EP2664868B1 - Wärmepumpenvorrichtung und Verdampfer für eine Wärmepumpenvorrichtung - Google Patents

Wärmepumpenvorrichtung und Verdampfer für eine Wärmepumpenvorrichtung Download PDF

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EP2664868B1
EP2664868B1 EP13002529.9A EP13002529A EP2664868B1 EP 2664868 B1 EP2664868 B1 EP 2664868B1 EP 13002529 A EP13002529 A EP 13002529A EP 2664868 B1 EP2664868 B1 EP 2664868B1
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EP
European Patent Office
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evaporator
refrigerant
heat
heat pump
defrosting
Prior art date
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Active
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EP13002529.9A
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EP2664868A2 (de
EP2664868A3 (de
Inventor
Steffen Smollich
Manuel Grätz
Jens Dreyer
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.)
Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Original Assignee
Stiebel Eltron GmbH and Co KG
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Publication date
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    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
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    • F28D1/047—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being bent, e.g. in a serpentine or zig-zag
    • F28D1/0477—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being bent, e.g. in a serpentine or zig-zag the conduits being bent in a serpentine or zig-zag
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    • F28F17/005—Means for draining condensates from heat exchangers, e.g. from evaporators
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    • F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/13—Economisers

Definitions

  • the present invention relates to a heat pump device.
  • Heat pumps are used, for example, for heating heating water.
  • the heat generated by the heat pump is transferred to a heating carrier medium, for example by means of a condenser.
  • the heat pump generates heat by condensing refrigerant under high pressure and thus at high temperature, while the heat generated in the process is transferred to a heat transfer medium (heating water), for example in a condenser.
  • the refrigerant is liquefied in the condenser and then expanded in a throttle device, for example in an expansion valve. It then evaporates in the evaporator while absorbing ambient heat.
  • the gaseous refrigerant is then fed to a compressor and compressed in the compressor.
  • the compressed refrigerant is then fed to the condenser, in which the refrigerant is again liquefied and in the process gives off heat to a heat transfer medium.
  • a coolant such as cold brine flows through the cooler.
  • the cooler is shut off from the coolant circuit and only the coolant in the cooler is heated, which circulates through the cooler via a bypass line so that as little energy as possible is required for the defrosting process.
  • a heat accumulator holds heat energy for defrosting the evaporator.
  • a parallel branch with a shut-off valve runs between the outlet of the compressor and the inlet of the evaporator.
  • the refrigerant flow can be conducted through the heat accumulator by means of the compressor through a switching valve.
  • a heat pump which has a pair of air / coolant heat exchangers. Their outputs are connected to the supply line for the coolant, which are connected to the input of the compressor, the output of which is connected to the input of the heat exchanger (4) coolant / water and the output of which is connected to the return line of the coolant.
  • the return line is divided into two branches, each of which is connected to an evaporation inlet of each of the heat exchangers (31, 32) air / coolant.
  • the first branch (51) of the return line (5) of the coolant is formed as the first warming line (81), which connects to the first heat exchanger (31), before the inlet to the evaporation inlet (320) of the second heat exchanger (32) air / coolant. is coupled, and the second branch (52) of the return line (5) of the coolant before the inlet to the evaporation inlet (310) of the first heat exchanger (31) air / coolant is formed as the second heating line (82) that connects to the second heat exchanger (32) is coupled, and each of the branches (51, 52) of the return line (5) of the coolant can be closed.
  • a refrigerant circuit for a heat pump which consists of a compressor (1), a condenser (4), at least one evaporator and an expansion valve (23, 23 '). These units are connected to the refrigerant circuit via a pipe system with monitoring devices arranged therein.
  • the At least two evaporators are arranged in the circuit, the evaporator acting as a defrosting device being flowed through first by the refrigerant coming from the condenser (4) and the refrigerant then being fed to the evaporator serving to absorb energy.
  • the two systems are reciprocal by the control means
  • the air source heat pump includes a compressor (1), a heating condenser (3), a throttle (4), an evaporator (5) that absorbs heat from an outside air source, and a gas.
  • the liquid separator (6) and the switching valve are connected to a heat pump circuit by a connecting line, and the circuit is filled with a refrigerant.
  • a heated antifreeze heat exchanger tube (52), an antifreeze heat exchanger tube and the heat exchanger tube (51) for the original refrigerant evaporation of the evaporator have the same fin, and the antifreeze heat exchanger tube is connected to the heat supply.
  • the condenser liquid outlet is located between the condenser and the inlet of the throttle.
  • JP 2009 127 926 A shows a cooler with a cooling pipe.
  • a large number of ribs penetrate the cooling tube.
  • a lowermost cooling pipe is a bare pipe part through which the ribs do not penetrate, and at least the bare pipe part of the cooler is heated below the cooler.
  • a heat transfer plate heated by the defrost heater is provided for defrost heating and the heat transfer plate is covered from above.
  • the cooler is formed with a defrost heater and includes a close contact portion which is formed continuously with the cover portion and is in close contact with the bare pipe portion of the cooling pipe.
  • a heat absorbing portion is in close contact with the heat generating surface of the defrost heater.
  • JPS 5380042 shows a construction in which, to provide an evaporator effective for defrosting and cooling, an arrangement of fins at a constant pitch. Central pipes and heating pipes penetrate the ribs in a meandering manner.
  • the heat pump device comprises a compressor, a condenser, an evaporator, an electronic expansion valve and a four / two-way valve, which are arranged in a refrigeration cycle.
  • the evaporator has a first line for refrigerant to absorb heat by evaporation of the refrigerant and a second line with refrigerant to give off heat by subcooling the liquid refrigerant.
  • the evaporator also has a plurality of fins (32) and a defrosting pan (100). At least one of the lamellas has an extension (32a) at one of its ends, which is used to receive the second line (90).
  • the second line (90) is part of the refrigeration circuit, is designed as a defrosting coil (90) in which liquid refrigerant flows and is used to heat the defrosting pan (100).
  • the heat pump device advantageously has an evaporator unit with at least one first pipe for refrigerant with a first connection as refrigerant inlet and a second connection as refrigerant outlet, the pipe absorbing heat and releasing it to the refrigerant, a plurality of fins and a second pipe as an exchange coil with a third and a fourth connection that absorbs heat from the refrigerant and can release it again.
  • the evaporator unit of the heat pump device can optionally have end lamellae which are longer than the other lamellae.
  • the end lamellas or the extended lamellar plates serve to mechanically accommodate the exchange coil integrated in the evaporator.
  • the evaporator unit can optionally have a defrosting pan made of sheet metal, plastic or foamed from EPS.
  • the evaporator unit can have the defrost coil and / or the defrost pan in the lower area.
  • the evaporator unit can have a pipe guide in its lower third.
  • the heat pump device advantageously has an air-refrigerant evaporator with a first line for refrigerant for absorbing heat by evaporation of the refrigerant and a second line with refrigerant for emitting heat by subcooling the liquid refrigerant.
  • the evaporator can have a plurality of fins which are thermally coupled only to the first line in order to enable evaporation of the refrigerant.
  • the invention advantageously also relates to a heat pump device with a lamellar tube heat exchanger as an evaporator and subcooler coil for heating a condensate pan for the evaporator.
  • the subcooler coil is provided in or on the evaporator and is used to heat the condensate pan and / or the condensate located in the condensate pan.
  • the heat pump device includes an evaporator mechanically connected to the subcooler coil.
  • the evaporator can have a plurality of fins, with the subcooler coil being connected to some of the fins.
  • the subcooler coil is only connected to some of the fins, not all of the fins.
  • the subcooler coil and advantageously an injection line of the evaporator are connected at one point to one of the fins in order to minimize vibration transmission from the refrigerant from the refrigeration circuit to the tubes of the subcooler coil.
  • the present invention is based on the knowledge that, for example, in an air-to-water heat pump device, an evaporator with a lamellar tube heat exchanger is used.
  • vertical aluminum lamellae can advantageously be provided with copper tubes arranged advantageously at right angles or horizontally to them.
  • the evaporator is typically provided with end lamellas for mechanical stabilization of the tubes. These end lamellas are used in particular to provide attachment points for the pipes.
  • a condensate pan can be provided which serves to collect the condensate that forms during operation or during defrosting of the heat pump device.
  • the invention serves in particular to provide an improved way of heating the condensate pan.
  • heat from the cooling circuit can be used here.
  • an evaporator is provided which has a further cooling coil in order to heat the condensate pan and / or the condensate located therein.
  • a further cooling coil consisting of at least one bent tube, is thus provided.
  • the end lamellas can be designed in such a way that they also serve to hold the additional cooling coil.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a heat pump device according to a first embodiment.
  • the heat pump device has a Compressor 10, a condenser 20, an evaporator 30, a first electronic expansion valve 40, optionally a filter dryer 70, optionally a further electronic expansion valve 80, optionally an economizer 60, an evaporator 30, a four- / two-way valve 50 and a defrosting coil 90.
  • the compressor 10 is used to compress gaseous coolant.
  • the compressor can optionally have vapor injection.
  • the condenser 20 serves to liquefy the refrigerant and to transfer the heat released in the process to a heating medium such as heating water.
  • the heat pump device also optionally has a valve 3, a sight glass 2 and injection capillaries 4.
  • An evaporator unit consists of the evaporator 30 and advantageously has a ventilator or fan 31 which blows air through the evaporator 30.
  • the evaporator unit or the evaporator 30 can have a defrosting trough 100, which can be heated, for example, by the defrosting coil 90.
  • the heat pump device can be operated in a heating mode H or in a defrosting mode A.
  • the direction of the refrigerant within the refrigerant circuit is indicated by arrows H in heating mode and by arrows A in defrost mode.
  • the heat pump according to the invention is, for example, an air-water heat pump.
  • the defrosting coil 90 which is used to heat the defrosting pan 100 of the evaporator, is part of the refrigeration circuit. Liquid refrigerant flows in the exchange coil 90.
  • Warming up the evaporator's defrosting pan is particularly useful when the outside temperature is below 0 ° C, because any condensate that accumulates can freeze.
  • the refrigerant used can be R407C, R410A, R290, R744 or R134a.
  • FIGS 2a, 2b , 2c and 2d show different views of an evaporator according to a second embodiment.
  • the evaporator according to the second embodiment can be used in the heat pump device according to the first embodiment.
  • the evaporator 30 has a first line 36 with an inlet connection 34 and an outlet connection 35.
  • the line 36 extends in a plurality of turns within the evaporator 30.
  • a plurality of fins 32 are typically provided perpendicular to the lines 36.
  • the end lamellas 32 have extensions at their first end 32a.
  • the line 36 can have a Venturi distributor 33.
  • an exchange coil 90 with an inlet 91 and an outlet 92 is provided in the lower region of the distributor.
  • This exchange queue 90 can be the exchange queue 90 according to the first embodiment of FIG Fig. 1 correspond. Liquid refrigerant thus flows in the exchange coil 90.
  • the exchange coil 90 essentially represents a second line which can be held, for example, by the extended sections 32a of the lamellar plates.
  • the second line 90 can be provided, for example, in the lower region of the evaporator.
  • the evaporator 30 is provided in cross section and a defrosting pan 100 is provided.
  • Some of the louvers, such as the end louvers 32, have elongated portions 32a. These extended sections 32a are provided in the area of the defrosting pan 100 and can be used to defrost the defrosting pan.
  • the purpose of the defrosting coil 90 is to absorb heat from the liquid refrigerant and preferably to give it off to the defrosting pan 100.
  • the pipe routing of the second line i.e. the line of the exchange coil, is provided in the lower region of the evaporator.
  • the exchange coil 90 can be designed, for example, as a subcooler coil and can for example be made of the same material or pipes as the pipes of the first line, i.e. the pipes which carry the refrigerant through the evaporator.
  • the subcooler coil 90 can be structurally connected to at least one or two end fins 32, but without being connected to the other fins 32 of the evaporator.
  • the connecting pipes 91, 92 of the subcooler coil or the exchange coil and the injection line 43 of the evaporator are preferably laid in such a way that they are connected to one of the end lamellas, so that a structural unit is formed. In this way, the connection of the pipes to the refrigeration circuit is provided locally, so that any vibrations that may occur in the refrigeration circuit are absorbed by the entire evaporator unit or by the evaporator.
  • the defrosting pan is attached to a housing part, such as a strut, a support or a sheet metal part, and the evaporator unit is placed on the defrosting pan.
  • the defrosting trough is clamped, screwed, glued or otherwise advantageously detachably connected to the evaporator unit.
  • the evaporator unit connected to the defrosting trough is advantageously completely inserted into a chassis of a heat pump during assembly.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmepumpenvorrichtung Wärmepumpen werden zum Beispiel zum Erwärmen von Heizungswasser verwendet. Hierbei wird die durch die Wärmepumpe erzeugte Wärme auf ein Heizungsträgermedium beispielsweise mittels eines Verflüssigers übertragen. Die Wärmepumpe erzeugt Heizwärme durch Kondensation von Kältemittel unter hohem Druck und damit bei hoher Temperatur, während die dabei erzeugte Wärme an ein Wärmeträgermedium (Heizungswasser) beispielsweise in einem Verflüssiger abgegeben wird. In dem Verflüssiger wird das Kältemittel verflüssigt und anschließend in einem Drosselorgan entspannt, z.B. in einem Expansionsventil. Unter Aufnahme von Umgebungswärme verdampft es anschließend im Verdampfer. Das gasförmige Kältemittel wird dann einem Verdichter zugeführt und im Verdichter komprimiert. Das komprimierte Kältemittel wird dann dem Verflüssiger zugeführt, in welchem das Kältemittel wiederum verflüssigt wird und dabei Wärme an ein Wärmeträgermedium abgibt.
  • Bei einem Verlahren gemäß EP 0 838 644 zum Abtauen eines Kühlers bzw. Wärmetauschers in einer Kälteanlage, ist der Kühler von einem Kühlmittel wie kalter Sole durchströmt. Der Kühler ist gegenüber dem Kühlmittelkreislauf abgesperrt und nur das im Kühler befindliche Kühlmittel wird erwärmt, wobei dieses durch den Kühler über eine Bypassleitung zirkuliert, damit für den Abtauvorgang möglichst wenig Energie benötigt wird.
  • Bei einer Wärmepumpenanlage gemäß DE 4 321 161 A1 hält ein Wärmespeicher Wärmeenergie zum Abtauen des Verdampfers bereit. Um das Abtauen zu verbessern, verläuft zwischen dem Ausgang des Verdichters und dem Eingang des Verdampfers ein Parallelzweig mit einem Absperrventil. Durch ein Umschaltventil ist zum Abtauen der Kältemittelstrom mittels des Verdichters durch den Wärmespeicher leitbar.
  • Aus EP 1 577 624 A2 ist eine Wärmepumpe bekannt, die ein Paar Wärmeaustauscher für Luft/Kühlmittel aufweist. Deren Ausgänge sind an die Zuleitung des Kühlmittels angeschlossen, die mit dem Eingang des Kompressors verbunden sind, dessen Ausgang mit dem Eingang des Wärmeaustauschers (4) Kühlmittel/Wasser verbunden ist und dessen Ausgang mit der Rücklaufleitung des Kühlmittels verbunden ist. Die Rücklaufleitung ist auf zwei Zweige aufgeteilt, von denen jeder mit einem Verdampfungseingang von jedem der Wärmeaustauscher (31, 32) Luft/Kühlmittel verbunden ist. Der erste Zweig (51) der Rücklaufleitung (5) des Kühlmittels ist vor dem Eingang in den Verdampfungseingang (320) des zweiten Wärmeaustauschers (32) Luft/Kühlmittel als die erste Anwärmleitung (81) gebildet ist, die mit dem ersten Wärmeaustauscher (31) verkoppelt ist, und der zweite Zweig (52) der Rücklaufleitung (5) des Kühlmittels vor dem Eingang in den Verdampfungseingang (310) des ersten Wärmeaustauschers (31) Luft/Kühlmittel ist als die zweite Anwärmleitung (82) gebildet, die mit dem zweiten Wärmeaustauscher (32) verkoppelt ist, und jeder der Zweige (51, 52) der Rücklaufleitung (5) des Kühlmittels ist verschließbar.
  • Aus DE 10 2005 018 125 A1 ist ein Kältemittelkreislauf für eine Wärmepumpe bekannt, der aus einem Verdichter (1), einem Kondensator (4), mindestens einem Verdampfer und einem Expansionsventil (23, 23') besteht. Diese Aggregate sind über ein Rohrsystem mit darin angeordneten Überwachungsorganen zum Kältemittelkreislauf verbunden. Im Kreislauf sind mindestens zwei Verdampfer angeordnet, wobei der als Abtaueinrichtung wirkende Verdampfer zuerst von dem Kondensator (4) kommenden Kältmittel durchströmt wird und das Kältemittel danach dem der Energieaufnahme dienenden Verdampfer zugeführt wird. Die beiden Systeme sind wechselseitig durch die Steuerungsmittel
  • CN 101 187 515 A ziegt eine Luft-Wärmepumpe mit einem frostsicheren Wärmetauscherrohr. Die Luftwärmepumpe enthält einen Kompressor (1), einen Heizungskondensator (3), eine Drossel (4), einen Verdampfer (5), der Wärme von einer Außenluftquelle absorbiert, und ein Gas. Der Flüssigkeitsabscheider (6) und das Schaltventil sind durch eine Verbindungsleitung mit einem Wärmepumpenkreislauf verbunden, und der Kreislauf ist mit einem Kältemittel gefüllt. Eine beheizte Frostschutz-Wärmetauscherröhre (52), eine Frostschutz-Wärmetauscherröhre und die Wärmetauscherröhre (51) für die ursprüngliche Kältemittelverdampfung des Verdampfers haben dieselbe Rippe, und die frostsichere Wärmetauscherröhre ist an die Wärmezufuhr angeschlossen. Der Verflüssigerflüssigkeitsausgang liegt zwischen dem Verflüssiger und dem Eingang der Drossel.
  • JP 2009 127 926 A zeigt einem Kühler mit einem Kühlrohr. Durch das Kühlrohr dringt eine Vielzahl von Rippen. Ein unterstes Kühlrohr ist ein blanker Rohrteil, durch den die Rippen nicht durchdringen, und zumindest der blanke Rohrteil des Kühlers wird unterhalb des Kühlers erwärmt. Zur Abtauheizung ist eine von der Abtauheizung erwärmte Wärmeübertragungsplatte vorgesehen und Abdecken der Wärmeübertragungsplatte von oben. Der Kühler ist mit einer Abtauheizung ausgebildet und umfasst einen engen Kontaktabschnitt, der kontinuierlich mit dem Abdeckabschnitt ausgebildet ist und in engem Kontakt mit dem blanken Rohrabschnitt des Kühlrohrs steht. Ein wärmeaufnehmender Abschnitt steht in engem Kontakt mit der wärmeerzeugenden Oberfläche der Abtauheizung.
  • JPS 5380042 zeigt eine Konstruktion, bei der zur Bereitstellung eines Verdampfers, der zum Abtauen und zum Kühlen wirksam ist, eine Anordnung von Rippen in einem konstanten Abstand. Mittelrohre und Heizungsrohre, durchdringen die Rippen mäanderförmig.
  • Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Wärmepumpenvorrichtung vorzusehen.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Wärmepumpenvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
  • Die Wärmepumpenvorrichtung umfasst einen Verdichter, einen Verflüssiger, einen Verdampfer, ein elektronisches Expansionsventil und ein Vier-/Zweiwegeventil, die in einem Kältekreislauf angeordnet sind. Der Verdampfer weist eine erste Leitung für Kältemittel zur Aufnahme von Wärme durch Verdampfung des Kältemittels und eine zweite Leitung mit Kältemittel zur Abgabe von Wärme durch Unterkühlung des flüssigen Kältemittels auf. Weiterhin weist der Verdampfer eine Mehrzahl von Lamellen (32) und eine Abtauwanne (100) auf. Mindestens eine der Lamellen weist an einem ihrer Enden eine Verlängerung (32a) auf, die zur Aufnahme der zweiten Leitung (90) dient. Die zweite Leitung (90) ist ein Teil des Kältekreislaufes, ist als Abtauschlange (90) ausgestaltet, in der flüssiges Kältemittel fließt und wird zur Erwärmung der Abtauwanne (100) verwendet.
  • Vorteilhaft weist die Wärmepumpenvorrichtung eine Verdampfereinheit mit mindestens einem ersten Rohr für Kältemittel mit einem ersten Anschluss als Kältemittelzulauf und einem zweiten Anschluss als Kältemittelablauf, wobei das Rohr Wärme aufnimmt und an das Kältemittel abgibt, einer Mehrzahl von Lamellen und einem zweiten Rohr als Abtauschlange mit einem dritten und einem vierten Anschluss, das Wärme aus dem Kältemittel aufnimmt und wieder abgeben kann.
  • Die Verdampfereinheit der Wärmepumpenvorrichtung kann in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel optional Endlamellen aufweisen, welche länger als die anderen Lamellen sind. Die Endlamellen bzw. die verlängerten Lamellenbleche dienen zur mechanischen Aufnahme der in dem Verdampfer integrierten Abtauschlange. Die Verdampfereinheit kann optional eine Abtauwanne aus Blech, Kunststoff oder aus EPS geschäumt aufweisen. Die Verdampfereinheit kann die Abtauschlange und/oder die Abtauwanne im unteren Bereich aufweisen. Die Verdampfereinheit kann eine Rohrführung in ihrem unteren Drittel aufweisen.
  • Vorteilhaft weist die der Wärmepumpenvorrichtung einen Luft-Kältemittel-Verdampfer mit einer ersten Leitung für Kältemittel zur Aufnahme von Wärme durch Verdampfung des Kältemittels und eine zweite Leitung mit Kältemittel zur Abgabe von Wärme durch Unterkühlung des flüssigen Kältemittels. Optional kann der Verdampfer eine Mehrzahl von Lamellen aufweisen, welche thermisch nur mit der ersten Leitung gekoppelt sind, um eine Verdampfung des Kältemittels zu ermöglichen.
  • Die Erfindung betrifft vorteilhaft ebenfalls eine Wärmepumpenvorrichtung mit einem Lamellenrohr-Wärmeübertrager als Verdampfer und Unterkühlerschlange zum Beheizen einer Kondensatwanne für den Verdampfer. Die Unterkühlerschlange ist im oder an dem Verdampfer vorgesehen und dient dazu, die Kondensatwanne und/oder in der Kondensatwanne befindliches Kondensat zu erwärmen.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Wärmepumpenvorrichtung einen Verdampfer auf, der mechanisch mit der Unterkühlerschlange verbunden ist. Dazu kann der Verdampfer eine Mehrzahl von Lamellen aufweisen, wobei die Unterkühlerschlange mit einigen der Lamellen verbunden ist. Die Unterkühlerschlange ist jedoch nur mit einigen der Lamellen, nicht jedoch mit allen Lamellen, verbunden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Unterkühlerschlange und vorteilhaft eine Einspritzleitung des Verdampfers an einer Stelle mit einer der Lamellen verbunden, um eine Schwingungsübertragung vom Kältemittel vom Kältekreis auf die Rohre der Unterkühlerschlange zu minimieren.
  • Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass beispielsweise bei einer Luft-Wasser-Wärmepumpenvorrichtung ein Verdampfer mit einem Lamellenrohr-Wärmeübertrager verwendet wird. Hierbei können vorteilhaft senkrechte Aluminiumlamellen mit vorteilhaft rechtwinklig oder waagerecht dazu angeordneten Kupferrohren vorgesehen sein. Wenn der Verdampfer aus einer Mehrzahl von Reihen von Rohren, zum Beispiel in Strömungsrichtung der Luft hintereinanderliegend, aufgebaut ist, so wird der Verdampfer typischerweise mit Endlamellen zur mechanischen Stabilisierung der Rohre vorgesehen. Diese Endlamellen dienen insbesondere dazu, Befestigungspunkte für die Rohre vorzusehen. An einem Ende, zum Beispiel dem unteren Ende des Verdampfers, kann eine Kondensatwanne vorgesehen sein, welche zum Auffangen des sich beim Betrieb oder bei der Abtauung der Wärmepumpenvorrichtung bildenden Kondensates dient. Die Erfindung dient insbesondere dazu, einen verbesserten Weg zur Erwärmung der Kondensatwanne vorzusehen. Hierbei kann beispielsweise Wärme aus dem Kältekreis verwendet werden. Gemäß der Erfindung wird ein Verdampfer vorgesehen, welcher eine weitere Kühlschlange aufweist, um die Kondensatwanne und/oder das darin befindliche Kondensat zu erwärmen. Somit wird eine weitere Kühlschlange, bestehend aus mindestens einem gebogenen Rohr, vorgesehen. Optional können die Endlamellen so ausgestaltet sein, dass sie auch zur Halterung der zusätzlichen Kühlschlange dienen.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Vorteile und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
    • Fig. 1
    zeigt eine schematische Darstellung einer Wärmepumpenvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
    Fig. 2a bis 2d
    zeigen verschiedene Ansichten eines Verdampfers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Wärmepumpenvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Wärmepumpenvorrichtung weist einen Verdichter 10, einen Verflüssiger 20, einen Verdampfer 30, ein erstes elektronisches Expansionsventil 40, optional einen Filtertrockner 70, optional ein weiteres elektronisches Expansionsventil 80, optional einen Economiser 60, einen Verdampfer 30, ein Vier-/Zweiwegeventil 50 und eine Abtauschlange 90 auf. Der Verdichter 10 dient dazu, gasförmiges Kühlmittel zu verdichten. Optional kann der Verdichter über eine Dampfeinspritzung verfügen. Der Verflüssiger 20 dient dazu, das Kältemittel zu verflüssigen und die dabei freigesetzte Wärme an ein Heizmedium wie beispielsweise Heizungswasser zu übertragen.
  • Die Wärmepumpenvorrichtung weist ferner optional ein Ventil 3, ein Schauglas 2 und Einspritzkapillaren 4 auf. Eine Verdampfereinheit besteht aus dem Verdampfer 30 und weist vorteilhaft einen Ventilator bzw. Lüfter 31 auf, welcher Luft durch den Verdampfer 30 bläst. Die Verdampfereinheit oder der Verdampfer 30 kann eine Abtauwanne 100 aufweisen, welche beispielsweise durch die Abtauschlange 90 erwärmt werden kann.
  • Die erfindungsgemäße Wärmepumpenvorrichtung kann in einer Heizbetriebsart H oder in einer Abtaubetriebsart A betrieben werden. Die Richtung des Kältemittels innerhalb des Kältemittelkreises wird im Heizbetrieb durch die Pfeile H und im Abtaubetrieb durch die Pfeile A angezeigt.
  • Die erfindungsgemäße Wärmepumpe ist beispielsweise eine Luft-Wasser-Wärmepumpe.
  • Gemäß der Erfindung ist die Abtauschlange 90, welche zur Erwärmung der Abtauwanne 100 des Verdampfers verwendet wird, Teil des Kältekreislaufes. In der Abtauschlange 90 fließt flüssiges Kältemittel.
  • Eine Erwärmung der Abtauwanne des Verdampfers ist insbesondere sinnvoll bei Außentemperaturen von unter 0 °C, weil anfallendes Kondensat gefrieren kann.
  • Das verwendete Kältemittel kann R407C, R410A, R290, R744 oder R134a sein.
  • Fig. 2a, 2b, 2c und 2d zeigen verschiedene Ansichten eines Verdampfers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Der Verdampfer gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann in der Wärmepumpenvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet werden. Der Verdampfer 30 weist eine erste Leitung 36 mit einem Einlaufanschluss 34 und einem Auslaufanschluss 35 auf. Die Leitung 36 erstreckt sich in einer Mehrzahl von Windungen innerhalb des Verdampfers 30. Senkrecht zu den Leitungen 36 sind typischerweise eine Mehrzahl von Lamellen 32 vorgesehen. Beispielsweise die Endlamellen 32 weisen an ihrem ersten Ende 32a Verlängerungen auf. Die Leitung 36 kann einen Venturi-Verteiler 33 aufweisen.
  • Beispielsweise im unteren Bereich des Verteilers ist eine Abtauschlange 90 mit einem Zulauf 91 und einem Ablauf 92 vorgesehen. Diese Abtauschlange 90 kann der Abtauschlange 90 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel von Fig. 1 entsprechen. Somit fließt flüssiges Kältemittel in der Abtauschlange 90. Die Abtauschlange 90 stellt im Wesentlichen eine zweite Leitung dar, welche beispielsweise durch die verlängerten Abschnitte 32a der Lamellenbleche gehalten werden können.
  • Die zweite Leitung 90 kann beispielsweise im unteren Bereich des Verdampfers vorgesehen sein.
  • In Fig. 2b ist der Verdampfer 30 im Querschnitt sowie eine Abtauwanne 100 vorgesehen. Einige der Lamellen, beispielsweise die Endlamellen 32, weisen verlängerte Abschnitte 32a auf. Diese verlängerten Abschnitte 32a sind im Bereich der Abtauwanne 100 vorgesehen und können zum Abtauen der Abtauwanne verwendet werden.
  • Die Abtauschlange 90 dient dazu, Wärme von dem flüssigen Kältemittel aufzunehmen und vorzugsweise an die Abtauwanne 100 abzugeben.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Rohrführung der zweiten Leitung, d.h. der Leitung der Abtauschlange, im unteren Bereich des Verdampfers vorgesehen.
  • Die Abtauschlange 90 kann beispielsweise als eine Unterkühlerschlange ausgestaltet sein und kann beispielsweise aus dem gleichen Material bzw. Rohren hergestellt werden, wie die Rohre der ersten Leitung, d.h. die Rohre, welche das Kältemittel durch den Verdampfer führen. Die Unterkühlerschlange 90 kann konstruktiv an zumindest einer oder zwei Endlamellen 32 verbunden sein, ohne jedoch eine Verbindung zu den anderen Lamellen 32 des Verdampfers aufzuweisen. Die Anschlussrohre 91, 92 der Unterkühlerschlange bzw. der Abtauschlange und die Einspritzleitung 43 des Verdampfers werden vorzugsweise so verlegt, dass diese mit einer der Endlamellen verbunden sind, so dass eine konstruktive Einheit gebildet wird. Damit ist die Anbindung der Rohre an den Kältekreis lokal vorgesehen, so dass eventuell auftretende Schwingungen des Kältekreises von der gesamten Verdampfereinheit oder vom Verdampfer aufgenommen werden.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Aubtauwanne an einem Gehäuseteil, wie einer Strebe, einer Stütze oder einem Blechteil angebracht und die Verdampfereinheit ist auf die Abtauwanne gesetzt.
  • In einer anderen Ausführungsversion ist die Abtauwanne an die Verdampfereinheit angeklemmt, angeschraubt, angeklebt oder anderweitig vorteilhaft abnehmbar mit der Verdampfereinheit verbunden. Die mit der Abtauwanne verbundene Verdampfereinheit wird bei einer Montage vorteilhafterweise komplett in ein Chassis einer Wärmepumpe eingesetzt.

Claims (2)

  1. Wärmepumpenvorrichtung,
    umfassend einen Verdichter (10), einen Verflüssiger (20), einen Verdampfer (30), ein elektronisches Expansionsventil 40 und ein Vier-/Zweiwegeventil (50) die in einem Kältekreislauf angeordnet sind,
    wobei der Verdampfer (30) aufweist
    - eine erste Leitung (36) für Kältemittel zur Aufnahme von Wärme durch Verdampfung des Kältemittels und
    - eine zweite Leitung (90) mit Kältemittel zur Abgabe von Wärme durch Unterkühlung des flüssigen Kältemittels,
    wobei der Verdampfer (30) weiterhin eine Mehrzahl von Lamellen (32) und eine Abtauwanne (100) aufweist und mindestens eine der Lamellen (32) an einem ihrer Enden eine Verlängerung (32a) aufweist die zur Aufnahme der zweiten Leitung (90) dient,
    wobei die zweite Leitung (90) Teil des Kältekreislaufes ist,
    als Abtauschlange (90) ausgestaltet ist, in der flüssiges Kältemittel fließt und zur Erwärmung der Abtauwanne (100) verwendet wird.
  2. Wärmepumpenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Leitung (90) im unteren Bereich des Verdampfers (30) vorgesehen ist und der Verdampfer (30) eine Abtauwanne (100) im unteren Bereich aufweist.
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