WO2023194475A1 - Heat pump - Google Patents
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Classifications
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Definitions
- the present invention relates to the field of heat pumps and, more particularly, to concepts for improving the efficiency of a heat pump.
- EP 3 203 164 describes a heat pump. 20 shows prior art from EP 3 203 164.
- the heat pump of EP 3 203 164 is operated with water as a refrigerant.
- the water is led from the sump of the condenser 6' through the supply line 71' to the sump of the intermediate cooling.
- the feed line 71' goes from the sump of the intermediate cooling to the sump of the evaporator 2', which allows the refrigerant to be returned.
- the further supply line 72' goes to the sump of the evaporator 2', whereby the refrigerant is returned to the evaporator.
- EP 3 203 164 discloses direct cooling with direct irrigation.
- direct irrigation the superheated steam flowing from the first compressor is cooled down to saturated steam temperature by sprinkling water from the sump of the intercooler.
- the irrigation can form droplets that are carried along by the steam towards the second compressor 5' and can damage it due to the impact of the droplets on the impeller.
- the superheated steam is only cooled in the intercooler. The water collected in the intermediate cooling sump therefore already corresponds almost to the saturated steam temperature.
- 604 011010 is a compressor for a heat pump with a steam bypass V0 described, which taps the steam directly after the compressor (see Fig. 21). The steam flow goes from the output of the second compressor C2 back to the input of the first compressor C1.
- the power consumption of the first compressor stage usually serves as a reference variable for the second compressor stage.
- the two compressor stages first and second compressor stages
- the flow through the second compressor is not optimal.
- This becomes particularly problematic at high pressure conditions because the power consumption of the first compressor results in a variance in vapor volume flows due to the ambient temperature and the control of the second compressor.
- the liquefaction and re-evaporation in the intermediate circuit leads to a thermodynamic loss, so that the pressure ratios of the compressor stages do not fully contribute to the overall compression ratio. This is a problem particularly for the second compressor.
- the object of the present invention is to create an improved heat pump, which in particular has an improved concept for heat exchange of a fluid circulating in the heat pump, such as a cooling liquid.
- the heat pump according to the present invention includes an evaporator for evaporating a fluid to obtain evaporated fluid; a condenser for condensing a compressed fluid; a compressor with a first compressor stage and a second compressor stage, the compressor being arranged in the flow direction of the evaporated fluid in an operation of the heat pump between the evaporator and the condenser and being designed to compress the evaporated fluid to obtain compressed fluid; and a bypass channel between the first compressor stage and the condenser to bridge the second compressor stage, wherein a cross-section reducing element is arranged in the bypass channel to adjust a cross section of the bypass channel to regulate a flow of compressed fluid from the first compressor stage to the condenser.
- Fig. 1 is a hydraulic diagram of the heat pump according to the invention.
- FIG. 2 shows an enlarged section of the hydraulic diagram according to FIG. 1, with a steam flap (upper section) and a steam bypass flap (lower section) being shown;
- FIG. 3 shows a schematic test stand which is used to test the functionality of the compressors of the heat pump under real operating conditions
- Fig. 5 is a hydraulic diagram of the N-stage compression
- FIG. 6 shows a three-dimensional view of the heat pump according to the invention
- Fig. 7 shows a top view (Fig. 7a) and a side view (Fig. 7b) of the
- FIG. 8 shows a hydraulic diagram in which a circuit for indirect intermediate cooling is shown
- Fig. 9 is a hydraulic diagram of indirect intercooling with an indirect heat exchanger
- Fig. 10 is a sketch of a side view of a heat exchanger tube;
- Fig. 11 is a diametrical perspective view of the heat exchanger;
- FIG. 12 shows a hydraulic diagram showing a supply of the intercooling, the intercooling being fed from the evaporator sump;
- FIG. 13 shows a hydraulic diagram showing a supply of the intermediate cooling, with a sketched heat exchanger, the intermediate cooling being fed from the evaporator sump;
- FIG. 14 shows a hydraulic diagram showing a supply of the intermediate cooling, with additional packing and/or additional intermediate cooling, the intermediate cooling being fed from the evaporator sump;
- Fig. 15 shows a compressor map
- 17 shows a three-dimensional representation for determining the volume flow to determine the corrected mass flow
- Fig. 21 is a hydraulic diagram of a heat pump known from the prior art with steam bypass.
- the heat pump 100 according to the invention is described in conjunction with the attached Figures 1 to 19, with individual aspects of the heat pump according to the invention being viewed with different facets in the various Figures 1 to 19 in order to highlight the individual aspects of the embodiments of the heat pump according to the invention in synopsis.
- the individual aspects of the embodiments can be interchanged with one another as desired.
- FIG. 1 shows a hydraulic diagram of the heat pump 100 according to the invention.
- a first compressor stage 10 and a second compressor stage 20 can be seen.
- the first compressor stage 10 and the second compressor stage 20 are connected to one another via a steam channel 30.
- the steam channel preferably has a curved shape with a depression 32.
- the steam channel has at least one turning point in the depression 32, with a curvature being zero in the at least one turning point.
- an intercooler 40 is arranged in the depression 32.
- the intercooler 40 includes an operating element 42 and an intercooler sump 44.
- the intercooler sump 44 for collecting fluid and the operating element 42 of the intercooler 40 are coupled to one another via a first intercooler line 46, with fluid from the intercooler sump 44 via the first intercooler line 46 can be guided to the effect element 42 in order to sprinkle compressed fluid from the first compressor stage 10, which is led in particular in the steam channel 30 to the second compressor stage 20, for the purpose of cooling.
- a second intercooler line 48 is provided starting from the intercooler sump 44.
- the second intercooler line 48 leads from the intercooler sump 44 to a ball bearing adapter 49 for cooling the ball bearing adapter 49.
- the evaporator 50 comprises an evaporator sump 52. Above the evaporator sump 52, the evaporator 50 comprises an upper evaporator part 54, in which the first compressor stage 10 is arranged.
- a pipe 56 is arranged above the evaporator sump 52, which is arranged in a matrix shape above the evaporator sump 52 according to the cross section shown in the hydraulic diagram according to FIG.
- the pipeline 56 above the Fluid to be cooled can flow through the evaporator sump 52.
- a sprinkler device 58 is arranged above the pipeline in order to irrigate the pipeline 56 with fluid from the evaporator sump 52.
- a first evaporator line 59 is provided, which directs fluid from the evaporator sump 52 to the sprinkling device 58.
- the fluid released via the sprinkling device 58 can be collected in the evaporator sump 52 and fed again to a circuit of the heat pump 100.
- the condenser 60 includes a condenser sump 64 for collecting fluid.
- a pipeline 56 is arranged above the condenser sump 64. However, the pipe 56 assigned to the condenser does not have a sprinkling device. The pipe 56 assigned to the condenser 60 is flowed through by fluid to be heated.
- Fig. 2 shows an enlarged section of the hydraulic diagram according to Fig. 1, with a cross-sectional reduction element 70 (upper strand) and a steam transfer flap 90 (lower strand) being shown.
- a cross-sectional reduction element 70 upper strand
- a steam transfer flap 90 lower strand
- vaporous fluid can be guided from the condenser 60 into the evaporator 50 via a steam guide line 92.
- vaporous fluid can be conducted directly to the condenser 60 via the bridging channel 62.
- the heat pump 100 includes the evaporator 50 for evaporating a fluid to obtain a vaporized fluid, the evaporator 50 having the evaporator sump 52. Furthermore, the heat pump 100 includes the condenser 60 to evaporate and from an N-stage Compressor 10, 80, 20 to condense compressed fluid, the condenser 60 having a condenser sump 64, a condensation area 66 and a holding area 67 for holding any vaporous fluid remaining after the condensation area 66.
- the N-stage compressor 10, 20, 80 includes N compressors, where N is a natural number greater than or equal to one, the N-stage compressor 10, 20, 80 being arranged between the evaporator 50 and the condenser 60.
- the heat pump 100 includes the steam channel 30, which couples at least two of the N compressors of the N-stage compressor 10, 20, 80 between the evaporator 50 and the condenser 60.
- N 3
- the heat pump 100 includes a vapor guide line 92, which is arranged between the condenser 60 and the evaporator 50 in order to guide vaporous fluid from the holding area 67 of the condenser 60 into the evaporator 50.
- Figs. 2 and 4 show, for example, a single steam guide line 92, in which the steam transfer flap 90 is arranged.
- Fig. 3 shows a schematic test stand which is used to test the functionality of a single compressor of the heat pump 100 under real operating conditions.
- N 1
- the test stand 300 includes a compressor 301 to be tested and at least one pressure sensor 302 for measuring a compression pressure of the compressed fluid.
- the test stand 300 includes at least one temperature sensor 303 for measuring the temperature of the compressed fluid.
- the at least one pressure sensor 302 and the at least one temperature sensor 303 are arranged near the compressor 301 to be tested.
- a fluid line 15 and a fluid line 15 lead into the test stand 303 in order to supply fluid, in particular cooling water, to or from the pipeline 56.
- the flow in the fluid lines 15 is regulated depending on a liquefaction pressure.
- the fluid lines 15 of the test stand 300 are preferably connected to a cold water ring line (at a water temperature of approximately 17° degrees).
- the test stand 300 includes a Jacob tube which includes a K4 condenser.
- the Jacob tube preferably has a height of up to 650 mm, in particular 600 mm, and a diameter of up to 600 mm, in particular 500 mm or 550 mm.
- the test stand also includes another Jacob tube, which has a height of up to 300 mm, in particular 240 mm, and a diameter of up to 600 mm, in particular 500 mm or 550 mm.
- the Jacob tubes are arranged on a container 45 in which the fluid occupies a fluid level 51.
- a temperature sensor 303 for measuring a sump temperature is arranged in the container 45.
- At least one packing body 7 is arranged above the fluid level 51.
- the packing 7 preferably comprises several individual packings, which are intended to allow the steam to flow past a larger surface so that it condenses out in a particularly advantageous manner.
- the fluid level 51 is set in the container 45 in such a way that there is a distance between the liquid fluid and the tube wall in a pipe 306, which supplies the fluid to the container 45. This distance creates a steam flow 304 between the water level and the pipe wall.
- the pipe 306 provides a connection between an outlet of the compressor under test 301 and an inlet to the container 45 to return vaporized fluid from the compressor under test 301 to the container 45.
- the pipe 306 is in particular designed in two parts, with a throttle valve 307 being arranged between the two pipe sections in order to adjust a resistance of the evaporated fluid. Furthermore, the evaporation temperature is set using the throttle valve 307.
- a connection 311 of the tube 306 to the compressor 301 to be tested is designed such that different cross sections of different compressors 301 can be connected to the tube 306.
- the test stand 300 also has a geometric structure which serves as a return line 308 of the condensed fluid from the compressor 301 to be tested.
- An effective element 43 for sprinkling the evaporated fluids is also provided in the pipe 306. By means of a pump 310 and an associated line, fluid is pumped from the container 45 into the operating element 42 of the test stand 300.
- the test bench further includes a sensor 309, which is in particular a volume flow sensor to measure a volume flow of the evaporated fluid.
- a connected control device receives the measurement signals from the volume flow sensor and, among other things, determines the control signal from this signal in order to specify its target speed to the compressor.
- the holding area 67 is preferably arranged in the condenser 60 between the condensation area 66 and the condenser sump 64 with condensed working fluid.
- An opening 65 of the steam guide line 92 is arranged in the holding area 67 above a fill level 68, in particular a fluid level (51), of the working fluid in the condenser sump 64.
- the opening 65 of the steam guide line 92 comprises a channel piece which protrudes through the condenser sump 64 into the holding area 67 in order to conduct evaporated, i.e. non-condensed, fluid via the steam guide line 92 to the evaporator 50.
- the condenser sump 64 with condensed working fluid is preferably arranged in the condenser 60.
- the steam guide line 92 extends from the holding area 67 through the condenser sump 64 and is led out of the condenser through a wall, preferably a floor, of the condenser 60.
- a wall preferably a floor
- the steam guide line 92 extends through a bottom of the condenser sump 64. It is conceivable that the steam guide line 92 extends through a wall, in particular a side wall, through the condenser sump 64.
- the condenser 60 preferably has a tube bundle 56a or a spiral-shaped tube arrangement 56b, through which liquid to be heated can flow, the tube bundle 56a or the spiral-shaped tube arrangement 56b being arranged laterally with respect to the opening 65 of the steam guide line 92, and above of the tube bundle 56a or the spiral tube arrangement 56b, an intake port 12 of a compressor of the N-stage compressor 10, 20, 80 is arranged.
- the tube bundle 56a or the spiral tube arrangement 56b are also referred to here as a pipeline 56.
- the steam guide line 92 preferably has an opening 55 in the evaporator 50, the opening 65 being arranged above the evaporator sump 52 in the evaporator 50.
- the steam guide line 92 thus has two openings 55, 65, one opening leading through the condenser sump 64 and the other opening 55 opening into the evaporator 50 above the evaporator sump 52. This is shown, for example, in Figs. 2 and 4 can be found.
- a tube bundle 56a for liquid to be cooled and a sprinkling device 58 for sprinkling the tube bundle 56a are arranged in the evaporator 50, the opening 55 of the vapor guide line into the evaporator 50 being arranged in such a way that vaporous fluid passes through the opening 55 into the evaporator 50 arrives, hits the tube bundle 56a laterally, and/or that the vaporous fluid that emerges from the steam guide line 92 enters a sprinkling area 57, which is at least partially sprinkled by the sprinkling device 58.
- the sprinkler device 58 is supplied with fluid from the evaporator sump 52 via a first evaporator line 59 between the evaporator sump 52 up to the sprinkler device 58. After Sprinkling the tube bundle 56a in the evaporator 50, the fluid used for sprinkling can be collected again by the evaporator sump 52 and fed again to a circuit of the heat pump 100.
- Each compressor of the N-stage compressor 10, 20, 80 preferably has its own shaft, on which the corresponding compressor of the N-stage compressor 10, 20, 80 can be operated and individually controlled during operation. As shown in Figs. 1, 2 or 4, for example, each compressor has its own motor M.
- the compressors of the N-stage compressor 10, 20, 80 can therefore be operated independently of one another or not be operated individually.
- the N-stage compressor 10, 20, 80 N comprises compressors connected in series, with the vapor guide line 92 being formed as a single vapor guide line 92 and the vaporous fluid, which has been brought into the condenser 60 from a final stage, from the condenser 60 leads into the evaporator 50 (see Figs. 2, 4 and 5).
- a hydraulic diagram of the N-stage compression is shown in FIG. In Fig. 5, for example, the cross-sectional reduction element 70 is shown designed as a valve.
- the N-stage compressor 10, 20, 80 is shown as an N series-connected compressor, which is connected between the evaporator 50 and the condenser 60.
- At least two compressors of the N-stage compressor 10, 20, 80 are connected via a vapor channel 30 and an intercooler 40 is arranged between two compressors in order to cool the vaporous fluid (see FIG. 4).
- Each intercooler 40 includes an effect element 42 and an intercooler sump 44 (see FIG. 4).
- the intercooler sump 44 is each for collecting fluid and the effect element 42 of the respective intercooler 40 is each coupled to one another via a first intercooler line 46, wherein fluid from the intercooler sump 44 can be guided to the effect element 42 via the first intercooler line 46. After passing through the respective effective element 42, the fluid can be collected by the intercooler sump 44. The fluid can then be fed back into a circuit of the heat pump 100.
- an intercooler 40 is not shown between the compressors of the N-stage compressor 10, 20, 80.
- the intercooler 40 is preferably arranged in a depression 32 of the steam channel 32 and the intercooler 40 has an intercooling sump 44 and an effect element 42, the effect element 42 being designed to ensure an interaction between an intercooling fluid that flows through a supply line, in particular the first intercooler -Line 46, from the intermediate cooling sump 44 or from the evaporator sump 52 or from the condenser sump 64 can flow into the effect element 42, and a heated vaporous fluid that can be emitted by the compressor, the interaction in particular cooling the vaporous fluid emitted by the compressor caused by the intercooling fluid (see Figs. 2 and 4). Before the vaporous fluid is sucked into the vapor channel 30 by the second compressor stage 20, the vaporous fluid is cooled by the intercooler 40.
- Each intercooler 40 preferably has an intercooling sump 44 and an effective element 42 and is arranged in its own depression 32 in the steam channel 30, in particular each intercooler 40 has its own first intercooler line 46 to the effective element 42.
- the first intercooler line 46 can also be referred to as a supply line.
- the supply lines i.e. the first intercooler lines 46, can also be connected to one another (not shown in the figures), so that the supply lines then only form a total of one supply line.
- the steam channel 30 between two compressors preferably has a curved shape with the depression 32, so that fluid from the steam channel 30 flows past the intermediate cooling sump 44. Condensing fluid can be collected in the intercooling sump 44.
- the steam guide line 92 and the steam channel 30 are preferably fluidly separated from one another.
- fluidly separated from one another means that the steam guide line 92 and the steam channel 30 are not brought together into one another, which would allow the fluid to mix. Therefore, the steam guide line 92 and the steam channel 30 are shown in FIGS. 2 and 4, for example, are drawn with dashed lines to show that the steam guide line 92 and the steam channel 30 are separated from one another. Mind you, they form Steam guide line 92 and the steam channel 30 form a circuit in which the fluid in the heat pump 100 circulates.
- the steam channel 30 or the steam channels 30 is/are arranged between the evaporator 50 and the condenser 60 in the upper strand.
- the steam guide line 92 is arranged between the evaporator 50 and the condenser 60 in the lower branch.
- N compressors are arranged in such a way that a further compressor of the N compressors is connected in series to a first compressor of the N-stage compressor 10, 20, 80 by switching a switch into an open state.
- n+1 compressors to the first compressor 10 are schematically sketched.
- the n+1 compressor is drawn with dashed lines, which is intended to indicate the switching on of the individual compressors of the N-stage compressor 10, 20, 80.
- the first compressor stage 10 includes the first compressor.
- the second compressor stage includes the second compressor.
- An nth compressor stage includes an nth compressor, where n is a natural number.
- a bridging flap 90 is preferably arranged in the vapor guide line 92, which can be converted to an open position, an intermediate position or, to avoid the vaporous fluid being guided into the evaporator, into a closed position to guide the vaporous fluid from the condenser 60 to the evaporator 50 is. Similar to the cross-sectional reduction element 70, the bridging flap 90 can be designed as a panel or a wing door or a check valve or as a valve, as shown, for example, in FIG. 5.
- the heat pump 100 further includes a controller for controlling the bypass flap 90 into the open position, into the intermediate position or into the closed position.
- the bridging flap 90 is preferably designed as a controlled bridging valve, which can be addressed by means of the control in order to be operated near a boundary line of a compressor map 170 assigned to the N-stage compressor 10, 20, 80.
- the design of the bridging flap 90 as a controlled bridging valve is shown, for example, in FIG. 5.
- the bridging flap 90 can also be referred to here as a steam transfer flap 90.
- a compressor map 170 associated with the N-stage compressor 10, 20, 80 defines a relationship between a pressure ratio and a mass flow. Such a compressor map 170 is shown, for example, in FIG. 15.
- the compressor map 170 is to be understood as a three-dimensional field, the third dimension being represented by shading in the two-dimensional coordinate system, which is spanned by the pressure ratio PiC and the, in particular corrected, mass flow WcCorr.
- the pressure ratio PiC describes a ratio of the pressures between the evaporator 50 and the condenser 60, ie between the compressor stages 10, 20, 80.
- a surge limit 171 is present in the compressor map 170, which represents a monotonically increasing function between the mass flow and the pressure ratio.
- the bypass flap 90 is controlled to ensure that for a specific mass flow, the pressure ratio is less than a limit pressure ratio that is assigned according to the function to the specific mass flow.
- the dotted lines show 172 lines of the same speed at a measured evaporation temperature of 18° degrees.
- the control is preferably designed to move the bridging flap 90 into a closed position, into an open position, or into an intermediate position in order to reduce the load of the N-stage compressor 10, 20, 80 to at least a load setpoint during operation hold.
- the surge limit 171 can in particular describe the load setpoint, which in particular can also be a function depending on the mass flow WcCorr.
- the control is designed to control the bridging flap 90 in such a way that the heat pump 100 is operated essentially along the surge limit 171 or in an area that is slightly shifted to larger mass flows WcCorr, so that operation of the compressor below its absorption limit is advantageously prevented is.
- the control is preferably designed to open the bridging flap 90 when the load of the N-stage compressor 10, 20, 80 falls below the load setpoint; or close the bypass damper 90 when the load of the N-stage compressor 10, 20, 80 exceeds the load setpoint to generate additional load; or to control the intermediate position of the bridging flap 90 depending on whether the load setpoint is undershot.
- This can ensure that the heat pump is operated essentially along the surge limit 171.
- the bridging flap 90 can be moved to the intermediate position when the load of the N-stage compressor 10, 20, 80 deviates from the load setpoint by up to 5%. This can be done starting from the open or closed position of the bridging flap 90.
- the load setpoint indicates a load of the heat pump 100 during operation, which can be achieved at least by the N-stage compressor 10, 20, 80.
- a first stage 10 are switched off when the bridging flap 90 is opened.
- the bridging flap 90 is opened. If at least one further compressor stage is switched on in addition to the one compressor stage that is already in operation, the bridging flap 90 is closed or, if necessary, transferred to an intermediate position.
- the first compressor 10 can be controlled depending on a speed of a compressor drive in order to adapt the speed of the first compressor stage 10 to a required performance of the first compressor 10.
- Fig. 6 shows a three-dimensional view of the heat pump 100 according to the invention.
- the heat pump 100 includes the first compressor stage 10 and the second compressor stage 20.
- the first compressor stage 10 and the second compressor stage 20 are connected to one another via the curved steam channel 30, the steam channel 30 being the intercooler 40 has.
- the view from Fig. 6 shows that the first compressor stage 10 is connected to the condenser 60 via the bridging channel 62, the cross-sectional reduction element 70 being arranged in the bridging channel 62.
- the heat pump 100 has already been described with reference to FIG. 1. According to the view of FIG. 6, not all details can be seen, which, for example, the hydraulic diagram according to FIG. 1 reveals. However, the proportions can be seen from the heat pump 100 shown in FIG.
- the steam channel 30 has an average diameter that corresponds approximately to half the width of the condenser.
- FIG. 6 reference is also made to the description of FIG. 1 or another figure, which shows a hydraulic diagram of the heat pump 100 according to the invention.
- a preferred embodiment of the heat pump 100 includes an evaporator
- the heat pump 100 includes Heat pump 100 a condenser 60 for condensing a compressed fluid.
- the heat pump 100 includes a compressor with a first compressor stage 10 and a second compressor stage 20, wherein the compressor is arranged in the flow direction of the evaporated fluid during operation of the heat pump 100 between the evaporator 50 and the condenser 60 and is designed to transport the evaporated fluid to compress to obtain compressed fluid.
- a bridging channel 62 is arranged between the first compressor stage 10 and the condenser 60 in order to bridge the second compressor stage 20, wherein a cross-section reducing element 70 is arranged in the bridging channel 62 in order to adjust a cross section of the bridging channel 62 in order to ensure a flow of compressed fluid the first compressor stage 10 to the condenser 60 to regulate.
- compressed fluid can thus be passed directly to the condenser 60, provided that the cross-sectional reduction element 70 assumes an open position.
- the cross-sectional reduction element 70 is in the open position.
- the first compressor stage 10 and the second compressor stage 20 are preferably connected via the steam channel 30 (see also the description of FIG. 1).
- the steam channel 30 is curved, in particular banana-shaped, i.e. curved.
- the steam channel 30 can have a depression 32 in which a container 45, also called an intercooler sump 44, is arranged to collect fluid that passes through the steam channel 30, provided that the gaseous fluid passing through the steam channel 30 condenses. Because the container 45 is arranged in the depression 32, condensed fluid can be fed into the container 45 automatically, in particular without any further technical means, by utilizing the gravitational force.
- the bridging channel 62 has an opening in the first compressor stage 10, wherein the first compressor stage 10 has a suction port 12 for sucking in the evaporated fluid and a guide space 14 in order to direct the vaporous compressed fluid into the bridging channel 62.
- the intake port 12 can be cone-shaped, with a first diameter being arranged in a suction region of the intake port 12 for sucking in the fluid and a second diameter of the intake port 12 directly adjoining the guide space 14.
- the first diameter is larger than the second diameter.
- the first diameter is a maximum diameter 16 and the second Diameter is a minimum diameter 17.
- the guide space 14 is arranged transversely, in particular substantially orthogonally, to the second diameter of the intake port 12.
- the condenser 60 preferably has a pipeline 56.
- the pipeline 56 is preferably designed as a tube bundle 56a or a spiral-shaped tube arrangement 56b, through which liquid to be heated can flow, the tube bundle 56a or the spiral-shaped tube arrangement 56b being arranged laterally with respect to a further opening of the bridging channel 62, and where An intake port 12 of a compressor of the second compressor stage 20 is arranged above the tube bundle 56a or the spiral tube arrangement 56b.
- the further opening of the bridging channel 62 is arranged such that vaporous fluid, which passes through the further opening into the condenser 60, hits the tube bundle 56 laterally.
- the pipe 56 i.e. the pipe bundle 56a or the spiral pipe arrangement 56b, is arranged laterally with respect to a further opening of the bridging channel 62 in the condenser 60, evaporated compressed fluid, after passing through the bridging channel 62, hits directly from the pipe 56 on which the evaporated fluid and compressed fluid can be cooled.
- the fluid to be heated can flow through the pipeline 56, heat is transferred from the evaporated and compressed fluid, which hits the pipeline 56 laterally from the bridging channel 62, via the pipeline 56 to the fluid to be heated flowing through the pipeline.
- the evaporated and compressed fluid hits the pipeline 56, the evaporated and compressed fluid is cooled so that condensation can occur.
- a fluid condensed on the pipeline 56 can drip into the condenser sump 64, in particular due to gravity.
- the cross-sectional reducing element 70 is designed to assume a closed position or an open position depending on the operation of the second compressor stage 20, wherein the cross-sectional reducing element 70 is designed to assume the closed position when the second compressor stage 20 is switched on, or the open position to be taken when the second compressor stage 20 is switched off.
- the cross-sectional reduction element 70 can be in the closed or be transferred to the open position. It is also conceivable to transfer the cross-sectional reduction element 70 to an intermediate position, i.e. a position between the open and the closed position, in particular when the second compressor stage 20 is shut down (switched off) or started up (switched on).
- the cross-sectional reduction element 70 is biased in the closed position by means of a spring element (not shown). If the second compressor stage 20 is switched off, the prestressed spring element can relax, in particular due to the absence of suction of compressed fluid from the first compressor stage 10 through the steam channel 30, so that the cross-sectional reduction element 70 transitions into the open position. The compressed fluid from the first compressor stage 10 can then pass through the bridging channel 62, whereby the second compressor stage 20 is bridged.
- the cross-sectional reduction element 70 is a flap or a panel or a wing door or a non-return flap.
- 7 shows a top view of the cross-sectional reduction element 70 in FIG. 7a and a side view of the cross-sectional reduction element 70 in FIG Fig. 1, Fig. 2 or Fig. 4).
- a diameter 72 of the cross-sectional reduction element 70 (as shown in FIG. 7a) may correspond to a diameter of the bridging channel 62 or be smaller than the diameter of the bridging channel 62.
- the diameter of the bridging channel 62 can be 10mm, for example. Of course, the diameter of the bridging channel 62 can also have a different diameter.
- the diameter 72 of the cross-sectional reduction element 70 is smaller than the diameter of the bridging channel 62.
- Fig. 7c shows a detail from Fig. 7b with regard to a connection of the cross-sectional reduction element 70 for controlling the cross-sectional reduction element 70 into the open or closed position. Further requirements of the cross-sectional reducing element 70 can be found, for example, in DIN EN ISO 5211.
- the heat pump 100 preferably has a controller for controlling the
- Cross-section reducing element 70 in the open position or the closed position position.
- the control is designed to control the flap or panel or wing door or non-return flap.
- the control is designed to increase or decrease a diameter of the diaphragm.
- the first compressor stage 10 is designed to build up a maximum affordable pressure
- the cross-sectional reduction element 70 is designed to assume the open position when a pressure ratio between the condenser pressure Tl 2 and the evaporator pressure Th is smaller than the maximum affordable pressure of the first compressor stage to convey compressed fluid from the first compressor stage 10 to the condenser 60 via the bypass channel 62.
- the pressure ratio between the condenser pressure Tl 2 and the evaporator pressure T can be calculated, for example, by measuring temperatures.
- the temperature Th in the evaporator sump 52 and the temperature Tl 2 in the condenser sump 64 can each be measured in order to determine the pressure ratio between the condenser pressure (Tl 2 ) and the evaporator pressure Th.
- the measured temperature Th in the evaporator sump 52 is associated with the evaporator pressure Th.
- the measured temperature Tl 2 in the condenser sump 64 is also associated with the condenser pressure Tl 2 . Therefore, the corresponding measured temperature reference symbols Th and Tl 2 are used as reference symbols for the respective pressure in the condenser sump 64 or in the evaporator sump 52.
- Fig. 18 shows where the temperatures Th, TL are measured.
- the cross-sectional reduction element 70 is designed to assume the closed position when the pressure ratio between the condenser pressure Tl 2 and the evaporator pressure Th is greater than the maximum achievable pressure of the first compressor stage 10 in order to supply compressed fluid from the first compressor stage 10 via the steam channel 30 the second compressor stage 20 to lead.
- the compressed fluid is further compressed before it is fed to the condenser 60 via a guide space 14.
- the guide space 14, which is assigned to the condenser 60 is designed analogously to the guide space 14, which is assigned to the evaporator 50 in the upper evaporator upper part 54.
- the first compressor stage 10 can be operated with N further compressor stages, where N is a natural number greater than or equal to two. In Fig.
- N is equal to three. It is conceivable to provide any number of compressor stages between the evaporator 50 and the condenser 60.
- Fig. 8 shows a hydraulic diagram according to Fig. 1, in which a circuit of indirect intermediate cooling 8 is shown.
- the indirect intermediate cooling 8 is used in a preferred embodiment of the heat pump 100.
- the heat pump 100 includes the evaporator 50 for evaporating a fluid to obtain a vaporized fluid, the evaporator 50 having the evaporator sump 52. Furthermore, the heat pump 100 includes the condenser 60 for condensing a compressed fluid, the condenser 60 having the condenser sump 64.
- the heat pump 100 further has the compressor with the first compressor stage 10 and the second compressor stage 20, wherein the compressor is arranged in the flow direction of the evaporated fluid during operation of the heat pump 100 between the evaporator 50 and the condenser 60 and is designed to transport the evaporated fluid Compress fluid to obtain the compressed fluid.
- the heat pump as shown in Fig.
- the heat pump further comprises a heat exchanger 82 with a pipe 56 which is designed to be flowed through by the intermediate cooling fluid from the container 45, the pipe 56 being in a flow region 11 between the first compressor stage 10 and the second compressor stage 20 is arranged to cool vaporous fluid in the flow region 11.
- 8 shows, for example, that the heat exchanger 82 is arranged around an intake port 12 of the first compressor stage 10.
- the pipeline 56 is arranged in the area of the first compressor stage 10.
- the heat exchanger 82 can be arranged for indirect cooling between the first compressor stage 10 and the second compressor stage 20, in particular where an intercooler 40 and/or another intercooler 4 and/or yet another intercooler 5 can be provided.
- the pipeline 56 is preferably metallic, preferably the pipeline 56 has stainless steel and/or copper.
- the metallic pipe 56 improves heat transfer between fluid within the pipe 56 and fluid outside the pipe 56.
- the pipeline 56 of the heat exchanger 82 is shown, for example, in Figs. 8 to 10 shown.
- the pipe 56 of the heat exchanger 82 has an area in which the pipe 56 runs in a spiral or spring-shaped manner, the spring-shaped or spiral-shaped area having turns 83 with different turn spacings.
- the diameter from one turn to the next is constant.
- the diameter of one turn is different in size from the diameter of a subsequent turn.
- a spiral-shaped pipeline 56 can be designed as a conical spiral.
- a spring-shaped pipeline 56 is created when a helical line 101 is centrally projected onto a plane perpendicular to the screw axis 102, as shown, for example, in FIG. 10.
- Fig. 10 schematically branches off the heat exchanger 82.
- the first compressor stage 10 preferably has a suction port 12 for sucking in the evaporated fluid and a guide space 14 in order to direct the vaporous fluid into the flow region 11.
- the flow area 11 includes a volume of an upper evaporator part 54, the steam channel 30 and the bridging channel 62.
- the flow area 11 includes those areas of the heat pump 100 into which evaporated and compressed fluid can flow.
- the pipeline 56 of the heat exchanger 82 is arranged around the intake port 12 of the first compressor stage 10, with a turn spacing between two turns 83 in an inflow area of the vaporous fluid of the first compressor stage 10 being greater than in an outflow area of the vaporous fluid the guide space 14.
- a turn spacing between two turns 83 in an inflow area of the vaporous fluid of the first compressor stage 10 being greater than in an outflow area of the vaporous fluid the guide space 14.
- the distance between two turns 83 in an inflow area is larger, the flow speed of the steam is slowed down slightly.
- the winding distance between two turns 83 is larger in order to improve, in particular to increase, cooling of the steam.
- Fig. 11 shows, for example, a diametrical perspective view of the heat exchanger 82.
- Fig. 11 shows that it is also conceivable that in the outflow area of the vaporous fluid out of the guide space 14 the winding distance between two turns 83 is smaller than in that Inflow area.
- a steam channel 30 is arranged between the pipeline 56 and the container 45, with the outflow region 11, in particular also referred to as the flow region 11, being connected to the steam channel 30 in order to convey the vaporous fluid via the steam channel 30 through the container 45 to pass through, “to pass through the container 45” is to be understood as “to pass over the container 45”.
- the vaporous fluid is attracted by the second compressor during operation of the second compressor stage 20. As a result, the vaporous fluid is passed through the vapor channel 30, as can be seen, for example, in FIG. 8.
- a fluid line channel 15 preferably extends from the outflow area 11 laterally into the steam channel 30 in order to supply the intermediate cooling fluid flowing through the heat exchanger 82 to the container 45 via the steam channel 30 (see FIG. 8).
- the outflow area 11 extends from an outlet of the first compressor stage into the steam channel 30 and into the evaporator part 54.
- the fluid line channel 15 extends through a wall, in particular a floor, of the upper evaporator part 54. This collects in a floor area of the upper evaporator part 54 Intercooling fluid flowing through heat exchanger 82 and forms a fluid level 51. If the fluid level 51 of the upper evaporator part 54 is above the extent of the fluid line channel 15 through the wall, the intermediate cooling fluid can flow into the vapor channel 30 via the fluid line channel 15, in particular due to gravity.
- the intake port 12 preferably has a funnel shape which has a maximum diameter 16 and a minimum diameter 17 opposite one another, with the guide space 14 for guiding the compressed vaporous fluid running axially to the minimum diameter 17 of the funnel shape.
- the maximum diameter 16 can adjoin the bottom of the upper evaporator part 54, whereby the intermediate cooling fluid flowing through the heat exchanger 82 is collected outside the intake port 12 of the first compressor stage 10 in the bottom area (see FIG. 8).
- the guide space 14 is preferably curved at one end, which merges into the upper evaporator part 54, in order to direct the vaporous fluid flowing through the guide space 14 in a direction opposite to a gas flow direction in the intake port.
- the vaporous fluid leaving the guide space 14 is directed into the vapor channel 30, if the second compressor stage is in operation, or into the vapor guide line 92, if the second compressor stage is not in operation.
- the guide space 14 preferably has a volume with a circle or an oval as a base area.
- the guide space 14 is arranged essentially perpendicular to the minimum diameter 16 of the intake port 12 of the first compressor stage 10.
- the guide space is arranged in particular in the upper evaporator part 54.
- the second compressor stage 20 also has a guide space 14, which is arranged essentially perpendicular to the minimum diameter 16 of the intake port 12 of the second compressor stage 20.
- the guide space 14 of the first or second compressor stage 10, 20 can also have another base area of any design.
- a further heat exchanger 82 is preferably arranged in the steam channel 30 at a distance from the outflow area 11.
- the further heat exchanger 82 is preferably arranged in an intake port 12 of the second compressor stage 20.
- the first and second compressor stages 10, 20 are connected by the steam channel 30, the steam channel 30 being arranged between a pressure side of the first compressor stage 10 and a suction side of the second compressor stage 20.
- the steam channel 30 has a curved shape with a depression 32.
- the container 45 is arranged in the depression 32 so that liquid intercooling fluid flows from the vapor channel 30 into the container 45. This can be seen in FIG. 8, for example.
- the heat exchanger 82 and/or the further heat exchanger preferably has/have
- the heat exchanger 82 and/or the further heat exchanger 82 has an at least partially contoured inner surface on its inner surface, which is in contact with the fluid from the container 45 in order to cause the formation of a turbulent flow on its inner surface.
- the contoured inner and/or outer surfaces can have grooves and/or reliefs, ie recesses/projections of any shape.
- the condenser sump 64 and/or the evaporator sump 52 and/or the container 45 are preferably each connected to one another in a fluid-conducting manner via a fluid line channel 15, so that the fluid level 51 of the individual sumps 52, 45, 64, in particular only below Utilization of gravity is regulated.
- the fluid level 51 of the individual sumps 52, 45, 64 is set passively due to the geometric arrangement and the connection of the individual sumps 52, 45, 64 to one another (see, for example, Figs. 1, 2, 8, or 12 to 14 ).
- self-regulation means passive regulation, i.e. without further technical means.
- a return line 2 which is also referred to in particular as a fluid line channel 15, extends for conducting fluid from the condenser sump 64 from the condenser sump 64 into the container 45 or the intermediate cooling sump 44.
- a fluid line channel 15 preferably extends for conducting fluid the container 45 or the intermediate cooling sump 44 from the container 45 or the intermediate cooling sump 44 into the evaporator sump 52, in particular the fluid line channel 15 starting from a bottom of the container 45 or or the intermediate cooling sump 44 laterally into the evaporator sump 52 below the fluid level 51 of the evaporator sump 52 extends into it.
- the container 45 is preferably an intercooling sump 44 of an intercooler 40.
- the heat pump 100 preferably has an intercooling circulation pump 22
- the intermediate cooling fluid supply line 3 can be in this embodiment Heat pump 100 extends from the container 45 to the pipeline 56 (see Fig. 8).
- the intercooling circulation pump 22 can supply intercooling fluid from the evaporator sump 52 to the pipeline 56.
- Fig. 9 shows a hydraulic diagram of the indirect intermediate cooling 8 with indirect heat exchanger 82. From Fig. 9 it can be seen in a simplified representation that from the upper evaporator part 54, in which in particular the first compressor of the first compressor stage 10 is arranged and in which the Heat exchanger 82 can be arranged, the steam channel 30 extends to the second compressor stage 20. Compressed fluid coming out of the first compressor stage 10 can therefore be guided to the second compressor stage 20 via the steam channel 30. Furthermore, starting from the arranged heat exchanger 82, one of the fluid line channels 15 extends, in which the fluid flowing through the heat exchanger 82 can be guided into the container 45. The legend of Fig.
- the fluid line channels 15 and the intermediate cooling fluid supply line 3 conduct liquid fluid, i.e. in this case water.
- the steam channel 30 between the first and second compressor stages 10, 20 is an active steam path.
- active steam path means that the second compressor stage 20 is in operation, so that compressed fluid leaving the first compressor stage is sucked in through the second compressor stage 20.
- the bridging channel 62 between the first compressor stage and the condenser 60 is an inactive vapor path.
- inactive vapor path means that the second compressor stage 20 is out of operation and the cross-sectional reduction element 70 is open, so that compressed fluid that leaves the first compressor stage is fed directly into the condenser 60 via the bridging channel 62.
- the heat pump 100 includes the evaporator 50 for evaporating a fluid to obtain a vaporized fluid, the evaporator 50 having the evaporator sump 52. Furthermore, the heat pump 100 includes the compressor with the first compressor stage 10 and the second compressor stage 20, wherein the compressor is arranged in the flow direction of the evaporated fluid during operation of the heat pump 100 between the evaporator 50 and the condenser 60 and is designed to transport the evaporated fluid to compress to obtain compressed fluid.
- the condenser 60 serves to condense the compressed fluid.
- the heat pump 100 also includes the intercooler 40, which is connected to an intercooling fluid supply line 3 and has the operating element 42, wherein the operating element is arranged between the first compressor stage 10 and the second compressor stage 20 and is designed to ensure an interaction between an intercooling fluid that can be supplied through the intercooling fluid supply line 3, and one of to cause the heated vaporous fluid that can be output from the first compressor stage 10.
- the intermediate cooling fluid supply line 3 extends from the evaporator sump 52 to the operating element 42.
- Such a preferred embodiment of the heat pump is shown as a hydraulic diagram, for example in FIG. 12.
- Fig. 12 also shows the hydraulic diagram, which shows a supply of the intermediate cooling, the intermediate cooling being fed from the evaporator sump 52.
- Fluid from the evaporator sump 52 is supplied to the effect element 42 via the intercooling fluid supply line 3, so that the fluid from the evaporator sump 52 can be used to sprinkle evaporated and compressed fluid, which passes through the intercooler 40, which is arranged in the vapor channel 30.
- the intercooling fluid supply line 3 extends through an opening in the evaporator sump 52, and the opening of the intercooling fluid supply line 3 lies below a fluid level 51 of the fluid in the evaporator sump 52.
- the fluid from the evaporator sump 52 can flow into the intermediate cooling fluid supply line 3, in particular using gravity.
- the intercooling fluid supply line 3 does not require any control for supplying fluid from the evaporator sump 52. However, it is conceivable to provide a control for supplying liquid fluid to the intercooling fluid supply line 3.
- the intercooler 40 preferably has an intercooling sump 44, with a return line 2 or a fluid line channel 15 for returning fluid from the intercooling sump 44 into the evaporator sump 52, preferably laterally, extending from a bottom of the intercooling sump extends the evaporator sump 52.
- the heated vaporous fluid that can be output from the first compressor stage 10 and the intermediate cooling fluid are each taken from the evaporator sump 52.
- the return line 2 and the further return line 1 are fluidly separated from one another. “Fluidically separated from each other” means that the fluid from the return line 2 and the further return line 1 cannot mix in one line, but are only mixed with one another in the evaporator sump 52.
- Figs. 12 and 14 an identical arrangement of the lines 1, 2, 3.
- Fig. 14 shows a further preferred embodiment of the heat pump 100, as shown in Fig. 12. 14 shows a hydraulic diagram as in FIG.
- the intercooling fluid supply line 3 is connected to at least one further intercooler 4, 5.
- the further intercooler 5 can be arranged in the steam channel 30 between the evaporator 50 and the condenser 60.
- the further or even further intercooler 4, 5 can in particular be arranged after an output of the first compressor stage 10.
- the intercooling sump 44 is designed to collect fluid that can flow through the intercooling fluid supply line 3, the fluid from the intercooling sump 44 to the evaporator sump 52 via the return line 2, or also fluid line channel 15 called, can be supplied.
- the return line 2 and the further return line 1 each have an opening 55 to the evaporator sump 52 at spaced positions of the evaporator sump 52.
- the opening 55 of the further return line 1 into the evaporator sump 52 is arranged below a fluid level 51 of the evaporator sump 52.
- the opening 55 of the return line into the evaporator sump 52 is arranged below a fluid level 51 of the evaporator sump 52.
- the intermediate cooling fluid supply line 3 or an engine cooling line 33 from the evaporator sump 52 to an engine cooling system 34 of the first compressor stage is preferred 10 arranged to conduct fluid from the evaporator sump 52 to the engine cooling 34 for cooling a motor M assigned to the first compressor stage 10.
- the intermediate cooling fluid supply line 3 and/or the engine cooling line 33 extend from the evaporator sump 52 via the engine cooling 34 of the first compressor stage 10 to the effect element 42 in order to supply fluid from the evaporator sump 52 to the engine cooling 34 for cooling an engine assigned to the first compressor stage 10 M and to the effective element 42 (see Figs. 12 and 14).
- a further engine cooling line 35 is arranged from the evaporator sump 52 to a further engine cooling system 36 of the second compressor stage 20 in order to supply fluid from the evaporator sump 52 to the further engine cooling system 36 for cooling a motor M assigned to the second compressor stage 20 lead.
- the motors M which are assigned to the compressor stages 20, 30, 80, can be cooled with fluid from the evaporator sump 52.
- the fluid from the evaporator sump 52 is cooler than the fluid from an intercooling sump 44.
- the fluid from one of the intercooling sumps 44 is in turn cooler than the fluid from the condenser sump 64.
- a ball bearing adapter line 74 is preferably arranged from the intermediate cooling sump 44 to a ball bearing adapter 76, which is assigned to the first compressor stage 10, in order to supply fluid from the intermediate cooling sump 44 for cooling the at least one ball bearing adapter 76 to direct.
- a compressor cooling channel 77 is arranged from an output of the ball bearing adapter 76 to the first compressor stage 10 in order to direct fluid from the ball bearing adapter 76 to the first compressor stage 10 in order to irrigate compressed fluid in the first compressor stage 10 with the fluid from the ball bearing adapter 76.
- a ball bearing adapter line 74 is preferably arranged from the condenser sump 64 to a ball bearing adapter 76, which is assigned to the second compressor stage 20, in order to direct fluid from the condenser sump 64 for cooling the at least one ball bearing adapter 76.
- a compressor cooling channel 77 is arranged from an output of the ball bearing adapter 76 to the second compressor stage 20 in order to direct fluid from this ball bearing adapter 76 to the second compressor stage 20 in order to compress fluid in the second compressor stage 20 with the fluid from the ball bearing adapter 76, which is the second compressor stage 20 is assigned rain.
- the ball bearing adapter can also receive fluid for cooling from the intermediate cooling fluid supply line 3 and thus be connected in series or parallel to the same line to which the engine cooling 36 is also connected.
- At least one packing body 7 is arranged in an area around the first compressor stage 10 to dissipate heat, in particular to increase the surface area and thus for optimized cooling of the steam.
- the at least one packing body 7 is arranged in particular around the intake port 12 of the first compressor stage 10 (cf. with FIG. 14).
- the at least one packing comprises numerous individual packings which are distributed around the intake port 12 of the first compressor stage 10.
- a further intercooler 4 is preferably arranged in the intercooling fluid supply line 3.
- the steam i.e. the evaporated and compressed fluid
- the heat pump 100 only includes the further intercooler 4 and the even further intercooler 5 (see FIG. 14). It is also conceivable that the heat pump 100 only includes the intercooler 40 (see FIG. 12).
- the heat pump 100 only includes the intercooler 40 and the further intercooler 4 or the even further intercooler 5.
- the intercooler 5 it is also possible for the intercooler 5 to extend over the entire length of the steam channel 30, thus resulting in particularly efficient cooling of the steam flowing past.
- the further intermediate cooler 4 is preferably designed as a heat exchanger 82, which is designed as a pipe 56 and/or as a tube bundle 56a and has a pipe volume through which fluid from the evaporator sump 52 flows in order to enable indirect cooling 8 of the steam.
- Figs. 8 to 10 show, for example, the indirect cooling 8 through the heat exchanger 82.
- the heat exchanger 82 has already been discussed in detail, to which reference is made at this point.
- the second compressor stage 20 is preferably arranged between the evaporator 50 and the condenser 60 and the intercooler 40, the further intercooler 4 and/or the further intercooler 5 are arranged at a distance from a suction area of the second compressor stage 20.
- the intercooler 40 and/or the further intercooler 4 and/or the further intercooler 5 can be in the upper evaporator part 54 and/or starting from the first compressor stage 10 in the steam channel 30 up to the sink 32 be arranged.
- the condenser sump 64 and/or the evaporator sump 52 and/or the intermediate cooling sump 44 can each have a level control.
- Level control can preferably be dispensed with if the fluid level 51 in the individual sumps 52, 44, 64 controls itself via the height of the outflows, i.e. if self-regulation, as already described, is possible. Then the fluid level 51 does not need to be actively regulated.
- drains mean, for example, the opening 65 of the vapor supply line 92 into the condenser 60, and/or the opening 65 of the return line 2 into the intercooling sump 44 and/or the opening 65 of the intercooling fluid supply line 3 into the evaporator sump 52, as shown, for example, in FIGS. 12, 13 and 14 is shown.
- FIG. 15 shows a compressor map 170 of an N-stage compressor, the compressor map 170 defining a relationship between a pressure ratio and a mass flow.
- FIG. 16 shows a three-dimensional envelope surface 180 over a corrected mass flow, the dotted lines representing measured speed characteristics 181.
- the speed characteristics 181 are dependent on the corrected mass flow WCcorr and the compression ratio PiC. Similar to FIG. 15, the surge limit 171 is shown in FIG. 16 as a function of the corrected mass flow and the compressor ratio.
- the envelope surface 180 is shown as a compensation surface (3D fit), which has been adapted to the measured speed characteristics 181.
- the envelope surface 180 initially increases with increasing corrected mass flow and increasing speed, which is represented by a three-dimensional monotonically increasing function. After reaching a mass flow of approximately 0.8, the envelope surface 180 branches off in a monotonically decreasing course.
- Fig. 17 shows a three-dimensional representation for determining a volume flow to determine the corrected mass flow.
- the volume flow is given by a function which depends on the excluded electrical power P ei and the speed of the compressor stage 10, 20.
- 100 compressor stages 10, 20 are used in the heat pump, which are identical in construction. It is conceivable to use compressor stages 10, 20 that differ from one another.
- the volume flow cannot be measured directly. Instead, this is determined indirectly via a stored 3D map 190, which is specific for a compressor drive used.
- the volume flow is derived depending on the electrical power P ei consumed and the speed of the compressor drive with the help of the 3D map in the 3D map 190 (see dotted curves 191), in which the measured values 191 are entered in the 3D map 190 become.
- mass flow can be corrected, in particular by applying knowledge of the molar mass of the fluid at a given pressure and temperature.
- the heat pump 100 includes the evaporator 50 for vaporizing a fluid to obtain a vaporized fluid; the condenser 60 for condensing a compressed fluid; and the compressor with a first compressor stage 10 and a second compressor stage 20, wherein the compressor is arranged in the flow direction of the evaporated fluid in an operation of the heat pump 100 between the evaporator 50 and the condenser 60 and is designed to compress the evaporated fluid in order to to obtain the compressed fluid.
- the heat pump 100 includes a value detection device 95 for detecting a first value P1, which corresponds to a first pressure ratio between an input of the first compressor stage 10 and an output of the first compressor stage 10 or is dependent on the first pressure ratio; and a controller 96 for controlling a first speed of the first compressor stage 10 and a second speed of the second compressor stage 20, the controller 96 being designed to control the second speed of the second compressor stage 20 depending on the first value P1.
- the value capture device 95 and the controller 96 can communicate with each other and can each communicate with components of the heat pump 100, as indicated in FIG. 18 by the arrows in opposite directions.
- the output of the first compressor stage 10 includes an area immediately after the first compressor stage 10 as well as an area between first compressor stage 10 and the second compressor stage 20, in particular an area in the steam channel 30.
- the value detection device 95 is designed to detect a second value P2, which corresponds to a second pressure ratio between an output of the second compressor stage 20 and an input of the first compressor stage 10 or is dependent on the second pressure ratio, and wherein the controller 96 is designed to further control the second speed depending on the second value P2.
- a second value P2 which corresponds to a second pressure ratio between an output of the second compressor stage 20 and an input of the first compressor stage 10 or is dependent on the second pressure ratio
- the controller 96 is designed to further control the second speed depending on the second value P2.
- an area of the input of the second compressor stage 20 can connect to the area of the output of the first compressor stage 10.
- the area of the output of the first compressor stage 10 can end in the depression 32 and the area of the inlet of the second compressor stage 20 can begin in the depression 32 of the steam channel 30 (see FIG. 18).
- 18 shows the hydraulic diagram of the heat pump 100, in which the first temperature sensor 91, the second temperature sensor 92 and the third temperature sensor 93 are shown. 18 also shows the controller 96 and the value recording device 95, which communicate with the individual components of the heat pump 100 as well as with each other.
- the cooling liquid 97 indicates the cold water temperature that a user of the heat pump 100 is provided with as the actual temperature.
- the first temperature sensor 91 measures the first temperature TU in the evaporator sump 52 and thus before the first compressor stage 10.
- the second temperature sensor 92 measures the second temperature TI3 in the intermediate cooling sump 44 and thus after the first compressor stage 10 and before the second compressor stage 20.
- the third Temperature sensor 93 measures the third temperature TI2 in the condenser sump 64 and thus after the second compressor stage.
- a cooling power 103 which serves as a power for cooling customer water.
- the dissipated heat output 105 is heat output that is dissipated via a dry cooler.
- the motors M of the compressor stages 10, 20 absorb the electrical power 104, which is the power absorbed by the heat pump 100, which is absorbed via the two compressor stages 10, 20.
- the controller 96 is preferably designed to use the first value P1 as the actual value and the second value P2 as the setpoint. Furthermore, the controller 96 is preferably designed to increase the speed of the second compressor stage 20 if the actual value is greater than the setpoint, or to reduce the speed of the second compressor stage 20 if the actual value is smaller than the setpoint. By comparing the actual value with the setpoint, the speeds of the first and second compressor stages 10, 20 can each be adjusted such that the second compressor stage can be used efficiently independently of the first compressor stage 10. An independent adjustment of the speeds of the first and second compressor stages 10, 20 is achieved in that each motor M of the compressor stages 10, 20 has its own motor shaft that is to be driven.
- the value recording device 95 is further designed to determine an actual temperature of a coolant 97 dispensed on the evaporator side, and in which the controller 96 is designed to control the speed of the first compressor stage 10 depending on the actual temperature of the coolant 97 and a predefined one Set the target temperature of the coolant 97.
- the controller 96 is designed to control the speed of the first compressor stage 10 depending on the actual temperature of the coolant 97 and a predefined one Set the target temperature of the coolant 97.
- the heat pump 100 it can increase the actual temperature of the coolant 97 dispensed on the evaporator side, since as a result of the operation of the heat pump 100, the fluid circulating in the heat pump, i.e. the coolant 97, assumes a higher temperature over time.
- the control is preferably designed to be dependent on one
- Fig. 19 shows a diagram to illustrate a control of the compressor stages 10, 20 of the heat pump 100 depending on the speeds of the first and second compression stages 10, 20 in the first performance range 98 and in the second performance range 99.
- a higher power TT is implemented than in the first case, i.e. in the first power range 98 (see FIG. 19).
- the constant power value TT of the first compressor stage 10 corresponds to a setpoint in the first line area 98 at which the first compressor stage is to be operated.
- the second compressor stage 20 begins with an initially lower power TT, but increasingly approaches the setpoint of the first power stage 10. If the second compressor stage 20 also reaches the setpoint of the power TT, both compressor stages 10, 20 switch over in an operation which corresponds to case two, i.e. the second power range 99. In the second performance range, the pressure ratio of the first compressor stage 10 and the second compressor stage 20 preferably increases uniformly. At the border 94, operation in the first power range 98 is switched to operation in the second power range 99/9.
- the heat pump 100 switches from operation in the first performance range 98 to operation in the second performance range 99, where p(TZl) indicates a saturated steam pressure in the evaporator sump 52, which in particular can be measured by the first temperature sensor 91, and where p(Tl2) indicates a saturated steam pressure in the condenser sump 64, which can be measured in particular by the third temperature sensor 93 (cf. with FIG. 18).
- the first compressor stage 10 and the second compressor stage 20 preferably have radial wheels of different sizes, the controller 96 being designed to control the first compressor stage 10 in the first performance range 98 to a constant first pressure ratio as a setpoint, and to control the second compressor stage 20 increasing power requirement to an increasing second pressure ratio as a setpoint, and in order to accommodate an increasing power requirement in the second performance range 99 both by the first compressor stage 10 and by the second compressor stage 20 (see mi Fig. 19).
- the setpoint for the compressor stages 10, 20 used is 2.7, as already explained. If other compressor stages are used, the setpoint may be different. In particular, the setpoint is specific to the compressor.
- the radial wheel of the first compressor stage 10 is preferably designed to be larger than the radial wheel of the second compressor stage 20. Both radial wheels are designed in particular so that they both pass through approximately the same mass flow. Since the temperature in front of the second radial wheel, ie the radial wheel of the second compressor stage 20, is higher than in front of the first radial wheel, ie the radial wheel of the first compressor stage 10, the second radial wheel must be made smaller.
- the controller 96 is preferably designed to use a maximum value from a function of the second value P2 or a predefined constant const as a setpoint for controlling the second speed of the second compressor stage 20.
- the constant is the optimal pressure ratio of the first compressor.
- the maximum value of the second speed of the second compressor stage 20 is therefore given by:
- the maximum value is given by a maximum function which takes the highest value from the second value P2 or a predefined constant const.
- the maximum function is a root function and the predefined constant is the limit 94 between the first and second power ranges 98, 99.
- the maximum function is given by ((n2)/(ni)) 1/2 , where p(Tll) indicates a saturated steam pressure in the evaporator sump (52), which can be measured in particular by the first temperature sensor 91, and where p(TL2) indicates a saturated steam pressure in the condenser sump 64 indicates which can be measured in particular by the third temperature sensor 93 (see FIG. 18).
- a total compression ratio P tot is given by the product of the first value P1 and the second value P2, namely by:
- the value detection device 95 preferably comprises a first temperature sensor for detecting a first temperature TU with respect to the evaporator 50, and a second temperature sensor for detecting a second temperature TI3 with respect to an output of the first compressor stage 10, wherein the value detection device 95 is designed to measure the first value P1 to determine the first temperature TU and the second temperature TI3.
- 18 shows, for example, where in the hydraulic diagram of the heat pump 100 the temperature sensors could be arranged, which indicates where which of the temperatures TU, TI2 and TI3 can be measured.
- the first temperature sensor is arranged in the evaporator sump 52 of the evaporator 50 in order to detect the first temperature TU before the first compressor stage 10, and the second temperature sensor is arranged in an intermediate cooling sump 44 in order to detect the second temperature TI3 after an output of the first compressor 10 capture.
- the output of the first compressor 10 includes the sink 32 in the steam channel 30, which fluidly connects the first compressor stage 10 and the second compressor stage 20.
- the steam channel 30 is preferably provided between the first compressor stage 10 and the second compressor stage 20 in order to guide compressed fluid from the first compressor stage 10 into the second compressor stage 20, the intermediate cooling sump 44 or the container 45 being arranged in the steam channel 30.
- the first compressor stage 10 and the second compressor stage 20 are fluidly connected to one another through the steam channel 30.
- the value acquisition device 95 comprises a third temperature sensor in order to measure a third temperature TI2, the value acquisition device 95 being designed to obtain the second value P2 from the third temperature TI2 and the first temperature (TU). to determine.
- the third temperature sensor is preferably arranged in the condenser sump 64 in order to detect the third temperature TI2 after the second compressor stage 20.
- 18 shows a hydraulic diagram highlighting temperature sensors for guiding the second compressor, particularly where the temperature sensors could be located in the heat pump 100 to measure the respective temperature TU, TI2 or TI3. 8, for example, the second temperature sensor can also be arranged in the container 45 instead of in the intermediate cooling sump 44, i.e. in a sump 44, 45, which fluidly connects the first compressor stage 10 and the second compressor stage to one another.
- a fluid line channel 15 extends to fluid from the condenser sump 64 into the intermediate cooling sump 44 or into the container
- a further fluid line channel 15 extends from the intercooling sump 44 or the container 45 in the evaporator sump 52 in order to direct fluid from the intercooling sump 44 or the container 45 into the evaporator sump 52.
- a bridging channel 62 is preferably arranged between the first compressor stage 10 and the condenser 60 in order to bridge the second compressor stage 20, wherein in the bridging channel 62 a cross-sectional reducing element 70 is arranged to adjust a cross-section of the bridging channel 62 in order to regulate a flow of compressed fluid from the first compressor stage 10 to the condenser 60, wherein the cross-sectional reducing element 70 has a closed one during operation of the second compressor stage 20 takes position.
- the bridging channel 62 and the cross-sectional reducing element 70 have already been described in detail, to which reference is made.
- the speeds of the compressor stages 10, 20 can be increased for two reasons, since both the user side and the dry cooler side act on the heat pump.
- the cold water temperature 97 can rise.
- the speed of the first compressor stage 10 is increased, as a result of which more electrical power 104 is supplied to the heat pump 100.
- This increases the cooling capacity 103 generated by the heat pump.
- cold water temperature 97 can increase if the water temperature from the recooler to the condenser increases, for example if the outside temperature rises and the recooler can only dissipate the heat energy with greater energy expenditure.
- the measured temperatures TU, TI3 and TI2 increase, which ultimately increases the cold water temperature that the user receives.
- the heat pump described herein allows the second compressor to be used more efficiently, whereby the heat pump as such can be used more efficiently. In addition, it is prevented that the second compressor stage is operated in the surge limit or in the swallow limit.
- the first compressor stage provides the user with a requested cooling capacity.
- the second compressor stage 20 removes the heat from the heat pump 100 to the dry cooler. If the first compressor stage 10 provides the user with more cooling capacity, the compressor stage 20 will do this More heat output is delivered to the dry cooler, which increases the electrical power consumed by the heat pump.
- Another aspect relates to a method for operating a heat pump 100 with an evaporator 50 for evaporating a fluid to obtain a vaporized fluid, the evaporator 50 having an evaporator sump 52; a condenser 60 for condensing vaporized fluid compressed by an N-stage compressor, the condenser 60 having a condenser sump 64, a condensation region 66 and a holding region 67 for holding a vaporous fluid remaining after the condensation region 66; the N-stage compressor, which includes N compressors, where N is a natural number greater than or equal to one, the N-stage compressor being arranged between the evaporator 50 and the condenser 60; a steam channel 30, which couples at least two of the N compressors of the N-stage compressor between the evaporator 50 and the condenser 60, and a steam guide line 92, which is arranged between the condenser 60 and the evaporator 50, to transport vaporous fluid from the holding region 67 of the Conden
- Another aspect relates to a method of manufacturing a heat pump 100 having an evaporator 50 for evaporating a fluid to obtain a vaporized fluid, the evaporator 50 having an evaporator sump 52; a condenser 60 for condensing vaporized fluid compressed by an N-stage compressor, the condenser 60 having a condenser sump 64, a condensation region 66 and a holding region 67 for holding a vaporous fluid remaining after the condensation region 66; the N-stage compressor, which comprises N compressors, where N is a natural number larger or is equal to one, where the N-stage compressor is arranged between the evaporator 50 and the condenser 60; a steam channel 30, which couples at least two of the N compressors of the N-stage compressor between the evaporator 50 and the condenser 60, and a steam guide line 92, which is arranged between the condenser 60 and the evaporator 50, to transport vaporous fluid from the holding region 67 of the Con
- Another aspect relates to a method for operating a heat pump 100 with an evaporator 50 for evaporating a fluid to obtain a vaporized fluid, the evaporator 50 having an evaporator sump 52; a condenser 60 for condensing a compressed fluid, the condenser 60 having a condenser sump 64; a compressor with a first compressor stage
- the compressor is arranged in the flow direction of the evaporated fluid in an operation of the heat pump 100 between the evaporator 50 and the condenser 60 and is designed to compress the evaporated fluid to obtain the compressed fluid; wherein the method includes the steps:
- Another aspect relates to a method of manufacturing a heat pump 100 having an evaporator 50 for evaporating a fluid to obtain a vaporized fluid, the evaporator 50 having an evaporator sump 52; a condenser 60 for condensing a compressed fluid, the condenser 60 having a condenser sump 64; a compressor with a first compressor stage 10 and a second compressor stage 20, the method comprising: arranging the compressor in the flow direction of the evaporated fluid so that during operation of the heat pump 100, the compressor is arranged between the evaporator 50 and the condenser 60 to compress the evaporated fluid to obtain the compressed fluid;
- Another aspect relates to a method for operating a heat pump 100 with an evaporator 50 for evaporating a fluid to obtain a vaporized fluid, the evaporator 50 having an evaporator sump 52; a compressor with a first compressor stage 10 and a second compressor stage 20, wherein the compressor is arranged in the flow direction of the evaporated fluid in an operation of the heat pump 100 between the evaporator 50 and a condenser 60 and is designed to compress the evaporated fluid in order to compress compressed fluid to obtain fluid; and the condenser 60 for condensing the compressed fluid; and an intercooler 40, which is connected to an intercooling fluid supply line 3 and which has an operating element 42, the operating element 42 being arranged between the first compressor stage 10 and the second compressor stage 20, the method comprising:
- Another aspect relates to a method of manufacturing a heat pump 100 having an evaporator 50 for evaporating a fluid to obtain a vaporized fluid, the evaporator 50 having an evaporator sump 52; a compressor with a first compressor stage 10 and a second compressor stage 20, the compressor being in the flow direction of the evaporated fluid in operation of the heat pump 100 is disposed between the evaporator 50 and a condenser 60 and is configured to compress the evaporated fluid to obtain compressed fluid; and the condenser 60 for condensing the compressed fluid; the method comprising:
- intercooler 40 Connecting the intercooler 40 to an intercooling fluid supply line 3, which extends from the evaporator sump 52 to the effect element 42, in order to ensure an interaction between an intercooling fluid, which can be supplied through the intercooling fluid supply line 3, and one that can be output from the first compressor stage 10 during operation of the heat pump 100 to cause heated vaporous fluid.
- Another aspect relates to a method for operating a heat pump 100 with an evaporator 50 for evaporating a fluid to obtain evaporated fluid; a condenser 60 for condensing a compressed fluid; a compressor with a first compressor stage 10 and a second compressor stage 20, wherein the compressor is arranged in the flow direction of the evaporated fluid in an operation of the heat pump 100 between the evaporator 50 and the condenser 60 and is designed to compress the evaporated fluid in order to compress compressed fluid to obtain fluid; and a bypass channel 62 between the first compressor stage 10 and the condenser 60, the method comprising:
- Bridging the second compressor stage 20 by adjusting a cross section of a cross section reducing element 70 in the bridging channel 62 to regulate a flow of compressed fluid from the first compressor stage 10 to the condenser 60.
- Another aspect relates to a method of manufacturing a heat pump 100 with an evaporator 50 for evaporating a fluid to obtain evaporated fluid; a condenser 60 for condensing a compressed fluid; a compressor with a first compressor stage 10 and a second compressor stage 20, the compressor being arranged between the evaporator 50 and the condenser 60 in the flow direction of the evaporated fluid during operation of the heat pump 100 and is designed to compress the vaporized fluid to obtain compressed fluid; wherein the method includes
- Another aspect relates to a method for operating a heat pump 100 with an evaporator 50 for evaporating a fluid to obtain a vaporized fluid; a condenser 60 for condensing a compressed fluid; and a compressor with a first compressor stage 10 and a second compressor stage 20, wherein the compressor is arranged in the flow direction of the evaporated fluid in an operation of the heat pump 100 between the evaporator 50 and the condenser 60 and is designed to compress the evaporated fluid in order to to obtain the compressed fluid, with the following steps:
- Another aspect relates to a method of manufacturing a heat pump 100 comprising: an evaporator 50 for vaporizing a fluid to obtain a vaporized fluid; a condenser 60 for condensing a compressed fluid; and a compressor with a first compressor stage 10 and a second compressor stage 20, with the following steps:
- the compressor in an operation of the heat pump 100, arranging the compressor in the flow direction of the evaporated fluid between the evaporator 50 and the condenser 60 to compress the evaporated fluid to obtain the compressed fluid; and connecting a value detection device for detecting a first value that corresponds to a first pressure ratio between an input of the first compressor stage and an output of the first compressor stage or is dependent on the first pressure ratio with the compressor, the evaporator or the condensing; and connecting a controller for controlling a first speed of the first compressor stage 10 and a second speed of the second compressor stage 20 with the compressor, the second speed of the second compressor stage 20 being controlled as a function of the first value.
- a method for producing a heat pump 100 can be provided by producing the individual features and combining the individual features to form one of the heat pump 100 described above.
- the individual features will not be discussed again here in connection with the manufacturing process of the heat pump. Rather, reference is made at this point to the above description of the individual features, which can also be understood as a production process step.
- a method for operating a heat pump 100 first comprises providing a heat pump 100, as described above.
- At least one, in particular the first, compressor stage 10 is operated.
- fluid is evaporated via the evaporator 50 and thus supplied to the first compressor stage.
- liquid fluid is supplied to an effective element 42 and/or a heat exchanger 82 via the intermediate cooling fluid supply line 3.
- Evaporated and compressed fluid leaving the first compressor stage 10 is cooled as already described above.
- the method for operating a heat pump 100 includes adjusting the cross-sectional reduction element 70 into an open, closed position or into an intermediate position, as already described above.
- the evaporated and compressed fluid leaving the first compressor stage 10 is either passed through the bridging channel 62 directly to the condenser 60 (inactive steam path) and/or via the steam channel 30 to the second compressor stage 20 (active steam path ).
- the inactive and the active vapor path can be used to conduct the evaporated and compressed fluid.
- fluid and cooling water are used interchangeably.
- steam when used, it means vaporized fluid.
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Abstract
A heat pump (100) with an evaporator (50) for evaporating a fluid in order to obtain evaporated fluid is described; with a condenser (60) for condensing a compressed fluid; with a compressor having a first compressor stage (10) and a second compressor stage (20), the compressor being arranged in the flow direction of the evaporated fluid during operation of the heat pump (100) between the evaporator (50) and the condenser (60) and being designed to compress the evaporated fluid in order to obtain compressed fluid; and with a bridging duct (62) between the first compressor stage (10) and the condenser (60) in order to bridge the second compressor stage (20), a cross-section reducing element (70) being arranged in the bridging duct (62) in order to adjust a cross section of the bridging duct (62) so as to control a flow of compressed fluid from the first compressor stage (10) to the condenser (60). Furthermore, methods for operating and producing the heat pump are described.
Description
Wärmepumpe Heat pump
Beschreibung Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Wärmepumpe und insbesondere auf Konzepte zum Verbessern der Effizienz einer Wärmepumpe. The present invention relates to the field of heat pumps and, more particularly, to concepts for improving the efficiency of a heat pump.
EP 3 203 164 beschreibt eine Wärmepumpe. Die Fig. 20 zeigt Stand der Technik aus der aus der EP 3 203 164. Die Wärmepumpe der EP 3 203 164 wird mit Wasser als Kältemittel betrieben. Das Wasser wird vom Sumpf des Kondensators 6‘ durch die Zuleitung 71 ‘ zu dem Sumpf der Zwischenkühlung geführt. Von dem Sumpf der Zwischenkühlung geht die Zuleitung 71 ‘ zum Sumpf des Verdampfers 2‘, wodurch eine Rückführung des Kältemittels gegeben ist. Von dem Sumpf 4a‘ der Zwischenkühlung 4‘ geht die weitere Zuleitung 72‘ zum Sumpf des Verdampfers 2‘, wodurch eine Rückführung des Kältemittels zum Verdampfer gegeben ist. Durch die Pumpe 4c‘ wird das Kühlwasser zur Beregnung an die Oberseite des Behälters 41 ‘ der Zwischenkühlung geführt, um den überhitzten Wasserdampf zu kühlen, der den Verdichter 3‘ verlässt. EP 3 203 164 offenbart eine direkte Kühlung mit direkter Beregnung. Bei der direkten Beregnung wird der aus dem ersten Verdichter strömende, überhitzte Dampf durch Beregnung mit Wasser aus dem Sumpf des Zwischenkühlers auf Sattdampftemperatur heruntergekühlt. Hierbei können durch die Beregnung Tröpfchen gebildet werden, die vom Dampf weiter in Richtung des zweiten Verdichters 5‘ mitgerissen werden und diesen aufgrund des Tropfenschlags am Impeller beschädigen können. Außerdem wird der überhitzte Dampf erst im Zwischenkühler gekühlt. Das im Sumpf der Zwischenkühlung gesammelte Wasser entspricht daher bereits beinahe der Sattdampftemperatur. Für eine Enthitzung des überhitzen Dampfes auf Sattdampftemperaturniveau wird hierdurch eine relativ große Oberfläche bzw. lange Kontaktzeit zwischen Wasser und Dampf benötigt. Üblicherweise sind Kälteanlagen nur auf einen begrenzten Bereich der Leistungsabgabe beschränkt. Um gleichzeitig auf höhere und niedrigere Kälteleistungen reagieren zu können, müssen die Verdichter oft an/ausgeschaltet werden. Bei der EP 3 203 164 B beispielsweise ist eine Klappe zwischen den unterschiedlichen Verdichtern vorgesehen. EP 3 203 164 describes a heat pump. 20 shows prior art from EP 3 203 164. The heat pump of EP 3 203 164 is operated with water as a refrigerant. The water is led from the sump of the condenser 6' through the supply line 71' to the sump of the intermediate cooling. The feed line 71' goes from the sump of the intermediate cooling to the sump of the evaporator 2', which allows the refrigerant to be returned. From the sump 4a' of the intermediate cooling 4', the further supply line 72' goes to the sump of the evaporator 2', whereby the refrigerant is returned to the evaporator. Through the pump 4c', the cooling water for irrigation is fed to the top of the intermediate cooling container 41' to cool the superheated water vapor leaving the compressor 3'. EP 3 203 164 discloses direct cooling with direct irrigation. With direct irrigation, the superheated steam flowing from the first compressor is cooled down to saturated steam temperature by sprinkling water from the sump of the intercooler. The irrigation can form droplets that are carried along by the steam towards the second compressor 5' and can damage it due to the impact of the droplets on the impeller. In addition, the superheated steam is only cooled in the intercooler. The water collected in the intermediate cooling sump therefore already corresponds almost to the saturated steam temperature. In order to deheat the superheated steam to the saturated steam temperature level, a relatively large surface area and a long contact time between water and steam are required. Refrigeration systems are usually only limited to a limited range of power output. In order to be able to react to higher and lower cooling capacities at the same time, the compressors often have to be switched on/off. In EP 3 203 164 B, for example, a flap is provided between the different compressors.
In der Veröffentlichung Novel Turbo Compressor for Heat Pump Using Water as Refrigerant and Lubricant von T. Shoyama et al. 2019, IOP Conf.: Mater. Sei. Eng. 604 011010 ist ein Kompressor für eine Wärmepumpe mit einem Dampfbypass V0
beschrieben, der den Dampf direkt nach dem Kompressor abgreift (siehe Fig. 21 ). Die Dampfführung geht vom Ausgang des zweiten Kompressors C2 wieder zum Eingang des ersten Kompressors C1. In the publication Novel Turbo Compressor for Heat Pump Using Water as Refrigerant and Lubricant by T. Shoyama et al. 2019, IOP Conf.: Mater. Be. Closely. 604 011010 is a compressor for a heat pump with a steam bypass V0 described, which taps the steam directly after the compressor (see Fig. 21). The steam flow goes from the output of the second compressor C2 back to the input of the first compressor C1.
Üblicherweise dient die Leistungsaufnahme der ersten Verdichterstufe als Führungsgröße für die zweite Verdichterstufe. Das führt dazu, dass die beiden Verdichterstufen (erste und zweite Verdichterstufe) ein ähnliches Druckverhältnis zum Gesamtdruckverhältnis beisteuern, da beide annähernd gleich schnell drehen. Hierdurch wird der zweite Verdichter nicht optimal durchströmt. Dieses wird besonders problematisch bei hohen Druckverhältnissen, weil sich aufgrund der Umgebungstemperatur und der Regelung des zweiten Verdichters durch die Leistungsaufnahme des ersten Verdichters eine Varianz an Dampfvolumenströmen ergibt. Das Verflüssigen und erneute Verdampfen im Zwischenkreis führt zu einem thermodynamischen Verlust, sodass die Druckverhältnisse der Verdichterstufen nicht gänzlich zum Gesamtverdichtungsverhältnis beitragen. Dieses ist insbesondere für den zweiten Verdichter ein Problem. The power consumption of the first compressor stage usually serves as a reference variable for the second compressor stage. This means that the two compressor stages (first and second compressor stages) contribute a similar pressure ratio to the overall pressure ratio, since both rotate at approximately the same speed. As a result, the flow through the second compressor is not optimal. This becomes particularly problematic at high pressure conditions because the power consumption of the first compressor results in a variance in vapor volume flows due to the ambient temperature and the control of the second compressor. The liquefaction and re-evaporation in the intermediate circuit leads to a thermodynamic loss, so that the pressure ratios of the compressor stages do not fully contribute to the overall compression ratio. This is a problem particularly for the second compressor.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Wärmepumpe zu schaffen, welche insbesondere ein verbessertes Konzept für einen Wärmeaustausch eines in der Wärmepumpe zirkulierenden Fluids, wie einer Kühlflüssigkeit, hat. The object of the present invention is to create an improved heat pump, which in particular has an improved concept for heat exchange of a fluid circulating in the heat pump, such as a cooling liquid.
Diese Aufgabe wird durch eine Wärmepumpe nach Patentanspruch 1 gelöst. This task is solved by a heat pump according to claim 1.
Die Wärmepumpe gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Verdampfer zum Verdampfen eines Fluids, um verdampftes Fluid zu erhalten; einen Kondensierer zum Kondensieren eines verdichteten Fluids; einen Verdichter mit einer ersten Verdichterstufe und einer zweiten Verdichterstufe, wobei der Verdichter in Flussrichtung des verdampften Fluids in einem Betrieb der Wärmepumpe zwischen dem Verdampfer und dem Kondensierer angeordnet ist und ausgebildet ist, um das verdampfte Fluid zu verdichten, um verdichtetes Fluid zu erhalten; und einen Überbrückungskanal zwischen der ersten Verdichterstufe und dem Kondensierer, um die zweite Verdichterstufe zu überbrücken, wobei in dem Überbrückungskanal ein Querschnittreduzierungselement angeordnet ist, um einen Querschnitt des Überbrückungskanals einzustellen, um einen Durchfluss von verdichtetem Fluid aus der ersten Verdichterstufe zu dem Kondensierer zu regeln.
Es versteht sich, dass einzelne Aspekte, welche in Bezug auf die Wärmepumpe beschrieben sind, auch als Verfahrensschritt umgesetzt werden können und umgekehrt. Weitere Details werden im Rahmen der nachfolgenden Bildbeschreibung erörtert. The heat pump according to the present invention includes an evaporator for evaporating a fluid to obtain evaporated fluid; a condenser for condensing a compressed fluid; a compressor with a first compressor stage and a second compressor stage, the compressor being arranged in the flow direction of the evaporated fluid in an operation of the heat pump between the evaporator and the condenser and being designed to compress the evaporated fluid to obtain compressed fluid; and a bypass channel between the first compressor stage and the condenser to bridge the second compressor stage, wherein a cross-section reducing element is arranged in the bypass channel to adjust a cross section of the bypass channel to regulate a flow of compressed fluid from the first compressor stage to the condenser. It goes without saying that individual aspects that are described in relation to the heat pump can also be implemented as a process step and vice versa. Further details are discussed in the image description below.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigen: Preferred embodiments of the present invention are explained in detail below with reference to the accompanying drawings. Show it:
Fig. 1 ein Hydraulikschema der erfindungsgemäßen Wärmepumpe; Fig. 1 is a hydraulic diagram of the heat pump according to the invention;
Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Hydraulikschema nach Fig. 1 , wobei eine Dampfklappe (oberer Strang) und eine Dampfbypass-Klappe (unterer Strang) eingezeichnet sind; 2 shows an enlarged section of the hydraulic diagram according to FIG. 1, with a steam flap (upper section) and a steam bypass flap (lower section) being shown;
Fig. 3 einen schematischen Prüfstand, der dazu dient, die Verdichter der Wärmepumpe unter realen Betriebsbedingungen auf ihre Funktionsfähigkeit zu prüfen; 3 shows a schematic test stand which is used to test the functionality of the compressors of the heat pump under real operating conditions;
Fig. 4 einen schematischen Aufbau einer N-Stufen Verdichtung, wobei im dargestellten Fall N=3 ist; 4 shows a schematic structure of an N-stage compression, where in the case shown N=3;
Fig. 5 ein Hydraulikschema der N-Stufen Verdichtung; Fig. 5 is a hydraulic diagram of the N-stage compression;
Fig. 6 eine dreidimensionale Ansicht der erfindungsgemäßen Wärmepumpe; 6 shows a three-dimensional view of the heat pump according to the invention;
Fig. 7 eine Draufsicht (Fig. 7a) und eine Seitenansicht (Fig. 7b) desFig. 7 shows a top view (Fig. 7a) and a side view (Fig. 7b) of the
Querschnittreduzierungselements und einen Anschluss des Querschnittreduzierungselements (Fig. 7c); Cross-sectional reducing element and a connection of the cross-sectional reducing element (Fig. 7c);
Fig. 8 ein Hydraulikschema, in welchem ein Kreislauf einer indirekten Zwischenkühlung eingezeichnet ist; 8 shows a hydraulic diagram in which a circuit for indirect intermediate cooling is shown;
Fig. 9 ein Hydraulikschema der indirekten Zwischenkühlung mit indirektem Wärmeübertrager; Fig. 9 is a hydraulic diagram of indirect intercooling with an indirect heat exchanger;
Fig. 10 eine Skizze einer Seitenansicht eines Wärmeübertragerrohres;
Fig. 11 eine diametrale perspektivische Ansicht des Wärmeübertragers; Fig. 10 is a sketch of a side view of a heat exchanger tube; Fig. 11 is a diametrical perspective view of the heat exchanger;
Fig. 12 ein Hydraulikschema, aus dem eine Speisung der Zwischenkühlung hervorgeht, wobei die Zwischenkühlung aus dem Verdampfersumpf gespeist wird; 12 shows a hydraulic diagram showing a supply of the intercooling, the intercooling being fed from the evaporator sump;
Fig. 13 ein Hydraulikschema, aus dem eine Speisung der Zwischenkühlung hervorgeht, mit skizzierten Wärmeübertrager, wobei die Zwischenkühlung aus dem Verdampfersumpf gespeist wird; 13 shows a hydraulic diagram showing a supply of the intermediate cooling, with a sketched heat exchanger, the intermediate cooling being fed from the evaporator sump;
Fig. 14 ein Hydraulikschema, aus dem eine Speisung der Zwischenkühlung hervorgeht, mit zusätzlichen Füllkörpern und/oder zusätzlichen Zwischenkühlungen, wobei die Zwischenkühlung aus dem Verdampfersumpf gespeist wird; 14 shows a hydraulic diagram showing a supply of the intermediate cooling, with additional packing and/or additional intermediate cooling, the intermediate cooling being fed from the evaporator sump;
Fig. 15 ein Verdichterkennfeld; Fig. 15 shows a compressor map;
Fig. 16 eine dreidimensionale Hüllfläche über einem korrigierten Massenstrom; 16 shows a three-dimensional envelope surface over a corrected mass flow;
Fig. 17 eine dreidimensionale Darstellung zur Bestimmung des Volumenstromes zur Ermittlung des Korrigierten Massenstromes; 17 shows a three-dimensional representation for determining the volume flow to determine the corrected mass flow;
Fig. 18 ein Hydraulikschema, welches Temperatursensoren für eine Führung des zweiten Verdichters hervorhebt; 18 is a hydraulic schematic highlighting temperature sensors for guiding the second compressor;
Fig. 19 Schema zur Veranschaulichung einer Regelung der Verdichterstufen der Wärmepumpe; Fig. 19 Scheme to illustrate a control of the compressor stages of the heat pump;
Fig. 20 ein Hydraulikschema einer aus dem Stand der Technik bekannten Wärmepumpe; und 20 shows a hydraulic diagram of a heat pump known from the prior art; and
Fig. 21 ein Hydraulikschema einer aus dem Stand der Technik bekannten Wärmepumpe mit Dampfbypass. Fig. 21 is a hydraulic diagram of a heat pump known from the prior art with steam bypass.
Einzelne Aspekte der hierin beschriebenen Erfindung sind nachfolgend in den Figs. 1 bis 15 beschrieben. In der vorliegenden Anmeldung betreffen gleiche Bezugszeichen gleiche
oder gleichwirkende Elemente, wobei nicht alle Bezugszeichen in allen Zeichnungen, sofern sie sich wiederholen, erneut dargelegt sein müssen. Individual aspects of the invention described herein are shown below in Figures. 1 to 15 described. In the present application, the same reference numerals refer to the same or elements with the same effect, although not all reference symbols in all drawings, if they are repeated, have to be shown again.
Die erfindungsgemäße Wärmepumpe 100 wird in Zusammenschau der beigefügten Figuren 1 bis 19 beschrieben, wobei einzelne Aspekte der erfindungsgemäßen Wärmepumpe in den verschiedenen Figuren 1 bis 19 mit unterschiedlichen Facetten betrachtet werden, um in Zusammenschau die einzelnen Aspekte der Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Wärmepumpe herauszustellen. Die einzelnen Aspekte der Ausführungsformen können beliebig gegeneinander ausgetauscht werden. The heat pump 100 according to the invention is described in conjunction with the attached Figures 1 to 19, with individual aspects of the heat pump according to the invention being viewed with different facets in the various Figures 1 to 19 in order to highlight the individual aspects of the embodiments of the heat pump according to the invention in synopsis. The individual aspects of the embodiments can be interchanged with one another as desired.
Fig. 1 zeigt ein Hydraulikschema der erfindungsgemäßen Wärmepumpe 100. In dem Hydraulikschema nach Fig. 1 sind eine erste Verdichterstufe 10 und ein zweite Verdichterstufe 20 zu sehen. Die erste Verdichterstufe 10 und die zweite Verdichterstufe 20 sind über einen Dampfkanal 30 miteinander verbunden. Der Dampfkanal hat vorzugweise eine gekrümmte Form mit einer Senke 32. Mathematisch gesehen weist der Dampfkanal in der Senke 32 mindestens einen Wendepunkt auf, wobei in dem mindestens einen Wendepunkt eine Krümmung null ist. Gemäß dem Hydraulikschema nach Fig. 1 ist in der Senke 32 ein Zwischenkühler 40 angeordnet. Der Zwischenkühler 40 umfasst ein Wirkungselement 42 und einen Zwischenkühlersumpf 44. Der Zwischenkühlersumpf 44 zum Sammeln von Fluid und das Wirkungselement 42 des Zwischenkühlers 40 sind über eine erste Zwischenkühler-Leitung 46 miteinander gekoppelt, wobei Fluid aus dem Zwischenkühlersumpf 44 über die erste Zwischenkühler- Leitung 46 zum Wirkungselement 42 geführt werden kann, um verdichtetes Fluid aus der ersten Verdichterstufe 10, welches insbesondere in dem Dampfkanal 30 zu der zweiten Verdichterstufe 20 geführt wird, zur Zwecke der Abkühlung zu beregnen. Ferner ist ausgehend von dem Zwischenkühlersumpf 44 eine zweite Zwischenkühler-Leitung 48 vorgesehen. Die zweite Zwischenkühler-Leitung 48 führt von dem Zwischenkühlersumpf 44 zu einem Kugellageradapter 49 zum Kühlen des Kugellageradapters 49. 1 shows a hydraulic diagram of the heat pump 100 according to the invention. In the hydraulic diagram according to FIG. 1, a first compressor stage 10 and a second compressor stage 20 can be seen. The first compressor stage 10 and the second compressor stage 20 are connected to one another via a steam channel 30. The steam channel preferably has a curved shape with a depression 32. Mathematically speaking, the steam channel has at least one turning point in the depression 32, with a curvature being zero in the at least one turning point. According to the hydraulic diagram according to FIG. 1, an intercooler 40 is arranged in the depression 32. The intercooler 40 includes an operating element 42 and an intercooler sump 44. The intercooler sump 44 for collecting fluid and the operating element 42 of the intercooler 40 are coupled to one another via a first intercooler line 46, with fluid from the intercooler sump 44 via the first intercooler line 46 can be guided to the effect element 42 in order to sprinkle compressed fluid from the first compressor stage 10, which is led in particular in the steam channel 30 to the second compressor stage 20, for the purpose of cooling. Furthermore, starting from the intercooler sump 44, a second intercooler line 48 is provided. The second intercooler line 48 leads from the intercooler sump 44 to a ball bearing adapter 49 for cooling the ball bearing adapter 49.
Das Hydraulikschema nach Fig. 1 zeigt ferner einen der ersten Verdichterstufe 10 zugeordneten Verdampfer 50. Der Verdampfer 50 umfasst einen Verdampfersumpf 52. Der Verdampfer 50 umfasst oberhalb des Verdampfersumpfes 52 einen oberen Verdampferteil 54, in dem die erste Verdichterstufe 10 angeordnet ist. In dem Verdampfer 50 ist oberhalb des Verdampfersumpfes 52 eine Rohrleitung 56 angeordnet, welche gemäß dem gezeigten Querschnitt des Hydraulikschemas nach Fig. 1 matrixförmig oberhalb des Verdampfersumpfes 52 angeordnet ist. Die Rohrleitung 56 oberhalb des
Verdampfersumpfes 52 kann von zu kühlendem Fluid durchflossen werden. Oberhalb der Rohrleitung ist eine Berieselungsvorrichtung 58 angeordnet, um die Rohrleitung 56 mit Fluid aus dem Verdampfersumpf 52 zu beregnen. Von dem Verdampfersumpf 52 zu der Berieselungsvorrichtung 58 ist eine erste Verdampfer-Leitung 59 vorgesehen, welche Fluid aus dem Verdampfersumpf 52 zu der Berieselungsvorrichtung 58 leitet. Nach einem Beregnen der Rohrleitung 56, kann das über die Berieselungsvorrichtung 58 ausgegebene Fluid in dem Verdampfersumpf 52 aufgefangen werden und erneut einem Kreislauf der Wärmepumpe 100 zugeführt werden. 1 further shows an evaporator 50 assigned to the first compressor stage 10. The evaporator 50 comprises an evaporator sump 52. Above the evaporator sump 52, the evaporator 50 comprises an upper evaporator part 54, in which the first compressor stage 10 is arranged. In the evaporator 50, a pipe 56 is arranged above the evaporator sump 52, which is arranged in a matrix shape above the evaporator sump 52 according to the cross section shown in the hydraulic diagram according to FIG. The pipeline 56 above the Fluid to be cooled can flow through the evaporator sump 52. A sprinkler device 58 is arranged above the pipeline in order to irrigate the pipeline 56 with fluid from the evaporator sump 52. From the evaporator sump 52 to the sprinkling device 58, a first evaporator line 59 is provided, which directs fluid from the evaporator sump 52 to the sprinkling device 58. After the pipe 56 has been irrigated, the fluid released via the sprinkling device 58 can be collected in the evaporator sump 52 and fed again to a circuit of the heat pump 100.
Das Hydraulikschema nach Fig. 1 zeigt ferner zwischen der ersten Verdichterstufe 10 und einem Kondensierer 60 einen Überbrückungskanal 62 zum Überbrücken der zweiten Verdichterstufe 20. Über den Überbrückungskanal 62 kann verdichtetes Fluid nach einem Austritt aus der ersten Verdichterstufe 10 direkt zu dem Kondensierer 60 geleitet werden. Der Kondensierer 60 umfasst einen Kondensierersumpf 64 zum Sammeln von Fluid. Oberhalb des Kondensierersumpfes 64 ist eine Rohrleitung 56 angeordnet. Die dem Kondensierer zugeordnete Rohrleitung 56 weist jedoch keine Berieselungsvorrichtung auf. Die dem Kondensierer 60 zugeordnete Rohrleitung 56 wird von zu erwärmenden Fluid durchflossen. 1 also shows a bridging channel 62 between the first compressor stage 10 and a condenser 60 for bridging the second compressor stage 20. Via the bridging channel 62, compressed fluid can be passed directly to the condenser 60 after exiting the first compressor stage 10. The condenser 60 includes a condenser sump 64 for collecting fluid. A pipeline 56 is arranged above the condenser sump 64. However, the pipe 56 assigned to the condenser does not have a sprinkling device. The pipe 56 assigned to the condenser 60 is flowed through by fluid to be heated.
Weitere Merkmale des Hydraulikschemas nach Fig. 1 werden nachfolgend in Zusammenhang mit den weiteren vorteilhaften Ausführungsformen der Wärmepumpe 100 beschrieben werden. Further features of the hydraulic scheme according to FIG. 1 will be described below in connection with the further advantageous embodiments of the heat pump 100.
Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Hydraulikschema nach Fig. 1 , wobei ein Querschnittreduzierungselement 70 (oberer Strang) und eine Dampfübertragungsklappe 90 (unterer Strang) eingezeichnet sind. In einem geöffneten Zustand der Dampfübertragungsklappe 90 kann dampfförmiges Fluid über eine Dampfführungsleitung 92 aus dem Kondensierer 60 in den Verdampfer 50 geführt werden. In einem geöffneten Zustand des Querschnittreduzierungselements 70 kann dampfförmiges Fluid über den Überbrückungskanal 62 direkt zu dem Kondensierer 60 geleitet werden. Fig. 2 shows an enlarged section of the hydraulic diagram according to Fig. 1, with a cross-sectional reduction element 70 (upper strand) and a steam transfer flap 90 (lower strand) being shown. When the steam transfer flap 90 is open, vaporous fluid can be guided from the condenser 60 into the evaporator 50 via a steam guide line 92. In an open state of the cross-sectional reduction element 70, vaporous fluid can be conducted directly to the condenser 60 via the bridging channel 62.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Wärmepumpe 100 den Verdampfer 50 zum Verdampfen eines Fluids, um ein verdampftes Fluid zu erhalten, wobei der Verdampfer 50 den Verdampfersumpf 52 aufweist. Ferner umfasst die Wärmepumpe 100 den Kondensierer 60, um verdampftes und von einem N-stufigen
Verdichter 10, 80, 20 verdichtetes Fluid zu kondensieren, wobei der Kondensierer 60 einen Kondensierersumpf 64, einen Kondensationsbereich 66 und einen Haltebereich 67 zum Halten von einem nach dem Kondensationsbereich 66 noch verbliebenen dampfförmigen Fluid aufweist. Der N-stufige Verdichter 10, 20, 80 umfasst N Verdichter, wobei N eine natürliche Zahl größer oder gleich eins ist, wobei der N-stufige Verdichter 10, 20, 80 zwischen dem Verdampfer 50 und dem Kondensierer 60 angeordnet ist. Außerdem umfasst die Wärmepumpe 100 den Dampfkanal 30, welcher wenigstens zwei der N Verdichter des N-stufigen Verdichters 10, 20, 80 zwischen dem Verdampfer 50 und dem Kondensierer 60 koppelt. In Fig. 4 beispielsweise ist ein N-stufiger Verdichter, 10, 20, 80 gezeigt, beim dem N=3 ist. Ferner umfasst die Wärmepumpe 100 eine Dampfführungsleitung 92, die zwischen dem Kondensierer 60 und dem Verdampfer 50 angeordnet ist, um dampfförmiges Fluid aus dem Haltebereich 67 des Kondensierers 60 in den Verdampfer 50 zu führen. Figs. 2 und 4 zeigen beispielsweise eine einzige Dampfführungsleitung 92, in welcher jeweils die Dampfübertragungsklappe 90 angeordnet ist. According to a preferred embodiment, the heat pump 100 includes the evaporator 50 for evaporating a fluid to obtain a vaporized fluid, the evaporator 50 having the evaporator sump 52. Furthermore, the heat pump 100 includes the condenser 60 to evaporate and from an N-stage Compressor 10, 80, 20 to condense compressed fluid, the condenser 60 having a condenser sump 64, a condensation area 66 and a holding area 67 for holding any vaporous fluid remaining after the condensation area 66. The N-stage compressor 10, 20, 80 includes N compressors, where N is a natural number greater than or equal to one, the N-stage compressor 10, 20, 80 being arranged between the evaporator 50 and the condenser 60. In addition, the heat pump 100 includes the steam channel 30, which couples at least two of the N compressors of the N-stage compressor 10, 20, 80 between the evaporator 50 and the condenser 60. In Fig. 4, for example, an N-stage compressor, 10, 20, 80 is shown, in which N = 3. Furthermore, the heat pump 100 includes a vapor guide line 92, which is arranged between the condenser 60 and the evaporator 50 in order to guide vaporous fluid from the holding area 67 of the condenser 60 into the evaporator 50. Figs. 2 and 4 show, for example, a single steam guide line 92, in which the steam transfer flap 90 is arranged.
Fig. 3 zeigt einen schematischen Prüfstand, der dazu dient, einen einzigen Verdichter der Wärmepumpe 100 unter realen Betriebsbedingungen auf seine Funktionsfähigkeit zu prüfen. Gemäß dem Prüfstand 300 aus Fig. 3 ist N=1 . Der Prüfstand 300 umfasst einen zu prüfenden Verdichter 301 und mindestens einen Drucksensor 302 zum Messen eines Verdichtungsdrucks des verdichteten Fluids. Außerdem umfasst der Prüfstand 300 mindestens einen Temperatursensor 303 zum Messen der Temperatur des verdichteten Fluids. Der mindestens eine Drucksensor 302 und der mindestens eine Temperatursensor 303 sind nahe dem zu prüfenden Verdichter 301 angeordnet. In den Prüfstand 303 hinein führt eine Fluidleitung 15 und eine Fluidleitung 15 hinaus, um Fluid, insbesondere Kühlwasser, der Rohrleitung 56 zuzuleiten bzw. von dieser abzuleiten. In Abhängigkeit eines Verflüssigungsdruckes wird der Durchfluss in den Fluidleitungen 15 geregelt. Vorzugsweise sind die Fluidleitungen 15 des Prüfstandes 300 an eine Kaltwasserringleitung (bei etwa 17°Grad Wassertemperatur) angeschlossen. Der Prüfstand 300 umfasst ein Jacob-Rohr, welches einen K4-Verflüssiger umfasst. Vorzugsweise weist das Jacob-Rohr eine Höhe von bis zu 650 mm, insbesondere 600 mm, und einen Durchmesser von bis zu 600 mm, insbesondere 500mm oder 550 mm, auf. Außerdem umfasst der Prüfstand ein weiteres Jacob-Rohr, welches eine Höhe von bis zu 300 mm, insbesondere 240 mm, und einen Durchmesser von bis zu 600 mm, insbesondere 500mm oder 550 mm, aufweist. Die Jacob-Rohre sind auf einem Behälter 45 angeordnet, in welchem das Fluid ein Fluidniveau 51 einnimmt. In dem Behälter 45 ist
ein Temperatursensor 303 zum Messen eine Sumpftemperatur in dem Behälter 45 angeordnet. Oberhalb des Fluidniveaus 51 ist mindestens ein Füllkörper 7 angeordnet. Der Füllkörper 7 umfasst vorzugsweise mehrere einzelne Füllkörper, die dazu vorgesehen sind, den Dampf an einer größeren Oberfläche vorbeiströmen zu lassen, sodass dieser besonders vorteilhaft auskondensiert. Das Fluidniveau 51 ist derart in dem Behälter 45 eingestellt, dass in einem Rohr 306, welches das Fluid dem Behälter 45 zuführt, ein Abstand zwischen flüssigen Fluid und Rohrwand besteht. Dieser Abstand bildet einen Dampfdurchfluss 304 zwischen dem Wasserstande und der Rohrwand. Das Rohr 306 stellt eine Verbindung zwischen einem Ausgang des zu prüfenden Verdichters 301 und einen Eingang zu dem Behälter 45 her, um verdampftes Fluid aus dem zu prüfenden Verdichter 301 in den Behälter 45 zurückzuführen. Dass Rohr 306 ist insbesondere zweiteilig ausgeführt, wobei zwischen den beiden Rohrstücken ein Drosselventil 307 angeordnet ist, um einen Widerstand des verdampften Fluid einzustellen. Ferner wird mittels des Drosselventils 307 die Verdampfungstemperatur eingestellt. Ein Anschluss 311 des Rohres 306 an den zu prüfenden Verdichter 301 ist derart ausgebildet, dass verschiedene Querschnitte verschiedener Verdichter 301 mit dem Rohr 306 verbunden werden können. Der Prüfstand 300 weist ferner eine geometrische Struktur auf, welche als Rücklauf 308 des kondensierten Fluids aus dem zu prüfenden Verdichter 301 dient. In dem Rohr 306 ist ferner ein Wirkungselement 43 zum Beregnen der verdampften Fluids vorgesehen. Mittels einer Pumpe 310 und einer zugehörigen Leitung wird Fluid aus dem Behälter 45 in das Wirkungselement 42 des Prüfstandes 300 gepumpt. Der Prüfstand umfasst ferner einen Sensor 309, welcher insbesondere ein Volumenstromsensor ist, um einen Volumenstrom des verdampften Fluids zu messen. Eine verbundene Regelungseinrichtung empfängt die Messsignale des Volumenstromsensors und ermittelt unter anderem aus diesem Signal das Steuersignal, um dem Verdichter seine Solldrehzahl vorzugeben. Fig. 3 shows a schematic test stand which is used to test the functionality of a single compressor of the heat pump 100 under real operating conditions. According to the test bench 300 from FIG. 3, N=1. The test stand 300 includes a compressor 301 to be tested and at least one pressure sensor 302 for measuring a compression pressure of the compressed fluid. In addition, the test stand 300 includes at least one temperature sensor 303 for measuring the temperature of the compressed fluid. The at least one pressure sensor 302 and the at least one temperature sensor 303 are arranged near the compressor 301 to be tested. A fluid line 15 and a fluid line 15 lead into the test stand 303 in order to supply fluid, in particular cooling water, to or from the pipeline 56. The flow in the fluid lines 15 is regulated depending on a liquefaction pressure. The fluid lines 15 of the test stand 300 are preferably connected to a cold water ring line (at a water temperature of approximately 17° degrees). The test stand 300 includes a Jacob tube which includes a K4 condenser. The Jacob tube preferably has a height of up to 650 mm, in particular 600 mm, and a diameter of up to 600 mm, in particular 500 mm or 550 mm. The test stand also includes another Jacob tube, which has a height of up to 300 mm, in particular 240 mm, and a diameter of up to 600 mm, in particular 500 mm or 550 mm. The Jacob tubes are arranged on a container 45 in which the fluid occupies a fluid level 51. In the container 45 is a temperature sensor 303 for measuring a sump temperature is arranged in the container 45. At least one packing body 7 is arranged above the fluid level 51. The packing 7 preferably comprises several individual packings, which are intended to allow the steam to flow past a larger surface so that it condenses out in a particularly advantageous manner. The fluid level 51 is set in the container 45 in such a way that there is a distance between the liquid fluid and the tube wall in a pipe 306, which supplies the fluid to the container 45. This distance creates a steam flow 304 between the water level and the pipe wall. The pipe 306 provides a connection between an outlet of the compressor under test 301 and an inlet to the container 45 to return vaporized fluid from the compressor under test 301 to the container 45. The pipe 306 is in particular designed in two parts, with a throttle valve 307 being arranged between the two pipe sections in order to adjust a resistance of the evaporated fluid. Furthermore, the evaporation temperature is set using the throttle valve 307. A connection 311 of the tube 306 to the compressor 301 to be tested is designed such that different cross sections of different compressors 301 can be connected to the tube 306. The test stand 300 also has a geometric structure which serves as a return line 308 of the condensed fluid from the compressor 301 to be tested. An effective element 43 for sprinkling the evaporated fluids is also provided in the pipe 306. By means of a pump 310 and an associated line, fluid is pumped from the container 45 into the operating element 42 of the test stand 300. The test bench further includes a sensor 309, which is in particular a volume flow sensor to measure a volume flow of the evaporated fluid. A connected control device receives the measurement signals from the volume flow sensor and, among other things, determines the control signal from this signal in order to specify its target speed to the compressor.
Bevorzugt ist im Kondensierer 60 der Haltebereich 67 zwischen dem Kondensationsbereich 66 und dem Kondensierersumpf 64 mit kondensiertem Arbeitsfluid angeordnet. Eine Öffnung 65 der Dampfführungsleitung 92 ist in dem Haltebereich 67 oberhalb eines Füllstands 68, insbesondere eines Fluidniveaus (51), des Arbeitsfluids in dem Kondensierersumpf 64 angeordnet ist. Die Öffnung 65 der Dampfführungsleitung 92 umfasst ein Kanalstück, welches durch den Kondensierersumpf 64 hindurch in den Haltebereich 67 ragt, um verdampftes, also nicht kondensiertes, Fluid über die Dampfführungsleitung 92 zum Verdampfer 50 zu leiten.
Bevorzugt ist im Kondensierer 60 der Kondensierersumpf 64 mit kondensiertem Arbeitsfluid angeordnet. Die Dampfführungsleitung 92 erstreckt sich von dem Haltebereich 67 durch den Kondensierersumpf 64 hindurch und ist durch eine Wand, vorzugweise einen Boden, des Kondensierers 60 aus dem Kondensierer herausgeführt. In Figs. 2 und 4 beispielsweise ist gezeigt, wie sich die Dampfführungsleitung 92 durch einen Boden des Kondensierersumpfes 64 hindurch erstreckt. Es ist denkbar, dass sich die Dampfführungsleitung 92 durch eine Wand, insbesondere eine Seitenwand, durch den Kondensierersumpfes 64 hindurch erstreckt. The holding area 67 is preferably arranged in the condenser 60 between the condensation area 66 and the condenser sump 64 with condensed working fluid. An opening 65 of the steam guide line 92 is arranged in the holding area 67 above a fill level 68, in particular a fluid level (51), of the working fluid in the condenser sump 64. The opening 65 of the steam guide line 92 comprises a channel piece which protrudes through the condenser sump 64 into the holding area 67 in order to conduct evaporated, i.e. non-condensed, fluid via the steam guide line 92 to the evaporator 50. The condenser sump 64 with condensed working fluid is preferably arranged in the condenser 60. The steam guide line 92 extends from the holding area 67 through the condenser sump 64 and is led out of the condenser through a wall, preferably a floor, of the condenser 60. In Figs. 2 and 4, for example, it is shown how the steam guide line 92 extends through a bottom of the condenser sump 64. It is conceivable that the steam guide line 92 extends through a wall, in particular a side wall, through the condenser sump 64.
Bevorzugt weist der Kondensierer 60 ein Rohrbündel 56a oder eine spiralförmige Rohranordnung 56b auf, das bzw. die von zu erwärmender Flüssigkeit durchflossen werden kann, wobei das Rohrbündel 56a oder die spiralförmige Rohranordnung 56b seitlich bezüglich der Öffnung 65 der Dampfführungsleitung 92 angeordnet ist, und wobei oberhalb des Rohrbündels 56a oder der spiralförmigen Rohranordnung 56b ein Ansaugstutzen 12 eines Verdichters des N-stufigen Verdichters 10, 20, 80 angeordnet ist. Das Rohrbündel 56a oder die spiralförmige Rohranordnung 56b werden vorliegend auch als Rohrleitung 56 bezeichnet. The condenser 60 preferably has a tube bundle 56a or a spiral-shaped tube arrangement 56b, through which liquid to be heated can flow, the tube bundle 56a or the spiral-shaped tube arrangement 56b being arranged laterally with respect to the opening 65 of the steam guide line 92, and above of the tube bundle 56a or the spiral tube arrangement 56b, an intake port 12 of a compressor of the N-stage compressor 10, 20, 80 is arranged. The tube bundle 56a or the spiral tube arrangement 56b are also referred to here as a pipeline 56.
Bevorzugt weist die Dampfführungsleitung 92 eine Öffnung 55 in den Verdampfer 50 auf, wobei die Öffnung 65 oberhalb des Verdampfersumpfs 52 in dem Verdampfer 50 angeordnet ist. Die Dampfführungsleitung 92 weist somit zwei Öffnungen 55, 65 auf, wobei die eine Öffnung durch den Kondensierersumpf 64 hindurchführt und die andere Öffnung 55 oberhalb der Verdampfersumpfes 52 in den Verdampfer 50 mündet. Dies ist beispielsweise den Figs. 2 und 4 zu entnehmen. The steam guide line 92 preferably has an opening 55 in the evaporator 50, the opening 65 being arranged above the evaporator sump 52 in the evaporator 50. The steam guide line 92 thus has two openings 55, 65, one opening leading through the condenser sump 64 and the other opening 55 opening into the evaporator 50 above the evaporator sump 52. This is shown, for example, in Figs. 2 and 4 can be found.
Bevorzugt ist im Verdampfer 50 ein Rohrbündel 56a für zu kühlende Flüssigkeit und eine Berieselungsvorrichtung 58 zum Berieseln des Rohrbündels 56a angeordnet ist, wobei die Öffnung 55 der Dampfführungsleitung in den Verdampfer 50 so angeordnet ist, dass dampfförmiges Fluid, das durch die Öffnung 55 in den Verdampfer 50 gelangt, seitlich auf das Rohrbündel 56a trifft, und/oder dass das dampfförmige Fluid, das aus der Dampfführungsleitung 92 austritt, in einen Berieselungsbereich 57 eintritt, der zumindest teilweise von der Berieselungsvorrichtung 58 berieselt wird. Wie beispielsweise Figs. 1 , 2 oder 4 zu entnehmen ist, wird der Berieselungsvorrichtung 58 über eine erste Verdampfer-Leitung 59 zwischen dem Verdampfersumpf 52 bis zu der Berieselungsvorrichtung 58 Fluid aus dem Verdampfersumpf 52 zugeführt. Nach
Berieselung des Rohrbündels 56a in dem Verdampfer 50 kann das zur Berieselung genutzte Fluid wieder durch den Verdampfersumpf 52 aufgefangen werden und erneut einem Kreislauf der Wärmepumpe 100 zugeführt werden. Preferably, a tube bundle 56a for liquid to be cooled and a sprinkling device 58 for sprinkling the tube bundle 56a are arranged in the evaporator 50, the opening 55 of the vapor guide line into the evaporator 50 being arranged in such a way that vaporous fluid passes through the opening 55 into the evaporator 50 arrives, hits the tube bundle 56a laterally, and/or that the vaporous fluid that emerges from the steam guide line 92 enters a sprinkling area 57, which is at least partially sprinkled by the sprinkling device 58. Such as Figs. 1, 2 or 4, the sprinkler device 58 is supplied with fluid from the evaporator sump 52 via a first evaporator line 59 between the evaporator sump 52 up to the sprinkler device 58. After Sprinkling the tube bundle 56a in the evaporator 50, the fluid used for sprinkling can be collected again by the evaporator sump 52 and fed again to a circuit of the heat pump 100.
Bevorzugt weist jeder Verdichter des N-stufigen Verdichters 10, 20, 80 eine eigene Welle aufweist, auf welcher der entsprechende Verdichter der N-stufigen Verdichters 10, 20, 80 während eines Betriebes betreibbar und einzeln ansteuerbar ist. Wie den Figs. 1 , 2 oder 4 beispielsweise zu entnehmen ist, weist jeder Verdichter einen eigenen Motor M auf. Die Verdichter des N-stufigen Verdichters 10, 20, 80 können daher unabhängig voneinander betrieben oder einzeln gerade nicht betrieben werden. Each compressor of the N-stage compressor 10, 20, 80 preferably has its own shaft, on which the corresponding compressor of the N-stage compressor 10, 20, 80 can be operated and individually controlled during operation. As shown in Figs. 1, 2 or 4, for example, each compressor has its own motor M. The compressors of the N-stage compressor 10, 20, 80 can therefore be operated independently of one another or not be operated individually.
Bevorzugt umfasst der N-stufige Verdichter 10, 20, 80 N in Reihe geschaltete Verdichter, wobei die Dampfführungsleitung 92 als eine einzige Dampfführungsleitung 92 ausgebildet ist und das dampfförmiges Fluid, das von einer letzten Stufe in den Kondensierer 60 gebracht worden ist, vom dem Kondensierer 60 in den Verdampfer 50 führt (siehe Figs. 2, 4 und 5). In Fig. 5 ist ein Hydraulikschema der N-Stufen Verdichtung gezeigt. In Fig. 5 beispielsweise ist das Querschnittreduzierungselement 70 als ein Ventil ausgebildet dargestellt. Der N-stufige Verdichter 10, 20, 80 ist als N in Reihe geschaltete Verdichter dargestellt, welcher zwischen dem Verdampfer 50 und den Kondensierer 60 geschaltet ist. Preferably, the N-stage compressor 10, 20, 80 N comprises compressors connected in series, with the vapor guide line 92 being formed as a single vapor guide line 92 and the vaporous fluid, which has been brought into the condenser 60 from a final stage, from the condenser 60 leads into the evaporator 50 (see Figs. 2, 4 and 5). A hydraulic diagram of the N-stage compression is shown in FIG. In Fig. 5, for example, the cross-sectional reduction element 70 is shown designed as a valve. The N-stage compressor 10, 20, 80 is shown as an N series-connected compressor, which is connected between the evaporator 50 and the condenser 60.
Bevorzugt sind mindestens zwei Verdichter des N-stufigen Verdichters 10, 20, 80 über einen Dampfkanal 30 verbunden und zwischen zwei Verdichtern ist jeweils ein Zwischenkühler 40 angeordnet, um das dampfförmige Fluid zu kühlen (siehe Fig. 4). Jeder Zwischenkühler 40 umfasst ein Wirkungselement 42 und einen Zwischenkühlersumpf 44 (siehe Fig. 4). Der Zwischenkühlersumpf 44 ist jeweils zum Sammeln von Fluid und das Wirkungselement 42 des jeweiligen Zwischenkühlers 40 ist jeweils über eine erste Zwischenkühler-Leitung 46 miteinander gekoppelt, wobei Fluid aus dem Zwischenkühlersumpf 44 über die erste Zwischenkühler-Leitung 46 zum Wirkungselement 42 geführt werden kann. Nach Passage des jeweiligen Wirkungselements 42 kann das Fluid durch den Zwischenkühlersumpf 44 aufgefangen werden. Das Fluid kann dann erneut einem Kreislauf der Wärmepumpe 100 zugeführt werden. In Fig. 5 wurde der Übersichtlichkeit wegen verzichtet, zwischen den Verdichtern des N-stufigen Verdichters 10, 20, 80 jeweils einen Zwischenkühler 40 darzustellen.
Bevorzugt ist der Zwischenkühler 40 in einer Senke 32 des Dampfkanals 32 angeordnet und der Zwischenkühler 40 weist einen Zwischenkühlungssumpf 44 und ein Wirkungselement 42 auf, wobei das Wirkungselement 42 ausgebildet ist, um eine Interaktion zwischen einem Zwischenkühlungsfluid, dass durch eine Zuführungsleitung, insbesondere der ersten Zwischenkühler-Leitung 46, aus dem Zwischenkühlungssumpf 44 oder aus dem Verdampfersumpf 52 oder aus dem Kondensierersumpf 64 in das Wirkungselement 42 fließen kann, und einem von dem Verdichter ausgebbaren erwärmten dampfförmigen Fluid zu bewirken, wobei die Interaktion insbesondere ein Abkühlen des von dem Verdichter abgegebenen dampfförmigen Fluides durch das Zwischenkühlungsfluid bewirkt (siehe Figs. 2 und 4). Bevor das dampfförmige Fluid in dem Dampfkanal 30 von der zweiten Verdichterstufe 20 angesogen wird, wird das dampfförmige Fluid durch den Zwischenkühler 40 abgekühlt. Preferably, at least two compressors of the N-stage compressor 10, 20, 80 are connected via a vapor channel 30 and an intercooler 40 is arranged between two compressors in order to cool the vaporous fluid (see FIG. 4). Each intercooler 40 includes an effect element 42 and an intercooler sump 44 (see FIG. 4). The intercooler sump 44 is each for collecting fluid and the effect element 42 of the respective intercooler 40 is each coupled to one another via a first intercooler line 46, wherein fluid from the intercooler sump 44 can be guided to the effect element 42 via the first intercooler line 46. After passing through the respective effective element 42, the fluid can be collected by the intercooler sump 44. The fluid can then be fed back into a circuit of the heat pump 100. In Fig. 5, for the sake of clarity, an intercooler 40 is not shown between the compressors of the N-stage compressor 10, 20, 80. The intercooler 40 is preferably arranged in a depression 32 of the steam channel 32 and the intercooler 40 has an intercooling sump 44 and an effect element 42, the effect element 42 being designed to ensure an interaction between an intercooling fluid that flows through a supply line, in particular the first intercooler -Line 46, from the intermediate cooling sump 44 or from the evaporator sump 52 or from the condenser sump 64 can flow into the effect element 42, and a heated vaporous fluid that can be emitted by the compressor, the interaction in particular cooling the vaporous fluid emitted by the compressor caused by the intercooling fluid (see Figs. 2 and 4). Before the vaporous fluid is sucked into the vapor channel 30 by the second compressor stage 20, the vaporous fluid is cooled by the intercooler 40.
Bevorzugt weist jeder Zwischenkühler 40 einen Zwischenkühlungssumpf 44 und ein Wirkungselement 42 auf und ist in einer eigenen Senke 32 in dem Dampfkanal 30 angeordnet, insbesondere weist jeder Zwischenkühler 40 eine eigene erste Zwischenkühler-Leitung 46 zum Wirkungselement 42 auf. Die erste Zwischenkühler- Leitung 46 kann auch als Zuführungsleitung bezeichnet werden. Insbesondere bei mehreren Zwischenkühlungssümpfen 44 können die Zuführleitungen, also die ersten Zwischenkühler-Leitungen 46, auch untereinander verbunden sein (nicht in den Figs, gezeigt), so dass die Zuführungsleitungen dann insgesamt nur eine Zuführungsleitung ausbilden. Each intercooler 40 preferably has an intercooling sump 44 and an effective element 42 and is arranged in its own depression 32 in the steam channel 30, in particular each intercooler 40 has its own first intercooler line 46 to the effective element 42. The first intercooler line 46 can also be referred to as a supply line. In particular, in the case of several intercooling sumps 44, the supply lines, i.e. the first intercooler lines 46, can also be connected to one another (not shown in the figures), so that the supply lines then only form a total of one supply line.
Bevorzugt weist der Dampfkanal 30 zwischen zwei Verdichtern eine gekrümmte Form mit der Senke 32 auf, sodass Fluid aus dem Dampfkanal 30 an dem Zwischenkühlungssumpf 44 vorbei strömt. Kondensierendes Fluid kann in dem Zwischenkühlungssumpf 44 aufgefangen werden. The steam channel 30 between two compressors preferably has a curved shape with the depression 32, so that fluid from the steam channel 30 flows past the intermediate cooling sump 44. Condensing fluid can be collected in the intercooling sump 44.
Bevorzugt sind die Dampfführungsleitung 92 und der Dampfkanal 30 fluidisch voneinander getrennt. Mit fluidisch voneinander getrennt ist vorliegend gemeint, dass die Dampfführungsleitung 92 und der Dampfkanal 30 nicht ineinander zusammengeführt sind, welches eine Durchmischung des Fluids erlauben würde. Daher sind die Dampfführungsleitung 92 und der Dampfkanal 30 in den Figs. 2 und 4 zum Beispiel mit gestrichelten Linien gezeichnet, um dazustellen, dass die Dampfführungsleitung 92 und der Dampfkanal 30 voneinander getrennt sind. Wohlgemerkt bilden die
Dampfführungsleitung 92 und der Dampfkanal 30 einen Kreislauf, in dem das Fluid in der Wärmepumpe 100 zirkuliert. Der Dampfkanal 30 oder die Dampfkanäle 30 ist/sind zwischen dem Verdampfer 50 und dem Kondensier 60 in dem oberen Strang angeordnet. Die Dampfführungsleitung 92 ist zwischen dem Verdampfer 50 und dem Kondensier 60 in dem unteren Strang angeordnet. The steam guide line 92 and the steam channel 30 are preferably fluidly separated from one another. In the present case, fluidly separated from one another means that the steam guide line 92 and the steam channel 30 are not brought together into one another, which would allow the fluid to mix. Therefore, the steam guide line 92 and the steam channel 30 are shown in FIGS. 2 and 4, for example, are drawn with dashed lines to show that the steam guide line 92 and the steam channel 30 are separated from one another. Mind you, they form Steam guide line 92 and the steam channel 30 form a circuit in which the fluid in the heat pump 100 circulates. The steam channel 30 or the steam channels 30 is/are arranged between the evaporator 50 and the condenser 60 in the upper strand. The steam guide line 92 is arranged between the evaporator 50 and the condenser 60 in the lower branch.
Bevorzugt sind weitere N Verdichter derart angeordnet, dass durch Schalten eines Schalters in einen geöffneten Zustand ein weiterer Verdichter der N Verdichter in Reihe zu einem ersten Verdichter des N-stufigen Verdichters 10, 20, 80 geschaltet ist. In Fig. 5 sind n+1 Verdichter zum ersten Verdichter 10 schematisch skizziert. Der n+1 Verdichter ist mit gestichelten Linien gezeichnet, was das Hinzuschalten der einzelnen Verdichter des N-stufigen Verdichters 10, 20, 80 andeuten soll. Vorliegend umfasst die erste Verdichterstufe 10, den ersten Verdichter. Die zweite Verdichterstufe umfasst den zweiten Verdichter. Eine n-te Verdichterstufe umfasst einen n-ten Verdichter, wobei n eine natürliche Zahl ist. Preferably, further N compressors are arranged in such a way that a further compressor of the N compressors is connected in series to a first compressor of the N-stage compressor 10, 20, 80 by switching a switch into an open state. In Fig. 5, n+1 compressors to the first compressor 10 are schematically sketched. The n+1 compressor is drawn with dashed lines, which is intended to indicate the switching on of the individual compressors of the N-stage compressor 10, 20, 80. In the present case, the first compressor stage 10 includes the first compressor. The second compressor stage includes the second compressor. An nth compressor stage includes an nth compressor, where n is a natural number.
Bevorzugt ist in der Dampfführungsleitung 92 eine Überbrückungsklappe 90 angeordnet, welche zum Führen des dampfförmigen Fluids von dem Kondensierer 60 zum Verdampfer 50 in eine geöffnete Stellung, eine Zwischenstellung oder, welche zum Vermeiden des Führens des dampfförmigen Fluids in den Verdampfer, in eine geschlossene Stellung überführbar ist. Ähnlich wie das Querschnittreduzierungselement 70 kann die Überbrückungsklappe 90 als eine Blende oder eine Flügeltür oder eine Rückschlagklappe oder als ein Ventil, wie beispielsweise in Fig. 5 gezeigt ist, ausgebildet sein. Die Wärmepumpe 100 umfasst ferner eine Steuerung zum Steuern der Überbrückungsklappe 90 in die geöffnete Stellung, in die Zwischenstellung oder in die geschlossene Stellung. A bridging flap 90 is preferably arranged in the vapor guide line 92, which can be converted to an open position, an intermediate position or, to avoid the vaporous fluid being guided into the evaporator, into a closed position to guide the vaporous fluid from the condenser 60 to the evaporator 50 is. Similar to the cross-sectional reduction element 70, the bridging flap 90 can be designed as a panel or a wing door or a check valve or as a valve, as shown, for example, in FIG. 5. The heat pump 100 further includes a controller for controlling the bypass flap 90 into the open position, into the intermediate position or into the closed position.
Bevorzugt ist die Überbrückungsklappe 90 als ein gesteuertes Überbrückungsventil ausgebildet, welches mittels der Steuerung ansprechbar ist, um nahe einer Grenzlinie eines dem N-stufigen Verdichter 10, 20, 80 zugeordneten Verdichterkennfeldes 170 betrieben zu werden. Die Ausbildung der Überbrückungsklappe 90 als ein gesteuertes Überbrückungsventil ist beispielsweise in Fig. 5 gezeigt. Die Überbrückungsklappe 90 kann vorliegend auch als Dampfübertragungsklappe 90 bezeichnet werden.
Ein dem N-stufigen Verdichter 10, 20, 80 zugeordnetes Verdichterkennfeld 170 definiert eine Beziehung zwischen einem Druckverhältnis und einem Massenstrom. Ein solches Verdichterkennfeld 170 ist beispielsweise in Fig. 15 gezeigt. Das Verdichterkennfeld 170 ist als dreidimensionales Feld zu verstehen, wobei die dritte Dimension durch Schattierungen in dem zweidimensionalen Koordinatensystem wiedergegeben ist, welches durch das Druckverhältnis PiC und dem, insbesondere korrigierten, Massenstrom WcCorr aufgespannt ist. Das Druckverhältnis PiC beschreibt ein Verhältnis der Drücke zwischen Verdampfer 50 und Kondensierer 60, d.h. zwischen den Verdichterstufen 10, 20, 80. Bei dem Verdichterkennfeld 170 ist eine Pumpgrenze 171 vorhanden ist, die eine monoton ansteigende Funktion zwischen dem Massenstrom und dem Druckverhältnis darstellt. Die Überbrückungsklappe 90 wird gesteuert, um sicherzustellen, dass für einen bestimmten Massenstrom das Druckverhältnis kleiner als ein Grenz-Druckverhältnis ist, das gemäß der Funktion dem bestimmten Massenstrom zugeordnet ist. In Fig. 15 zeigen die gepunkteten Linien 172 Linien gleicher Drehzahl bei einer gemessenen Verdampfungstemperatur von 18° Grad. The bridging flap 90 is preferably designed as a controlled bridging valve, which can be addressed by means of the control in order to be operated near a boundary line of a compressor map 170 assigned to the N-stage compressor 10, 20, 80. The design of the bridging flap 90 as a controlled bridging valve is shown, for example, in FIG. 5. The bridging flap 90 can also be referred to here as a steam transfer flap 90. A compressor map 170 associated with the N-stage compressor 10, 20, 80 defines a relationship between a pressure ratio and a mass flow. Such a compressor map 170 is shown, for example, in FIG. 15. The compressor map 170 is to be understood as a three-dimensional field, the third dimension being represented by shading in the two-dimensional coordinate system, which is spanned by the pressure ratio PiC and the, in particular corrected, mass flow WcCorr. The pressure ratio PiC describes a ratio of the pressures between the evaporator 50 and the condenser 60, ie between the compressor stages 10, 20, 80. A surge limit 171 is present in the compressor map 170, which represents a monotonically increasing function between the mass flow and the pressure ratio. The bypass flap 90 is controlled to ensure that for a specific mass flow, the pressure ratio is less than a limit pressure ratio that is assigned according to the function to the specific mass flow. In Fig. 15, the dotted lines show 172 lines of the same speed at a measured evaporation temperature of 18° degrees.
Bevorzugt ist die Steuerung dazu ausgebildet, die Überbrückungsklappe 90 in eine geschlossene Stellung, in eine geöffnete Stellung, oder in eine Zwischenzustellung zu überführen, um eine Last des N-stufigen Verdichters 10, 20, 80 während eines Betriebes mindestens auf einem Last-Sollwert zu halten. Die Pumpgrenze 171 kann insbesondere den Last-Sollwert beschreiben, welcher insbesondere auch eine Funktion in Abhängigkeit des Massenstroms WcCorr sein kann. Insbesondere ist die Steuerung dazu ausgebildet, die Überbrückungsklappe 90 derart anzusteuern, dass ein Betrieb der Wärmepumpe 100 im Wesentlichen entlang der Pumpgrenze 171 erfolgt bzw. in einem geringfügig zu größeren Massenströmen WcCorr verschobenen Bereich, sodass ein Betrieb des Verdichters unterhalb seiner Schluckgrenze in vorteilhafter Weise verhindert ist. The control is preferably designed to move the bridging flap 90 into a closed position, into an open position, or into an intermediate position in order to reduce the load of the N-stage compressor 10, 20, 80 to at least a load setpoint during operation hold. The surge limit 171 can in particular describe the load setpoint, which in particular can also be a function depending on the mass flow WcCorr. In particular, the control is designed to control the bridging flap 90 in such a way that the heat pump 100 is operated essentially along the surge limit 171 or in an area that is slightly shifted to larger mass flows WcCorr, so that operation of the compressor below its absorption limit is advantageously prevented is.
Bevorzugt ist die Steuerung dazu ausgebildet, um die Überbrückungsklappe 90 zu öffnen, wenn die Last des N-stufigen Verdichters 10, 20, 80 den Last-Sollwert unterschreitet; oder die Überbrückungsklappe 90 zu schließen, wenn die Last des N-stufigen Verdichters 10, 20, 80 den Last-Sollwert überschreitet, um eine zusätzliche Last zu erzeugen; oder die Zwischenstellung der Überbrückungsklappe 90 in Abhängigkeit der Unterschreitung des Last-Sollwertes zu steuern. Hierdurch kann erreicht werden, dass die Wärmepumpe im Wesentlichen entlang der Pumpgrenze 171 betrieben wird. Beispielsweise kann die Überbrückungsklappe 90 in die Zwischenstellung überführt werden, wenn die Last des N- stufigen Verdichters 10, 20, 80 von dem Last-Sollwert um bis zu 5% abweicht. Dieses
kann ausgehend von der geöffneten oder von der geschlossenen Stellung der Überbrückungsklappe 90 erfolgen. Der Last-Sollwert gibt eine Last der Wärmepumpe 100 während eines Betriebes an, welche mindestens durch den N-stufigen Verdichter 10, 20, 80 zu erreichen ist. The control is preferably designed to open the bridging flap 90 when the load of the N-stage compressor 10, 20, 80 falls below the load setpoint; or close the bypass damper 90 when the load of the N-stage compressor 10, 20, 80 exceeds the load setpoint to generate additional load; or to control the intermediate position of the bridging flap 90 depending on whether the load setpoint is undershot. This can ensure that the heat pump is operated essentially along the surge limit 171. For example, the bridging flap 90 can be moved to the intermediate position when the load of the N-stage compressor 10, 20, 80 deviates from the load setpoint by up to 5%. This can be done starting from the open or closed position of the bridging flap 90. The load setpoint indicates a load of the heat pump 100 during operation, which can be achieved at least by the N-stage compressor 10, 20, 80.
Bevorzugt ist bei einem zweistufigen Verdichter 10, 20, wie dieser beispielsweise in Fig. 2 gezeigt ist, der zweite Verdichter ausgeschaltet, wenn die Überbrückungsklappe 90 geöffnet ist, oder bei einem mehrstufigen Verdichter (wie beispielsweise in Fig. 4 oder 5 gezeigt) alle Stufen außer einer ersten Stufe 10 ausgeschaltet sind, wenn die Überbrückungsklappe 90 geöffnet ist. Sobald also alle Verdichterstufen bis auf eine abgeschaltet sind, wird die Überbrückungsklappe 90 geöffnet. Sofern mindestens eine weitere Verdichterstufe neben der einen Verdichterstufe, welche bereits in Betrieb ist, angeschaltet wird, wird die Überbrückungsklappe 90 geschlossen oder gegebenenfalls in eine Zwischenstellung überführt. Beispielsweise kann der erste Verdichter 10 in Abhängigkeit von einer Drehzahl eines Verdichterantriebs gesteuert sein, um die Drehzahl der ersten Verdichterstufe 10 einer geforderten Leistung des ersten Verdichters 10 anzupassen. Preferably, in the case of a two-stage compressor 10, 20, as shown for example in FIG except a first stage 10 are switched off when the bridging flap 90 is opened. As soon as all but one of the compressor stages are switched off, the bridging flap 90 is opened. If at least one further compressor stage is switched on in addition to the one compressor stage that is already in operation, the bridging flap 90 is closed or, if necessary, transferred to an intermediate position. For example, the first compressor 10 can be controlled depending on a speed of a compressor drive in order to adapt the speed of the first compressor stage 10 to a required performance of the first compressor 10.
Fig. 6 zeigt eine dreidimensionale Ansicht der erfindungsgemäßen Wärmepumpe 100. Die Wärmepumpe 100 umfasst die erste Verdichterstufe 10 und die zweite Verdichterstufe 20. Die erste Verdichterstufe 10 und die zweite Verdichterstufe 20 sind über den gekrümmten Dampfkanal 30 miteinander verbunden, wobei der Dampfkanal 30 den Zwischenkühler 40 aufweist. Ferner ist der Ansicht aus Fig. 6 zu entnehmen, dass die erste Verdichterstufe 10 mit dem Kondensier 60 über den Überbrückungskanal 62 verbunden sind, wobei im Überbrückungskanal 62 das Querschnittreduzierungselement 70 angeordnet ist. Die Wärmepumpe 100 wurde auch schon in Bezug auf Fig. 1 beschrieben. Gemäß der Ansicht der Fig. 6 sind nicht alle Einzelheiten zu entnehmen, welche beispielsweise das Hydraulikschema nach Fig. 1 offenbart. Die Größenverhältnisse sind der in der Fig. 6 gezeigten Wärmepumpe 100 jedoch zu entnehmen, so weist beispielsweise der Dampfkanal 30 einen mittleren Durchmesser auf, der ungefähr der Hälfte der Breite des Kondensierer entspricht. Insofern wird zur Beschreibung der Fig. 6 auch auf die Beschreibung zu Fig. 1 oder einer anderen Fig., welche ein Hydraulikschema der erfindungsgemäßen Wärmepumpe 100 zeigt, verwiesen. Fig. 6 shows a three-dimensional view of the heat pump 100 according to the invention. The heat pump 100 includes the first compressor stage 10 and the second compressor stage 20. The first compressor stage 10 and the second compressor stage 20 are connected to one another via the curved steam channel 30, the steam channel 30 being the intercooler 40 has. Furthermore, the view from Fig. 6 shows that the first compressor stage 10 is connected to the condenser 60 via the bridging channel 62, the cross-sectional reduction element 70 being arranged in the bridging channel 62. The heat pump 100 has already been described with reference to FIG. 1. According to the view of FIG. 6, not all details can be seen, which, for example, the hydraulic diagram according to FIG. 1 reveals. However, the proportions can be seen from the heat pump 100 shown in FIG. 6; for example, the steam channel 30 has an average diameter that corresponds approximately to half the width of the condenser. In this respect, for the description of FIG. 6, reference is also made to the description of FIG. 1 or another figure, which shows a hydraulic diagram of the heat pump 100 according to the invention.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Wärmepumpe 100 umfasst einen VerdampferA preferred embodiment of the heat pump 100 includes an evaporator
50 zum Verdampfen eines Fluids, um verdampftes Fluid zu erhalten. Ferner umfasst die
Wärmepumpe 100 einen Kondensierer 60 zum Kondensieren eines verdichteten Fluids. Außerdem umfasst die Wärmepumpe 100 einen Verdichter mit einer ersten Verdichterstufe 10 und einer zweiten Verdichterstufe 20, wobei der Verdichter in Flussrichtung des verdampften Fluids in einem Betrieb der Wärmepumpe 100 zwischen dem Verdampfer 50 und dem Kondensierer 60 angeordnet ist und ausgebildet ist, um das verdampfte Fluid zu verdichten, um verdichtetes Fluid zu erhalten. Vorschlagsgemäß ist ein Überbrückungskanal 62 zwischen der ersten Verdichterstufe 10 und dem Kondensierer 60 angeordnet, um die zweite Verdichterstufe 20 zu überbrücken, wobei in dem Überbrückungskanal 62 ein Querschnittreduzierungselement 70 angeordnet ist, um einen Querschnitt des Überbrückungskanals 62 einzustellen, um einen Durchfluss von verdichtetem Fluid aus der ersten Verdichterstufe 10 zu dem Kondensierer 60 zu regeln. Nach Austritt aus der ersten Verdichterstufe 100 kann verdichtetes Fluid somit direkt zu dem Kondensierer 60 geleitet werden, sofern das Querschnittreduzierungselement 70 eine geöffnete Position einnimmt. Insbesondere wenn die zweite Verdichterstufe 20 nicht in Betrieb ist, d.h. sie sich in einem ausgeschalteten Zustand befindet, ist das Querschnittreduzierungselement 70 in der geöffneten Position. 50 for vaporizing a fluid to obtain vaporized fluid. Furthermore, it includes Heat pump 100 a condenser 60 for condensing a compressed fluid. In addition, the heat pump 100 includes a compressor with a first compressor stage 10 and a second compressor stage 20, wherein the compressor is arranged in the flow direction of the evaporated fluid during operation of the heat pump 100 between the evaporator 50 and the condenser 60 and is designed to transport the evaporated fluid to compress to obtain compressed fluid. According to the proposal, a bridging channel 62 is arranged between the first compressor stage 10 and the condenser 60 in order to bridge the second compressor stage 20, wherein a cross-section reducing element 70 is arranged in the bridging channel 62 in order to adjust a cross section of the bridging channel 62 in order to ensure a flow of compressed fluid the first compressor stage 10 to the condenser 60 to regulate. After exiting the first compressor stage 100, compressed fluid can thus be passed directly to the condenser 60, provided that the cross-sectional reduction element 70 assumes an open position. In particular, when the second compressor stage 20 is not in operation, ie it is in a switched-off state, the cross-sectional reduction element 70 is in the open position.
Bevorzugt sind die erste Verdichterstufe 10 und die zweite Verdichterstufe 20 über den Dampfkanal 30 verbunden (siehe auch Beschreibung zu Fig. 1 ). Der Dampfkanal 30 ist gekrümmt, insbesondere bananenförmig, d.h. gebogen, ausgebildet. Der Dampfkanal 30 kann eine Senke 32 aufweisen, in welcher ein Behälter 45, oder auch Zwischenkühlersumpf 44 genannt, angeordnet ist, um Fluid, welches den Dampfkanal 30 passiert, zu sammeln, sofern das den Dampfkanal 30 passierende gasförmige Fluid kondensiert. Dadurch, dass der Behälter 45 in der Senke 32 angeordnet ist, kann durch Ausnutzung der Gravitationskraft kondensiertes Fluid automatisch, insbesondere ohne weitere technische Mittel, in den Behälter 45 geleitet werden. The first compressor stage 10 and the second compressor stage 20 are preferably connected via the steam channel 30 (see also the description of FIG. 1). The steam channel 30 is curved, in particular banana-shaped, i.e. curved. The steam channel 30 can have a depression 32 in which a container 45, also called an intercooler sump 44, is arranged to collect fluid that passes through the steam channel 30, provided that the gaseous fluid passing through the steam channel 30 condenses. Because the container 45 is arranged in the depression 32, condensed fluid can be fed into the container 45 automatically, in particular without any further technical means, by utilizing the gravitational force.
Bevorzugt weist der Überbrückungskanal 62 eine Öffnung in die erste Verdichterstufe 10 auf, wobei die erste Verdichterstufe 10 einen Ansaugstutzen 12 zum Ansaugen des verdampften Fluids und einen Leitraum 14 aufweist, um das dampfförmige verdichtete Fluid in den Überbrückungskanal 62 zu leiten. Der Ansaugstutzen 12 kann konus-förmig ausgebildet sein, wobei ein erster Durchmesser in einem Ansaugbereich des Ansaugstutzens 12 zum Ansaugen des Fluids angeordnet ist und ein zweiter Durchmesser des Ansaugstutzen 12 unmittelbar an den Leitraum 14 anschließt. Insbesondere ist der erste Durchmesser größer als der zweite Durchmesser ausgebildet. Vorliegend ist der erste Durchmesser ein maximaler Durchmesser 16 und der zweite
Durchmesser ein minimaler Durchmesser 17. Der Leitraum 14 ist quer, insbesondere im Wesentlichen orthogonal, zu dem zweiten Durchmesser des Ansaugstutzen 12 angeordnet. Preferably, the bridging channel 62 has an opening in the first compressor stage 10, wherein the first compressor stage 10 has a suction port 12 for sucking in the evaporated fluid and a guide space 14 in order to direct the vaporous compressed fluid into the bridging channel 62. The intake port 12 can be cone-shaped, with a first diameter being arranged in a suction region of the intake port 12 for sucking in the fluid and a second diameter of the intake port 12 directly adjoining the guide space 14. In particular, the first diameter is larger than the second diameter. In the present case, the first diameter is a maximum diameter 16 and the second Diameter is a minimum diameter 17. The guide space 14 is arranged transversely, in particular substantially orthogonally, to the second diameter of the intake port 12.
Bevorzugt weist der Kondensierer 60 eine Rohrleitung 56 auf. Die Rohrleitung 56 ist bevorzugt als ein Rohrbündel 56a oder eine spiralförmige Rohranordnung 56b ausgebildet, das bzw. die von zu erwärmender Flüssigkeit durchflossen werden kann, wobei das Rohrbündel 56a oder die spiralförmige Rohranordnung 56b seitlich bezüglich einer weiteren Öffnung des Überbrückungskanals 62 angeordnet ist, und wobei oberhalb des Rohrbündels 56a oder der spiralförmigen Rohranordnung 56b ein Ansaugstutzen 12 eines Verdichters der zweiten Verdichterstufe 20 angeordnet ist. The condenser 60 preferably has a pipeline 56. The pipeline 56 is preferably designed as a tube bundle 56a or a spiral-shaped tube arrangement 56b, through which liquid to be heated can flow, the tube bundle 56a or the spiral-shaped tube arrangement 56b being arranged laterally with respect to a further opening of the bridging channel 62, and where An intake port 12 of a compressor of the second compressor stage 20 is arranged above the tube bundle 56a or the spiral tube arrangement 56b.
Bevorzugt ist die weitere Öffnung des Überbrückungskanals 62 so angeordnet, dass dampfförmiges Fluid, das durch die weitere Öffnung in den Kondensierer 60 gelangt, seitlich auf das Rohrbündel 56 trifft. Dadurch das die Rohrleitung 56, d.h. das Rohrbündel 56a oder die spiralförmige Rohranordnung 56b, seitlich bezüglich einer weiteren Öffnung des Überbrückungskanals 62 in dem Kondensierer 60 angeordnet ist, trifft verdampftes verdichtetes Fluid nach Passage des Überbrückungskanals 62 direkt aus die Rohrleitung 56, an welcher das verdampfte und verdichtete Fluid abgekühlt werden kann. Dadurch das die Rohrleitung 56 mit zu erwärmenden Fluid durchflossen werden kann, erfolgt ein Wärmeübertrag von dem verdampften und verdichteten Fluid, welches aus dem Überbrückungskanal 62 seitlich auf die Rohrleitung 56 trifft, über die Rohrleitung 56 auf das die Rohrleitung durchströmende zu erwärmende Fluid. Bei Auftreffen des verdampften und verdichteten Fluids an der Rohrleitung 56 wird das verdampfte und verdichtete Fluid abgekühlt, so dass es zu einer Kondensation kommen kann. Ein an der Rohrleitung 56 kondensiertes Fluid kann, insbesondere schwerkraftbedingt, in den Kondensierersumpf 64 tropfen. Preferably, the further opening of the bridging channel 62 is arranged such that vaporous fluid, which passes through the further opening into the condenser 60, hits the tube bundle 56 laterally. Because the pipe 56, i.e. the pipe bundle 56a or the spiral pipe arrangement 56b, is arranged laterally with respect to a further opening of the bridging channel 62 in the condenser 60, evaporated compressed fluid, after passing through the bridging channel 62, hits directly from the pipe 56 on which the evaporated fluid and compressed fluid can be cooled. Because the fluid to be heated can flow through the pipeline 56, heat is transferred from the evaporated and compressed fluid, which hits the pipeline 56 laterally from the bridging channel 62, via the pipeline 56 to the fluid to be heated flowing through the pipeline. When the evaporated and compressed fluid hits the pipeline 56, the evaporated and compressed fluid is cooled so that condensation can occur. A fluid condensed on the pipeline 56 can drip into the condenser sump 64, in particular due to gravity.
Bevorzugt ist das Querschnittreduzierungselement 70 dazu ausgebildet, in Abhängigkeit des Betriebs der zweiten Verdichterstufe 20 eine geschlossene Position oder eine geöffnete Position einzunehmen, wobei das Querschnittreduzierungselement 70 dazu ausgebildet ist, die geschlossene Position einzunehmen, wenn die zweite Verdichterstufe 20 eingeschalten ist, oder die geöffnete Position einzunehmen, wenn die zweite Verdichterstufe 20 ausgeschalten ist. Abhängig von dem Betrieb der zweiten Verdichterstufe 20 kann das Querschnittreduzierungselement 70 in die geschlossene oder
die geöffnete Position überführt werden. Es ist außerdem denkbar, das Querschnittreduzierungselement 70 in eine Zwischenposition, also eine Position zwischen der geöffneten und der geschlossenen Position zu überführen, insbesondere dann, wenn die zweite Verdichterstufe 20 herunter- (ausgeschaltet) oder hochgefahren (eingeschaltet) wird. Preferably, the cross-sectional reducing element 70 is designed to assume a closed position or an open position depending on the operation of the second compressor stage 20, wherein the cross-sectional reducing element 70 is designed to assume the closed position when the second compressor stage 20 is switched on, or the open position to be taken when the second compressor stage 20 is switched off. Depending on the operation of the second compressor stage 20, the cross-sectional reduction element 70 can be in the closed or be transferred to the open position. It is also conceivable to transfer the cross-sectional reduction element 70 to an intermediate position, i.e. a position between the open and the closed position, in particular when the second compressor stage 20 is shut down (switched off) or started up (switched on).
Bevorzugt ist das Querschnittreduzierungselement 70 in der geschlossenen Position mittels einem Federelement (nicht gezeigt) vorgespannt. Sofern die zweite Verdichterstufe 20 abgeschaltet wird, kann das vorgespannte Federelement, insbesondere durch Fehlen eines Ansaugens von verdichteten Fluid der ersten Verdichterstufe 10 durch den Dampfkanal 30, entspannen, so dass das Querschnittreduzierungselement 70 in die geöffnete Position übergeht. Das verdichtete Fluid aus der ersten Verdichterstufe 10 kann darauf hin den Überbrückungskanal 62 passieren, wodurch die zweite Verdichterstufe 20 überbrückt wird. Preferably, the cross-sectional reduction element 70 is biased in the closed position by means of a spring element (not shown). If the second compressor stage 20 is switched off, the prestressed spring element can relax, in particular due to the absence of suction of compressed fluid from the first compressor stage 10 through the steam channel 30, so that the cross-sectional reduction element 70 transitions into the open position. The compressed fluid from the first compressor stage 10 can then pass through the bridging channel 62, whereby the second compressor stage 20 is bridged.
Bevorzugt ist das Querschnittreduzierungselement 70 eine Klappe oder eine Blende oder eine Flügeltür oder eine Rückschlagklappe. Fig. 7 zeigt in Fig. 7a eine Draufsicht auf das Querschnittreduzierungselement 70 und in Fig. 7b eine Seitenansicht aus das Querschnittreduzierungselement 70. Das Querschnittreduzierungselement 70 ist in dem Überbrückungskanal 62 zwischen einem Ausgang der ersten Verdichterstufe 10 und dem Kondensierer 60 angeordnet (siehe. Beispielsweise Fig. 1 , Fig. 2 oder Fig. 4). Ein Durchmesser 72 des Querschnittreduzierungselements 70 (wie in Fig. 7a gezeigt) kann einem Durchmesser des Überbrückungskanals 62 entsprechen oder kleiner als der Durchmesser des Überbrückungskanals 62 sein. Der Durchmesser des Überbrückungskanals 62 kann beispielsweise 10mm aufweisen. Selbstverständlich kann der Durchmesser des Überbrückungskanals 62 auch einen anderen Durchmesser aufweisen. In der Seitenansicht des Querschnittreduzierungselements 70 (wie in Fig. 7b gezeigt) ist der Durchmesser 72 des Querschnittreduzierungselements 70 kleiner als der Durchmesser des Überbrückungskanals 62 ausgebildet. Fig. 7c zeigt einen Ausschnitt aus Fig. 7b hinsichtlich eines Anschlusses des Querschnittreduzierungselements 70 zum Steuern des Querschnittreduzierungselements 70 in die geöffnete oder geschlossene Position. Weitere Anforderungen des Querschnittreduzierungselements 70 können beispielsweise der DIN EN ISO 5211 entnommen werden. Preferably, the cross-sectional reduction element 70 is a flap or a panel or a wing door or a non-return flap. 7 shows a top view of the cross-sectional reduction element 70 in FIG. 7a and a side view of the cross-sectional reduction element 70 in FIG Fig. 1, Fig. 2 or Fig. 4). A diameter 72 of the cross-sectional reduction element 70 (as shown in FIG. 7a) may correspond to a diameter of the bridging channel 62 or be smaller than the diameter of the bridging channel 62. The diameter of the bridging channel 62 can be 10mm, for example. Of course, the diameter of the bridging channel 62 can also have a different diameter. In the side view of the cross-sectional reduction element 70 (as shown in FIG. 7b), the diameter 72 of the cross-sectional reduction element 70 is smaller than the diameter of the bridging channel 62. Fig. 7c shows a detail from Fig. 7b with regard to a connection of the cross-sectional reduction element 70 for controlling the cross-sectional reduction element 70 into the open or closed position. Further requirements of the cross-sectional reducing element 70 can be found, for example, in DIN EN ISO 5211.
Bevorzugt weist die Wärmepumpe 100 eine Steuerung zum Steuern desThe heat pump 100 preferably has a controller for controlling the
Querschnittreduzierungselements 70 in die geöffnete Position oder die geschlossene
Position auf. Je nach Ausbildung des Querschnittreduzierungselements 70 als Klappe oder Blende oder Flügeltür oder Rückschlagklappe ist die Steuerung ausgebildet die Klappe oder Blende oder Flügeltür oder Rückschlagklappe anzusteuern. Bei Ausbildung als Blende Beispielsweise ist die Steuerung dazu ausgebildet, einen Durchmesser der Blende zu vergrößern oder zu verkleinern. Cross-section reducing element 70 in the open position or the closed position position. Depending on the design of the cross-sectional reducing element 70 as a flap or panel or wing door or non-return flap, the control is designed to control the flap or panel or wing door or non-return flap. When designed as a diaphragm, for example, the control is designed to increase or decrease a diameter of the diaphragm.
Bevorzugt ist die erste Verdichterstufe 10 dazu ausgebildet, einen maximal leistbaren Druck aufzubauen, und das Querschnittreduzierungselement 70 ist dazu ausgebildet, die geöffnete Position einzunehmen, wenn ein Druckverhältnis zwischen dem Kondensiererdruck Tl2 und dem Verdampferdruck Th kleiner als der maximal leistbare Druck der ersten Verdichterstufe ist, um verdichtetes Fluid aus der ersten Verdichterstufe 10 über den Überbrückungskanal 62 zu dem Kondensierer 60 zu führen. Das Druckverhältnis zwischen dem Kondensiererdruck Tl2 und dem Verdampferdruck T kann beispielsweise durch Messen von Temperaturen berechnet werden. Insbesondere kann die Temperatur Th im Verdampfersumpf 52 und die Temperatur Tl2 im Kondensierersumpf 64 jeweils gemessen werden, um hieraus das Druckverhältnis zwischen dem Kondensiererdruck (Tl2) und dem Verdampferdruck Th zu bestimmen. Vorliegend wird die gemessene Temperatur Th im Verdampfersumpf 52 mit dem Verdampferdruck Th assoziiert. Vorliegend wird außerdem die gemessene Temperatur Tl2 im Kondensierersumpf 64 mit dem Kondensiererdruck Tl2 assoziiert. Daher werden für den jeweiligen Druck im Kondensierersumpf 64 bzw. im Verdampfersumpf 52 als Bezugszeichen die entsprechenden gemessenen Temperaturbezugszeichen Th und Tl2 verwendet. Fig. 18 zeigt beispielsweise, wo die Temperaturen Th, TL gemessen werden. Preferably, the first compressor stage 10 is designed to build up a maximum affordable pressure, and the cross-sectional reduction element 70 is designed to assume the open position when a pressure ratio between the condenser pressure Tl 2 and the evaporator pressure Th is smaller than the maximum affordable pressure of the first compressor stage to convey compressed fluid from the first compressor stage 10 to the condenser 60 via the bypass channel 62. The pressure ratio between the condenser pressure Tl 2 and the evaporator pressure T can be calculated, for example, by measuring temperatures. In particular, the temperature Th in the evaporator sump 52 and the temperature Tl 2 in the condenser sump 64 can each be measured in order to determine the pressure ratio between the condenser pressure (Tl 2 ) and the evaporator pressure Th. In the present case, the measured temperature Th in the evaporator sump 52 is associated with the evaporator pressure Th. In the present case, the measured temperature Tl 2 in the condenser sump 64 is also associated with the condenser pressure Tl 2 . Therefore, the corresponding measured temperature reference symbols Th and Tl 2 are used as reference symbols for the respective pressure in the condenser sump 64 or in the evaporator sump 52. For example, Fig. 18 shows where the temperatures Th, TL are measured.
Bevorzugt ist das Querschnittreduzierungselement 70 dazu ausgebildet, die geschlossene Position einzunehmen, wenn das Druckverhältnis zwischen dem Kondensiererdruck Tl2 und dem Verdampferdruck Th größer als der maximal leistbare Druck der ersten Verdichterstufe 10 ist, um verdichtetes Fluid aus der ersten Verdichterstufe 10 über den Dampfkanal 30 zu der zweiten Verdichterstufe 20 zu führen. In der zweiten Verdichterstufe 20 angekommen, wird das verdichtete Fluid weiter verdichtet, bevor es über einen Leitraum 14 dem Kondensierer 60 zugeführt wird. Der Leitraum 14, welcher dem Kondensierer 60 zugeordnet ist, ist analog zu dem Leitraum 14 ausgebildet, welcher dem Verdampfer 50 in dem oberen Verdampferoberteil 54 zugeordnet ist.
Bevorzugt ist die erste Verdichterstufe 10 mit N weiteren Verdichterstufen betreibbar ist, wobei N eine natürliche Zahl größer oder gleich zwei ist. In Fig. 4 sind beispielsweise drei Verdichterstufen 10, 20, 80 gezeigt. Gemäß der Darstellung in Fig. 4 ist N hier gleich drei. Es ist denkbar, beliebig viele Verdichterstufen zwischen dem Verdampfer 50 und dem Kondensierer 60 vorzusehen. Bevorzugt sind die erste Verdichterstufe 10 und die N weiteren Verdichterstufen 80, 30 in einer Reihenschaltung angeordnet, wobei bei N- Verdichterstufen zwei benachbarte Verdichterstufen jeweils über einen Dampfkanal 30 verbunden sind (s. Fig. 4, wo N=3 dargestellt ist, oder Fig. 5). Preferably, the cross-sectional reduction element 70 is designed to assume the closed position when the pressure ratio between the condenser pressure Tl 2 and the evaporator pressure Th is greater than the maximum achievable pressure of the first compressor stage 10 in order to supply compressed fluid from the first compressor stage 10 via the steam channel 30 the second compressor stage 20 to lead. Once in the second compressor stage 20, the compressed fluid is further compressed before it is fed to the condenser 60 via a guide space 14. The guide space 14, which is assigned to the condenser 60, is designed analogously to the guide space 14, which is assigned to the evaporator 50 in the upper evaporator upper part 54. Preferably, the first compressor stage 10 can be operated with N further compressor stages, where N is a natural number greater than or equal to two. In Fig. 4, for example, three compressor stages 10, 20, 80 are shown. As shown in FIG. 4, N here is equal to three. It is conceivable to provide any number of compressor stages between the evaporator 50 and the condenser 60. The first compressor stage 10 and the N further compressor stages 80, 30 are preferably arranged in a series connection, with N compressor stages two adjacent compressor stages each being connected via a steam channel 30 (see Fig. 4, where N = 3 is shown, or Fig .5).
Fig. 8 zeigt ein Hydraulikschema nach Fig. 1 , in welchem ein Kreislauf einer indirekten Zwischenkühlung 8 eingezeichnet ist. Die indirekte Zwischenkühlung 8 findet in einer bevorzugten Ausführungsform der Wärmepumpe 100 Verwendung. Fig. 8 shows a hydraulic diagram according to Fig. 1, in which a circuit of indirect intermediate cooling 8 is shown. The indirect intermediate cooling 8 is used in a preferred embodiment of the heat pump 100.
In der bevorzugten Ausführungsform der Wärmepumpe 100, wie in Fig. 8 gezeigt ist, umfasst die Wärmepumpe 100 den Verdampfer 50 zum Verdampfen eines Fluids, um ein verdampftes Fluid zu erhalten, wobei der Verdampfer 50 den Verdampfersumpf 52 aufweist. Ferner umfasst die Wärmepumpe 100 den Kondensierer 60 zum Kondensieren eines verdichteten Fluids, wobei der Kondensierer 60 den Kondensierersumpf 64 aufweist. Die Wärmepumpe 100 weist ferner den Verdichter mit der ersten Verdichterstufe 10 und der zweiten Verdichterstufe 20 auf, wobei der Verdichter in Flussrichtung des verdampften Fluids in einem Betrieb der Wärmepumpe 100 zwischen dem Verdampfer 50 und dem Kondensierer 60 angeordnet ist und ausgebildet ist, um das verdampfte Fluid zu verdichten, um das verdichtete Fluid zu erhalten. Die Wärmepumpe, wie in Fig. 8 gezeigt, umfasst ferner einen Behälter 45 zum Sammeln eines Zwischenkühlungsfluids. Insbesondere ist der Behälter 45 ein Zwischenkühlungssumpf 44. Die Wärmepumpe umfasst ferner einen Wärmeübertrager 82 mit einer Rohrleitung 56, die ausgebildet ist, um von dem Zwischenkühlungsfluid aus dem Behälter 45 durchströmt zu werden, wobei die Rohrleitung 56 in einem Strömungsbereich 11 zwischen der ersten Verdichterstufe 10 und der zweiten Verdichterstufe 20 angeordnet ist, um dampfförmiges Fluid in dem Strömungsbereich 11 zu kühlen. In Fig. 8 ist beispielsweise gezeigt, dass der Wärmeübertrager 82 um einen Ansaugstutzen 12 der ersten Verdichterstufe 10 angeordnet ist. Mit anderen Worten, gemäß der Ausführungsform nach Fig. 8 ist die Rohleitung 56 im Bereich der ersten Verdichterstufe 10 angeordnet. Wie in Fig. 14 gezeigt, kann der Wärmeübertrager 82 zur indirekten Kühlung zwischen der ersten Verdichterstufe 10 und der zweiten Verdichterstufe 20 angeordnet sein, insbesondere
dort, wo ein Zwischenkühler 40 und/oder ein weiterer Zwischenkühler 4 und/oder ein noch weiterer Zwischenkühler 5 vorgesehen sein können. In the preferred embodiment of the heat pump 100, as shown in FIG. 8, the heat pump 100 includes the evaporator 50 for evaporating a fluid to obtain a vaporized fluid, the evaporator 50 having the evaporator sump 52. Furthermore, the heat pump 100 includes the condenser 60 for condensing a compressed fluid, the condenser 60 having the condenser sump 64. The heat pump 100 further has the compressor with the first compressor stage 10 and the second compressor stage 20, wherein the compressor is arranged in the flow direction of the evaporated fluid during operation of the heat pump 100 between the evaporator 50 and the condenser 60 and is designed to transport the evaporated fluid Compress fluid to obtain the compressed fluid. The heat pump, as shown in Fig. 8, further includes a container 45 for collecting an intercooling fluid. In particular, the container 45 is an intermediate cooling sump 44. The heat pump further comprises a heat exchanger 82 with a pipe 56 which is designed to be flowed through by the intermediate cooling fluid from the container 45, the pipe 56 being in a flow region 11 between the first compressor stage 10 and the second compressor stage 20 is arranged to cool vaporous fluid in the flow region 11. 8 shows, for example, that the heat exchanger 82 is arranged around an intake port 12 of the first compressor stage 10. In other words, according to the embodiment according to FIG. 8, the pipeline 56 is arranged in the area of the first compressor stage 10. As shown in Fig. 14, the heat exchanger 82 can be arranged for indirect cooling between the first compressor stage 10 and the second compressor stage 20, in particular where an intercooler 40 and/or another intercooler 4 and/or yet another intercooler 5 can be provided.
Bevorzugt ist die Rohrleitung 56 metallisch, vorzugsweise weist die Rohrleitung 56 Edelstahl und/oder Kupfer auf. Die metallische Rohrleitung 56 verbessert einen Wärmeübertrag zwischen Fluid innerhalb der Rohrleitung 56 und Fluid außerhalb der Rohrleitung 56. The pipeline 56 is preferably metallic, preferably the pipeline 56 has stainless steel and/or copper. The metallic pipe 56 improves heat transfer between fluid within the pipe 56 and fluid outside the pipe 56.
Die Rohrleitung 56 des Wärmeübertragers 82 ist beispielsweise in Figs. 8 bis 10 gezeigt. Bevorzugt weist die Rohrleitung 56 des Wärmeübertragers 82 einen Bereich auf, in dem die Rohrleitung 56 spiralförmig oder federförmig verläuft, wobei der federförmig oder spiralförmig verlaufende Bereich Windungen 83 mit unterschiedlichen Windungsabständen aufweist. Bei einer federförmig verlaufenden Rohrleitung 56 ist ein Durchmesser von einer zur nächsten Windung konstant. Bei einer spiralförmig verlaufenden Rohrleitung 56 ist ein Durchmesser einer Windung zu dem Durchmesser einer nachfolgenden Windung unterschiedlich groß. Eine spiralförmig verlaufende Rohrleitung 56 kann als konische Spirale ausgebildet sein. Eine federförmig verlaufende Rohrleitung 56 entsteht bei einer Zentralprojektion einer Schraubenlinie 101 auf eine zur Schraubachse 102 senkrechten Ebene, wie dies beispielsweise in Fig. 10 dargestellt ist. Fig. 10 zweigt schematisch den Wärmeübertrager 82. The pipeline 56 of the heat exchanger 82 is shown, for example, in Figs. 8 to 10 shown. Preferably, the pipe 56 of the heat exchanger 82 has an area in which the pipe 56 runs in a spiral or spring-shaped manner, the spring-shaped or spiral-shaped area having turns 83 with different turn spacings. In the case of a spring-shaped pipeline 56, the diameter from one turn to the next is constant. In the case of a spiral-shaped pipeline 56, the diameter of one turn is different in size from the diameter of a subsequent turn. A spiral-shaped pipeline 56 can be designed as a conical spiral. A spring-shaped pipeline 56 is created when a helical line 101 is centrally projected onto a plane perpendicular to the screw axis 102, as shown, for example, in FIG. 10. Fig. 10 schematically branches off the heat exchanger 82.
Bevorzugt weist die erste Verdichterstufe 10 einen Ansaugstutzen 12 zum Ansaugen des verdampften Fluids und einen Leitraum 14 auf, um das dampfförmige Fluid in den Strömungsbereich 11 zu leiten. Der Strömungsbereich 11 umfasst ein Volumen eines oberen Verdampferteils 54, den Dampfkanal 30 als auch den Überbrückungskanal 62. Der Strömungsbereich 11 umfasst jene Bereiche der Wärmepumpe 100, in welche verdampftes und verdichtetes Fluid fließen kann. The first compressor stage 10 preferably has a suction port 12 for sucking in the evaporated fluid and a guide space 14 in order to direct the vaporous fluid into the flow region 11. The flow area 11 includes a volume of an upper evaporator part 54, the steam channel 30 and the bridging channel 62. The flow area 11 includes those areas of the heat pump 100 into which evaporated and compressed fluid can flow.
Wie beispielsweise in Figs. 8 und 9 gezeigt ist, ist die Rohrleitung 56 des Wärmeübertragers 82 um den Ansaugstutzen 12 der ersten Verdichterstufe 10 angeordnet, wobei ein Windungsabstand zwischen zwei Windungen 83 in einem Einströmungsbereich des dampfförmigen Fluids der ersten Verdichterstufe 10 größer ist als in einem Ausströmungsbereich des dampfförmigen Fluids in den Leitraum 14. Dieses ist beispielsweise in den Figs. 8 und 9 zu sehen. Dadurch, dass der Windungsabstand zwischen zwei Windungen 83 in einem Einströmungsbereich größer ausfällt, wird die Strömungsgeschwindigkeit des Dampfes wenig abgebremst. In dem
Ausströmungsbereich des dampfförmigen Fluids in den Leitraum 14 ist der Windungsabstand zwischen zwei Windungen 83 größer, um eine Abkühlung des Dampfes zu verbessern, insbesondere zu erhöhen. As for example in Figs. 8 and 9, the pipeline 56 of the heat exchanger 82 is arranged around the intake port 12 of the first compressor stage 10, with a turn spacing between two turns 83 in an inflow area of the vaporous fluid of the first compressor stage 10 being greater than in an outflow area of the vaporous fluid the guide space 14. This is shown, for example, in Figs. 8 and 9 can be seen. Because the distance between two turns 83 in an inflow area is larger, the flow speed of the steam is slowed down slightly. By In the outflow area of the vaporous fluid into the guide space 14, the winding distance between two turns 83 is larger in order to improve, in particular to increase, cooling of the steam.
Fig. 11 zeigt beispielsweise eine diametrale perspektivische Ansicht des Wärmeübertragers 82. Fig. 1 1 ist zu entnehmen, dass es auch denkbar ist, dass in dem Ausströmungsbereich des dampfförmigen Fluids aus dem Leitraum 14 heraus der Windungsabstand zwischen zwei Windungen 83 kleiner ist als in dem Einströmungsbereich. Fig. 11 shows, for example, a diametrical perspective view of the heat exchanger 82. Fig. 11 shows that it is also conceivable that in the outflow area of the vaporous fluid out of the guide space 14 the winding distance between two turns 83 is smaller than in that Inflow area.
Bevorzugt ist ein Dampfkanal 30 zwischen der Rohrleitung 56 und dem Behälter 45 angeordnet ist, wobei der Ausströmungsbereich 11 , insbesondere welcher auch als Strömungsbereich 1 1 bezeichnet ist, mit dem Dampfkanal 30 verbunden ist, um das dampfförmige Fluid über den Dampfkanal 30 durch den Behälter 45 hindurch zu leiten, „durch den Behälter 45 hindurch zuleiten“ ist als „über den Behälter 45 hinweg zuleiten“ zu verstehen. Das dampfförmige Fluid wird bei einem Betrieb der zweiten Verdichterstufe 20 durch den zweiten Verdichter angezogen. Hierdurch wird das dampfförmige Fluid durch den Dampfkanal 30 geleitet, wie dies beispielsweise der Fig. 8 zu entnehmen ist. Preferably, a steam channel 30 is arranged between the pipeline 56 and the container 45, with the outflow region 11, in particular also referred to as the flow region 11, being connected to the steam channel 30 in order to convey the vaporous fluid via the steam channel 30 through the container 45 to pass through, “to pass through the container 45” is to be understood as “to pass over the container 45”. The vaporous fluid is attracted by the second compressor during operation of the second compressor stage 20. As a result, the vaporous fluid is passed through the vapor channel 30, as can be seen, for example, in FIG. 8.
Bevorzugt erstreckt sich ein Fluidleitungskanal 15 von dem Ausströmungsbereich 1 1 seitlich in den Dampfkanal 30 erstreckt, um das den Wärmeübertrager 82 durchströmende Zwischenkühlungsfluid über den Dampfkanal 30 dem Behälter 45 zuzuführen (siehe Fig. 8). Der Ausströmungsbereich 11 erstreckt sich von einem Ausgang der ersten Verdichterstufe in den Dampfkanal 30 und in den Verdampferteil 54. Der Fluidleitungskanal 15 erstreckt sich durch eine Wand, insbesondere einen Boden, des oberen Verdampferteils 54. In einem Bodenbereich des oberen Verdampferteils 54 sammelt sich das den Wärmeübertrager 82 durchströmende Zwischenkühlungsfluid und bildet ein Fluidniveau 51 aus. Liegt das Fluidniveau 51 des oberen Verdampferteils 54 oberhalb der Erstreckung des Fluidleitungskanals 15 durch die Wand hindurch, so kann das Zwischenkühlungsfluid, insbesondere schwerkraftbedingt, in den Dampfkanal 30 über den Fluidleitungskanal 15 abfließen. A fluid line channel 15 preferably extends from the outflow area 11 laterally into the steam channel 30 in order to supply the intermediate cooling fluid flowing through the heat exchanger 82 to the container 45 via the steam channel 30 (see FIG. 8). The outflow area 11 extends from an outlet of the first compressor stage into the steam channel 30 and into the evaporator part 54. The fluid line channel 15 extends through a wall, in particular a floor, of the upper evaporator part 54. This collects in a floor area of the upper evaporator part 54 Intercooling fluid flowing through heat exchanger 82 and forms a fluid level 51. If the fluid level 51 of the upper evaporator part 54 is above the extent of the fluid line channel 15 through the wall, the intermediate cooling fluid can flow into the vapor channel 30 via the fluid line channel 15, in particular due to gravity.
Bevorzugt weist der Ansaugstutzen 12 eine Trichterform auf, welche gegenüberliegend einen maximalen Durchmesser 16 und einen minimalen Durchmesser 17 aufweist, wobei der Leitraum 14 zum Leiten des verdichteten dampfförmigen Fluids axial zu dem minimalen Durchmesser 17 der Trichterform verläuft. Der maximale Durchmesser 16 kann
an den Boden des oberen Verdampferteils 54 angrenzen, wodurch das den Wärmeübertrager 82 durchströmende Zwischenkühlungsfluid außerhalb dem Ansaugstutzen 12 der ersten Verdichterstufe 10 in dem Bodenbereich aufgefangen wird (siehe Fig. 8). The intake port 12 preferably has a funnel shape which has a maximum diameter 16 and a minimum diameter 17 opposite one another, with the guide space 14 for guiding the compressed vaporous fluid running axially to the minimum diameter 17 of the funnel shape. The maximum diameter 16 can adjoin the bottom of the upper evaporator part 54, whereby the intermediate cooling fluid flowing through the heat exchanger 82 is collected outside the intake port 12 of the first compressor stage 10 in the bottom area (see FIG. 8).
Bevorzugt ist der Leitraum 14 an einem Ende, das in den oberen Verdampferteil 54 übergeht, gekrümmt ausgebildet ist, um das durch den Leitraum 14 strömende dampfförmige Fluid in eine zu einer Gasflussrichtung in dem Ansaugstutzen entgegengesetzte Richtung zu leiten. Insbesondere wird das den Leitraum 14 verlassende dampfförmige Fluid in den Dampfkanal 30, sofern die zweite Verdichterstufe in Betrieb ist, oder in die die Dampfführungsleitung 92, sofern die zweite Verdichterstufe nicht in Betrieb ist, geleitet. The guide space 14 is preferably curved at one end, which merges into the upper evaporator part 54, in order to direct the vaporous fluid flowing through the guide space 14 in a direction opposite to a gas flow direction in the intake port. In particular, the vaporous fluid leaving the guide space 14 is directed into the vapor channel 30, if the second compressor stage is in operation, or into the vapor guide line 92, if the second compressor stage is not in operation.
Bevorzugt weist der Leitraum 14 ein Volumen mit einem Kreis oder einem Oval als Grundfläche auf. Der Leitraum 14 ist im Wesentlichen senkrecht zu dem minimalen Durchmesser 16 des Ansaugstutzen 12 der ersten Verdichterstufe 10 angeordnet. Der Leitraum ist insbesondere in dem oberen Verdampferteil 54 angeordnet. Ferner weist die zweite Verdichterstufe 20 auch einen Leitraum 14 aus, welcher im Wesentlichen senkrecht zu dem minimalen Durchmesser 16 des Ansaugstutzen 12 der zweiten Verdichterstufe 20 angeordnet. Der Leitraum 14 der ersten bzw. der zweiten Verdichterstufe 10, 20 kann auch eine andere beliebig ausgebildete Grundfläche aufweisen. The guide space 14 preferably has a volume with a circle or an oval as a base area. The guide space 14 is arranged essentially perpendicular to the minimum diameter 16 of the intake port 12 of the first compressor stage 10. The guide space is arranged in particular in the upper evaporator part 54. Furthermore, the second compressor stage 20 also has a guide space 14, which is arranged essentially perpendicular to the minimum diameter 16 of the intake port 12 of the second compressor stage 20. The guide space 14 of the first or second compressor stage 10, 20 can also have another base area of any design.
Bevorzugt ist ein weiterer Wärmeübertrager 82 in dem Dampfkanal 30 beabstandet von dem Ausströmungsbereich 11 angeordnet. Vorzugweise ist der weitere Wärmeübertrager 82 in einem Ansaugstutzen 12 der zweiten Verdichterstufe 20 angeordnet. Die erste und die zweite Verdichterstufe 10, 20 sind durch den Dampfkanal 30 verbunden, wobei der Dampfkanal 30 zwischen einer Druckseite der ersten Verdichterstufe 10 und einer Saugseite der zweiten Verdichterstufe 20 angeordnet ist. Vorzugweise weist der Dampfkanal 30 eine gekrümmte Form mit einer Senke 32 auf. Vorzugsweise ist der Behälter 45 in der Senke 32 angeordnet, sodass flüssiges Zwischenkühlungsfluid aus dem Dampfkanal 30 in den Behälter 45 fließt. Diese kann der Fig. 8 beispielsweise entnommen werden. A further heat exchanger 82 is preferably arranged in the steam channel 30 at a distance from the outflow area 11. The further heat exchanger 82 is preferably arranged in an intake port 12 of the second compressor stage 20. The first and second compressor stages 10, 20 are connected by the steam channel 30, the steam channel 30 being arranged between a pressure side of the first compressor stage 10 and a suction side of the second compressor stage 20. Preferably, the steam channel 30 has a curved shape with a depression 32. Preferably, the container 45 is arranged in the depression 32 so that liquid intercooling fluid flows from the vapor channel 30 into the container 45. This can be seen in FIG. 8, for example.
Bevorzugt weist/weisen der Wärmeübertrager 82 und/oder der weitere WärmeübertragerThe heat exchanger 82 and/or the further heat exchanger preferably has/have
82 an seiner Außenoberfläche eine wenigstens teilweise konturierte Außenoberfläche auf,
welche in Kontakt mit dem dampfförmigen Fluid steht, um einen Wärmeübertrag zwischen dem Wärmeträger 82 und dem dampfförmigen Fluid zu verbessern. Bevorzugt weist/weisen der Wärmeübertrager 82 und/oder der weitere Wärmeübertrager 82 an seiner Innenoberfläche eine wenigstens teilweise konturierte Innenoberfläche aufweist, welche in Kontakt mit dem Fluid aus dem Behälter 45 steht, um an seiner Innenoberfläche die Ausbildung einer turbulenten Strömung zu bewirken. Die konturierten Innen- und/oder Außenoberflächen können Rillen und/oder Reliefe, d.h. Ausnehmungen/ Erhebungen beliebiger Form, aufweisen. 82 has an at least partially contoured outer surface on its outer surface, which is in contact with the vaporous fluid in order to improve heat transfer between the heat transfer medium 82 and the vaporous fluid. Preferably, the heat exchanger 82 and/or the further heat exchanger 82 has an at least partially contoured inner surface on its inner surface, which is in contact with the fluid from the container 45 in order to cause the formation of a turbulent flow on its inner surface. The contoured inner and/or outer surfaces can have grooves and/or reliefs, ie recesses/projections of any shape.
Bevorzugt ist/sind zur Selbst-Regulierung eines Fluidfüllstandes der Kondensierersumpf 64 und/oder der Verdampfersumpf 52 und/oder der Behälter 45 jeweils über einen Fluidleitungskanal 15 fluidleitend miteinander verbunden, sodass das Fluidniveau 51 der einzelnen Sümpfe 52, 45, 64, insbesondere nur unter Ausnutzung der Schwerkraft, geregelt ist. Mit anderen Worten, das Fluidniveau 51 der einzelnen Sümpfe 52, 45, 64 stellt sich passiv aufgrund der geometrischen Anordnung und der Verbindung der der einzelnen Sümpfe 52, 45, 64 untereinander ein (siehe beispielsweise Figs. 1 , 2, 8, oder 12 bis14). Mit Selbst-Regulierung ist vorliegend eine passive Regulierung, d.h. ohne weitere technische Mittel, gemeint. Es ist jedoch denkbar, auch eine aktive Regulierung des Fluidfüllstandes der Sümpfe 52, 45, 64 durch Pumpen vorzusehen, bei welcher beispielsweise eine Steuerung vorgesehen sein kann sowie Füllstandsensoren, welche den Füllstand in den Sümpfen 52, 45, 64 erfassen. For self-regulation of a fluid level, the condenser sump 64 and/or the evaporator sump 52 and/or the container 45 are preferably each connected to one another in a fluid-conducting manner via a fluid line channel 15, so that the fluid level 51 of the individual sumps 52, 45, 64, in particular only below Utilization of gravity is regulated. In other words, the fluid level 51 of the individual sumps 52, 45, 64 is set passively due to the geometric arrangement and the connection of the individual sumps 52, 45, 64 to one another (see, for example, Figs. 1, 2, 8, or 12 to 14 ). In this case, self-regulation means passive regulation, i.e. without further technical means. However, it is conceivable to also provide active regulation of the fluid level of the sumps 52, 45, 64 by pumping, in which, for example, a control can be provided as well as level sensors which detect the level in the sumps 52, 45, 64.
Vorzugsweise erstreckt sich eine Zurückführungsleitung 2, welche insbesondere auch als ein Fluidleitungskanal 15 bezeichnet wird, zum Leiten von Fluid aus dem Kondensierersumpf 64 von dem Kondensierersumpf 64 in den Behälter 45 oder dem Zwischenkühlungssumpf 44. Ferner vorzugsweise erstreckt sich ein Fluidleitungskanal 15 zum Leiten von Fluid aus dem Behälter 45 oder dem Zwischenkühlungssumpf 44 von dem Behälter 45 bzw. dem Zwischenkühlungssumpf 44 in den Verdampfersumpf 52, wobei sich insbesondere der Fluidleitungskanal 15 ausgehend von einem Boden des Behälters 45 bzw. bzw. des Zwischenkühlungssumpfes 44 seitlich in den Verdampfersumpf 52 unterhalb des Fluidniveaus 51 des Verdampfersumpfes 52 hinein erstreckt. Bevorzugt ist der Behälter 45 ein Zwischenkühlungssumpf 44 eines Zwischenkühlers 40. Preferably, a return line 2, which is also referred to in particular as a fluid line channel 15, extends for conducting fluid from the condenser sump 64 from the condenser sump 64 into the container 45 or the intermediate cooling sump 44. Furthermore, a fluid line channel 15 preferably extends for conducting fluid the container 45 or the intermediate cooling sump 44 from the container 45 or the intermediate cooling sump 44 into the evaporator sump 52, in particular the fluid line channel 15 starting from a bottom of the container 45 or or the intermediate cooling sump 44 laterally into the evaporator sump 52 below the fluid level 51 of the evaporator sump 52 extends into it. The container 45 is preferably an intercooling sump 44 of an intercooler 40.
Bevorzugt weist die Wärmepumpe 100 eine Zwischenkühlungs-Umwälzpumpe 22 auf, umThe heat pump 100 preferably has an intercooling circulation pump 22
Zwischenkühlungsfluid aus dem Behälter 45 der Rohrleitung 56 zuzuführen. Die Zwischenkühlungsfluidzuführungsleitung 3 kann sich bei dieser Ausführungsform der
Wärmepumpe 100 von dem Behälter 45 zu der Rohrleitung 56 erstrecken (s. Fig. 8). Bei den Ausführungsformen der Figs. 12, 13 und 14 kann die Zwischenkühlungs- Umwälzpumpe 22 Zwischenkühlungsfluid aus dem Verdampfersumpf52 der Rohrleitung 56 zuführen. Supply intermediate cooling fluid from the container 45 to the pipeline 56. The intermediate cooling fluid supply line 3 can be in this embodiment Heat pump 100 extends from the container 45 to the pipeline 56 (see Fig. 8). In the embodiments of FIGS. 12, 13 and 14, the intercooling circulation pump 22 can supply intercooling fluid from the evaporator sump 52 to the pipeline 56.
Fig. 9 zeigt ein Hydraulikschema der indirekten Zwischenkühlung 8 mit indirektem Wärmeübertrager 82. Der Fig. 9 kann in vereinfachter Darstellung entnommen werden, dass sich von dem oberen Verdampferteil 54, in welchem insbesondere der erste Verdichter der ersten Verdichterstufe 10 angeordnet ist und in welchem der Wärmeübertrager 82 angeordnet sein kann, sich der Dampfkanal 30 zur zweiten Verdichterstufe 20 erstreckt. Verdichtetes, aus der ersten Verdichterstufe 10 herauskommendes Fluid kann also über den Dampfkanal 30 zu der zweiten Verdichterstufe 20 geführt werden. Ferner erstreckt sich ausgehend von dem angeordneten Wärmeübertrage 82 einer der Fluidleitungskanal 15, in welchem das den Wärmeübertrager 82 durchströmende Fluid in den Behälter 45 geleitet werden kann. Die Legende der Fig. 9 zeigt ferner, dass die Fluidleitungskanäle 15 und die Zwischenkühlungsfluidzuführungsleitung 3 flüssiges Fluid, d.h. vorliegend Wasser, leiten. Ferner ist zu entnehmen, dass der Dampfkanal 30 zwischen der ersten und der zweiten Verdichterstufe 10, 20 ein aktive Dampfweg ist. Aktiver Dampfweg bedeutet vorliegend, dass die zweite Verdichterstufe 20 in Betrieb ist, so dass verdichtetes Fluid, welches die erste Verdichterstufe verlässt, durch die zweite Verdichterstufe 20 angesaugt wird. Der Überbrückungskanal 62 zwischen der ersten Verdichterstufe und dem Kondensierer 60 hingegen ist ein inaktiver Dampfweg. Inaktiver Dampfweg bedeutet vorliegend, dass die zweite Verdichterstufe 20 außer Betrieb ist und das Querschnittsreduzierungselement 70 geöffnet ist, sodass verdichtetes Fluid, welches die erste Verdichterstufe verlässt über den Überbrückungskanal 62 direkt in den Kondensierer 60 geführt wird. Fig. 9 shows a hydraulic diagram of the indirect intermediate cooling 8 with indirect heat exchanger 82. From Fig. 9 it can be seen in a simplified representation that from the upper evaporator part 54, in which in particular the first compressor of the first compressor stage 10 is arranged and in which the Heat exchanger 82 can be arranged, the steam channel 30 extends to the second compressor stage 20. Compressed fluid coming out of the first compressor stage 10 can therefore be guided to the second compressor stage 20 via the steam channel 30. Furthermore, starting from the arranged heat exchanger 82, one of the fluid line channels 15 extends, in which the fluid flowing through the heat exchanger 82 can be guided into the container 45. The legend of Fig. 9 further shows that the fluid line channels 15 and the intermediate cooling fluid supply line 3 conduct liquid fluid, i.e. in this case water. It can also be seen that the steam channel 30 between the first and second compressor stages 10, 20 is an active steam path. In the present case, active steam path means that the second compressor stage 20 is in operation, so that compressed fluid leaving the first compressor stage is sucked in through the second compressor stage 20. The bridging channel 62 between the first compressor stage and the condenser 60, however, is an inactive vapor path. In the present case, inactive vapor path means that the second compressor stage 20 is out of operation and the cross-sectional reduction element 70 is open, so that compressed fluid that leaves the first compressor stage is fed directly into the condenser 60 via the bridging channel 62.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Wärmepumpe 100 den Verdampfer 50 zum Verdampfen eines Fluids, um ein verdampftes Fluid zu erhalten, wobei der Verdampfer 50 den Verdampfersumpf 52 aufweist. Ferner umfasst die Wärmepumpe 100 den Verdichter mit der ersten Verdichterstufe 10 und der zweiten Verdichterstufe 20, wobei der Verdichter in Flussrichtung des verdampften Fluids in einem Betrieb der Wärmepumpe 100 zwischen dem Verdampfer 50 und dem Kondensierer 60 angeordnet ist und ausgebildet ist, um das verdampfte Fluid zu verdichten, um verdichtetes Fluid zu erhalten. Der Kondensierer 60 dient zum Kondensieren des verdichteten Fluids. Außerdem umfasst die Wärmepumpe 100 den Zwischenkühler 40,
der der mit einer Zwischenkühlungsfluidzuführungsleitung 3 verbunden ist und das Wirkungselement 42 aufweist, wobei das Wirkungselement zwischen der ersten Verdichterstufe 10 und der zweiten Verdichterstufe 20 angeordnet und ausgebildet ist, um eine Interaktion zwischen einem Zwischenkühlungsfluid, das durch die Zwischenkühlungsfluidzuführungsleitung 3 zuführbar ist, und einem von der ersten Verdichterstufe 10 ausgebbaren erwärmten dampfförmigen Fluid zu bewirken. Die Zwischenkühlungsfluidzuführungsleitung 3 erstreckt sich von dem Verdampfersumpf 52 zu dem Wirkungselement 42. Eine solche bevorzugte Ausführungsform der Wärmepumpe ist als Hydraulikschema beispielsweise in Fig.12 gezeigt. Fig. 12 zeigt ferner das Hydraulikschema, aus dem eine Speisung der Zwischenkühlung hervorgeht, wobei die Zwischenkühlung aus dem Verdampfersumpf 52 gespeist wird. Fluid aus dem Verdampfersumpf 52 wird über die Zwischenkühlungsfluidzuführungsleitung 3 dem Wirkungselement 42 zugeführt, so dass das Fluid aus dem Verdampfersumpf 52 zum Beregnen von verdampften und verdichteten Fluid verwendet werden kann, welches den Zwischenkühler 40, welcher im Dampfkanal 30 angeordnet ist, passiert. According to a further preferred embodiment, the heat pump 100 includes the evaporator 50 for evaporating a fluid to obtain a vaporized fluid, the evaporator 50 having the evaporator sump 52. Furthermore, the heat pump 100 includes the compressor with the first compressor stage 10 and the second compressor stage 20, wherein the compressor is arranged in the flow direction of the evaporated fluid during operation of the heat pump 100 between the evaporator 50 and the condenser 60 and is designed to transport the evaporated fluid to compress to obtain compressed fluid. The condenser 60 serves to condense the compressed fluid. The heat pump 100 also includes the intercooler 40, which is connected to an intercooling fluid supply line 3 and has the operating element 42, wherein the operating element is arranged between the first compressor stage 10 and the second compressor stage 20 and is designed to ensure an interaction between an intercooling fluid that can be supplied through the intercooling fluid supply line 3, and one of to cause the heated vaporous fluid that can be output from the first compressor stage 10. The intermediate cooling fluid supply line 3 extends from the evaporator sump 52 to the operating element 42. Such a preferred embodiment of the heat pump is shown as a hydraulic diagram, for example in FIG. 12. Fig. 12 also shows the hydraulic diagram, which shows a supply of the intermediate cooling, the intermediate cooling being fed from the evaporator sump 52. Fluid from the evaporator sump 52 is supplied to the effect element 42 via the intercooling fluid supply line 3, so that the fluid from the evaporator sump 52 can be used to sprinkle evaporated and compressed fluid, which passes through the intercooler 40, which is arranged in the vapor channel 30.
Bevorzugt erstreckt sich die Zwischenkühlungsfluidzuführungsleitung 3 durch eine Öffnung in dem Verdampfersumpf 52, und wobei die Öffnung der Zwischenkühlungsfluidzuführungsleitung 3 unterhalb eines Fluidniveaus 51 des Fluids in dem Verdampfersumpf 52 liegt. Das Fluid aus dem Verdampfersumpf 52 kann, insbesondere unter Ausnutzung der Schwerkraft, in die Zwischenkühlungsfluidzuführungsleitung 3 fließen. Insbesondere bedarf die Zwischenkühlungsfluidzuführungsleitung 3 keiner Steuerung zum Zuführen von Fluid aus dem Verdampfersumpf 52. Es ist jedoch denkbar, eine Steuerung zum Zuführen von flüssigen Fluid die Zwischenkühlungsfluidzuführungsleitung 3 vorzusehen. Preferably, the intercooling fluid supply line 3 extends through an opening in the evaporator sump 52, and the opening of the intercooling fluid supply line 3 lies below a fluid level 51 of the fluid in the evaporator sump 52. The fluid from the evaporator sump 52 can flow into the intermediate cooling fluid supply line 3, in particular using gravity. In particular, the intercooling fluid supply line 3 does not require any control for supplying fluid from the evaporator sump 52. However, it is conceivable to provide a control for supplying liquid fluid to the intercooling fluid supply line 3.
Wie in Fig. 12 gezeigt, weist bevorzugt der Zwischenkühler 40 ein Zwischenkühlungssumpf 44 auf, wobei sich ausgehend von einem Boden des Zwischenkühlungssumpfes eine Zurückführungsleitung 2 bzw. ein Fluidleitungskanal 15 zum Zurückführen von Fluid aus dem Zwischenkühlungssumpf 44 in den Verdampfersumpf 52, vorzugsweise seitlich, in den Verdampfersumpf 52 erstreckt. Insbesondere sind das von der ersten Verdichterstufe 10 ausgebbare erwärmte dampfförmige Fluid und das Zwischenkühlungsfluid jeweils aus dem Verdampfersumpf 52 entnommen. As shown in Fig. 12, the intercooler 40 preferably has an intercooling sump 44, with a return line 2 or a fluid line channel 15 for returning fluid from the intercooling sump 44 into the evaporator sump 52, preferably laterally, extending from a bottom of the intercooling sump extends the evaporator sump 52. In particular, the heated vaporous fluid that can be output from the first compressor stage 10 and the intermediate cooling fluid are each taken from the evaporator sump 52.
Bevorzugt erstreckt sich eine weitere Zurückführungsleitung 1 , welche insbesondere auch als Fluidleitungskanal 15 bezeichnet werden kann, zum Zurückführen von Fluid aus dem
Kondensierersumpf 64 in den Verdampfersumpf 52 von dem Kondensierersumpf 64 direkt, vorzugsweise seitlich, in den Verdampfersumpf 52. Insbesondere sind die die Zurückführungsleitung 2 und die weitere Zurückführungsleitung 1 fluidisch voneinander getrennt sind. „Fluidisch voneinander getrennt“ bedeutet, dass sich das Fluid aus der Zurückführungsleitung 2 und der weiteren Zurückführungsleitung 1 nicht in einer Leitung mischen können, sondern erst in dem Verdampfersumpf 52 miteinander vermischt werden. Hinsichtlich der Leitungen 1 , 2 und 3 zeigen Figs. 12 und 14 eine identische Anordnung der Leitungen 1 , 2, 3. A further return line 1, which can also be referred to in particular as a fluid line channel 15, preferably extends for returning fluid from the Condenser sump 64 into the evaporator sump 52 from the condenser sump 64 directly, preferably laterally, into the evaporator sump 52. In particular, the return line 2 and the further return line 1 are fluidly separated from one another. “Fluidically separated from each other” means that the fluid from the return line 2 and the further return line 1 cannot mix in one line, but are only mixed with one another in the evaporator sump 52. With regard to the lines 1, 2 and 3, Figs. 12 and 14 an identical arrangement of the lines 1, 2, 3.
Fig. 14 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Wärmepumpe 100, wie sie in Fig. 12 gezeigt ist. Fig. 14 zeigt ein Hydraulikschema wie in Fig. 12, aus dem eine Speisung der Zwischenkühlung hervorgeht, mit zusätzlichen Füllkörpern 7 und/oder zusätzlichen weiteren Zwischenkühlungen 4, 5, wobei jede Zwischenkühlung 4, 5 aus dem Verdampfersumpf 52 gespeist wird. Fig. 14 shows a further preferred embodiment of the heat pump 100, as shown in Fig. 12. 14 shows a hydraulic diagram as in FIG.
Gemäß der weiteren bevorzugten Ausführungsform der Wärmepumpe, wie in Fig. 14 gezeigt, ist die Zwischenkühlungsfluidzuführungsleitung 3 mit mindestens einem weiteren Zwischenkühler 4, 5 verbunden. Der weitere Zwischenkühler 5 kann in dem Dampfkanal 30 zwischen dem Verdampfer 50 und dem Kondensierer 60 angeordnet sein. Der weitere oder der noch weitere Zwischenkühler 4, 5 kann insbesondere nach einem Ausgang der ersten Verdichterstufe 10 angeordnet sein. According to the further preferred embodiment of the heat pump, as shown in Fig. 14, the intercooling fluid supply line 3 is connected to at least one further intercooler 4, 5. The further intercooler 5 can be arranged in the steam channel 30 between the evaporator 50 and the condenser 60. The further or even further intercooler 4, 5 can in particular be arranged after an output of the first compressor stage 10.
Wie in den Ausführungsformen nach Fig. 12 und 14 gezeigt, ist der Zwischenkühlungssumpf 44 zum Sammeln von Fluid, das durch die Zwischenkühlungsfluidzuführungsleitung 3 fließen kann, ausgebildet, wobei das Fluid aus dem Zwischenkühlungssumpf 44 zum Verdampfersumpf 52 über die Zurückführungsleitung 2, oder auch Fluidleitungskanal 15 genannt, zuführbar ist. Insbesondere weisen die Zurückführungsleitung 2 und die weitere Zurückführungsleitung 1 jeweils eine Öffnung 55 zu dem Verdampfersumpf 52 an beabstandeten Positionen des Verdampfersumpfes 52 auf. Insbesondere ist die Öffnung 55 der weiteren Zurückführungsleitung 1 in den Verdampfersumpf 52 unterhalb eines Fluidniveaus 51 des Verdampfersumpfes 52 angeordnet. Ferner insbesondere ist die Öffnung 55 der Zurückführungsleitung in den Verdampfersumpf 52 unterhalb eines Fluidniveaus 51 des Verdampfersumpfes 52 angeordnet. 12 and 14, the intercooling sump 44 is designed to collect fluid that can flow through the intercooling fluid supply line 3, the fluid from the intercooling sump 44 to the evaporator sump 52 via the return line 2, or also fluid line channel 15 called, can be supplied. In particular, the return line 2 and the further return line 1 each have an opening 55 to the evaporator sump 52 at spaced positions of the evaporator sump 52. In particular, the opening 55 of the further return line 1 into the evaporator sump 52 is arranged below a fluid level 51 of the evaporator sump 52. Furthermore, in particular, the opening 55 of the return line into the evaporator sump 52 is arranged below a fluid level 51 of the evaporator sump 52.
Bevorzugt ist die Zwischenkühlungsfluidzuführungsleitung 3 oder eine Motorkühlungsleitung 33 vom Verdampfersumpf 52 zu einer Motorkühlung 34 der ersten Verdichterstufe
10 angeordnet, um Fluid aus dem Verdampfersumpf 52 zu der Motorkühlung 34 zum Kühlen eines der ersten Verdichterstufe 10 zugeordneten Motors M zu leiten. Insbesondere erstreckt/erstrecken sich die Zwischenkühlungsfluidzuführungsleitung 3 und/oder die Motorkühlungsleitung 33 von dem Verdampfersumpf 52 über die Motorkühlung 34 der ersten Verdichterstufe 10 zu dem Wirkungselement 42, um Fluid aus dem Verdampfersumpf 52 zu der Motorkühlung 34 zum Kühlen eines der ersten Verdichterstufe 10 zugeordneten Motors M und zu dem Wirkungselement 42 zu leiten (siehe Figs. 12 und 14). The intermediate cooling fluid supply line 3 or an engine cooling line 33 from the evaporator sump 52 to an engine cooling system 34 of the first compressor stage is preferred 10 arranged to conduct fluid from the evaporator sump 52 to the engine cooling 34 for cooling a motor M assigned to the first compressor stage 10. In particular, the intermediate cooling fluid supply line 3 and/or the engine cooling line 33 extend from the evaporator sump 52 via the engine cooling 34 of the first compressor stage 10 to the effect element 42 in order to supply fluid from the evaporator sump 52 to the engine cooling 34 for cooling an engine assigned to the first compressor stage 10 M and to the effective element 42 (see Figs. 12 and 14).
Wie den Figs. 12 und 14 ferner zu entnehmen ist, ist eine weitere Motorkühlungsleitung 35 vom Verdampfersumpf 52 zu einer weiteren Motorkühlung 36 der zweiten Verdichterstufe 20 angeordnet ist, um Fluid aus dem Verdampfersumpf 52 zu der weiteren Motorkühlung 36 zum Kühlen eines der zweiten Verdichterstufe 20 zugeordneten Motors M zu leiten. Die Motoren M, welche den Verdichterstufen 20, 30, 80 zugeordnet sind, können mit Fluid aus dem Verdampfersumpf 52 gekühlt werden. Das Fluid aus dem Verdampfersumpf 52 ist kühler als das Fluid aus einem Zwischenkühlungssumpf 44. Das Fluid aus einem der Zwischenkühlungssumpfe 44 ist wiederum kühler als das Fluid aus dem Kondensierersumpf 64. As shown in Figs. 12 and 14, a further engine cooling line 35 is arranged from the evaporator sump 52 to a further engine cooling system 36 of the second compressor stage 20 in order to supply fluid from the evaporator sump 52 to the further engine cooling system 36 for cooling a motor M assigned to the second compressor stage 20 lead. The motors M, which are assigned to the compressor stages 20, 30, 80, can be cooled with fluid from the evaporator sump 52. The fluid from the evaporator sump 52 is cooler than the fluid from an intercooling sump 44. The fluid from one of the intercooling sumps 44 is in turn cooler than the fluid from the condenser sump 64.
Wie beispielsweise den Figs. 1 , 2, 8 oder 12 bis 15 entnommen werden kann, ist bevorzugt eine Kugellageradapterleitung 74 von dem Zwischenkühlungssumpf 44 zu einem Kugellageradapter 76, welcher der ersten Verdichterstufe 10 zugeordnet ist, angeordnet ist, um Fluid aus dem Zwischenkühlungssumpf 44 zum Kühlen des mindestens einen Kugellageradapters 76 zu leiten. Insbesondere ist von einem Ausgang des Kugellageradapters 76 zur ersten Verdichterstufe 10 ein Verdichterkühlungskanal 77 angeordnet ist, um Fluid aus dem Kugellageradapter 76 zu der ersten Verdichterstufe 10 zu leiten, um verdichtetes Fluid in der ersten Verdichterstufe 10 mit dem Fluid aus dem Kugellageradapter 76 zu beregnen. Like, for example, Figs. 1, 2, 8 or 12 to 15, a ball bearing adapter line 74 is preferably arranged from the intermediate cooling sump 44 to a ball bearing adapter 76, which is assigned to the first compressor stage 10, in order to supply fluid from the intermediate cooling sump 44 for cooling the at least one ball bearing adapter 76 to direct. In particular, a compressor cooling channel 77 is arranged from an output of the ball bearing adapter 76 to the first compressor stage 10 in order to direct fluid from the ball bearing adapter 76 to the first compressor stage 10 in order to irrigate compressed fluid in the first compressor stage 10 with the fluid from the ball bearing adapter 76.
Ferner bevorzugt eine Kugellageradapterleitung 74 von dem Kondensierersumpf 64 zu einem Kugellageradapter 76, welcher der zweiten Verdichterstufe 20 zugeordnet ist, angeordnet ist, um Fluid aus dem Kondensierersumpf 64 zum Kühlen des mindestens einen Kugellageradapters 76 zu leiten. Insbesondere ist von einem Ausgang des Kugellageradapters 76 zur zweiten Verdichterstufe 20 ein Verdichterkühlungskanal 77 angeordnet ist, um Fluid aus diesem Kugellageradapter 76 zu der zweiten Verdichterstufe 20 zu leiten, um verdichtetes Fluid in der zweiten Verdichterstufe 20 mit dem Fluid aus dem Kugellageradapter 76, welcher der zweiten Verdichterstufe 20 zugeordnet ist, zu
beregnen. In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann der der Kugellageradapter auch Fluid zum Kühlen aus der Zwischenkühlungsfluidzuführungsleitung 3 erhalten und somit in Reihe oder Parallel an die gleiche Leitung angeschlossen sein, an welche auch die Motorkühlung 36 angeschlossen ist. Furthermore, a ball bearing adapter line 74 is preferably arranged from the condenser sump 64 to a ball bearing adapter 76, which is assigned to the second compressor stage 20, in order to direct fluid from the condenser sump 64 for cooling the at least one ball bearing adapter 76. In particular, a compressor cooling channel 77 is arranged from an output of the ball bearing adapter 76 to the second compressor stage 20 in order to direct fluid from this ball bearing adapter 76 to the second compressor stage 20 in order to compress fluid in the second compressor stage 20 with the fluid from the ball bearing adapter 76, which is the second compressor stage 20 is assigned rain. In an embodiment not shown, the ball bearing adapter can also receive fluid for cooling from the intermediate cooling fluid supply line 3 and thus be connected in series or parallel to the same line to which the engine cooling 36 is also connected.
Bevorzugt ist in einem Bereich um die erste Verdichterstufe 10 mindestens ein Füllkörper 7 zur Ableitung von Wärme, insbesondere zur Vergrösserung der Oberfläche und damit für eine optimierte Kühlung des Dampfes, angeordnet. Der mindestens eine Füllkörper 7 ist insbesondere um den Ansaugstutzen 12 der ersten Verdichterstufe 10 herum angeordnet (vgl. mit Fig. 14). In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform umfasst der mindestens eine Füllkörper zahlreiche einzelne Füllkörpern, die sich um den Ansaugstutzen 12 der ersten Verdichterstufe 10 herum verteilen. Preferably, at least one packing body 7 is arranged in an area around the first compressor stage 10 to dissipate heat, in particular to increase the surface area and thus for optimized cooling of the steam. The at least one packing body 7 is arranged in particular around the intake port 12 of the first compressor stage 10 (cf. with FIG. 14). In a particularly advantageous embodiment, the at least one packing comprises numerous individual packings which are distributed around the intake port 12 of the first compressor stage 10.
Wie beispielsweise der Fig. 14 zu entnehmen ist, ist bevorzugt ein noch weiterer Zwischenkühler 4 in der Zwischenkühlungsfluidzuführungsleitung 3 angeordnet. Insbesondere passiert durch die Anordnung des Zwischenkühlers 40, des weiteren Zwischenkühlers 4 und des noch weiteren Zwischenkühlers 5 der Dampf, d.h. das verdampfte und verdichtete Fluid, in der Zwischenkühlungsfluidzuführungsleitung 3 nach Austritt aus der ersten Verdichterstufe 10 zuerst den weiteren Zwischenkühler 4 und anschließend den noch weiteren Zwischenkühler 5 und/oder den Zwischenkühler 40. Es ist denkbar, dass die Wärmepumpe 100 nur den weiteren Zwischenkühler 4 und den noch weiteren Zwischenkühler 5 umfasst (siehe Fig. 14). Es ist ferner denkbar, dass die Wärmepumpe 100 nur den Zwischenkühler 40 umfasst (siehe Fig. 12). Es ist ferner denkbar, dass die Wärmepumpe 100 nur den Zwischenkühler 40 und den weiteren Zwischenkühler 4 oder den noch weiteren Zwischenkühler 5 umfasst. In einer nicht dargestellten Ausführungsform ist es auch möglich, dass sich der Zwischenkühler 5 über die gesamte Länge des Dampfkanals 30 erstreckt und somit eine besonders effiziente Kühlung des vorbeiströmenden Dampfes bewirkt ist. As can be seen from FIG. 14, for example, a further intercooler 4 is preferably arranged in the intercooling fluid supply line 3. In particular, due to the arrangement of the intercooler 40, the further intercooler 4 and the even further intercooler 5, the steam, i.e. the evaporated and compressed fluid, in the intercooling fluid supply line 3, after exiting the first compressor stage 10, first passes the further intercooler 4 and then the further one Intercooler 5 and/or the intercooler 40. It is conceivable that the heat pump 100 only includes the further intercooler 4 and the even further intercooler 5 (see FIG. 14). It is also conceivable that the heat pump 100 only includes the intercooler 40 (see FIG. 12). It is also conceivable that the heat pump 100 only includes the intercooler 40 and the further intercooler 4 or the even further intercooler 5. In an embodiment not shown, it is also possible for the intercooler 5 to extend over the entire length of the steam channel 30, thus resulting in particularly efficient cooling of the steam flowing past.
Bevorzugt ist der weitere Zwischenkühler 4 als Wärmeübertrager 82 ausgebildet, welcher als Rohrleitung 56 und/oder als Rohrbündel 56a ausgebildet ist und ein Rohrvolumen aufweist, welches mit Fluid aus dem Verdampfersumpf 52 durchströmt ist, um eine indirekte Kühlung 8 des Dampfes zu ermöglichen. Figs. 8 bis 10 zeigen beispielsweise die indirekte Kühlung 8 durch den Wärmeübertrager 82. Der Wärmeübertrager 82 wurde bereits ausführlich diskutiert, worauf an dieser Stelle Bezug genommen ist.
Bevorzugt ist die zweite Verdichterstufe 20 zwischen dem Verdampfer 50 und dem Kondensierer 60 angeordnet und der Zwischenkühler 40, der weitere Zwischenkühler 4 und/oder der noch weitere Zwischenkühler 5 sind in einem Abstand zu einem Ansaugbereich der zweiten Verdichterstufe 20 angeordnet. Wie beispielsweise in Fig. 14 zu sehen ist, können der Zwischenkühler 40 und/oder der weitere Zwischenkühler 4 und/oder der noch weitere Zwischenkühler 5 in dem oberen Verdampferteil 54 und/oder ausgehend von der ersten Verdichterstufe 10 in dem Dampfkanal 30 bis zur Senke 32 angeordnet sein. The further intermediate cooler 4 is preferably designed as a heat exchanger 82, which is designed as a pipe 56 and/or as a tube bundle 56a and has a pipe volume through which fluid from the evaporator sump 52 flows in order to enable indirect cooling 8 of the steam. Figs. 8 to 10 show, for example, the indirect cooling 8 through the heat exchanger 82. The heat exchanger 82 has already been discussed in detail, to which reference is made at this point. The second compressor stage 20 is preferably arranged between the evaporator 50 and the condenser 60 and the intercooler 40, the further intercooler 4 and/or the further intercooler 5 are arranged at a distance from a suction area of the second compressor stage 20. As can be seen, for example, in Fig. 14, the intercooler 40 and/or the further intercooler 4 and/or the further intercooler 5 can be in the upper evaporator part 54 and/or starting from the first compressor stage 10 in the steam channel 30 up to the sink 32 be arranged.
Zur Regulierung eines Fluidfüllstandes, also eines Fluidniveaus 51 , können der Kondensierersumpf 64 und/oder der Verdampfersumpf 52 und/oder der Zwischenkühlungssumpf 44 jeweils eine Niveauregelung aufweisen. Bevorzugt kann auf eine Niveauregelung verzichtet werden, sofern sich das Fluidniveau 51 in den einzelnen Sümpfen 52, 44,64 über die Höhe der Abflüsse von alleine steuert, d.h. sofern eine Selbst-Regulierung, wie bereit beschrieben, möglich ist. Dann braucht das Fluidniveau 51 nicht aktiv geregelt zu werden. Mit Abflüsse ist vorliegend beispielsweise die Öffnung 65 der Dampfführungsleitung 92 in den Kondensierer 60, und/oder die Öffnung 65 Zurückführungsleitung 2 in den Zwischenkühlungssumpf 44 und/oder die Öffnung 65 der Zwischenkühlungsfluidzuführungsleitung 3 in den Verdampfersumpf 52 gemeint, wie dies beispielsweise in Figs. 12, 13 und 14 gezeigt ist. To regulate a fluid level, i.e. a fluid level 51, the condenser sump 64 and/or the evaporator sump 52 and/or the intermediate cooling sump 44 can each have a level control. Level control can preferably be dispensed with if the fluid level 51 in the individual sumps 52, 44, 64 controls itself via the height of the outflows, i.e. if self-regulation, as already described, is possible. Then the fluid level 51 does not need to be actively regulated. In the present case, drains mean, for example, the opening 65 of the vapor supply line 92 into the condenser 60, and/or the opening 65 of the return line 2 into the intercooling sump 44 and/or the opening 65 of the intercooling fluid supply line 3 into the evaporator sump 52, as shown, for example, in FIGS. 12, 13 and 14 is shown.
Wie bereits erläutert zeigt Fig. 15 ein Verdichterkennfeld 170 eines N-stufigen Verdichters, wobei das Verdichterkennfeld 170 eine Beziehung zwischen einem Druckverhältnis und einem Massenstrom definiert. As already explained, FIG. 15 shows a compressor map 170 of an N-stage compressor, the compressor map 170 defining a relationship between a pressure ratio and a mass flow.
Fig. 16 zeigt eine dreidimensionale Hüllfläche 180 über einem korrigierten Massenstrom, wobei die gepunkteten Linien gemessene Drehzahlkennlinien 181 darstellen. Die Drehzahlkennlinien 181 sind abhängig von dem korrigierten Massestrom WCcorr und dem Verdichtungsverhältnis PiC. Ähnlich wie in Fig. 15 ist in Fig. 16 die Pumpgrenze 171 in Abhängigkeit von dem korrigierten Massestrom und dem Verdichterverhältnis eingezeichnet. Die Hüllfläche 180 ist als eine Ausgleichsfläche (3D-Fit) dargestellt, welche an die gemessenen Drehzahlkennlinien 181 angepasst worden ist. Die Hüllfläche 180 steigt zunächst mit steigendem korrigierten Massestrom und steigender Drehzahl, uns ist durch eine dreidimensional monoton steigende Funktion wiedergeben. Nacherreichen eines Massestroms von etwa 0,8 zweigt die Hüllfläche 180 einen monoton fallenden Verlauf.
Fig. 17 zeigt eine dreidimensionale Darstellung zur Bestimmung eines Volumenstromes zur Ermittlung des Korrigierten Massenstromes. Der Volumenstrom ist durch eine Funktion gegeben, welche von der ausgenommenen elektrischen Leistung Pei und der Drehzahl der Verdichtersstufe 10, 20 abhängt. Bevorzugt werden bei der Wärmepumpe 100 Verdichterstufen 10, 20 verwendet, welche baugleich sind. Es ist denkbar, Verdichterstufen 10, 20 zu verwenden, welche sich voneinander unterscheiden. 16 shows a three-dimensional envelope surface 180 over a corrected mass flow, the dotted lines representing measured speed characteristics 181. The speed characteristics 181 are dependent on the corrected mass flow WCcorr and the compression ratio PiC. Similar to FIG. 15, the surge limit 171 is shown in FIG. 16 as a function of the corrected mass flow and the compressor ratio. The envelope surface 180 is shown as a compensation surface (3D fit), which has been adapted to the measured speed characteristics 181. The envelope surface 180 initially increases with increasing corrected mass flow and increasing speed, which is represented by a three-dimensional monotonically increasing function. After reaching a mass flow of approximately 0.8, the envelope surface 180 branches off in a monotonically decreasing course. Fig. 17 shows a three-dimensional representation for determining a volume flow to determine the corrected mass flow. The volume flow is given by a function which depends on the excluded electrical power P ei and the speed of the compressor stage 10, 20. Preferably, 100 compressor stages 10, 20 are used in the heat pump, which are identical in construction. It is conceivable to use compressor stages 10, 20 that differ from one another.
Der Volumenstrom kann nicht direkt gemessen werden. Dieser wird stattdessen indirekt über ein hinterlegtes 3D-Kennfeld 190 bestimmt, welches spezifisch für einen verwendeten Verdichterantrieb ist. Der Volumenstrom wird in Abhängigkeit der aufgenommenen elektrischen Leistung Pei und der Drehzahl des Verdichterantriebs unter zu Hilfenahme des 3D-Kennfeldes in dem 3D-Kennfeld 190 abgeleitet (siehe gepunktete Kurven 191 ), in dem die gemessenen Werte 191 in dem 3D-Kennfeld 190 eingetragen werden. Nach bestimmen das Volumentstroms kann Massenstrom korrigiert werden, insbesondere durch Anwenden des Wissens über die molare Masse des Fluid bei einem gegebenen Druck und einer gegebenen Temperatur. The volume flow cannot be measured directly. Instead, this is determined indirectly via a stored 3D map 190, which is specific for a compressor drive used. The volume flow is derived depending on the electrical power P ei consumed and the speed of the compressor drive with the help of the 3D map in the 3D map 190 (see dotted curves 191), in which the measured values 191 are entered in the 3D map 190 become. After determining the volume flow, mass flow can be corrected, in particular by applying knowledge of the molar mass of the fluid at a given pressure and temperature.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Wärmepumpe 100 den Verdampfer 50 zum Verdampfen eines Fluids, um ein verdampftes Fluid zu erhalten; den Kondensierer 60 zum Kondensieren eines verdichteten Fluids; und den Verdichter mit einer ersten Verdichterstufe 10 und einer zweiten Verdichterstufe 20, wobei der Verdichter in Flussrichtung des verdampften Fluids in einem Betrieb der Wärmepumpe 100 zwischen dem Verdampfer 50 und dem Kondensierer 60 angeordnet ist und ausgebildet ist, um das verdampfte Fluid zu verdichten, um das verdichtete Fluid zu erhalten. Außerdem umfasst die Wärmepumpe 100 eine Werterfassungseinrichtung 95 zum Erfassen eines ersten Werts P1 , der einem ersten Druckverhältnis zwischen einem Eingang der ersten Verdichterstufe 10 und einem Ausgang der ersten Verdichterstufe 10 entspricht oder von dem ersten Druckverhältnis abhängig ist; und einer Steuerung 96 zum Steuern einer ersten Drehzahl der ersten Verdichterstufe 10 und einer zweiten Drehzahl der zweiten Verdichterstufe 20, wobei die Steuerung 96 ausgebildet ist, um die zweite Drehzahl der zweiten Verdichterstufe 20 in Abhängigkeit von dem ersten Wert P1 zu steuern. Die Werterfassungseinrichtung 95 und die Steuerung 96 können untereinander kommunizieren und können jeweils mit Komponenten der Wärmepumpe 100 kommunizieren, wie dies in Fig 18 durch die Pfeile in entgegengesetzt Richtungen angedeutet ist. Der Ausgang der ersten Verdichterstufe 10 umfasst einen Bereich unmittelbar nach der ersten Verdichterstufe 10 als auch einen Bereich zwischen der
ersten Versichterstufe 10 und der zweiten Verdichterstufe 20, insbesondere einen Bereich in dem Dampfkanal 30. According to a preferred embodiment, the heat pump 100 includes the evaporator 50 for vaporizing a fluid to obtain a vaporized fluid; the condenser 60 for condensing a compressed fluid; and the compressor with a first compressor stage 10 and a second compressor stage 20, wherein the compressor is arranged in the flow direction of the evaporated fluid in an operation of the heat pump 100 between the evaporator 50 and the condenser 60 and is designed to compress the evaporated fluid in order to to obtain the compressed fluid. In addition, the heat pump 100 includes a value detection device 95 for detecting a first value P1, which corresponds to a first pressure ratio between an input of the first compressor stage 10 and an output of the first compressor stage 10 or is dependent on the first pressure ratio; and a controller 96 for controlling a first speed of the first compressor stage 10 and a second speed of the second compressor stage 20, the controller 96 being designed to control the second speed of the second compressor stage 20 depending on the first value P1. The value capture device 95 and the controller 96 can communicate with each other and can each communicate with components of the heat pump 100, as indicated in FIG. 18 by the arrows in opposite directions. The output of the first compressor stage 10 includes an area immediately after the first compressor stage 10 as well as an area between first compressor stage 10 and the second compressor stage 20, in particular an area in the steam channel 30.
Bevorzugt ist die Werterfassungseinrichtung 95 ausgebildet ist, um einen zweiten Wert P2 zu erfassen, der einem zweiten Druckverhältnis zwischen einem Ausgang der zweiten Verdichterstufe 20 und einem Eingang der ersten Verdichterstufe 10 entspricht oder von dem zweiten Druckverhältnis abhängig ist, und wobei die Steuerung 96 ausgebildet ist, um die zweite Drehzahl ferner in Abhängigkeit von dem zweiten Wert P2 zu steuern. Insbesondere kann ein Bereich des Eingangs der zweiten Verdichterstufe 20 an dem Bereich des Ausgangs der ersten Verdichterstufe 10 anschließen. Beispielsweise kann der Bereich des Ausgangs der ersten Verdichterstufe 10 in der Senke 32 enden und der Bereich des Eingangs der zweiten Verdichterstufe 20 in der Senke 32 des Dampfkanals 30 beginnen (siehe Fig. 18). Preferably, the value detection device 95 is designed to detect a second value P2, which corresponds to a second pressure ratio between an output of the second compressor stage 20 and an input of the first compressor stage 10 or is dependent on the second pressure ratio, and wherein the controller 96 is designed to further control the second speed depending on the second value P2. In particular, an area of the input of the second compressor stage 20 can connect to the area of the output of the first compressor stage 10. For example, the area of the output of the first compressor stage 10 can end in the depression 32 and the area of the inlet of the second compressor stage 20 can begin in the depression 32 of the steam channel 30 (see FIG. 18).
Fig. 18 zeigt das Hydraulikschema der Wärmepumpe 100, in welchem der erste Temperatursensor 91 , der zweite Temperatursensor 92 und der dritte Temperatursensor 93 eingezeichnet sind. Außerdem zeigt Fig. 18 die Steuerung 96 und die Werterfassungseinrichtung 95, welche jeweils mit den einzelnen Komponenten der Wärmepumpe 100 als auch untereinander kommunizieren. Die Kühlungsflüssigkeit 97 gibt die Kaltwassertemperatur an, die ein Anwender der Wärmepumpe 100 als Ist-Temperatur zur Verfügung gestellt bekommt. Der erste Temperatursensor 91 misst die erste Temperatur TU in dem Verdampfersumpf 52 und damit vor der ersten Verdichterstufe 10. Der zweite Temperatursensor 92 misst die zweite Temperatur TI3 in dem Zwischenkühlungssumpf 44 und damit nach der ersten Verdichterstufe 10 und vor der zweiten Verdichterstufe 20. Der dritte Temperatursensor 93 misst die dritte Temperatur TI2 in dem Kondenierersumpf 64 und damit nach der zweiten Verdichterstufe. Wie Fig. 18 andeutet, wird dem Anwender eine Kältleistung 103 zur Verfügung gestellt, welche als Leistung zur Kühlung von Kundenwasser dient. Hierbei handelt es sich um Leistung, die dem Anwender bzw. Kunden bereitgestellt wird. Bei der abgeführten Wärmeleistung 105 handelt es sich um Wärmeleistung, die über einen Rückkühler abgeführt wird. Die Motoren M der Verdichterstufen 10, 20 nehmen die elektrische Leistung 104 auf, bei welcher es sich um die aufgenommene Leistung der Wärmepumpe 100 handelt, die über die beiden Verdichterstufen 10, 20 aufgenommen wird. Beispielsweise kann ein maximales Druckverhältnis der ersten Verdichterstufe 10 P1 =3,7 betragen. Beispielsweise kann ein maximales Druckverhältnis der zweiten Verdichterstufe 20 P2=3,7 betragen. In diesem Fall kann beispielsweise das maximale Gesamtdruckverhältnis Pges der Wärmepumpe 100
Pges=P1 * P2 =3,7 *3,7 =13,7 betragen. In Verbindung mit Fig. 19 kann ferner zusammengefasst werden, dass in dem Fall 1 die erste Verdicherstufe 10 konstant bei einem Druckverhältsnis von beispielsweise P1 =2,7 betrieben wird und die zweite Verdichterstufe 20 in einem Druckverhältnis P2 zwischen null und 2,7 betrieben wird. Wenn die erste Verdichterstufe 10 und die zweite Verdichterstufe 20 jeweils bei einem Druckverhältnis von P1 =P2=2,7 betrieben werden, schaltet die Wärmepumpe 100 von Fall (erster Leistungsbereich 98) zu Fall 2 (zweiter Leistungsbereich 99. In dem zweiten Leistungsbereich 99 steigen die Verdichtungsverhältnisse der ersten Verdichterstufe 10 und der zweiten Verdichterstufe 20 jeweils gleichmäßig von P1 =P2=2,7 bis P1 =P2=3,7 an. 18 shows the hydraulic diagram of the heat pump 100, in which the first temperature sensor 91, the second temperature sensor 92 and the third temperature sensor 93 are shown. 18 also shows the controller 96 and the value recording device 95, which communicate with the individual components of the heat pump 100 as well as with each other. The cooling liquid 97 indicates the cold water temperature that a user of the heat pump 100 is provided with as the actual temperature. The first temperature sensor 91 measures the first temperature TU in the evaporator sump 52 and thus before the first compressor stage 10. The second temperature sensor 92 measures the second temperature TI3 in the intermediate cooling sump 44 and thus after the first compressor stage 10 and before the second compressor stage 20. The third Temperature sensor 93 measures the third temperature TI2 in the condenser sump 64 and thus after the second compressor stage. As Fig. 18 suggests, the user is provided with a cooling power 103, which serves as a power for cooling customer water. This is a service that is provided to the user or customer. The dissipated heat output 105 is heat output that is dissipated via a dry cooler. The motors M of the compressor stages 10, 20 absorb the electrical power 104, which is the power absorbed by the heat pump 100, which is absorbed via the two compressor stages 10, 20. For example, a maximum pressure ratio of the first compressor stage can be 10 P1 =3.7. For example, a maximum pressure ratio of the second compressor stage can be 20 P2 = 3.7. In this case, for example, the maximum total pressure ratio P tot of the heat pump 100 Ptot=P1 * P2 =3.7 *3.7 =13.7. In connection with Fig. 19 it can further be summarized that in case 1 the first compressor stage 10 is operated constantly at a pressure ratio of, for example, P1 = 2.7 and the second compressor stage 20 is operated in a pressure ratio P2 between zero and 2.7 . If the first compressor stage 10 and the second compressor stage 20 are each operated at a pressure ratio of P1 = P2 = 2.7, the heat pump 100 switches from case (first performance range 98) to case 2 (second performance range 99. In the second performance range 99 increase the compression ratios of the first compressor stage 10 and the second compressor stage 20 each vary equally from P1 =P2=2.7 to P1 =P2=3.7.
Bevorzugt ist die Steuerung 96 dazu ausgebildet, um den ersten Wert P1 als Istwert und den zweiten Wert P2 als Sollwert zu verwenden. Ferner bevorzugt ist die Steuerung 96 dazu ausgebildet, um die Drehzahl der zweiten Verdichterstufe 20 zu erhöhen, wenn der Istwert größer als der Sollwert ist, oder um die Drehzahl der zweiten Verdichterstufe 20 zu erniedrigen, wenn der Istwert kleiner als der Sollwert ist. Durch Vergleichen des Istwertes mit dem Sollwert können die Drehzahlen der ersten und zweiten Verdichterstufe 10, 20 jeweils derart eingestellt werden, dass die zweite Verdichterstufe unabhängig von der ersten Verdichterstufe 10 effizient genutzt werden kann. Eine unabhängie Einstellung der Drehzahlen der ersten und zweiten Verdichterstufe 10, 20 wird dadurch erreicht, dass jeder Motor M der Verdichterstufen 10, 20 eine eigene Motorwelle aufweist, die anzutreiben ist. Der erste Wert P1 gibt ein Verdichtungsverhältnis der ersten Verdichterstufe 10 gemäß P1 =TI3/TI1 an. Der zweite Wert P2 gibt ein Verdichtungsverhältnis der zweiten Verdichterstufe 20 gemäß P2=TI2/TI3 an. The controller 96 is preferably designed to use the first value P1 as the actual value and the second value P2 as the setpoint. Furthermore, the controller 96 is preferably designed to increase the speed of the second compressor stage 20 if the actual value is greater than the setpoint, or to reduce the speed of the second compressor stage 20 if the actual value is smaller than the setpoint. By comparing the actual value with the setpoint, the speeds of the first and second compressor stages 10, 20 can each be adjusted such that the second compressor stage can be used efficiently independently of the first compressor stage 10. An independent adjustment of the speeds of the first and second compressor stages 10, 20 is achieved in that each motor M of the compressor stages 10, 20 has its own motor shaft that is to be driven. The first value P1 indicates a compression ratio of the first compressor stage 10 according to P1 =TI3/TI1. The second value P2 indicates a compression ratio of the second compressor stage 20 according to P2=TI2/TI3.
Bevorzugt ist die Werterfassungseinrichtung 95 ferner dazu ausgebildet, um eine Ist- Temperatur einer verdampferseitig ausgegebenen Kühlflüssigkeit 97 zu ermitteln, und bei der die Steuerung 96 ausgebildet ist, um die Drehzahl der ersten Verdichterstufe 10 abhängig von der Ist-Temperatur der Kühlflüssigkeit 97 und einer vordefinierten Soll- Temperatur der Kühlflüssigkeit 97 einzustellen. Während eines Betriebes der Wärmepumpe 100 kann sie die Ist-Temperatur der verdampferseitig ausgegebenen Kühlflüssigkeit 97 erhöhen, da durch den Betrieb der Wärmepumpe 100 das in der Wärmepumpe zirkulierende Fluid, d.h. die Kühlflüssigkeit 97, im Laufe der zeit eine höhere Temperatur annimmt. Preferably, the value recording device 95 is further designed to determine an actual temperature of a coolant 97 dispensed on the evaporator side, and in which the controller 96 is designed to control the speed of the first compressor stage 10 depending on the actual temperature of the coolant 97 and a predefined one Set the target temperature of the coolant 97. During operation of the heat pump 100, it can increase the actual temperature of the coolant 97 dispensed on the evaporator side, since as a result of the operation of the heat pump 100, the fluid circulating in the heat pump, i.e. the coolant 97, assumes a higher temperature over time.
Bevorzugt ist die Steuerung dazu ausgebildet, um abhängig von einerThe control is preferably designed to be dependent on one
Leistungsanforderung in einem ersten Leistungsbereich 98 die erste Verdichterstufe 10
mit einem höheren Druckverhältnis als die zweite Verdichterstufe 20 zu betreiben, wobei ein Unterschied der Druckverhältnisse der ersten Verdichterstufe 10 und der zweiten Verdichterstufe 20 zu größer werdenden Leistungsanforderungen abnimmt (siehe Fall 1 in Fig. 19), und um in einem zweiten Leistungsbereich 99 sowohl die erste Verdichterstufe 10 als auch die zweite Verdichterstufe 20 so zu betreiben, dass Druckverhältnisse der beiden Verdichterstufen 10, 20 in dem zweiten Leistungsbereich 99 näherungsweise gleich, oder insbesondere innerhalb eines Bereichs von plus/minus 20 Prozent gleich, sind und/oder bei zunehmender Leistungsanforderung gleich zunehmen (siehe Fall 2 in Fig. 19), wobei der zweite Leistungsbereich 99 größere Leistungsanforderungen als der erste Leistungsbereich 98 umfasst, wobei eine Grenze 94 zwischen dem ersten Leistungsbereich 98 und dem zweiten Leistungsbereich 99 durch die erste Verdichterstufe 10 und/oder durch die zweite Verdichterstufe 20 festgelegt ist. Fig. 19 zeigt ein Schema zur Veranschaulichung einer Regelung der Verdichterstufen 10, 20 der Wärmepumpe 100 in Abhängigkeit der Drehzahlen der ersten und zweiten Verdichtungsstufen 10, 20 im ersten Leistungsbereich 98 und in dem zweiten Leistungsbereich 99. In Fall 2, also dem zweiten Leistungsbereich 99, wird eine höhere Leistung TT umgesetzt als im ersten Fall, also im ersten Leistungsbereich 98 (vgl. mit Fig. 19). Der Fig. 19 kann ferner entnommen werden, dass die erste Verdichterstufe 10 bei einem konstanten Leistungswert, insbesondere von TT=2,7, arbeitet. Der konstante Leistungswert TT der ersten Verdichterstufe 10 entspricht einem Sollwert in dem ersten Leitungsbereich 98, bei dem die erste Verdichterstufe betrieben werden soll. Die zweite Verdichterstufe 20 beginnt mit einer zunächst geringeren Leistung TT, nähert sich aber dem Sollwert der ersten Leistungsstufe 10 zunehmend an. Erreicht auch die zweite Verdichterstufe 20 den Sollwert der Leistung TT, schalten beide Verdichterstufen 10, 20 in einem Betrieb über, welcher dem Fall zwei, also den zweiten Leistungsbereich 99, entspricht. In dem zweiten Leistungsbereich steigt das Druckverhältnis der ersten Verdichterstufe 10 und der zweiten Verdichterstufe 20 bevorzugt gleichmäßig an. An der Grenze 94 wird von einem Betrieb in dem ersten Leistungsbereich 98 auf einen Betrieb in dem zweiten Leistungsbereich 99 /9 geschaltet. Insbesondere bei einem Gesamtdruckverhältnis von ( (772)/ (771)) schaltet die Wärmepumpe 100 von einem Betrieb in dem ersten Leistungsbereich 98 in einen Betrieb des zweiten Leistungs bereich 99, wobei p(TZl) einen Sattdampfdruck in dem Verdampfersumpf 52 angibt, welcher insbesondere durch den ersten Temperatursensor 91 messbar ist, und wobei p(Tl2) einen Sattdampfdruck in dem Kondensierersumpf 64 angibt, welcher insbesondere durch den dritten Temperatursensor 93 messbar ist (vgl. mit Fig. 18).
Bevorzugt weisen die erste Verdichterstufe 10 und die zweite Verdichterstufe 20 unterschiedlich große Radialräder auf, wobei die Steuerung 96 ausgebildet ist, um die erste Verdichterstufe 10 in dem ersten Leistungsbereich 98 auf ein konstantes erstes Druckverhältnis als Sollwert zu steuern, und um die zweite Verdichterstufe 20 bei zunehmenden Leistungsanforderung zu einem zunehmenden zweiten Druckverhältnis als Sollwert zu steuern, und um in dem zweiten Leistungsbereich 99 eine zunehmende Leistungsanforderung sowohl durch die erste Verdichterstufe 10 als auch durch die zweite Verdichterstufe 20 aufzunehmen (vgl. mi Fig. 19). Beispielsweise liegt der Sollwert bei den verwendeten Verdichterstufen 10, 20 bei 2,7, wie bereits ausgeführt worden ist. Bei Verwendung anderer Verdichterstufen kann der Sollwert ein anderer sein. Insbesondere ist der Sollwert Verdichter spezifisch. Bevorzugt ist das Radialrad der ersten Verdichterstufe 10 größer als das Radialrad der zweiten Verdichterstufe 20 ausgebildet. Beide Radialräder sind insbesondere so ausgelegt, dass sie beide näherungsweise den gleichen Massenstrom durchsetzen. Da vor dem zweiten Radialrad, d.h. dem Radialrad der zweiten Verdichterstufe 20, die Temperatur höher als vor dem ersten Radialrad, d.h. dem Radialrad der ersten Verdichterstufe 10, ist, muss das zweite Radialrad kleiner ausgeführt sein. Power requirement in a first power range 98, the first compressor stage 10 to operate with a higher pressure ratio than the second compressor stage 20, with a difference in the pressure ratios of the first compressor stage 10 and the second compressor stage 20 decreasing as performance requirements increase (see case 1 in Fig. 19), and in order to achieve both in a second performance range 99 to operate the first compressor stage 10 as well as the second compressor stage 20 in such a way that pressure ratios of the two compressor stages 10, 20 in the second performance range 99 are approximately the same, or in particular the same within a range of plus/minus 20 percent, and/or the same as the power requirement increases increase (see case 2 in Fig. 19), wherein the second performance range 99 includes greater performance requirements than the first performance range 98, with a boundary 94 between the first performance range 98 and the second performance range 99 through the first compressor stage 10 and / or through the second Compressor stage 20 is set. Fig. 19 shows a diagram to illustrate a control of the compressor stages 10, 20 of the heat pump 100 depending on the speeds of the first and second compression stages 10, 20 in the first performance range 98 and in the second performance range 99. In case 2, i.e. the second performance range 99 , a higher power TT is implemented than in the first case, i.e. in the first power range 98 (see FIG. 19). 19 can also be seen that the first compressor stage 10 operates at a constant power value, in particular TT=2.7. The constant power value TT of the first compressor stage 10 corresponds to a setpoint in the first line area 98 at which the first compressor stage is to be operated. The second compressor stage 20 begins with an initially lower power TT, but increasingly approaches the setpoint of the first power stage 10. If the second compressor stage 20 also reaches the setpoint of the power TT, both compressor stages 10, 20 switch over in an operation which corresponds to case two, i.e. the second power range 99. In the second performance range, the pressure ratio of the first compressor stage 10 and the second compressor stage 20 preferably increases uniformly. At the border 94, operation in the first power range 98 is switched to operation in the second power range 99/9. In particular, with a total pressure ratio of ((772)/(771)), the heat pump 100 switches from operation in the first performance range 98 to operation in the second performance range 99, where p(TZl) indicates a saturated steam pressure in the evaporator sump 52, which in particular can be measured by the first temperature sensor 91, and where p(Tl2) indicates a saturated steam pressure in the condenser sump 64, which can be measured in particular by the third temperature sensor 93 (cf. with FIG. 18). The first compressor stage 10 and the second compressor stage 20 preferably have radial wheels of different sizes, the controller 96 being designed to control the first compressor stage 10 in the first performance range 98 to a constant first pressure ratio as a setpoint, and to control the second compressor stage 20 increasing power requirement to an increasing second pressure ratio as a setpoint, and in order to accommodate an increasing power requirement in the second performance range 99 both by the first compressor stage 10 and by the second compressor stage 20 (see mi Fig. 19). For example, the setpoint for the compressor stages 10, 20 used is 2.7, as already explained. If other compressor stages are used, the setpoint may be different. In particular, the setpoint is specific to the compressor. The radial wheel of the first compressor stage 10 is preferably designed to be larger than the radial wheel of the second compressor stage 20. Both radial wheels are designed in particular so that they both pass through approximately the same mass flow. Since the temperature in front of the second radial wheel, ie the radial wheel of the second compressor stage 20, is higher than in front of the first radial wheel, ie the radial wheel of the first compressor stage 10, the second radial wheel must be made smaller.
Bevorzugt ist die Steuerung 96 dazu ausgebildet, um als Sollwert für die Steuerung der zweiten Drehzahl der zweiten Verdichterstufe 20 einen Maximalwert aus einer Funktion von dem zweiten Wert P2 oder einer vordefinierten Konstante konst, zu verwenden. Die vordefinierte Konstante hängt von den verwendeten Verdichtern ab und ist vorzugsweise im Bereich zwischen 1 und 5, d.h. 1 < konst. <5, weiter vorzugsweise im Bereich zwischen 2 und 4, besonders vorteilhaft ist die Konstante konst=2,7. Die Konstante ist das optimale Druckverhältnis des ersten Verdichters. Der Maximalwert der zweiten Drehzahl der zweiten Verdichterstufe 20 ist daher gegeben durch: The controller 96 is preferably designed to use a maximum value from a function of the second value P2 or a predefined constant const as a setpoint for controlling the second speed of the second compressor stage 20. The predefined constant depends on the compressors used and is preferably in the range between 1 and 5, i.e. 1 <const. <5, more preferably in the range between 2 and 4, the constant const=2.7 is particularly advantageous. The constant is the optimal pressure ratio of the first compressor. The maximum value of the second speed of the second compressor stage 20 is therefore given by:
Maximalwert = P2 oder konst. Maximum value = P2 or const.
Der Maximalwert ist durch eine Maximalfunktion gegeben, welche den höchsten Wert aus dem zweiten Wert P2 oder einer vordefinierten Konstante konst, nimmt. The maximum value is given by a maximum function which takes the highest value from the second value P2 or a predefined constant const.
Bevorzugt ist die Maximalfunktion eine Wurzelfunktion und die vordefinierte Konstante die Grenze 94 zwischen dem ersten und dem zweiten Leistungsbereich 98, 99 ist. Die Maximalfunktion ist insbesondere gegeben durch
( (n2)/ (ni))1/2, wobei p(Tll) einen Sattdampfdruck in dem Verdampfersumpf (52) angibt, welcher insbesondere durch den ersten Temperatursensor 91 messbar ist, und wobei p(TL2) einen Sattdampfdruck in dem Kondensierersumpf 64 angibt, welcher insbesondere durch den dritten Temperatursensor 93 messbar ist (vgl. mit Fig. 18). Preferably, the maximum function is a root function and the predefined constant is the limit 94 between the first and second power ranges 98, 99. In particular, the maximum function is given by ((n2)/(ni)) 1/2 , where p(Tll) indicates a saturated steam pressure in the evaporator sump (52), which can be measured in particular by the first temperature sensor 91, and where p(TL2) indicates a saturated steam pressure in the condenser sump 64 indicates which can be measured in particular by the third temperature sensor 93 (see FIG. 18).
Der erste Wert P1 ist gegeben durch das Verhältnis aus: P1 =TI3/T11 . The first value P1 is given by the ratio: P1 =TI3/T11.
Der zweite Wert P2 ist gegeben durch das Verhältnis aus: P2 =TI2/TI3. The second value P2 is given by the ratio: P2 =TI2/TI3.
Ein gesamtes Verdichtungsverhältnis Pges, wie es in Fig. 19 eingezeichnet ist, ist durch das Produkt aus dem ersten Wert P1 und dem zweiten Wert P2 gegeben, nämlich durch: A total compression ratio P tot , as shown in FIG. 19, is given by the product of the first value P1 and the second value P2, namely by:
Pges=P1*P2= (TI3/TI1) * (TI2/TI3) = TI2/ TI1 P tot =P1*P2= (TI3/TI1) * (TI2/TI3) = TI2/ TI1
Wie beispielsweise der Fig. 19 zu entnehmen ist, werden der erste Wert P1 und der zweite Wert P2 geometrisch addiert (daher 2* a/2= a), um das gesamte Verdichtungsverhältnis Pges zu erhalten. As can be seen, for example, from FIG. 19, the first value P1 and the second value P2 are geometrically added (hence 2*a/2=a) to obtain the total compression ratio Ptot.
Bevorzugt umfasst die Werterfassungseinrichtung 95 einen ersten Temperatursensor zum Erfassen einer ersten Temperatur TU bezüglich des Verdampfers 50, und einen zweiten Temperatursensor zum Erfassen einer zweiten Temperatur TI3 bezüglich eines Ausgangs der ersten Verdichterstufe 10, wobei die Werterfassungeinrichtung 95 ausgebildet ist, um den ersten Wert P1 aus der ersten Temperatur TU und der zweiten Temperatur TI3 zu ermitteln. Fig. 18 zeigt beispielsweise, wo im Hydraulikschema der Wärmepumpe 100 die Temperatursensoren angeordnet sein könnten in dem angedeutet ist wo welche der Temperaturen TU , TI2 und TI3 gemessen werden kann. The value detection device 95 preferably comprises a first temperature sensor for detecting a first temperature TU with respect to the evaporator 50, and a second temperature sensor for detecting a second temperature TI3 with respect to an output of the first compressor stage 10, wherein the value detection device 95 is designed to measure the first value P1 to determine the first temperature TU and the second temperature TI3. 18 shows, for example, where in the hydraulic diagram of the heat pump 100 the temperature sensors could be arranged, which indicates where which of the temperatures TU, TI2 and TI3 can be measured.
Bevorzugt ist der erste Temperatursensor in dem Verdampfersumpf 52 des Verdampfers 50 angeordnet, um die erste Temperatur TU vor der ersten Verdichterstufe 10 zu erfassen, und der zweite Temperatursensor ist in einem Zwischenkühlungssumpf 44 angeordnet, um die zweite Temperatur TI3 nach einem Ausgang des ersten Verdichters 10 zu erfassen. Vorzugsweise umfasst der Ausgang des ersten Verdichters 10 die Senke 32 in dem Dampfkanal 30, welcher die erste Verdichterstufe 10 und die zweite Verdichterstufe 20 fluidisch verbindet.
Bevorzugt ist zwischen der ersten Verdichterstufe 10 und der zweiten Verdichterstufe 20 der Dampfkanal 30 vorgesehen, um verdichtestes Fluid aus der ersten Verdichterstufe 10 in die zweite Verdichterstufe 20 zu führen, wobei in dem Dampfkanal 30 der Zwischenkühlungssumpf 44 oder der Behälter 45 angeordnet ist. Durch den Dampfkanal 30 werden die erste Verdichterstufe 10 und die zweite Vedichterstufe 20 fluidisch miteinander verbunden. Preferably, the first temperature sensor is arranged in the evaporator sump 52 of the evaporator 50 in order to detect the first temperature TU before the first compressor stage 10, and the second temperature sensor is arranged in an intermediate cooling sump 44 in order to detect the second temperature TI3 after an output of the first compressor 10 capture. Preferably, the output of the first compressor 10 includes the sink 32 in the steam channel 30, which fluidly connects the first compressor stage 10 and the second compressor stage 20. The steam channel 30 is preferably provided between the first compressor stage 10 and the second compressor stage 20 in order to guide compressed fluid from the first compressor stage 10 into the second compressor stage 20, the intermediate cooling sump 44 or the container 45 being arranged in the steam channel 30. The first compressor stage 10 and the second compressor stage 20 are fluidly connected to one another through the steam channel 30.
Wie der Fig. 18 zu entnehmen ist, umfasst die Werterfassungseinrichtung 95 einen dritten Temperatursensor, um eine dritte Temperatur TI2 zu messen, wobei die Werterfassungeinrichtung 95 dazu ausgebildet ist, um den zweiten Wert P2 aus der dritten Temperatur TI2 und der ersten Temperatur (TU) zu ermitteln. Bevorzugt ist der dritte Temperatursensor im Kondensierersumpf 64 angeordnet ist, um die dritte Temperatur TI2 nach der zweiten Verdichterstufe 20 zu erfassen. Fig. 18 zeigt ein Hydraulikschema, welches Temperatursensoren für eine Führung des zweiten Verdichters hervorhebt, insbesondere wo die Temperatursensoren in der Wärmepumpe 100 angeordnet sein könnten, um die jeweilige Temperatur TU , TI2 oder TI3 zu messen. Wie beispielsweise in Fig. 8 zeigt, kann der zweite Temperatursensor statt in dem Zwischenkühlungssumpf 44 auch in dem Behälter 45 angeordnet sein, also in einem Sumpf 44, 45, welcher die erste Verdichterstufe 10 und die zweite Verdichterstufe fluidisch miteinander fluidisch verbindet. 18, the value acquisition device 95 comprises a third temperature sensor in order to measure a third temperature TI2, the value acquisition device 95 being designed to obtain the second value P2 from the third temperature TI2 and the first temperature (TU). to determine. The third temperature sensor is preferably arranged in the condenser sump 64 in order to detect the third temperature TI2 after the second compressor stage 20. 18 shows a hydraulic diagram highlighting temperature sensors for guiding the second compressor, particularly where the temperature sensors could be located in the heat pump 100 to measure the respective temperature TU, TI2 or TI3. 8, for example, the second temperature sensor can also be arranged in the container 45 instead of in the intermediate cooling sump 44, i.e. in a sump 44, 45, which fluidly connects the first compressor stage 10 and the second compressor stage to one another.
Bevorzugt erstreckt sich von dem Kondensierersumpf 64 in den ZwischenkühlungssumpfPreferably extends from the condenser sump 64 into the intercooling sump
44 (Fig. 18) oder in den Behälter 45 (Fig 8) ein Fluidleitungskanal 15 erstreckt, um Fluid aus dem Kondensierersumpf 64 in den Zwischenkühlungssumpf 44 bzw. In den Behälter44 (Fig. 18) or in the container 45 (Fig. 8) a fluid line channel 15 extends to fluid from the condenser sump 64 into the intermediate cooling sump 44 or into the container
45 zu leiten, und wobei sich von dem Zwischenkühlungssumpf 44 bzw. dem Behälter 45 in dem Verdampfersumpf 52 ein weiterer Fluidleitungskanal 15 erstreckt, um Fluid aus dem Zwischenkühlungssumpf 44 bzw. dem Behälter 45 in den Verdampfersumpf 52 zu leiten. Durch die Verbindung der Sümpfe 64, 44, 45 und 52 über die Fluidleitungen 15 miteinander, wird im Laufe des Betriebes der Wärmepumpe 100 das Fluid in jedem der Sümpfe 64, 44, 45 und 52 erhöht. Hierdurch kann es schon aufgrund einer Laufzeit des Betriebes der Wärmepumpe 100 dazu kommen, dass es einer Regelung der Verdichterstufen der Wärmepumpe, wie in Fig. 19 gezeigt ist, bedarf. 45, and wherein a further fluid line channel 15 extends from the intercooling sump 44 or the container 45 in the evaporator sump 52 in order to direct fluid from the intercooling sump 44 or the container 45 into the evaporator sump 52. By connecting the sumps 64, 44, 45 and 52 to one another via the fluid lines 15, the fluid in each of the sumps 64, 44, 45 and 52 is increased during operation of the heat pump 100. This can result in the need to regulate the compressor stages of the heat pump, as shown in FIG. 19, simply because of the running time of the heat pump 100.
Bevorzugt ist zwischen der ersten Verdichterstufe 10 und dem Kondensierer 60 ein Überbrückungskanal 62 angeordnet, um die zweite Verdichterstufe 20 zu überrücken,
wobei in dem Überbrückungskanal 62 ein Querschnittreduzierungselement 70 angeordnet ist, um einen Querschnitt des Überbrückungskanals 62 einzustellen, um einen Durchfluss von verdichtetem Fluid aus der ersten Verdichterstufe 10 zu dem Kondensierer 60 zu regeln, wobei das Querschnittreduzierungselement 70 bei einem Betrieb der zweiten Verdichterstufe 20 eine geschlossene Position einnimmt. Der Überbrückungskanal 62 und das Querschnittreduzierungselement 70 wurden bereits ausführlich beschrieben, worauf Bezug genommen wird. A bridging channel 62 is preferably arranged between the first compressor stage 10 and the condenser 60 in order to bridge the second compressor stage 20, wherein in the bridging channel 62 a cross-sectional reducing element 70 is arranged to adjust a cross-section of the bridging channel 62 in order to regulate a flow of compressed fluid from the first compressor stage 10 to the condenser 60, wherein the cross-sectional reducing element 70 has a closed one during operation of the second compressor stage 20 takes position. The bridging channel 62 and the cross-sectional reducing element 70 have already been described in detail, to which reference is made.
Die Drehzahlen der Verdichterstufen 10, 20 können aus zwei Gründen erhöht werden, da sowohl die Anwenderseite als auch die Rückkühlerseite auf die Wärmepumpe wirken. Beispielsweise kann die die Kaltwassertemperatur 97 steigen. Das vom Anwender genutzte Wasser, was ihm bereitgestellt wird, hat einfach eine höhere Temperatur, d.h. der Anwende benötigt mehr Kälteleistung. In diesem Fall wird die Drezahl der ersten Verdichsterstufe 10 hochgeregelt, wodurch der Wärmepumpe 100 mehr elektrische Leistung 104 zugeführt wird. Hierdurch steigt die von der Wärmepumpe erzeugte Kälteleistung 103. In einem anderen Fall kann Kaltwassertemperatur 97 steigen, wenn die Wassertemperatur vom Rückkühler zum Verflüssiger steigt, beispielsweise wenn die Außentemperatur steigt und der Rückkühler die Wärmeenergie nur mit größerem Energieaufwand abführen kann. In diesem Fall steigen beispielsweise die gemessenen Temperaturen TU , TI3 und TI2, wodurch schließlich die Kaltwassertemperatur ansteigt, welche dem Anwender zugeht. Für den Betrieb der Verdichterstufen 10, 20 bedeutet dies, dass zunächst die erste Verdichterstufe in ihrer Drehzahl hochgeregelt wird und zweitversetzt dann auch die zweite Verdichterstufe in ihrer Drehzahl hochgeregelt wird. Bei einem Anstieg der Kühlwassertemperatur steigt damit auch die aufgenommene eletrische Leistung 104 der Wärmepumpe 100. The speeds of the compressor stages 10, 20 can be increased for two reasons, since both the user side and the dry cooler side act on the heat pump. For example, the cold water temperature 97 can rise. The water used by the user, which is provided to him, simply has a higher temperature, i.e. the user needs more cooling capacity. In this case, the speed of the first compressor stage 10 is increased, as a result of which more electrical power 104 is supplied to the heat pump 100. This increases the cooling capacity 103 generated by the heat pump. In another case, cold water temperature 97 can increase if the water temperature from the recooler to the condenser increases, for example if the outside temperature rises and the recooler can only dissipate the heat energy with greater energy expenditure. In this case, for example, the measured temperatures TU, TI3 and TI2 increase, which ultimately increases the cold water temperature that the user receives. For the operation of the compressor stages 10, 20, this means that first the speed of the first compressor stage is increased and, secondly, the speed of the second compressor stage is also increased. If the cooling water temperature increases, the electrical power consumed 104 by the heat pump 100 also increases.
Durch die hierin beschriebene Wärmepumpe kann der zweite Verdichter effizienter genutzt werden, wodurch die Wärmepumpe als solche effizienter genutzt werden kann. Zudem wird verhindert, dass die zweite Verdichterstufe in der Pumpgrenze oder in der Schluckgrenze betrieben wird. The heat pump described herein allows the second compressor to be used more efficiently, whereby the heat pump as such can be used more efficiently. In addition, it is prevented that the second compressor stage is operated in the surge limit or in the swallow limit.
Insbesondere stellt die erste Verdichterstufe dem Anwender eine angeforderte Kälteleistung zu Verfügung. Die zweite Verdichterstufe 20 führt die Wärme von der Wärmepumpe 100 an den Rückkühler ab. Wenn die erste Verdichterstufe 10 dem Anwender mehr Kälteleistung zu Verfügung stellt, wird durch die Verdichterstufe 20 das
Mehr an Wärmeleistung an den Rückkühler abgegeben, wodurch die aufgenommene elektirsche Leistung der Wärmepumpe steigt. In particular, the first compressor stage provides the user with a requested cooling capacity. The second compressor stage 20 removes the heat from the heat pump 100 to the dry cooler. If the first compressor stage 10 provides the user with more cooling capacity, the compressor stage 20 will do this More heat output is delivered to the dry cooler, which increases the electrical power consumed by the heat pump.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe 100 mit einem Verdampfer 50 zum Verdampfen eines Fluids, um ein verdampftes Fluid zu erhalten, wobei der Verdampfer 50 einen Verdampfersumpf 52 aufweist; einem Kondensierer 60, um verdampftes und von einem N-stufigen Verdichter verdichtetes Fluid zu kondensieren, wobei der Kondensierer 60 einen Kondensierersumpf 64, einen Kondensationsbereich 66 und einen Haltebereich 67 zum Halten von einem nach dem Kondensationsbereich 66 noch verbliebenen dampfförmigen Fluid aufweist; dem N- stufigen Verdichter, welcher N Verdichter umfasst, wobei N eine natürliche Zahl größer oder gleich eins ist, wobei der N-stufige Verdichter zwischen dem Verdampfer 50 und dem Kondensierer 60 angeordnet ist; einen Dampfkanal 30, welcher wenigstens zwei der N Verdichter des N-stufigen Verdichters zwischen dem Verdampfer 50 und dem Kondensierer 60 koppelt, und einer Dampfführungsleitung 92, die zwischen dem Kondensierer 60 und dem Verdampfer 50 angeordnet ist, um dampfförmiges Fluid aus dem Haltebereich 67 des Kondensierers 60 in den Verdampfer 50 zu führen, mit folgenden Schritten: Another aspect relates to a method for operating a heat pump 100 with an evaporator 50 for evaporating a fluid to obtain a vaporized fluid, the evaporator 50 having an evaporator sump 52; a condenser 60 for condensing vaporized fluid compressed by an N-stage compressor, the condenser 60 having a condenser sump 64, a condensation region 66 and a holding region 67 for holding a vaporous fluid remaining after the condensation region 66; the N-stage compressor, which includes N compressors, where N is a natural number greater than or equal to one, the N-stage compressor being arranged between the evaporator 50 and the condenser 60; a steam channel 30, which couples at least two of the N compressors of the N-stage compressor between the evaporator 50 and the condenser 60, and a steam guide line 92, which is arranged between the condenser 60 and the evaporator 50, to transport vaporous fluid from the holding region 67 of the Condenser 60 into evaporator 50 with the following steps:
Verdampfen von Fluid durch den Verdampfer 50; evaporating fluid through evaporator 50;
Zuführen des verdampften Fluid in die erste Versichterstufe 10, um das verdampfte Fluid zu verdichten, feeding the vaporized fluid into the first compressor stage 10 to compress the vaporized fluid,
Leiten des verdichteten Fluid durch den Dampfkanal 30, um die N Verdichter zu passieren; um schließlich den Kondensierer 60 zu erreichen; directing the compressed fluid through the vapor passage 30 to pass the N compressors; to finally reach the condenser 60;
Kondensieren des verdichteten Fluids im Kondensationsbereich 66 und Halten von nicht kondensiertem Fluid in dem Haltebereich 67; und condensing the compressed fluid in the condensation region 66 and maintaining uncondensed fluid in the holding region 67; and
Zurückführen des verdampften Fluids über die Dampfführungsleitung 92 aus dem Haltebereich 67 zu dem Verdampfer 50. Returning the evaporated fluid via the vapor guide line 92 from the holding area 67 to the evaporator 50.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Wärmepumpe 100 mit einem Verdampfer 50 zum Verdampfen eines Fluids, um ein verdampftes Fluid zu erhalten, wobei der Verdampfer 50 einen Verdampfersumpf 52 aufweist; einem Kondensierer 60, um verdampftes und von einem N-stufigen Verdichter verdichtetes Fluid zu kondensieren, wobei der Kondensierer 60 einen Kondensierersumpf 64, einen Kondensationsbereich 66 und einen Haltebereich 67 zum Halten von einem nach dem Kondensationsbereich 66 noch verbliebenen dampfförmigen Fluid aufweist; dem N- stufigen Verdichter, welcher N Verdichter umfasst, wobei N eine natürliche Zahl größer
oder gleich eins ist, wobei der N-stufige Verdichter zwischen dem Verdampfer 50 und dem Kondensierer 60 angeordnet ist; einen Dampfkanal 30, welcher wenigstens zwei der N Verdichter des N-stufigen Verdichters zwischen dem Verdampfer 50 und dem Kondensierer 60 koppelt, und einer Dampfführungsleitung 92, die zwischen dem Kondensierer 60 und dem Verdampfer 50 angeordnet ist, um dampfförmiges Fluid aus dem Haltebereich 67 des Kondensierers 60 in den Verdampfer 50 zu führen, mit folgenden Schritten: Another aspect relates to a method of manufacturing a heat pump 100 having an evaporator 50 for evaporating a fluid to obtain a vaporized fluid, the evaporator 50 having an evaporator sump 52; a condenser 60 for condensing vaporized fluid compressed by an N-stage compressor, the condenser 60 having a condenser sump 64, a condensation region 66 and a holding region 67 for holding a vaporous fluid remaining after the condensation region 66; the N-stage compressor, which comprises N compressors, where N is a natural number larger or is equal to one, where the N-stage compressor is arranged between the evaporator 50 and the condenser 60; a steam channel 30, which couples at least two of the N compressors of the N-stage compressor between the evaporator 50 and the condenser 60, and a steam guide line 92, which is arranged between the condenser 60 and the evaporator 50, to transport vaporous fluid from the holding region 67 of the Condenser 60 into evaporator 50 with the following steps:
Anordnen des Verdampfers 50, des N-Stufigen Verdichters und des Kondensierer 60; Verbinden des Verdampfers, des N-Stufigen Verdichters und des Kondensierers 60 über den Dampfkanal 30; und arranging the evaporator 50, the N-stage compressor and the condenser 60; connecting the evaporator, the N-stage compressor and the condenser 60 via the vapor passage 30; and
Verbinden des Verdampfers und des Kondensierers 60 über die Dampfführungsleitung 92, um ein Kreislauf herzustellen, in dem das Fluid zirkuliert. Connecting the evaporator and condenser 60 via the vapor guide line 92 to create a circuit in which the fluid circulates.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe 100 mit einem Verdampfer 50 zum Verdampfen eines Fluids, um ein verdampftes Fluid zu erhalten, wobei der Verdampfer 50 einen Verdampfersumpf 52 aufweist; einem Kondensierer 60 zum Kondensieren eines verdichteten Fluids, wobei der Kondensierer 60 einen Kondensierersumpf 64 aufweist; einem Verdichter mit einer ersten VerdichterstufeAnother aspect relates to a method for operating a heat pump 100 with an evaporator 50 for evaporating a fluid to obtain a vaporized fluid, the evaporator 50 having an evaporator sump 52; a condenser 60 for condensing a compressed fluid, the condenser 60 having a condenser sump 64; a compressor with a first compressor stage
10 und einer zweiten Verdichterstufe 20, wobei der Verdichter in Flussrichtung des verdampften Fluids in einem Betrieb der Wärmepumpe 100 zwischen dem Verdampfer 50 und dem Kondensierer 60 angeordnet ist und ausgebildet ist, um das verdampfte Fluid zu verdichten, um das verdichtete Fluid zu erhalten; wobei das Verfahren die Schritte umfasst: 10 and a second compressor stage 20, wherein the compressor is arranged in the flow direction of the evaporated fluid in an operation of the heat pump 100 between the evaporator 50 and the condenser 60 and is designed to compress the evaporated fluid to obtain the compressed fluid; wherein the method includes the steps:
Sammeln eines Zwischenkühlungsfluids in einem Behälter 45; und collecting an intercooling fluid in a container 45; and
Durchströmen eines Wärmeübertragers 82 mit einer Rohrleitung 56 mit dem Zwischenkühlungsfluid aus dem Behälter 45, wobei die Rohrleitung 56 in einem StrömungsbereichFlowing through a heat exchanger 82 with a pipe 56 with the intermediate cooling fluid from the container 45, the pipe 56 in a flow area
11 zwischen der ersten Verdichterstufe 10 und der zweiten Verdichterstufe 20 angeordnet ist, um dampfförmiges Fluid in dem Strömungsbereich 11 zu kühlen. 11 is arranged between the first compressor stage 10 and the second compressor stage 20 in order to cool vaporous fluid in the flow region 11.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Wärmepumpe 100 mit einem Verdampfer 50 zum Verdampfen eines Fluids, um ein verdampftes Fluid zu erhalten, wobei der Verdampfer 50 einen Verdampfersumpf 52 aufweist; einem Kondensierer 60 zum Kondensieren eines verdichteten Fluids, wobei der Kondensierer 60 einen Kondensierersumpf 64 aufweist; einem Verdichter mit einer ersten Verdichterstufe 10 und einer zweiten Verdichterstufe 20, wobei das Verfahren umfasst:
Anordnen des Verdichters in Flussrichtung des verdampften Fluids, sodass während eines Betriebes der Wärmepumpe 100 der Verdichter zwischen dem Verdampfer 50 und dem Kondensierer 60 angeordnet ist, um das verdampfte Fluid zu verdichten, um das verdichtete Fluid zu erhalten; Another aspect relates to a method of manufacturing a heat pump 100 having an evaporator 50 for evaporating a fluid to obtain a vaporized fluid, the evaporator 50 having an evaporator sump 52; a condenser 60 for condensing a compressed fluid, the condenser 60 having a condenser sump 64; a compressor with a first compressor stage 10 and a second compressor stage 20, the method comprising: arranging the compressor in the flow direction of the evaporated fluid so that during operation of the heat pump 100, the compressor is arranged between the evaporator 50 and the condenser 60 to compress the evaporated fluid to obtain the compressed fluid;
Anordnen eines Behälters 45 zum Sammeln eines Zwischenkühlungsfluids; und Anordnen eines Wärmeübertragers 82 mit einer Rohrleitung 56 in einem Strömungsbereich 11 zwischen der ersten Verdichterstufe 10 und der zweiten Verdichterstufe 20, um in einem Betrieb der Wärmepumpe die Rohrleitung 56 von dem Zwischenkühlungsfluid aus dem Behälter 45 zu durchströmem und um dampfförmiges Fluid in dem Strömungsbereich 11 zu kühlen arranging a container 45 for collecting an intercooling fluid; and arranging a heat exchanger 82 with a pipe 56 in a flow region 11 between the first compressor stage 10 and the second compressor stage 20 in order to allow the intermediate cooling fluid from the container 45 to flow through the pipe 56 when the heat pump is in operation and for vaporous fluid to flow through the pipe 56 in the flow region 11 to cool
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe 100 mit einem Verdampfer 50 zum Verdampfen eines Fluids, um ein verdampftes Fluid zu erhalten, wobei der Verdampfer 50 einen Verdampfersumpf 52 aufweist; einem Verdichter mit einer ersten Verdichterstufe 10 und einer zweiten Verdichterstufe 20, wobei der Verdichter in Flussrichtung des verdampften Fluids in einem Betrieb der Wärmepumpe 100 zwischen dem Verdampfer 50 und einem Kondensierer 60 angeordnet ist und ausgebildet ist, um das verdampfte Fluid zu verdichten, um verdichtetes Fluid zu erhalten; und dem Kondensierer 60 zum Kondensieren des verdichteten Fluids; und einem Zwischenkühler 40, der der mit einer Zwischenkühlungsfluidzuführungsleitung 3 verbunden ist und der ein Wirkungselement 42 aufweist, wobei das Wirkungselement 42 zwischen der ersten Verdichterstufe 10 und der zweiten Verdichterstufe 20 angeordnet ist, wobei das Verfahren umfasst: Another aspect relates to a method for operating a heat pump 100 with an evaporator 50 for evaporating a fluid to obtain a vaporized fluid, the evaporator 50 having an evaporator sump 52; a compressor with a first compressor stage 10 and a second compressor stage 20, wherein the compressor is arranged in the flow direction of the evaporated fluid in an operation of the heat pump 100 between the evaporator 50 and a condenser 60 and is designed to compress the evaporated fluid in order to compress compressed fluid to obtain fluid; and the condenser 60 for condensing the compressed fluid; and an intercooler 40, which is connected to an intercooling fluid supply line 3 and which has an operating element 42, the operating element 42 being arranged between the first compressor stage 10 and the second compressor stage 20, the method comprising:
Zuführen von Zwischenkühlungsfluid über die Zwischenkühlungsfluidzuführungsleitung 3 aus dem Verdampfersumpf 52 in das Wirkungselement 42; Supplying intercooling fluid via the intercooling fluid supply line 3 from the evaporator sump 52 into the operating element 42;
Ausgeben eines erwärmten dampfförmigen Fluids durch die erste Verdichterstufe 10; Interagieren des Zwischenkühlungsfluids, das durch die Zwischenkühlungsfluidzuführungsleitung 3 zuführbar ist, mit dem von der ersten Verdichterstufe 10 ausgegebenen erwärmten dampfförmigen Fluid, um das dampfförmige Fluid zu kühlen. discharging a heated vaporous fluid through the first compressor stage 10; Interacting the intercooling fluid supplyable through the intercooling fluid supply line 3 with the heated vapor fluid output from the first compressor stage 10 to cool the vapor fluid.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Wärmepumpe 100 mit einem Verdampfer 50 zum Verdampfen eines Fluids, um ein verdampftes Fluid zu erhalten, wobei der Verdampfer 50 einen Verdampfersumpf 52 aufweist; einem Verdichter mit einer ersten Verdichterstufe 10 und einer zweiten Verdichterstufe 20, wobei der Verdichter in Flussrichtung des verdampften Fluids in einem Betrieb der Wärmepumpe
100 zwischen dem Verdampfer 50 und einem Kondensierer 60 angeordnet ist und ausgebildet ist, um das verdampfte Fluid zu verdichten, um verdichtetes Fluid zu erhalten; und dem Kondensierer 60 zum Kondensieren des verdichteten Fluids;wobei das Verfahren umfasst: Another aspect relates to a method of manufacturing a heat pump 100 having an evaporator 50 for evaporating a fluid to obtain a vaporized fluid, the evaporator 50 having an evaporator sump 52; a compressor with a first compressor stage 10 and a second compressor stage 20, the compressor being in the flow direction of the evaporated fluid in operation of the heat pump 100 is disposed between the evaporator 50 and a condenser 60 and is configured to compress the evaporated fluid to obtain compressed fluid; and the condenser 60 for condensing the compressed fluid; the method comprising:
Anordnen eines Zwischenkühlers 40 mit einem Wirkungselement 42 zwischen der ersten Verdichterstufe 10 und der zweiten Verdichterstufe 20 Arranging an intercooler 40 with an effective element 42 between the first compressor stage 10 and the second compressor stage 20
Verbinden des Zwischenkühlers 40 mit einer Zwischenkühlungsfluidzuführungsleitung 3, die sich von dem Verdampfersumpf 52 zu dem Wirkungselement 42 erstreckt, um in einem Betrieb der Wärmepumpe 100 eine Interaktion zwischen einem Zwischenkühlungsfluid, welches durch die Zwischenkühlungsfluidzuführungsleitung 3 zuführbar ist, und einem von der ersten Verdichterstufe 10 ausgebbaren erwärmten dampfförmigen Fluid zu bewirken. Connecting the intercooler 40 to an intercooling fluid supply line 3, which extends from the evaporator sump 52 to the effect element 42, in order to ensure an interaction between an intercooling fluid, which can be supplied through the intercooling fluid supply line 3, and one that can be output from the first compressor stage 10 during operation of the heat pump 100 to cause heated vaporous fluid.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe 100 mit einem Verdampfer 50 zum Verdampfen eines Fluids, um verdampftes Fluid zu erhalten; einem Kondensierer 60 zum Kondensieren eines verdichteten Fluids; einem Verdichter mit einer ersten Verdichterstufe 10 und einer zweiten Verdichterstufe 20, wobei der Verdichter in Flussrichtung des verdampften Fluids in einem Betrieb der Wärmepumpe 100 zwischen dem Verdampfer 50 und dem Kondensierer 60 angeordnet ist und ausgebildet ist, um das verdampfte Fluid zu verdichten, um verdichtetes Fluid zu erhalten; und einem Überbrückungskanal 62 zwischen der ersten Verdichterstufe 10 und dem Kondensierer 60, wobei das Verfahren umfasst: Another aspect relates to a method for operating a heat pump 100 with an evaporator 50 for evaporating a fluid to obtain evaporated fluid; a condenser 60 for condensing a compressed fluid; a compressor with a first compressor stage 10 and a second compressor stage 20, wherein the compressor is arranged in the flow direction of the evaporated fluid in an operation of the heat pump 100 between the evaporator 50 and the condenser 60 and is designed to compress the evaporated fluid in order to compress compressed fluid to obtain fluid; and a bypass channel 62 between the first compressor stage 10 and the condenser 60, the method comprising:
Überbrücken der zweiten Verdichterstufe 20 durch Einstellen eines Querschnitts eines Querschnittreduzierungselements 70 in dem Überbrückungskanal 62, um einen Durchfluss von verdichtetem Fluid aus der ersten Verdichterstufe 10 zu dem Kondensierer 60 zu regeln. Bridging the second compressor stage 20 by adjusting a cross section of a cross section reducing element 70 in the bridging channel 62 to regulate a flow of compressed fluid from the first compressor stage 10 to the condenser 60.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Wärmepumpe 100 mit einem Verdampfer 50 zum Verdampfen eines Fluids, um verdampftes Fluid zu erhalten; einem Kondensierer 60 zum Kondensieren eines verdichteten Fluids; einem Verdichter mit einer ersten Verdichterstufe 10 und einer zweiten Verdichterstufe 20, wobei der Verdichter in Flussrichtung des verdampften Fluids in einem Betrieb der Wärmepumpe 100 zwischen dem Verdampfer 50 und dem Kondensierer 60 angeordnet ist und
ausgebildet ist, um das verdampfte Fluid zu verdichten, um verdichtetes Fluid zu erhalten; wobei das Verfahren umfasst Another aspect relates to a method of manufacturing a heat pump 100 with an evaporator 50 for evaporating a fluid to obtain evaporated fluid; a condenser 60 for condensing a compressed fluid; a compressor with a first compressor stage 10 and a second compressor stage 20, the compressor being arranged between the evaporator 50 and the condenser 60 in the flow direction of the evaporated fluid during operation of the heat pump 100 and is designed to compress the vaporized fluid to obtain compressed fluid; wherein the method includes
Anordnen eines Überbrückungskanal 62 zwischen der ersten Verdichterstufe 10 und dem Kondensierer 60, um die zweite Verdichterstufe 20 zu überbrücken, Arranging a bridging channel 62 between the first compressor stage 10 and the condenser 60 in order to bridge the second compressor stage 20,
Anordnen eines Querschnittreduzierungselements 70 in dem Überbrückungskanal 62, um einen Querschnitt des Überbrückungskanals 62 einzustellen, um einen Durchfluss von verdichtetem Fluid aus der ersten Verdichterstufe 10 zu dem Kondensierer 60 zu regeln. Arranging a cross-sectional reduction element 70 in the bypass channel 62 to adjust a cross-section of the bypass channel 62 to regulate a flow of compressed fluid from the first compressor stage 10 to the condenser 60.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe 100 mit einem Verdampfer 50 zum Verdampfen eines Fluids, um ein verdampftes Fluid zu erhalten; einem Kondensierer 60 zum Kondensieren eines verdichteten Fluids; und einem Verdichter mit einer ersten Verdichterstufe 10 und einer zweiten Verdichterstufe 20, wobei der Verdichter in Flussrichtung des verdampften Fluids in einem Betrieb der Wärmepumpe 100 zwischen dem Verdampfer 50 und dem Kondensierer 60 angeordnet ist und ausgebildet ist, um das verdampfte Fluid zu verdichten, um das verdichtete Fluid zu erhalten, mit folgenden Schritten: Another aspect relates to a method for operating a heat pump 100 with an evaporator 50 for evaporating a fluid to obtain a vaporized fluid; a condenser 60 for condensing a compressed fluid; and a compressor with a first compressor stage 10 and a second compressor stage 20, wherein the compressor is arranged in the flow direction of the evaporated fluid in an operation of the heat pump 100 between the evaporator 50 and the condenser 60 and is designed to compress the evaporated fluid in order to to obtain the compressed fluid, with the following steps:
Erfassen eines ersten Werts P1 , der einem ersten Druckverhältnis zwischen einem Eingang der ersten Verdichterstufe und einem Ausgang der ersten Verdichterstufe entspricht oder von dem ersten Druckverhältnis abhängig ist; und Steuern einer ersten Drehzahl der ersten Verdichterstufe 10 und einer zweiten Drehzahl der zweiten Verdichterstufe 20, wobei die zweite Drehzahl der zweiten Verdichterstufe 20 in Abhängigkeit von dem ersten Wert P1 gesteuert wird. Detecting a first value P1 that corresponds to a first pressure ratio between an input of the first compressor stage and an output of the first compressor stage or is dependent on the first pressure ratio; and controlling a first speed of the first compressor stage 10 and a second speed of the second compressor stage 20, the second speed of the second compressor stage 20 being controlled depending on the first value P1.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Wärmepumpe 100 mit: einem Verdampfer 50 zum Verdampfen eines Fluids, um ein verdampftes Fluid zu erhalten; einem Kondensierer 60 zum Kondensieren eines verdichteten Fluids; und einem Verdichter mit einer ersten Verdichterstufe 10 und einer zweiten Verdichterstufe 20, mit folgenden Schritten: Another aspect relates to a method of manufacturing a heat pump 100 comprising: an evaporator 50 for vaporizing a fluid to obtain a vaporized fluid; a condenser 60 for condensing a compressed fluid; and a compressor with a first compressor stage 10 and a second compressor stage 20, with the following steps:
Anordnen des Verdichters in Flussrichtung des verdampften Fluids in einem Betrieb der Wärmepumpe 100 zwischen dem Verdampfer 50 und dem Kondensierer 60, um das verdampfte Fluid zu verdichten, um das verdichtete Fluid zu erhalten; und Verbinden einer Werterfassungseinrichtung zum Erfassen eines ersten Werts, der einem ersten Druckverhältnis zwischen einem Eingang der ersten Verdichterstufe und einem Ausgang der ersten Verdichterstufe entspricht oder von dem ersten Druckverhältnis abhängig ist mit dem Verdichter, dem Verdampfer oder dem Kondensieren; und Verbinden einer Steuerung zum Steuern einer ersten Drehzahl der ersten Verdichterstufe 10 und einer
zweiten Drehzahl der zweiten Verdichterstufe 20 mit dem Verdichter, wobei die zweite Drehzahl der zweiten Verdichterstufe 20 in Abhängigkeit von dem ersten Wert gesteuert wird. in an operation of the heat pump 100, arranging the compressor in the flow direction of the evaporated fluid between the evaporator 50 and the condenser 60 to compress the evaporated fluid to obtain the compressed fluid; and connecting a value detection device for detecting a first value that corresponds to a first pressure ratio between an input of the first compressor stage and an output of the first compressor stage or is dependent on the first pressure ratio with the compressor, the evaporator or the condensing; and connecting a controller for controlling a first speed of the first compressor stage 10 and a second speed of the second compressor stage 20 with the compressor, the second speed of the second compressor stage 20 being controlled as a function of the first value.
Wie bereits im allgemeinen Teil erwähnt, können einzelne Aspekte, welche in Bezug auf die Wärmepumpe beschrieben sind, auch als Verfahrensschritt umgesetzt werden. As already mentioned in the general part, individual aspects that are described in relation to the heat pump can also be implemented as a process step.
Bevorzugt kann ein Verfahren zum Herstellen einer Wärmepumpe 100, wie oben beschrieben, durch Anfertigen der einzelnen Merkmale und Zusammenfügen der einzelnen Merkmale zu einer der oben beschriebenen Wärmepumpe 100 bereitgestellt werden. Auf die einzelnen Merkmale wird vorliegend in Zusammenhang mit dem Herstellungsverfahren der Wärmepumpe nicht erneut eingegangen. Vielmehr wird an dieser Stelle Bezug auf die obige Beschreibung der einzelnen Merkmale genommen, welche auch als Verfahrensschritt zur Herstellung verstanden werden kann. Preferably, a method for producing a heat pump 100, as described above, can be provided by producing the individual features and combining the individual features to form one of the heat pump 100 described above. The individual features will not be discussed again here in connection with the manufacturing process of the heat pump. Rather, reference is made at this point to the above description of the individual features, which can also be understood as a production process step.
Ferner bevorzugt umfasst ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe 100 zunächst ein Bereitstellen einer Wärmepumpe 100, wie oben beschrieben. Further preferably, a method for operating a heat pump 100 first comprises providing a heat pump 100, as described above.
Zum Betreiben der Wärmepumpe wird zumindest eine, insbesondere die erste, Verdichterstufe 10 betrieben. Während eines Betreibens der ersten Verdichterstufe 10, wird Fluid über den Verdampfer 50 verdampf und so der ersten Verdichterstufe zugeführt. Zeitgleich wird flüssiges Fluid über die Zwischenkühlungsfluidzuführungsleitung 3 einem Wirkungselement 42 und/oder einem Wärmeübertrager 82 zugeführt. Verdampftes und verdichtetes Fluid, welches die erste Verdichterstufe 10 verlässt, wird wie oben bereits beschrieben gekühlt. Ferner umfasst das Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe 100 ein Einstellen des Querschnittreduzierungselements 70 in eine geöffnete, geschlossene Stellung oder in eine Zwischenstellung, wie oben bereits beschrieben. In Abhängigkeit der Stellung des Querschnittreduzierungselements 70 wird das verdampfte und verdichtete Fluid, welches die erste Verdichterstufe 10 verlässt, entweder durch den Überbrückungskanal 62 direkt zum Kondensierer 60 geleitet (inaktiver Dampfweg) und/oder über den Dampfkanal 30 zur zweiten Verdichterstufe 20 geführt (aktive Dampfweg). Bei einer Zwischenstellung des Querschnittreduzierungselements 70 können insbesondere der inaktive und der aktive Dampfweg zum Leiten des verdampften und verdichteten Fluids verwendet werden. Eine Beschreibung der Zirkulation des Fluids geht bereit aus der obigen Beschreibung hervor, welche im Zusammenhang mit dem Verfahren zum Betreiben der Wärmepumpe nicht wieder wiederholt wird, um Redundanzen zu
vermeiden. Vielmehr wird auch hier auf die obige Beschreibung verweisen, welche auch als Verfahrensschritte zum Betreiben der Wärmepumpe verstanden werden kann. To operate the heat pump, at least one, in particular the first, compressor stage 10 is operated. During operation of the first compressor stage 10, fluid is evaporated via the evaporator 50 and thus supplied to the first compressor stage. At the same time, liquid fluid is supplied to an effective element 42 and/or a heat exchanger 82 via the intermediate cooling fluid supply line 3. Evaporated and compressed fluid leaving the first compressor stage 10 is cooled as already described above. Furthermore, the method for operating a heat pump 100 includes adjusting the cross-sectional reduction element 70 into an open, closed position or into an intermediate position, as already described above. Depending on the position of the cross-sectional reduction element 70, the evaporated and compressed fluid leaving the first compressor stage 10 is either passed through the bridging channel 62 directly to the condenser 60 (inactive steam path) and/or via the steam channel 30 to the second compressor stage 20 (active steam path ). In an intermediate position of the cross-sectional reducing element 70, in particular the inactive and the active vapor path can be used to conduct the evaporated and compressed fluid. A description of the circulation of the fluid can be found in the above description, which is not repeated again in connection with the method for operating the heat pump in order to avoid redundancies avoid. Rather, reference is made here to the above description, which can also be understood as procedural steps for operating the heat pump.
Insbesondere können die verschiedenen beschriebenen Merkmale beliebig miteinander kombiniert oder gegeneinander ausgetauscht werden. Insbesondere werden Fluid uns Kühlwasser synonym zueinander verwendet. Insbesondere ist bei Verwendung des Wortes Dampf verdampftes Fluid gemeint.
In particular, the various features described can be combined with one another or exchanged for one another as desired. In particular, fluid and cooling water are used interchangeably. In particular, when the word steam is used, it means vaporized fluid.
Bezugszeichenliste Reference symbol list
1 weitere Zurückführungsleitung 1 additional return line
3 Zwischenkühlungsfluidzuführungsleitung3 Intercooling fluid supply line
2 Zurückführungsleitung 2 return line
4 weiterer Zwischenkühler 4 additional intercoolers
5 noch weiterer Zwischenkühler 5 another intercooler
7 Füllkörper 7 fillers
8 indirekte Zwischenkühlung 8 indirect intercooling
10 erste Verdichterstufe 10 first compressor stage
11 Strömungsbereich 11 flow area
12 Ansaugstutzen 12 intake ports
14 Leitraum 14 control room
15 Fluidleitungskanal 15 fluid line channel
16 maximaler Durchmesser 16 maximum diameter
17 minimaler Durchmesser 17 minimum diameter
20 zweite Verdichterstufe 20 second compressor stage
22 Umwälzpumpe 22 circulation pump
30 Dampfkanal (Banane) 30 Steam Channel (Banana)
32 Senke 32 sink
33 Motorkühlungsleitung 33 engine cooling line
34 Motorkühlung 34 engine cooling
35 weitere Motorkühlungsleitung 35 more engine cooling lines
36 weitere Motokühlung 36 more engine cooling
40 Zwischenkühler 40 intercoolers
42 Wirkungselement 42 effect element
44 Zwischenkühlungssumpf 44 Intercooling sump
45 Behälter 45 containers
46 erste Zwischenkühler-Leitung 46 first intercooler line
48 zweite Zwischenkühler-Leitung 48 second intercooler line
49 Kugellageradapter
50 Verdampfer 49 ball bearing adapters 50 evaporators
51 Fluidniveau 51 fluid level
52 Verdampfersumpf 52 evaporator sump
54 oberes Verdampferteil 54 upper evaporator part
55 Öffnung in den Verdampfer 55 opening in the evaporator
56 Rohrleitung 56 pipeline
56a Rohrbündel 56a tube bundle
56b spiralförmige Rohranordnung 56b spiral tube arrangement
57 Berieselungsbereich 57 sprinkler area
58 Berieselungsvorrichtung 58 sprinkler device
59 erste Verdampfer-Leitung 59 first evaporator line
60 Kondensierer 60 condensers
62 Überbrückungskanal 62 bridging channel
64 Kondensierersumpf 64 condenser sump
65 Öffnung einer Leitung in einen Sumpf 65 Opening of a pipe into a swamp
66 Kondensationsbereich 66 condensation area
67 Haltebereich 67 holding area
68 Füllstand 68 level
70 Querschnittreduzierungselement 70 cross-section reduction element
72 Durchmesser des Querschnittreduzierungselements72 diameter of the cross-sectional reducing element
74 Kugellageradapterleitung 74 ball bearing adapter line
76 Kugellageradapter 76 ball bearing adapters
77 Verdichterkühlungskanal 77 compressor cooling channel
80 N-te Verdichterstufe 80 Nth compressor stage
82 Wärmeübertrager 82 heat exchangers
83 Windung 83 turns
90 Dampfübertragungsklappe/ Überbrückungsklappe90 Steam transfer flap/bridging flap
92 Dampfführungsleitung 92 steam pipe
91 erster Temperatursensor 91 first temperature sensor
92 zweiter Temperatursensor
93 dritter Temperatursensor 92 second temperature sensor 93 third temperature sensor
94 Grenze 94 border
95 Werterfassungseinrichtung 95 value recording device
96 Steuerung 96 control
97 Ist-Temperatur einer verdampferseitig ausgegebenen Kühlflüssigkeit97 Actual temperature of a coolant dispensed on the evaporator side
98 erster Leitungsbereich 98 first management area
99 zweiter Leistungsbereich 99 second performance range
TH erste Temperatur TH first temperature
TI3 zweite Temperatur TI3 second temperature
TI2 dritte Temperatur TI2 third temperature
100 Wärmepumpe 100 heat pump
101 Schraubenlinie 101 helix
102 Schraubachse 102 screw axle
103 Kälteleistung 103 cooling capacity
104 elektrische Leistung 104 electrical power
105 abgeführte Leistung 105 power dissipated
170 Verdichterkennfeld/Grenzlinien 170 compressor map/boundary lines
171 Pumpgrenze 171 surge limit
172 gepunktete Linien 172 dotted lines
180 Hüllfläche 180 envelope area
181 Drehzahlkennlinie 181 speed characteristic
P1 erster Wert/ Istwert P1 first value/actual value
P2 zweiter Wert/ Sollwert P2 second value/setpoint
M Motor M engine
300 Prüfstand
301 zu prüfender Verdichter300 test stand 301 Compressor to be checked
302 Drucksensor 302 pressure sensor
303 Temperatursensor303 temperature sensor
304 Dampfdurchfluss 304 steam flow
306 Rohr 306 pipe
307 Drosselventil 307 throttle valve
308 Rücklauf 308 Rewind
309 Sensor 309 sensor
310 Pumpe 310 pump
311 Anschluss 311 connection
2‘ Verdampfer 2' evaporator
3‘ erster Verdichter 3' first compressor
4‘ Zwischenkühlung 4' intercooling
4a‘ Zwischenkühlungssumpf4a' intercooling sump
4c‘ Pumpe 4c' pump
5‘ zweiter Verdichter 5' second compressor
6‘ Kondensator 6' capacitor
41 ‘ Behälter 41′ container
71 ‘ Zuleitung 71′ feed line
72‘ Zuleitung 72' supply line
V0 Dampfbypass V0 steam bypass
50‘ Verdampfer 50' evaporator
60‘ Kondensierer
60' condenser
Claims
1 . Wärmepumpe (100) mit folgenden Merkmalen: einem Verdampfer (50) zum Verdampfen eines Fluids, um verdampftes Fluid zu erhalten; einem Kondensierer (60) zum Kondensieren eines verdichteten Fluids; einem Verdichter mit einer ersten Verdichterstufe (10) und einer zweiten Verdichterstufe (20), wobei der Verdichter in Flussrichtung des verdampften Fluids in einem Betrieb der Wärmepumpe (100) zwischen dem Verdampfer (50) und dem Kondensierer (60) angeordnet ist und ausgebildet ist, um das verdampfte Fluid zu verdichten, um verdichtetes Fluid zu erhalten; und einem Überbrückungskanal (62) zwischen der ersten Verdichterstufe (10) und dem Kondensierer (60), um die zweite Verdichterstufe (20) zu überbrücken, wobei in dem Überbrückungskanal (62) ein Querschnittreduzierungselement (70) angeordnet ist, um einen Querschnitt des Überbrückungskanals (62) einzustellen, um einen Durchfluss von verdichtetem Fluid aus der ersten Verdichterstufe (10) zu dem Kondensierer (60) zu regeln. 1 . Heat pump (100) comprising: an evaporator (50) for evaporating a fluid to obtain evaporated fluid; a condenser (60) for condensing a compressed fluid; a compressor with a first compressor stage (10) and a second compressor stage (20), wherein the compressor is arranged and designed in the flow direction of the evaporated fluid during operation of the heat pump (100) between the evaporator (50) and the condenser (60). to compress the vaporized fluid to obtain compressed fluid; and a bridging channel (62) between the first compressor stage (10) and the condenser (60) to bridge the second compressor stage (20), wherein a cross-section reducing element (70) is arranged in the bridging channel (62) to a cross section of the bridging channel (62) to regulate a flow of compressed fluid from the first compressor stage (10) to the condenser (60).
2. Wärmepumpe (100) nach Anspruch 1 , wobei die erste Verdichterstufe (10) und die zweite Verdichterstufe (209 über einen Dampfkanal (30) verbunden sind. 2. Heat pump (100) according to claim 1, wherein the first compressor stage (10) and the second compressor stage (209) are connected via a steam channel (30).
3. Wärmepumpe (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Überbrückungskanal (62) eine Öffnung in die erste Verdichterstufe (10) aufweist, wobei die erste Verdichterstufe (10) einen Ansaugstutzen (12) zum Ansaugen des verdampften Fluids und einen Leitraum (14) aufweist, um das dampfförmige verdichtete Fluid in den Überbrückungskanal (62) zu leiten. 3. Heat pump (100) according to one of the preceding claims, in which the bridging channel (62) has an opening in the first compressor stage (10), the first compressor stage (10) having a suction port (12) for sucking in the evaporated fluid and a guide space (14) to direct the vaporous compressed fluid into the bridging channel (62).
4. Wärmepumpe (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Kondensierer (60) ein Rohrbündel (56a) oder eine spiralförmige Rohranordnung (56b) aufweist, das bzw. die von zu erwärmender Flüssigkeit durchflossen werden kann, wobei das Rohrbündel (56a) oder die spiralförmige Rohranordnung (56b) seitlich bezüglich einer weiteren Öffnung des Überbrückungskanals (62) angeordnet ist, und wobei oberhalb des Rohrbündels (56a) oder der spiralförmigen Rohranordnung (56b) ein Ansaugstutzen (12) eines Verdichters der zweiten Verdichterstufe (20) angeordnet ist. 4. Heat pump (100) according to one of the preceding claims, in which the condenser (60) has a tube bundle (56a) or a spiral tube arrangement (56b) through which liquid to be heated can flow, the tube bundle (56a ) or the spiral-shaped tube arrangement (56b) is arranged laterally with respect to a further opening of the bridging channel (62), and an intake port (12) of a compressor of the second compressor stage (20) is arranged above the tube bundle (56a) or the spiral-shaped tube arrangement (56b). is.
5. Wärmepumpe (100) nach 4, wobei die weitere Öffnung des Überbrückungskanals (62) so angeordnet ist, dass dampfförmiges Fluid, das durch die weitere Öffnung in den
Kondensierer (60) gelangt, seitlich auf das Rohrbündel (56a) oder die spiralförmige Rohranodnung (56b) trifft. 5. Heat pump (100) according to 4, wherein the further opening of the bridging channel (62) is arranged so that vaporous fluid that passes through the further opening into the Condenser (60) reaches the side of the tube bundle (56a) or the spiral tube arrangement (56b).
6. Wärmepumpe (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Querschnittreduzierungselement (70) ausgebildet ist, in Abhängigkeit des Betriebs der zweiten Verdichterstufe (20) eine geschlossene Position oder eine geöffnete Position einzunehmen, wobei das Querschnittreduzierungselement (70) dazu ausgebildet ist, die geschlossene Position einzunehmen, wenn die zweite Verdichterstufe (20) eingeschalten ist, oder die geöffnete Position einzunehmen, wenn die zweite Verdichterstufe (20) ausgeschalten ist. 6. Heat pump (100) according to one of the preceding claims, wherein the cross-sectional reduction element (70) is designed to assume a closed position or an open position depending on the operation of the second compressor stage (20), wherein the cross-sectional reduction element (70) is designed to to assume the closed position when the second compressor stage (20) is switched on, or to assume the open position when the second compressor stage (20) is switched off.
7. Wärmepumpe (100) nach Anspruch 6, wobei das Querschnittreduzierungselement (70) in der geschlossenen Position mittels einem Federelement vorgespannt ist. 7. Heat pump (100) according to claim 6, wherein the cross-sectional reduction element (70) is biased in the closed position by means of a spring element.
8. Wärmepumpe (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Querschnittreduzierungselement (70) eine Klappe oder eine Blende oder eine Flügeltür oder eine Rückschlagklappe ist. 8. Heat pump (100) according to one of the preceding claims, wherein the cross-sectional reduction element (70) is a flap or a panel or a wing door or a non-return flap.
9. Wärmepumpe (100) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Wärmepumpe (100) eine Steuerung zum Steuern des Querschnittreduzierungselements (70) in die geöffnete Position oder die geschlossene Position aufweist. 9. Heat pump (100) according to one of claims 6 to 8, wherein the heat pump (100) has a controller for controlling the cross-sectional reduction element (70) into the open position or the closed position.
10. Wärmepumpe (100) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die erste Verdichterstufe (10) ausgebildet ist, einen maximal leistbaren Druck aufzubauen, und das Querschnittreduzierungselement (70) dazu ausgebildet ist, die geöffnete Position einzunehmen, wenn ein Druckverhältnis zwischen einem Kondensiererdruck (Th) und einem Verdampferdruck (Th) kleiner als der maximal leistbare Druck der ersten Verdichterstufe (10) ist, um verdichtetes Fluid aus der ersten Verdichterstufe (10) über den Überbrückungskanal (62) zu dem Kondensierer (60) zu führen. 10. Heat pump (100) according to one of claims 6 to 9, wherein the first compressor stage (10) is designed to build up a maximum affordable pressure, and the cross-sectional reduction element (70) is designed to assume the open position when a pressure ratio between one Condenser pressure (Th) and an evaporator pressure (Th) is smaller than the maximum affordable pressure of the first compressor stage (10) in order to lead compressed fluid from the first compressor stage (10) via the bridging channel (62) to the condenser (60).
11 . Wärmepumpe (100) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei das Querschnittreduzierungselement (70) dazu ausgebildet ist, die geschlossene Position einzunehmen, wenn das Druckverhältnis zwischen dem Kondensiererdruck (Th) und dem Verdampferdruck (Th) größer als der maximal leistbare Druck der ersten Verdichterstufe
ist, um verdichtetes Fluid aus der ersten Verdichterstufe (10) über den Dampfkanal (30) zu der zweiten Verdichterstufe (20) zu führen. 11. Heat pump (100) according to one of claims 6 to 10, wherein the cross-sectional reduction element (70) is designed to assume the closed position when the pressure ratio between the condenser pressure (Th) and the evaporator pressure (Th) is greater than the maximum affordable pressure of the first Compressor stage is to lead compressed fluid from the first compressor stage (10) via the steam channel (30) to the second compressor stage (20).
12. Wärmepumpe (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Verdichterstufe (10) mit N weiteren Verdichterstufen betreibbar ist, wobei N eine natürliche Zahl größer oder gleich zwei ist. 12. Heat pump (100) according to one of the preceding claims, wherein the first compressor stage (10) can be operated with N further compressor stages, where N is a natural number greater than or equal to two.
13. Wärmepumpe (100) nach Anspruch 12, wobei die erste Verdichterstufe (10) und die N weiteren Verdichterstufen in einer Reihenschaltung angeordnet sind, wobei bei N- Verdichterstufen zwei benachbarte Verdichterstufen jeweils über einen Dampfkanal (30) verbunden sind. 13. Heat pump (100) according to claim 12, wherein the first compressor stage (10) and the N further compressor stages are arranged in a series connection, with N compressor stages two adjacent compressor stages each being connected via a steam channel (30).
14. Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe (100) mit einem Verdampfer (50) zum Verdampfen eines Fluids, um verdampftes Fluid zu erhalten; einem Kondensierer (60) zum Kondensieren eines verdichteten Fluids; einem Verdichter mit einer ersten Verdichterstufe (10) und einer zweiten Verdichterstufe (20), wobei der Verdichter in Flussrichtung des verdampften Fluids in einem Betrieb der Wärmepumpe (100) zwischen dem Verdampfer (50) und dem Kondensierer (60) angeordnet ist und ausgebildet ist, um das verdampfte Fluid zu verdichten, um verdichtetes Fluid zu erhalten; und einem Überbrückungskanal (62) zwischen der ersten Verdichterstufe (10) und dem Kondensierer (60), wobei das Verfahren umfasst: 14. A method of operating a heat pump (100) having an evaporator (50) for vaporizing a fluid to obtain vaporized fluid; a condenser (60) for condensing a compressed fluid; a compressor with a first compressor stage (10) and a second compressor stage (20), wherein the compressor is arranged and designed in the flow direction of the evaporated fluid during operation of the heat pump (100) between the evaporator (50) and the condenser (60). to compress the vaporized fluid to obtain compressed fluid; and a bypass channel (62) between the first compressor stage (10) and the condenser (60), the method comprising:
Überbrücken der zweiten Verdichterstufe (20) durch Einstellen eines Querschnitts eines Querschnittreduzierungselements (70) in dem Überbrückungskanal (62), um einen Durchfluss von verdichtetem Fluid aus der ersten Verdichterstufe (10) zu dem Kondensierer (60) zu regeln. Bridging the second compressor stage (20) by adjusting a cross section of a cross section reducing element (70) in the bridging channel (62) to regulate a flow of compressed fluid from the first compressor stage (10) to the condenser (60).
15. Verfahren zum Herstellen einer Wärmepumpe (100) mit einem Verdampfer (50) zum Verdampfen eines Fluids, um verdampftes Fluid zu erhalten; einem Kondensierer (60) zum Kondensieren eines verdichteten Fluids; einem Verdichter mit einer ersten Verdichterstufe (10) und einer zweiten Verdichterstufe (20), wobei der Verdichter in Flussrichtung des verdampften Fluids in einem Betrieb der Wärmepumpe (100) zwischen dem Verdampfer (50) und dem Kondensierer (60) angeordnet ist und ausgebildet ist, um das verdampfte Fluid zu verdichten, um verdichtetes Fluid zu erhalten; wobei das Verfahren umfasst:
Anordnen eines Überbrückungskanals (62) zwischen der ersten Verdichterstufe (10) und dem Kondensierer (60), um die zweite Verdichterstufe (20) zu überbrücken; 15. A method of manufacturing a heat pump (100) having an evaporator (50) for vaporizing a fluid to obtain vaporized fluid; a condenser (60) for condensing a compressed fluid; a compressor with a first compressor stage (10) and a second compressor stage (20), wherein the compressor is arranged and designed in the flow direction of the evaporated fluid during operation of the heat pump (100) between the evaporator (50) and the condenser (60). to compress the vaporized fluid to obtain compressed fluid; wherein the method includes: arranging a bypass channel (62) between the first compressor stage (10) and the condenser (60) to bypass the second compressor stage (20);
Anordnen eines Querschnittreduzierungselements (70) in dem Überbrückungskanal (62), um einen Querschnitt des Überbrückungskanals (62) einzustellen, um einen Durchfluss von verdichtetem Fluid aus der ersten Verdichterstufe (10) zu dem Kondensierer (60) zu regeln.
Arranging a cross-sectional reduction element (70) in the bypass channel (62) to adjust a cross-section of the bypass channel (62) to regulate a flow of compressed fluid from the first compressor stage (10) to the condenser (60).
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