EP3907444A1 - Wärmepumpen-anlage - Google Patents

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EP3907444A1
EP3907444A1 EP21172543.7A EP21172543A EP3907444A1 EP 3907444 A1 EP3907444 A1 EP 3907444A1 EP 21172543 A EP21172543 A EP 21172543A EP 3907444 A1 EP3907444 A1 EP 3907444A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
pump system
heat pump
low
pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21172543.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias Müller
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.)
Wolf GmbH
Original Assignee
Wolf GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wolf GmbH filed Critical Wolf GmbH
Publication of EP3907444A1 publication Critical patent/EP3907444A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B13/00—Compression machines, plants or systems, with reversible cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00—Heat pumps
    • F25B30/02—Heat pumps of the compression type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B47/00—Arrangements for preventing or removing deposits or corrosion, not provided for in another subclass
    • F25B47/02—Defrosting cycles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2500/00—Problems to be solved
    • F25B2500/27—Problems to be solved characterised by the stop of the refrigeration cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/19—Pressures
    • F25B2700/197—Pressures of the evaporator

Definitions

  • the invention relates to a heat pump system for heating and / or cooling a building or part of a building, a method for operating a corresponding heat pump system and a building or part of a building comprising a corresponding heat pump system.
  • temperatures (evaporation temperatures) of a refrigerant in a heat exchanger e.g. plate heat exchanger
  • a corresponding secondary medium e.g. water
  • Freezing of the secondary medium in the heat exchanger e.g.
  • the compressor compressor
  • the pressure switch is in accordance with US 747 85 40 B Integrated into the control of the compressor and arranged on the suction side of the compressor.
  • JP 2013 079 749 A describes a pressure sensor which, in one embodiment, is arranged in the vicinity of a heat exchanger (plate heat exchanger). This pressure sensor is integrated into the control of the compressor. Among other things, the pressure sensor is intended to prevent a wall temperature in the heat exchanger (evaporator) from becoming so low that there is a risk of the heat exchanger freezing (on the secondary side).
  • a further object of the invention is to propose a corresponding method and a corresponding building or part of a building.
  • a heat pump system for heating and / or cooling for heating and / or cooling (preferably for both heating and cooling), in particular a building or part of a building, comprising a first heat exchanger (in particular refrigerant-liquid heat exchanger and / or plate heat exchanger) second heat exchanger (in particular refrigerant-air heat exchanger), and a low-pressure switch
  • the low-pressure switch on the first heat exchanger in particular on a Low-pressure side of the same, preferably in a cooling mode and / or defrosting mode, is arranged and configured to switch off the heat pump system, in particular a compressor of the same, when a certain switch-off low pressure is reached or below a certain switch-off low pressure (at least partially, in particular completely).
  • a core idea of the invention is to provide a low-pressure switch on the first heat exchanger (in particular evaporator in defrosting or cooling mode) and to configure it in such a way that the heat pump system (or its compressor) is switched off when a certain shut-off low pressure is reached or fallen below will.
  • a low-pressure switch is to be understood in particular as a switch which carries out a switching process when a certain (low) pressure is present, in particular a switch-off process.
  • the low-pressure switch can have a pressure measuring device and a (possibly separate or additional) disconnection device.
  • the pressure switch can also be configured in such a way that, depending on the design, it switches (off) when a certain pressure is present or not reached.
  • the low-pressure switch can therefore be designed without a pressure sensor (that is, without a sensor that is configured to measure a pressure, the sensor being able, for example, to determine at least three or at least 10 different pressure values and in particular to output them accordingly).
  • An arrangement on the (first) heat exchanger is to be understood in particular to mean that the low-pressure switch is arranged in or (directly) on a heat exchanger housing.
  • An arrangement on the heat exchanger can also mean that the low-pressure switch is arranged directly on or at a distance of 20 cm or less, preferably 10 cm or less, more preferably 5 cm or less, from the first heat exchanger (for example a housing of the same) .
  • the heat pump system preferably comprises at least one compressor and at least one expansion element.
  • a refrigerant is brought from a low pressure level to a higher pressure level.
  • the pressure increase and mechanical work of the compressor can increase the temperature (pressure gas temperature) of the refrigerant at the compressor outlet.
  • the compressor can be in various designs (e.g. as a rotary piston, scroll, reciprocating piston compressor and / or as a one-stage, two-stage or multi-stage compressor).
  • the superheated refrigerant is first cooled, then condensed and subcooled.
  • the energy is transferred to a secondary medium (e.g. comprising water or a water-glycol mixture). This energy can then be supplied to a living room and / or service water.
  • the expansion element in the refrigeration circuit can be, for example, an expansion valve (e.g. thermally and / or electronically regulated). It can regulate an injection into the evaporator and ensure that no (liquid) refrigerant escapes from the evaporator.
  • the expansion element can also be designed differently (e.g. ejector).
  • the evaporator (in cooling or defrosting mode) or first heat exchanger is preferably designed as a plate heat exchanger. However, this can also be implemented in any other form.
  • the refrigerant absorbs energy in the first heat exchanger (or evaporator in cooling or defrosting mode). This energy is supplied by the secondary side (preferably as a water or a water-glycol mixture).
  • the cooling circuit of the heat pump system can also contain: a dryer and / or filter and / or further expansion elements and / or a refrigerant collector and / or a refrigerant separator and / or an oil separator and / or at least one refrigerant separator and / or an intermediate heat exchanger.
  • a low-pressure switch is preferably provided on the first heat exchanger (plate heat exchanger), the cut-out point of which is selected in such a way that evaporation temperatures that can lead to freezing of the secondary medium (e.g. comprising water, possibly mixed with glycol) are excluded are.
  • the low-pressure switch is preferably installed directly on the first heat exchanger (plate heat exchanger) (in contrast to a method of installation known per se in the suction line upstream of the compressor).
  • the heating mode in which lower evaporation temperatures are permitted, does not have to be impaired (as these occur on the second heat exchanger).
  • the safety category according to DIN EN ISO 13849-1 is preferably achieved (preferably using appropriate hardware).
  • the low-pressure switch is preferably not integrated into a regulation (or control) of the compressor.
  • the low-pressure switch is therefore not integrated into a regulation of the compressor in such a way that a specific output (whereby, in particular, no zero output in the switched-off state is meant here) of the compressor would depend on the low-pressure switch.
  • the only possible interaction between the low-pressure switch and the compressor is that the compressor is switched off when the low-pressure switch is triggered.
  • the low-pressure switch cannot be integrated into (any) control of the heat pump system.
  • the low-pressure switch preferably has the (sole) function of switching off the heat pump system or the compressor when the switch-off low pressure is reached or undershot. This creates an independent safety chain or a self-sufficient one that is independent of the control of the heat pump system Safety system created, which improves overall reliability and safety during operation (especially in the event of incidents).
  • the low-pressure switch can be arranged on a low-pressure side of the first heat exchanger (plate heat exchanger) in a cooling mode and / or defrosting mode. This ensures particularly reliable and safe operation.
  • the low-pressure switch can be arranged on a high-pressure side of the first heat exchanger (plate heat exchanger or evaporator in cooling mode) in cooling mode and / or defrosting mode.
  • the first heat exchanger (plate heat exchanger) functions as an evaporator in a cooling mode and / or defrosting mode.
  • the shutdown low pressure can be predefined, in particular fixed or constant, by the structure and / or the installation of the low pressure switch.
  • the shutdown low pressure can be adapted to specific operating conditions, in which case pressure-temperature characteristics stored in the heat pump system and / or a, preferably electronic, calculation unit of the heat pump system can be used.
  • the switch-off low pressure can correspond to a pressure at which there is an (evaporation) temperature that represents a limit temperature, below which in the cooling and / or defrosting operation, a medium (e.g. comprising water or water-glycol- Mixture) leads to a secondary side of the first heat exchanger (11).
  • a medium e.g. comprising water or water-glycol- Mixture
  • a method for operating a heat pump system for heating and / or cooling preferably both for heating and for cooling, in particular a building or part of a building, preferably of the above type, comprising a first heat exchanger, in particular plate heat exchanger, a second heat exchanger and a low pressure switch, the low pressure switch on first heat exchanger, in particular on a low-pressure side of the same, preferably in a cooling mode and / or defrosting mode, and the heat pump system, in particular a compressor thereof, switches off when reaching or falling below a certain shutdown low pressure.
  • the above-mentioned object is also achieved by a building or part of a building, comprising a heat pump system of the above type.
  • the building is preferably a residential building.
  • the heat pump system is preferably a component or is used for heating a building or part of a building (in particular living space) and / or service water. Such a use is (hereby) also disclosed and claimed according to the invention.
  • the second heat exchanger may not be a plate heat exchanger.
  • the second heat exchanger can be, for example, a lamellar tube heat exchanger.
  • the heat pump system according to Fig. 1 comprises a compressor 10, a first heat exchanger (plate heat exchanger) 11 and a second heat exchanger 12.
  • the refrigerant can expand in a refrigerant circuit 14 between the first and second heat exchangers 11, 12.
  • the compressor can be switched on via a valve (according to the embodiment 4-2-way valve) 13 in such a way that a cooling operation or defrosting operation can take place (the first heat exchanger 11 then acting as an evaporator and the second Heat exchanger 12 as a condenser) or in a heating mode (the first heat exchanger 11 then acting as a condenser and the second heat exchanger 12 as an evaporator).
  • a valve according to the embodiment 4-2-way valve 13 in such a way that a cooling operation or defrosting operation can take place (the first heat exchanger 11 then acting as an evaporator and the second Heat exchanger 12 as a condenser) or in a heating mode (the first heat exchanger 11 then acting as a condenser and the second heat exchanger 12 as an evaporator).
  • a low-pressure switch 15 is arranged on the first heat exchanger 11 (with two possible alternatives of the arrangement being shown at the same time, two low-pressure switches may also be provided at the marked locations). When a predetermined low pressure is reached or not reached, the low pressure switch 15 switches off the compressor 10.
  • the heat pump system in an interconnection as in Fig. 1 shown
  • nor check valves 16 in an interconnection as in Fig. 1 shown
  • the expansion valves 20, 21 can be connected in connection with a pressure sensor 22 (on the suction side opposite the compressor 10).
  • a further pressure sensor 23 can be provided on the pressure side of the compressor.
  • a single biflow expansion valve can also be used. This can cause a Fig. 1 result in a slightly different refrigeration circuit diagram.
  • the second heat exchanger 12 can be designed, for example, to exchange heat between the refrigerant of the refrigerant circuit 14 and gas (e.g. air).
  • the gas can flow in via an inlet 25 and flow out via an outlet 26, for example.
  • the first heat exchanger 11 is preferably designed for exchange with a fluid (for example water or a water-glycol mixture) flowing in a secondary circuit 24.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpen-Anlage zum Heizen und/oder Kühlen, insbesondere eines Gebäudes oder Gebäudeteiles, umfassend einen ersten Wärmetauscher (11), insbesondere Plattenwärmetauscher, einen zweiten Wärmetauscher (12), und einen Niederdruckschalter (15), wobei der Niederdruckschalter (15) am ersten Wärmetauscher (11) angeordnet ist und konfiguriert ist, die Wärmepumpen-Anlage, insbesondere einen Kompressor (10) derselben, bei Erreichen oder Unterschreiten eines bestimmten Abschalt-Niederdruckes auszuschalten.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpen-Anlage zum Heizen und/oder Kühlen eines Gebäudes oder Gebäudeteiles, ein Verfahren zum Betreiben einer entsprechenden Wärmepumpen-Anlage sowie ein Gebäude oder Gebäudeteil umfassend eine entsprechende Wärmepumpen-Anlage.
  • Im Betrieb einer Wärmepumpen-Anlage kann es durch bestimmte (ggf. nicht vorhergesehene) Einflüsse dazu kommen, dass Temperaturen (Verdampfungstemperaturen) eines Kältemittels in einem Wärmetauscher (beispielsweise Plattenwärmeübertrager) so niedrig sind, dass ein entsprechendes Sekundärmedium (z. B. Wasser) einfrieren kann. Dies kann insbesondere bei den Betriebszuständen Abtauung (durch Kreislaufumkehr) und im Kühlbetrieb geschehen. Dazu kann beispielsweise ein Kältemittelverlust in Verbindung mit einer Software-Fehlfunktion oder eine sich verschlechternde Messqualität eines (niederdruckseitigen) Druckgebers beitragen. Ein Einfrieren des Sekundärmediums im Wärmetauscher (z. B. Plattenwärmeübertrager) kann wiederum zu einer internen Leckage der beiden Medien (zwischen denen Wärme ausgetauscht wird) führen, womit sich aufgrund von Druckunterschieden beispielsweise Kältemittel und Wasser vermischen können. Die Folgen können schwere Beschädigungen an der Wärmepumpen-Anlage sein sowie der Austritt von Kältemittel beispielsweise in einen Personen-Aufenthaltsbereich. Dies ist insbesondere bei brennbaren Kältemitteln ein Sicherheitsrisiko.
  • Im Stand der Technik ist es bekannt, Druckschalter in einer Saugleitung vor einem Verdichter einzubauen (vgl. beispielsweise US 747 85 40 B ).
  • Dazu soll üblicherweise der Kompressor (Verdichter) geschützt werden. Aus diesem Grund ist der Druckschalter gemäß US 747 85 40 B in die Regelung des Kompressors eingebunden und saugseitig des Kompressors angeordnet.
  • JP 2013 079 749 A beschreibt einen Drucksensor, der in einer Ausführungsform in der Nähe eines Wärmetauschers (Plattenwärmeübertragers) angeordnet ist. Dieser Drucksensor ist in die Regelung des Kompressors eingebunden. Dabei soll mittels des Drucksensors unter anderem auch verhindert werden, dass eine Wandtemperatur im Wärmetauscher (Verdampfer) so niedrig wird, dass die Gefahr des Einfrierens des Wärmetauschers (auf der Sekundärseite) besteht.
  • Insgesamt wird die Zuverlässigkeit bzw. Sicherheit des Betriebes der bekannten Wärmepumpen-Anlagen, insbesondere ein Schutz vor einem (ungewollten) Einfrieren, als verbesserungswürdig angesehen.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Wärmepumpen-Anlage vorzuschlagen, bei der ein vergleichsweise zuverlässiger bzw. sicherer Betrieb, insbesondere ein vergleichsweise guter Schutz vor einem ungewollten Einfrieren, erzielt wird. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes Verfahren sowie ein entsprechendes Gebäude oder Gebäudeteil, vorzuschlagen.
  • Diese Aufgabe wird insbesondere durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
  • Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch eine Wärmepumpen-Anlage zum Heizen und/oder Kühlen (vorzugsweise sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen), insbesondere eines Gebäudes oder Gebäudeteiles, umfassend einen ersten Wärmetauscher (insbesondere Kältemittel-Flüssigkeits-Wärmetauscher und/oder Plattenwärmetauscher) einen zweiten Wärmetauscher (insbesondere Kältemittel-Luft-Wärmetauscher), und einen Niederdruckschalter, wobei der Niederdruckschalter am ersten Wärmetauscher, insbesondere auf einer Niederdruckseite desselben, vorzugsweise in einem Kühlbetrieb und/oder Abtauubetrieb, angeordnet ist und konfiguriert ist, die Wärmepumpen-Anlage, insbesondere einen Kompressor derselben, bei Erreichen oder Unterschreiten eines bestimmten Abschalt-Niederdruckes (zumindest teilweise, insbesondere vollständig) auszuschalten.
  • Ein Kerngedanke der Erfindung liegt darin, einen Niederdruckschalter am ersten Wärmetauscher (insbesondere Verdampfer im Abtau- bzw. Kühlbetrieb) vorzusehen und derart zu konfigurieren, dass die Wärmepumpen-Anlage (bzw. der Kompressor derselben) bei Erreichen und Unterschreiten eines bestimmten Abschalt-Niederdruckes ausgeschaltet wird.
  • Unter einem Niederdruckschalter ist insbesondere ein Schalter zu verstehen, der einen Schaltvorgang bei Vorliegen eines bestimmten (Nieder-)Druckes durchführt, insbesondere einen Ausschaltvorgang. Dazu kann der Niederdruckschalter eine Druckmesseinrichtung aufweisen und eine (ggf. separate oder zusätzliche) Abschalteinrichtung. Der Druckschalter kann alternativ oder zusätzlich auch so konfiguriert sein, dass er bauartbedingt bei Vorliegen oder Unterschreiten eines bestimmten Druckes (ab-) schaltet.
  • In Ausführungsformen kann also der Niederdruckschalter ohne Drucksensor ausgeführt sein (also ohne einen Sensor, der konfiguriert ist, einen Druck zu messen, wobei der Sensor beispielsweise in der Lage ist, mindestens drei oder mindestens 10 verschiedene Druckwerte zu bestimmen und insbesondere entsprechend auszugeben).
  • Unter einer Anordnung am (ersten) Wärmetauscher ist insbesondere zu verstehen, dass der Niederdruckschalter in einem oder (unmittelbar) an einem Wärmetauscher-Gehäuse angeordnet ist. Unter einer Anordnung am Wärmetauscher kann auch zu verstehen sein, dass der Niederdruckschalter unmittelbar an oder in einer Entfernung von 20 cm oder weniger, vorzugsweise 10 cm oder weniger, weiter vorzugsweise 5 cm oder weniger, zum ersten Wärmetauscher (beispielsweise einem Gehäuse desselben) angeordnet ist.
  • Die Wärmepumpen-Anlage umfasst vorzugsweise neben den beiden Wärmetauschern (die als Kondensator bzw. Verdampfer dienen) mindestens einen Kompressor (Verdichter) sowie mindestens ein Expansionsorgan.
  • Im Verdichter (Kompressor) wird ein Kältemittel von einem niedrigen Druckniveau auf ein höheres Druckniveau gebracht. Durch die Druckerhöhung und mechanische Arbeit des Verdichters kann sich die Temperatur (Druckgastemperatur) des Kältemittels am Austritt des Verdichters erhöhen. Der Verdichter (Kompressor) kann in verschiedenen Ausführungen vorliegen (z. B. als Rollkolben-, Scroll-, Hubkolben-Verdichter und/oder als ein-stufiger, zwei-stufiger oder mehr-stufiger Verdichter).
  • Im Kondensator wird das überhitzte Kältemittel zunächst ausgekühlt, dann kondensiert und unterkühlt. Die Energie wird an ein Sekundärmedium (z. B. umfassend Wasser oder ein Wasser-Glykol-Gemisch) übertragen. Diese Energie kann anschließend einem Wohnraum und/oder Brauchwasser zugeführt werden.
  • Das Expansionsorgan im Kältekreislauf kann beispielsweise ein Expansionsventil (z. B. thermisch und/oder elektronisch geregelt) sein. Es kann eine Einspritzung in den Verdampfer regeln und sicherstellen, dass kein (flüssiges) Kältemittel aus dem Verdampfer austritt. Das Expansionsorgan kann auch anderweitig ausgebildet sein (z. B. Ejektor).
  • Der Verdampfer (im Kühl- bzw. Abtaubetrieb) bzw. erste Wärmetauscher ist vorzugsweise als Plattenwärmeübertrager ausgeführt. Dieser kann aber auch in einer beliebigen anderen Form ausgeführt sein. Im ersten Wärmetauscher (bzw. Verdampfer im Kühl- bzw. Abtaubetrieb) nimmt das Kältemittel Energie auf. Diese Energie liefert die Sekundärseite (vorzugsweise als Wasser oder Wasser-Glykol-Gemisch).
  • Der Kältekreis der Wärmepumpen-Anlage kann auch enthalten: einen Trockner und/oder Filter und/oder weitere Expansionsorgane und/oder einen Kältemittelsammler und/oder einen Kältemittelabscheider und/oder einen Ölabscheider und/oder mindestens einen Kältemittelseparator und/oder einen Zwischenwärmeübertrager.
  • Vorzugsweise wird ein Niederdruckschalter am ersten Wärmetauscher (Plattenwärmeübertrager) vorgesehen, dessen Auslösepunkt (cut-out) so gewählt ist, dass Verdampfungstemperaturen, die zu einem Einfrieren des Sekundärmediums (z. B. umfassend Wasser, ggf. mit Glykol vermischt) führen können, ausgeschlossen sind. Der Niederdruckschalter ist vorzugsweise (im Gegensatz zu einer an sich bekannten Verbauweise in der Saugleitung vor dem Kompressor) direkt am ersten Wärmetauscher (Plattenwärmeübertrager) verbaut. Der Heizbetrieb, in dem tiefere Verdampfungstemperaturen erlaubt sind, muss dabei nicht beeinträchtigt sein (da diese am zweiten Wärmetauscher auftreten).
  • Wenn eine Sicherheitsabschaltung des Kompressors über einen Niederdruck-Sensor einer Kompressor-Regelung erfolgt, hat dies insbesondere den Nachteil, dass Informationen über eine Gerätesoftware verarbeitet werden, die ggf. nicht nach Sicherheitsstandards ausgeführt ist. Ein Fehlerfall muss dann erwartet werden.
  • Wenn eine Gerätesoftware nicht auf die Erfüllung von Sicherheitsnormen abgestimmt ist, kann kein zufriedenstellender Schutzmechanismus (z. B. nach DIN EN ISO 13849-1) gewährleistet sein. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise die Sicherheitskategorie nach DIN EN ISO 13849-1 (vorzugsweise unter Verwendung entsprechender Hardware) erreicht.
  • Vorzugsweise ist der Niederdruckschalter nicht in eine Regelung (oder Steuerung) des Kompressors eingebunden. Insbesondere ist der Niederdruckschalter also nicht in eine Regelung des Kompressors dahingehend eingebunden, dass eine konkrete Leistung (wobei hier insbesondere keine Null-Leistung im abgeschalteten Zustand gemeint sein soll) des Kompressors von dem Niederdruckschalter abhängen würde. Die ggf. einzige Wechselwirkung zwischen dem Niederdruckschalter und dem Kompressor ist diejenige, dass der Kompressor bei Auslösen des Niederdruckschalters abgeschaltet wird. Noch weitergehend kann der Niederdruckschalter auch nicht in (irgendeine) Regelung der Wärmepumpen-Anlage eingebunden sein. Vorzugsweise hat der Niederdruckschalter die (alleinige) Funktion, die Wärmepumpen-Anlage bzw. den Kompressor auszuschalten, wenn der Abschalt-Niederdruck erreicht oder unterschritten wird. Damit wird eine eigenständige Sicherheitskette bzw. ein autarkes, von der Regelung der Wärmepumpen-Anlage unabhängiges Sicherheitssystem geschaffen, was insgesamt Zuverlässigkeit und Sicherheit beim Betrieb (insbesondere bei Störfällen) verbessert.
  • In einer Ausführungsform kann der Niederdruckschalter auf einer Niederdruckseite des ersten Wärmetauschers (Plattenwärmeübertragers) in einem Kühlbetrieb und/oder Abtaubetrieb angeordnet sein. Dadurch kann ein besonders zuverlässiger und sicherer Betrieb gewährleistet werden.
  • Alternativ kann der Niederdruckschalter auf einer Hochdruckseite des ersten Wärmetauschers (Plattenwärmeübertragers bzw. Verdampfers im Kühlbetrieb) in einem Kühlbetrieb und/oder Abtaubetrieb angeordnet sein.
  • Ausführungsgemäß fungiert der erste Wärmetauscher (Plattenwärmeübertrager) in einem Kühlbetrieb und/oder Abtaubetrieb als Verdampfer.
  • Der Abschalt-Niederdruck kann durch die Struktur und/oder den Einbau des Niederdruckschalters vordefiniert, insbesondere festgelegt bzw. konstant, sein.
  • Weiterhin kann der Abschalt-Niederdruck an bestimmte Betriebsbedingungen anpassbar sein, wobei dazu insbesondere in der Wärmepumpen-Anlage hinterlegte Druck-Temperatur-Kennlinien und/oder eine, vorzugsweise elektronische, Berechnungseinheit der Wärmepumpen-Anlage herangezogen werden kann/können.
  • Der Abschalt-Niederdruck kann einem Druck entsprechen, bei dem eine (Verdampfungs-)Temperatur vorliegt, die eine Grenztemperatur darstellt, deren Unterschreitung im Kühl- und/oder Abtaubetrieb zu einem Einfrieren eines Mediums (z. B. umfassend Wasser oder Wasser-Glykol-Gemisch) auf einer Sekundärseite des ersten Wärmetauschers (11) führt.
  • Die obengenannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpen-Anlage zum Heizen und/oder Kühlen, vorzugsweise sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen, insbesondere eines Gebäudes oder Gebäudeteiles, vorzugsweise der obigen Art, umfassend einen ersten Wärmetauscher, insbesondere Plattenwärmeübertrager, einen zweiten Wärmetauscher und einen Niederdruckschalter, wobei der Niederdruckschalter am ersten Wärmetauscher, insbesondere auf einer Niederdruckseite desselben, vorzugsweise in einem Kühlbetrieb und/oder Abtaubetrieb, angeordnet ist und die Wärmepumpen-Anlage, insbesondere einen Kompressor derselben, bei Erreichen oder Unterschreiten eines bestimmten Abschalt-Niederdruckes ausschaltet.
  • Die obengenannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Gebäude oder Gebäudeteil, umfassend eine Wärmepumpen-Anlage nach der obigen Art. Das Gebäude ist vorzugsweise ein Wohngebäude.
  • Die Wärmepumpen-Anlage ist vorzugsweise Bestandteil bzw. wird verwendet für das Heizen eines Gebäudes oder Gebäudeteiles (insbesondere Wohnraumes) und/oder von Brauchwasser. Eine derartige Verwendung wird (hiermit) ebenfalls erfindungsgemäß offenbart und beansprucht.
  • Der zweite Wärmetauscher ist ggf. kein Plattenwärmeübertrager. Der zweite Wärmetauscher kann beispielsweise ein Lamellen-Rohr-Wärmeübertrager sein.
  • Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben, das anhand der Abbildungen näher erläutert wird. Hierbei zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Wärmepumpen-Anlage.
  • In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleich wirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.
  • Die Wärmepumpen-Anlage gemäß Fig. 1 umfasst einen Kompressor 10, einen ersten Wärmetauscher (Plattenwärmeübertrager) 11 sowie einen zweiten Wärmetauscher 12. Zwischen erstem und zweitem Wärmetauscher 11, 12 kann das Kältemittel in einem Kältemittelkreis 14 expandieren.
  • Über ein Ventil (ausführungsgemäß 4-2-Wege-Ventil) 13 kann der Kompressor so zugeschaltet werden, dass ein Kühlbetrieb oder Abtaubetrieb erfolgen kann (wobei der erste Wärmetauscher 11 dann als Verdampfer fungiert und der zweite Wärmetauscher 12 als Kondensator) oder in einem Heizbetrieb (wobei erster Wärmetauscher 11 dann als Kondensator und zweiter Wärmetauscher 12 als Verdampfer fungiert).
  • Am ersten Wärmetauscher 11 ist ein Niederdruckschalter 15 angeordnet (wobei gleichzeitig zwei mögliche Alternativen der Anordnung dargestellt sind, ggf. können auch zwei Niederdruckschalter vorgesehen sein an den gekennzeichneten Stellen). Bei Erreichen oder Unterschreiten eines vorbestimmten Niederdruckes schaltet der Niederdruckschalter 15 den Kompressor 10 ab.
  • Als optionale Elemente umfasst die Wärmepumpen-Anlage (in einer Verschaltung, wie in Fig. 1 dargestellt) noch Rückschlagventile 16, einen Flüssigkeitsaufnehmer 17, einen Kondensatheizer 18, einen Filtertrockner 19 sowie ein (elektronisches) Expansionsventil 20 für den Kühlbetrieb, und ein (elektronisches) Expansionsventil 21 für den Heizbetrieb. Die Expansionsventile 20, 21 können in Verbindung mit einem Drucksensor 22 (saugseitig gegenüber dem Kompressor 10) verbunden sein. Druckseitig des Kompressors kann ein weiterer Drucksensor 23 vorgesehen sein. Alternativ zu den beiden Expansionsventilen 20, 21 kann auch ein einziges Biflow-Expansionsventil verwendet werden. Dadurch kann sich ein von Fig. 1 geringfügig abweichendes Kältekreisschema ergeben.
  • Der zweite Wärmetauscher 12 kann beispielsweise zum Austausch von Wärme zwischen Kältemittel des Kältemittelkreises 14 und Gas (z. B. Luft) ausgebildet sein. Das Gas kann beispielsweise über einen Eingang 25 einströmen und über einen Ausgang 26 ausströmen. Der erste Wärmetauscher 11 ist vorzugsweise zum Austausch mit einem in einem Sekundärkreis 24 strömenden Fluid (z. B. Wasser oder Wasser-Glykol-Gemisch) ausgebildet.
  • An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass alle oben beschriebenen Teile für sich alleine gesehen und in jeder Kombination, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellten Details, als erfindungswesentlich beansprucht werden. Abänderungen hiervon sind dem Fachmann geläufig.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Kompressor
    11
    erster Wärmetauscher
    12
    zweiter Wärmetauscher
    13
    Ventil
    14
    Kältemittelkreis
    15
    Niederdruckschalter
    16
    Prüfventil
    17
    Flüssigkeitsaufnehmer
    18
    Kondensatheizer
    19
    Filtertrockner
    20
    Expansionsventil (Kühlen)
    21
    Expansionsventil (Heizen)
    22
    Drucksensor (Niederdruck)
    23
    Drucksensor (Hochdruck)
    24
    Sekundärkreis
    25
    Eingang
    26
    Ausgang

Claims (10)

  1. Wärmepumpen-Anlage zum Heizen und/oder Kühlen, insbesondere eines Gebäudes oder Gebäudeteiles, umfassend einen ersten Wärmetauscher (11), insbesondere Plattenwärmetauscher, einen zweiten Wärmetauscher (12), und einen Niederdruckschalter (15), wobei der Niederdruckschalter (15) am ersten Wärmetauscher (11) angeordnet ist und konfiguriert ist, die Wärmepumpen-Anlage, insbesondere einen Kompressor (10) derselben, bei Erreichen oder Unterschreiten eines bestimmten Abschalt-Niederdruckes auszuschalten.
  2. Wärmepumpen-Anlage nach Anspruch 1,
    wobei der Niederdruckschalter (15) nicht in eine Regelung der Wärmepumpen-Anlage eingebunden ist oder zumindest nicht in eine Regelung des Kompressors (10) eingebunden ist.
  3. Wärmepumpen-Anlage nach Anspruch 1 oder 2,
    wobei der Niederdruckschalter (15) auf einer Niederdruckseite des ersten Wärmetauschers (11) in einem Kühlbetrieb und/oder Abtaubetrieb angeordnet ist.
  4. Wärmepumpen-Anlage nach Anspruch 1 oder 2,
    wobei der Niederdruckschalter (15) auf einer Hochdruckseite des ersten Wärmetauschers (11) in einem Kühlbetrieb und/oder Abtaubetrieb angeordnet ist.
  5. Wärmepumpen-Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei der erste Wärmetauscher (11) in einem Kühlbetrieb und/oder Abtaubetrieb als Verdampfer fungiert.
  6. Wärmepumpen-Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei der Abschalt-Niederdruck durch die Struktur und den Einbau des Niederdruckschalters (15) vordefiniert, insbesondere festgelegt bzw. konstant, ist.
  7. Wärmepumpen-Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei der Abschalt-Niederdruck an bestimmte Betriebsbedingungen anpassbar ist, wobei dazu insbesondere in der Wärmepumpen-Anlage hinterlegte Druck-Temperatur-Kennlinien und/oder eine, vorzugsweise elektronische, Berechnungseinheit der Wärmepumpen-Anlage herangezogen werden können.
  8. Wärmepumpen-Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei der Abschalt-Niederdruck einem Druck entspricht, bei dem eine Temperatur vorliegt, die eine Grenztemperatur darstellt, deren Unterschreitung im Kühl- und/oder Abtaubetrieb zu einem Einfrieren eines Mediums auf einer Sekundärseite des ersten Wärmetauschers (11) führt..
  9. Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpen-Anlage zum Heizen
    und/oder Kühlen, insbesondere eines Gebäudes oder Gebäudeteiles, vorzugsweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen ersten Wärmetauscher (11), insbesondere Plattenwärmetauscher, einen zweiten Wärmetauscher (12), und einen Niederdruckschalter (15), wobei der Niederdruckschalter (15) am ersten Wärmetauscher (11), insbesondere auf einer Niederdruckseite desselben vorzugsweise in einem Kühlbetrieb und/oder Abtaubetrieb, angeordnet ist und die Wärmepumpen-Anlage, insbesondere einen Kompressor (10) derselben, bei Erreichen oder Unterschreiten eines bestimmten Abschalt-Niederdruckes ausschaltet.
  10. Gebäude oder Gebäudeteil, umfassend eine Wärmepumpen-Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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