EP2570753A2 - Wärmepumpe mit Ejektor - Google Patents

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EP2570753A2
EP2570753A2 EP12184177A EP12184177A EP2570753A2 EP 2570753 A2 EP2570753 A2 EP 2570753A2 EP 12184177 A EP12184177 A EP 12184177A EP 12184177 A EP12184177 A EP 12184177A EP 2570753 A2 EP2570753 A2 EP 2570753A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat pump
refrigerant
outlet
ejector
compressor
Prior art date
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EP12184177A
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English (en)
French (fr)
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EP2570753B1 (de
EP2570753A3 (de
Inventor
Steffen Oberländer
Eberhard Wobst
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Engie Refrigeration GmbH
Original Assignee
Thermea Energiesysteme GmbH
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Publication date
Application filed by Thermea Energiesysteme GmbH filed Critical Thermea Energiesysteme GmbH
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Publication of EP2570753A3 publication Critical patent/EP2570753A3/de
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    • F25B1/10—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle with multi-stage compression
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B2341/00—Details of ejectors not being used as compression device; Details of flow restrictors or expansion valves
    • F25B2341/001—Ejectors not being used as compression device
    • F25B2341/0012—Ejectors with the cooled primary flow at high pressure

Definitions

  • the invention relates to a high-temperature heat pump or a refrigerating machine (which can also be operated in refrigeration and heat coupling) with at least one ejector, occur due to the operating conditions high pressure differences between the high and the low pressure side.
  • Heat pumps and chillers transport heat from a low temperature level to a higher one at the expense of work. They differ only in the temperature levels achieved during operation (heat pumps usually have a higher temperature level than chillers, while chillers have a lower temperature level) and which sides are used (heat pump: warm side; chiller cold side; Heat-cold-coupling: hot and cold side).
  • heat pump is therefore generally used below for the terms “heat pump / chiller / heat-cold-coupling”.
  • two-stage (also multi-stage) heat pumps are used, for which there are numerous implementation options based on two-stage compressor or the series connection of two compressors.
  • an intermediate cooling is used in order to keep the compression end temperature within the permissible limits.
  • the ejector thus acts as the first compressor stage.
  • a usually oil-lubricated compressor conveys the refrigerant from the collector into the gas cooler and brings the refrigerant to high pressure level (second compressor stage). Intercooling is not required because the compressor draws in saturated refrigerant from the separator collector. However, a technical solution for the required oil return is not specified.
  • the invention has for its object to provide a two-stage high-temperature heat pump in which high pressure differences between the high and the low pressure side occur due to the operating conditions and can be achieved with the high COP values.
  • the starting point is an at least two-stage heat pump with at least one first compressor stage, which is set up to increase the pressure prevailing in the refrigerant from a low-pressure to a medium-pressure level, and with at least one second compressor stage which leads to an increase in the pressure prevailing in the refrigerant Medium pressure to a high pressure level on which the refrigerant is preferably present supercritical, is set up.
  • the heat pump further comprises at least one gas cooler operated at the high pressure level of the heat pump (or a condenser, when the refrigerant used becomes liquid in the operation of the heat pump on the high pressure side), wherein the at least one gas cooler or the condenser has an inlet and an outlet, a driven at the low pressure level of the heat pump, at least one evaporator having an inlet and an outlet, at least one throttle valve which is connected between the second outlet of a collector and the inlet of the at least one evaporator and the relaxation of the refrigerant from the medium pressure level to the low pressure level the heat pump is used, as well as operated at the medium pressure level of the heat pump separation collector.
  • at least one internal heat exchanger can be used, with the heat from the transfer refrigerant exiting at least one gas cooler / condenser to the suction gas or heated suction gas from an additional external heat source.
  • the collector is used for separating and collecting liquid refrigerant, d. h., in addition to its function as a separator, it also serves to store excess refrigerant. Accordingly, the separator collector contains liquid and gaseous refrigerant, and when a large amount of refrigerant is stored in the collector, the ratio of the liquid refrigerant is high and, if a small amount of refrigerant is stored in the collector, the proportion of the liquid refrigerant is correspondingly smaller.
  • the separator collector has an inlet, a first outlet which communicates with the gaseous refrigerant, and a second outlet which adjoins the liquid refrigerant.
  • the at least one first compressor stage is realized as at least one compression ejector and the at least one second compressor stage is realized as at least one oil-free turbocompressor unit.
  • Both the at least one compression ejector and the at least one turbocompressor unit can be constructed from a plurality of serially and / or parallel connected individual compression ejectors or turbocompressor units.
  • the at least one compression ejector has a pressure port, an outlet and a suction port.
  • refrigerant enters the at least one compression ejector via the pressure connection, the refrigerant is guided in a jet shape (eg by means of nozzles) through the at least one compression ejector and exits through the outlet of the at least one compression ejector.
  • the jet thus formed generates a pressure reduction at the suction connection (analogous to a water jet pump), whereby gaseous refrigerant is sucked out of the at least one evaporator.
  • the pressure prevailing in the refrigerant increases, as a result of which the pressure in the refrigerant is raised from the low-pressure to the medium-pressure level (at the outlet of the at least one compression ejector) of the heat pump.
  • the compression ejector itself can be made controllable, d. h., Its flow resistance is continuously or in stages changeable. Then, an optimal flow through the compression ejector can be achieved in the entire working field of the heat pump, without that, due to excessive flow resistance of the compression ejector, too high pressures can occur on the high pressure side.
  • compression ejectors with controllable flow resistances are comparatively complicated and expensive due to the design.
  • more cost-effective compression ejectors can be used with a fixed flow resistance.
  • a compression ejector with a comparatively high flow resistance can be used, to which a control valve (as bypass) is connected in parallel, the control valve being opened when the pressure on the high pressure side of the heat pump exceeds a set value (a partial flow of the refrigerant is then at the ejector bypassed), or a Verdichtungsejektor with a series-connected control valve can be used, wherein the Verdichtungsejektor has a small flow resistance, that (with fully open control valve) caused by the flow resistance of the ejector pressure overshoot on the high pressure side of the heat pump can be excluded.
  • the variant with the control valve in bypass has the advantage that the ejector always the full pressure difference is applied, but the refrigerant flow is temporarily not fully used due to the bypass.
  • the variant with the serial control valve has the advantage that always the entire refrigerant flow is used by the ejector, but has the disadvantage that at least temporarily not the entire pressure difference is applied to the ejector.
  • the integration of the at least two compressor stages is realized in that in each case the suction connection of the at least one compression ejector with the outlet of the at least one evaporator, the pressure port of the at least one Verdichtungsejektors directly or via a control valve with the Outlet of the at least one gas cooler (or the condenser) or the at least one inner heat exchanger and the outlet of the at least one Verdichtungsejektors is connected to the entrance of the collecting collector.
  • an ejector (as the at least one first compressor stage) is used for the first time in an oil-free system (oil-free variant).
  • a high temperature heat pump with a high pressure difference (between the high pressure side below the low pressure side), e.g. greater than 35 bar (typically 50 to 80 bar), use an ejector in conjunction with ammonia as the refrigerant (ammonia high-temperature variant).
  • the at least one compression ejector completely recovers the energy required for operation from the circulating (in the cycle) refrigerant, ie no energy requirement causes (oil-free and ammonia high-temperature variant), and possibly the refrigerant circuit of the heat pump is realized oil-free (only oil-free variant) , whereby an undesirable heat transfer is avoided by the return of separated oil, high COP values and greater thermal performance can be achieved with the heat pump according to the invention.
  • oil-free only oil-free variant
  • Multi-stage ejectors are distinguished from comparable single-stage ejectors by higher pumping powers (pressure ratio).
  • turbo compressor units As oil-free compressors (in the oil-free variants) preferably turbo compressor units are used, which are operated at speeds of 15,000 to 200,000 revolutions per minute (rpm) and which are carried out semi-hermetically, d. h., The compressor and the associated drive motor are each housed in a sealed by means of detachable connections housing.
  • turbocharger units of higher performance tend to operate at lower (eg, 15,000 to 50,000 rpm) and turbo-compressor units with lower powers tend to operate at higher speeds (eg, 45,000 to 200,000 rpm).
  • both the compressor and the drive motor are under a refrigerant atmosphere.
  • a refrigerant such as carbon dioxide, which has high densities as gas and a compressor that operates at high speeds (turbo compressor unit with a speed greater than 15,000 rev / min) used, high frictional forces would occur, on the one hand, an increase in the required drive energy (COP reduction) and on the other hand impermissibly high compressor temperatures (unacceptably high heat input into the refrigerant circuit) would result. It has been shown in practice that the operation of turbocompressors with carbon dioxide as refrigerant under these conditions is hardly practical or even impossible.
  • the drive motor by means of a shaft seal against the refrigerant circuit, in which the at least one compressor is integrated, sealed off.
  • shaft seals for shafts that rotate at high speeds, eg. B. greater than 15,000 rev / min, rotate to produce with sufficiently low leakage rates.
  • the case In order to prevent the case from filling up with refrigerant (carbon dioxide) after a certain period of time, the case has a suction connection over which (due to the unavoidable Leakages of the shaft seal) in the housing passing refrigerant by means of a compressor or a pump (hereinafter referred to as pump) sucked and fed back into the refrigeration cycle.
  • pump a pump
  • the suction port is connected to the housing.
  • the outlet of the suction ejector is connected to the suction connection of the at least one compression ejector, and the pressure connection of both the at least one compression and the suction ejector is connected directly or via a control valve to the outlet of the at least one gas cooler or condenser of the heat pump.
  • the suction ejector can also be designed to be directly controllable (variable flow resistance) or a suction ejector with a fixed flow resistance can be used, which is connected either in parallel (bypass) or serially with a control valve.
  • refrigerant can only be sucked out of the housing during operation of the heat pump.
  • the leakage rate of the shaft seal of the at least one turbocompressor unit will decrease when the shaft is stationary, it can not be completely ruled out that, in particular during prolonged downtimes, refrigerant enters the housing. If the pressure of the refrigerant in the housing is high, then frictional forces may occur in the at least one semi-hermetic or hermetic turbocompressor unit that requires a restart without additional measures prevent.
  • the refrigerant that has accumulated in the housing during the standstill of the heat pump can be removed from the housing by means of three methods before or during the restart of the heat pump.
  • the heat pump in addition to the Absaugejektor be equipped with an external single or multi-stage compressor whose suction port is connected to the housing.
  • the external compressor is switched on and the refrigerant is pumped out of the housing back into the circuit.
  • the external compressor can also be operated during operation instead of or in support of the suction ejector
  • the heat pump may be equipped with a control unit that allows a slow restart (slow increase in speed) of the at least one semi-hermetic or hermetic turbo-compressor unit of the heat pump after downtime.
  • a slow restart slow increase in speed
  • the pumping power of the suction ejector increases, and it returns the refrigerant from the housing into the refrigeration cycle.
  • the increase in the speed of the at least one turbocompressor unit must be so slow that the refrigerant is largely removed from the housing before the at least one turbocompressor unit has reached its maximum speed.
  • the heat pump comprises a control unit and the housing has an opening to the environment, which is closed by means of a controllable valve. Before restarting the heat pump, the controllable valve is opened by means of the control unit.
  • the machine can also be equipped with an additional refrigerant collector / storage tank, which can compensate for the refrigerant losses over a longer operating period.
  • the two-stage heat pump shown in FIG. 1 conveys the semi-hermetic or hermetic turbocompressor unit 1 refrigerant into the gas cooler 2 where the refrigerant is cooled by releasing heat (indicated schematically by the arrows marked "WWA” and "WWE” in the drawing). If the refrigerant condenses, not the term gas cooler but the term condenser is used; In the following, the term gas cooler is always used for the sake of simplicity.
  • the pressure of the refrigerant is raised to the high pressure level of the heat pump.
  • the refrigerant From the outlet 2.2 of the gas cooler 2, the refrigerant enters the pressure port 3.1 of the compression ejector 3, exits from the outlet 3.2 as a jet and enters the inlet 4.1 of the collector 4; The refrigerant is thereby brought to the medium pressure level of the heat pump.
  • the compression ejector 3 generates a pressure reduction at the suction connection 3.3, as a result of which refrigerant (via its outlet 5.2) is sucked out of the evaporator 5.
  • the (non-controllable) compression ejector 3, a control valve 13.1 is connected in parallel.
  • Fig. 2 shows a single-stage heat pump, in which a flooded evaporator and a semi-hermetic or hermetic turbo compressor unit 1 are used.
  • the flooded evaporator is composed of the evaporator 5 and a collecting collector 7 arranged above the evaporator. Notwithstanding the collecting collector 4, the collecting collector 7 arranged above the evaporator not only has one but two outlets, which communicate with the liquid refrigerant. One of the outlets of the collecting collector 7, which is connected to liquid refrigerant, is connected to the inlet 5.1 and the other outlet is connected to the outlet 5.2 of the evaporator 5.
  • the term "flooded evaporator" is due to the fact that the level of the entire liquid level (in the separation collector 7) of the refrigerant is above the evaporator 5,
  • the semi-hermetic or hermetic turbocompressor unit consists of a turbocompressor 8, a drive motor 9 and a housing 10, which surrounds the drive motor 9 and the turbocompressor 8.
  • the interior of the housing 10 and the drive motor 9 are isolated from the refrigerant circuit by means of a shaft seal 11 (which separates the turbo-compressor 8 from the drive motor 9).
  • the pressure connection 12.1 of the suction ejector 12 is connected to the outlet 2.2 of the gas cooler 2 and the outlet 12.2 of the suction ejector 12 is connected to the outlet 5.2 of the evaporator 5.
  • a control valve 13.2 is connected in parallel with the (non-controllable) suction ejector 12.
  • the external compressor 15 is used for suction of refrigerant, which is after longer periods of downtime of the heat pump inevitably collects in the housing 10.
  • the external compressor 15 may also be operated during operation to assist or replace the suction ejector 12.
  • Fig. 3 shows a two-stage heat pump, in which the first compressor stage as compression ejector 3 (corresponding to the in Fig. 1
  • the second compressor stage is realized as a semi-hermetic or hermetic turbo-compressor unit, wherein the turbo-compressor 8 is separated from the drive motor 9 by means of a shaft seal 11 and the housing 10 is sucked off by means of the suction ejector 12 (corresponding to the one in FIG Fig. 2 shown circuit).
  • a separator collector 4 is used in which the first outlet 4.2 is in communication with the gaseous phase and the second outlet 4.3 is in communication with the liquid phase of the refrigerant.
  • a collecting collector 7 arranged above the evaporator (as in FIG Fig. 2 shown, flooded evaporator) can be used.
  • Both the compression ejector 3 and the suction ejector 12 are not designed to be adjustable and each provided with a control valve connected in the bypass 13.1, 13.2.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine mit funktionsbedingt hohen Druckdifferenzen arbeitende Hochtemperaturwärmepumpe mit Ejektor. Die Wärmepumpe umfasst mindestens einen Gaskühler (2) oder Verflüssiger, mindestens einen Verdampfer (5), mindestens einen Verdichtungsejektor (3), der die mindestens eine erste Verdichterstufe der Wärmepumpe bildet, mindestens eine ölfreie halbhermetische oder hermetische Turboverdichtereinheit (1), welche die mindestens zweite Verdichterstufe der Wärmepumpe bildet, einen Abscheidesammler (4) und mindestens ein Drosselventil (6), das zwischen den zweiten Austritt (4.3) des Abscheidesammlers (4) und den Eintritt (5.1) des mindestens einen Verdampfers (5) geschaltet ist. Der Sauganschluss (3.3) des mindestens einen Verdichtungsejektors (3) ist mit dem Austritt (5.2) des mindestens einen Verdampfers (5), der Druckanschluss (3.1) des mindestens einen Verdichtungsejektors (3) direkt oder über ein Regelventil (13.1) mit dem Austritt (2.2) des mindestens einen Gaskühlers (2) bzw. Verflüssigers und der Austritt (3.2) des mindestens einen Verdichtungsejektors (3) ist mit dem Eintritt (4.1) des Abscheidesammlers (4) verbunden. Der Anschluss (12.3) eines Absaugejektors (12) ist an das Gehäuse der mindestens einen Turboverdichtereinheit (1) angeschlossen und saugt Kältemittel ab, um Reibungsverluste zu minimieren.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Hochtemperaturwärmepumpe oder eine Kältemaschine (die auch in Kälte-Wärmekopplung betrieben werden kann) mit mindestens einem Ejektor, bei der aufgrund der Betriebsbedingungen hohe Druckdifferenzen zwischen der Hoch- und der Niederdruckseite auftreten.
  • Wärmepumpen und Kältemaschinen transportieren unter Aufwendung von Arbeit Wärme von einem niedrigen Temperaturniveau auf ein höheres. Sie unterscheiden sich lediglich in den beim Betrieb erreichten Temperaturniveaus (üblicherweise liegt bei Wärmepumpen das hohe Temperaturniveau höher als bei Kältemaschinen, während entsprechend bei Kältemaschinen das tiefe Temperaturniveau tiefer liegt) und darin, welche Seiten genutzt werden (Wärmepumpe: warme Seite; Kältemaschine kalte Seite; Wärme-Kälte-Kopplung: warme und kalte Seite). Der Einfachheit halber wird deshalb im Folgenden für die Begriffe "Wärmepumpe/Kältemaschine/Wärme-Kälte-Kopplung" generell der Begriff "Wärmepumpe" verwendet.
  • Im Gegensatz zu Wärmepumpen, die zum Beheizen von Gebäuden eingesetzt werden und die, da üblicherweise Niedertemperaturheizflächen zum Einsatz kommen, mit vergleichsweise niedrigen Austrittstemperaturen (Vorlauftemperaturen) und entsprechend geringen Temperaturdifferenzen zwischen der kalten und der warmen Seite der Wärmepumpe betrieben werden, werden bei vielen industriellen Anwendungen wesentlich höhere Vorlauftemperaturen von ca. 65°C bis über 100 °C (und entsprechend größere Temperaturdifferenzen zwischen der kalten und der warmen Seite) benötigt. Ebenso werden für industrielle Anwendungen Kältemaschinen benötigt, die, um vergleichsweise tiefe Temperaturen (-20 °C) zu erreichen, hohe Temperaturdifferenzen (üblicherweise 70 - 100 K) erzeugen, um die Abwärme auf ein technisch nutzbares Niveau zu heben.
  • Da der COP-Wert (Coefficient of performance) mit steigender Temperaturdifferenz zwischen der kalten und der warmen Seite der Wärmepumpe stetig abnimmt, sind für diejenigen industriellen Anwendungen, bei denen große Temperaturdifferenzen (z. B. größere als zum Beheizen von Gebäuden benötigte) erzeugt werden müssen, einstufige Wärmepumpen nicht mehr effizient.
  • Zur Erzeugung solcher Temperaturdifferenzen werden üblicherweise zweistufige (auch mehrstufige) Wärmepumpen eingesetzt, für die es zahlreiche Realisierungsmöglichkeiten auf der Basis zweistufiger Verdichter oder der Reihenschaltung von zwei Verdichtern gibt. Um die Verdichtungsendtemperatur in den zulässigen Grenzen zu halten, wird üblicherweise eine Zwischenkühlung eingesetzt.
  • Die herkömmlichen zweistufigen Wärmepumpen haben jedoch einerseits den Nachteil, dass beiden Verdichtern von außen Energie zugeführt werden muss; andererseits werden in derartigen Wärmepumpen nach dem Stand der Technik ölgeschmierte Verdichter eingesetzt, für die Maßnahmen zur Ölrückführung (z.B. durch Ölabscheider und Ölmanagementsysteme) getroffen werden müssen. Diese Maßnahmen verursachen zusätzlich technischen und ökonomischen Aufwand, führen zu einer unnötigen Verschlechterung der Leistungszahl und bringen durch den Verbrauch von Öl unnötige Umweltbelastungen mit sich.
  • Aus DE 10 2009 020 062 A1 und DE 11 2009 000 608 T5 sind Kältemaschinen (prinzipiell gleiche Wirkungsweise wie Wärmepumpen, s. o.) bekannt, in denen sog. Ejektoren eingesetzt werden, die wie Verdichter/Pumpen wirken, die aber die für ihren Betrieb benötigte Energie aus dem Entspannungsprozess des Kältemittels vom Hoch- auf den Niederdruck (Kreisprozess) gewinnen (Prinzip der Wasserstrahlpumpe).
  • In DE 103 32 104 A1 und in "Experimental Validation of a CO2 Prototype Ejector with Integrated High-Side Pressure Control", Stefan Elbel, Pega Hrnjak, VDA Winter Meeting 2007 und in "Untersuchung von CO2-Ejektoren beim Einsatz in der gewerblichen Kältetechnik in tropischen Gebieten", M.Sc.-Ing. Ricardo Fiorenzano, Dipl.-Ing. Christian Tischendorf, Dr.-Ing. Nicholas Lemke und Prof. Dr.-Ing. Jürgen Köhler, KI Kälte Luft Klimatechnik Juni 2010, werden Kältemaschinen vorgestellt, in denen (im Verdampfer) verdampftes Kältemittel (Niederdruckniveau) durch den Ejektor in einen Abscheidesammler (mittleres Druckniveau) gefördert wird. Der Ejektor wirkt somit als erste Verdichterstufe. Ein üblicherweise ölgeschmierter Verdichter fördert das Kältemittel vom Abscheidesammler in den Gaskühler und bringt das Kältemittel dabei auf Hochdruckniveau (zweite Verdichterstufe). Eine Zwischenkühlung ist nicht erforderlich, weil der Verdichter gesättigtes Kältemittel aus dem Abscheidesammler ansaugt. Eine technische Lösung für die erforderliche Ölrückführung wird jedoch nicht angegeben.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zweistufige Hochtemperaturwärmepumpe bereitzustellen, bei der aufgrund der Betriebsbedingungen hohe Druckdifferenzen zwischen der Hoch- und der Niederdruckseite auftreten und mit der hohe COP-Werte erreichbar sind.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 14.
  • Ausgegangen wird von einer mindestens zweistufigen Wärmepumpe mit mindestens einer ersten Verdichterstufe, die zu einer Erhöhung des im Kältemittel vorherrschenden Drucks von einem Niederdruck- auf ein Mitteldruckniveau eingerichtet ist, und mit mindestens einer zweiten Verdichterstufe, die zu einer Erhöhung des im Kältemittel vorherrschenden Drucks von einem Mitteldruck- auf ein Hochdruckniveau, auf dem das Kältemittel vorzugsweise überkritisch vorliegt, eingerichtet ist. Die Wärmepumpe umfasst zudem mindestens einen auf dem Hochdruckniveau der Wärmepumpe betriebenen Gaskühler (bzw. einen Verflüssiger, wenn das verwendete Kältemittel beim Betrieb der Wärmepumpe auf der Hochdruckseite flüssig wird), wobei der mindestens eine Gaskühler bzw. der Verflüssiger einen Eintritt und einen Austritt aufweist, einen auf dem Niederdruckniveau der Wärmepumpe betriebenen mindestens einen Verdampfer, der einen Eintritt und einen Austritt aufweist, mindestens ein Drosselventil, das zwischen den zweiten Austritt eines Abscheidesammlers und den Eintritt des mindestens einen Verdampfers geschaltet ist und das zur Entspannung des Kältemittels vom Mitteldruckniveau auf das Niederdruckniveau der Wärmepumpe dient, sowie den auf dem Mitteldruckniveau der Wärmepumpe betriebenen Abscheidesammler. Zusätzlich kann mindestens ein innerer Wärmeübertrager eingesetzt werden, mit dem Wärme vom aus dem mindestens einem Gaskühler- /Verflüssiger austretenden Kältemittel auf das Sauggas übertragen oder Sauggas aus einer zusätzlichen externen Wärmequelle erwärmt wird.
  • Der Abscheidesammler dient zum Abscheiden und Sammeln von flüssigem Kältemittel, d. h., neben seiner Funktion als Abscheider dient er auch zum Speichern von überschüssigem Kältemittel. Entsprechend enthält der Abscheidesammler flüssiges und gasförmiges Kältemittel, wobei, wenn eine große Menge Kältemittel im Abscheidesammler gespeichert ist, der Anteil des flüssigen Kältemittels hoch und, wenn eine kleine Menge Kältemittel im Abscheidesammler gespeichert ist, der Anteil des flüssigen Kältemittels entsprechend geringer ist. Der Abscheidesammler verfügt über einen Eintritt, einen ersten Austritt, der mit dem gasförmigen Kältemittel in Verbindung steht, und einen zweiten Austritt, der an das flüssige Kältemittel angrenzt.
  • Die mindestens eine erste Verdichterstufe ist als mindestens ein Verdichtungsejektor und die mindestens eine zweite Verdichterstufe ist als mindestens eine ölfreie Turboverdichtereinheit realisiert. Sowohl der mindestens eine Verdichtungsejektor als auch die mindestens eine Turboverdichtereinheit können aus mehreren seriell und/oder parallel verschalteten, einzelnen Verdichtungsejektoren bzw. Turboverdichtereinheiten aufgebaut sein.
  • Der mindestens eine Verdichtungsejektor verfügt über einen Druckanschluss, einen Austritt und einen Sauganschluss. Beim Betrieb des mindestens einen Verdichtungsejektors tritt Kältemittel über den Druckanschluss in den mindestens einen Verdichtungsejektor ein, das Kältemittel wird (z. B. mittels Düsen) strahlförmig durch den mindestens einen Verdichtungsejektor geführt und tritt durch den Austritt des mindestens einen Verdichtungsejektors aus. Der so gebildete Strahl erzeugt am Sauganschluss eine Druckabsenkung (analog wie bei einer Wasserstrahlpumpe), wodurch gasförmiges Kältemittel aus dem mindestens einen Verdampfer angesaugt wird. Gleichzeitig erhöht sich beim Durchlaufen (vom Sauganschluss zum Austritt) des mindestens einen Verdichtungsejektors der im Kältemittel vorherrschende Druck, wodurch der Druck im Kältemittel vom Niederdruck- auf das Mitteldruckniveau (am Austritt des mindestens einen Verdichtungsejektors) der Wärmepumpe angehoben wird.
  • Bei überkritischen Zuständen des Kältemittels auf der Hochdruckseite muss sichergestellt sein, dass eine bestimmte Mindestmenge an Kältemittel (pro Zeit) durch den Verdichtungsejektor fließen kann, um zu hohe Drücke auf der Hochdruckseite zu vermeiden. Denn die Flussmenge durch den Ejektor bestimmt den Druck des Kältemittels auf der Hochdruckseite, was üblicherweise zur (Hochdruck-)Regelung genutzt wird.
  • Entsprechend kann der Verdichtungsejektor selbst regelbar ausgeführt sein, d. h., sein Strömungswiderstand ist kontinuierlich oder in Stufen veränderbar. Dann kann im ganzen Arbeitsfeld der Wärmepumpe eine optimale Durchströmung des Verdichtungsejektors erreicht werden, ohne dass, bedingt durch einen zu hohen Strömungswiderstand des Verdichtungsejektors, zu hohe Drücke auf der Hochdruckseite auftreten können. Verdichtungsejektoren mit regelbaren Strömungswiderständen sind jedoch konstruktionsbedingt vergleichsweise aufwendig und teuer.
  • Alternativ können auch kostengünstigere Verdichtungsejektoren mit einem fest vorgegebenen Strömungswiderstand eingesetzt werden. Hier kann entweder ein Verdichtungsejektor mit einem vergleichsweise hohen Strömungswiderstand eingesetzt werden, dem ein Regelventil (als Bypass) parallel geschaltet ist, wobei das Regelventil geöffnet wird, wenn der Druck auf der Hochdruckseite der Wärmepumpe einen Sollwert überschreitet (ein Teilstrom des Kältemittels wird dann am Ejektor vorbeigeleitet), oder es kann ein Verdichtungsejektor mit einem in Serie geschalteten Regelventil eingesetzt werden, wobei der Verdichtungsejektor einen so kleinen Strömungswiderstand aufweist, dass (bei voll geöffnetem Regelventil) eine durch den Strömungswiderstand des Ejektors bedingte Drucküberhöhung auf der Hochdruckseite der Wärmepumpe ausgeschlossen werden kann.
  • Die Variante mit dem Regelventil in Bypass hat den Vorteil, dass am Ejektor immer die volle Druckdifferenz anliegt, der Kältemittelstrom wird jedoch zeitweise aufgrund des Bypasses nicht vollständig genutzt. Die Variante mit dem seriellen Regelventil hat den Vorteil, dass stets der gesamte Kältemittelstrom vom Ejektor genutzt wird, hat aber den Nachteil, dass am Ejektor zumindest zeitweise nicht die gesamte Druckdifferenz anliegt.
  • Die Einbindung der mindestens zwei Verdichterstufen (hier: mindestens ein Ejektor und mindestens ein Verdichter) wird dadurch realisiert, dass jeweils der Sauganschluss des mindestens einen Verdichtungsejektors mit dem Austritt des mindestens einen Verdampfers, der Druckanschluss des mindestens einen Verdichtungsejektors direkt oder über ein Regelventil mit dem Austritt des mindestens einen Gaskühlers (bzw. des Verflüssigers) oder des mindestens einen inneren Wärmeübertragers und der Austritt des mindestens einen Verdichtungsejektors mit dem Eintritt des Abscheidesammlers verbunden ist.
  • Bei der erfindungsgemäßen Wärmepumpe wird erstmals ein Ejektor (als die mindestens eine erste Verdichterstufe) in einem ölfreien System (ölfreie Variante) eingesetzt. Alternativ wird erstmalig vorgeschlagen, in einer Hochtemperatur-Wärmepumpe mit einer hohen Druckdifferenz (zwischen der Hochdruckseite unter der Niederdruckseite), z.B. größer 35 bar (typischerweise 50 bis 80 bar), einen Ejektor in Verbindung mit Ammoniak als Kältemittel einzusetzen (Ammoniak-Hochtemperatur-Variante).
  • Da der mindestens eine Verdichtungsejektor die zum Betrieb erforderliche Energie vollständig aus dem (im Kreisprozess) umlaufenden Kältemittel gewinnt, d. h. keinen Energiebedarf verursacht (ölfreie und Ammoniak-Hochtemperatur-Variante), und ggf. der Kältemittelkreislauf der Wärmepumpe ölfrei realisiert ist (nur ölfreie Variante), wodurch ein unerwünschter Wärmeübertrag durch die Rückführung von abgeschiedenem Öl vermieden wird, können mit der erfindungsgemäßen Wärmepumpe hohe COP-Werte und größere thermische Leistungen erreicht werden. Zusätzlich werden (durch den Betrieb des mindestens einen Ejektors in einem ölfreien System) durch das Öl bedingter Hardwareaufwand und Leistungsminderungen sowie Einschränkungen der Einsatzgrenzen der Wärmepumpe vermieden. Ein Betrieb des mindestens einen Verdichtungsejektors unter Anwesenheit von Öl ist nämlich nur dann möglich, wenn die Viskosität des Öls nicht so weit erhöht ist, dass dies zu einer (nachhaltigen) Verringerung des Durchflusses durch die Düsen der Ejektoren oder gar einem vollständigen Verstopfen der Düsen führt.
  • Es ist vorgesehen, den mindestens einen Verdichtungsejektor einstufig zu realisieren; sofern es die Prozessführung erfordert, kann jedoch auch mindestens ein mehrstufiger Ejektor eingesetzt werden. Mehrstufige Ejektoren zeichnen sich gegenüber vergleichbaren einstufigen Ejektoren durch höhere Pumpleistungen (Druckverhältnis) aus.
  • Als ölfreie Verdichter werden (bei der ölfreien Varianten) bevorzugt Turboverdichtereinheiten eingesetzt, die mit Drehzahlen 15.000 bis 200.000 Umdrehungen pro Minute (U/min) betrieben werden und die halbhermetisch ausgeführt sind, d. h., der Verdichter und der zugehörige Antriebsmotor sind jeweils in einem mittels lösbarer Verbindungen gasdicht verschlossenen Gehäuse untergebracht. Generell werden Turboverdichtereinheiten mit höheren Leistungen eher mit niedrigeren (z. B. 15.000 bis 50.000 U/min) und Turboverdichtereinheiten mit geringeren Leistungen eher mit höheren Drehzahlen (z. B. 45.000 bis 200.000 U/min) betrieben.
  • Bei den bislang verwendeten halbhermetischen Verdichtereinheiten befinden sich sowohl der Verdichter als auch der Antriebsmotor unter Kältemittelatmosphäre. Würde jedoch in einem solchen Aufbau ein Kältemittel, wie z. B. Kohlendioxid, das als Gas hohe Dichten aufweist und einen Verdichter, der mit hohen Drehzahlen arbeitet (Turboverdichtereinheit mit einer Drehzahl größer 15.000 U/min), eingesetzt, würden hohe Reibungskräfte auftreten, die einerseits eine Erhöhung der erforderlichen Antriebsenergie (Verringerung des COP) und anderseits unzulässig hohe Verdichtertemperaturen (unzulässig hoher Wärmeeintrag in den Kältemittelkreislauf) zur Folge hätten. Es hat sich in der Praxis gezeigt, dass der Betrieb von Turboverdichtern mit Kohlendioxid als Kältemittel unter diesen Bedingungen kaum praktikabel oder sogar unmöglich ist.
  • Um dies zu verhindern, ist nach Maßgabe der Erfindung der Antriebsmotor mittels einer Wellendichtung gegenüber dem Kältemittelkreislauf, in den der mindestens eine Verdichter eingebunden ist, abgeschottet. Zurzeit ist es jedoch technisch nicht möglich, Wellendichtungen für Wellen, die mit hohen Drehzahlen, z. B. größer 15.000 U/min, rotieren, mit ausreichend geringen Leckraten zu fertigen. Um zu vermeiden, dass sich das Gehäuse nach einer gewissen Zeit mit Kältemittel (Kohlendioxid) füllt, verfügt das Gehäuse über einen Absauganschluss, über den das (aufgrund der unvermeidbaren Leckagen der Wellendichtung) in das Gehäuse tretende Kältemittel mittels eines Verdichters oder einer Pumpe (nachfolgend: Pumpe) abgesaugt und in den Kältekreislauf zurückgefördert wird. So wird der Druck im Gehäuse (die Dichte des Kältemittels) abgesenkt und die Reibleistung der mindestens einen halbhermetischen oder hermetischen Turboverdichtereinheit verringert.
  • Als (die mindestens eine) Pumpe wird (zur Kältemittelabsaugung aus dem Motorgehäuse) bevorzugt ein Absaugejektor eingesetzt, dessen Sauganschluss mit dem Gehäuse verbunden ist. Der Austritt des Absaugejektors ist mit dem Sauganschluss des mindestens einen Verdichtungsejektors verbunden und der Druckanschluss sowohl des mindestens einen Verdichtungs- als auch des Absaugejektors ist direkt oder über ein Regelventil mit dem Austritt des mindestens einen Gaskühlers bzw. Verflüssigers der Wärmepumpe verbunden. Wie schon beim Verdichtungsejektor abgehandelt, kann auch der Absaugejektor direkt regelbar ausgeführt sein (veränderbarer Strömungswiderstand) oder es kann ein Absaugejektor mit einem festen Strömungswiderstand eingesetzt sein, der entweder parallel (Bypass) oder seriell mit einem Regelventil verschaltet ist.
  • Indem die für das Abpumpen des Gehäuses (zur Reduzierung der Reibleistung auf ein Niveau, das einen sinnvollen Einsatz der Turboverdichtereinheit erst ermöglicht) der mindestens einen Turboverdichtereinheit erforderliche Pumpe als Ejektor realisiert ist (Absaugejektor), der die für seinen Betrieb benötigte Energie aus dem (im Kreisprozess) umlaufenden Kältemittel gewinnt, wird zusätzliche Antriebsenergie vermieden und der COP auf einem hohen Niveau gehalten.
  • Beim Einsatz eines Absaugejektors kann jedoch nur beim Betrieb der Wärmepumpe Kältemittel aus dem Gehäuse abgesaugt werden. Zwar wird die Leckrate der Wellendichtung der mindestens einen Turboverdichtereinheit bei stehender Welle abnehmen, es kann jedoch nicht völlig ausgeschlossen werden, dass, insbesondere bei längeren Stillstandszeiten, Kältemittel in das Gehäuse gelangt. Ist der Druck des Kältemittels im Gehäuse hoch, dann können Reibungskräfte in der mindestens einen halbhermetischen oder hermetischen Turboverdichtereinheit auftreten, die einen Neustart ohne Zusatzmaßnahmen verhindern. Das Kältemittel, das sich während des Stillstands der Wärmepumpe im Gehäuse gesammelt hat, kann mittels dreier Methoden vor oder während der Wiederinbetriebnahme der Wärmepumpe aus dem Gehäuse entfernt werden.
  • Erstens kann die Wärmepumpe neben dem Absaugejektor mit einem externen ein- oder mehrstufigen Verdichter ausgestattet werden, dessen Sauganschluss mit dem Gehäuse verbunden ist. Vor einer Wiederinbetriebnahme der Wärmepumpe wird der externe Verdichter eingeschaltet und das Kältemittel aus dem Gehäuse zurück in den Kreislauf gefördert. Der externe Verdichter kann bei Bedarf auch während des Betriebes anstelle oder zur Unterstützung des Absaugejektors weiter betrieben werden
  • Zweitens kann die Wärmepumpe mit einer Regeleinheit ausgerüstet sein, die ein langsames Wiederanfahren (langsame Erhöhung der Drehzahl) der mindestens einen halbhermetischen oder hermetischen Turboverdichtereinheit der Wärmepumpe nach Stillstandszeiten ermöglicht. Mit steigender Drehzahl nimmt die Pumpleistung des Absaugejektors zu, und er fördert das Kältemittel aus dem Gehäuse in den Kältekreislauf zurück. Die Erhöhung der Drehzahl der mindestens einen Turboverdichtereinheit muss so langsam erfolgen, dass das Kältemittel weitgehend aus dem Gehäuse entfernt ist, bevor die mindestens eine Turboverdichtereinheit ihre maximale Drehzahl erreicht hat.
  • Drittens kann, wenn die Wärmepumpe mit einem umweltfreundlichen Kältemittel betrieben wird, das Kältemittel vor der Inbetriebnahme an die Umgebung abgegeben werden. Hierzu umfasst die Wärmepumpe eine Steuereinheit und das Gehäuse weist eine Öffnung zur Umgebung auf, die mittels eines steuerbaren Ventils verschlossen ist. Vor der Wiederinbetriebnahme der Wärmepumpe wird das steuerbare Ventil mittels der Steuereinheit geöffnet. Hierzu kann die Maschine auch mit einem zusätzlichen Kältemittelsammler/Vorratsbehälter ausgerüstet werden, der die Kältemittelverluste über einen längeren Betriebszeitraum ausgleichen kann.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand dreier Ausführungsbeispiele näher erläutert; hierzu zeigen:
    • Fig. 1:
    das Schaltbild einer zweistufigen ölfreien Wärmepumpe mit einem Verdichtungsejektor,
    Fig. 2:
    das Schaltbild einer einstufigen Wärmepumpe mit einer halbhermetischen oder hermetischen Turboverdichtereinheit, aus deren Gehäuse Kältemittel mittels eines Absaugejektors abgesaugt wird,
    Fig. 3:
    das Schaltbild einer zweistufigen Wärmepumpe mit einem Verdichtungsejektor als erste Stufe und einer halbhermetischen oder hermetischen Turboverdichtereinheit als zweite Stufe, aus deren Gehäuse Kältemittel mittels eines Absaugejektors abgesaugt wird.
  • Bei der in Fig. 1 dargestellten zweistufigen Wärmepumpe fördert die halbhermetische oder hermetische Turboverdichtereinheit 1 Kältemittel in den Gaskühler 2, wo das Kältemittel unter Abgabe von Wärme abgekühlt wird (in der Zeichnung schematisch durch die mit "WWA" und "WWE" gekennzeichneten Pfeile dargestellt). Kondensiert dabei das Kältemittel, wird nicht der Begriff Gaskühler sondern der Begriff Verflüssiger verwendet; im Folgenden wird der Einfachheit halber immer der Begriff Gaskühler verwendet. Beim Durchtritt durch die Turboverdichtereinheit 1 wird der Druck des Kältemittels auf das Hochdruckniveau der Wärmepumpe angehoben. Vom Austritt 2.2 des Gaskühlers 2 gelangt das Kältemittel in den Druckanschluss 3.1 des Verdichtungsejektors 3, tritt aus dessen Austritt 3.2 als Strahl aus und gelangt in den Eintritt 4.1 des Abscheidesammlers 4; das Kältemittel wird dabei auf das Mitteldruckniveau der Wärmepumpe gebracht. Der Verdichtungsejektor 3 erzeugt dabei eine Druckabsenkung am Sauganschluss 3.3, wodurch Kältemittel (über dessen Austritt 5.2) aus dem Verdampfer 5 gesaugt wird. Dem (nicht regelbaren) Verdichtungsejektor 3 ist ein Regelventil 13.1 parallel geschaltet.
  • Aus dem ersten Austritt 4.2 des Abscheidesammlers 4, der üblicherweise mit der gasförmigen Phase des Kältemittels verbunden ist, wird Kältemittel von der Turboverdichtereinheit 1 angesaugt. Aus dem zweiten Austritt 4.3 des Abscheidesammlers 4, der mit der flüssigen Phase des Kältemittels in Verbindung steht, tritt infolge eines Druckgefälles (der Verdampfer 5 befindet sich auf dem Niederdruckniveau der Wärmepumpe) Kältemittel aus, wird über das Drosselventil 6 vom Mitteldruckniveau auf das Niederdruckniveau entspannt und gelangt schließlich (über dessen Eintritt 5.1) in den Verdampfer 5. Im Verdampfer nimmt das Kältemittel unter Abkühlung der Umgebung Wärme (schematisch dargestellt durch die mit "WQA" und "WQE" gekennzeichneten Pfeile) auf.
  • In Fig. 2 ist eine einstufige Wärmepumpe dargestellt, bei der ein überfluteter Verdampfer und eine halbhermetische oder hermetische Turboverdichtereinheit 1 zum Einsatz kommen. Der überflutete Verdampfer setzt sich aus dem Verdampfer 5 und einem oberhalb des Verdampfers angeordneten Abscheidesammler 7 zusammen. Abweichend vom Abscheidesammler 4 weist der oberhalb des Verdampfers angeordnete Abscheidesammler 7 nicht nur einen sondern zwei Ausgänge, die mit dem flüssigen Kältemittel in Verbindung stehen, auf. Einer der mit flüssigem Kältemittel in Verbindung stehenden Ausgänge des Abscheidesammlers 7 ist mit dem Eintritt 5.1 und der andere Austritt ist mit dem Austritt 5.2 des Verdampfers 5 verbunden. Der Terminus "überfluteter Verdampfer" rührt daher, dass sich das Niveau des gesamten Flüssigkeitsspiegels (im Abscheidesammler 7) des Kältemittels über dem Verdampfer 5 befindet,
  • Die halbhermetische oder hermetische Turboverdichtereinheit besteht aus einem Turboverdichter 8, einem Antriebsmotor 9 und einem Gehäuse 10, das den Antriebsmotor 9 und den Turboverdichter 8 umgibt. Der Innenraum des Gehäuses 10 und der Antriebsmotor 9 sind vom Kältemittelkreislauf mittels einer Wellendichtung 11 (die den Turboverdichter 8 vom Antriebsmotor 9 trennt) abgeschottet. Der Druckanschluss 12.1 des Absaugejektors 12 ist mit dem Austritt 2.2 des Gaskühlers 2 und der Austritt 12.2 des Absaugejektors 12 ist mit dem Austritt 5.2 des Verdampfers 5 verbunden. Analog zum Verdichtungsejektor 3 ist dem (nicht regelbaren) Absaugejektor 12 ein Regelventil 13.2 parallel geschaltet. Beim Betrieb der (einstufigen) Wärmepumpe entsteht eine Druckabsenkung am mit dem Gehäuse 10 (über den Sauganschluss 14) verbunden Sauganschluss 12.3 des Absaugejektors 12, wodurch Kältemittel, das aufgrund nicht zu vermeidender Leckagen der Wellendichtung 11 in das Gehäuse gelangt, angesaugt und in den Kältemittelkreislauf zurückgefördert wird. Der externe Verdichter 15 dient zum Absaugen von Kältemittel, das sich nach längeren Stillstandszeiten der Wärmepumpe zwangsläufig im Gehäuse 10 sammelt. Der externe Verdichter 15 kann auch während des Betriebes zur Unterstützung oder anstelle des Absaugejektors 12 betrieben werden.
  • Fig. 3 zeigt eine zweistufige Wärmepumpe, bei der die erste Verdichterstufe als Verdichtungsejektor 3 (entsprechend der in Fig. 1 dargestellten Schaltung) und die zweite Verdichterstufe als eine halbhermetische oder hermetische Turboverdichtereinheit realisiert ist, wobei der Turboverdichter 8 vom Antriebsmotor 9 mittels einer Wellendichtung 11 getrennt ist und das Gehäuse 10 mittels des Absaugejektors 12 abgesaugt wird (entsprechend der in Fig. 2 dargestellten Schaltung). Es ist ein Abscheidesammler 4 eingesetzt, bei dem der erste Austritt 4.2 mit der gasförmigen Phase und der zweite Austritt 4.3 mit der flüssigen Phase des Kältemittels in Verbindung steht. Anstatt des Abscheidesammlers 4 kann jedoch auch ohne Weiteres ein oberhalb des Verdampfers angeordneter Abscheidesammler 7 (wie beim in Fig. 2 dargestellten, überfluteten Verdampfer) eingesetzt werden. Sowohl der Verdichtungsejektor 3 als auch der Absaugejektor 12 sind nicht regelbar ausgeführt und jeweils mit einem im Bypass geschalteten Regelventil 13.1, 13.2 versehen.
    • Liste der verwendeten Bezugszeichen
    • 1
    Turboverdichtereinheit
    2
    Gaskühler
    2.1
    Eintritt des Gaskühlers
    2.2
    Austritt des Gaskühlers
    3
    Verdichtungsejektor
    3.1
    Druckanschluss des Verdichtungsejektors
    3.2
    Austritt des Verdichtungsejektors
    3.3
    Sauganschluss des Verdichtungsejektors
    4
    Abscheidesammler
    4.1
    Eintritt des Abscheidesammlers
    4.2
    erster Austritt des Abscheidesammlers
    4.3
    zweiter Austritt des Abscheidesammlers
    5
    Verdampfer
    5.1
    Eintritt des Verdampfers
    5.2
    Austritt des Verdampfers
    6
    Drosselventil
    7
    Abscheidesammler (überfluteter Verdampfer)
    8
    Turboverdichter
    9
    Antriebsmotor
    10
    Gehäuse
    11
    Wellendichtung
    12
    Absaugejektor
    12.1
    Druckanschluss des Absaugejektors
    12.2
    Austritt des Absaugejektors
    12.3
    Sauganschluss des Absaugejektors
    13.1
    Regelventil für den Verdichtungsejektor
    13.2
    Regelventil für den Absaugejektor
    14
    Sauganschluss am Gehäuse
    15
    externer Verdichter

Claims (14)

  1. Wärmepumpe, mit mindestens einer ersten Verdichterstufe, die zu einer Erhöhung des im Kältemittel vorherrschenden Drucks von einem Niederdruck- auf ein Mitteldruckniveau eingerichtet ist; mit mindestens einer zweiten Verdichterstufe, die zu einer Erhöhung des im Kältemittel vorherrschenden Drucks von einem Mitteldruck- auf ein Hochdruckniveau eingerichtet ist; mit mindestens einem auf dem Hochdruckniveau der Wärmepumpe betriebenen Gaskühler (2) oder Verflüssiger, wobei der mindestens eine Gaskühler (2) bzw. der Verflüssiger einen Eintritt (2.1) und einen Austritt (2.2) aufweist; mit mindestens einem auf dem Niederdruckniveau der Wärmepumpe betriebenen Verdampfer (5), der einen Eintritt (5.1) und einen Austritt (5.2) aufweist; mit einem auf dem Mitteldruckniveau der Wärmepumpe betriebenen Abscheidesammler (4), der zum Abscheiden und Sammeln von flüssigem Kältemittel dient und der über einen Eintritt (4.1), einen ersten Austritt (4.2) sowie über einen mit flüssigem Kältemittel in Verbindung stehenden zweiten Austritt (4.3) verfügt; und mit mindestens einem Drosselventil (6), das zwischen den zweiten Austritt (4.3) des Abscheidesammlers (4) und den Eintritt (5.1) des mindestens einen Verdampfers (5) geschaltet ist und das zur Entspannung des Kältemittels vom Mitteldruckniveau auf das Niederdruckniveau der Wärmepumpe dient, wobei die mindestens eine erste Verdichterstufe als mindestens ein Verdichtungsejektor (3) ausgeführt ist, der über einen Druckanschluss (3.1), einen Austritt (3.2) und einen Sauganschluss (3.3) verfügt, wobei beim Betrieb des mindestens einen Verdichtungsejektors (3) Kältemittel über den Druckanschluss (3.1) in den mindestens einen Verdichtungsejektor (3) eintritt, strahlförmig im mindestens einen Verdichtungsejektor (3) verläuft, wodurch eine Druckabsenkung am Sauganschluss (3.3) erzeugt wird, und durch den Austritt (3.2) des mindestens einen Verdichtungsejektors (3) austritt, wobei
    - entweder als Kältemittel Ammoniak eingesetzt ist, und die Wärmepumpe als Hochtemperatur-Wärmepumpe konfiguriert ist, wobei die Druckdifferenz zwischen dem Ammoniak auf der Niederdruckseite und dem Ammoniak auf der Hochdruckseite mindestens 35 bar beträgt,
    - oder die mindestens eine zweite Verdichterstufe als mindestens eine ölfreie halbhermetische oder hermetische Turboverdichtereinheit (1) realisiert ist, und jeweils der Sauganschluss (3.3) des mindestens einen Verdichtungsejektors (3) mit dem Austritt (5.2) des mindestens einen Verdampfers (5), der Druckanschluss (3.1) des mindestens einen Verdichtungsejektors (3) direkt oder über ein Regelventil (13.1) mit dem Austritt (2.2) des mindestens einen Gaskühlers (2) bzw. des Verflüssigers und der Austritt (3.2) des mindestens einen Verdichtungsejektors (3) mit dem Eintritt (4.1) des Abscheidesammlers (4) verbunden ist, wobei der mindestens eine Turboverdichter (8) und der Antriebsmotor (9) der mindestens einen Turboverdichtereinheit (1) in einem gasdichten Gehäuse (10) angeordnet sind, wobei der Antriebsmotor (9) mittels einer Wellendichtung (11) gegenüber dem Kältemittelkreislauf, in den der mindestens eine Turboverdichter (8) eingebunden ist, abgeschottet ist, wobei das Gehäuse (10) mit dem Sauganschluss (12.3) mindestens einer Pumpe (12) oder einem Verdichter verbunden ist, die bzw. der dazu dient, aufgrund von unvermeidbaren Leckagen der Wellendichtung (11) aus dem Kältemittelkreislauf in das Gehäuse (10) dringendes Kältemittel abzusaugen und in den Kältekreislauf zurückzufördern.
  2. Wärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichtungsejektor (3) regelbar ausgeführt ist oder dem Verdichtungsejektor (3) das Regelventil (13.1) parallel geschaltet ist oder das Regelventil (13.1) in Serie zum Verdichtungsejektor (3) geschaltet ist.
  3. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen inneren Wärmeübertrager umfasst, der einen Wärmetausch zwischen dem Austritt (2.2) des mindestens einen Gaskühlers (2) und der Saugseite des mindestens einen Turboverdichters (8) ermöglicht.
  4. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Turboverdichtereinheit (1) aus mehreren seriell verschalteten, einzelnen Turboverdichtereinheiten besteht.
  5. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Turboverdichtereinheit (1) aus mehreren parallel verschalteten, einzelnen Turboverdichtereinheiten besteht.
  6. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Betrieb der der Wärmepumpe das Kältemittel auf der Hochdruckseite überkritisch vorliegt.
  7. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Kältemittel Kohlendioxid eingesetzt ist.
  8. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Verdichtungsejektor (3) mehrstufig ausgeführt ist.
  9. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine halbhermetische oder hermetische Turboverdichtereinheit (1), die mit Drehzahlen von 15.000 bis 200.000 U/min betrieben werden kann, eingesetzt ist.
  10. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (5) als überfluteter Verdampfer ausgeführt ist.
  11. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als die Pumpe (12) oder der Verdichter zum Absaugen des aus dem Kältemittelkreislauf in das Gehäuse (10) dringenden Kältemittels ein Absaugejektor (12) verwendet ist, dessen Sauganschluss (12.3) mit dem Gehäuse (10) verbunden ist, wobei der Austritt (12.2) des Absaugejektors (12) an den Sauganschluss (3.3) des mindestens einen Verdichtungsejektors (3) angeschlossen ist und sowohl der Druckanschluss (3.1,12.1) des mindestens einen Verdichtungsejektors (3) als auch des Absaugejektors (12) jeweils direkt oder über ein Regelventil (13.1, 13.2) mit dem Austritt (2.2) des mindestens einen Gaskühlers (2) bzw. Verflüssigers der Wärmepumpe verbunden ist.
  12. Wärmepumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie neben dem Absaugejektor (12) mit einem externen Verdichter (15) ausgestattet ist, dessen Sauganschluss mit dem Gehäuse (10) verbunden ist, wobei der externe Verdichter (15) zum Absaugen von sich nach Stillstandszeiten der Wärmepumpe im Gehäuse (10) angesammeltem Kältemittel eingerichtet und auch während des Betriebs der Wärmepumpe betreibbar ist.
  13. Wärmepumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer Regeleinheit ausgerüstet ist, die eine derart langsame Erhöhung der Drehzahl der mindestens einen Turboverdichtereinheit (1) beim Wiederanfahren der Wärmepumpe nach Stillstandszeiten ermöglicht, dass während der entsprechenden Erhöhung der Drehzahl der mindestens einen Turboverdichtereinheit (1) das Kältemittel, das sich im Gehäuse während der Stillstandszeit gesammelt hat, mittels des Absaugejektors (12) aus dem Gehäuse in den Kältekreislauf gefördert wird, bevor die mindestens eine Turboverdichtereinheit (1) ihre maximale Drehzahl erreicht hat.
  14. Wärmepumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einem umweltfreundlichen Kältemittel betrieben wird, eine Steuereinheit umfasst, und das Gehäuse eine Öffnung aufweist, über die eine Verbindung zur Umgebung herstellbar ist und die mittels eines steuerbaren Ventils verschlossen ist, wobei vor der Wiederinbetriebnahme der Wärmepumpe nach einer Stillstandszeit das steuerbare Ventil mittels der Steuereinheit geöffnet wird, wodurch Kältemittel aus dem Gehäuse (10) entweicht und an die Umgebung abgegeben wird.
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