EP0056780A2

EP0056780A2 - Wärmepumpenanordnung

Info

Publication number: EP0056780A2
Application number: EP82730005A
Authority: EP
Inventors: Andreas Dr.-Ing. Hampe
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-01-19
Filing date: 1982-01-19
Publication date: 1982-07-28
Also published as: DE3264958D1; EP0056780A3; EP0069756A1; DE3106152A1; EP0069756B1; DK410582A; WO1982002588A1

Abstract

Bei einer derartigen Anordnung, bei der die Unterkühlungsenthalpie mittels einer zweiten Wärmepumpe genutzt wird und die dabei gewonnene und auf ein höheres Temperaturniveau gehobene Wärme neben derjenigen der ersten Wärmepumpe zusätzlich als Nutzwärme abführbar ist, ist in den Kreislauf des Arbeitsmittels einer ersten Wärmepumpe (1, 5, 6, 8, 10) eine zweite Wärmepumpe (11 bis 14) derart eingefügt, daß sie direkt eine Abkühlung des flüssigen Arbeitsmittels bewirkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpenanordnung, bei der die Unterkühlungsenthalpie mittels einer zweiten Wärmepumpe genutzt wird und die dabei gewonnene und auf ein höheres Temperaturniveau gehobene Wärme neben derjenigen der ersten Wärmepumpe zusätzlich als Nutzwärme abführbar ist.
Um die bei der Entspannung des Arbeitsmediums mittels eines Expansionsventils auftretenden Energieverluste zu mindern, wird bei Wärmepumpen das flüssige Arbeitsmittel vor dem Expandieren abgekühlt und damit die anfallende Wärmeenergie nutzbar gemacht.
In diesem Zusammenhang ist es bekannt, daß durch einen sogenannten "inneren Wärmeaustausch" die Effektivität des Wärmepumpenkreislaufs dadurch verbessert werden kann, daß das flüssige Arbeitsmittel über einen zusätzlichen Wärmetauscher einen Teil seiner Energie an das vom Verdichter angesaugte dampfförmige Arbeitsmittel abgibt. (Kirn, H., Hadenfeldt, A.; "Wärmepumpen", 4.Aufl., 1980, Bd.l, S.64). Nachteilig ist dabei, daß durch diese Sauggas-Überhitzung die erzielte Effektivitätsverbesserung mindestens teilweise wieder aufgehoben wird, wobei zusätzlich unerwünscht hohe Druckgastemperaturen auftreten.
Es ist ferner bekannt, bei einer zweistufigen Wärmepumpe mit Zwischenkühlung einen zusätzlichen Unterkühlungswärmetauscher vorzusehen (aaO, S.89). Der Temperaturunterschied des Transportmediums für die Nutzwärme (hier der Heizkreislauf der Warmwasserheizung) zwischen hintereinandergeschaltetem Verflüssiger und Unterkühlungs-Wärmetauscher ist allerdings zu gering, als daß hier eine wirksame, die Effektivität der Wärmepumpenanordnung wesentlich verbessernde Ausnutzung des Effekts der Unterkühlung erreicht werden könnte.
Bei einer anderen Wärmepumpenanordnung, die Mittel zur Ausnutzung der Unterkühlungsenthalpie aufweist, wird die dabei gewonnene Wärme mindestens indirekt wieder dem Verdampfer zugeführt, belastet also den Kreislauf des Arbeitsmittels und damit die Wärmepumpe zusätzlich, so daß auch hiermit keine wesentliche Effektivit-ätsverbesserung der Wärmepumpe erzielt werden kann (aaO, S.187, Bild 1-112).
Aus der Zeitschrift "Klima + Kälte-Ingenieur", 12/1977, Teil 6., Seite 619, ist eine Wärmepumpenanordnung der eingangs genannten Art mit Flüssigkeitsunterkühlung der ersten Wärmepumpe bekannt. Bei der bekannten Anordnung ist jedoch zwischen die erste (Grundlast-)Wär,mepumpe und die zweite (Zusatz-)Wärmepumpe ein Speicher eingeschaltet. Daraus ergibt sich die nachteilige Folge, daß

a) die Verdampfungstemperatur der Zusatz-Wärmepumpe im wesentlichen eine Funktion der Speichertempe.ratur ist und
b) sowohl durch die Zwischenspeicherung als auch die Vielzahl der aufeinanderfolgenden Wärmetauschvorgänge ein großer Verlust der "Qualität" (d.h. der Temperatur) der bei der Flüssigkeitsunterkühlung gewonnenen Wärme eintritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Wärmepumpenanordnung der eingangs angegebenen Art die durch die Unterkühlung erzielte Verbesserung der Effektivität heraufzusetzen, d.h. insbesondere eine Stabilisierung der Leistung bei Variation der Kondensationstemperatur und/oder eine Verbesserung der Leistungszahl zu erzielen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in den Kreislauf des Arbeitsmittels einer ersten Wärmepumpe eine zweite Wärmepumpe derart eingefügt ist, daß sie direkt eine Abkühlung des flüssigen Arbeitsmittels bewirkt.
Das verflüssigte Arbeitsmittel.(Kältemittel), das aus dem Kondensator austritt und zum Expansionsventil strömt, weist wegen des notwendigerweise vorhandenen thermischen Übergangswiderstandes aufgrund der Wärmetauschereigenschaften des Kondensators eine Temperatur auf, die höher ist als die für die Wärmenutzung erzielbare Rücklauftemperatur (Bei der Anwendung für eine Warmwasserheizung ist das die Temperatur des von der Wärmeverteilungsanlage an die Wärmepumpe abgegeben Wassers).
Wenn das flüssige Arbeitsmittel entspannt wird, muß ein Teil davon - aufgrund seiner hohen Enthalpie - verdampfen. Der Wärmequelle kann damit nur so viel Enthalpie entnommen werden, wie der bei der Expansion nicht verdampfte Flüssigkeitsanteil aufnimmt, um ebenfalls zu verdampfen.
Kühlt man das flüssige Arbeitsmedium vor der Expansion ab, so nimmt seine Enthalpie ab, so daß bei der Expansion weniger Flüssigkeit zu verdampfen braucht und damit der Anteil der von der Wärmequelle zu liefernden Energie vergrößert ist.
Die Nutzung der aus der Flüssigkeitsunterkühlung zu gewinnenden Enthalpie ist insbesondere deshalb problematisch, weil das Temperaturniveau niedriger ist als dasjenige bei der Kondensation.
Die Nutzung dieser Enthalpie, beispielsweise für die Heizwassererwärmung, wird möglich durch den Einsatz einer zweiten Wärmepumpe, die entsprechend aus Verdampfer, Verdichter, Kondensator und Expansionsventil besteht.
Nach der Erfindung ist der Verdampfer der zweiten Wärmepumpe direkt in den Kreislauf des Arbeitsmittels der ersten Wärmepumpe eingefügt. Damit ist die Verdampfungstemperatur der zweiten Wärmepumpe eine Funktion der _Kon- densationstemperatur der ersten Wärmepumpe, so daß höhere Kondensationstemperaturen zu höheren Verdampfungstemperaturen und damit zu der beabsichtigten Verbesserung der Leistungszahl der gesamten Wärmepumpenanordnung führen. Durch das Vorhandensein nur eines einzigen Wärmetauschvorgangs bleibt dabei die Wärme"qualität" nahezu erhalten.
Die erste und die zweite Wärmepumpe werden - auch im Falle einer gemeinsamen Wärmenutzungsanlage - stark unterschiedlich ausgelegt. Das Verhältnis der Nennleistungsaufnahmen der ersten Wärmepumpe und der zweiten Wärmepumpe beträgt etwa
Durch diese Auslegung lassen sich beide Wärmepumpen über die gesamte Betriebszeit gemeinsam betreiben und es wird eine optimale Vergrößerung der Leistungszahl und positive Veränderung des Leistungsverhaltens erreicht. Dabei führt ein kleinerer Zahlenwert des Verhältnisses zu einer verringerten Leistungszahlverbesserung mit konstanterer Heizleistung bei steigender Kondensationstemperatur, während eine Vergrößerung des Verhältnisses den gegenteiligen Effekt hat.
Bei einer derartigen Auslegung sind - insbesondere für die zweite Wärmepumpe - relativ kleine Wärmetauscher möglich. Dadurch ergeben sich deutliche Materialkosteneinsparungen der erfindungsgemäßen Wärmepumpe gegenüber vergleichbaren konventionell aufgebauten Wärmepumpen.
Im Betrieb weisen die erste und die zweite Wärmepumpe (bei gemeinsamen Wärmenutzungsanlagen) bevorzugt in etwa gleich große Einschaltzeiten auf, womit die erzielte Verbesserung optimal nutzbar ist.
Die Komponenten der Wärmepumpenanordnung sind insgesamt so ausgelegt, daß die Verdampfungstemperatur im Verdampfer der zusätzlichen Wärmepumpe (deutlich) über der Temperatur im Verdampfer der ersten (Grund-)Wärmepumpe liegt. Damit ergibt sich für die Zusatzwärmepumpe (bezogen auf in etwa übereinstimmende Kondensationstemperaturen) eine merklich höhere Leistungszahl als für die Grundwärmepumpe. Die sich für die gesamte Wärmepumpenanordnung ergebende Leistungszahl wird erheblich verbessert.
Durch die Flüssigkeitsunterkühlung mittels einer zusätzlichen Wärmepumpe kann der Wärmequelle umso mehr Enthalpie entnommen und der Nutzung der Heizung zugeführt werden, je höher die Kondensationstemperatur ist, d.h. die Zusatzwärmepumpe kompensiert zum großen Teil die systembedingte Leistungsabnahme der Grundwärmepumpe zu höheren Kondensationstemperaturen hin und wirkt damit stabilisierend hinsichtlich der verfügbaren Leistung - bezogen auf die Gesamtanordnung.
Diese Stabilisierungseigenschaft ist deswegen von besonderer Bedeutung, weil die Leistungsabnahme aufgrund höherer Kondensationstemperaturen bei Wärmepumpen, die für die Speisung von Warmwasserheizungen verwendet werden, einhergeht mit der bei niedrigeren Außentemperaturen benötigten höheren Warmwasservorlauftemperaturen.
Die Erfindung ermöglicht trotz des mit dem Vorhandensein einer zusätzlichen Wärmepumpe zunächst verbundenen Vergrö- _ßerung des Aufwands bezüglich der Anzahl der vorzusehenden Elemente nicht nur im Betrieb eine wesentliche Energieersparnis. Es ergeben sich auch bei der Herstellung Vorteile, da anstelle einer aus relativ großen und teuren Komponenten bestehenden Wärmepumpe zwei kleinere Wärmepumpen eingesetzt werden, deren Komponenten in der Summe billiger sind. Die Vergrößerung der Leistung einer Wärmepumpe für niedrige Kondensationstemperaturen erfordert nämlich in höheren Leistungsbereichen einen recht erheblichen Mehraufwand, während die zusätzlich erforderliche Wärmepumpe mittlerer Leistung für relativ hohe Kondensations-temperaturen in gekapselter Form bei recht kleiner Baugröße kostengünstig herstellbar ist. Die gesamte aus zwei Wärmepumpen bestehende Anordnung läßt sich als kompaktes Aggregat fertigen und komplett vorgefertigt installieren.
Dadurch, daß die Verdampfungstemperatur für das flüssige _Arbeitsmittel der zweiten Wärmepumpe im Betrieb deutlich größer ist als die entsprechende Temperatur der ersten Wärmepumpe, lassen sich beide Wärmepumpen auch für die Versorgung getrennter Verbraucher optimal nutzen. Wird beispielsweise zur Brauchwassererwärmung eine relativ kleine Wärmemenge mit möglichst hoher Temperatur benötigt, so ist es günstig, wenn durch die zweite Wärmepumpe dem flüssigen Arbeitsmedium der ersten Wärmepumpe nur im wesentlichen zwischen 25 und 33% seiner Enthalpie entzogen wird. Bei anderen Anwendungen, wenn es vorwiegend darauf ankommt, eine große Wärmemenge bei verhältnismäßig niedriger Temperatur zur Nutzung zur Verfügung zu haben, wie es beispielsweise beim ausschließlichen Betreiben einer Niedertemperatur-Raumheizung der Fall ist, so ist es günstig, durch die Zusatzwärmepumpe dem flüssigen Arbeitsmittel der ersten Wärmepumpe zwischen 50 und 80% seiner Enthalpie zu entziehen.
Bei Wärmebedarf mit hoher Wasservorlauf-Temperatur für einen einzigen Verbraucher werden die Kondensatoren der beiden Wärmepumpen in Reihe geschaltet. Die dabei erzielbaren hohen Kondensationstemperaturen ermöglichen eine wirkungsvolle Ausnutzung der mit der Erfindung erzielten Leistungsverbesserung einer Wärmepumpenanordnung durch besonders wirksame Heraufsetzung der Leistungsfähigkeit gerade bei großem Leistungsbedarf.
Ergibt sich durch den Anwendungsfall nicht die Notwendigkeit der Abgabe von Wärme bei möglichst hohen Temperaturen, so ist die Parallelschaltung der Kondensatoren beider Wärmepumpen vorteilhaft, da hieraus beispielsweise im Falle einer Warmwasserheizung eine Verringerung des Strömungswiderstands für den Wasserkreislauf resultiert. Dadurch, daß in den beiden Wärmepumpen verschiedene, den unterschiedlichen Arbeitstemperaturen angepaßte Kältemittelgemische als Arbeitsmedien verwendet werden, lassen sich die Arbeitsbedingungen für beide Wärmepumpen der Anordnung getrennt optimieren. Die zweite Wärmepumpe wird bevorzugt mit einem nichtazeotropen Kältemittelgemisch betrieben, weil das flüssige Arbeitsmedium der ersten Wärmepumpe, dem die Nutzwärme für die zweite Wärmepumpe entzogen wird, bei der Abkühlung eine weitaus stärkere Temperaturänderung erfährt als vergleichsweise der Träger der Nutzwärme der ersten Wärmepumpe. Durch diese relativ große Temperaturänderung nimmt der Verdampfer der zweiten Wärmepumpe in Durchflußrichtung des Arbeitsmediums der ersten Pumpe eine lokal unterschiedliche, d. h. abfallende Temperaturverteilung an. Durch die verschiedenen Verdampfungstemperaturen der Bestandteile des nichtazeotropen _Kältemittelgemisches und der daraus resultierenden örtlichen Verteilung der Verdampfungsbereiche der einzelnen Bestandteile innerhalb des Verdampfers resultiert eine verbesserte Wärmeübertragung und eine Vergleichmäßigung der Verteilung des Wärmetransports über die Verdampferoberfläche.
Wird der Verdampfer der zweiten Wärmepumpe im Parallelstromverfahren betrieben (d.h. die Arbeitsmedien der beiden Wärmepumpen fließen beim Wärmeaustausch in gleicher Richtung), so kann dadurch eine übermäßige Sauggasüberhitzung mit der daraus resultierenden Gefahr der zu hohen Druckgasüberhitzung verhindert werden. Durch das Parallelstromverfahren ist dabei gewährleistet, daß auch im Falle eines Defekts des Expansionsventils der zweiten Wärmepumpe das aus dem Verdampfer dieser Wärmepumpe austretende Arbeitsmedium im wesentlichen dieselbe Temperatur aufweist, wie das aus dem zu dem Verdampfer gehörigen Wärmetauscher austretende Arbeitsmedium der ersten Wärmepumpe.
Das Verhältnis der Leistungsaufnahmen der Verdichter der beiden Wärmepumpen sind insbesondere dann günstig gewählt, wenn die zweite Wärmepumpe zusammen mit der ersten bei den als normal anzusehenden Betriebsbedingungen permanent in Betrieb bleiben kann, weil damit die erzielte Verbesserung - bezogen'auf die Betriebszeit der Wärmepumpenanordnung - maximal zur Wirkung kommt. Davon ausgenommen ist eine kurze Einschaltverzögerung des Verdichters einer der beiden Wärmepumpen - bevorzugt der zweiten Wärmepumpe - um den Anlaufstrom der Anordnung zu begrenzen.
Die Vorteile der Verwendung eines Rollkolbenkompressors für den Verdichter der zweiten Wärmepumpe haben ihre Ursache in dessen besonderer Leistungsaufnahmecharakteristik, die mit steigender Verdampfungstemperatur eine zunehmende und später (von ca. 15°C ab) wieder fallende Tendenz aufweist, so daß eine Überlastung bei einer sich eventuell einstellenden zu hohen Verdampfungstemperatur ausgeschlossen ist. Andererseits ist damit eine Verbesserung der Leistungszahl bei höheren Verdampfungstemperaturen verbunden. Durch die Fähigkeit von Rollkolbenkompressoren, Naßanläufe schadlos zu überstehen, sind entsprechende Sicherheitseinrichtungen entbehrlich, so daß insoweit eine weitere Reduzierung des Aufwands erzielbar ist.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden bei der nachstehenden Darstellung einer bevorzugten Ausführung näher beschrieben.
Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Wärmepumpenanordnung gemäß der Erfindung.
Die in der Figur dargestellte Wärmepumpenanordnung enthält zunächst den bekannten Arbeitsmittelkreislauf einer Kompressionswärmepumpe Komponenten in üblicher Anordnung.
In einem einen Wärmetauscher bildenden Verdampfer 1 verdampft das Arbeitsmittel bei einer Temperatur T_o und entzieht dem den Verdampfer 1 in einem getrennten Kreislauf durchströmenden Medium die Verdampfungswärme. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Verdampfungswärme Q_E einer die Rohrleitungen 2 und 3 in Pfeilrichtung durchfließenden Sole entzogen, die mittels einer Pumpe 4 umgewälzt wird. Die Sole durchströmt ihrerseits beispielsweise - nicht dargestellte - im Erdreich eingebrachte Wärmetauscher und wird dadurch erwärmt. Entsprechend ist auch eine Wärmeaufnahme aus der Umgebungsluft etc. möglich.
Ein Verdichter 5 saugt das dampfförmige Arbeitsmedium bei einem Druck p_o an und verdichtet es auf den Druck p. Im ebenfalls einen Wärmetauscher bildenden Kondensator 6 verflüssigt sich das verdichtete, gasförmige Arbeitsmedium bei einer Temperatur T und gibt dabei die Wärme Q_A1 als Nutzwärme an einen eine Zuleitung 7 und eine Ableitung 8 enthaltenden Heizkreislauf ab, der eine weitere Umwälzpumpe 9 enthält.
Über ein thermostatisch gesteuertes Expansionsventil 10 strömt das flüssige Arbeitsmedium vom Kondensator 6 zurück zum Verdampfer 1, wo sich der Kreislauf schließt. Das im Arbeitskreislauf zu verwendende Medium wird entsprechend den erwarteten Temperaturen und Drücken gewählt. Dabei stehen die bekannten Kältemittel(mischungen) zur Verfüqung.
In den zuvor dargestellten Kreislauf ist nun zwischen Verflüssiger 6 und Expansionsventil 10 ein weiterer Verdampfer 11 eines Arbeitsmittelkreislaufs einer zweiten Wärmepumpe so einbezogen, daß er dem flüssigen Arbeitsmedium des ersten Kreislaufs vor der Entspannung durch das Expansionsventil 10 direkt Wärme entzieht.
Ein zusätzlicher Verdichter 12, der wegen der relativ hohen Verdampfertemperaturen von kleiner Bauart sein kann, ein als Wärmetauscher dienender Kondensator 13 und ein Expansionventil 14 vervollständigen den Arbeitsmittelkreislauf der zweiten Wärmepumpe.
Die Nutzwärme Q_A2 wird in die Leitungen 15 und 16, die von den Nutzwärmeleitungen 7 und 8 der ersten Wärmepumpe getrennt sind, in einem mit einer Umwälzpumpe 17 versehenen Kreislauf abgeführt. Dabei handelt es sich um die Anlage zur Brauchwassererwärmung des Hauses, dessen Heizanlage durch die erste Wärmepumpe versorgt wird. Der Kondensator 13 kann dabei in einen Warmwasserspeicher einbezogen sein. Die Leitungen 15 und 16 bilden den Brauchwasserzu-und -rücklauf, Die Anordnung des Verdampfers 11 der zweiten Wärmepumpe in der Nähe des Kondensators 6 der ersten Wärmepumpe und die Zusammenfassung des Kondensators 13 der zweiten Wärmepumpe mit dem Kondensator 6 der ersten Wärmepumpe ermöglichen eine besonders kompakte Bauform, da die Bauelemente der zweiten Wärmepumpe relativ wenig Platz einnehmen, so daß sie mit dem Kondensator der zweiten Wärmepumpe, gegebenenfalls mit deren Verdichter, in einem Gehäuse installiert werden können, ohne daß ein wesentlicher zusätzlicher Raumbedarf entsteht. Das größte Bauelement einer derartigen Wärmepumpenanordnung, der Verdampfer der die Grundlast bestreitenden ersten Wärmepumpe, kann dabei räumlich unabhängig von den übrigen Bauelementen angeordnet werden, wobei die Unterbringung jedoch bevorzugt innerhalb desselben Gehäuses erfolgt.
Die die Verflüssiger bildenden Wärmetauscher 6 und 13 der beiden Wärmepumpen können je nach Bedarf - entsprechend den eingangs getroffenen Überlegungen - entweder zusammengefaßt oder getrennt angeordnet sein, um für unterschiedliche Verbraucher Nutzwärme zu liefern, wobei günstigerweise die die Grundlast liefernde Wärmepumpe im Hausenergiebereich für die Heizversorgung genutzt wird, während die zweite Wärmepumpe bevorzugterweise für die Brauchwassererwärmung eingesetzt wird. Zur Versorgung eines gemeinsamen Verbrauchers lassen sich die Wärmetauscher 6 und 13 entsprechend den Anforderungen sowohl parallel als auch in Reihe betreiben, wobei hier ebenfalls die Zusammenfassung zu einer einzigen Baueinheit vorteilhaft ist. Im Falle der Reihenschaltung erfolgt die Anordnung in Flußrichtung des die Nutzwärme abtransportierenden Mediums derart, daß die Nutzwärme zunächst vom Kondensator der ersten Wärmepumpe und anschließend vom Kondensator der zweiten Wärmepumpe abgeführt wird, da auf diese Weise aufgrund der sich einstellenden Temperaturverhältnisse ein maximaler Wärmestrom gewährleistet ist.
Um zu verhindern, daß im Verdichter 12 der zweiten Wärmepumpe in Betriebspausen stattfindende übermäßige Kältemittelverlagerungen zu Flüssigkeitsschlägen beim Wiedereinschalten führen, ist ein Steuerteil 18 vorgesehen, welches zusammen mit dem Einschalten des Verdichters 12 ein Magnetventil 19 öffnet und während des Betriebs des Verdichters offenhält. Ein Rückflußverhinderer 20 stellt darüber hinaus sicher, daß kein im Kondensator 13 verflüssigtes Kältemittel bei Betriebsunterbrechungen zurück in den Verdichter 12 fließt. Auf diese Weise läßt sich die zusätzliche Wärmepumpe im Betrieb beliebig ein- und ausschalten.
Ein derartiger Rückflußverhinderer 20 einschließlich Magnetventil 19 ist entbehrlich, wenn der Verdichter 5 der zweiten Wärmepumpe als Rollkolbenkompressor ausgebildet ist, wobei ein derartiger Rollkolbenkompressor sich weiterhin einerseits dadurch auszeichnet, daß er Naßanläufe ohne Schaden übersteht und andererseits ein immanenter Schutz gegen Überlastung dadurch besteht, daß bei einer eventuellen zu hohen Verdampfungstemperatur die Leistungsaufnahme zurückgeht.
Der Steuerteil 18 in der Figur ist außerdem so ausgebildet, daß er bei gleichzeitigem Einschalten beider Verdichter die Einschaltung des Verdichters 12 der Zusatzwärmepumpe geringfügig (d.h. um eine oder mehrere Sekunden) verzögert, so daß die stoßartige Belastung des Stromversorgungsnetzes bei Inbetriebnahme der Anordnung verringert ist. (Die Verzögerungswirkung kann dabei durch bekannte elektromechanische oder elektronische Verzögerungsschaltmittel erreicht werden.) Durch das Vorhandensein zweier Kompressoren kann damit der Forderung vieler Elektrizitätsversorgungsunternehmen nach einer Begrenzung der stoßartigen Lastzunahme beim Einschalten von Wärmepumpenanlagen auf einfache Weise entsprochen werden.

Claims

1. Wärmepumpenanordnung, bei der die Unterkühlungsenthalpie mittels einer zweiten Wärmepumpe genutzt wird und die dabei gewonnene und auf ein höheres Temperaturniveau gehobene Wärme neben derjenigen der ersten Wärmepumpe zusätzlich als Nutzwärme abführbar ist,
dadurch gekennzeichnet ,
daß in den Kreislauf des Arbeitsmittels einer ersten Wärmepumpe (1, 5, 6, 8, 10) eine zweite Wärmepumpe (11 bis 14) derart eingefügt ist, daß sie direkt eine Abkühlung des flüssigen Arbeitsmittels bewirkt.

2. Wärmepumpenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Verdampfer (11) der zweiten Wärmepumpe einen Wärmetauscher für das flüssige Arbeitsmittel der ersten Wärmepumpe bildet und unmittelbar zwischen Kondensator (6) und Expansionsventil (10) der ersten Wärmepumpe eingeschaltet ist.

3. Wärmepumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Verdampfungstemperatur für das flüssige Arbeitsmittel der zweiten Wärmepumpe bei deren Betrieb stets größer ist als die entsprechende Temperatur der ersten Wärmepumpe.

4. Wärmepumpenanordnung nach Anspruch 3, pdadurch gekennzeichnet , daß die zweite Wärmepumpe insbesondere für Anwendungen, bei denen insgesamt große Wärmemengen bei verhältnismäßig geringer Temperatur zur Verfügung stehen sollen, derart dimensioniert ist, daß dem flüssigen Arbeitsmittel der ersten Wärmepumpe im wesentlichen zwischen 50 und 80% seiner Enthalpie entzogen wird.

5. Wärmepumpenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Wärmepumpe zur Erzeugung zusätzlicher Nutzwärme von möglichst hoher Temperatur derart dimensioniert ist, daß dem flüssigen Arbeitsmittel der ersten Wärmepumpe im wesentlichen zwischen 25 und 33% seiner Enthalpie entzogen wird.

6. Wärmepumpenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Nutzwärme der zweiten Wärmepumpe einem von der ersten Wärmepumpe unabhängigen Verbraucher zugeführt wird.

7. Wärmepumpenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Nutzwärme der ersten Wärmepumpe einer Niedertemperaturheizung zugeführt und die der zweiten Wärmepumpe mindestens zeitweise zur Brauchwassererwärmung genutzt wird.

8. Wärmepumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Kondensatoren (6, 13) der beiden Wärmepumpen derart in Reihe geschaltet sind, daß die Nutzwärme zunächst vom Kondensator (6) der ersten Wärmepumpe und anschließend vom Kondensator (13) der zweiten Wärmepumpe zu dem die Nutzwärme aufnehmenden Medium abgeführt wird.

9. Wärmepumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnete daß die Kondensatoren (6, 13) der beiden Wärmepumpen parallel geschaltet sind.

10. Wärmepumpenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß in den beiden Wärmepumpen verschiedene, den unterschiedlichen Arbeitstemperaturen angepaßte Kältemittel als Arbeitsmittel vorgesehen sind.

11. Wärmepumpenanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß in der zweiten Wärmepumpe ein nichtazeotropes Kältemittelgemisch als Arbeitsmittel vorgesehen ist.

12. Wärmepumpenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Wärmetauscher der zweiten Wärmepumpe nach dem Parallelstromverfahren betrieben wird.

13. Wärmepumpenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß im Arbeitsmittelkreislauf der zweiten Wärmepumpe vor dem Verdichter (12) ein Absperrventil (19) und hinter dem Verdichter ein Rückflußverhinderer (20) vorgesehen ist, wobei das Absperrventil bei stillgesetztem Verdichter geschlossen ist.

14. Wärmepumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß der Verdichter (12) der zweiten Wärmepumpe als Rollkolbenkompressor ausgebildet ist.

15. Wärmepumpenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß Schaltmittel (18) vorgesehen sind, welche den Verdichter (12) der zweiten Wärmepumpe gegenüber dem Verdichter (5) der ersten Wärmepumpe derart verzögert einschalten, daß die stoßartige Belastung des Stromversorgungsnetzes herabgesetzt ist.

16. Wärmepumpenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Verhältnis der Nennleistungsaufnahmen von erster und zweiter Wärmepumpe zwischen 7 und 3 zu 1 gewählt ist.

17. Wärmepumpenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Auslegung der Anordnung derart gewählt ist, daß im für die vorgesehene Anwendung normalen Betriebszustand beide Wärmepumpen für gleiche Zeitdauern eingeschaltet sind.