EP2357417B1 - Wärmepumpenvorrichtung - Google Patents

Wärmepumpenvorrichtung Download PDF

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EP2357417B1
EP2357417B1 EP11000563.4A EP11000563A EP2357417B1 EP 2357417 B1 EP2357417 B1 EP 2357417B1 EP 11000563 A EP11000563 A EP 11000563A EP 2357417 B1 EP2357417 B1 EP 2357417B1
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EP
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heat
pressure sensor
pump device
heat pump
compressor
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EP2357417A3 (de
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Steffen Smollich
Kai Dr. Schiefelbein
Johannes Dr. Brugmann
Michael Schaumlöffel
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Stiebel Eltron GmbH and Co KG
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Stiebel Eltron GmbH and Co KG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
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    • F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1009—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating
    • F24D19/1039—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating the system uses a heat pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B30/02—Heat pumps of the compression type
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    • F25B2700/19—Pressures
    • F25B2700/193—Pressures of the compressor
    • F25B2700/1933—Suction pressures

Definitions

  • the present invention relates to a heat pump device.
  • DE 26 38 861 A1 describes a heating system with a heat pump.
  • a heat meter is connected to a flow temperature sensor and a return temperature sensor on the condenser and can thus measure the amount of heat generated by the heat pump.
  • the heat pump device has a refrigerant circuit with a compressor, a low-pressure sensor and a high-pressure sensor.
  • the high-pressure sensor and the low-pressure sensor are arranged in front of and behind the compressor and detect the pressure in the refrigerant circuit in front of and behind the compressor.
  • the heat pump device further comprises a controller with a heat quantity unit for evaluating the amount of heat generated by the heat pump device based on the signals of the low pressure sensor and the high pressure sensor.
  • the heat pump device comprises a display unit for displaying the amount of heat evaluated by the heat quantity unit.
  • the heat pump device comprises an input unit for selecting the period for evaluating the amount of heat generated by the heat pump device and for selecting which proportion of the amount of heat is to be displayed.
  • the invention relates to the idea of providing a heat pump device with a refrigerant circuit.
  • the refrigerant circuit has a compressor and a low-pressure sensor and a high-pressure sensor in front of and behind the compressor.
  • the heat pump unit also has a controller which is connected to the low-pressure sensor and the high-pressure sensor.
  • the controller has a heat quantity unit for evaluating the heat quantity generated by the heat pump device based on the signals from the low-pressure sensor and the high-pressure sensor. Further embodiments of the invention are the subject of the subclaims.
  • Fig 1 shows a schematic representation of a heat pump device according to a first embodiment.
  • the heat pump device has a refrigerant circuit with a condenser 10, with an inlet 11 and an outlet 12 (e.g. for heating water or hot water), an electric expansion valve 20, a evaporator 30 and a compressor 40. Furthermore, a low-pressure sensor 110 and a high-pressure sensor 120 are provided.
  • a 4-2-way valve 50, a filter dryer 60, a sight glass 70 and injection capillaries 80 can be provided.
  • the heat pump device also has a controller 90.
  • the controller 90 is coupled to the low pressure sensor and the high pressure sensor 110, 120 and receives the output signals of these sensors.
  • the controller 90 can have a heat quantity unit 91 for determining the amount of heat generated by the heat pump device.
  • the heat quantity unit 91 calculates or evaluates the amount of heat absorbed based on the output signals of the low pressure sensor and the high pressure sensor 110, 120.
  • the heat pump device can have an input unit and an output unit.
  • the determined amount of heat can be displayed or output via the output unit.
  • the time period for calculating the amount of heat can be selected using the input unit.
  • the amount of heat for heating per day that is generated by the compressor can be displayed.
  • the total amount of heat for heating generated by the compressor can be displayed.
  • a heat amount for hot water per day that is generated by the compressor can be displayed.
  • a total amount of heat for hot water that has been generated by the compressor can be displayed.
  • the total amount of heat for heating generated by an additional heater such as a continuous flow heater
  • the total amount of heat for hot water generated by an additional heater such as a continuous flow heater, can be displayed.
  • the electrical power consumption of the compressor per heater per day can be displayed. Furthermore, the total sum of the electrical power consumption of the compressor for heating can be displayed. Furthermore, the electrical power consumption of the compressor for hot water per day can be displayed. Furthermore, the total electrical power consumption of the compressor for hot water can be displayed.
  • the heat quantity unit 91 calculates the heat quantity or the heating output of the heat pump according to the following equation.
  • Q points C p_0 * a ⁇ b * p_C * 1 ⁇ E + p_0 * c + p_C * d + e * E
  • the electrical power consumed by the heat pump device can be calculated using the following equation.
  • P el f * p_C + G * p_0 + h * p_C * E
  • a, b, c, d, e, h represent factors that can be determined on a test bench, for example.
  • the low pressure sensor 110 determines the evaporator pressure p_0 and the high pressure sensor 120 determines the condenser pressure p_C.
  • Fig. 2 shows a graphical representation of the dependence of the electrical power and the amount of heat generated by a heat pump device according to a second embodiment.
  • the evaporator pressure p_0 measured by the low-pressure sensor 110 is plotted on the x-axis and the condenser pressure p_C measured by the high-pressure sensor 120 is plotted on the y-axis.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmepumpenvorrichtung.
  • Bei Wärmepumpenvorrichtungen ist es wünschenswert, die erzeugte bzw. abgegebene Wärmemenge erfassen und ausgeben zu können.
  • DE 26 38 861 A1 beschreibt eine Heizungsanlage mit einer Wärmepumpe. Ein Wärmemengenmesser wird mit einem Vorlauftemperaturfühler und einem Rücklauftemperaturfühler an dem Kondensator verbunden und kann so die Wärmemenge erfassen, die durch die Wärmemenge erzeugt wird.
  • Dokument US 2006/032245 A1 zeigt eine weitere Wärmepumpenvorrichtung.
  • Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wärmepumpenvorrichtung vorzusehen, welche dazu geeignet ist, die erzeugte bzw. abgegebene Wärmemenge zu erfassen und auszugeben, ohne dass weitere Bauteile benötigt werden.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Wärmepumpenvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Somit weist die Wärmepumpenvorrichtung einen Kältemittelkreislauf mit einem Verdichter, einem Niederdrucksensor und einem Hochdrucksensor auf. Der Hochdrucksensor und der Niederdrucksensor sind vor und hinter dem Verdichter angeordnet und erfassen den Druck in dem Kältemittelkreislauf vor und hinter dem Verdichter. Die Wärmepumpenvorrichtung weist ferner einen Regler mit einer Wärmemengeneinheit zum Auswerten der durch die Wärmepumpenvorrichtung erzeugten Wärmemenge basierend auf den Signalen des Niederdrucksensors und des Hochdrucksensors auf.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Wärmepumpenvorrichtung eine Anzeigeneinheit zum Anzeigen der durch die Wärmemengeneinheit ausgewerteten Wärmemenge auf.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Wärmepumpenvorrichtung eine Eingabeeinheit zum Auswählen des Zeitraums für das Auswerten der durch die Wärmepumpenvorrichtung erzeugten Wärmemenge sowie zum Auswählen, welcher Anteil der Wärmemenge anzuzeigen ist, auf.
  • Die Erfindung betrifft den Gedanken, eine Wärmepumpenvorrichtung mit einem Kältemittelkreislauf vorzusehen. Der Kältemittelkreislauf weist einen Verdichter sowie einen Niederdrucksensor und einen Hochdrucksensor vor bzw. hinter dem Verdichter auf. Die Wärmepumpeneinheit weist ferner einen Regler auf, welcher mit dem Niederdrucksensor und dem Hochdrucksensor verbunden ist. Der Regler weist eine Wärmemengeneinheit zum Auswerten der durch die Wärmepumpenvorrichtung erzeugten Wärmemenge basierend auf den Signalen von dem Niederdrucksensor und dem Hochdrucksensor auf. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Vorteile und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
    • Fig. 1
    zeigt eine schematische Darstellung einer Wärmepumpenvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, und
    Fig. 2
    zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung der abgegebenen bzw. erzeugten Wärmemenge einer Wärmepumpenvorrichtung.
  • Fig 1. zeigt eine schematische Darstellung einer Wärmepumpenvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Wärmepumpenvorrichtung weist einen Kältemittelkreislauf mit einem Verflüssiger 10, mit einem Eingang 11 und einem Ausgang 12 (z. B. für Heizwasser oder Warmwasser), einem elektrischen Expansionsventil 20, einem Verdampfer 30 und einem Verdichter 40 auf. Ferner ist ein Niederdrucksensor 110 und ein Hochdrucksensor 120 vorgesehen.
  • Optional kann ein 4-2-Wege Ventil 50, ein Filtertrockner 60, ein Schauglas 70 sowie Einspritzkapillaren 80 vorgesehen werden. Die Wärmepumpenvorrichtung weist ferner einen Regler 90 auf. Der Regler 90 ist mit dem Niederdrucksensor und dem Hochdrucksensor 110, 120 gekoppelt und empfangt die Ausgangssignale dieser Sensoren. Der Regler 90 kann eine Wärmemengeneinheit 91 zum Bestimmen der durch die Wärmepumpenvorrichtung erzeugten Wärmemenge aufweisen. Die Wärmemengeneinheit 91 berechnet bzw. wertet die aufgenommene Wärmemenge basierend auf den Ausgangssignalen des Niederdrucksensors und Hochdrucksensors 110, 120 aus.
  • Optional kann die Wärmepumpenvorrichtung eine Eingabeeinheit und eine Ausgabeeinheit aufweisen. Über die Ausgabeeinheit kann die ermittelte Wärmemenge angezeigt bzw. ausgegeben werden. Mittels der Eingabeeinheit kann der Zeitraum für die Berechnung der Wärmemenge ausgewählt werden. Hierbei kann beispielsweise die Wärmemenge für die Heizung pro Tag angezeigt werden, welche durch den Verdichter erzeugt wird. Alternativ dazu kann die Gesamtwärmemenge der Heizung, die durch den Verdichter erzeugt wird, angezeigt werden. Ferner kann eine Wärmemenge für Warmwasser pro Tag angezeigt werden, welche durch den Verdichter erzeugt wird. Des Weiteren kann eine Gesamtwärmemenge für Warmwasser angezeigt werden, welche durch den Verdichter erzeugt worden ist. Zusätzlich dazu kann die Gesamtwärmemenge der Heizung angezeigt werden, welche durch eine Zusatzheizung, wie beispielsweise einen Durchlauferhitzer, erzeugt wird. Ferner kann die Gesamtwärmemenge des Warmwassers angezeigt werden, welche durch eine Zusatzheizung, wie beispielsweise einen Durchlauferhitzer erzeugt werden. Ferner kann die elektrische Leistungsaufnahme des Verdichters pro Heizung pro Tag angezeigt werden. Des Weiteren kann die Gesamtsumme der elektrischen Leistungsaufnahme des Verdichters für die Heizung angezeigt werden. Ferner kann die elektrische Leistungsaufnahme des Verdichters für Warmwasser pro Tag angezeigt werden. Des Weiteren kann die Gesamtsumme der elektrischen Leistungsaufnahme des Verdichters für Warmwasser angezeigt werden.
  • Die warmemengenemheit 91 berechnet die Wärmemenge bzw. die Heizleistung der Wärmepumpe gemäß der nachfolgenden Gleichung. Q pkt C = p_0 * a − b * p_C * 1 − E + p_0 * c + p_C * d + e * E
    Figure imgb0001
  • Die elektrische Leistung, welche durch die Wärmepumpenvorrichtung aufgenommen wird, kann anhand der nachfolgenden Gleichung berechnet werden. P el = f * p_C + g * p_0 + h * p_C * E
    Figure imgb0002
  • In den obigen beiden Gleichungen entspricht der Verflüssigungsdruck p_C, der Verdampferdruck p_0, die Einspritzung aktiv/ nicht aktiv E (E=1; E=0). Ferner stellen a, b, c, d, e, h Faktoren dar, die beispielsweise an einem Prüfstand ermittelt werden können.
  • Mit dem Niederdrucksensor 110 wird der Verdampferdruck p_0 und mit dem Hochdruckssensor 120 wird der Verflüssigerdruck p_C ermittelt.
  • Fig. 2 zeigt eine grafische Darstellung der Abhängigkeit der elektrischen Leistung und der erzeugten Wärmemenge einer Wärmepumpenvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Auf der x-Achse ist der von dem Niederdrucksensor 110 gemessene Verdampferdruck p_0 und auf der y-Achse ist der von dem Hochdrucksensor 120 gemessene Verflüssigerdruck p_C aufgetragen.

Claims (3)

  1. Wärmepumpenvorrichtung, mit einem Kältemittelkreislauf mit einem Verdichter (40), einem Niederdrucksensor (110) und einem Hochdrucksensor (120), und mit einer Einspritzung, die aktiv oder nicht aktiv sein kann,
    wobei der Hochdrucksensor und der Niederdrucksensor (120, 110) vor und hinter dem Verdichter (40) angeordnet sind und den Druck (p_C, p_0) in dem Kältemittelkreislauf vor und hinter dem Verdichter (40) erfassen, und
    einem Regler (90) mit einer Wärmemengeneinheit (91) zum Auswerten der durch die Wärmepumpenvorrichtung erzeugten Wärmemenge basierend auf den Signalen von dem Niederdrucksensor (110) und dem Hochdrucksensor (120),
    wobei die Wärmemenge durch Q pkt C = p_0 * a − b * p_C * 1 − E + p_0 * C + p_C * d + e * E
    Figure imgb0003
    ermittelt wird,
    wobei p_C einen Verflüssigungsdruck, p_0 einen Verdampferdruck und E (E=1; E=0) angibt, dass die Einspritzung aktiv ist oder nicht aktiv ist,
    wobei a, b, C, d, e Faktoren darstellen, die an einem Prüfstand ermittelt werden können,
    mit dem Niederdrucksensor wird der Verdampferdruck p_0 und mit dem Hochdruckssensor wird der Verflüssigungsdruck p_C ermittelt.
  2. Wärmepumpenvorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit
    einer Anzeigeneinheit zum Anzeigen der durch die Wärmemengeneinheit ausgewerteten Wärmemenge.
  3. Wärmepumpenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit
    einer Eingabeeinheit zum Auswählen eines Zeitraums für das Auswerten der durch die Wärmepumpenvorrichtung erzeugten Wärmemenge sowie zum Auswählen, welcher Anteil der Wärmemenge anzuzeigen ist.
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