorgung des Wärmetauschers 10 mit erwärmter Flüssigkeit dient, wobei die erwärmte Flüssigkeit in der Abzweigung gemäss den Pfeilen 9' zirkuliert.According to the invention, in order to prevent the evaporator 3 from icing up, there is a heat exchanger 10 in the flow of the heating air arranged, based on the air flow upstream of the evaporator 3. It is the task of the heat exchanger 10 is to heat the air flow 2 until it reaches a sufficient temperature, higher than + 3 ° G to + 7 ° C, to to avoid icing of the heat receiver 3 and to enable heat exchange. The heat exchanger 10 is through a fluid heated, which uses the heat generated by the. Heat pump is supplied. In the present case this exists Fluid from the fluid heated by the boiler system, which is circulated in circuit 7 and which has a branch 11 is equipped, which is used to supply the heat exchanger 10 with heated liquid, the heated liquid in the junction according to the arrows 9 'circulates.
Ein in der Luftströmung 2 angeordnetes, durch einen Wärmefühler gesteuertes Ventil 15 öffnet sich, sobald die Temperatur der Luftströmung 2 unter einen vorgegebenen Wert (beispielsweise +7° C) abfällt und setzt die erfindungsgemässe Anlage in Betrieb, indem erwärmtes Fluid in der Abzweigung 11 entsprechend den Pfeilen 9* in solcher Weise zirkuliert, dass eine Eisbildung am Verdampfer 3 vermieden wird. Bei einer Temperatur der Luftströmung 2, die höher liegt als der vorausgehend genannte Wert, bleibt das Ventil 15 geschlossen, um in diesem Falle eine Umwälzung 9' zu vermeiden.One arranged in the air flow 2 by a heat sensor Controlled valve 15 opens as soon as the temperature of the air flow 2 falls below a predetermined value (for example + 7 ° C) drops and puts the system according to the invention into operation, in that heated fluid in the branch 11 accordingly the arrows 9 * circulates in such a way that ice formation on the evaporator 3 is avoided. At a temperature of Air flow 2, which is higher than the aforementioned value, the valve 15 remains closed, in this case to avoid a circulation 9 '.
In dem Fall, wo gemäss Fig. 2 das aufzuheizende Fluid nicht in dem geschlossenen Kreislauf 7 umläuft, sondern aus einer Luftströmung 12 bestehen kann, welche zu ihrer Aufheizung durch den Kondensator 5 hindurchtritt, wird die aus dem Kondensator austretende Strömung 12' einem Verbraucher zugeführt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind zwei gleichwertige Ausführungsformen möglich.In the case where, according to FIG. 2, the fluid to be heated does not circulate in the closed circuit 7, but from a Air flow 12 can exist, which passes through the condenser 5 in order to heat it up, becomes the one from the condenser exiting flow 12 'supplied to a consumer. As part of Two equivalent embodiments are possible of the present invention.
Eine Ausführungsform besteht darin, im Kreislauf der Arbeitsfluid der Wärmepumpe eine Abzweigung 13 vorzusehen, um dasOne embodiment consists in providing a branch 13 in the circuit of the working fluid of the heat pump in order to
Arbeitsmedium entsprechend dem Pfeil 61 dem Wärmetauscher 10 zuzuführen, so dass der Wärmetauscher aufgeheizt wird (diese Ausfuhrungsform ist in Fig. 2 dargestellt).To supply the working medium to the heat exchanger 10 according to the arrow 6 1 , so that the heat exchanger is heated (this embodiment is shown in FIG. 2).
Die andere Ausführungsform besteht darin, in der Luftströmung 12*,die bei ihrem Eintritt in den Kondensator 5 erwärmt wird, eine Abzweigung 14 vorzusehen, welche einen Teil der erzeugten erwärmten Luft mittels nicht dargestellter Leitungen in die Strömung 2 leitet, welche dadurch vergrössert und auf eine Temperatur zwischen +3° C und +7° G erwärmt'wird, welche erforderlich ist, um bei ihrer Strömung durch den Verdampfer 3 eine Vereisung zu verhindern. In diesem Falle arbeitet der Kondensator 5 als Wärmetauscher 10 für den Anteil 14 der Strömung 12*. The other embodiment consists in providing a branch 14 in the air flow 12 * , which is heated when it enters the condenser 5, which leads part of the heated air generated into the flow 2 by means of lines (not shown), which is thereby enlarged and opened a temperature between + 3 ° C and + 7 ° G is heated, which is necessary to prevent icing as it flows through the evaporator 3. In this case, the condenser 5 works as a heat exchanger 10 for the portion 14 of the flow 12 *.
Wie aus der vorausgehenden Beschreibung ersichtlich ist, beseitigt die erfindungsgemässe Wärmepumpe alle Nachteile der Lösungen a), b) und c) gemäss dem Stand der Technik. Die Kosten sind dabei sowohl in der Herstellung wie im Betrieb dank der zusätzlichen Verwendung lediglich eines einfachen Wärmetauschers · unä des wirtschaftlichen Einsatzes der von der thermodynamischen Kesselanlage gelieferten Wärme sehr niedrig.As can be seen from the preceding description, eliminated the heat pump according to the invention has all the disadvantages of solutions a), b) and c) according to the prior art. The costs are both in production and in operation thanks to the additional use of just a simple heat exchanger · Unä of the economic use of the thermodynamic boiler system delivered heat very low.
Die vorliegende Erfindung besitzt ferner den zusätzlichen Vorteil, das Arbeitsmedium in einer Temperaturzone zu halten, wo der Verdichter beim Stand der gegenwärtigen Verdichtertechnik mit dem besten Wirkungsgrad arbeitet.The present invention also has the additional advantage of keeping the working medium in a temperature zone where the compressor works with the best efficiency with the current compressor technology.
Die vorliegend ■ Erfindung ermöglicht sehr wichtige und neue Anwendungsbereiche für Wärmepumpen, die der Luft oder einer beliebigen Gasmischung, welche durch einen Verdampfer hindurchtritt, Wärme entziehen. Daher können mit Verbrennung oder in anderer Weise arbeitende Kesselanlagen sowie die vorhandenen Warmluftgeneratoren mit Vorteil durch Wärmepumpen ersetzt werden, die mit einer erfindungsgemäss arbeitenden Einrichtung versehen sind, was bei Wärmepumpen, die nicht mit der erfin-The present invention enables very important and new ones Areas of application for heat pumps that use air or any gas mixture that passes through an evaporator, Withdraw heat. Therefore, boiler systems working with incineration or in other ways, as well as the existing ones Warm air generators are advantageously replaced by heat pumps that work with a device according to the invention are provided, which is the case with heat pumps that are not
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dungsgemässen Vorrichtung versehen sind, wegen der Vereisung ihrer Verdampfer nicht möglich ist. Ferner ist es im lalle der Vorrichtung gemäss Pig. 1 im Rahmen der Erfindung möglich, im Kreis 9 eine nicht dargestellte Vorrichtung zur erneuten Erwärmung vorzusehen, die mit elektrischen (Tauchsiedern geringer Leistung ausgestattet ist, um die Auegangstemperatur der Anlage rascher zu erzielen und ferner ein Abkühlen der im Kreis 9 umgewälzten Strömung zu kompensieren, wenn die auftretende Temperatur niedriger liegt als jene, die bei der Berechnung der Vorrichtung zugrundegelegt wurde·Appropriate device are provided, is not possible because of the icing of their evaporator. Furthermore, it is in the Lalle of the device according to Pig. 1 possible within the scope of the invention to provide a device (not shown) for re-heating in circuit 9, which is equipped with electrical (low-power immersion heaters, in order to achieve the outlet temperature of the system more quickly and also to compensate for cooling of the flow circulated in circuit 9, if the occurring temperature is lower than that on which the calculation of the device was based
Ein Fühler 16, welcher in das Fluid des Kreises 9 eintaucht, steuert die Einschaltung der Vorrichtung zum erneuten Aufheizen, wenn die Temperatur des Fluids des Kreises 9 einen bei der Berechnung der Anlage vorgesehenen und am Fühler angegebenen Wert unterschreitet. Eine derartige Anordnung ermöglichte in Verbindung mit einer Umwälz vor richtung 8 und einem Expansionsgefäss den Entwurf und die Ausführung einer thermo dynamischen Monoblock-Kesselanlage, die bisher nicht verfügbar war. Diese Anlage kann in jeder vorhandenen Heizungsinstallation die Stelle des Kessels einnehmen, durch welchen die Anlage gespeist wird, indem ein einfacher Anschluss an die vorhandenen Rohrleitungen und an eine einzige Steckdose erfolgt.A sensor 16, which is immersed in the fluid in circuit 9, controls the activation of the device for re-heating, if the temperature of the fluid in circuit 9 is a value provided for in the calculation of the system and indicated on the sensor falls below. Such an arrangement made possible in connection with a circulation device 8 and an expansion vessel the design and implementation of a thermodynamic monoblock boiler system, which was previously not available. This system can replace the Occupy boiler through which the system is fed by a simple connection to the existing pipelines and to a single outlet takes place.
Sie vorliegende Erfindung gestattet es ferner, Wärmepumpen für alle Anwendungen, sei es einzeln oder in Kombination zwischen denselben vorzusehen, nämlich für eine Heizung, Trocknung, Entfeuchtung oder Klimatisierung oder eine beliebige andere Verwendung. Dabei verliert die durch den Verdampfer hindurchtretende Luft ganz oder teilweise ihren Vassergehalt.The present invention also allows heat pumps for all applications, be it individually or in combination between them, namely for heating, drying, dehumidifying or air conditioning or any other use. This loses the passing through the evaporator Air wholly or partly its water content.
Die vorliegende Erfindung ist ferner in allen Fällen brauchbar, wo eine durch den Verdampfer hindurchtretende gasförmige Mischung einen kondensierfähigen Bestandteil enthält.The present invention is also useful in all cases where there is a gaseous mixture passing through the evaporator contains a condensable component.
Die Erfindung ist nicht auf die vorausgehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, vielmehr sind weitere Abänderungen im Rah men der anliegenden Ansprüche möglich.The invention is not limited to the exemplary embodiments described above limited, rather further changes are possible within the scope of the attached claims.
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