EP2473795A2 - Wärmepumpe - Google Patents

Wärmepumpe

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Publication number
EP2473795A2
EP2473795A2 EP10752298A EP10752298A EP2473795A2 EP 2473795 A2 EP2473795 A2 EP 2473795A2 EP 10752298 A EP10752298 A EP 10752298A EP 10752298 A EP10752298 A EP 10752298A EP 2473795 A2 EP2473795 A2 EP 2473795A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat pump
heat
medium
heat exchanger
pump circuit
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10752298A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Karsten Uitz
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Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP2473795A2 publication Critical patent/EP2473795A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F25B29/00—Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously
    • F25B29/003—Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously of the compression type system
    • 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
    • F25B2339/00—Details of evaporators; Details of condensers
    • F25B2339/04—Details of condensers
    • F25B2339/047—Water-cooled condensers
    • 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
    • F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/06—Several compression cycles arranged in parallel

Definitions

  • the invention relates to a heat pump according to the preamble of claim 1.
  • the invention has for its object to provide a heat pump, which has a relatively high COP value.
  • the invention is based on a heat pump with a first heat pump circuit comprising an inlet heat exchanger and an outlet heat exchanger.
  • the input heat exchanger is in the working state of a primary medium of a heat source flows through.
  • the primary medium can be liquid or gaseous.
  • the input heat exchanger is designed for the evaporation of a heat pump circuit medium, which flows through the first heat pump circuit.
  • a compressor unit is provided, the vaporized
  • Heat pump circuit medium can be supplied to the output heat exchanger.
  • the output heat exchanger can as
  • Condenser heat exchanger may be formed.
  • the secondary side of the output heat exchanger is flowed through in the working state of a secondary medium which has a higher temperature than the primary medium.
  • the heat pump comprises at least a second heat pump cycle, with an input heat exchanger and an output heat exchanger, wherein the input heat exchanger of the first and second
  • Heat pump circuits primary side and the output heat exchanger of the first and second heat pump circuit are connected on the secondary side in each case in series. This will be the
  • Heat pump circuit medium for both circuits is less than half of the workload of a single-circuit heat pump, assuming equal temperature levels.
  • Input heat exchanger together the temperature difference of a flow and return of the primary medium completely drops. The heat input into the heat pump takes place accordingly
  • the heat pump is designed such that over the
  • the heat pump can be designed such that with a
  • the second and optionally each further heat pump cycle of the basic structure is constructed as the first heat pump cycle, i. with a
  • Inlet heat exchanger in particular an evaporator inlet heat exchanger and an outlet heat exchanger
  • a condenser outlet heat exchanger and a compressor unit in particular a condenser outlet heat exchanger and a compressor unit.
  • an additional heat exchanger can be provided, which heats the evaporated, to be compressed medium in countercurrent, at the same time before the back flowing from the output heat exchanger medium the evaporation is cooled. Also by this measure, the efficiency of the heat pump can be further improved.
  • Invention is at least a third heat pump cycle
  • Heat pump circuits primary side and the output heat pumps of the heat pump circuits are connected on the secondary side in each case in series.
  • the figure shows a schematic structure of a
  • a heat pump 1 is shown in a schematic block diagram, in which two heat pump circuits 2, 3 are coupled together.
  • the first heat pump cycle 2 includes a
  • Evaporator 4 a countercurrent heat exchanger 5, a plurality of compressor 6 between eg shut-off valves 7, a Kondensatorenausgangskorleyer 8, a collection unit 9, a filter dryer 10 and an injection valve 11.
  • a sight glass 12 and a further shut-off valve 13 is provided be.
  • the heat exchangers 4, 8 each have a primary side 4a, 8a and a secondary side 4b, 8b.
  • Supply line or the return line for a primary medium of a heat source and 15a and 15b, the flow line and the return line of a secondary medium are designated.
  • the heat pump 1 according to the invention operates according to the following principle:
  • the first heat pump cycle 2 is picked out.
  • a primary medium is supplied via the flow line 14a with e.g. a temperature of 43.5 ° C in the primary side 4a of
  • the reflux of the primary medium may e.g. have a temperature of 39 ° C.
  • the liquid refrigerant is further cooled down, which also has a COP value improvement result.
  • the vaporized and heated refrigerant is by means of the compressor 6 to a desired condensing pressure;
  • Refrigerant is the condenser heat exchanger 8 of the first heat pump circuit 2, for example, supplied with a temperature of about 100 0 C.
  • a predetermined amount is delivered to a heat sink 20. This is the
  • Secondary side 8b of the capacitor output heat exchanger 8 flows through a secondary medium via the feed line 15a. Preheated by the output heat exchanger 8 of the second heat pump circuit 3 secondary medium is thereby brought to a predetermined target temperature.
  • the secondary medium flows to reach the target temperature of the output heat exchanger 8 of the second heat pump cycle 3 via a connecting line 16 in the secondary side
  • Outgoing heat exchanger 8 flows into the collecting unit 9. From there it is guided through the filter drier 10, the sight glass 12 and the countercurrent heat exchanger 5 to the injection valve 11.
  • the injection valve 11 acts as a throttle member and lowers the refrigerant pressure to a desired
  • Refrigerant again absorb heat from the primary medium and the heat pump cycle begins again.
  • the evaporator of the evaporator input heat exchanger of the second heat pump circuit 3 extracts the primary medium approximately the second half of the amount of heat that is to be withdrawn. As a result, the primary medium cools by about half of the predetermined temperature difference. In terms of numbers, this can look like this:
  • the flow of the primary medium has a temperature of, for example, 43.5 ° C, at the exit from the evaporator inlet heat exchanger 8 of the first heat pump cycle 2, the temperature is
  • the primary medium is introduced at this temperature via a connecting line 17 in the evaporator inlet heat exchanger 4 of the second heat pump circuit 3 and that from the evaporator inlet heat exchanger 4 of the second
  • Heat pump circuit 3 discharged primary medium is e.g. cooled to 39 ° C.
  • the primary medium is cooled by half the predetermined temperature difference.
  • the vaporized refrigerant then flows through the
  • the vaporized and heated refrigerant is by means of the compressor 6 to the desired
  • Condenser heat exchanger 8 of the second heat pump circuit 3 is supplied. Here is the intended amount of heat to the
  • the secondary medium in this process is only half of the desired
  • the further process corresponds to that of the first heat pump cycle. 2
  • the amount of heat given off corresponds approximately to the heat absorbed by the primary medium
  • Compressor engine waste heat In contrast to conventional heat pump systems, which are normally limited to a maximum temperature of 75 ° C, can be achieved by the system according to the invention temperatures in the secondary medium of about 100 0 C, with a comparatively high COP value. In principle, this is achieved in that the medium to be heated flows through two heat exchangers in succession, the input heat exchanger of the first heat pump cycle and then the input heat exchanger of the second heat pump cycle. For example, divided in half dissipated heat amounts are then in the respective
  • Heat pump circuit set to a predetermined temperature high, whereby the distribution of the amount of heat and the
  • the feed line 15a for a heat sink is guided on a mixer 18, the heated secondary medium of the secondary medium in the return line 15b for a desired
  • a required volume flow is e.g. by a
  • Buffer loading pump 19 is provided.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
  • Central Heating Systems (AREA)
  • Compression-Type Refrigeration Machines With Reversible Cycles (AREA)

Abstract

Es wird eine Wärmepumpe (1) mit einem ersten Wärmepumpenkreis (2) vorgeschlagen, der einen Eingangswärmetauscher (4) und einen Ausgangswärmetauscher (8) umfasst, wobei der Eingangswärmetauscher (4) im Arbeitszustand von einem Primärmedium einer Wärmequelle durchflössen wird und sekundärseitig zur Verdampfung eines Wärmepumpenkreismediums ausgelegt ist, das den ersten Wärmepumpenkreis (2) durchströmt, wobei eine Verdichtereinheit (6) vorgesehen ist, die verdampftes Wärmepumpenkreismediums verdichtet, wobei Zuführmittel vorhanden sind, über welche verdichtetes Wärmepumpenkreismedium dem Ausgangswärmetauscher (8) zugeführt werden kann und wobei die Sekundärseite des Ausgangswärmetauschers (8) im Arbeitszustand von einem Sekundärmedium durchflössen wird, das eine höhere Temperatur besitzt als das Primärmedium. Erfindungsgemäß umfasst die Wärmepumpe (1) mindestens einen zweiten Wärmepumpenkreis (3) umfasst, mit einem Eingangswärmetauscher (4) und einem Ausgangswärmetauscher (8), wobei die Eingangswärmetauscher (4) des ersten und zweiten Wärmepumpenkreises (2, 3) primärseitig und die Ausgangswärmetauscher (8) des ersten und zweiten Wärmepumpenkreises (2, 3) sekundärseitig jeweils in Reihe geschaltet sind.

Description

„Wärmepumpe"
Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik:
Mit einer Wärmepumpe wird unter Zufuhr von Arbeit die
Temperatur eines Mediums von einem vorgegebenen
Temperaturniveau auf ein höheres Temperaturniveau angehoben. Das Verhältnis von nutzbarer Wärmeleistung zu zugeführter, zum Beispiel elektrischer Leistung wird als Leistungszahl in der Fachliteratur als COP "Coefficient Of Performance" bezeichnet.
Aufgabe und Vorteile der Erfindung:
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmepumpe bereitzustellen, die einen vergleichsweise hohen COP-Wert besitzt.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
Die Erfindung geht von einer Wärmepumpe aus, mit einem ersten Wärmepumpenkreis, der einen Eingangswärmetauscher und einen Ausgangswärmetauscher umfasst. Der Eingangswärmetauscher wird im Arbeitszustand von einem Primärmedium einer Wärmequelle durchflössen. Das Primärmedium kann dabei flüssig oder gasförmig sein. Sekundärseitig ist der Eingangswärmetauscher zur Verdampfung eines Wärmepumpenkreismediums ausgelegt, das den ersten Wärmepumpenkreis durchströmt. Außerdem ist eine Verdichtereinheit vorgesehen, die verdampftes
Wärmepumpenkreismedium verdichtet, wobei Zuführmittel
vorhanden sind, über welche verdichtetes
Wärmepumpenkreismedium dem Ausgangswärmetauscher zugeführt werden kann. Der Ausgangswärmetauscher kann als
Kondensatorwärmetauscher ausgebildet sein. Die Sekundärseite des Ausgangswärmetauschers wird im Arbeitszustand von einem Sekundärmedium durchflössen, das eine höhere Temperatur besitzt als das Primärmedium.
Der Kern der Erfindung liegt nun darin, dass die Wärmepumpe mindestens einen zweiten Wärmepumpenkreis umfasst, mit einem Eingangswärmetauscher und einem Ausgangswärmetauscher, wobei die Eingangswärmetauscher der ersten und zweiten
Wärmepumpenkreise primärseitig und die Ausgangswärmetauscher des ersten und zweiten Wärmepumpenkreises sekundärseitig jeweils in Reihe geschaltet sind. Damit werden die
Primärseiten der Eingangswärmetauscher von Primärmedium und die Sekundärseiten der Ausgangswärmetauscher von
Sekundärmedium in Reihe durchströmt.
Durch die Verwendung von wenigstens einem zweiten
Wärmepumpenkreis verbessert sich der COP-Wert erheblich, da der Arbeitsaufwand bei der Verdichtung von
Wärmepumpenkreismedium für beide Kreise weniger als die Hälfte des Arbeitsaufwands bei einer einkreisigen Wärmepumpe ist, unter der Voraussetzung gleicher Temperaturniveaus.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die
Wärmepumpe so ausgelegt, dass im Arbeitszustand über die
Eingangswärmetauscher zusammen die Temperaturdifferenz eines Vor- und Rücklaufs des Primärmediums vollständig abfällt. Der Wärmeeintrag in die Wärmepumpe erfolgt dementsprechend
ausschließlich über die in Reihe geschalteten Primärseiten der Eingangswärmetauscher . In diesem Zusammenhang ist es außerdem bevorzugt, wenn die Wärmepumpe derart ausgelegt ist, dass über die
Ausgangswärmetauscher zusammen eine gewünschte
Temperaturdifferenz des Ausgangsmediums abfällt. In diesem Fall wird die gewünschte Temperaturdifferenz somit
ausschließlich durch den Temperaturabfall der in Reihe
geschalteten Sekundärseiten der Ausgangswärmetauscher
bereitgestellt .
Durch die erfindungsgemäße Struktur der Wärmepumpe kann die Wärmepumpe derart ausgelegt werden, dass mit einem
Primärmedium gearbeitet werden kann, dessen Vorlauftemperatur über 400C liegt, ohne ein vergleichsweise schlechtes COP zu erreichen.
Entsprechend ist es möglich, die Wärmepumpe gleichermaßen so auszulegen, dass mit einem Sekundärmedium gearbeitet werden kann, das sich auf eine Temperatur anheben lässt, die über 95°C, insbesondere 1000C liegt.
In einer überdies bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Wärmepumpenkreismedium der ersten und zweiten
Wärmepumpenkreise verschieden. Damit kann für den ersten und zweiten gegebenenfalls einen weiteren Wärmepumpenkreis ein auf den jeweiligen Arbeitsbereich optimiertes Kältemittel
eingesetzt werden, wodurch sich der Wirkungsgrad der
Wärmepumpe weiter verbessert.
Vorzugsweise ist der zweite und gegebenenfalls jeder weitere Wärmepumpenkreis von der prinzipiellen Struktur so aufgebaut wie der erste Wärmepumpenkreis, d.h. mit einem
Eingangswärmetauscher, insbesondere einem Verdampfer- Eingangswärmetauscher und einem Ausgangswärmetauscher,
insbesondere einem Kondensatorausgangswärmetauscher sowie einer Verdichtereinheit. Darüber hinaus kann ein zusätzlicher Wärmetauscher vorgesehen werden, welcher im Gegenstrom das verdampfte, zu verdichtende Medium erhitzt, wobei gleichzeitig das aus dem Ausgangswärmetauscher zurückströmende Medium vor der Verdampfung abgekühlt wird. Auch durch diese Maßnahme lässt sich der Wirkungsgrad der Wärmepumpe weiter verbessern.
In einer darüber hinaus vorteilhaften Ausgestaltung der
Erfindung ist wenigstens ein dritter Wärmepumpenkreis
ausgebildet, wobei die Eingangswärmepumpen der
Wärmepumpenkreise primärseitig und die Ausgangswärmepumpen der Wärmepumpenkreise sekundärseitig jeweils in Reihe geschaltet sind.
Damit lässt sich abhängig von einem vorgegebenen
Temperaturniveau, von dem ausgegangen wird bzw. auf welches angehoben werden soll, eine weitere Verbesserung des COP-Werts herbeiführen.
Zeichnungen:
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachstehend unter Angabe weiterer
Vorteilen und Einzelheiten näher erläutert.
Die Figur zeigt einen schematischen Aufbau einer
erfindungsgemäßen Wärmepumpe.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels:
In der Figur ist eine Wärmepumpe 1 in einem schematischen Blockdiagramm dargestellt, bei welcher zwei Wärmepumpenkreise 2, 3 miteinander gekoppelt sind. Zur verbesserten Darstellung sind die Wärmepumpenkreise 2, 3 von einem durchgezogenen
Kasten umgeben.
Der erste Wärmepumpenkreis 2 umfasst einen
Verdampferwärmetauscher 4, einen Gegenstromwärmetauscher 5, mehrere Verdichter 6 zwischen z.B. Absperrventilen 7, einen Kondensatorausgangswärmetauscher 8, eine Sammeleinheit 9, einen Filtertrockner 10 sowie ein Einspritzventil 11. Darüber hinaus können, wie in der Figur beispielhaft dargestellt ein Schauglas 12 und ein weiteres Absperrventil 13 vorgesehen sein. Die Wärmetauscher 4, 8 haben jeweils eine Primärseite 4a, 8a sowie eine Sekundärseite 4b, 8b.
Die aufgeführten Bauteile sind über diverse Leitungen
miteinander verbunden, wobei mit 14a und 14b die
Vorlaufleitung bzw. die Rücklaufleitung für ein Primärmedium einer Wärmequelle und mit 15a und 15b die Vorlaufleitung bzw. die Rücklaufleitung eines Sekundärmediums bezeichnet sind.
Die erfindungsgemäße Wärmepumpe 1 arbeitet nach folgendem Prinzip:
Zunächst wird der erste Wärmepumpenkreis 2 herausgegriffen.
Ein Primärmedium wird über die Vorlaufleitung 14a mit z.B. einer Temperatur von 43,5°C in die Primärseite 4a des
Verdampfer-Eingangswärmetauschers 4 eingeleitet. Dadurch verdampfen auf der Sekundärseite 4b des Verdampfer- Eingangswärmetauschers 4 Kältemittel, wodurch ungefähr die Hälfte der Wärmemenge, die entzogen werden soll, dem
Primärmedium entzogen wird. Dadurch kühlt sich das
Primärmedium um ca. die Hälfte der vorgegebenen
Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf ab. Der Rücklauf des Primärmediums kann z.B. eine Temperatur von 39°C aufweisen.
Da nur die Hälfte der vorgesehenen Temperaturdifferenz abfällt, stellt sich eine entsprechend hohe
Verdampfertemperatur und somit ein hoher Verdampfungsdruck im Verdampfer des Verdampfer-Eingangswärmetauschers 4 ein. Dies begünstigt einen guten COP-Wert. Das verdampfte Kältemittel durchströmt im Anschluss den zusätzlichen
Gegenstromwärmetauscher 5, welcher im Gegenstrom von
verflüssigtem Kältemittel durchströmt wird, wodurch sich das vom Verdampfer kommende Kältemittel weiter erhitzt. Dies erhöht zusätzlich den COP-Wert des Wärmetauschers 1. Im
Gegenstromwärmetauscher 5 wird das flüssige Kältemittel weiter herabgekühlt, was zudem eine COP-Wertverbesserung zur Folge hat. Das verdampfte und erhitzte Kältemittel wird mittels der Verdichter 6 auf einen gewünschten Verflüssigungsdruck;
komprimiert. Dabei wird der größte Anteil einer
Verdichterarbeit sowie einer Verdichtermotorwärme dem
Kältemittel zugeführt. Das unter hohem Druck stehende
Kältemittel wird dem Kondensatorwärmetauscher 8 des ersten Wärmepumpenkreises 2 z.B. mit einer Temperatur von über 1000C zugeführt. Im Kondensatorwärmetauscher 8 wird eine vorgegebene Menge an eine Wärmesenke 20 abgegeben. Dazu wird die
Sekundärseite 8b des Kondensatorausgangswärmetauschers 8 von einem Sekundärmedium über die Vorlaufleitung 15a durchströmt. Vom Ausgangswärmetauscher 8 des zweiten Wärmepumpenkreises 3 vorgewärmtes Sekundärmedium wird dabei auf eine vorgegebene Zieltemperatur gebracht.
Das Sekundärmedium strömt zur Erreichung der Zieltemperatur vom Ausgangswärmetauscher 8 des zweiten Wärmepumpenkreises 3 über eine Verbindungsleitung 16 in den sekundärseitigen
Eingang des Ausgangswärmetauschers 8 des ersten
Wärmepumpenkreises 2.
Kondensiertes und abgekühltes Kältemittel aus dem
Ausgangswärmetauscher 8 fließt in die Sammeleinheit 9. Von dort wird es durch den Filtertrockner 10, das Schauglas 12 sowie den Gegenstromwärmetauscher 5 zum Einspritzventil 11 geführt. Das Einspritzventil 11 agiert als Drosselorgan und senkt den Kältemitteldruck auf einen gewünschten
Verdampfungsdruck. Im Eingangswärmetauscher kann das
Kältemittel erneut Wärme vom Primärmedium aufnehmen und der Wärmepumpenkreislauf beginnt von neuem.
Der Verdampfer des Verdampfer-Eingangswärmetauschers des zweiten Wärmepumpenkreislaufs 3 entzieht dem Primärmedium in etwa die zweite Hälfte der Wärmemenge, die entzogen werden soll. Dadurch kühlt sich das Primärmedium um ca. die Hälfte der vorgegebenen Temperaturdifferenz ab. In Zahlen ausgedrückt kann das folgendermaßen aussehen: Der Vorlauf des Primärmediums hat eine Temperatur von z.B. 43,5°C, beim Austritt aus dem Verdampfer-Eingangswärmetauscher 8 des ersten Wärmepumpenkreises 2 beträgt die Temperatur
41,250C. Das Primärmedium wird mit dieser Temperatur über eine Verbindungsleitung 17 in den Verdampfer-Eingangswärmetauscher 4 des zweiten Wärmepumpenkreises 3 eingeleitet und das aus dem Verdampfer-Eingangswärmetauscher 4 des zweiten
Wärmepumpenkreises 3 ausgeleitete Primärmedium ist z.B. auf 39°C abgekühlt.
Beim zweiten Wärmepumpenkreis 3 wird das Primärmedium um die Hälfte der vorgegebenen Temperaturdifferenz abgekühlt. Das verdampfte Kältemittel durchströmt im Anschluss den
zusätzlichen Wärmetauscher 5, welcher im Gegenstrom vom verflüssigten Kältemittel durchströmt wird und damit wird das vom Verdampfer kommende Kältemittel weiter erhitzt. Dies erhöht, wie oben bereits erwähnt, den COP-Wert zusätzlich. Gleichzeitig wird das flüssige Kältemittel weiter
heruntergekühlt, was ebenfalls, wie oben erwähnt, den COP-Wert verbessert. Das verdampfte und erhitzte Kältemittel wird mittels der Verdichter 6 auf den gewünschten
Verflüssigungsdruck komprimiert. Dabei wird wie im ersten Wärmepumpenkreis 2 der größte Anteil einer Verdichterarbeit sowie einer Verdichtermotorabwärme dem Kältemittel zugeführt. Das unter erhöhtem Druck stehende Kältemittel wird dem
Kondensatorwärmetauscher 8 des zweiten Wärmepumpenkreises 3 zugeführt. Hier wird die vorgesehene Wärmemenge an das
Sekundärmedium abgegeben. Das Sekundärmedium wird bei diesem Vorgang nur um die Hälfte der gewünschten
Gesamttemperaturerhöhung erwärmt. Dies bedeutet eine
reduzierte Kondensationstemperatur, und somit einen
reduzierten Kondensationsdruck, was eine weitere Erhöhung des COP-Werts bewirkt. Der weitere Vorgang entspricht dem des ersten Wärmepumpenkreises 2.
Im Sekundärmedium entspricht die daran abgegebene Wärmemenge in etwa der aufgenommenen Wärmemenge des Primärmediums
zuzüglich der aufgenommenen Verdichterarbeit sowie
Verdichtermotorabwärme . Im Gegensatz zu herkömmlichen Wärmepumpensystemen, die normalerweise auf eine Maximaltemperatur von 75°C begrenzt sind, können durch das erfindungsgemäße System Temperaturen im Sekundärmedium von über 1000C erzielt werden, bei einem vergleichsweise hohen COP-Wert. Im Prinzip wird das dadurch erreicht, dass das zu erwärmende Medium zwei Wärmetauscher nacheinander durchströmt, den Eingangswärmetauscher des ersten Wärmepumpenkreises und anschließend den Eingangswärmetauscher des zweiten Wärmepumpenkreises. Z. B. hälftig aufgeteilt abgegebene Wärmemengen werden dann im jeweiligen
Wärmepumpenkreis auf eine vorgegebene Temperatur hoch gesetzt, wobei durch die Aufteilung der Wärmemenge sich auch die
Temperaturdifferenzen aufteilen, z. B. halbieren lassen, was für die Effizienz des Systems entscheidend ist.
In der Figur ist die Vorlaufleitung 15a für eine Wärmesenke so auf einen Mischer 18 geführt, der erhitztes Sekundärmedium dem Sekundärmedium im Rücklauf 15b für eine gewünschte
Temperatureinstellung beimischt. Dies ist jedoch nicht
zwingend erforderlich.
Ein erforderlicher Volumenstrom wird z.B. durch eine
Pufferladepumpe 19 bereitgestellt.
Bezugszeichenliste :
1 Wärmepumpe
2 Wärmepumpenkreis
3 Wärmepumpenkreis
4 Verdampfer-Eingangstauscher 4a Primärseite
4b Sekundärseite
5 Gegenstromwärmetauscher
6 Verdichter
7 Absperrventil
8 Kondensatorausgangswärmetauscher 8a Primärseite
8b Sekundärseite
9 Sammeleinheit
10 Filtertrockner
11 Einspritzventil
12 Schauglas
13 Absperrventil
14a Vorlaufleitung
14b Rücklaufleitung
15a Vorlaufleitung
15b Rücklaufleitung
16 Verbindungsleitung
17 Verbindungsleitung
18 Mischer
19 Pufferladepumpe
20 Wärmesenke

Claims

Ansprüche :
1. Wärmepumpe (1) mit einem ersten Wärmepumpenkreis (2), der einen Eingangswärmetauscher (4) und einen
Ausgangswärmetauscher (8) umfasst, wobei der
Eingangswärmetauscher (4) im Arbeitszustand von einem
Primärmedium einer Wärmequelle durchflössen wird und
sekundärseitig zur Verdampfung eines Wärmepumpenkreismediums ausgelegt ist, das den ersten Wärmepumpenkreis (2)
durchströmt, wobei eine Verdichtereinheit (6) vorgesehen ist, die verdampftes Wärmepumpenkreismediums verdichtet, wobei Zuführmittel vorhanden sind, über welche verdichtetes
Wärmepumpenkreismedium dem Ausgangswärmetauscher (8) zugeführt werden kann und wobei die Sekundärseite des
Ausgangswärmetauschers (8) im Arbeitszustand von einem
Sekundärmedium durchflössen wird, das eine höhere Temperatur besitzt als das Primärmedium, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe (1) mindestens einen zweiten Wärmepumpenkreis (3) umfasst, mit einem Eingangswärmetauscher (4) und einem
Ausgangswärmetauscher (8), wobei die Eingangswärmetauscher (4) des ersten und zweiten Wärmepumpenkreises (2), (3)
primärseitig und die Ausgangswärmetauscher (8) des ersten und zweiten Wärmepumpenkreises (2), (3) sekundärseitig jeweils in Reihe geschaltet sind.
2. Wärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe derart ausgelegt ist, dass im Arbeitszustand über die Eingangswärmetauscher (4) zusammen eine vorgegebene Temperaturdifferenz eines Vor- und Rücklaufs des Primärmediums abfällt.
3. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe (1) derart
ausgelegt ist, dass über die Ausgangswärmetauscher (8)
zusammen eine vorgegebene Temperaturdifferenz des
Sekundärmediums abfällt.
4. Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe (1) ausgelegt ist, mit einem Primärmedium zu arbeiten, dessen Vorlauftemperatur über 4O0C liegt.
5. Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe (1) ausgelegt ist, mit einem Sekundärmedium zu arbeiten, dessen Temperatur über 95°C liegt.
6. Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmepumpenkreismedium der ersten und zweiten Wärmepumpenkreise (2), (3) verschieden ist.
7. Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein dritter
Wärmepumpenkreis ausgebildet ist, wobei die
Eingangswärmepumpen der Wärmepumpenkreise primärseitig und die Ausgangswärmepumpen der Wärmepumpenkreise sekundärseitig jeweils in Reihe geschaltet sind.
8. Wärmepumpen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite oder jeder weitere Wärmepumpenkreis die prinzipielle Struktur des ersten
Wärmepumpenkreises (2) besitzt.
EP10752298A 2009-08-31 2010-08-23 Wärmepumpe Withdrawn EP2473795A2 (de)

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