WO2011023352A2 - Heat pump - Google Patents

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WO2011023352A2
WO2011023352A2 PCT/EP2010/005153 EP2010005153W WO2011023352A2 WO 2011023352 A2 WO2011023352 A2 WO 2011023352A2 EP 2010005153 W EP2010005153 W EP 2010005153W WO 2011023352 A2 WO2011023352 A2 WO 2011023352A2
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heat pump
heat
medium
heat exchanger
pump circuit
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Karsten Uitz
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Karsten Uitz
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B29/00Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously
    • F25B29/003Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously of the compression type system
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2339/00Details of evaporators; Details of condensers
    • F25B2339/04Details of condensers
    • F25B2339/047Water-cooled condensers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00General 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
    • F25B2400/06Several compression cycles arranged in parallel

Definitions

  • the invention relates to a heat pump according to the preamble of claim 1.
  • the invention has for its object to provide a heat pump, which has a relatively high COP value.
  • the invention is based on a heat pump with a first heat pump circuit comprising an inlet heat exchanger and an outlet heat exchanger.
  • the input heat exchanger is in the working state of a primary medium of a heat source flows through.
  • the primary medium can be liquid or gaseous.
  • the input heat exchanger is designed for the evaporation of a heat pump circuit medium, which flows through the first heat pump circuit.
  • a compressor unit is provided, the vaporized
  • Heat pump circuit medium can be supplied to the output heat exchanger.
  • the output heat exchanger can as
  • Condenser heat exchanger may be formed.
  • the secondary side of the output heat exchanger is flowed through in the working state of a secondary medium which has a higher temperature than the primary medium.
  • the heat pump comprises at least a second heat pump cycle, with an input heat exchanger and an output heat exchanger, wherein the input heat exchanger of the first and second
  • Heat pump circuits primary side and the output heat exchanger of the first and second heat pump circuit are connected on the secondary side in each case in series. This will be the
  • Heat pump circuit medium for both circuits is less than half of the workload of a single-circuit heat pump, assuming equal temperature levels.
  • Input heat exchanger together the temperature difference of a flow and return of the primary medium completely drops. The heat input into the heat pump takes place accordingly
  • the heat pump is designed such that over the
  • the heat pump can be designed such that with a
  • the second and optionally each further heat pump cycle of the basic structure is constructed as the first heat pump cycle, i. with a
  • Inlet heat exchanger in particular an evaporator inlet heat exchanger and an outlet heat exchanger
  • a condenser outlet heat exchanger and a compressor unit in particular a condenser outlet heat exchanger and a compressor unit.
  • an additional heat exchanger can be provided, which heats the evaporated, to be compressed medium in countercurrent, at the same time before the back flowing from the output heat exchanger medium the evaporation is cooled. Also by this measure, the efficiency of the heat pump can be further improved.
  • Invention is at least a third heat pump cycle
  • Heat pump circuits primary side and the output heat pumps of the heat pump circuits are connected on the secondary side in each case in series.
  • the figure shows a schematic structure of a
  • a heat pump 1 is shown in a schematic block diagram, in which two heat pump circuits 2, 3 are coupled together.
  • the first heat pump cycle 2 includes a
  • Evaporator 4 a countercurrent heat exchanger 5, a plurality of compressor 6 between eg shut-off valves 7, a Kondensatorenausgangskorleyer 8, a collection unit 9, a filter dryer 10 and an injection valve 11.
  • a sight glass 12 and a further shut-off valve 13 is provided be.
  • the heat exchangers 4, 8 each have a primary side 4a, 8a and a secondary side 4b, 8b.
  • Supply line or the return line for a primary medium of a heat source and 15a and 15b, the flow line and the return line of a secondary medium are designated.
  • the heat pump 1 according to the invention operates according to the following principle:
  • the first heat pump cycle 2 is picked out.
  • a primary medium is supplied via the flow line 14a with e.g. a temperature of 43.5 ° C in the primary side 4a of
  • the reflux of the primary medium may e.g. have a temperature of 39 ° C.
  • the liquid refrigerant is further cooled down, which also has a COP value improvement result.
  • the vaporized and heated refrigerant is by means of the compressor 6 to a desired condensing pressure;
  • Refrigerant is the condenser heat exchanger 8 of the first heat pump circuit 2, for example, supplied with a temperature of about 100 0 C.
  • a predetermined amount is delivered to a heat sink 20. This is the
  • Secondary side 8b of the capacitor output heat exchanger 8 flows through a secondary medium via the feed line 15a. Preheated by the output heat exchanger 8 of the second heat pump circuit 3 secondary medium is thereby brought to a predetermined target temperature.
  • the secondary medium flows to reach the target temperature of the output heat exchanger 8 of the second heat pump cycle 3 via a connecting line 16 in the secondary side
  • Outgoing heat exchanger 8 flows into the collecting unit 9. From there it is guided through the filter drier 10, the sight glass 12 and the countercurrent heat exchanger 5 to the injection valve 11.
  • the injection valve 11 acts as a throttle member and lowers the refrigerant pressure to a desired
  • Refrigerant again absorb heat from the primary medium and the heat pump cycle begins again.
  • the evaporator of the evaporator input heat exchanger of the second heat pump circuit 3 extracts the primary medium approximately the second half of the amount of heat that is to be withdrawn. As a result, the primary medium cools by about half of the predetermined temperature difference. In terms of numbers, this can look like this:
  • the flow of the primary medium has a temperature of, for example, 43.5 ° C, at the exit from the evaporator inlet heat exchanger 8 of the first heat pump cycle 2, the temperature is
  • the primary medium is introduced at this temperature via a connecting line 17 in the evaporator inlet heat exchanger 4 of the second heat pump circuit 3 and that from the evaporator inlet heat exchanger 4 of the second
  • Heat pump circuit 3 discharged primary medium is e.g. cooled to 39 ° C.
  • the primary medium is cooled by half the predetermined temperature difference.
  • the vaporized refrigerant then flows through the
  • the vaporized and heated refrigerant is by means of the compressor 6 to the desired
  • Condenser heat exchanger 8 of the second heat pump circuit 3 is supplied. Here is the intended amount of heat to the
  • the secondary medium in this process is only half of the desired
  • the further process corresponds to that of the first heat pump cycle. 2
  • the amount of heat given off corresponds approximately to the heat absorbed by the primary medium
  • Compressor engine waste heat In contrast to conventional heat pump systems, which are normally limited to a maximum temperature of 75 ° C, can be achieved by the system according to the invention temperatures in the secondary medium of about 100 0 C, with a comparatively high COP value. In principle, this is achieved in that the medium to be heated flows through two heat exchangers in succession, the input heat exchanger of the first heat pump cycle and then the input heat exchanger of the second heat pump cycle. For example, divided in half dissipated heat amounts are then in the respective
  • Heat pump circuit set to a predetermined temperature high, whereby the distribution of the amount of heat and the
  • the feed line 15a for a heat sink is guided on a mixer 18, the heated secondary medium of the secondary medium in the return line 15b for a desired
  • a required volume flow is e.g. by a
  • Buffer loading pump 19 is provided.

Abstract

The invention relates to a heat pump (1) having a first heat pump circuit (2), which comprises an input heat exchanger (4) and an output heat exchanger (8), wherein there is a primary medium from a heat source flowing through the input heat exchanger (4) in the operating state and, on the secondary side, said medium is designed to evaporate a heat pump circuit medium which flows through the first heat pump circuit (2). According to the invention, a compressor unit (6) compresses evaporated heat pump circuit medium, wherein there is a feed means, through which the compressed heat pump circuit medium can be fed to the output heat exchanger (8), and there is a secondary medium flowing through the secondary side of the output heat exchanger (8) in the operating state, said medium being at a higher temperature than the primary medium. According to the invention, the heat pump (1) comprises at least one second heat pump circuit (3) having an input heat exchanger (4) and an output heat exchanger (8), wherein the primary sides of the input heat exchangers (4) of the first and second heat pump circuit (2, 3), and the secondary sides of the output heat exchangers (8) of the first and second heat pump circuit (2, 3) in each case are connected in series.

Description

„Wärmepumpe" "Heat pump"
Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a heat pump according to the preamble of claim 1.
Stand der Technik: State of the art:
Mit einer Wärmepumpe wird unter Zufuhr von Arbeit die With a heat pump is under supply of work the
Temperatur eines Mediums von einem vorgegebenen Temperature of a medium of a given
Temperaturniveau auf ein höheres Temperaturniveau angehoben. Das Verhältnis von nutzbarer Wärmeleistung zu zugeführter, zum Beispiel elektrischer Leistung wird als Leistungszahl in der Fachliteratur als COP "Coefficient Of Performance" bezeichnet. Temperature level raised to a higher temperature level. The ratio of usable heat output to supplied, for example, electrical power is called coefficient of performance in the literature as COP "Coefficient Of Performance".
Aufgabe und Vorteile der Erfindung: Object and advantages of the invention:
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmepumpe bereitzustellen, die einen vergleichsweise hohen COP-Wert besitzt. The invention has for its object to provide a heat pump, which has a relatively high COP value.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. This object is solved by the features of claim 1.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung angegeben. In the dependent claims advantageous and expedient developments of the invention are given.
Die Erfindung geht von einer Wärmepumpe aus, mit einem ersten Wärmepumpenkreis, der einen Eingangswärmetauscher und einen Ausgangswärmetauscher umfasst. Der Eingangswärmetauscher wird im Arbeitszustand von einem Primärmedium einer Wärmequelle durchflössen. Das Primärmedium kann dabei flüssig oder gasförmig sein. Sekundärseitig ist der Eingangswärmetauscher zur Verdampfung eines Wärmepumpenkreismediums ausgelegt, das den ersten Wärmepumpenkreis durchströmt. Außerdem ist eine Verdichtereinheit vorgesehen, die verdampftes The invention is based on a heat pump with a first heat pump circuit comprising an inlet heat exchanger and an outlet heat exchanger. The input heat exchanger is in the working state of a primary medium of a heat source flows through. The primary medium can be liquid or gaseous. On the secondary side, the input heat exchanger is designed for the evaporation of a heat pump circuit medium, which flows through the first heat pump circuit. In addition, a compressor unit is provided, the vaporized
Wärmepumpenkreismedium verdichtet, wobei Zuführmittel Heat pump circuit medium compacted, wherein supply means
vorhanden sind, über welche verdichtetes are present, over which compacted
Wärmepumpenkreismedium dem Ausgangswärmetauscher zugeführt werden kann. Der Ausgangswärmetauscher kann als  Heat pump circuit medium can be supplied to the output heat exchanger. The output heat exchanger can as
Kondensatorwärmetauscher ausgebildet sein. Die Sekundärseite des Ausgangswärmetauschers wird im Arbeitszustand von einem Sekundärmedium durchflössen, das eine höhere Temperatur besitzt als das Primärmedium. Condenser heat exchanger may be formed. The secondary side of the output heat exchanger is flowed through in the working state of a secondary medium which has a higher temperature than the primary medium.
Der Kern der Erfindung liegt nun darin, dass die Wärmepumpe mindestens einen zweiten Wärmepumpenkreis umfasst, mit einem Eingangswärmetauscher und einem Ausgangswärmetauscher, wobei die Eingangswärmetauscher der ersten und zweiten The essence of the invention lies in the fact that the heat pump comprises at least a second heat pump cycle, with an input heat exchanger and an output heat exchanger, wherein the input heat exchanger of the first and second
Wärmepumpenkreise primärseitig und die Ausgangswärmetauscher des ersten und zweiten Wärmepumpenkreises sekundärseitig jeweils in Reihe geschaltet sind. Damit werden die Heat pump circuits primary side and the output heat exchanger of the first and second heat pump circuit are connected on the secondary side in each case in series. This will be the
Primärseiten der Eingangswärmetauscher von Primärmedium und die Sekundärseiten der Ausgangswärmetauscher von Primary sides of the input heat exchanger of primary medium and the secondary sides of the output heat exchanger of
Sekundärmedium in Reihe durchströmt. Secondary medium flows through in series.
Durch die Verwendung von wenigstens einem zweiten By using at least a second one
Wärmepumpenkreis verbessert sich der COP-Wert erheblich, da der Arbeitsaufwand bei der Verdichtung von Heat pump cycle, the COP value improves significantly, since the workload in the compression of
Wärmepumpenkreismedium für beide Kreise weniger als die Hälfte des Arbeitsaufwands bei einer einkreisigen Wärmepumpe ist, unter der Voraussetzung gleicher Temperaturniveaus.  Heat pump circuit medium for both circuits is less than half of the workload of a single-circuit heat pump, assuming equal temperature levels.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die In a preferred embodiment of the invention is the
Wärmepumpe so ausgelegt, dass im Arbeitszustand über die Heat pump designed so that in working condition on the
Eingangswärmetauscher zusammen die Temperaturdifferenz eines Vor- und Rücklaufs des Primärmediums vollständig abfällt. Der Wärmeeintrag in die Wärmepumpe erfolgt dementsprechend Input heat exchanger together the temperature difference of a flow and return of the primary medium completely drops. The heat input into the heat pump takes place accordingly
ausschließlich über die in Reihe geschalteten Primärseiten der Eingangswärmetauscher . In diesem Zusammenhang ist es außerdem bevorzugt, wenn die Wärmepumpe derart ausgelegt ist, dass über die exclusively via the series-connected primary sides of the input heat exchangers. In this context, it is also preferred if the heat pump is designed such that over the
Ausgangswärmetauscher zusammen eine gewünschte Output heat exchanger together a desired
Temperaturdifferenz des Ausgangsmediums abfällt. In diesem Fall wird die gewünschte Temperaturdifferenz somit Temperature difference of the output medium drops. In this case, the desired temperature difference thus becomes
ausschließlich durch den Temperaturabfall der in Reihe solely by the temperature drop in series
geschalteten Sekundärseiten der Ausgangswärmetauscher switched secondary sides of the output heat exchanger
bereitgestellt . provided .
Durch die erfindungsgemäße Struktur der Wärmepumpe kann die Wärmepumpe derart ausgelegt werden, dass mit einem Due to the structure of the heat pump according to the invention, the heat pump can be designed such that with a
Primärmedium gearbeitet werden kann, dessen Vorlauftemperatur über 400C liegt, ohne ein vergleichsweise schlechtes COP zu erreichen. Primary medium can be worked, the flow temperature is above 40 0 C, without achieving a comparatively poor COP.
Entsprechend ist es möglich, die Wärmepumpe gleichermaßen so auszulegen, dass mit einem Sekundärmedium gearbeitet werden kann, das sich auf eine Temperatur anheben lässt, die über 95°C, insbesondere 1000C liegt. Accordingly, it is possible both to design the heat pump that can be used with a secondary medium, which can be raised to a temperature which is above 95 ° C, in particular 100 0 C.
In einer überdies bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Wärmepumpenkreismedium der ersten und zweiten In a further preferred embodiment of the invention, the heat pump circuit medium of the first and second
Wärmepumpenkreise verschieden. Damit kann für den ersten und zweiten gegebenenfalls einen weiteren Wärmepumpenkreis ein auf den jeweiligen Arbeitsbereich optimiertes Kältemittel Heat pump circuits different. Thus, for the first and second optionally a further heat pump circuit optimized for the respective work area refrigerant
eingesetzt werden, wodurch sich der Wirkungsgrad der be used, thereby increasing the efficiency of
Wärmepumpe weiter verbessert. Heat pump further improved.
Vorzugsweise ist der zweite und gegebenenfalls jeder weitere Wärmepumpenkreis von der prinzipiellen Struktur so aufgebaut wie der erste Wärmepumpenkreis, d.h. mit einem Preferably, the second and optionally each further heat pump cycle of the basic structure is constructed as the first heat pump cycle, i. with a
Eingangswärmetauscher, insbesondere einem Verdampfer- Eingangswärmetauscher und einem Ausgangswärmetauscher, Inlet heat exchanger, in particular an evaporator inlet heat exchanger and an outlet heat exchanger,
insbesondere einem Kondensatorausgangswärmetauscher sowie einer Verdichtereinheit. Darüber hinaus kann ein zusätzlicher Wärmetauscher vorgesehen werden, welcher im Gegenstrom das verdampfte, zu verdichtende Medium erhitzt, wobei gleichzeitig das aus dem Ausgangswärmetauscher zurückströmende Medium vor der Verdampfung abgekühlt wird. Auch durch diese Maßnahme lässt sich der Wirkungsgrad der Wärmepumpe weiter verbessern. in particular a condenser outlet heat exchanger and a compressor unit. In addition, an additional heat exchanger can be provided, which heats the evaporated, to be compressed medium in countercurrent, at the same time before the back flowing from the output heat exchanger medium the evaporation is cooled. Also by this measure, the efficiency of the heat pump can be further improved.
In einer darüber hinaus vorteilhaften Ausgestaltung der In a further advantageous embodiment of the
Erfindung ist wenigstens ein dritter Wärmepumpenkreis Invention is at least a third heat pump cycle
ausgebildet, wobei die Eingangswärmepumpen der formed, wherein the input heat pumps of the
Wärmepumpenkreise primärseitig und die Ausgangswärmepumpen der Wärmepumpenkreise sekundärseitig jeweils in Reihe geschaltet sind.  Heat pump circuits primary side and the output heat pumps of the heat pump circuits are connected on the secondary side in each case in series.
Damit lässt sich abhängig von einem vorgegebenen This can be dependent on a given
Temperaturniveau, von dem ausgegangen wird bzw. auf welches angehoben werden soll, eine weitere Verbesserung des COP-Werts herbeiführen. Temperature level, from which is expected or to be raised to bring about a further improvement in the COP value.
Zeichnungen: Drawings:
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachstehend unter Angabe weiterer An embodiment of the invention is illustrated in the drawing and will be given below stating more
Vorteilen und Einzelheiten näher erläutert. Advantages and details explained in more detail.
Die Figur zeigt einen schematischen Aufbau einer The figure shows a schematic structure of a
erfindungsgemäßen Wärmepumpe. heat pump according to the invention.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels: Description of the embodiment:
In der Figur ist eine Wärmepumpe 1 in einem schematischen Blockdiagramm dargestellt, bei welcher zwei Wärmepumpenkreise 2, 3 miteinander gekoppelt sind. Zur verbesserten Darstellung sind die Wärmepumpenkreise 2, 3 von einem durchgezogenen In the figure, a heat pump 1 is shown in a schematic block diagram, in which two heat pump circuits 2, 3 are coupled together. For improved illustration, the heat pump circuits 2, 3 of a solid
Kasten umgeben. Surrounded by a box.
Der erste Wärmepumpenkreis 2 umfasst einen The first heat pump cycle 2 includes a
Verdampferwärmetauscher 4, einen Gegenstromwärmetauscher 5, mehrere Verdichter 6 zwischen z.B. Absperrventilen 7, einen Kondensatorausgangswärmetauscher 8, eine Sammeleinheit 9, einen Filtertrockner 10 sowie ein Einspritzventil 11. Darüber hinaus können, wie in der Figur beispielhaft dargestellt ein Schauglas 12 und ein weiteres Absperrventil 13 vorgesehen sein. Die Wärmetauscher 4, 8 haben jeweils eine Primärseite 4a, 8a sowie eine Sekundärseite 4b, 8b. Evaporator 4, a countercurrent heat exchanger 5, a plurality of compressor 6 between eg shut-off valves 7, a Kondensatorenausgangswärmetauscher 8, a collection unit 9, a filter dryer 10 and an injection valve 11. In addition, as shown in the figure by way of example, a sight glass 12 and a further shut-off valve 13 is provided be. The heat exchangers 4, 8 each have a primary side 4a, 8a and a secondary side 4b, 8b.
Die aufgeführten Bauteile sind über diverse Leitungen The listed components are over various lines
miteinander verbunden, wobei mit 14a und 14b die interconnected with 14a and 14b the
Vorlaufleitung bzw. die Rücklaufleitung für ein Primärmedium einer Wärmequelle und mit 15a und 15b die Vorlaufleitung bzw. die Rücklaufleitung eines Sekundärmediums bezeichnet sind. Supply line or the return line for a primary medium of a heat source and 15a and 15b, the flow line and the return line of a secondary medium are designated.
Die erfindungsgemäße Wärmepumpe 1 arbeitet nach folgendem Prinzip: The heat pump 1 according to the invention operates according to the following principle:
Zunächst wird der erste Wärmepumpenkreis 2 herausgegriffen. First, the first heat pump cycle 2 is picked out.
Ein Primärmedium wird über die Vorlaufleitung 14a mit z.B. einer Temperatur von 43,5°C in die Primärseite 4a des A primary medium is supplied via the flow line 14a with e.g. a temperature of 43.5 ° C in the primary side 4a of
Verdampfer-Eingangswärmetauschers 4 eingeleitet. Dadurch verdampfen auf der Sekundärseite 4b des Verdampfer- Eingangswärmetauschers 4 Kältemittel, wodurch ungefähr die Hälfte der Wärmemenge, die entzogen werden soll, dem Evaporator inlet heat exchanger 4 initiated. As a result, evaporate on the secondary side 4b of the evaporator input heat exchanger 4 refrigerant, whereby about half of the amount of heat to be removed, the
Primärmedium entzogen wird. Dadurch kühlt sich das Primary medium is withdrawn. This cools that
Primärmedium um ca. die Hälfte der vorgegebenen Primary medium by about half of the specified
Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf ab. Der Rücklauf des Primärmediums kann z.B. eine Temperatur von 39°C aufweisen. Temperature difference between flow and return from. The reflux of the primary medium may e.g. have a temperature of 39 ° C.
Da nur die Hälfte der vorgesehenen Temperaturdifferenz abfällt, stellt sich eine entsprechend hohe Since only half of the intended temperature difference drops, a correspondingly high
Verdampfertemperatur und somit ein hoher Verdampfungsdruck im Verdampfer des Verdampfer-Eingangswärmetauschers 4 ein. Dies begünstigt einen guten COP-Wert. Das verdampfte Kältemittel durchströmt im Anschluss den zusätzlichen  Evaporator temperature and thus a high evaporation pressure in the evaporator of the evaporator input heat exchanger 4 a. This favors a good COP value. The evaporated refrigerant flows through the additional
Gegenstromwärmetauscher 5, welcher im Gegenstrom von Countercurrent heat exchanger 5, which in countercurrent of
verflüssigtem Kältemittel durchströmt wird, wodurch sich das vom Verdampfer kommende Kältemittel weiter erhitzt. Dies erhöht zusätzlich den COP-Wert des Wärmetauschers 1. Im liquefied refrigerant is flowed through, whereby the refrigerant coming from the evaporator further heated. This additionally increases the COP value of the heat exchanger 1. Im
Gegenstromwärmetauscher 5 wird das flüssige Kältemittel weiter herabgekühlt, was zudem eine COP-Wertverbesserung zur Folge hat. Das verdampfte und erhitzte Kältemittel wird mittels der Verdichter 6 auf einen gewünschten Verflüssigungsdruck; Counter flow heat exchanger 5, the liquid refrigerant is further cooled down, which also has a COP value improvement result. The vaporized and heated refrigerant is by means of the compressor 6 to a desired condensing pressure;
komprimiert. Dabei wird der größte Anteil einer compressed. This is the largest share of a
Verdichterarbeit sowie einer Verdichtermotorwärme dem Compressor work and a compressor motor heat the
Kältemittel zugeführt. Das unter hohem Druck stehende Supplied refrigerant. The high pressure
Kältemittel wird dem Kondensatorwärmetauscher 8 des ersten Wärmepumpenkreises 2 z.B. mit einer Temperatur von über 1000C zugeführt. Im Kondensatorwärmetauscher 8 wird eine vorgegebene Menge an eine Wärmesenke 20 abgegeben. Dazu wird die Refrigerant is the condenser heat exchanger 8 of the first heat pump circuit 2, for example, supplied with a temperature of about 100 0 C. In the condenser heat exchanger 8, a predetermined amount is delivered to a heat sink 20. This is the
Sekundärseite 8b des Kondensatorausgangswärmetauschers 8 von einem Sekundärmedium über die Vorlaufleitung 15a durchströmt. Vom Ausgangswärmetauscher 8 des zweiten Wärmepumpenkreises 3 vorgewärmtes Sekundärmedium wird dabei auf eine vorgegebene Zieltemperatur gebracht. Secondary side 8b of the capacitor output heat exchanger 8 flows through a secondary medium via the feed line 15a. Preheated by the output heat exchanger 8 of the second heat pump circuit 3 secondary medium is thereby brought to a predetermined target temperature.
Das Sekundärmedium strömt zur Erreichung der Zieltemperatur vom Ausgangswärmetauscher 8 des zweiten Wärmepumpenkreises 3 über eine Verbindungsleitung 16 in den sekundärseitigen The secondary medium flows to reach the target temperature of the output heat exchanger 8 of the second heat pump cycle 3 via a connecting line 16 in the secondary side
Eingang des Ausgangswärmetauschers 8 des ersten Input of the output heat exchanger 8 of the first
Wärmepumpenkreises 2. Heat pump circuit 2.
Kondensiertes und abgekühltes Kältemittel aus dem Condensed and cooled refrigerant from the
Ausgangswärmetauscher 8 fließt in die Sammeleinheit 9. Von dort wird es durch den Filtertrockner 10, das Schauglas 12 sowie den Gegenstromwärmetauscher 5 zum Einspritzventil 11 geführt. Das Einspritzventil 11 agiert als Drosselorgan und senkt den Kältemitteldruck auf einen gewünschten Outgoing heat exchanger 8 flows into the collecting unit 9. From there it is guided through the filter drier 10, the sight glass 12 and the countercurrent heat exchanger 5 to the injection valve 11. The injection valve 11 acts as a throttle member and lowers the refrigerant pressure to a desired
Verdampfungsdruck. Im Eingangswärmetauscher kann das Evaporation pressure. In the input heat exchanger can
Kältemittel erneut Wärme vom Primärmedium aufnehmen und der Wärmepumpenkreislauf beginnt von neuem. Refrigerant again absorb heat from the primary medium and the heat pump cycle begins again.
Der Verdampfer des Verdampfer-Eingangswärmetauschers des zweiten Wärmepumpenkreislaufs 3 entzieht dem Primärmedium in etwa die zweite Hälfte der Wärmemenge, die entzogen werden soll. Dadurch kühlt sich das Primärmedium um ca. die Hälfte der vorgegebenen Temperaturdifferenz ab. In Zahlen ausgedrückt kann das folgendermaßen aussehen: Der Vorlauf des Primärmediums hat eine Temperatur von z.B. 43,5°C, beim Austritt aus dem Verdampfer-Eingangswärmetauscher 8 des ersten Wärmepumpenkreises 2 beträgt die Temperatur The evaporator of the evaporator input heat exchanger of the second heat pump circuit 3 extracts the primary medium approximately the second half of the amount of heat that is to be withdrawn. As a result, the primary medium cools by about half of the predetermined temperature difference. In terms of numbers, this can look like this: The flow of the primary medium has a temperature of, for example, 43.5 ° C, at the exit from the evaporator inlet heat exchanger 8 of the first heat pump cycle 2, the temperature is
41,250C. Das Primärmedium wird mit dieser Temperatur über eine Verbindungsleitung 17 in den Verdampfer-Eingangswärmetauscher 4 des zweiten Wärmepumpenkreises 3 eingeleitet und das aus dem Verdampfer-Eingangswärmetauscher 4 des zweiten 41,25 0 C. The primary medium is introduced at this temperature via a connecting line 17 in the evaporator inlet heat exchanger 4 of the second heat pump circuit 3 and that from the evaporator inlet heat exchanger 4 of the second
Wärmepumpenkreises 3 ausgeleitete Primärmedium ist z.B. auf 39°C abgekühlt. Heat pump circuit 3 discharged primary medium is e.g. cooled to 39 ° C.
Beim zweiten Wärmepumpenkreis 3 wird das Primärmedium um die Hälfte der vorgegebenen Temperaturdifferenz abgekühlt. Das verdampfte Kältemittel durchströmt im Anschluss den In the second heat pump cycle 3, the primary medium is cooled by half the predetermined temperature difference. The vaporized refrigerant then flows through the
zusätzlichen Wärmetauscher 5, welcher im Gegenstrom vom verflüssigten Kältemittel durchströmt wird und damit wird das vom Verdampfer kommende Kältemittel weiter erhitzt. Dies erhöht, wie oben bereits erwähnt, den COP-Wert zusätzlich. Gleichzeitig wird das flüssige Kältemittel weiter additional heat exchanger 5, which is flowed through in countercurrent by the liquefied refrigerant and thus the refrigerant coming from the evaporator is further heated. This increases, as already mentioned above, the COP value in addition. At the same time, the liquid refrigerant will continue
heruntergekühlt, was ebenfalls, wie oben erwähnt, den COP-Wert verbessert. Das verdampfte und erhitzte Kältemittel wird mittels der Verdichter 6 auf den gewünschten cooled down, which also, as mentioned above, improves the COP value. The vaporized and heated refrigerant is by means of the compressor 6 to the desired
Verflüssigungsdruck komprimiert. Dabei wird wie im ersten Wärmepumpenkreis 2 der größte Anteil einer Verdichterarbeit sowie einer Verdichtermotorabwärme dem Kältemittel zugeführt. Das unter erhöhtem Druck stehende Kältemittel wird dem Condensing pressure compressed. In this case, as in the first heat pump cycle 2, the largest portion of a compressor work and a compressor engine waste heat is supplied to the refrigerant. The under elevated pressure refrigerant is the
Kondensatorwärmetauscher 8 des zweiten Wärmepumpenkreises 3 zugeführt. Hier wird die vorgesehene Wärmemenge an das Condenser heat exchanger 8 of the second heat pump circuit 3 is supplied. Here is the intended amount of heat to the
Sekundärmedium abgegeben. Das Sekundärmedium wird bei diesem Vorgang nur um die Hälfte der gewünschten Delivered secondary medium. The secondary medium in this process is only half of the desired
Gesamttemperaturerhöhung erwärmt. Dies bedeutet eine Total temperature increase heated. This means one
reduzierte Kondensationstemperatur, und somit einen reduced condensation temperature, and thus one
reduzierten Kondensationsdruck, was eine weitere Erhöhung des COP-Werts bewirkt. Der weitere Vorgang entspricht dem des ersten Wärmepumpenkreises 2. reduced condensation pressure, which causes a further increase in the COP value. The further process corresponds to that of the first heat pump cycle. 2
Im Sekundärmedium entspricht die daran abgegebene Wärmemenge in etwa der aufgenommenen Wärmemenge des Primärmediums In the secondary medium, the amount of heat given off corresponds approximately to the heat absorbed by the primary medium
zuzüglich der aufgenommenen Verdichterarbeit sowie plus the recorded compressor work as well
Verdichtermotorabwärme . Im Gegensatz zu herkömmlichen Wärmepumpensystemen, die normalerweise auf eine Maximaltemperatur von 75°C begrenzt sind, können durch das erfindungsgemäße System Temperaturen im Sekundärmedium von über 1000C erzielt werden, bei einem vergleichsweise hohen COP-Wert. Im Prinzip wird das dadurch erreicht, dass das zu erwärmende Medium zwei Wärmetauscher nacheinander durchströmt, den Eingangswärmetauscher des ersten Wärmepumpenkreises und anschließend den Eingangswärmetauscher des zweiten Wärmepumpenkreises. Z. B. hälftig aufgeteilt abgegebene Wärmemengen werden dann im jeweiligen Compressor engine waste heat. In contrast to conventional heat pump systems, which are normally limited to a maximum temperature of 75 ° C, can be achieved by the system according to the invention temperatures in the secondary medium of about 100 0 C, with a comparatively high COP value. In principle, this is achieved in that the medium to be heated flows through two heat exchangers in succession, the input heat exchanger of the first heat pump cycle and then the input heat exchanger of the second heat pump cycle. For example, divided in half dissipated heat amounts are then in the respective
Wärmepumpenkreis auf eine vorgegebene Temperatur hoch gesetzt, wobei durch die Aufteilung der Wärmemenge sich auch die Heat pump circuit set to a predetermined temperature high, whereby the distribution of the amount of heat and the
Temperaturdifferenzen aufteilen, z. B. halbieren lassen, was für die Effizienz des Systems entscheidend ist. Divide temperature differences, z. For example, it can be halved, which is crucial for the efficiency of the system.
In der Figur ist die Vorlaufleitung 15a für eine Wärmesenke so auf einen Mischer 18 geführt, der erhitztes Sekundärmedium dem Sekundärmedium im Rücklauf 15b für eine gewünschte In the figure, the feed line 15a for a heat sink is guided on a mixer 18, the heated secondary medium of the secondary medium in the return line 15b for a desired
Temperatureinstellung beimischt. Dies ist jedoch nicht Temperature setting admixed. This is not
zwingend erforderlich. absolutely necessary.
Ein erforderlicher Volumenstrom wird z.B. durch eine A required volume flow is e.g. by a
Pufferladepumpe 19 bereitgestellt. Buffer loading pump 19 is provided.
Bezugszeichenliste : List of reference numbers:
1 Wärmepumpe 1 heat pump
2 Wärmepumpenkreis  2 heat pump circuit
3 Wärmepumpenkreis  3 heat pump circuit
4 Verdampfer-Eingangstauscher 4a Primärseite  4 evaporator inlet exchanger 4a primary side
4b Sekundärseite  4b secondary side
5 Gegenstromwärmetauscher  5 countercurrent heat exchanger
6 Verdichter  6 compressors
7 Absperrventil  7 shut-off valve
8 Kondensatorausgangswärmetauscher 8a Primärseite  8 Condenser output heat exchanger 8a primary side
8b Sekundärseite  8b secondary side
9 Sammeleinheit  9 collection unit
10 Filtertrockner  10 filter driers
11 Einspritzventil  11 injection valve
12 Schauglas  12 sight glass
13 Absperrventil  13 shut-off valve
14a Vorlaufleitung 14a supply line
14b Rücklaufleitung 14b return line
15a Vorlaufleitung 15a supply line
15b Rücklaufleitung 15b return line
16 Verbindungsleitung  16 connection line
17 Verbindungsleitung  17 connection line
18 Mischer  18 mixers
19 Pufferladepumpe  19 Buffer loading pump
20 Wärmesenke  20 heat sink

Claims

Ansprüche : Claims :
1. Wärmepumpe (1) mit einem ersten Wärmepumpenkreis (2), der einen Eingangswärmetauscher (4) und einen 1. heat pump (1) with a first heat pump circuit (2) having an input heat exchanger (4) and a
Ausgangswärmetauscher (8) umfasst, wobei der Output heat exchanger (8), wherein the
Eingangswärmetauscher (4) im Arbeitszustand von einem Input heat exchanger (4) in the working state of a
Primärmedium einer Wärmequelle durchflössen wird und Primary medium of a heat source is flowed through and
sekundärseitig zur Verdampfung eines Wärmepumpenkreismediums ausgelegt ist, das den ersten Wärmepumpenkreis (2) Secondary side is designed for the evaporation of a heat pump circuit medium, the first heat pump cycle (2)
durchströmt, wobei eine Verdichtereinheit (6) vorgesehen ist, die verdampftes Wärmepumpenkreismediums verdichtet, wobei Zuführmittel vorhanden sind, über welche verdichtetes is provided, wherein a compressor unit (6) is provided which compresses vaporized heat pump circuit medium, wherein supply means are present, via which compacted
Wärmepumpenkreismedium dem Ausgangswärmetauscher (8) zugeführt werden kann und wobei die Sekundärseite des Heat pump circuit medium, the output heat exchanger (8) can be supplied and wherein the secondary side of
Ausgangswärmetauschers (8) im Arbeitszustand von einem Output heat exchanger (8) in the working state of a
Sekundärmedium durchflössen wird, das eine höhere Temperatur besitzt als das Primärmedium, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe (1) mindestens einen zweiten Wärmepumpenkreis (3) umfasst, mit einem Eingangswärmetauscher (4) und einem Secondary medium is flowed through, which has a higher temperature than the primary medium, characterized in that the heat pump (1) comprises at least a second heat pump circuit (3), with an input heat exchanger (4) and a
Ausgangswärmetauscher (8), wobei die Eingangswärmetauscher (4) des ersten und zweiten Wärmepumpenkreises (2), (3) Output heat exchanger (8), wherein the input heat exchanger (4) of the first and second heat pump circuit (2), (3)
primärseitig und die Ausgangswärmetauscher (8) des ersten und zweiten Wärmepumpenkreises (2), (3) sekundärseitig jeweils in Reihe geschaltet sind. primary side and the output heat exchanger (8) of the first and second heat pump circuit (2), (3) are each connected in series on the secondary side.
2. Wärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe derart ausgelegt ist, dass im Arbeitszustand über die Eingangswärmetauscher (4) zusammen eine vorgegebene Temperaturdifferenz eines Vor- und Rücklaufs des Primärmediums abfällt. 2. Heat pump according to claim 1, characterized in that the heat pump is designed such that in the working state via the input heat exchanger (4) together drops a predetermined temperature difference of a flow and return of the primary medium.
3. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe (1) derart 3. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the heat pump (1) in such a way
ausgelegt ist, dass über die Ausgangswärmetauscher (8) is designed so that via the output heat exchanger (8)
zusammen eine vorgegebene Temperaturdifferenz des together a predetermined temperature difference of
Sekundärmediums abfällt. Secondary medium drops.
4. Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe (1) ausgelegt ist, mit einem Primärmedium zu arbeiten, dessen Vorlauftemperatur über 4O0C liegt. 4. Heat pump according to one of the preceding claims, characterized in that the heat pump (1) is designed to work with a primary medium whose flow temperature is above 4O 0 C.
5. Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe (1) ausgelegt ist, mit einem Sekundärmedium zu arbeiten, dessen Temperatur über 95°C liegt. 5. Heat pump according to one of the preceding claims, characterized in that the heat pump (1) is designed to work with a secondary medium whose temperature is above 95 ° C.
6. Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmepumpenkreismedium der ersten und zweiten Wärmepumpenkreise (2), (3) verschieden ist. 6. Heat pump according to one of the preceding claims, characterized in that the heat pump circuit medium of the first and second heat pump circuits (2), (3) is different.
7. Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein dritter 7. Heat pump according to one of the preceding claims, characterized in that at least a third
Wärmepumpenkreis ausgebildet ist, wobei die Heat pump circuit is formed, wherein the
Eingangswärmepumpen der Wärmepumpenkreise primärseitig und die Ausgangswärmepumpen der Wärmepumpenkreise sekundärseitig jeweils in Reihe geschaltet sind.  Input heat pumps of the heat pump circuits on the primary side and the output heat pumps of the heat pump circuits are connected on the secondary side in each case in series.
8. Wärmepumpen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite oder jeder weitere Wärmepumpenkreis die prinzipielle Struktur des ersten 8. Heat pumps according to one of the preceding claims, characterized in that the second or each further heat pump cycle, the basic structure of the first
Wärmepumpenkreises (2) besitzt. Heat pump circuit (2) has.
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