EP4542140A1 - Sammler und wärmepumpe - Google Patents

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Publication number
EP4542140A1
EP4542140A1 EP24193256.5A EP24193256A EP4542140A1 EP 4542140 A1 EP4542140 A1 EP 4542140A1 EP 24193256 A EP24193256 A EP 24193256A EP 4542140 A1 EP4542140 A1 EP 4542140A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
collector
refrigerant
housing
cover part
collector housing
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
EP24193256.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Nikolas SCHRÖDER
Marius Holtdirk
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
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 Stiebel Eltron GmbH and Co KG filed Critical Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Publication of EP4542140A1 publication Critical patent/EP4542140A1/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
    • F25B40/00—Subcoolers, desuperheaters or superheaters
    • 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
    • F25B40/00—Subcoolers, desuperheaters or superheaters
    • F25B40/06—Superheaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00—Component parts or details not otherwise provided for in this subclass
    • F25B2400/13—Economisers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00—Component parts or details not otherwise provided for in this subclass
    • F25B2400/16—Receivers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00—Component parts or details not otherwise provided for in this subclass
    • F25B2400/23—Separators
    • 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
    • F25B2500/18—Optimization, e.g. high integration of refrigeration components

Definitions

  • the invention relates to a collector for a refrigerant circuit and a heat pump with a collector in its refrigerant circuit.
  • a refrigerant circuit refrigerant is compressed, passed through a condensing heat exchanger, and condensed, before being passed through another evaporating heat exchanger, where the refrigerant evaporates. The refrigerant is then recompressed, and the process described above begins again.
  • buffer vessels are installed to temporarily store unused refrigerant and feed it back into the refrigerant circuit when needed. If such a buffer vessel is installed on the high-pressure side of a refrigerant circuit after the condenser, the buffer vessel is called a receiver.
  • a refrigerant circuit of the type mentioned above must regularly be operated in two directions for various reasons. In one direction, the refrigerant circuit runs in heating mode, and in the opposite direction, called reverse operation, in cooling mode. If a receiver is installed in such a refrigerant circuit, it is usually designed so that flow always occurs in one direction, despite the reversal of the refrigerant circuit direction, for example, by using check valves and combinations thereof or similar components. Alternatively, the receivers can be bypassed for individual operating directions, for example, by a bypass line. If the receiver can accommodate flow in both directions, it is called a "bi-flow receiver.”
  • the receiver housing allows a large distance between the inlet and outlet pipes to allow the refrigerant to settle in the receiver.
  • bubbles present in the condensed refrigerant should be removed from the receiver so that only liquid refrigerant is introduced into the refrigerant circuit at the receiver outlet. This is necessary for the operational reliability of the expansion valve.
  • state-of-the-art receivers have a relatively large diameter. Due to this large diameter of the receiver, a correspondingly large amount of refrigerant must be stored in the receiver sump, which is considered disadvantageous, especially with flammable refrigerants.
  • the collector is designed with manifold tubes designed as risers.
  • the risers extend through the housing interior into the sump of the collector in the area of the base section. The risers therefore only end in the sump, where the condensed refrigerant is collected.
  • the outlets of the risers are only a very short distance from the base plate of the sump and thus from the base plate of the base section of the collector housing.
  • the invention is based on the task of optimizing its refrigeration circuit.
  • the medium-pressure connection according to the first aspect of the invention is arranged either laterally in the wall of the collector housing or in the cover part of the collector housing.
  • the exact position of this connection is not critical. What is important, however, is the position of the free pipe end of the connection. This end should be located in the area of the cover part of the collector housing close to the cover part, but in such a way that the inflow of refrigerant is not impaired by the cover part.
  • the connection is arranged close to the cover part below it, the pipe part have a straight course, since in this cover part position the free pipe end is close enough to, but sufficiently far away from, the cover part.
  • the connection is positioned further away from the cover part, at least the free pipe end is bent or curved upwards towards the cover part.
  • the connection is arranged in the cover part, its pipe part preferably extends downwards for a short distance towards the base part of the collector housing.
  • a partition wall preferably in the form of a partition plate, is provided below the pipe part of the medium-pressure connection, which divides the interior of the collector housing into an upper and a lower area in order to increase the operational reliability of the collector and to provide flow calming.
  • the additional integrated heat exchanger according to the second aspect of the invention contributes to the optimization of the refrigeration cycle through its heat transfer.
  • the additional integrated heat exchanger transfers heat, in particular, from the liquid refrigerant inside the receiver to the suction gas of the compressor.
  • the additional integrated heat exchanger can be constructed in various ways, for example, as a coiled-tube heat exchanger or another known design. The principle and mode of operation always remain the same.
  • the additional heat exchanger comprises a refrigerant inlet and a refrigerant outlet, which preferably extend laterally through the collector housing.
  • the additional heat exchanger is preferably arranged in the lower region of the collector.
  • the multiply folded or serpentine tube of the heat exchanger is a smooth tube, an internally finned tube, or an externally finned tube.
  • the tube can also be internally and externally finned.
  • the pipes for the refrigerant inlet and the refrigerant outlet of the additional heat exchanger and/or the collector are designed as riser pipes which penetrate the collector housing in its housing interior from the cover part into the sump and that a flow calming agent is arranged between the riser pipes in the area of the sump.
  • the riser pipe connections to the refrigerant circuit are located on the cover of the collector housing. Alternatively, the riser pipes can also exit the collector housing from the side.
  • Condensed refrigerant enters the collector in liquid form and is stored there.
  • the liquid refrigerant can, of course, also contain gas bubbles, and it is precisely these gas bubbles that collect at the top of the collector according to the invention.
  • the collector incorporates a flow-calming device.
  • a partition wall is arranged between the riser pipes near the sump.
  • the partition wall also extends into the refrigerant-filled sump and, in effect, divides the sump into two.
  • the partition wall calms the flow of refrigerant flowing into the collector from one of the riser pipes. Because the ends of the riser pipes are so close to the base plate of the collector housing, a comparatively small amount of refrigerant is sufficient to fill the collector sump with refrigerant.
  • the partition wall that divides the sump in two ensures that the flow of refrigerant is calmed, so that the sump acts like a cooling pond for the incoming refrigerant. In particular, existing bubbles are effectively removed from the refrigerant in this way.
  • the pipe ends of the riser pipes extending into the sump are specially designed to provide flow calming agents.
  • the pipe ends are beveled in one advantageous embodiment.
  • the bevel of the pipe end(s) is designed such that the flow of the refrigerant entering through the riser pipes is deflected away from the respective other riser pipe.
  • the riser pipes are beveled at an angle of 30° - 60°, in particular approximately and particularly preferably exactly 45°.
  • the riser pipes can be bent, which also achieves the flow-calming effect away from the respective other riser pipe.
  • the collector housing is constructed as at least a two-part, three-part, or multi-part housing.
  • the collector housing initially comprises a bowl-like base part and a hood-like cover part.
  • one or more shell parts are arranged between the base part and the cover part.
  • the cover part, all optional shell parts, and the base part are firmly connected to one another, in particular welded together.
  • the receiver according to the invention can be operated bidirectionally as a "bi-flow receiver.”
  • Each of the riser pipes can thus be used as either an inlet pipe or an outlet pipe for the refrigerant mass flow.
  • the heat pump according to the invention uses a refrigerant circuit with the prescribed collector according to the invention.
  • the collector 10 shown for a refrigerant circuit comprises a three- or multi-part generally cylindrical collector housing 11 with a refrigerant collecting sump as a bowl-like bottom part 12 and a hood-like cover part 13.
  • Pipes for the refrigerant inlet and outlet penetrate the top section 13. These pipes are designed as riser pipes 14 and 15, which penetrate the entire interior of the collector housing 11 in the direction of its central longitudinal axis and extend to the sump in the base section 12 at a predetermined distance therefrom. Refrigerant flows into the base section 10 and thus the sump of the collector at the end of one riser pipe 14 facing the base section 12, partially or completely filling the base section 10. The liquid refrigerant that has escaped and, after settling in the associated sump chamber and freed of bubbles, flows along or up a baffle 16 that extends from the base section 12 to a predetermined height along the central axis of the collector housing 11.
  • the separating plate 16 blocks direct flow between the two riser pipes 14 and 15, so that the separating plate 16 acts as a flow-smoothing means.
  • the refrigerant advantageously flows substantially or entirely laterally along the separating plate 16 and into the adjacent sump chamber. From this chamber, the refrigerant temporarily stored in the collector is reintroduced into the refrigerant circuit as needed through the associated other riser pipe 15, which serves as the refrigerant outlet.
  • the pipe ends of the riser pipes 14 and 15 reinforce the flow-calming effect of the separating plate 16.
  • the shape of the pipe ends prevents the refrigerant flowing through one riser pipe 14 from flowing directly to the other riser pipe 15.
  • the pipe ends of the riser pipes 14 and 15 have bevels to provide the flow-calming effect.
  • a medium-pressure connection 17 is provided as a source for an intermediate injection of refrigerant into the compressor of the refrigeration circuit in the upper region of the collector housing 11.
  • the medium-pressure connection 17 comprises a pipe part 18 which projects into the interior of the collector housing 11 and whose free end lies below the cover part 13 at a distance from the latter.
  • the pipe part 18 penetrates the cylindrical shell of the collector housing 11 and runs inside the same initially parallel to the base and cover parts 12, 13, before ending in an end section under a bend which extends obliquely upwards in the direction of the cover part 13.
  • the Fig. 3 The embodiment of the collector 10 shown differs from the embodiments in Fig. 1 and Fig. 2 by the fact that the medium pressure connection 17 is provided in the cover part 13 between the two riser pipes 14 and 15. As in Fig. 2 the pipe part 18 extending parallel to the central axis of the collector housing 11 runs after a shorter course than in Fig. 1 kink-free into its end section. In this embodiment of the collector 10, the separating plate 19 is also Fig. 2 provided optionally.
  • an integrated additional heat exchanger is provided, which is arranged in the lower part of the collector housing in the area of the collector sump or in this.
  • the additional heat exchanger 20 comprises the actual heat exchanger 21 with a refrigerant inlet 22 and a refrigerant outlet 23, which penetrate the collector housing 11 laterally into its casing.
  • the folded or serpentine tube of the heat exchanger has one of the following features: the tube is designed as a smooth tube, as an internally finned tube, as an externally finned tube, or as a tube with both internal and external fins.
  • the independent measures to optimize the refrigeration circuit according to the Fig. 1 to Fig. 3 can also be implemented together in a further embodiment of a collector 10 in order to achieve an even higher level of optimization.

Landscapes

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Abstract

Ein Sammler (10) für einen Kältemittelkreislauf mit einem das kondensierte Kältemittel sammelnden Sumpf als Bodenteil (12) eines Sammlergehäuses (11), das ein Deckelteil (13) aufweist, und mit Rohren für den Kältemitteleintritt und den Kältemittelaustritt, umfasst erfindungsgemäß wenigstens eines, bevorzugt beides der folgenden Merkmale: a) einen Mitteldruckanschluss (17) für eine Zwischeneinspritzung von Kältemittel aus dem Sammler in den Verdichter im oberen Bereich des Sammlergehäuses (11) vorgesehen ist und ein Rohrteil (18) umfasst, das in den Innenraum des Sammlergehäuses (11) ragt und dessen freies Ende unter Abstand zum Deckelteil (13) unterhalb von diesem zu liegen kommt, b) einen zusätzlichen Wärmeübertrager (20), der im unteren Teil des Sammlergehäuses (11) angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Sammler für einen Kältemittelkreislauf und eine Wärmepumpe mit einem Sammler in ihrem Kältemittelkreislauf.
  • In einem Kältemittelkreislauf wird Kältemittel verdichtet, durch einen verflüssigend wirkenden Wärmeübertrager geleitet und dabei kondensiert, um durch einen weiteren verdampfend wirkenden Wärmeübertrager geleitet zu werden, in dem das Kältemittel verdampft. Anschließend wird das Kältemittel wieder verdichtet und der beschriebene Prozess beginnt von Neuem. Um den Kältemittelkreislauf bzw. diesen Prozess bei variierenden Randbedingungen zu optimieren, werden Puffergefäße eingebaut, die nicht benötigtes Kältemittel zwischenspeichern und bei Bedarf wieder in den Kältemittelkreislauf einspeisen. Wird ein derartiges Puffergefäß auf der Hochdruckseite eines Kältemittelkreislaufs nach dem Kondensator eingebaut, wird das Puffergefäß als Sammler bezeichnet.
  • Ein Kältemittelkreislauf der eingangs genannten Art muss regelmäßig aus diversen Gründen in zwei Richtungen betrieben werden. In der einen Richtung läuft der Kältemittelkreislauf im Heizbetrieb und in der entgegengesetzten anderen Richtung, genannt Umkehrbetrieb, im Kühlbetrieb. Wird in einen derartigen Kältemittelkreislauf ein Sammler eingebaut, ist dieser üblicherweise so ausgebildet, dass er trotz Umkehrung der Richtung des Kältekreises immer in einer Richtung durchströmt wird, indem beispielsweise Rückschlagventile und Kombinationen davon oder ähnliche Bauteile verwendet werden. Alternativ können die Sammler für einzelne Betriebsrichtungen umgangen werden, beispielsweise durch eine Bypass-Leitung. Kann der Sammler in beide Richtungen durchströmt werden, wird er als "Bi-Flow-Sammler" bezeichnet.
  • Insbesondere beim Betrieb als "Bi-Flow-Sammler" ist es vorteilhaft, wenn das Sammlergehäuse einen großen Abstand der Einlass- und Auslassrohre zueinander ermöglicht, damit sich das Kältemittel im Sammler beruhigen kann. Insbesondere sollen im kondensierten Kältemittel vorhandene Blasen im Sammler ausgeschieden werden, damit am Sammleraustritt nur flüssiges Kältemittel in den Kältemittelkreislauf eingeleitet wird. Dies ist für die Betriebssicherheit des Expansionsventils erforderlich. Um den großen Abstand der Rohre zur Verfügung zu stellen, weisen die Sammler nach dem Stand der Technik einen relativ großen Durchmesser auf. Aufgrund dieses großen Durchmessers des Sammlers muss auch eine entsprechend große Menge an Kältemittel im Sumpf des Sammlers vorgehalten werden, was insbesondere bei brennbaren Kältemitteln als nachteilhaft angesehen wird.
  • Auch aus umwelttechnischen Gründen ist es erstrebenswert, einen Kältemittelkreislauf mit einer möglichst geringen Kältemittelmenge zu realisieren.
  • Um einen Sammler mit einem möglichst geringen Sammlervolumen zu realisieren, ist in der DE 10 2022 134 307.3 vorgesehen, dass der Sammler als Steigrohre ausgebildete Sammlerrohre aufweist. Die Steigrohre durchsetzen den Gehäuseinnenraum bis in den Sumpf des Sammlers im Bereich des Bodenteils hinein. Die Steigrohre enden also erst im Sumpf, in dem das kondensierte Kältemittel gesammelt wird. Die Austritte der Steigrohre weisen dabei einen nur noch sehr geringen Abstand zur Bodenplatte des Sumpfes und damit zur Bodenplatte des Bodenteils des Sammlergehäuses auf.
  • Ausgehend von diesem Sammler liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, dessen Kältekreislauf zu optimieren.
  • Diese Aufgabe ist durch den Gegenstand des Anspruchs 1 und 10 gelöst. Die rückbezogenen Ansprüche betreffen zweckmäßige und erfinderische Weiterbildungen dieser Erfindung.
  • Gemäß der Erfindung weist der Sammler zwei unabhängige Aspekte auf, die alternativ oder gemeinsam verwirklich sein können, nämlich:
    1. 1. Aspekt: der Sammler weist einen Mitteldruckanschluss für eine Zwischeneinspritzung von Kältemittel in den Verdichter im oberen Bereich des Sammlergehäuses auf, welcher Anschluss ein Rohrteil umfasst, das in den Innenraum des Sammlergehäuses ragt und dessen freies Ende unter Abstand zum Deckelteil unterhalb von diesem zu liegen kommt.
    2. 2. Aspekt: der Sammler weist einen integrierten zweiten Wärmeübertrager auf, die im unteren Teil des Sammlergehäuses angeordnet ist.
  • Der Mitteldruckanschluss gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ist entweder seitlich in der Wandung des Sammlergehäuses oder im Deckelteil des Sammlergehäuses angeordnet. Unkritisch ist dabei die genaue Position dieses Anschlusses. Worauf es hingegen ankommt, ist die Position des freien Rohrendes des Anschlusses. Dieses Ende soll im Bereich des Deckelteils des Sammlergehäuses nahe am Deckelteil liegen, jedoch so, dass die Einströmung von Kältemittel durch das Deckelteil nicht beeinträchtigt wird. Bei einer Anordnung des Anschlusses nahe am Deckelteil unterhalb von diesem, kann das Rohrteil einen geraden Verlauf aufweisen, da in dieser Deckelteil-Position das freie Rohrende nahe genug am, jedoch ausreichend weit entfernt vom Deckelteil zu liegen kommt. Im Fall, dass der Anschluss weiter entfernt vom Deckelteil positioniert ist, ist verläuft zumindest das freie Rohrende nach oben in Richtung auf das Deckelteil gebogen bzw. gekrümmt. Bei im Deckelteil angeordnetem Anschluss erstreckt sich dessen Rohrteil bevorzugt über eine kurze Strecke nach unten Richtung Bodenteil des Sammlergehäuses.
  • In dem Sammlergehäuse ist unter dem Rohrteil des Mitteldruckanschlusses eine Trennwand, bevorzugt in Gestalt eines Trennblechs vorgesehen ist, die das Innere des Sammlergehäuses in einen oberen und einen unteren Bereich unterteilt, um die Betriebssicherheit des Sammlers zu erhöhen und eine Strömungsberuhigung bereitzustellen.
  • Der zusätzliche integrierte Wärmeübertrager gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung trägt zur Optimierung des Kältekreislaufs durch ihre Wärmeübertragung bei. Der zusätzliche integrierte Wärmeübertrager überträgt insbesondere Wärme von dem flüssigen Kältemittel im Inneren des Sammlers an das Sauggas des Verdichters bzw. Kompressors. Der zusätzliche integrierte Wärmeübertrager kann unterschiedlich aufgebaut sein, beispielsweise als Rohrwendel-Wärmeübertrager oder als eine andere bekannte Bauform . Prinzip und Funktionsweise bleiben dabei stets gleich.
  • Erfinderischer Weise umfasst der zusätzliche Wärmeübertrager einen Kältemitteleintritt und einem Kältemittelaustritt, die das Sammlergehäuse bevorzugt seitlich durchsetzen. Der zusätzliche Wärmeübertrager ist bevorzugt im unteren Bereich des Sammlers angeordnet. Bei dem mehrfach gefalteten bzw. schlangenförmig ausgebildeten Rohr des Wärmetauschers handelt es sich um ein glattes Rohr, um ein innenberipptes Rohr oder um ein außenberipptes Rohr. Das Rohr kann auch innen- und außenberippt sein
  • Vorteilhafterweise sind die Rohre für den Kältemitteleintritt und den Kältemittelaustritt des zusätzlichen Wärmeübertragers und/oder des Sammlers als Steigrohre ausgebildet, die das Sammlergehäuse in seinem Gehäuseinnenraum vom Deckelteil bis in den Sumpf hinein durchsetzen und dass im Bereich des Sumpfes ein Strömungsberuhigungsmittel zwischen den Steigrohren angeordnet ist.
  • Die Anschlüsse der Steigrohre an den Kältemittelkreislauf sind in einer Ausführung an dem Deckelteil des Sammlergehäuses angeordnet. Alternativ können die Steigrohre auch seitlich aus dem Sammlergehäuse austreten.
  • In den Sammler tritt insbesondere kondensiertes Kältemittel flüssig ein und wird dort eingelagert. Auch das flüssige Kältemittel kann natürlich Gasblasen enthalten und genau diese Gasblasen sammeln sich oben in dem erfindungsgemäßen Sammler.
  • Um die Strömung zwischen den Steigrohren im Bereich ihrer Enden zu beruhigen, umfasst der Sammler ein Strömungsberuhigungsmittel. In einer Ausführung ist hierfür im Bereich des Sumpfes eine Trennwand zwischen den Steigrohren angeordnet. Die Trennwand ragt auch in den mit Kältemittel befüllten Sumpf hinein und sorgt gleichsam für eine Zweiteilung des Sumpfes. Die Trennwand beruhigt die Strömung des in den Sammler aus einem der Steigrohre einströmenden Kältemittels. Wegen des geringen Abstandes der Enden der Steigrohre zur Bodenplatte des Sammlergehäuses genügt eine vergleichsweise geringe Kältemittelmenge, um den Sumpf des Sammlers mit Kältemittel zu füllen.
  • Die den Sumpf zweiteilende Trennwand sorgt für eine Beruhigung der Strömung des Kältemittels, sodass der Sumpf für das einströmende Kältemittel nach Art eines Abklingbeckens wirkt. Insbesondere werden vorhandene Blasen dem Kältemittel auf diese Weise wirksam entzogen.
  • Alternativ oder zusätzlich sind die Rohrenden der in den Sumpf hineinreichenden Steigrohre speziell zur Strömungsberuhigungsmittel ausgestaltet.
  • Hierfür sind die Rohrenden in einer vorteilhaften Ausführung abgeschrägt. Insbesondere ist die Abschrägung des bzw. der Rohrenden so ausgeführt, dass die Strömung des durch die Steigrohre eintretenden Kältemittels von dem jeweiligen anderen Steigrohr weggelenkt wird. Vorzugsweise sind die Steigrohre unter einem Winkel von 30° - 60°, insbesondere etwa und besonders bevorzugt genau 45° abgeschrägt. Alternativ oder zusätzlich zu einer Abschrägung können die Steigrohre abgebogen sein, wodurch ebenfalls die Strömungsberuhigende Wirkung weg von dem jeweils anderen Steigrohr erreicht wird.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist das Sammlergehäuse als zumindest zweiteiliges oder dreiteiliges oder mehrteiliges Gehäuse aufgebaut. Das Sammlergehäuse weist zunächst ein schüsselartiges Bodenteil und ein haubenartiges Deckelteil auf. Zwischen Bodenteil und Deckelteil sind vorteilhaft eines oder mehrere Mantelteile angeordnet. Im Montageendzustand sind das Deckelteil, sämtliche optionalen Mantelteile und das Bodenteil fest miteinander verbunden, insbesondere miteinander verschweißt.
  • Der Sammler gemäß der Erfindung ist bidirektional als "Bi-Flow-Sammler" betreibbar. Jedes der Steigrohre kann somit sowohl als Eintrittsrohr als auch als Austrittsrohr für den Kältemittelmassenstrom wahlweise genutzt werden.
  • Die Wärmepumpe gemäß der Erfindung nutzt schließlich einen Kältemittelkreislauf mit dem vorgeschriebenen Sammler gemäß der Erfindung.
  • Anhand des in den Zeichnungsfiguren dargestellten Ausführungsbeispiels ist die Erfindung mit weiteren Einzelheiten erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine Längsschnittansicht einer Ausführungsform eines Sammlers gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung mit einem Mitteldruckanschluss für eine Zwischeneinspritzung von Kältemittel, der in einer Wandung des Sammlergehäuses vorgesehen ist
    Fig. 2
    eine Längsschnittansicht einer modifizierten Ausführungsform eines Sammlers gemäß Fig. 1
    Fig. 3
    eine Längsschnittansicht einer Ausführungsform eines Sammlers gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung mit einem Mitteldruckanschluss für eine Zwischeneinspritzung von Kältemittel, der in einem Deckelteil des Sammlergehäuses vorgesehen ist, und
    Fig. 4
    eine Längsschnittansicht einer Ausführungsform eines Sammlers gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung mit einem zusätzlichen Wärmeübertrager, der im unteren Teil des Sammlergehäuses angeordnet ist.
  • Identische und baugleiche Teile sind mit identischen Bezugsziffern versehen. Die Figuren können teilweise vereinfachte oder schematische Darstellungen enthalten. Verschiedene Ansichten gleicher Teile können unterschiedlich skaliert sein.
  • Der in Fig. 1 gezeigte Sammler 10 für einen Kältemittelkreislauf umfasst ein drei- oder mehrteiliges allgemein zylindrisches Sammlergehäuse 11 mit einem Kältemittel sammelnden Sumpf als schüsselartiges Bodenteil 12 und einem haubenartigen Deckelteil 13.
  • Rohre für den Kältemitteleintritt und den Kältemittelaustritt durchsetzen das Deckenteil 13. Diese Rohre sind als Steigrohre 14 und 15 ausgebildet, die den gesamten Gehäuseinnenraum des Sammlergehäuses 11 in Richtung seiner Mittellängsachse durchsetzen und sich bis zum Sumpf im Bodenteil 12 unter einem vorgegebenen Abstand zu diesem erstrecken. Kältemittel strömt an dem Bodenteil 12 zugewandten Ende des einen Steigrohres 14 in das Bodenteil 10 und damit den Sumpf des Sammlers ein und füllt das Bodenteil 10 teilweise oder ganz. Das ausgetretene und in der zugehörigen Kammer des Sumpfes beruhigte und von Blasen befreite, flüssige Kältemittel strömt an einem Trennblech 16 entlang oder hoch, das vom Bodenteil 12 bis auf eine vorgegebene Höhe entlang der Mittelachse des Sammlergehäuses 11 hochsteht. Das Trennblech 16 blockiert eine direkte Strömung zwischen den beiden Steigrohren 14 und 15, so dass das Trennblech 16 als Strömungsberuhigungsmittel wirkt. Das Kältemittel strömt vorteilhaft im Wesentlichen oder auch komplett seitlich am Trennblech 16 entlang und in die benachbarte Kammer des Sumpfes. Aus dieser Kammerwird das im Sammler zwischengespeicherte Kältemittel bei Bedarf durch das zugeordnete andere Steigrohr 15, welches als Kältemittelaustritt dient, wieder in den Kältemittelkreislauf eingeleitet.
  • Die Rohrenden der Steigrohre 14 und 15 verstärken die strömungsberuhigende Wirkung des Trennblechs 16. Durch die Gestalt der Rohrenden wird vermieden, dass das eine Steigrohr 14 strömendes Kältemittel auf direktem Weg zu dem anderen Steigrohr 15 gelangt. In der Längsschnittansicht der Fig. 1 weisen die Rohrenden der Steigrohre 14 und 15 Abschrägungen zur Bereitstellung der strömungsberuhigenden Wirkung auf.
  • Um den Kältekreislauf zu optimieren ist in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform des Sammlers 10 ein Mitteldruckanschluss 17 als Quelle für eine Zwischeneinspritzung von Kältemittel in das den Verdichter des Kältekreislaufs im oberen Bereich des Sammlergehäuses 11 vorgesehen. Der Mitteldruckanschluss 17 umfasst ein Rohrteil 18, das in den Innenraum des Sammlergehäuses 11 ragt und dessen freies Ende unter Abstand zum Deckelteil 13 unterhalb von diesem zu liegen kommt. Das Rohrteil 18 durchsetzt den zylindrischen Mantel des Sammlergehäuses 11 und verläuft im Innern desselben zunächst parallel zu den Boden- und Deckelteilen 12, 13, um in einem Endabschnitt unter einem Knick auszulaufen, der sich schräg nach oben in Richtung auf das Deckelteil 13 erstreckt.
  • Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform des Sammlers 10 unterscheidet sich von der Ausführungsform in Fig 1 dadurch, dass der Mitteldruckanschluss 17 näher am Deckelteil 13 zu liegen kommt, und dass sein Rohrteil 18 nach kürzerem Verlauf als in Fig. 1 knickfrei bzw. krümmungsfrei in seinen Endabschnitt ausläuft. Außerdem ist unter dem Niveau des Rohrteils 18 ein optionales Trennblech 19 vorgesehen, das parallel zu den Boden- und Deckelteilen 12, 13 verläuft und das innere des Sammlerbehälters 11 in einen oberen Bereich kleineren Volumens und einen unteren Bereich größeren Volumens unterteilt, um die Betriebssicherheit des Sammlers zu erhöhen. Das Trennblech 19 kann auch bei der Ausführungsform des Sammlers 10 von Fig. 1 vorgesehen sein. Der genaue Verlauf des Mitteldruckanschlusses 17 ist untergeordnet, solange die Leitung in der Nähe des oberen Doms des Sammlers 10 endet, vorzugsweise nicht weniger als 10% von der Höhe des Sammlers 10 von dessen Deckelteil 13 beabstandet ist.
  • Die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsform des Sammlers 10 unterscheidet sich von den Ausführungsformen in Fig. 1 und Fig. 2 dadurch, dass der Mitteldruckanschluss 17 im Deckelteil 13 vorgesehen zwischen den beiden Steigrohren 14 und 15 ist. Wie in Fig. 2 läuft das parallel zur Mittelachse des Sammlergehäuses 11 sich erstreckende Rohrteil 18 nach kürzerem Verlauf als in Fig. 1 knickfrei in seinen Endabschnitt aus. Auch bei dieser Ausführungsform des Sammlers 10 ist das Trennblech 19 on Fig. 2 optional vorgesehen.
  • Um den Kältekreislauf zu optimieren, ist alternativ zu den Ausführungsformen des Sammlers 10 von Fig. 1 bis Fig. 3 in der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform des Sammlers 10 ein integrierter zusätzlicher Wärmeübertrager vorgesehen, die im unteren Teil des Sammlergehäuses im Bereich des Sammler-Sumpfes bzw. in diesem angeordnet ist. Der Zusätzliche Wärmeübertrager 20 umfasst den eigentlichen Wärmeübertrager 21 mit einem Kältemitteleintritt 22 und einem Kältemittelaustritt 23, die das Sammlergehäuse 11 seitlich in dessen Mantel durchsetzen. Das gefaltete bzw. schlangenförmig verlaufende Rohr des Wärmetauschers weist eines der folgenden Merkmale auf: das Rohr ist als glattes Rohr, als innenberipptes Rohr, als außenberipptes Rohr, oder als sowohl innen- als auch außenberipptes Rohr ausgebildet.
  • Die unabhängigen Maßnahmen zur Optimierung des Kältekreislaufs gemäß den Fig. 1 bis Fig. 3 können auch in einer weiteren Ausführungsform eines Sammlers 10 gemeinsam realisiert sein, um ein noch höheres Optimierungsniveau zu realisieren.
    • Liste der Bezugszeichen
    • 10
    Sammler
    11
    Sammlergehäuse
    12
    Bodenteil
    13
    Deckelteil
    14
    Steigrohr
    15
    Steigrohr
    16
    Trennblech am Bodenteil
    17
    Mitteldruckanschluss
    18
    Rohrteil
    19
    Trennblech im Bereich des Mitteldruckanschlusses
    20
    Zusätzlicher Wärmeübertrager
    21
    Wärmeübertrager
    22
    Kältemitteleintritt
    23
    Kältemittelaustritt

Claims (10)

  1. Sammler (10) für einen Kältemittelkreislauf mit einem das kondensierte Kältemittel sammelnden Sumpf als Bodenteil (12) eines Sammlergehäuses (11), das ein Deckelteil (13) aufweist, und mit Rohren für den Kältemitteleintritt (14) und den Kältemittelaustritt (15) in den Sammler (10),
    dadurch gekennzeichnet, dass der Sammler (11) wenigstens eines, bevorzugt beides der folgenden Merkmale aufweist:
    a) einen Mitteldruckanschluss (17) für eine Zwischeneinspritzung von Kältemittel im oberen Bereich des Sammlergehäuses (11) vorgesehen ist und ein Rohrteil (18) umfasst, dass in den Innenraum des Sammlergehäuses (11) ragt und dessen freies Ende unter Abstand zum Deckelteil (13) unterhalb von diesem zu liegen kommt,
    b) einen integrierten zusätzlichen Wärmeübertrager (20), der im unteren Teil des Sammlergehäuses (11) angeordnet ist.
  2. Sammler (10) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Mitteldruckanschluss (17) seitlich in der Wandung des Sammlergehäuses (11) angeordnet ist.
  3. Sammler (10) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Mitteldruckanschluss (17) im Deckelteil (13) des Sammlergehäuses (11) angeordnet ist.
  4. Sammler (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass in dem Sammlergehäuse (11) unter dem Rohrteil (18) eine Trennwand vorgesehen ist, die das Innere des Sammlergehäuses (11) in einem oberen und einen unteren Bereich unterteilt.
  5. Sammler (10) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Wärmeübertrager (20) einen Kältemitteleintritt (22) und einem Kältemittelaustritt (23) umfasst, die das Sammlergehäuse (11) seitlich durchsetzen.
  6. Sammler (10) nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Wärmeübertrager (20) eines der folgenden Merkmale aufweist:
    das gebogene Rohr des Wärmeübertragers (21) ist als glattes Rohr, innenberippt und/oder außenberippt ausgebildet ist.
  7. Sammler (10) nach einem der Ansprüche 2 oder 5 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre für den Kältemitteleintritt (14) und den Kältemittelaustritt (15) in den Sammler (10) als Steigrohre (14, 15) ausgebildet sind und das Sammlergehäuse (11) in seinem Gehäuseinnenraum vom Deckelteil (13) bis in den Sumpf hinein durchsetzen und dass im Bereich des Sumpfes ein Strömungsberuhigungsmittel in Gestalt eines Trennblechs (16) zwischen den Steigrohren (14, 15) angeordnet ist.
  8. Sammler (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    gekennzeichnet durch ein zwei-, drei- oder mehrteiliges Sammlergehäuse (11) mit einem schüsselartigen Bodenteil (12) und einem haubenartig gebildeten Deckelteil (13), wobei optional ein oder mehrere verbindende Mantelteile zwischen dem Bodenteil (12) und dem Deckelteil (13) angeordnet ist bzw. sind.
  9. Sammler (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Sammler (10) bidirektional betreibbar ist, so dass jedes der Steigrohre (14, 15) sowohl als Eintrittsrohr als auch als Austrittsrohr für den Kältemittelmassenstrom nutzbar ist.
  10. Wärmepumpe mit einem Sammler (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 im Kältemittelkreislauf.
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