EP2602571B1

EP2602571B1 - Reversible heat pump device and method for its operation

Info

Publication number: EP2602571B1
Application number: EP12195447.3A
Authority: EP
Inventors: Inga Troestler; Dennis Pfeil
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-12-06
Filing date: 2012-12-04
Publication date: 2014-09-17
Anticipated expiration: 2032-12-04
Also published as: EP2602571A1; DE102011120176A1; DE102011120176B4

Description

Die Erfindung betrifft eine reversible Wärmepumpenvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, sowie ein Verfahren zu deren Betrieb nach Patentanspruch 5.The invention relates to a reversible heat pump device according to the preamble of claim 1, and a method for their operation according to claim 5.

Das thermodynamische Prinzip der Wärmepumpe ist allgemein bekannt und wird üblicherweise zum Beheizen oder zum Kühlen von Temperierungsobjekten eingesetzt, etwa in Kühlschränken, Klimaanlagen oder Sole-Wärmepumpen.The thermodynamic principle of the heat pump is well known and is commonly used for heating or for cooling Temperierungsobjekten, such as in refrigerators, air conditioners or brine heat pumps.

Eine Wärmepumpe weist dabei einen ersten Wärmeübertrager zur Wärmeaufnahme und einen zweiten Wärmeübertrager zur Wärmeabgabe auf. Die Wärmeübertrager sind über zwei Verbindungsleitungen strömungstechnisch miteinander verbunden und bilden so einen Kreislauf für Kältemittel aus. In einer der Verbindungsleitungen ist ein Verdichter und in der anderen ein Expansionsventil angeordnet. Einer der Wärmeübertrager liegt so in Strömungsrichtung des Kältemittels hinter dem Verdichter und einer hinter dem Expansionsventil.A heat pump has a first heat exchanger for heat absorption and a second heat exchanger for heat dissipation. The heat exchangers are fluidly connected to each other via two connecting lines and thus form a circuit for refrigerant. In one of the connecting lines, a compressor and in the other an expansion valve is arranged. One of the heat exchangers lies in the flow direction of the refrigerant behind the compressor and one behind the expansion valve.

Bei einer Aktivierung des Verdichters wird das Kältemittel mittels des Verdichters komprimiert, wodurch sich die Temperatur des verdichteten Kältemittels erhöht. Beim Durchströmen des sich anschließenden Wärmeübertragers gibt das warme Kältemittel Wärme ab. Auf der Seite des anderen Wärmeübertragers wird das Kältemittel hingegen durch eine Drossel entspannt. Dies senkt die Temperatur des entspannten Kältemittels, sodass das Kältemittel in diesem Wärmeübertrager Wärme von einer Wärmequelle aufnehmen kann. Je stärker das Kältemittel entspannt wird, desto geringer kann die Temperatur der Wärmequelle sein, so zum Beispiel der Innenraum eines Gefrierschrankes.Upon activation of the compressor, the refrigerant is compressed by means of the compressor, whereby the temperature of the compressed refrigerant increases. As it flows through the adjoining heat exchanger, the warm refrigerant gives off heat. On the other side of the heat exchanger, the refrigerant is relieved by a throttle. This lowers the temperature of the expanded refrigerant so that the refrigerant in this heat exchanger can absorb heat from a heat source. The more the refrigerant is released, the lower the temperature of the heat source can be, for example the interior of a freezer.

Um den Wärmepumpenprozess zum Beheizen und zum Kühlen eines Temperierungsobjekts, zum Beispiel eines Gebäudes, einsetzen zu können, ist aus dem Stand der Technik weiterhin bekannt, die Strömungsrichtung des Kältemittels umkehrbar auszulegen. Bei derartigen reversiblen Wärmepumpen kehrt sich die Wärmeaufnahme und -abgabe der Wärmeübertrager in Abhängigkeit von der Strömungsrichtung des Kältemittels um. Einer der Wärmeübertrager korrespondiert dann zur Klimatisierung beispielsweise mit dem Gebäude und einer Peripherie außerhalb des Gebäudes.In order to be able to use the heat pump process for heating and for cooling a tempering object, for example a building, it is furthermore known from the prior art to make the flow direction of the refrigerant reversible. In such reversible heat pumps, the heat absorption and output of the heat exchanger reverses depending on the flow direction of the refrigerant. One of the heat exchangers then corresponds to the air conditioning, for example, with the building and a periphery outside the building.

Zusätzlich ist bekannt, die Wärmepumpenvorrichtung neben der Beheizung und Kühlung des Gebäudes auch zur Speisung eines weiteren Heizobjekts mit Wärme einzusetzen. So kann beispielsweise neben der Beheizung und der Kühlung eines Gebäudes gleichzeitig Wasser erwärmt werden.In addition, it is known to use the heat pump device in addition to the heating and cooling of the building for supplying a further heating object with heat. For example, in addition to the heating and cooling of a building, water can be heated simultaneously.

Problematisch ist, dass unterschiedlich große Kühl- und Heizleistungen im Sommer bzw. Winter vorliegen. Insbesondere bei Gebäuden mit moderner Wärmedämmung und großer Glasfläche ist die erforderliche Kühlleistung im Sommer häufig größer als die geforderte Heizleistung im Winter. Wenn eine bekannte Wärmepumpe auf die maximal zu erbringende Leistung im Sommer ausgelegt ist, ist sie im Winter deutlich überdimensioniert. Dies führt zu einem schlechten Wirkungsgrad [COP (Coefficient Of Performance)] der Wärmepumpe im Winter. Der Wirkungsgrad ergibt sich aus dem Verhältnis von eingesetzter Energie zum Betrieb der Wärmepumpe zu abgegebener Energie am wärmeabgebenden Wärmeübertrager. Die eingesetzte Energie ist hauptsächlich Antriebsenergie für den Verdichter, der meist mit Strom betrieben wird.The problem is that different cooling and heating capacities are available in summer or winter. Especially in buildings with modern thermal insulation and large glass surface, the required cooling capacity in summer is often greater than the required heating capacity in winter. If a known heat pump is designed for the maximum performance to be achieved in the summer, it is clearly oversized in winter. This leads to a poor efficiency [COP (Coefficient Of Performance)] of the heat pump in winter. The efficiency results from the ratio of energy used to operate the heat pump to energy delivered to the heat-emitting heat exchanger. The energy used is mainly drive energy for the compressor, which is usually powered by electricity.

Ein weiteres Problem liegt darin, dass für die Erwärmung von Warmwasser eigentlich ein anderes Temperaturniveau notwendig ist als das am wärmeabgebenden Wärmeübertrager meist vorliegende. Typischerweise wird Warmwasser stärker erwärmt, zum Beispiel auf 55 °C, als der Vorlauf einer Gebäudeheizung im Winter, zum Beispiel 45 °C. Den unterschiedlichen Temperaturanforderungen wird im Stand der Technik jedoch nicht Rechnung getragen, wodurch der Wirkungsgrad der reversiblen Wärmepumpenvorrichtung nicht optimal ist. Gegebenenfalls ist sogar eine weitere Vorrichtung zur ergänzenden Nacherwärmung des Warmwassers erforderlich.Another problem is that for the warming of hot water actually a different temperature level is necessary than that at the heat-emitting heat exchanger usually present. Typically, hot water is heated more strongly, for example to 55 ° C, than the flow of building heating in winter, for example 45 ° C. However, the different temperature requirements are not taken into account in the prior art, whereby the efficiency of the reversible heat pump device is not optimal. Optionally, even a further device for supplementary reheating of the hot water is required.

Die CA 2597372 A1 offenbart eine reversibles Wärmepumpensystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The CA 2597372 A1 discloses a reversible heat pump system according to the preamble of claim 1.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Mängel des Standes der Technik zu beseitigen und eine reversible Wärmepumpenvorrichtung mit angepasster Kühl- bzw.- Heizleistung im Sommer bzw. Winter bereitzustellen, wobei die Wärmepumpenvorrichtung auch zur Erwärmung eines weiteren Heizobjekts geeignet sein soll, insbesondere zur Erwärmung von Warmwasser, und wobei das abweichende Temperaturniveau des zusätzlichen Heizobjekts berücksichtigt wird, damit der Wirkungsgrad der Wärmepumpenvorrichtung hoch ist. Außerdem soll die Wärmepumpenvorrichtung einfach und kostengünstig herstellbar, sowie unkompliziert und sicher im Betrieb sein.The object of the invention is therefore to eliminate the deficiencies of the prior art and to provide a reversible heat pump device with adapted cooling or- heating power in summer and winter, wherein the heat pump device also for Heating of another heating object to be suitable, in particular for heating hot water, and wherein the different temperature level of the additional heating object is taken into account so that the efficiency of the heat pump device is high. In addition, the heat pump device should be simple and inexpensive to produce, as well as uncomplicated and safe to operate.

Erfindungsgemäß wird dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie des nebengeordneten Anspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung betrifft eine reversible Wärmepumpenvorrichtung mit einem Hauptkreislauf für ein Kältemittel, der aus einer Hauptverdichterleitung mit einem Hauptverdichter sowie einer Expansionsventilleitung mit einem ersten Expansionsventil besteht, wobei ein Peripherie-Wärmeübertrager und ein Klima-Wärmeübertrager in dem Hauptkreislauf angeordnet sind, wobei ein zweites Expansionsventil seriell zum ersten Expansionsventil in der Expansionsventilleitung angeordnet ist, und wobei ein Warmwasser-Wärmeübertrager über einen Vorlauf mit einem Zusatzverdichter und über einen Rücklauf mit einem dritten Expansionsventil mit dem Hauptkreislauf strömungsverbunden ist, wobei der Vorlauf mit der Hauptverdichterleitung strömungsverbunden ist, und wobei der Rücklauf zwischen dem ersten und zweiten Expansionsventil mit der Expansionsventilleitung strömungsverbunden ist.This is achieved with the features of claim 1 and the independent claim 5 according to the invention. Advantageous developments can be found in the dependent claims.
The invention relates to a reversible heat pump apparatus having a main circuit for a refrigerant, which consists of a main compressor line with a main compressor and an expansion valve line with a first expansion valve, wherein a peripheral heat exchanger and an air-heat exchanger are arranged in the main circuit, wherein a second expansion valve in series is arranged to the first expansion valve in the expansion valve line, and wherein a hot water heat exchanger via a flow with an additional compressor and via a return flow with a third expansion valve to the main circuit is flow-connected, wherein the flow to the main compressor line is flow-connected, and wherein the return between the first and second expansion valve is flow-connected to the expansion valve line.

Mittels dieser Wärmepumpenvorrichtung ist es nunmehr möglich, den Hauptkreislauf in Abhängigkeit der Förderrichtung des Hauptverdichters zum Kühlen oder zum Heizen eines dem Klima-Wärmeübertrager zugeordneten Temperierungsobjekts einzusetzen. Zur Realisierung der Umkehrung der Strömungsrichtung sollte der Hauptverdichter bidirektional sein. Eine technische Möglichkeit dies zu erreichen, ist den monodirektionalen Verdichter mit einem Mehrwegeventil mit Umkehrschleife auszubilden.By means of this heat pump device, it is now possible to use the main circuit as a function of the conveying direction of the main compressor for cooling or for heating a temperature-controlled object assigned to the air-conditioning heat exchanger. To realize the reversal of the flow direction, the main compressor should be bidirectional. A technical possibility to achieve this is to form the monodirectional compressor with a multi-way valve with reverse loop.

Zum Kühlen oder Heizen des Temperierungsobjekts sollte der Klima-Wärmeübertrager demnach also mit einem Temperierungsobjekt korrespondieren, wobei das Temperierungsobjekt vorzugsweise ein Gebäude ist. Gleichzeitig kann bei einem Wärmebedarf des Warmwassers, dieses durch Aktivierung des Zusatzverdichters erwärmt werden. Dafür sollte der Warmwasser-Wärmeübertrager mit einer Warmwasserbereitungseinrichtung korrespondieren. Letztere kann neben einem Warmwasserspeicher auch eine zusätzliche konventionelle Heizeinrichtung aufweisen, beispielsweise eine mit Strom oder Gas betriebene.For cooling or heating of the Temperierungsobjekts the air conditioning heat exchanger should thus therefore correspond to a Temperierungsobjekt, the Temperierungsobjekt is preferably a building. At the same time can be heated by activation of the auxiliary compressor with a heat demand of the hot water. For this purpose, the hot water heat exchanger should correspond with a hot water preparation device. The latter can have, in addition to a hot water tank, an additional conventional heating device, for example one powered by electricity or gas.

Die Anbindung des Warmwasser-Wärmeübertragers an den Hauptkreislauf wird durch das zweite Expansionsventil in der Expansionsventilleitung ermöglicht. Dieses erlaubt es, den Rücklauf des Warmwasser-Wärmeübertragers stets mit dem vom Hauptverdichter druckbeaufschlagten Leitungsabschnitt des Hauptkreislaufs zu verbinden. Die beiden Expansionsventile im Hauptkreislauf sollten hierfür öffenbar sein, bspw. Mittels eines öffenbaren Ventilbypasses. Somit würde dann im Heiz- und im Kühlbetrieb jeweils eines dieser Expansionsventile geöffnet im druckbeaufschlagten Leitungsabschnitt des Hauptkreislaufs liegen. Weiterhin sollte der Vorlauf des Warmwasser-Wärmeübertragers zwischen dem Hauptverdichter und dem Klima-Wärmeübertrager mit der Hauptverdichterleitung strömungsverbunden sein. Hierdurch werden die Wärmeübertrager des Hauptkreislaufs für den bestimmungsgemäßen Einsatz als Klima-Wärmeübertrager und Peripherie-Wärmeübertrager definiert.The connection of the hot water heat exchanger to the main circuit is made possible by the second expansion valve in the expansion valve line. This makes it possible to always connect the return of the hot water heat exchanger with the main section of the pressurized line section of the main circuit. The two expansion valves in the main circuit should be openable for this purpose, for example by means of an openable valve bypass. Thus, each of these expansion valves would then be open in the pressurized line section of the main circuit in heating and cooling operation. Furthermore, the flow of the hot water heat exchanger should be fluidly connected to the main compressor line between the main compressor and the air-conditioning heat exchanger. As a result, the heat exchanger of the main circuit are defined for the intended use as air-heat exchanger and peripheral heat exchanger.

Während eines Heizbetriebs und bei Aktivierung des Zusatzverdichters können der Hauptverdichter und der Zusatzverdichter in Reihe geschaltet sein. Das heißt, ein Teil des Kältemittels wird in zwei Stufen verdichtet. Das etwas höhere erforderliche Temperaturniveau im Warmwasser-Wärmeübertrager wird so durch die zusätzliche Verdichtung mit dem Zusatzverdichter erreicht.During a heating operation and when the auxiliary compressor is activated, the main compressor and the auxiliary compressor may be connected in series. That is, part of the refrigerant is compressed in two stages. The slightly higher required temperature level in the hot water heat exchanger is thus achieved by the additional compression with the additional compressor.

Im Kühlbetrieb ist die Temperaturdifferenz zwischen Klima-Wärmeübertrager und Warmwasser-Wärmeübertrager wesentlich geringer als im Heizbetrieb. Daher ist im Kühlbetrieb eine einstufige Verdichtung durch den Zusatzverdichter ausreichend, um das Warmwasser zu erwärmen. Im Kühlbetrieb sind die beiden Verdichter daher parallel schaltbar. Durch Regelung der vom Zusatzverdichter geförderten Kältemittelmenge kann die Wärme - in Abhängigkeit der erforderlichen Wärmemenge zur Warmwasserbereitung - auf den Peripherie-Wärmeübertrager und den Warmwasser-Wärmeübertrager verteilt werden. Somit liegt ein besonderer Vorteil der Wärmepumpenvorrichtung darin, dass die im Sommer notwendige hohe Kühlleistung nicht komplett an die Peripherie abgegeben wird, sondern große Teile dieser Wärme für die Erwärmung des Warmwassers eingesetzt werden können. Nur die überschüssige Wärmemenge, die nicht zur Warmwasserbereitung eingesetzt werden kann, wird durch den Peripherie-Wärmeübertrager an die Peripherie abgegeben. Der Peripherie-Wärmeübertrager wird hierbei meist mit einer Umgebung korrespondieren, insbesondere der Umgebung eines Gebäudes. Hierzu sind sowohl der Luftraum als auch das Erdreich zu zählen.In cooling mode, the temperature difference between air conditioning heat exchanger and hot water heat exchanger is much lower than in heating mode. Therefore, in the cooling mode, a single-stage compression by the auxiliary compressor is sufficient to heat the hot water. In cooling mode, the two compressors are therefore connected in parallel. By regulating the amount of refrigerant delivered by the additional compressor, the heat can be distributed to the peripheral heat exchanger and the hot water heat exchanger, depending on the amount of heat required for hot water production. Thus, a particular advantage of the heat pump device is that the necessary in summer high cooling capacity is not completely discharged to the periphery, but large parts of this heat can be used for heating the hot water. Only the excess amount of heat that can not be used to heat water, is discharged through the periphery heat exchanger to the periphery. The peripheral heat exchanger will usually correspond with an environment, in particular the environment of a building. For this purpose, both the air space and the soil are counted.

Um den Warmwasser-Wärmeübertrager bei deaktiviertem Zusatzverdichter komplett vom Hauptkreislauf abtrennen zu können, sollte das dritte Expansionsventil im Rücklauf vom Warmwasser-Wärmeübertrager öffen- bzw. schließbar sein. Alternativ könnte ein zusätzliches Verschlussventil im Rücklauf angeordnet werden. Sofern der Zusatzverdichter bei Deaktivierung permeabel ist, sollte auch im Vorlauf ein verschließbares Ventil, zum Beispiel ein zweites Verschlussventil, angeordnet sein.In order to be able to completely disconnect the hot water heat exchanger from the main circuit when the auxiliary compressor is deactivated, the third expansion valve in the return flow should be able to be opened or closed by the hot water heat exchanger. Alternatively, an additional closure valve could be placed in the return. If the auxiliary compressor is permeable when deactivated, a closable valve, for example a second closing valve, should also be arranged in the supply line.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in der Strömungsverbindung zwischen dem Rücklauf des Warmwasser-Wärmeübertragers und der Expansionsventilleitung eine Mitteldruckflasche angeordnet ist. Eine solche Mitteldruckflasche bildet im Wesentlichen einen Hohlraum aus, in welchem sich im Betrieb der Wärmepumpenvorrichtung an einem Expansionsventil entspanntes Kältemittel in eine Gas- und eine Kondensatphase trennt.A development of the invention provides that in the flow connection between the return of the hot water heat exchanger and the expansion valve line, a medium-pressure cylinder is arranged. Such a medium-pressure bottle essentially forms a cavity in which, during operation of the heat pump device at an expansion valve, expanded refrigerant separates into a gas phase and a condensate phase.

Bei einer vorgesehenen Mitteldruckflasche sollte der Rücklauf des WarmwasserWärmeübertragers mit einem geodätisch oberen Bereich der Mitteldruckflasche strömungsverbunden sein. Dieser Bereich der Mitteldruckflasche ist derjenige, in welchem das Kältemittel in Gasphase vorliegt. Die Expansionsventilleitung hingegen sollte mit einem geodätisch unteren Bereich der Mitteldruckflasche strömungsverbunden sein. Aufgrund der höheren Dichte sammelt sich in diesem Bereich der Mitteldruckflasche das als Flüssigkeit vorliegende Kältemittel.In the case of a designated medium-pressure cylinder, the return of the warm water heat exchanger should be flow-connected to a geodetically upper region of the medium-pressure cylinder. This area of the medium-pressure bottle is the one in which the refrigerant is in gas phase. By contrast, the expansion valve line should be flow-connected to a geodetically lower area of the medium-pressure cylinder. Due to the higher density, the medium-pressure bottle collects the liquid refrigerant in this area.

In einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass im Vorlauf des Warmwasser-Wärmeübertragers zwischen dem Zusatzverdichter und der Strömungsverbindung mit der Hauptverdichterleitung ein regelbares Durchflussventil angeordnet ist. Hiermit kann die Menge des Kältemittels, welches von dem Zusatzverdichter angesaugt wird, geregelt werden. Dies ist insbesondere deshalb von Vorteil, da die Ansaugmenge und die Verdichtung mittels des Zusatzverdichters nur beschränkt durch letzteren selbst vorgenommen werden kann. Das Durchflussventil ermöglicht somit besonders gut die Regelung der Wärmeabnahmemenge durch den Warmwasser-Wärmeübertrager. Zusätzlich ist es geeignet dazu, den Vorlauf vollständig vom Hauptkreislauf zu trennen, wenn der Zusatzverdichter deaktiviert ist. Ein zusätzliches Verschlussventil im Vorlauf erübrigt sich somit.In a variant of the invention it is provided that in the flow of the hot water heat exchanger between the additional compressor and the flow connection with the main compressor line, a controllable flow valve is arranged. Hereby, the amount of the refrigerant which is sucked by the booster compressor, be regulated. This is particularly advantageous because the intake and the compression by means of the additional compressor can only be made limited by the latter itself. The flow valve thus allows particularly well the control of the heat consumption through the hot water heat exchanger. In addition, it is suitable to completely separate the flow from the main circuit when the booster compressor is deactivated. An additional valve in the flow is therefore unnecessary.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind der Vorlauf und der Rücklauf des Warmwasser-Wärmeübertragers über einen Bypass mit einem Regelventil strömungsverbunden, wobei der Bypass mit dem Vorlauf zwischen dem Zusatzverdichter und der Strömungsverbindung mit der Hauptverdichterleitung strömungsverbunden ist, und wobei der Bypass mit dem Rücklauf zwischen dem dritten Expansionsventil und der Strömungsverbindung mit der Expansionsventilleitung strömungsverbunden ist.According to one embodiment of the invention, the flow and the return of the hot water heat exchanger are flow-connected via a bypass with a control valve, wherein the bypass is flow-connected to the flow between the auxiliary compressor and the flow connection to the main compressor line, and wherein the bypass is fluidly connected to the return between the third expansion valve and the flow connection with the expansion valve line.

Somit kann eine Kühlung des Kältemittels vor dem Zusatzverdichter erfolgen. Dies ist insbesondere im Heizbetrieb sinnvoll, um die Sauggastemperatur und somit die Verdichtungstemperatur des Zusatzverdichters reduzieren zu können. Das Kältemittel vor dem Zusatzverdichter ist gasförmig und auch im Rücklauf hinter dem dritten Expansionsventil hat das Kältemittel eine Gasform. Das Kältemittel aus dem Rücklauf wurde jedoch bereits im Warmwasser-Wärmeübertrager abgekühlt und kann so als Dampf in den Vorlauf vor dem Zusatzverdichter dosiert eingespritzt werden (Dampfzwischeneinspritzung). Letztlich wird durch die Dampfzwischeneinspritzung auch der Zusatzverdichter vor Überhitzung geschützt.Thus, a cooling of the refrigerant can take place before the additional compressor. This is particularly useful in heating mode to reduce the suction gas temperature and thus the compression temperature of the additional compressor. The refrigerant in front of the additional compressor is gaseous and also in the return behind the third expansion valve, the refrigerant has a gaseous form. However, the refrigerant from the return has already been cooled in the hot water heat exchanger and can thus be metered as steam into the flow before the additional compressor (intermediate steam injection). Ultimately, the auxiliary compressor is protected against overheating by the intermediate steam injection.

Sofern ein regelbares Durchflussventil im Vorlauf des Warmwasser-Wärmeübertragers vorgesehen ist, sollte der Bypass mit dem Vorlauf zwischen dem Zusatzverdichter und dem Durchflussventil strömungsverbunden sein.If an adjustable flow valve is provided in the flow of the hot water heat exchanger, the bypass should be flow connected to the flow between the auxiliary compressor and the flow valve.

Ferner sollte das Regelventil verschließbar sein, da mit der Dampfzwischeneinspritzung insbesondere im Heizbetrieb mit der zweistufigen Verdichtung Vorteile erzielt werden. Im Kühlbetrieb wirken der Haupt- und der Zusatzverdichter entgegengesetzt, sodass das Kältemittel vor dem Zusatzverdichter bereits eine sehr tiefe Temperatur aufweist.Furthermore, the control valve should be closable, since advantages are achieved with the intermediate vapor injection, in particular in heating operation with the two-stage compression. In cooling mode, the main compressor and the additional compressor act in opposite directions, so that the refrigerant already has a very low temperature before the additional compressor.

Der Bypass könnte auch mit dem geodätisch oberen Bereich der Mitteldruckflasche verbunden sein, denn funktional ist der an den oberen Bereich der Mitteldruckflasche angrenzende Leitungsabschnitt bis zum dritten Expansionsventil eine Erweiterung dieses oberen Bereichs.The bypass could also be connected to the geodetically upper region of the medium-pressure cylinder, because functionally, the line section adjoining the upper region of the medium-pressure bottle up to the third expansion valve is an extension of this upper region.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb einer reversiblen Wärmepumpenvorrichtung mit einem Hauptkreislauf für ein Kältemittel, der aus einer Hauptverdichterleitung mit einem Hauptverdichter sowie einer Expansionsventilleitung mit einem ersten Expansionsventil besteht, wobei ein Peripherie-Wärmeübertrager und ein Klima-Wärmeübertrager in dem Hauptkreislauf angeordnet sind, wobei ein zweites Expansionsventil seriell zum ersten Expansionsventil in der Expansionsventilleitung angeordnet ist, und wobei ein Warmwasser-Wärmeübertrager über einen Vorlauf mit einem Zusatzverdichter und über einen Rücklauf mit einem dritten Expansionsventil mit dem Hauptkreislauf strömungsverbunden ist, wobei der Vorlauf des Warmwasser-Wärmeübertragers zwischen dem Hauptverdichter und dem Klima-Wärmeübertrager mit der Hauptverdichterleitung strömungsverbunden ist, wobei der Rücklauf zwischen dem ersten und zweiten Expansionsventil mit der Expansionsventilleitung strömungsverbunden ist, und wobei das erste Expansionsventil zwischen dem Peripherie-Wärmeübertrager und dem zweiten Expansionsventil angeordnet ist, umfassend die folgenden Schritte:

a) Aktivieren eines Heizbetriebs oder eines Kühlbetriebs des Hauptkreislaufs, wenn ein Temperierungsbedarf am Klima-Wärmeübertrager vorliegt;
b) Aktivieren eines Zusatzheizprogramms, wenn ein Wärmebedarf am Warmwasser-Wärmeübertrager vorliegt;

wobei der Heizbetrieb folgende Unterschritte umfasst:

a1a) Aktivieren des Hauptverdichters, wobei die Strömungsrichtung des Kältemittels in der Hauptverdichterleitung vom Peripherie-Wärmeübertrager in Richtung des Hauptverdichters ausgerichtet ist;
a1b) Expandieren des Kältemittels am ersten Expansionsventil;

wobei der Kühlbetrieb folgende Unterschritte umfasst:

a2a) Aktivieren des Hauptverdichters, wobei die Strömungsrichtung des Kältemittels in der Hauptverdichterleitung vom Hauptverdichter in Richtung des Peripherie-Wärmeübertragers ausgerichtet ist;
a2b) Expandieren des Kältemittels am zweiten Expansionsventil;

und wobei das Zusatzheizprogramm folgende Unterschritte umfasst:

b1) Aktivieren des Zusatzverdichters, wobei die Strömungsrichtung des Kältemittels im Vorlauf vom Zusatzverdichter zum Warmwasser-Wärmeübertrager ausgerichtet ist;
b2) Expandieren des Kältemittels am dritten Expansionsventil.

The invention further relates to a method for operating a reversible heat pump device with a main circuit for a refrigerant, which consists of a main compressor line with a main compressor and an expansion valve line with a first expansion valve, wherein a peripheral heat exchanger and an air-heat exchanger are arranged in the main circuit, wherein a second expansion valve is arranged serially to the first expansion valve in the expansion valve line, and wherein a hot water heat exchanger via a flow with an additional compressor and via a return with a third expansion valve is connected to the main circuit, wherein the flow of the hot water heat exchanger between the main compressor and the air-conditioning heat exchanger the main compressor line is flow-connected, wherein the return between the first and second expansion valve is flow-connected to the expansion valve line, and wherein the first expansion valve between the peripheral heat exchanger and the second expansion valve is arranged, comprising the following steps:

a) activating a heating operation or a cooling operation of the main circuit when a Temperierungsbedarf the air conditioning heat exchanger is present;
b) activating an additional heating program when there is a heat demand on the hot water heat exchanger;

wherein the heating operation comprises the following substeps:

a1a) activating the main compressor, wherein the flow direction of the refrigerant in the main compressor line is aligned by the peripheral heat exchanger in the direction of the main compressor;
a1b) expanding the refrigerant at the first expansion valve;

wherein the cooling operation comprises the following substeps:

a2a) activating the main compressor, wherein the flow direction of the refrigerant in the main compressor line from the main compressor in the direction of the peripheral heat exchanger is aligned;
a2b) expanding the refrigerant at the second expansion valve;

and wherein the auxiliary heating program comprises the following substeps:

b1) activating the auxiliary compressor, wherein the flow direction of the refrigerant is aligned in the flow from the additional compressor to the hot water heat exchanger;
b2) expanding the refrigerant at the third expansion valve.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es somit möglich, flexible auf die Temperierungsanforderungen des Temperierungsobjekts und des Warmwassers zu reagieren. Der Hauptkreislauf kann in Abhängigkeit der Förderrichtung des Hauptverdichters zum Kühlen oder zum Heizen des dem Klima-Wärmeübertrager zugeordneten Temperierungsobjekts, vorzugsweise eines Gebäudes, eingesetzt werden. Zur Realisierung der Umkehrung der Strömungsrichtung sollte der Hauptverdichter bidirektional sein. Eine technische Möglichkeit dies zu erreichen, ist mit einem Mehrwegeventil eine Umkehrschleife auszubilden. Um zwischen einem Heizbetrieb und einem Kühlbetrieb wechseln zu können, muss also der Hauptverdichter umgeschaltet werden. Beispielsweise ist dies durch Umkehrung der Stromrichtung oder aber mittels des beschriebenen Mehrwegeventils möglich.With the method according to the invention, it is thus possible to respond flexibly to the temperature control requirements of the Temperierungsobjekts and the hot water. Depending on the conveying direction of the main compressor, the main circuit can be used for cooling or for heating the temperature-controlled object, preferably a building, associated with the air-conditioning heat exchanger. To realize the reversal of the flow direction, the main compressor should be bidirectional. A technical possibility to achieve this is to form a reverse loop with a multi-way valve. In order to switch between a heating mode and a cooling mode, so the main compressor must be switched become. For example, this is possible by reversing the direction of flow or by means of the described multi-way valve.

Gleichzeitig kann bei einem Wärmebedarf des Warmwassers, dieses durch Aktivierung des Zusatzverdichters erwärmt werden. Reicht die Wärme zur Warmwasserbereitung nicht aus, könnte eine zusätzliche konventionelle Heizeinrichtung, bspw. eine mit Strom oder Gas betriebene, hinzugeschaltet werden.At the same time can be heated by activation of the auxiliary compressor with a heat demand of the hot water. If the heat for hot water preparation is insufficient, an additional conventional heating device, for example one operated with electricity or gas, could be added.

Die Anbindung des Warmwasser-Wärmeübertragers an den Hauptkreislauf wird durch das zweite Expansionsventil in der Expansionsventilleitung ermöglicht. Dieses erlaubt es, den Rücklauf des Warmwasser-Wärmeübertragers stets mit dem vom Hauptverdichter druckbeaufschlagten Leitungsabschnitt des Hauptkreislaufs zu verbinden. Die beiden Expansionsventile im Hauptkreislauf sollten hierfür öffenbar sein. Alternativ könnten diese auch einen zu öffnenden Ventilbypass aufweisen. Die Anordnung des ersten Expansionsventils zwischen dem Peripherie-Wärmeübertrager und dem zweiten Expansionsventil ist in der Hauptsache für die Beschreibung des Verfahrens wichtig, da die Funktion des ersten und zweiten Expansionsventils von der Förderrichtung des Hauptverdichters abhängt. So expandiert das Kältemittel im Hauptkreislauf stets am weiter stromabwärts liegenden Expansionsventil. Das weiter vorne liegende Ventil sollte wenigstens teilweise, besser jedoch komplett geöffnet werden. Dies ist auch durch einen Ventilbypass mit einem Verschlussventil umsetzbar. Entsprechend müsste im Heizbetrieb folgender Unterschritt durchgeführt werden:

a1e) Öffnen des zweiten Expansionsventils;
und im Kühlbetrieb der Unterschritt:
a2e) Öffnen des ersten Expansionsventils.

The connection of the hot water heat exchanger to the main circuit is made possible by the second expansion valve in the expansion valve line. This makes it possible to always connect the return of the hot water heat exchanger with the main section of the pressurized line section of the main circuit. The two expansion valves in the main circuit should be openable for this purpose. Alternatively, they could also have an openable valve bypass. The arrangement of the first expansion valve between the peripheral heat exchanger and the second expansion valve is important in the main for the description of the method, since the function of the first and second expansion valve depends on the conveying direction of the main compressor. Thus, the refrigerant in the main circuit always expands at the downstream expansion valve. The valve at the front should be opened at least partially, but better completely. This can also be implemented by a valve bypass with a closure valve. Accordingly, the following sub-step would have to be carried out in heating mode:

a1e) opening the second expansion valve;
and in cooling mode, the substep:
a2e) Opening the first expansion valve.

Während eines Heizbetriebs und bei Aktivierung des Zusatzverdichters sind der Hauptverdichter und der Zusatzverdichter in Reihe geschaltet. Das heißt, ein Teil des Kältemittels wird in zwei Stufen verdichtet. Das etwas höhere erforderliche Temperaturniveau im Warmwasser-Wärmeübertrager wird so durch die zusätzliche Verdichtung mit dem Zusatzverdichter erreicht.During a heating operation and when the auxiliary compressor is activated, the main compressor and the auxiliary compressor are connected in series. That is, part of the refrigerant is compressed in two stages. The slightly higher required temperature level in the hot water heat exchanger is thus achieved by the additional compression with the additional compressor.

Im Kühlbetrieb ist die Temperaturdifferenz zwischen Klima-Wärmeübertrager und Warmwasser-Wärmeübertrager wesentlich geringer als im Heizbetrieb. Deshalb ist im Kühlbetrieb eine einstufige Verdichtung durch den Zusatzverdichter ausreichend, um das Warmwasser zu erwärmen. Im Kühlbetrieb sind die beiden Verdichter daher parallel geschaltet. Durch Regelung der vom Zusatzverdichter geförderten Kältemittelmenge kann die Wärme - in Abhängigkeit der erforderlichen Wärmemenge zur Warmwasserbereitung - auf den Peripherie-Wärmeübertrager und den Warmwasser-Wärmeübertrager verteilt werden. Somit liegt ein besonderer Vorteil der Wärmepumpenvorrichtung darin, dass die im Sommer notwendige hohe Kühlleistung nicht komplett an die Peripherie abgegeben wird, sondern große Teile dieser Wärme für die Erwärmung des Warmwassers eingesetzt werden können. Nur die überschüssige Wärmemenge, die nicht zur Warmwasserbereitung eingesetzt werden kann, wird durch den Peripherie-Wärmeübertrager an die Peripherie abgegeben.In cooling mode, the temperature difference between air conditioning heat exchanger and hot water heat exchanger is much lower than in heating mode. Therefore, in the cooling mode, a single-stage compression by the auxiliary compressor is sufficient to heat the hot water. In cooling mode, the two compressors are therefore parallel connected. By regulating the amount of refrigerant delivered by the additional compressor, the heat can be distributed to the peripheral heat exchanger and the hot water heat exchanger, depending on the amount of heat required for hot water production. Thus, a particular advantage of the heat pump device is that the necessary in summer high cooling capacity is not completely discharged to the periphery, but large parts of this heat can be used for heating the hot water. Only the excess amount of heat that can not be used to heat water, is discharged through the periphery heat exchanger to the periphery.

Um den Warmwasser-Wärmeübertrager bei deaktiviertem Zusatzverdichter komplett vom Hauptkreislauf abtrennen zu können, sollte das dritte Expansionsventil im Rücklauf vom Warmwasser-Wärmeübertrager ebenfalls öffen- bzw. schließbar sein. Alternativ könnte ein zusätzliches Verschlussventil im Rücklauf angeordnet werden. Ein zusätzlicher Verfahrensschritt würde dann vorsehen, dass das dritte Expansionsventil bzw. das zusätzliche Verschlussventil bei deaktiviertem Zusatzheizprogramm geschlossen wird.In order to be able to completely disconnect the hot water heat exchanger from the main circuit when the auxiliary compressor is deactivated, the third expansion valve in the return flow from the hot water heat exchanger should also be able to be opened or closed. Alternatively, an additional closure valve could be placed in the return. An additional method step would then provide that the third expansion valve or the additional closing valve is closed when the auxiliary heating program is deactivated.

Sofern der Zusatzverdichter bei Deaktivierung permeabel ist, sollte auch im Vorlauf ein verschließbares Ventil, zum Beispiel ein zweites Verschlussventil, angeordnet sein. Auch hier würde ein zusätzlicher Verfahrensschritt dann vorsehen, dass das zweite Verschlussventil im Vorlauf bei deaktiviertem Zusatzheizprogramm geschlossen wird.If the auxiliary compressor is permeable when deactivated, a closable valve, for example a second closing valve, should also be arranged in the supply line. Here, too, an additional method step would then provide for the second closure valve to be closed in the flow when the auxiliary heating program is deactivated.

Folgende weitere Verfahrensschritte bedürfen keines aktiven Zutuns im Verfahren, sondern resultieren aus den vorangegangenen Verfahrensschritten:The following further method steps do not require any active intervention in the method, but result from the preceding method steps:

Dabei umfasst der Heizbetrieb folgende passiv resultierende Unterschritte:

a1f) Aufnahme von Wärme am auf der entspannten Seite liegenden Peripherie-Wärmeübertrager;
a1g) Abgabe von Wärme am auf der komprimierten Seite liegenden Klima-Wärmeübertrager;

The heating operation includes the following passively resulting substeps:

a1f) absorption of heat on the relaxed on the periphery peripheral heat exchanger;
a1g) release of heat at the compressed air side heat exchanger;

Weiterhin umfasst der Kühlbetrieb folgende passive Unterschritte:

a2f) Abgabe von Wärme am auf der komprimierten Seite liegenden Peripherie-Wärmeübertrager;
a2g) Aufnahme von Wärme am auf der entspannten Seite liegenden Klima-Wärmeübertrager;

Furthermore, the cooling operation comprises the following passive substeps:

a2f) release of heat on the compressed side peripheral heat exchanger;
a2g) absorption of heat on the air-laid heat exchanger on the relaxed side;

Aus dem Zusatzheizprogramm resultiert entsprechend nachstehender passive Unterschritte:

b3) Abgabe von Wärme am Warmwasser-Wärmeübertrager.

The additional heating program results in the following passive substeps:

b3) release of heat at the hot water heat exchanger.

Die Wärmeauf- bzw. -abnahme führt dabei jeweils zu einer Temperaturabsenkung oder -erhöhung des den jeweiligen Wärmeübertrager durchströmenden Kältemittels, sowie einer Erwärmung oder Abkühlung der zugehörigen Wärmeübertragergegenseite, das heißt des Temperierungsobjekts, der Umgebung und des Warmwassers.The heat up or down respectively leads to a decrease or increase in the temperature of the refrigerant flowing through the respective heat exchanger, as well as a heating or cooling of the associated heat exchanger opposite side, that is to say the temperature object, the environment and the hot water.

Eine Weiterbildung des Verfahrens betrifft ein im Vorlauf des Warmwasser-Wärmeübertragers zwischen dem Zusatzverdichter und der Strömungsverbindung mit der Hauptverdichterleitung angeordnetes regelbares Durchflussventil, und folgenden Unterschritt:

c) Abgabe einer regelbaren Menge Kältemittel vom Hauptkreislauf an den Vorlauf des Warmwasser-Wärmeübertragers mittels Regelung des Durchflussventils, wenn das Zusatzheizprogramm aktiviert ist.

A further development of the method relates to an adjustable flow valve arranged in the flow of the hot-water heat exchanger between the additional compressor and the flow connection to the main compressor line, and the following substep:

c) delivery of a controllable amount of refrigerant from the main circuit to the flow of the hot water heat exchanger by means of flow control when the auxiliary heating program is activated.

Hiermit kann die Menge des Kältemittels, welches von dem Zusatzverdichter angesaugt wird, geregelt werden. Dies ist insbesondere deshalb von Vorteil, da die Ansaugmenge und die Verdichtung mittels des Zusatzverdichters nur beschränkt durch letzteren selbst vorgenommen werden kann. Das Durchflussventil ermöglicht somit besonders gut die Regelung der Wärmeabnahmemenge durch den Warmwasser-Wärmeübertrager.Hereby, the amount of the refrigerant which is sucked by the booster compressor, be regulated. This is particularly advantageous because the intake and the compression by means of the additional compressor can only be made limited by the latter itself. The flow valve thus allows particularly well the control of the heat consumption through the hot water heat exchanger.

Zusätzlich ist es geeignet dazu, den Vorlauf vollständig vom Hauptkreislauf zu trennen, wenn der Zusatzverdichter deaktiviert ist. Hierfür würde das Verfahren einen Schritt umfassen, der ein Verschließen des Durchflussventils bei deaktiviertem Zusatzheizprogramm vorsieht. Ein zusätzliches Verschlussventil im Vorlauf erübrigt sich somit.In addition, it is suitable to completely separate the flow from the main circuit when the booster compressor is deactivated. For this purpose, the method would include a step which provides for closing the flow valve when the auxiliary heating program is deactivated. An additional valve in the flow is therefore unnecessary.

Im Speziellen könnte der Heizbetrieb hierfür den nachstehenden weiteren Unterschritt umfassen:

a1h) Verteilen der abzugebenden Wärme auf den Klima- und den Warmwasser-Wärmeübertrager mittels Regelung des Durchflussventils, wenn das Zusatzheizprogramm aktiviert ist;

In particular, the heating operation could include the following further substep:

a1h) distributing the heat to be dissipated to the air conditioning and the hot water heat exchanger by means of regulating the flow valve when the auxiliary heating program is activated;

Der Kühlbetrieb wiederum könnte um folgenden Unterschritt ergänzt werden:

a2h) Verteilen der abzugebenden Wärme auf den Peripherie- und den Warmwasser-Wärmeübertrager mittels Regelung des Durchflussventils, wenn das Zusatzheizprogramm aktiviert ist.

The cooling mode could in turn be supplemented by the following substep:

a2h) Distribute the heat to be delivered to the peripheral and hot water heat exchangers by means of flow control when the auxiliary heating program is activated.

Weiterhin ist verfahrensgemäß in einer Variante ein Schritt im Heizbetrieb vorgesehen, bei welchem ein [a1c)] Regeln der Drücke und/oder der Temperatur des Kältemittels im Klima- und im Warmwasser-Wärmeübertrager mittels Regelung der Verdichtung des Hauptverdichters und/oder des Zusatzverdichters erfolgt. Hierdurch ist die Wärme optimal auf die verschiedenen Wärmeübertrager verteilbar. Zusätzlich kann im Kühlbetrieb ein [a2c)] Regeln der Drücke und/oder der Temperatur des Kältemittels im Klima- und im Warmwasser-Wärmeübertrager mittels Regelung der Verdichtung des Hauptverdichters und/oder des Zusatzverdichters vorgenommen werden. Auch im Kühlbetrieb sind somit die Wärmebedarfe individuell an die vorliegende Temperierungssituation anpassbar.Furthermore, according to the method, in a variant, a step is provided in the heating mode in which [a1c)] the pressures and / or the temperature of the refrigerant in the air conditioning and in the hot water heat exchanger is regulated by regulating the compression of the main compressor and / or the auxiliary compressor. As a result, the heat is optimally distributed to the various heat exchangers. In addition, in cooling operation, a [a2c)] control of the pressures and / or the temperature of the refrigerant in the air conditioning and hot water heat exchanger can be made by controlling the compression of the main compressor and / or the auxiliary compressor. Even in cooling mode, the heat demands are thus individually adaptable to the present tempering situation.

Zur Absenkung der Temperatur des Kältemittels vor dem Zusatzverdichter im Heizbetrieb sind der Vorlauf und der Rücklauf des Warmwasser-Wärmeübertragers in einer Verfahrensausgestaltung über einen Bypass mit einem Regelventil strömungsverbunden, wobei der Bypass mit dem Vorlauf zwischen dem Zusatzverdichter und der Strömungsverbindung mit der Hauptverdichterleitung strömungsverbunden ist, und wobei der Bypass mit dem Rücklauf zwischen dem dritten Expansionsventil und der Strömungsverbindung mit der Expansionsventilleitung strömungsverbunden ist. Das Verfahren umfasst folgenden Unterschritt im Heizbetrieb:

a1d) Zumischen von Kältemittel in den Vorlauf über den Bypass durch Öffnen und/oder Regeln des Regelventils im Bypass;
außerdem umfasst das Verfahren folgenden Unterschritt im Kühlbetrieb:
a2d) Schließen des Regelventils im Bypass.

To lower the temperature of the refrigerant upstream of the booster compressor during heating operation, the flow and return of the hot water heat exchanger are flow-connected in a process design via a bypass to a control valve, the bypass being flow-connected to the flow between the booster compressor and the flow connection to the main compressor duct, and wherein the bypass is fluidly connected to the return between the third expansion valve and the flow connection with the expansion valve line. The process comprises the following sub-step in heating mode:

a1d) admixing of refrigerant in the supply via the bypass by opening and / or regulating the control valve in the bypass;
In addition, the method comprises the following sub-step in the cooling mode:
a2d) Close the control valve in the bypass.

Das Kältemittel vor dem Zusatzverdichter ist gasförmig und auch im Rücklauf hinter dem dritten Expansionsventil hat das Kältemittel eine Gasform. Das Kältemittel aus dem Rücklauf wurde jedoch bereits im Warmwasser-Wärmeübertrager abgekühlt und kann so als Dampf in den Vorlauf vor dem Zusatzverdichter dosiert eingespritzt werden (Dampfzwischeneinspritzung). Der Zusatzverdichter wird vor Überhitzung geschützt.The refrigerant in front of the additional compressor is gaseous and also in the return behind the third expansion valve, the refrigerant has a gaseous form. However, the refrigerant from the return has already been cooled in the hot water heat exchanger and can thus be metered as steam into the flow before the additional compressor (intermediate steam injection). The auxiliary compressor is protected against overheating.

Ferner sollte das Regelventil verschließbar sein, da mit der Dampfzwischeneinspritzung lediglich im Heizbetrieb mit der zweistufigen Verdichtung Vorteile erzielt werden. Entsprechend sollte das Regelventil im Heizbetrieb geregelt und im Kühlbetrieb geschlossen werden.Furthermore, the control valve should be lockable, since advantages are achieved with the intermediate vapor injection only in heating operation with the two-stage compression. Accordingly, the control valve should be regulated in heating mode and closed in cooling mode.

Das Verfahren könnte optional außerdem vorsehen, dass im Kühlbetrieb das erste Expansionsventil geschlossen und der Hauptverdichter deaktiviert, sowie der Zusatzverdichter aktiviert wird, so dass die gesamte Wärme zur Warmwasserbereitung eingesetzt wird. Der Hauptverdichter sollte dann nicht permeabel sein, zum Beispiel durch ein gesperrtes Mehrwegeventil. Eine Dampfzwischeneinspritzung ist in diesem Falle nicht erforderlich.Optionally, the method could also provide for the first expansion valve to be closed and the main compressor to be deactivated in cooling mode, and for the auxiliary compressor to be activated, so that all the heat is used for hot water preparation. The main compressor should then not be permeable, for example by a blocked multiway valve. A vapor intermediate injection is not required in this case.

Die Zeichnungen stellen Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. Es zeigt:

Fig. 1: eine reversible Wärmepumpenvorrichtung mit Warmwasser-Wärmeübertrager im Heizbetrieb;
Fig. 2: die reversible Wärmepumpenvorrichtung aus Fig. 1 im Kühlbetrieb;
Fig. 3: eine reversible Wärmepumpenvorrichtung mit Warmwasser-Wärmeübertrager, Dampfzwischeneinspritzung, Mitteldruckflasche und Durchflussventil im Heizbetrieb; und
Fig. 4: die reversible Wärmepumpenvorrichtung aus Fig. 3 im Kühlbetrieb;

The drawings illustrate embodiments of the invention. It shows:

Fig. 1: a reversible heat pump device with hot water heat exchanger in heating mode;
Fig. 2: the reversible heat pump device Fig. 1 in cooling mode;
Fig. 3: a reversible heat pump device with hot water heat exchanger, intermediate steam injection, medium pressure cylinder and flow valve in heating mode; and
Fig. 4: the reversible heat pump device Fig. 3 in cooling mode;

Fig. 1 und Fig. 2 zeigen eine reversible Wärmepumpenvorrichtung 1 mit einem Hauptkreislauf 2 für ein Kältemittel M, der aus einer Hauptverdichterleitung 211 mit einem bidirektional ausgebildeten Hauptverdichter 21 sowie einer Expansionsventilleitung 212 mit einem ersten Expansionsventil 31 besteht, in welchem ein Peripherie-Wärmeübertrager 11 und ein Klima-Wärmeübertrager 12 angeordnet sind. Zusätzlich ist ein zweites Expansionsventil 32 seriell zum ersten Expansionsventil 31 in der Expansionsventilleitung 212 angeordnet. Sowohl das erste Expansionsventil 31 als auch das zweite Expansionsventil 32 sind öffenbar ausgeführt. Fig. 1 and Fig. 2 show a reversible heat pump apparatus 1 with a main circuit 2 for a refrigerant M, which consists of a main compressor line 211 with a bidirectional main compressor 21 and an expansion valve line 212 with a first expansion valve 31, in which a peripheral heat exchanger 11 and an air-heat exchanger 12 is arranged are. In addition, a second expansion valve 32 is serially arranged to the first expansion valve 31 in the expansion valve passage 212. Both the first expansion valve 31 and the second expansion valve 32 are designed to be openable.

Wie man erkennt, ist ein Warmwasser-Wärmeübertrager 13 über einen Vorlauf 131 mit einem Zusatzverdichter 22 und über einen Rücklauf 132 mit einem dritten Expansionsventil 33 mit dem Hauptkreislauf 2 strömungsverbunden. Das dritte Expansionsventil 33 ist schließbar ausgeführt. Der Vorlauf 131 ist mit der Hauptverdichterleitung 211 strömungsverbunden, insbesondere zwischen dem Hauptverdichter 21 und dem Klima-Wärmeübertrager 12. Der Rücklauf 132 ist dahingegen zwischen dem ersten und zweiten Expansionsventil 31, 32 mit der Expansionsventilleitung 212 strömungsverbunden. Außerdem ist das erste Expansionsventil 31 zwischen dem Peripherie-Wärmeübertrager 11 und dem zweiten Expansionsventil 32 angeordnet.As can be seen, a hot water heat exchanger 13 via a feed line 131 with an additional compressor 22 and via a return 132 with a third expansion valve 33 to the main circuit 2 fluidly connected. The third expansion valve 33 is designed to be closable. The flow 131 is connected to the main compressor line 211 flow-connected, in particular between the main compressor 21 and the air-conditioning heat exchanger 12. The return 132, in contrast, between the first and second expansion valve 31, 32 with the expansion valve line 212 fluidly connected. In addition, the first expansion valve 31 is disposed between the periphery heat exchanger 11 and the second expansion valve 32.

Nicht näher dargestellt ist ein Korrespondieren des Peripherie-Wärmeübertragers 11 mit einer Umgebung, des Klima-Wärmeübertragers 12 mit einem Temperierungsobjekt, wobei das Temperierungsobjekt vorzugsweise ein Gebäude ist, sowie des Warmwasser-Wärmeübertragers 13 mit einer Warmwasserbereitungseinrichtung.Not shown in detail is a correspondence of the peripheral heat exchanger 11 with an environment of the air-conditioning heat exchanger 12 with a Temperierungsobjekt, wherein the Temperierungsobjekt is preferably a building, and the hot water heat exchanger 13 with a hot water preparation device.

Diese Wärmepumpenvorrichtung 1 kann nunmehr mit einem Verfahren betrieben werden, das sich durch folgende Schritte auszeichnet:

a) Aktivieren eines Heizbetriebs P1 (Fig. 1) oder eines Kühlbetriebs P2 (Fig. 2) des Hauptkreislaufs 2, wenn ein Temperierungsbedarf am Klima-Wärmeübertrager 12 vorliegt;
b) Aktivieren eines Zusatzheizprogramms P3 (Fig. 1 und 2), wenn ein Wärmebedarf am Warmwasser-Wärmeübertrager 13 vorliegt;

wobei der Heizbetrieb P1 wie in Fig. 1 angedeutet folgende Unterschritte umfasst:

a1a) Aktivieren des Hauptverdichters 21, wobei die Strömungsrichtung R1 des Kältemittels M in der Hauptverdichterleitung 211 vom Peripherie-Wärmeübertrager 11 in Richtung des Hauptverdichters 21 ausgerichtet ist;
a1b) Expandieren des Kältemittels M am ersten Expansionsventil 31;
a1e) Öffnen des zweiten Expansionsventils 32;

wobei der Kühlbetrieb P2 wie in Fig. 2 gezeigt folgende Unterschritte umfasst:

a2a) Aktivieren des Hauptverdichters 21, wobei die Strömungsrichtung R1 des Kältemittels M in der Hauptverdichterleitung 211 vom Hauptverdichter 21 in Richtung des Peripherie-Wärmeübertragers 11 ausgerichtet ist;
a2b) Expandieren des Kältemittels M am zweiten Expansionsventil 32;
a2e) Öffnen des ersten Expansionsventils 31;

und wobei das Zusatzheizprogramm P3 entsprechend beider Figuren 1 und 2 folgende Unterschritte umfasst:

b1) Aktivieren des Zusatzverdichters 22, wobei die Strömungsrichtung R2 des Kältemittels M im Vorlauf 131 vom Zusatzverdichter 22 zum Warmwasser-Wärmeübertrager 13 ausgerichtet ist;
b2) Expandieren des Kältemittels M am dritten Expansionsventil 33.

This heat pump device 1 can now be operated by a method which is characterized by the following steps:

a) activating a heating operation P1 ( Fig. 1 ) or a cooling operation P2 ( Fig. 2 ) of the main circuit 2, when a Temperierungsbedarf the air conditioning heat exchanger 12 is present;
b) activating an auxiliary heating program P3 ( Fig. 1 and 2 ), when a heat demand on the hot water heat exchanger 13 is present;

wherein the heating operation P1 as in Fig. 1 implied the following substeps include:

a1a) activating the main compressor 21, wherein the flow direction R1 of the refrigerant M in the main compressor line 211 is aligned with the peripheral heat exchanger 11 in the direction of the main compressor 21;
a1b) expanding the refrigerant M at the first expansion valve 31;
a1e) opening the second expansion valve 32;

wherein the cooling operation P2 as in Fig. 2 shown the following substeps:

a2a) activating the main compressor 21, wherein the flow direction R1 of the refrigerant M in the main compressor line 211 is aligned from the main compressor 21 toward the peripheral heat exchanger 11;
a2b) expanding the refrigerant M at the second expansion valve 32;
a2e) opening the first expansion valve 31;

and wherein the additional heating program P3 corresponding to both FIGS. 1 and 2 the following substeps include:

b1) activating the auxiliary compressor 22, wherein the flow direction R2 of the refrigerant M in the supply line 131 is aligned by the additional compressor 22 to the hot water heat exchanger 13;
b2) expanding the refrigerant M at the third expansion valve 33.

Durch dieses Verfahren ergeben sich passive Verfahrensschritte, welche kein aktives Zutun erfordern, wobei der Heizbetrieb P1 wie in Fig. 1 abgebildet folgende passive Unterschritte umfasst:

a1f) Aufnahme von Wärme Q1_zu am auf der entspannten Seite liegenden Peripherie-Wärmeübertrager 11;
a1g) Abgabe von Wärme Q2_ab am auf der komprimierten Seite liegenden Klima-Wärmeübertrager 12;

wobei der Kühlbetrieb P2 wie in Fig. 2 gezeigt folgende passive Unterschritte umfasst:

a2f) Abgabe von Wärme Q1_ab am auf der komprimierten Seite liegenden Peripherie-Wärmeübertrager 11;
a2g) Aufnahme von Wärme Q2_zu am auf der entspannten Seite liegenden Klima-Wärmeübertrager 12;

und wobei das Zusatzheizprogramm P3 folgenden passiven Unterschritt umfasst:

b3) Abgabe von Wärme Q3_ab am Warmwasser-Wärmeübertrager 13.

This process results in passive process steps which do not require any active intervention, the heating operation P1 being as in Fig. 1 The following passive substeps are shown in the figure:

a1f) receiving heat Q1 _to the relaxed-side peripheral heat exchanger 11;
a1g) output of heat Q2 _from the compressed air conditioning heat exchanger 12;

wherein the cooling operation P2 as in Fig. 2 the following passive substeps are shown:

a2f) discharge of heat Q1 _from the compressed-side peripheral heat exchanger 11;
a2g) picking up heat Q2 _to the on-relaxed air-conditioning heat exchanger 12;

and wherein the auxiliary heating program P3 comprises the following passive substep:

b3) release of heat Q3 _from the hot water heat exchanger 13th

Nicht erkennbar, jedoch optional durchführbar sind im Heizbetrieb P1 der Unterschritt:

a1c) Regeln der Drücke und/oder der Temperatur des Kältemittels M im Klima- und im Warmwasser-Wärmeübertrager 12, 13 mittels Regelung der Verdichtung des Hauptverdichters 21 und/oder des Zusatzverdichters 22;

und im Kühlbetrieb P2 der Unterschritt:

a2c) Regeln der Drücke und/oder der Temperatur des Kältemittels M im Klima- und im Warmwasser-Wärmeübertrager 12, 13 mittels Regelung der Verdichtung des Hauptverdichters 21 und/oder des Zusatzverdichters 22;

Unrecognizable, but optional feasible in heating P1 are the sub-step:

a1c) regulating the pressures and / or the temperature of the refrigerant M in the air conditioning and in the hot water heat exchanger 12, 13 by means of regulating the compression of the main compressor 21 and / or the auxiliary compressor 22;

and in cooling mode P2, the sub-step:

a2c) regulating the pressures and / or the temperature of the refrigerant M in the air conditioning and in the hot water heat exchanger 12, 13 by means of regulating the compression of the main compressor 21 and / or the auxiliary compressor 22;

Fig. 3 und Fig. 4 zeigen eine reversible Wärmepumpenvorrichtung 1 mit einem Hauptkreislauf 2 für ein Kältemittel M, der aus einer Hauptverdichterleitung 211 mit einem Hauptverdichter 21 sowie einer Expansionsventilleitung 212 mit einem ersten Expansionsventil 31 besteht. In dem Hauptkreislauf 2 sind ein Peripherie-Wärmeübertrager 11 und ein Klima-Wärmeübertrager 12 angeordnet. Zusätzlich ist ein zweites Expansionsventil 32 seriell zum ersten Expansionsventil 31 in der Expansionsventilleitung 212 angeordnet. Sowohl das erste Expansionsventil 31 als auch das zweite Expansionsventil 32 sind öffenbar ausgeführt, insbesondere jeweils mittels eines Ventilbypasses 310, 320 mit Verschlussventil 311, 321. Fig. 3 and Fig. 4 show a reversible heat pump device 1 with a main circuit 2 for a refrigerant M, which consists of a main compressor line 211 with a main compressor 21 and an expansion valve line 212 with a first expansion valve 31. In the main circuit 2, a peripheral heat exchanger 11 and an air-conditioning heat exchanger 12 are arranged. In addition, a second Expansion valve 32 arranged in series with the first expansion valve 31 in the expansion valve line 212. Both the first expansion valve 31 and the second expansion valve 32 are designed to be openable, in particular in each case by means of a valve bypass 310, 320 with a closure valve 311, 321.

Wie man erkennt, ist ein Warmwasser-Wärmeübertrager 13 über einen Vorlauf 131 mit einem Zusatzverdichter 22 und über einen Rücklauf 132 mit einem dritten Expansionsventil 33 mit dem Hauptkreislauf 2 strömungsverbunden. Das dritte Expansionsventil 33 ist schließbar ausgeführt. Der Vorlauf 131 ist mit der Hauptverdichterleitung 211 strömungsverbunden, insbesondere zwischen dem Hauptverdichter 21 und dem Klima-Wärmeübertrager 12. Der Rücklauf 132 ist dahingegen zwischen dem ersten und zweiten Expansionsventil 31, 32 mit der Expansionsventilleitung 212 strömungsverbunden. Außerdem ist das erste Expansionsventil 31 zwischen dem Peripherie-Wärmeübertrager 11 und dem zweiten Expansionsventil 32 angeordnet.As can be seen, a hot water heat exchanger 13 via a feed line 131 with an additional compressor 22 and via a return 132 with a third expansion valve 33 to the main circuit 2 fluidly connected. The third expansion valve 33 is designed to be closable. The flow 131 is fluidly connected to the main compressor line 211, in particular between the main compressor 21 and the air-conditioning heat exchanger 12. The return 132, however, is flow-connected to the expansion valve line 212 between the first and second expansion valves 31, 32. In addition, the first expansion valve 31 is disposed between the periphery heat exchanger 11 and the second expansion valve 32.

In der Strömungsverbindung zwischen dem Rücklauf 132 des Warmwasser-Wärmeübertragers 13 und der Expansionsventilleitung 212 befindet sich eine Mitteldruckflasche 40. Diese bildet im Wesentlichen einen Hohlraum aus, in welchem sich im Betrieb der Wärmepumpenvorrichtung 1 an den Expansionsventilen 31, 32, 33 entspanntes Kältemittel M, in eine Gasphase G und eine Kondensatphase F trennt. Dabei ist die Mitteldruckflasche 40 mit einem nicht gezeigten Maximalstandsbegrenzer mit Warneinrichtung für die Flüssigkeit/das Kondensat F ausgerüstet. Der Rücklauf 132 des Warmwasser-Wärmeübertragers 13 ist mit einem geodätisch oberen Bereich der Mitteldruckflasche 40 strömungsverbunden. Dieser Bereich der Mitteldruckflasche M ist derjenige, in welchem das Kältemittel M in Gasphase G vorliegt. Die Expansionsventilleitung 212 hingegen ist mit einem geodätisch unteren Bereich der Mitteldruckflasche 40 strömungsverbunden. Aufgrund der höheren Dichte sammelt sich in diesem Bereich der Mitteldruckflasche 40 das als Kondensat/Flüssigkeit F vorliegende Kältemittel M. Nur schematisch angedeutet ist ein Abfangblech 41 zum Abfangen mitgerissener Kältemitteltropfen. Dieses ist nur notwendig, wenn die Rohrleitung des Bypasses 60 direkt mit der Mitteldruckflasche 40 strömungsverbunden ist. Je größer der Querschnitt der Leitung im Bereich des Abfangblechs 41 ist, desto geringer ist die Strömungsgeschwindigkeit des Kältemittels M, wodurch dieses eher abgefangen werden kann. Deshalb sitzt das Abfangblech 41 im geodätisch oberen Bereich der Mitteldruckflasche 40 und erstreckt sich über deren Querschnitt.In the flow connection between the return 132 of the hot water heat exchanger 13 and the expansion valve line 212 is a medium pressure cylinder 40. This essentially forms a cavity in which in the operation of the heat pump device 1 to the expansion valves 31, 32, 33 relaxed refrigerant M, into a gas phase G and a condensate phase F separates. In this case, the medium-pressure bottle 40 is equipped with a maximum level limiter, not shown, with warning device for the liquid / the condensate F. The return 132 of the hot water heat exchanger 13 is fluidly connected to a geodetically upper portion of the medium pressure cylinder 40. This area of the medium-pressure bottle M is the one in which the refrigerant M is in gas phase G. The expansion valve line 212, however, is fluidly connected to a geodetically lower portion of the medium pressure bottle 40. Due to the higher density accumulates in this area of the medium-pressure cylinder 40 which is present as condensate / liquid F refrigerant M. Only schematically indicated is an intercepting plate 41 for intercepting entrained refrigerant droplets. This is only necessary if the pipeline of the bypass 60 is fluidly connected directly to the medium-pressure bottle 40. The larger the cross section of the conduit in the region of the intercepting plate 41, the lower the flow velocity of the refrigerant M, which makes it easier to intercept it. Therefore, the Abfangblech 41 sits in the geodesic upper portion of the medium-pressure bottle 40 and extends over the cross section.

Ferner ist im Vorlauf 131 des Warmwasser-Wärmeübertragers 13 zwischen dem Zusatzverdichter 22 und der Strömungsverbindung mit der Hauptverdichterleitung 211 ein regelbares Durchflussventil 50 angeordnet. Hiermit kann die Menge des Kältemittels M, welches von dem Zusatzverdichter 22 angesaugt wird, geregelt werden. Zusätzlich ist das Durchflussventil 50 schließbar, sodass es den Vorlauf 131 vom Hauptkreislauf 2 trennen kann.Further, in the flow 131 of the hot water heat exchanger 13 between the additional compressor 22 and the flow connection with the main compressor line 211, a controllable flow valve 50 is arranged. Hereby, the amount of the refrigerant M, which is sucked by the booster compressor 22, can be controlled. In addition, the flow valve 50 is closable so that it can separate the flow 131 from the main circuit 2.

Erkennbar ist weiterhin eine Strömungsverbindung des Vorlaufs 131 und des Rücklaufs 132 des Warmwasser-Wärmeübertragers 13 über einen Bypass 60 mit einem Regelventil 61. Insbesondere ist der Bypass 60 mit dem Vorlauf 131 zwischen dem Zusatzverdichter 22 und der Strömungsverbindung mit der Hauptverdichterleitung 211 strömungsverbunden. Das andere Ende des Bypasses 60 ist mit dem Rücklauf 132 zwischen dem dritten Expansionsventil 33 und der Strömungsverbindung mit der Expansionsventilleitung 212 strömungsverbunden.Further, a flow connection of the flow 131 and the return 132 of the hot water heat exchanger 13 via a bypass 60 with a control valve 61 can be seen. In particular, the bypass 60 with the flow 131 between the booster compressor 22 and the flow connection with the main compressor line 211 is fluidly connected. The other end of the bypass 60 is fluidly connected to the return 132 between the third expansion valve 33 and the flow connection with the expansion valve line 212.

Der bidirektionale Hauptverdichter 21 weist die Besonderheit auf, dass er einen monodirektionalen Verdichter 213 und ein Mehrwegeventil 214 mit Umkehrschleife 215 umfasst. Durch Umschalten des Mehrwegeventils 214, wie es mit dem radialen Pfeil in dessen Zentrum angedeutet ist, kann die Förderrichtung des monodirektionalen Verdichters 213 umgekehrt werden.The bidirectional main compressor 21 has the feature that it comprises a monodirectional compressor 213 and a multi-way valve 214 with reverse loop 215. By switching the multi-way valve 214, as indicated by the radial arrow in its center, the conveying direction of the monodirectional compressor 213 can be reversed.

Nicht näher dargestellt ist in Fig. 3 und Fig. 4 ein Korrespondieren des Peripherie-Wärmeübertragers 11 mit einer Umgebung, des Klima-Wärmeübertragers 12 mit einem Temperierungsobjekt, wobei das Temperierungsobjekt vorzugsweise ein Gebäude ist, sowie des Warmwasser-Wärmeübertragers 13 mit einer Warmwasserbereitungseinrichtung.Not shown in detail Fig. 3 and Fig. 4 a correspondence of the peripheral heat exchanger 11 with an environment, the air-conditioning heat exchanger 12 with a Temperierungsobjekt, wherein the Temperierungsobjekt is preferably a building, and the hot water heat exchanger 13 with a hot water preparation device.

a) Aktivieren eines Heizbetriebs P1 (Fig. 3) oder eines Kühlbetriebs P2 (Fig. 4) des Hauptkreislaufs 2, wenn ein Temperierungsbedarf am Klima-Wärmeübertrager 12 vorliegt;
b) Aktivieren eines Zusatzheizprogramms P3 (Fig. 3 und 4), wenn ein Wärmebedarf am Warmwasser-Wärmeübertrager 13 vorliegt;

wobei der Heizbetrieb P1 wie in Fig. 3 angedeutet folgende Unterschritte umfasst:

a1a) Aktivieren des Hauptverdichters 21, wobei die Strömungsrichtung R1 des Kältemittels M in der Hauptverdichterleitung 211 vom Peripherie-Wärmeübertrager 11 in Richtung des Hauptverdichters 21 ausgerichtet ist;
a1b) Expandieren des Kältemittels M am ersten Expansionsventil 31;
a1e) Öffnen des zweiten Expansionsventils 32 durch Öffnen eines zweiten Verschlussventils 321 in einem zweiten Ventilbypass 320;

wobei der Kühlbetrieb P2 wie in Fig. 2 gezeigt folgende Unterschritte umfasst:

a2a) Aktivieren des Hauptverdichters 21, wobei die Strömungsrichtung R1 des Kältemittels M in der Hauptverdichterleitung 211 vom Hauptverdichter 21 in Richtung des Peripherie-Wärmeübertragers 11 ausgerichtet ist;
a2b) Expandieren des Kältemittels M am zweiten Expansionsventil 32;
a2e) Öffnen des ersten Expansionsventils 31 durch Öffnen eines ersten Verschlussventils 311 in einem ersten Ventilbypass 310;

und wobei das Zusatzheizprogramm P3 entsprechend beider Figuren 3 und 4 folgende Unterschritte umfasst:

a) activating a heating operation P1 ( Fig. 3 ) or a cooling operation P2 ( Fig. 4 ) of the main circuit 2, when a Temperierungsbedarf the air conditioning heat exchanger 12 is present;
b) activating an auxiliary heating program P3 ( Fig. 3 and 4 ), when a heat demand on the hot water heat exchanger 13 is present;

wherein the heating operation P1 as in Fig. 3 implied the following substeps include:

a1a) activating the main compressor 21, wherein the flow direction R1 of the refrigerant M in the main compressor line 211 is aligned with the peripheral heat exchanger 11 in the direction of the main compressor 21;
a1b) expanding the refrigerant M at the first expansion valve 31;
a1e) opening the second expansion valve 32 by opening a second shut-off valve 321 in a second valve bypass 320;

wherein the cooling operation P2 as in Fig. 2 shown the following substeps:

a2a) activating the main compressor 21, wherein the flow direction R1 of the refrigerant M in the main compressor line 211 is aligned from the main compressor 21 toward the peripheral heat exchanger 11;
a2b) expanding the refrigerant M at the second expansion valve 32;
a2e) opening the first expansion valve 31 by opening a first shut-off valve 311 in a first valve bypass 310;

and wherein the additional heating program P3 corresponding to both Figures 3 and 4 the following substeps include:

Durch dieses Verfahren ergeben sich passive Verfahrensschritte, wobei der Heizbetrieb P1 wie in Fig. 3 abgebildet folgende passive Unterschritte umfasst:

wobei der Kühlbetrieb P2 wie in Fig. 4 folgende passive Unterschritte umfasst:

und wobei das Zusatzheizprogramm P3 folgenden passiven Unterschritt umfasst:

b3) Abgabe von Wärme Q3_ab am Warmwasser-Wärmeübertrager 13.

This method results in passive process steps, wherein the heating operation P1 as in Fig. 3 The following passive substeps are shown in the figure:

wherein the cooling operation P2 as in Fig. 4 The following passive substeps include:

b3) release of heat Q3 _from the hot water heat exchanger 13th

Nicht erkennbar, jedoch optional durchführbar sind im Heizbetrieb P1 die Unterschritte:

a1c) Regeln der Drücke und/oder der Temperatur des Kältemittels M im Klima- und im Warmwasser-Wärmeübertrager 12, 13 mittels Regelung der Verdichtung des Hauptverdichters 21 und/oder des Zusatzverdichters 22;
a1d) Zumischen von Kältemittel M in den Vorlauf 131 über den Bypass 60 durch Öffnen und/oder Regeln des Regelventils 61 im Bypass 60;
a1h) Verteilen der abzugebenden Wärme (Q2_ab, Q3_ab) auf den Klima- und den Warmwasser-Wärmeübertrager (12, 13) mittels Regelung des Durchflussventils (50), wenn das Zusatzheizprogramm (P3) aktiviert ist;
a1i) Regeln der abzugebenden Wärmen (Q2_ab, Q3_ab) am Klima- und am Warmwasser-Wärmeübertrager (12, 13) mittels Regelung der Verdichtung des Hauptverdichters (21) und/oder des Zusatzverdichters (22);

im Kühlbetrieb P2 die Unterschritte:

a2c) Regeln der Drücke und/oder der Temperatur des Kältemittels M im Klima- und im Warmwasser-Wärmeübertrager 12, 13 mittels Regelung der Verdichtung des Hauptverdichters 21 und/oder des Zusatzverdichters 22;
a2d) Schließen des Regelventils 61 im Bypass 60;
a2h) Verteilen der abzugebenden Wärme (Q1_ab, Q3_ab) auf den Peripherie- und den Warmwasser-Wärmeübertrager (11, 13) mittels Regelung des Durchflussventils (50), wenn das Zusatzheizprogramm (P3) aktiviert ist;
a2i) Regeln der aufzunehmenden Wärme (Q2_zu) am Klima-Wärmeübertrager (12) und der abzugebenden Wärme (Q3_ab) am Warmwasser-Wärmeübertrager (13) mittels Regelung der Verdichtung des Hauptverdichters (21) und/oder des Zusatzverdichters (22);

sowie bei aktiviertem Zusatzheizprogramm P3:

c) Abgabe einer regelbaren Menge Kältemittel M vom Hauptkreislauf 2 an den Vorlauf 131 des Warmwasser-Wärmeübertragers 13 mittels Regelung des Durchflussventils 50;

und bei deaktiviertem Zusatzheizprogramm P3:

d) Schließen des Durchflussventils 50.

Unrecognizable but optional, in heating mode P1, the sub-steps are:

a1c) regulating the pressures and / or the temperature of the refrigerant M in the air conditioning and in the hot water heat exchanger 12, 13 by means of regulating the compression of the main compressor 21 and / or the auxiliary compressor 22;
a1d) admixing refrigerant M in the flow 131 via the bypass 60 by opening and / or regulating the control valve 61 in the bypass 60;
a1h) distributing the heat to be delivered (Q2 _down , Q3 _down ) to the air conditioning and hot water heat exchangers (12, 13) by controlling the flow valve (50) when the auxiliary heating program (P3) is activated;
a1i) regulating the heat to be delivered (Q2 _down , Q3 _down ) at the air conditioning and the hot water heat exchanger (12, 13) by means of controlling the compression of the main compressor (21) and / or the auxiliary compressor (22);

in cooling mode P2 the sub-steps:

a2c) regulating the pressures and / or the temperature of the refrigerant M in the air conditioning and in the hot water heat exchanger 12, 13 by means of regulating the compression of the main compressor 21 and / or the auxiliary compressor 22;
a2d) closing the control valve 61 in the bypass 60;
a2h) distributing the heat to be delivered (Q1 _down, Q3 _down ) to the peripheral and the hot water heat exchanger (11, 13) by means of regulation of the flow valve (50) when the auxiliary heating program (P3) is activated;
a2i) controlling the male heat _(Q2) (the air-heat exchanger 12) and to be dispensed heat (Q3 _from) the hot-water heat exchanger (13) by controlling the compression of the main compressor (21) and / or of the auxiliary compressor (22);

as well as with activated additional heating program P3:

c) delivery of a controllable amount of refrigerant M from the main circuit 2 to the flow 131 of the hot water heat exchanger 13 by means of regulation of the flow valve 50;

and with deactivated auxiliary heating program P3:

d) closing the flow valve 50.

Claims

Reversible heat pump arrangement (1) having a main circuit (2) for a refrigerant (M), said main circuit being composed of a main compressor line (211) with a main compressor (21) and of an expansion valve line (212) with a first expansion valve (31), wherein a peripheral heat exchanger (11) and an air-conditioning heat exchanger (12) are arranged in the main circuit (2), and wherein a second expansion valve (32) is arranged in series with the first expansion valve (31) in the expansion valve line (212), and a hot-water heat exchanger (13) is connected in terms of flow to the main circuit (2) via a return line (132) with a third expansion valve (33), and the return line (132) is connected in terms of flow to the expansion valve line (212) between the first and second expansion valve (31, 32), characterized in that the hot-water heat exchanger is connected in terms of flow via a feed line (131) to an auxiliary compressor (22), and the feed line (131) is connected in terms of flow to the main compressor line (211).
Heat pump device (1) according to Claim 1, characterized in that a medium-pressure vessel (40) is arranged in the flow connection between the return line (132) of the hot-water heat exchanger (13) and the expansion valve line (212).
Heat pump device (1) according to Claim 1 or 2, characterized in that a regulable throughflow valve (50) is arranged in the feed line (131) of the hot-water heat exchanger (13) between the auxiliary compressor (22) and the flow connection to the main compressor line (211).
Heat pump device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the feed line (131) and the return line (132) of the hot-water heat exchanger (13) are connected in terms of flow via a bypass (60) with a regulating valve (61), wherein the bypass (60) is connected in terms of flow to the feed line (131) between the auxiliary compressor (22) and the flow connection to the main compressor line (211), and wherein the bypass (60) is connected in terms of flow to the return line (132) between the third expansion valve (33) and the flow connection to the expansion valve line (212).
Method for operating a heat pump device (1) according to one of Claims 1 to 4, wherein the feed line (131) of the hot-water heat exchanger (13) is connected in terms of flow to the main compressor line (211) between the main compressor (21) and the air-conditioning heat exchanger (12), and wherein the first expansion valve (31) is arranged between the peripheral heat exchanger (11) and the second expansion valve (32), comprising the following steps:
a) activating a heating mode (P1) or a cooling mode (P2) of the main circuit (2) when the air-conditioning heat exchanger (12) is subject to a demand for temperature control;

b) activating an auxiliary heating programme (P3) when the hot-water heat exchanger (13) is subject to a demand for heat;
wherein the heating mode (P1) comprises the following sub-steps:
a1a) activating the main compressor (21), wherein the flow direction (R1) of the refrigerant (M) in the main compressor line (211) runs from the peripheral heat exchanger (11) in the direction of the main compressor (21);

a1b) expanding the refrigerant (M) at the first expansion valve (31);
wherein the cooling mode (P2) comprises the following sub-steps:
a2a) activating the main compressor (21), wherein the flow direction (R1) of the refrigerant (M) in the main compressor line (211) runs from the main compressor (21) in the direction of the peripheral heat exchanger (11) ;

a2b) expanding the refrigerant (M) at the second expansion valve (32);
and wherein the auxiliary heating programme (P3) comprises the following sub-steps:
b1) activating the auxiliary compressor (22), wherein the flow direction (R2) of the refrigerant (M) in the feed line (131) runs from the auxiliary compressor (22) to the hot-water heat exchanger (13);

b2) expanding the refrigerant (M) at the third expansion valve (33).
Method according to Claim 5,
characterized in that a regulable throughflow valve (50) is arranged in the feed line (131) of the hot-water heat exchanger (13) between the auxiliary compressor (22) and the flow connection to the main compressor line (211), and in that said method comprises the following sub-step:
c) releasing a regulable amount of refrigerant (M) from the main circuit (2) to the feed line (131) of the hot-water heat exchanger (13) by regulation of the throughflow valve (50) when the auxiliary heating programme (P3) is activated.
Method according to Claim 5 or 6,
comprising the following step in the heating mode (P1):
a1c) regulating the pressures and/or the temperature of the refrigerant (M) in the air-conditioning and hot-water heat exchangers (12, 13) by regulation of the compression of the main compressor (21) and/or of the auxiliary compressor (22).
Method according to one of Claims 5 to 7, comprising the following step in the cooling mode (P2):
a2c) regulating the pressures and/or the temperature of the refrigerant (M) in the air-conditioning and hot-water heat exchangers (12, 13) by regulation of the compression of the main compressor (21) and/or of the auxiliary compressor (22).
Method according to one of Claims 5 to 8, characterized in that the feed line (131) and the return line (132) of the hot-water heat exchanger (13) are connected in terms of flow via a bypass (60) with a regulating valve (61), wherein the bypass (60) is connected in terms of flow to the feed line (131) between the auxiliary compressor (22) and the flow connection to the main compressor line (211), and wherein the bypass (60) is connected in terms of flow to the return line (132) between the third expansion valve (33) and the flow connection to the expansion valve line (212), and comprising the following sub-step in the heating mode (P1):
a1d) admixing refrigerant (M) into the feed line (131) via the bypass (60) by opening and/or regulation of the regulating valve (61) in the bypass (60);
and comprising the following sub-step in the cooling mode (P2);
a2d) closing the regulating valve (61) in the bypass (60).
Method according to one of Claims 5 to 9, characterized by the following sub-step in the heating mode (P1) :
a1e) opening the second expansion valve (32);
and characterized by the following sub-step in the cooling mode (P2):
a2e) opening the first expansion valve (31).