EP0174292A2 - Verfahren zum Abtauen von Verdampfern in Wärmepumpen- und Kältemaschinenanlagen - Google Patents

Verfahren zum Abtauen von Verdampfern in Wärmepumpen- und Kältemaschinenanlagen Download PDF

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EP0174292A2
EP0174292A2 EP85890195A EP85890195A EP0174292A2 EP 0174292 A2 EP0174292 A2 EP 0174292A2 EP 85890195 A EP85890195 A EP 85890195A EP 85890195 A EP85890195 A EP 85890195A EP 0174292 A2 EP0174292 A2 EP 0174292A2
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EP
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heat
condenser
evaporator
compressor
heat accumulator
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B47/00—Arrangements for preventing or removing deposits or corrosion, not provided for in another subclass
    • F25B47/02—Defrosting cycles
    • F25B47/022—Defrosting cycles hot gas defrosting
    • F25B47/025—Defrosting cycles hot gas defrosting by reversing the cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/20—Disposition of valves, e.g. of on-off valves or flow control valves

Definitions

  • the invention relates to a method for defrosting evaporators in heat pump and refrigerator systems, according to which the working medium circuit leading from the compressor to the condenser and via the throttle valve and evaporator is changed and the working medium is bypassed from the compressor to the evaporator, bypassing the condenser, during which Normal operation of the working medium as a heat source for a heat accumulator and during the defrosting operation of the heat accumulator as a heat source for the working medium are used, as well as a device for performing this method.
  • the liquefied working fluid After releasing the pressure in the throttle valve, the liquefied working fluid then flows back through the actual heat pump condenser, which then becomes an evaporator, to the compressor.
  • the condenser which is connected to a heating circuit via a heat exchanger, thereby withdraws the necessary heat of vaporization for the working fluid from this heating circuit during the defrosting process, which leads to an extremely unfavorable cooling of the heating system in terms of energy technology and to a rather uneconomical operation.
  • the invention is therefore based on the object of eliminating these deficiencies and of specifying a method of the type described at the outset which allows efficient defrosting of heat pump evaporators with little effort.
  • a simple device for performing this method is to be created.
  • the invention solves this problem in that the waste heat from the working fluid condensate leaving the condenser is used to charge the heat accumulator and, when thawing with the stored heat, the working fluid liquefied by heat emission in the evaporator and expanded in the throttle valve is evaporated. With this temporary storage of the heat of the moon and bypassing the condenser, the evaporator can open
  • a vapor passage barrier for example a float valve, can be installed in the circuit pipeline between the condenser and the check valve. This lock in any case prevents the flow of residual working fluid vapor from the condenser into the heat accumulator, so that the accumulator is charged safely by supercooling the condensate and not by the heat of condensation of the steam, which would have an adverse effect on the economy.
  • a heat pump system with air as the heat source comprises a compressor 1, a condenser 2, a throttle valve 3 and an air-loaded evaporator 4, a circuit line 5 ensuring the maintenance of the self-contained working medium circuit.
  • the heat of vaporization absorbed from the air in the evaporator 4 by the evaporating working fluid is pumped up by the compressor 1 and as condensation heat in the condenser 2 from the condensing working fluid to a heating circuit 6 coupled to the condenser 2 returned again.
  • the working fluid condensate flows through the circuit line 5 to the throttle valve 3, where it is expanded, and from there back into the evaporator 4.
  • the heat pump circuit is reversed, for which purpose a four-way valve 7 is installed in the circuit line 5 and the suction line 5a or the pressure line 5b of the compressor 1 either with the condenser 2 going or with the coming from the evaporator 4 strand of the circuit line 5 connects.
  • the circuit line 5 is then passed to the condenser 2 through a heat accumulator 8 and the condenser 2 is assigned a bypass line 9 branching off between the heat accumulator 8 and the condenser 2.
  • Check valves 10, 11 determine the direction of flow in the bypass line 9 or in the branch 5c of the circuit line 5 bridged by the bypass line, the bypass line 9 being able to flow through only from the direction of the heat accumulator 8 and the branch 5c in the direction of the heat accumulator 8.
  • a return line 13 which bypasses the throttle valve 3 and a check valve 12 preloaded thereon, in which a check valve 14 and a throttle valve 15 are also seated for the opposite flow direction.
  • the Virwegehahn 7 connects the suction line 5a of the compressor 1 to the line of the circuit line 5 coming from the evaporator 4 and the pressure line 5b to the line leading to the condenser 2, whereby the working fluid vapor from the evaporator 4 via the compressor 1 into the condenser 2nd passed and can be used to heat the heating circuit 6.
  • the check valve 10 prevents the working fluid from escaping through the bypass line 9.
  • the working fluid condensate leaves the condenser 2 and flows through the heat accumulator 8, which absorbs and temporarily stores the waste heat from the condensate before the then supercooled condensate relaxes via the check valve 12 to the throttle valve 3 gets back into the evaporator 4.
  • a float valve 16 is installed between the condenser 2 and the check valve 11 in the branch 5c of the circuit line 5, the float 16a of which only releases the flow when condensate is present.
  • the four-way valve 7 is switched over, so that the working fluid vapor is now pressed from the compressor 1 via the pressure line 5b into the evaporator 4, where it condenses and causes the evaporator 4 to be defrosted by the heat of condensation released.
  • the liquefied working fluid then flows through the return line 13 via the check valve 14 to the throttle valve 15, is relaxed here and returned to the circuit line 5 leading through the heat accumulator 8.
  • the heat stored in the heat accumulator 8 now ensures the evaporation of the working fluid, and the steam which is produced is led past the condenser 2 through the bypass line 9 due to the check valves 11 and 10.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Abtauen von Verdampfern (4) in Wärmepumpen- und Kältemaschinenanlagen wird der vom Verdichter (1) zum Verflüssiger (2) und über Drosselventil (3) und Verdampfer (4) zurück zum Verdichter (1) führende Arbeitsmittelkreislauf (5) geändert und das Arbeitsmittel vom Verdichter (1) unter Umgehung des Verflüssigers (2) dem Verdampfer (4) zugeleitet. Während des Normalbetriebes werden das Arbeitsmittel als Wärmequelle für einen Wärmespeicher (8) und während des Abtaubetriebes der Wärmespeicher (8) als Wärmequelle für das Arbeitsmittel genützt. Um mit geringem Aufwand den Wirkungsgrad des Abtauvorganges zu verbessern, dient die Abwärme des den Verflüssiger (2) verlassenden Arbeitsmittelkondensats zum Laden des Wärmespeichers (8) und beim Abtauen wird mit der gespeicherten Wärme das durch Wärmeabgabe im Verdampfer (4) verflüssigte und im Drosselventil (3) entspannte Arbeitsmittel verdampft.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtauen von Verdampfern in Wärmepumpen- und Kältemaschinenanlagen, nach dem der vom Verdichter zum Verflüssiger und über Drosselventil und Verdampfer zurück zum Verdichter führende Arbeitsmittelkreislauf geändert und das Arbeitsmittel vom Verdichter unter Umgehung ces Verflüssigers dem Verdampfer zugeleitet wird, wobei während des Normalbetriebes das Arbeitsmittel als Wärmequelle für einen Wärmespeicher und während des Abtaubetriebes der Wärmespeicher als Wärmequelle für das Arbeitsmittel genutzt werden, sowie eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.
  • Um die Funktion von Wärmepumpen od. dgl. mit Luft als Energiespender sicherstellen zu können, mu3 eine die Wärmeübertragung von Luft auf das Arbeitsmittel beeinträchtigende Vereisung des Verdampfers unterbunden werden, und es ist notwendig, den oder die Verdampfer bei Vereisungsgefahr abzutauen. Dazu ist es, abgesehen von aufwendigen fremdenergiebetriebenen Heizungsanlagen, insbesondere elektrische Widerstandsheizungen, bereits bekannt, den ärmepumpenkreislauf umzukehren und den heißen Anbeitsmitteldampf direkt in den Verdampfer strömen zu lassen. Der Verdampfer wirkt jetzt gewissermaßen als Kondensator, wobei die freiwerdende wärme des kondensierenden Arbeitsmittelcampfes zum Abtauen des Verdampfers genutzt wird. Das verflüssigte Arbeitsmittel strömt dann nach Entspannung im Drosselventil entsprechend der verkehrten Kreislaufrichtung durch den eigentlichen Wärmepumpenverflüssiger, der nun Verdampfer wird, zurück zum Verdichter. Der Verflüssiger, der über einen Wärmetauscher mit einem Heizkreislauf verbunden ist, entzieht dadurch beim Abtauvorgang die erforderliche Verdampfungswärme für das Arbeitsmittel diesem Heizkreislauf, was zu einem energietechnisch äußerst ungünstigen Abkühlen der Heizungsanlage und zu einem recht unwirtschaftlichen Petrieb führt.
  • Gemäß den US-Psen 3 838 582 und 2 641 908 wurde auch schon vorgeschlagen, mit dem Arbeitsmittel einen Wärmespeicher zu laden und die gespeicherte Wärme zum Abtauen zu nutzen. Allerdings wird dabei der ärmespeicher unmittelbar nach dem Verdichter eingesetzt, so daß Überhitzungsenergie das Abtauen bewirkt, was wiederum unwirtschaftlich ist und wegen der hohen Temperatur- und Druckverhältnisse den Bauaufwand der Anlage vergrößert.
  • Wie die DD-PS 133 462 zeigt, gibt es weiters Wärmepumpen mit mehreren Verdampfern, die zum Abtauen die Pestwärme des den Verflüssiger verlassenden Kondensats nutzen, indem ein Teil dieses noch warmen Kondensats zum Abtauen abwechselnd jeweils durch einen der Verdampfer geleitet wird. Hier ist allerdings der Bauaufwand relatuiv groß und das Kondensat muß noch eine recht hohe Temperatur, ca. 50°C, besitzen, um ein vollständiges Abtauen des geveiligen Verdampfers zu erreichen, so daß der Einsatz einer solchen Wärmepumpe für Niedertemperatur-Heizungsanlagen, wie Fußbodenheizungen, für die ärmepumpen eigentlich besonders gut geeignet wären, nicht möglich ist.
  • Aus den DE-ASen 25 09 965 und 26 CH 873 geht es such schon als bekannt hervor, einern wärme- Wärrepumpe verlassenden Kondensats zu laden und diesen wärmpeicher bedanfsweise als Wärmequelle für die Wärmepumpe etwa bei tiefen Außentemperaturen oder als Wärmequelle einer zweiten Wärmepumpe zur Abdeckung von Spitzenlasten heranzuziehen, doch kommt es auch bei diesen Wärmepumpen zu keiner Verbesserung der Abtau-Verhältnisse.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu beseitigen und ein Verfahren der eingangs geschilderten Art anzugeben, das mit geringem Aufwand ein rationelles Abtauen von Wärmepumpenverdampfem erlaubt. Außerdem soll eine einfache Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens geschaffen werden.
  • Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß die Abwärme des den Verflüssiger verlassenden Arbeitsmittelkondensats zum Laden des Wärespeichers dient und beim Abtauen mit der gespeicherten Wärme das durch Wärmeabgabe im Verdampfer verflüssigte und im Drossel- ventil entspannte Arbeitsmittel verdampft wird. Mit dieser Zwischenspeicherung der Mondensatshwärme und der Umgehung des Verflüssigers kann der Verdampfer auf
  • Figure imgb0001
    Figure imgb0002
  • Um den Wirkungsgrad zu verbessern, kann zwischen Verflüssiger und Rückschlagventil eine Dampfdurchtrittssperre, beispielsweise ein Schwimmerventil in den Kreislaufleitungsstrang eingebaut sein. Diese Sperre verhindert auf jeden Fall das Einströmen von restlichem Arbeitsmitteldampf aus dem Verflüssger in den Wärmespeicher, so daß die Aufladung des Speichers sicher durch Unterkühlung des Kondensats und nicht etwa auch durch Kondensationswärme des Dampfes erfolgt, was die Wirtschaftlichkeit beeinträchtigen würde.
  • In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise in einem Anlagenschema veranschaulicht.
  • Eine Wärmepumpenanlage mit Luft als Wärmequelle umfaßt einen Verdichter 1, einen Verflüssiger 2, ein Drosselventil 3 und einen luftbeaufschlagten Verdampfer 4, wobei eine Kreislaufleitung 5 für die Aufrechterhaltung des in sich geschlossenen Arbeitsmittelkreislaufes sorgt. Die im Verdampfer 4 vom verdampfenden Arbeitsmittel aus der Luft aufgenommene Verdampfungswärme wird durch den Verdichter 1 hochgepumpt und als Kondensationswärme im Verflüssiger 2 vom kondensierenden Arbeitsmittel an einen mit dem Verflüssiger 2 gekoppelten Heizkreis 6 wieder abgegeben. Das Arbeitsmittelkondensat strömt durch die Kreislaufleitung 5 zum Drosselventil 3, wo es entspannt wird, und von hier zurück in den Verdampfer 4.
  • Um nun den Verdampfer 4 bei Vereisung auf wirtschaftliche Weise und ohne Fremdenergie abtauen zu können, wird der Wärmepumpenkreislauf umgekehrt, wozu ein Vierwegehahn 7 in die Kreislaufleitung 5 eingebaut ist und die Saugleitung 5a bzw. die Druckleitung 5b des Verdichters 1 entweder mit dem zum Verflüssiger 2 gehenden oder mit dem vom Verdampfer 4 kommenden Strang der Kreislaufleitung 5 verbindet. Außerdem wird die Kreislaufleitung 5 anschließend an den Verflüssiger 2 durch einen Wärmespeicher 8 geführt und dem Verflüssiger 2 eine zwischen Wärmespeicher 8 und Verflüssiger 2 abzweigende Umgehungsleitung 9 zugeordnet. Rückschlagventile 10, 11 bestimmen die Durchflußrichtung in der Umgehungsleitung 9 bzw. im von der Umgehungsleitung überbrückten Strang 5c der Kreislaufleitung 5, wobei die Umgehungsleitung 9 nur aus der Richtung vom Wärmespeicher 8 und der Strang 5c in Richtung zum Wärmespeicher 8 durchströmt werden können. Zur Durchführung der Kreislaufrichtungsumkehr gibt es auch eine das Drosselventil 3 und ein diesem vorgeschlatetes Rückschlagventil 12 umgehende Rückleitung 13, in der für die entgegengesetzte Durchflußrichtung ebenfalls ein Rückschlagventil 14 und ein Drosselventil 15 sitzen.
  • Im normalen Heizbetrieb schließt der Virwegehahn 7 die Saugleitung 5a des Verdichters 1 an-den vom Verdampfer 4 kommenden Strang der Kreislaufleitung 5 und die Druckleitung 5b an den zum Verflüssiger 2 führenden Strang an, wodurch der Arbeitsmitteldampf vom Verdampfer 4 über den Verdichter 1 in den Verflüssiger 2 geleitet und zum Heizen des Heizkreises 6 ausgenutzt werden kann. Dabei verhindert das Rückschlagventil 10 ein Ausweichen des Arbeitsmittels durch die Umgehungsleitung 9. Das Arbeitsmittelkondensat verläßt den Verflüssiger 2 und strömt durch den Wärmespeicher 8, der die Abwärme des Kondensats aufnimmt und zwischenspeichert, bevor das dann unterkühlte Kondensat über das Rückschlagventil 12 zum Drosselventil 3 und entspannt zurück in den Verdampfer 4 gelangt. Um sicherzustellen, daß zum Aufladen des Wärmespeichers 8 nicht Kondensationswärme restlicher Dampfmengen, sondern ausschließlich Kondensatabwärme dient, ist zwischen Verflüssiger 2 und Rückschlagventil 11 ein Schwimmerventil 16 in den Strang 5c der Kreislaufleitung 5 eingebaut, deren Schwimmer 16a den Durchfluß nur bei Vorhandensein von Kondensat freigibt.
  • Soll der Verdampfer 4 abgetaut werden, wird der Vierwegehahn 7 umgeschaltet, so daß nun der Arbeitsmitteldampf vom Verdichter 1 über die Druckleitung 5b in den Verdampfer 4 gedrückt wird, wo er kondensiert und durch die freiwerdende Kondensationswärme die Enteisung des Verdampfers 4 bewirkt. Das verflüssigte Arbeitsmittel strömt hierauf durch die Rückleitung 13 über das Rückschlagventil 14 zum Drosselventil 15, wird hier entspannt und in die durch den Wärmespeicher 8 führende Kreislaufleitung 5 zurückgeleitet. Die im Wärmespeicher 8 gespeicherte Wärme sorgt nun für das Verdampfen des Arbeitsmittels, und der entstehende Dampf wird auf Grund der Rückschlagventile 11 und 10 durch die Umgehungsleitung 9 am Verflüssiger 2 vorbeigeführt. Er strömt aus der Umgehungsleitung 9 über den Vierwegehahn 7 zur Saugleitung 5a des Verdichters 1 zurück. Das Abtauen des Verdampfers 4 erfolgt dadurch auf einfache wirtschaftliche Weise unter Nutzung der Kondensatabwärme mittels des Wärmespeichers 8 ohne jede Rückkühlungsgefahr für den Heizkreis 6.

Claims (3)

1. Verfahren zum Abtauen von Verdampfern (4) in Wärmepumpen- und Kältemaschinenanlagen, nach dem der vom Verdichter (1) zum Verflüssiger (2) und über Drosselventil (3) und Verdampfer (4) zurück zum Verdichter (1) führende Arbeitsmittelkreislauf geändert und das Arbeitsmittel vom Verdichter (1) unter Umgehung des Verflüssigers (2) dem Verdampfer (4) zugeleitet wird, wobei während des Normalbetriebes das Arbeitsmittel als Wärmequelle für einen Wärmespeicher (8) und während des Abtaubetriebes der Wärmespeicher (8) als Wärmequelle für das Arbeitsmittel genutzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwärme des den Verflüssiger (2) verlassenden Arbeitsmittelkondensats zum Laden des Wärmespeichers (8) dient und beim Abtauen mit der gespeicherten Wärme das durch Wärmeabgabe im Verdampfer (4) verflüssigte und im Drosselventil (3) entspannte Arbeitsmittel verdampt wird.
2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, mit in eine Kreislaufleitung (5) eingebundenen Verdichter (1), Verflüssiger (2), Drosselventil (3) und Verdampfer (4), welche Kreislaufleitung (5) durch einen Wärmespeicher (8) führt und eine den Verflüssiger (2) überbrückende Umgehungsleitung (9) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreislaufleitung (5) und die Druck- und Saugleitung (5a, 5b) des Verdichters (1), wie an sich bekannt, mittels eines Vierwegehahnes (7) aneinandergeschlossen sind, daß der Wärmespeicher (8) zwischen Verflüssiger (2) und Drosselventil (3) angeordnet ist, daß im Bereich zwischen Verflüssiger (2) und Wärmespeicher (8) eine Umgehungsleitung (9) des Verflüssigers (2) abzweigt, daß in der Umgehungsleitung (9) ein den Durchfluß vom Wärmespeicher freigebendes Rückschlagventil (10) und daß im von der Umgehungsleitung (9) zum Verflüssiger (2) führenden Strang (5c) der Kreislaufleitung ein den Durchfluß zum Wärmespeicher freigebendes Rückschlagventil (11) sitzt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Verflüssiger (2) und Rückschlagventil (11) eine Dampfdurchtrittssperre, beispielsweise ein Schwimmerventil (16) in den Kreislaufleitungsstrang (5c) eingebaut ist.
EP85890195A 1984-09-04 1985-08-28 Verfahren zum Abtauen von Verdampfern in Wärmepumpen- und Kältemaschinenanlagen Withdrawn EP0174292A3 (de)

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