EP0104306A1

EP0104306A1 - Wärmepumpe

Info

Publication number: EP0104306A1
Application number: EP83103452A
Authority: EP
Inventors: Armin Fetz
Original assignee: Siemens AG Oesterreich
Current assignee: Siemens AG Oesterreich
Priority date: 1982-09-28
Filing date: 1983-04-08
Publication date: 1984-04-04
Also published as: AT380100B; ATA358882A

Abstract

Bei einer Wärmepumpe mit einem Verdampfer (1), dem während eines ersten, als Heizen bezeichneten Betriebszustandes, von einem Ventilator (3) Umgebungsluft als Wärmeträger zugeführt ist und der während eines zweiten, als Abtauen bezeichneten Betriebszustandes, aufgeheizt wird, kann es sowohl durch beim Abtauen des Verdampfers entstehendes Schmelzwasser sowie durch gleichzeitig erzeugten als auch durch mit der Umgebungsluft zugeführten Wasserdampf zur zunehmenden Vereisung anderer wesentlicher Teile und damit zu einer stetigen Verminderung ihrer Funktionstüchtigkeit kommen. Dies wird dadurch verhindert, daß während des als Abtauen bezeichneten Betriebszustandes das Ventilator-Flügelrad (5) mit umgekehrter Drehrichtung angetrieben ist. Das Ventilator-Flügelrad (5) kann dabei mit verringerter Drehzahl angetrieben sein.

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Wärmepumpe mit einem Verdampfer, dem während eines ersten, als Heizen bezeichneten Betriebszustandes, von einem Ventilator Umgebungsluft als Wärmeträger zugeführt ist und der während eines zweiten, als Abtauen bezeichneten Betriebszustandes, aufgeheizt wird.
Bei Wärmepumpen der beschriebenen Art wird durch einen Ventilator Umgebungsluft angesaugt und über einen als Verdampfer bezeichneten Wärmetauscher geleitet. Der Umgebungsluft wird dabei Wärme entzogen, die als Verdampfungswärme auf das Arbeitsmedium, ein sogenanntes Kältemittel, übertragen wird. Mit Hilfe eines elektrisch angetriebenen Verdichters wirc die aufgenommene Wärme durch Druckerhöhung auf ein höheres Temperaturniveau angehoben, nachfolgend wird sie über einen, wiederum als Wärmetauscher ausgebildeten Verflüssiger, als Kondensationswärme an das zu erwärmende Medium, vorzugsweise Wasser, abgegeben. Wärmepumpen die nach dem beschriebenen Prinzip arbeiten und als Luft/Wasser- Wärmepumpen bezeichnet werden, werden neuerdings im sogenannten bivalenten Parallel- betrieb noch bei beträchtlich unter dem Gefrierpunkt liegenden Umgebungslufttemperaturen betrieben. Bei dieser Betriebsart arbeitet die Wärnepumpe oberhalb einer festgelegten Umgebungslufttemperatur allein und anterhalb dieser Temperatur gemeinsam mit einem konventionellen Heizkessel.
Beim als Heizen bezeichneten Betriebszustand einer Luft/Wasser-Wärmepumpe bildet sich bei höheren Außentemperaturen am Verdampfer durch die mit der Abkühlung der Luft verbundene Taupunktsunterschreitung Kondenswasser, das in eine Kondensatwanne abtropft und aus dieser abrinnt. Bei tieferen Außentemperaturen friert das Kondenswasser am Verdampfer an, sodaß dieser vereist. Da Eisbesatz am Verdampfer den Wärmeübergang aus der Umgebungsluft in den Verdampfer behindert, muß die Eisschicht jeweils dann entfernt werden, wenn durch sie eine meßbare Beeinflussung des thermischen Prozesses in der Wärmepumpe erfolgt.
Die für diese sogenannte Bedarfsabtauung vorgesehene Abtaueinrichtung besteht aus Elementen zur überwachung von Prozessparametern und aus von diesen gesteuerten Elementen zur Umkehrung der Strömungsverhältnisse im Kältemittelkreislauf während des Abtaubetriebes. Dabei wird Heißgas in den Verdampfer gedrückt und in diesem verflüssigt, sodaß der Verdampfer erwärmt und das an ihm anhaftende Eis abgeschmolzen wird.
In ursächlichem Zusammenhang mit der Enteisung des Verdampfers können bei tieferen Temperaturen an anderen Stellen Vereisungen auftreten. Das während des Abtaubetriebes vom Verdampfer abtropfende Schmelzwasser kann, anstatt abzufließen, in der Kondensatwanne wieder festfrieren und nach und nach eine starke Eisschicht bilden, die schließlich eine Verringerung der wirksamen Verdampferoberfläche verursachen kann. Gegen Ende eines jeden Abtaubetriebes, wenn Teile der Verdanpf eroberfläche schon eisfrei sind, kann an diesen ablaufendes Schmelzwasser verdampfen oder verdunsten, bevor es abtropft. Der entstehende Wasserdampf kondensiert wieder an benachbarten nicht erwärmten Aggregaten, besonders auch am Ventilatorstutzen und an dem während des Abtaubetriebes stillstehenden Ventilator-Flügelrad unter fortschreitender Bildung von Eiswülsten oder Eiszapfen. Diese behindern beim Wiedereinschalten des Ventilators mechanisch die Drehung des Ventilator-Flügelrades und verursachen dabei starke Geräusche.
Eine weitere, nicht mit dem Abtauprozess zusammenhängende Störung, tritt bei starkem Nebel dadurch auf, daß innerhalb weniger Stunden die Luftansauggitter durch Reifansatz verstopft werden.
In allen diesen Störungsfällen muß eine periodische Entfernung des Eis- bzw. Reifbelages entweder durch mechanisch-manuelle Einwirkung oder durch Zufuhr von Wärme aus einer externen Wärmequelle vorgenommen werden.
Bei einer erfindungsgemäßen Wärmepumpe werden diese Probleme dadurch vermieden, daß während des als Abtauen bezeichneten Betriebszustandes das Ventilator-Flügelrad mit umgekehrter Drehrichtung angetrieben ist. Der Vorteil dieser erfindungsgemäßen Maßnahme liegt darin, daß durch die so geschaffenen Strömungsverhältnisse kein Wasserdampf zum Ventilator gelangen kann und daß im Verlaufe des Abtaubetriebes durch den Ventilator feuchtwarme Luft über die Kondensatwanne und durch das Ansauggitter nach außen gedrückt wird. Es kann also am Ventilatrostutzen und an den Ventilatorflügeln kein Eisbelag mehr gebildet werden. Das vom Verdampfer abtropfende Schmelzwasser kann auf der Kondensatwanne nicht wieder anfrieren und ein allenfalls seit dem vorhergegangenen Abtaubetrieb am Ansauggitter entstandene Reifbelag wird durch die austretende warme Luft abgeschmolzen. Die durch diese Maßnahme sich ergebende etwas verlängerte Abtauzeit sowie die geringfügig größere Abtauarbeit kann in Anbetracht der wesentlich erhöhten Betriebssicherheit bzw. Wartungsfreiheit in Kauf genommen werden.
Vorteilhaft kann das Ventilator-Flügelrad mit verringerter Drehzahl angetrieben werden. Es kann dadurch die optimale Strömungsgeschwindigkeit erzielt werden, die für den gewünschten Effekt mit Sicherheit ausreicht, ohne eine allzu starke Wärmeentnahme aus dem beheizten Verdampfer zu verursachen.
Anhand zweier Zeichnungsfiguren sollen nachfolgend die erfindungsgemäßen Maßnahmen näher erläutert werden.
Fig. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den sogenannten Verdampferteil einer Luft/Wasser-Wärmepumpe, in dem alle Aggregate enthalten sind, an denen die geschilderten Probleme auftreten können.
Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt des elektrischen Schaltbildes für eine Wärmepumpe mit den zur Erzielung des erfindungsgemäßen Effektes erforderlichen Schaltungsdetails.
In Fig. 1 ist der Verdampfer 1 gezeigt, der herkömmlicherweise aus parallel angeordneten und parallel durchströmten Kupferrohren mit aufgesteckten Metall-Lamellen besteht. Der Verdampfer 1 ist einseitig durch eine Haube 2 abgedeckt, in der der Ventilator 3 angeordnet ist. Von diesem sind als wesentliche Bestandteile der Ventilatorstutzen 4 sowie das Ventilator-Flügelrad 5 hervorzuheben. Unterhalb des Verdampfers 1 ist die Kondensatwanne 6 angeordnet. Diese Aggregate sind von einem Gehäuse 7 umgeben, das mit einem Luftansauggitter 8, auch als Vogelschutzgitter bezeichnet, bedeckte Öffnungen aufweist.
Während des Heizbetriebes der Wärmepumpe läuft das Ventilator-Flügelrad 5 mit der durch den voll gezeichneten Drehrichtungspfeil angedeuteten Drehrichtung und mit voller Betriebsdrehzahl und verursacht die durch die voll gezeichneten Strömungspfeile angedeutete Luftströmung durch das Luftansauggitter 8 und durch den Verdampfer 1. Die angesaugte Umluft als Wärmeträger wird an dem als Wärmetauscher fungierenden Verdampfer 1 entwärmt und gibt durch Taupunktsunterschreitung Feuchtigkeit ab, die als Kondenswasser am Verdampfer 1 abgeschieden wird und entweder in die Kondensatwanne 6 abtropft und aus dieser abläuft oder bei niedrigeren Umlufttemperaturen an der Oberfläche des Verdampfers 1 festfriert. Bei Nebellage kann es auch am Luftansauggitter 8 zum fortschreitenden Ansetzen von Reifkristallen kommen, das schließlich zum "Zuwachsen" der Gitteröffnungen führt und den notwendigen Luftdurchsatz in der Größenordnung von z.B. 4ooo m³/h unterbindet.
Durch die gestrichelt gezeichneten Drehrichtungs- und Strömungspfeile werden die während des Abtaubetriebes erfindungsgemäß vorgesehene umgekehrte Drehrichtung für das Ventilator-Flügelrad 5 sowie die dadurch umgekehrte Luftströmung durch die im Verdampferteil der Wärmepumpe angeordneten Aggregate angedeutet. Durch diese Strömung kann erstens kein Wasserdampf mehr vom Verdampfer 1 zum Ventilator 3 aufsteigen und an diesem festfrieren und zweitens wird durch sie im Verlaufe des Abtaubetriebes vom nunmehr beheizten Verdampfer 1 erwärmte Luft über die Kondensatwanne 6 und durch das Luftansauggitter 8 geblasen. Dabei wird jedesmal eine etwa seit dem vorhergegangenen Abtaubetrieb in der Kondensatwanne 6 entstandene Eisschicht oder ein am Luftansauggitter 8 entstandener Reifbelag abgeschmolzen, sodaß das Auftreten der eingangs genannten Störungen mit Sicherheit vermieden werden kann und auch während extremer Witterungsverhältnisse ein ungeströter Betrieb der Wärmepumpe gewährleistet ist. Durch die Verringerung der Drehzahl des Ventilator-Flügelrades 5 wird eine Strömungsgeschwindigkeit eingestellt, die für den gewünschten Effekt mit Sicherheit ausreicht, ohne eine allzustarke Wäremeentnahme aus dem beheizten Verdampfer 1 zu verursachen.
Die Schaltung in Fig. 2 zeigt ein Schütz 9 über dessen drei Arbeitskontakte 1o der Ventilator 3 mit vertauschter Phasenfolge und über drei Vorwiderstände 11 an das speisende Drehstromnetz anschaltbar ist. Erregerseitig ist dieses Schütz 9 über einen Ruhekontakt 12 eines Hilfsschützes 13 der Betätigungseinrichtung 14 des zur Umsteuerung des Kältemittelkreislaufes für den Abtaubetrieb dienenden Vierwegventils 15 parallel geschaltet. Dieses Hilfsschütz 13 liegt erregerseitig an der Einschaltleitung 16 für den Ventilator 3, an der ursprünglich die Erregung des Ventilator-Einschaltschützes 17 angeordnet war. Dieses ist nun erregerseitig über einen Ruhekontakt 18 des Schützes 9 und' einen Arbeitskontakt 19 des Hilfsschützes 13 an die Versorgungsspannung geschaltet.

Claims

1. Wärmepumpe mit einem Verdampfer, dem während eines ersten als Heizen bezeichneten Betriebszustandes von einem Ventilator Umgebungsluft als Wärmeträger zugeführt ist und der während eines zweiten als Abtauen bezeichneten Betriebszustandes aufgeheizt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß während des als Abtauen bezeichneten Betriebszustandes das Ventilator-Flügelrad (5) mit umgekehrter Drehrichtung angetrieben ist.

2. Wärmepumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ventilator-Flügelrad (5) mit verringerter Drehzahl angetrieben ist: