DE102020133119A1

DE102020133119A1 - Heat pump device and method for operating the heat pump device

Info

Publication number: DE102020133119A1
Application number: DE102020133119.3A
Authority: DE
Inventors: Toni Spies
Original assignee: Hanon Systems Corp
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2020-12-11
Filing date: 2020-12-11
Publication date: 2022-06-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpeneinrichtung mit einem Verdichter mit Kältemitteldampfeinspritzung. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben der Wärmepumpeneinrichtung mit einem Verdichter mit Kältemitteldampfeinspritzung. Die Wärmepumpeneinrichtung weist einen Kältemittelkreislauf (14) mit einem Kältemittel, einer Hochdruckseite und einer Niederdruckseite, einem Verdichter (1) mit Kältemitteldampfeinspritzung, einem Heizkondensator (2), einem ersten Expansionsorgan (8) mit in Strömungsrichtung des Kältemittels nachgeordnetem Chiller (3) und einem zweiten Expansionsorgan (9) mit in Strömungsrichtung des Kältemittels nachgeordnetem Umgebungswärmeübertrager (4), einen in Strömungsrichtung des Kältemittels hinter dem Verdichter (2) und vor dem Heizkondensator (2) von dem Kältemittelkreislauf (14) abzweigenden Einspritzströmungspfad (16), welcher in den Verdichter (2) mündet, wobei in dem Einspritzströmungspfad (16) mindestens ein drittes Expansionsorgan (7) zum Expandieren von verdichtetem Kältemittel angeordnet ist, und mindestens einen ersten inneren Wärmeübertrager (12), mit welchem Wärme von dem Einspritzströmungspfad (16) auf die Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs (14) übertragbar ist, auf.The invention relates to a heat pump device with a compressor with refrigerant vapor injection. Furthermore, the invention relates to a method for operating the heat pump device with a compressor with refrigerant vapor injection. The heat pump device has a refrigerant circuit (14) with a refrigerant, a high-pressure side and a low-pressure side, a compressor (1) with refrigerant vapor injection, a heating condenser (2), a first expansion element (8) with a chiller (3) arranged downstream in the direction of flow of the refrigerant, and a second expansion element (9) with an ambient heat exchanger (4) arranged downstream in the flow direction of the refrigerant, an injection flow path (16) branching off from the refrigerant circuit (14) downstream of the compressor (2) and upstream of the heating condenser (2) in the flow direction of the refrigerant and leading into the compressor (2), wherein at least one third expansion element (7) for expanding compressed refrigerant is arranged in the injection flow path (16), and at least one first internal heat exchanger (12) with which heat is transferred from the injection flow path (16) to the low-pressure side of the Refrigerant circuit (14) is transferable on.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpeneinrichtung mit einem Verdichter mit Kältemitteldampfeinspritzung. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben der Wärmepumpeneinrichtung mit einem Verdichter mit Kältem itteldam pfeinspritzung.The invention relates to a heat pump device with a compressor with refrigerant vapor injection. Furthermore, the invention relates to a method for operating the heat pump device with a compressor with refrigerant vapor injection.

Wärmepumpeneinrichtungen nutzen Wärmequellen, wie Umgebungswärme oder die Abwärme eines Motors, zur Verdampfung eines Kältemittels, welches im dampfförmigen Zustand in einem Verdichter komprimiert und anschließend unter Abgabe von Wärme enthitzt und/oder kondensiert wird. Ein Einsatzgebiet für Wärmepumpeneinrichtungen sind batterieelektrische Fahrzeuge, sogenannte BEV's (englisch für Battery Electric Vehicle), um eine effiziente und verbrennungsfreie Temperierung des Fahrzeuginnenraums zu ermöglichen. Es sind Wärmepumpeneinrichtungen bekannt, bei welchen ein Verdichter mit Kältemitteldampfeinspritzung eingesetzt wird. Durch das Einspritzen von dampfförmigen Kältemittel kann ein höherer Hochdruckmassenstrom bei gleichbleibender Verdichterdrehzahl erzeugt werden, während der Saugdruckmassenstrom auf einer Niederdruckseite eines Kältemittelkreislaufs unverändert bleibt. Dabei ist der Hochdruckmassenstrom die Summe aus dem Saugdruckmassenstrom und dem Einspritzmassenstrom des Kältemittels.Heat pump devices use heat sources, such as ambient heat or the waste heat of an engine, for evaporating a refrigerant, which is compressed in the vapor state in a compressor and then deheated and/or condensed while releasing heat. One area of application for heat pump devices is in battery-electric vehicles, so-called BEVs (Battery Electric Vehicles), in order to enable efficient and combustion-free temperature control of the vehicle interior. Heat pump devices are known in which a compressor with refrigerant vapor injection is used. By injecting refrigerant in vapor form, a higher high-pressure mass flow can be generated at the same compressor speed, while the suction-pressure mass flow remains unchanged on a low-pressure side of a refrigerant circuit. The high pressure mass flow is the sum of the suction pressure mass flow and the injection mass flow of the refrigerant.

Aus WO 2018/230241 A1 ist eine Wärmepumpeneinrichtung bekannt, bei welcher im Wärmepumpenbetrieb ein Einspritzströmungspfad, über welchen Kältemittel zum Einspritzen in den Verdichter bereitgestellt wird, in Strömungsrichtung des Kältemittel auf der Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufs nach einem ersten Wärmeübertrager und vor einem inneren Wärmeübertrager abgezweigt wird. Dabei wird nur ein kleiner Anteil des Kältemittelmassenstroms abgezweigt, wobei der Hauptanteil des Kältemittelmassenstroms auf Hochdruckniveau verbleibt und den inneren Wärmeübertrager durchströmt. Der Einspritzmassenstrom wird mittels eines Expansionsorgans im Einspritzströmungspfad auf ein geringeres Druckniveau expandiert und das expandierte Kältemittel durch den inneren Wärmeübertrager geführt. Dadurch wird erreicht, dass der hochdruckseitige Kältemittelmassenstrom durch den Einspritzmassenstrom im inneren Wärmeübertrager kondensiert beziehungsweise abgekühlt wird, während der Einspritzmassenstrom verdampft wird. Auf diese Weise wird die verfügbare Enthalpie-Differenz an einem saugdruckseitig angeordneten Umgebungswärmeübertrager, dem Verdampfer und einem Chiller derart erhöht, dass das Kältemittel von den jeweiligen Wärmequellen insgesamt mehr Wärme aufnehmen kann. Die Effizienz der Wärmepumpeneinrichtung kann somit bei gleicher Heizleistung gesteigert werden oder die maximale Heizleistung der Wärmepumpeneinrichtung wird erhöht.Out of WO 2018/230241 A1 a heat pump device is known in which, during heat pump operation, an injection flow path, via which refrigerant is provided for injection into the compressor, is branched off in the direction of flow of the refrigerant on the high-pressure side of the refrigerant circuit after a first heat exchanger and before an internal heat exchanger. Only a small portion of the refrigerant mass flow is diverted, with the main portion of the refrigerant mass flow remaining at the high pressure level and flowing through the internal heat exchanger. The injection mass flow is expanded to a lower pressure level by means of an expansion element in the injection flow path and the expanded refrigerant is conducted through the internal heat exchanger. As a result, the high-pressure side refrigerant mass flow is condensed or cooled by the injection mass flow in the inner heat exchanger, while the injection mass flow is vaporized. In this way, the available enthalpy difference at an ambient heat exchanger arranged on the suction pressure side, the evaporator and a chiller is increased in such a way that the refrigerant can absorb more heat overall from the respective heat sources. The efficiency of the heat pump device can thus be increased with the same heat output, or the maximum heat output of the heat pump device is increased.

Bei der aus US 5878589 A bekannten Wärmepumpeneinrichtung wird ein Teil des hochdruckseitigen Kältemittels auf Saugdruckniveau gedrosselt und durch einen Umgebungswärmeübertrager geführt, wobei das Kältemittel Wärme aus der Umgebungsluft aufnehmen kann. Ein weiterer Teil des hochdruckseitigen Kältemittels wird zur Einspritzung in den Verdichter vom Kältemittelkreislauf abgezweigt und auf ein Mitteldruckniveau expandiert, wobei mittels eines Verdampfers Wärme auf einem höheren Druckniveau als im Umgebungswärmeübertrager aufgenommen wird, um das Kältemittel vor der Einspritzung in den Verdichter zu verdampfen. Dieses Prinzip erlaubt eine höhere maximale Heizleitung oder eine bessere Effizienz bei gleicher Heizleistung.At the out US5878589A known heat pump device, part of the high-pressure-side refrigerant is throttled to the suction pressure level and passed through an ambient heat exchanger, the refrigerant being able to absorb heat from the ambient air. Another part of the refrigerant on the high-pressure side is branched off from the refrigerant circuit for injection into the compressor and expanded to a medium-pressure level, with an evaporator absorbing heat at a higher pressure level than in the ambient heat exchanger in order to evaporate the refrigerant before it is injected into the compressor. This principle allows a higher maximum heating power or better efficiency with the same heating output.

Bei den bekannten Wärmepumpeneinrichtungen wird ein hochdruckseitiger Kältemittelmassenstrom zur Einspritzung von dampfförmigen Kältemittel nach einem ersten Wärmeübertrager vom Kältemittelkreislauf abgezweigt. Dies ermöglicht zwei Betriebsmodi. Zum einen wird eine effiziente Wärmeaufnahme durch das Kältemittel ermöglicht, wodurch die Antriebsleistung des Verdichters verringert werden kann. Dabei ist jedoch nachteilig, dass gegenüber konventionellen Wärmepumpeneinrichtungen, welche keinen Verdichter mit Kältemitteldampfeinspritzung aufweisen, mehr Wärme aus den saugseitigen Wärmequellen aufgenommen werden muss, um eine vergleichbare Heizleistung zu erzielen. Zum anderen ermöglichen die bekannten Wärmepumpeneinrichtungen mit Verdichtern mit Kältemitteldampfeinspritzung eine höhere maximale Heizleistung, wenn von einer saugseitigen Wärmequelle mehr Wärme zur Aufnahme durch das Kältemittel bereitgestellt wird. Kann von den saugseitigen Wärmequellen, beispielsweise einem Umgebungswärmeübertrager, nicht ausreichend Wärme auf das Kältemittel übertragen werden, erweisen sich die bekannten Wärmepumpeneinrichtungen mit Verdichtern mit Kältemitteldampfeinspritzung jedoch als nachteilig, da die Vorteile einer effizienten und gesteigerten Heizleitung bei Schwankungen in der Wärmeaufnahme und insbesondere bei geringer Wärmeaufnahme im Vergleich zu konventionellen Wärmepumpeneinrichtungen wesentlich geringer ausfallen. Die Heizleistung kann dadurch erheblich sinken.In the known heat pump devices, a refrigerant mass flow on the high-pressure side for injecting vaporous refrigerant is diverted from the refrigerant circuit downstream of a first heat exchanger. This enables two modes of operation. On the one hand, efficient heat absorption by the refrigerant is made possible, which means that the drive power of the compressor can be reduced. However, it is disadvantageous that compared to conventional heat pump devices which do not have a compressor with refrigerant vapor injection, more heat has to be absorbed from the heat sources on the intake side in order to achieve a comparable heating output. On the other hand, the known heat pump devices with compressors with refrigerant vapor injection enable a higher maximum heat output if more heat is provided by a suction-side heat source for absorption by the refrigerant. However, if not enough heat can be transferred to the refrigerant from the heat sources on the suction side, for example an ambient heat exchanger, the known heat pump devices with compressors with refrigerant vapor injection prove to be disadvantageous, since the advantages of an efficient and increased heating line with fluctuations in the heat absorption and in particular with low heat absorption be significantly lower compared to conventional heat pump systems. This can significantly reduce the heating output.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Wärmepumpeneinrichtung mit Verdichter mit Kältemitteldampfeinspritzung vorzuschlagen, welche eine ausreichende Heizleistung bei Wärmeaufnahmeschwankungen, insbesondere bei geringer Wärmeaufnahme von einer Wärmequelle, ermöglicht. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpeneinrichtung mit einem Verdichter mit Kältemitteldampfeinspritzung vorzuschlagen, mit welchem eine ausreichende Heizleistung bei Wärmeaufnahmeschwankungen, insbesondere bei geringer Wärmeaufnahme von einer Wärmequelle, ermöglicht wird.It is therefore the object of the invention to propose a heat pump device with a compressor with refrigerant vapor injection, which enables sufficient heat output with heat absorption fluctuations, in particular with low heat absorption from a heat source. Furthermore, the object of the invention is a method to propose for the operation of a heat pump device with a compressor with refrigerant vapor injection, with which a sufficient heating capacity with heat absorption fluctuations, in particular with low heat absorption from a heat source, is made possible.

Die Aufgabe wird durch eine Wärmepumpeneinrichtung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 und einem Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 14 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen angegeben.The object is achieved by a heat pump device having the features according to patent claim 1 and a method having the features according to claim 14 . Developments of the invention are specified in the respective dependent patent claims.

Gelöst wird die Aufgabe mit einer Wärmepumpeneinrichtung, welche nach der Konzeption der Erfindung gezielt ineffektiv betreibbar ist. Die Wärmepumpeneinrichtung weist einen Kältemittelkreislauf mit einem Kältemittel auf. Der Kältemittelkreislauf umfasst eine Hochdruckseite und eine Niederdruckseite, einen Verdichter mit Kältemitteldampfeinspritzung, einen Heizkondensator, welcher auch als Heizgaskühler bezeichnet werden kann, und ein erstes Expansionsorgan mit in Strömungsrichtung des Kältemittels nachgeordnetem Verdampfer zum Verdampfen von Kältemittel. Außerdem kann der Kältemittelkreislauf der Wärmepumpeneinrichtung einen Akkumulator aufweisen.The problem is solved with a heat pump device which, according to the conception of the invention, can be operated in a targeted manner in an ineffective manner. The heat pump device has a refrigerant circuit with a refrigerant. The refrigerant circuit includes a high-pressure side and a low-pressure side, a compressor with refrigerant vapor injection, a heating condenser, which can also be referred to as a heating gas cooler, and a first expansion element with an evaporator downstream in the flow direction of the refrigerant for evaporating refrigerant. In addition, the refrigerant circuit of the heat pump device can have an accumulator.

Als Verdampfer kann ein Chiller mit in Strömungsrichtung des Kältemittels vorgeordneten ersten Expansionsorgan eingesetzt sein. Das erste Expansionsorgan ist in Strömungsrichtung des Kältemittels vor dem Chiller angeordnet. Weiterhin kann als Verdampfer ein Umgebungswärmeübertrager mit in Strömungsrichtung des Kältemittels vorgeordneten zweiten Expansionsorgan eingesetzt sein. Das zweite Expansionsorgan ist in Strömungsrichtung des Kältemittels vor dem Umgebungswärmeübertrager angeordnet. Ferner kann vorgesehen sein, dass als Verdampfer ein Chiller mit in Strömungsrichtung des Kältemittels vorgeordneten ersten Expansionsorgan und ein Umgebungswärmeübertrager mit in Strömungsrichtung des Kältemittels vorgeordneten zweiten Expansionsorgan eingesetzt ist. Das erste Expansionsorgan mit dem nachgeordneten Chiller und das zweite Expansionsorgan mit dem nachgeordneten Umgebungswärmeübertrager sind im Strömungspfad des Kältemittelkreislaufs vorzugsweise parallel angeordnet.A chiller with a first expansion element arranged upstream in the direction of flow of the refrigerant can be used as the evaporator. The first expansion element is arranged in front of the chiller in the flow direction of the refrigerant. Furthermore, an ambient heat exchanger with a second expansion element arranged upstream in the direction of flow of the refrigerant can be used as the evaporator. The second expansion element is arranged upstream of the ambient heat exchanger in the flow direction of the refrigerant. Furthermore, it can be provided that a chiller with a first expansion element arranged upstream in the flow direction of the refrigerant and an ambient heat exchanger with a second expansion element arranged upstream in the flow direction of the refrigerant can be used as the evaporator. The first expansion element with the downstream chiller and the second expansion element with the downstream ambient heat exchanger are preferably arranged in parallel in the flow path of the refrigerant circuit.

Weiterhin weist die Wärmepumpeneinrichtung einen in Strömungsrichtung des Kältemittels hinter dem Verdichter und vor dem Heizkondensator von dem Kältemittelkreislauf abzweigenden Einspritzströmungspfad auf, welcher in den Verdichter mündet, wobei in dem Einspritzströmungspfad mindestens ein drittes Expansionsorgan zum Expandieren von verdichtetem Kältemittel angeordnet ist. Entlang des Einspritzströmungspfades ist mindestens ein von dem Kältemittel durchströmter erster innerer Wärmeüberträger angeordnet, mit welchem Wärme von dem Einspritzströmungspfad auf die Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs übertragbar ist.Furthermore, the heat pump device has an injection flow path that branches off from the refrigerant circuit downstream of the compressor and in front of the heating condenser in the flow direction of the refrigerant and opens into the compressor, with at least a third expansion element for expanding compressed refrigerant being arranged in the injection flow path. At least one first internal heat exchanger through which the refrigerant flows is arranged along the injection flow path, with which heat can be transferred from the injection flow path to the low-pressure side of the refrigerant circuit.

Erfindungsgemäß ist die Wärmepumpeneinrichtung derart konzipiert, dass verdichtetes Kältemittel, welches zur dampfförmigen Einspritzung in den Verdichter vorgesehen ist, von dem Kältemittelkreislauf vor dem Heizkondensator, das heißt vor einem ersten Wärmeübertrager im Kältemittelkreislauf, abgezweigt wird.According to the invention, the heat pump device is designed in such a way that compressed refrigerant, which is intended for vaporous injection into the compressor, is branched off from the refrigerant circuit upstream of the heating condenser, ie upstream of a first heat exchanger in the refrigerant circuit.

Dadurch, dass der Einspritzströmungspfad, mit welchem dampfförmiges Kältemittel an den Verdichter bereitgestellt wird, auf der Hochdruckseite in Strömungsrichtung des Kältemittels hinter dem Verdichter und vor dem Heizkondensator, welcher auch als Gaskühler bezeichnet werden kann, abgezweigt wird, und die Wärme des abgezweigten Kältemittels mit dem ersten inneren Wärmeübertrager auf das Kältemittel der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs übertragbar ist, kann auf der Niederdruckseite, welche auch als Saugseite bezeichnet wird, von dem Kältemittel ausreichend Wärme aufgenommen werden, um eine ausreichende Heizleistung auch dann bereitzustellen, wenn durch den von dem Kältemittel durchströmten Umgebungswärmeübertrager als Wärmequelle oder dem Chiller als Wärmequelle nicht ausreichend Wärme auf das Kältemittel übertragen beziehungsweise von dem Kältemittel aufgenommen werden kann.Due to the fact that the injection flow path, with which vaporous refrigerant is provided to the compressor, is branched off on the high-pressure side in the flow direction of the refrigerant behind the compressor and before the heating condenser, which can also be referred to as a gas cooler, and the heat of the branched refrigerant with the first internal heat exchanger can be transferred to the refrigerant on the low-pressure side of the refrigerant circuit, sufficient heat can be absorbed by the refrigerant on the low-pressure side, which is also referred to as the suction side, to provide sufficient heating capacity even if the ambient heat exchanger through which the refrigerant flows is used as a Heat source or the chiller as a heat source does not transfer enough heat to the refrigerant or can be absorbed by the refrigerant.

Gemäß einer Ausgestaltung der Wärmepumpeneinrichtung kann der mindestens eine erste innere Wärmeübertager zur Übertragung der Wärme des abgezweigten Kältemittels in Strömungsrichtung des Kältemittels zwischen dem ersten Expansionsorgan und dem Chiller angeordnet sein.According to one configuration of the heat pump device, the at least one first internal heat exchanger can be arranged between the first expansion element and the chiller for transferring the heat of the branched-off refrigerant in the direction of flow of the refrigerant.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Wärmepumpeneinrichtung kann der mindestens eine erste innere Wärmeübertrager zur Übertragung der Wärme des abgezweigten Kältemittels in Strömungsrichtung des Kältemittels zwischen dem zweiten Expansionsorgan und dem Umgebungswärmeübertrager angeordnet sein.According to a further configuration of the heat pump device, the at least one first internal heat exchanger for transferring the heat of the branched-off refrigerant can be arranged between the second expansion element and the ambient heat exchanger in the direction of flow of the refrigerant.

Weiterhin kann der mindestens eine erste innere Wärmeübertrager in Strömungsrichtung des Kältemittels nach dem Chiller oder nach dem Umgebungswärmeübertrager angeordnet sein.Furthermore, the at least one first internal heat exchanger can be arranged after the chiller or after the ambient heat exchanger in the direction of flow of the refrigerant.

Gemäß den verschiedenen Ausgestaltungen der Wärmepumpeneinrichtung kann in dem Kältemittelkreislauf ein von Kältemittel durchströmter zweiter innerer Wärmeüberträger zur Übertragung von Wärme von der Hochdruckseite auf die Niederdruckseite angeordnet sein. Dabei kann der zweite innere Wärmeübertrager derart angeordnet sein, dass Wärme in Strömungsrichtung des Kältemittels hinter dem Akkumulator auf die Niederdruckseite übertragbar ist. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können der zweite innere Wärmeübertrager und der Akkumulator in einer Komponente zusammengefasst ausgebildet sein. Dabei bilden der zweite innere Wärmeübertrager und der Akkumulator eine Einheit.According to the various configurations of the heat pump device, a second internal heat exchanger through which refrigerant flows can be arranged in the refrigerant circuit for transferring heat from the high-pressure side to the low-pressure side. The second inner Heat exchanger can be arranged in such a way that heat can be transferred to the low-pressure side in the flow direction of the refrigerant behind the accumulator. According to an advantageous embodiment, the second internal heat exchanger and the accumulator can be combined in one component. The second internal heat exchanger and the accumulator form one unit.

Bei den verschiedenen Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Wärmepumpeneinrichtung kann vorgesehen sein, dass im Kältemittelkreislauf in Strömungsrichtung des Kältemittels vor dem Heizkondensator ein viertes Expansionsorgan angeordnet ist. Das vierte Expansionsorgan ermöglicht eine Drosselung der Kältemittelströmung, wodurch ein höheres Hochdruckniveau als im Heizkondensator erzielt werden kann. Dadurch kann der Verdichter effizienter betrieben und die Heizleistung erhöht werden. Weiterhin lässt sich durch die Drosselung der zum Einspritzen in den Verdichter abgezweigte Kältemittelstrom erhöhen.In the various configurations of the heat pump device according to the invention, it can be provided that a fourth expansion element is arranged in the refrigerant circuit in the direction of flow of the refrigerant upstream of the heating condenser. The fourth expansion device enables the refrigerant flow to be throttled, which means that a higher high pressure level can be achieved than in the heating condenser. As a result, the compressor can be operated more efficiently and the heating output can be increased. Furthermore, the flow of refrigerant branched off for injection into the compressor can be increased by throttling.

Weiterhin kann bei den verschiedenen Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Wärmepumpeneinrichtung vorgesehen sein, dass im Einspritzströmungspfad in Strömungsrichtung des Kältemittels zwischen dem ersten inneren Wärmeübertrager und dem Verdichter ein fünftes Expansionsorgan angeordnet ist.Furthermore, in the various configurations of the heat pump device according to the invention, it can be provided that a fifth expansion element is arranged in the injection flow path in the flow direction of the refrigerant between the first internal heat exchanger and the compressor.

Gemäß den verschiedenen Ausgestaltungen der Wärmepumpeneinrichtung kann weiterhin vorgesehen sein, dass zwischen der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs und dem Einspritzströmungspfad eine Verbindungsleitung für Kältemittel ausgebildet ist, wobei die Verbindungsleitung ein sechstes Expansionsorgan aufweist. Dadurch, dass zwischen der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs und dem Einspritzströmungspfad eine Verbindungsleitung mit dem sechsten Expansionsorgan ausgebildet ist, kann der Verdichter mit einer höheren Drehzahl betrieben werden. In diesem Fall strömt der durch die erhöhte Verdichterdrehzahl zusätzlich geförderte Kältemittelmassenstrom nicht vollständig über die saugseitigen/niederdruckseitigen Verdampfer, Umgebungswärmeübertrager und/oder Chiller, sondern zu Teilen auch über den Einspritzströmungspfad und durch die Verbindungsleitung und das sechste Expansionsorgan zurück auf die Saugseite/Niederdruckseite vor den Verdichter. Der Kältemittelmassenstrom in den saugseitigen/niederdruckseitigen Verdampfern erhöht sich derart, dass die im ersten inneren Wärmeübertrager eingekoppelte Wärme aufgenommen werden kann. Der Verdichter sollte gemeinhin nur so schnell drehen, dass der saugseitig/niederdruckseitig bereitgestellte Kältemittelmassenstrom in ausreichendem Maß verdampft. Der Dampfgehalt sollte größer 0.8 betragen - kann für unterschiedliche Betriebsmodi jedoch abweichen.According to the various configurations of the heat pump device, provision can furthermore be made for a connecting line for refrigerant to be formed between the low-pressure side of the refrigerant circuit and the injection flow path, with the connecting line having a sixth expansion element. Because a connecting line with the sixth expansion element is formed between the low-pressure side of the refrigerant circuit and the injection flow path, the compressor can be operated at a higher speed. In this case, the refrigerant mass flow that is additionally pumped due to the increased compressor speed does not flow completely via the suction-side/low-pressure side evaporator, ambient heat exchanger and/or chiller, but also partly via the injection flow path and through the connecting line and the sixth expansion element back to the suction side/low-pressure side before the Compressor. The refrigerant mass flow in the suction-side/low-pressure-side evaporators increases in such a way that the heat coupled into the first internal heat exchanger can be absorbed. The compressor should generally only turn so fast that the refrigerant mass flow provided on the suction side/low-pressure side evaporates to a sufficient extent. The vapor content should be greater than 0.8 - but may vary for different operating modes.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Verbindungsleitung von dem Einspritzströmungspfad in Strömungsrichtung des Kältemittels hinter dem ersten inneren Wärmeüberträger abzweigt und auf der Niederdruckseite in Strömungsrichtung des Kältemittels hinter dem Akkumulator in den Kältemittelkreislauf mündet. Gemäß einer Weiterbindung der verschiedenen Ausgestaltungen der Wärmepumpeneinrichtung, bei welcher in dem Einspritzströmungspfad in Strömungsrichtung des Kältemittels zwischen dem ersten inneren Wärmeübertrager und dem Verdichter das fünfte Expansionsorgan angeordnet ist und bei welcher in dem Kältemittelkreislauf in Strömungsrichtung des Kältemittels zwischen dem Akkumulator und dem Verdichter der zweite innere Wärmeübertrager angeordnet ist, kann vorgesehen sein, dass die Verbindungsleitung von dem Einspritzströmungspfad in Strömungsrichtung des Kältemittels nach dem fünften Expansionsorgan abzweigt und in Strömungsrichtung des Kältemittels nach dem zweiten inneren Wärmeübertrager auf der Niederdruckseite in den Kältemittelkreislauf mündet. Alternativ kann die Verbindungsleitung derart ausgebildet sein, dass sie zwischen dem ersten inneren Wärmeübertrager und dem fünften Expansionsorgan von dem Einspritzströmungspfad abzweigt und in Strömungsrichtung des Kältemittels nach dem zweiten inneren Wärmeübertrager in den Kältemittelkreislauf mündet.Furthermore, it can be provided that the connecting line branches off from the injection flow path behind the first internal heat exchanger in the flow direction of the refrigerant and opens into the refrigerant circuit on the low-pressure side in the flow direction of the refrigerant behind the accumulator. According to a further development of the various configurations of the heat pump device, in which the fifth expansion element is arranged in the injection flow path in the direction of flow of the refrigerant between the first internal heat exchanger and the compressor, and in which the second inner expansion element is arranged in the refrigerant circuit in the direction of flow of the refrigerant between the accumulator and the compressor Heat exchanger is arranged, it can be provided that the connecting line branches off from the injection flow path in the flow direction of the refrigerant after the fifth expansion element and opens in the flow direction of the refrigerant after the second internal heat exchanger on the low-pressure side in the refrigerant circuit. Alternatively, the connecting line can be designed in such a way that it branches off from the injection flow path between the first internal heat exchanger and the fifth expansion element and opens into the refrigerant circuit after the second internal heat exchanger in the flow direction of the refrigerant.

Bei den verschiedenen Ausgestaltungen der Wärmepumpeneinrichtung kann in Strömungsrichtung des Kältemittels nach dem Umgebungswärmeübertrager ein Rückschlagventil angeordnet sein.In the various configurations of the heat pump device, a non-return valve can be arranged downstream of the ambient heat exchanger in the flow direction of the refrigerant.

Im Sinne der Erfindung können die bezeichneten Expansionsorgane als Expansionsventile verstanden werden. Der Kältemittelkreislauf kann zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen weitere parallele oder serielle Kondensatoren/Gaskühler und/oder Verdampfer und/oder Drosselorgane aufweisen.For the purposes of the invention, the designated expansion devices can be understood as expansion valves. In addition to the configurations described above, the coolant circuit can have further parallel or serial condensers/gas coolers and/or evaporators and/or throttle elements.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer vorstehend beschriebenen Wärmepumpeneinrichtung. Gemäß dem Verfahren zum Betreiben einer vorstehend beschriebenen Wärmepumpeneinrichtung wird ein Kältemittel in einem Kältemittelkreislauf auf einer Niederdruckseite verdampft und das verdampfte Kältemittel in einem Verdichter verdichtet, wobei das Kältemittel erhitzt wird. Das erhitze Kältemittel wird unter Abgabe von Wärme in einem Heizkondensator kondensiert. Erfindungsgemäß wird ein Teil des verdichteten Kältemittels in Strömungsrichtung vor dem Heizkondensator abgezweigt, expandiert und mit Mitteldruck in den Verdichter eingespritzt, wobei Wärme von dem abgezweigten Kältemittel mittels des ersten inneren Wärmeübertragers zum Verdampfen des Kältemittels auf die Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs übertragbar ist.The invention also relates to a method for operating a heat pump device as described above. According to the method for operating a heat pump device described above, a refrigerant is evaporated in a refrigerant circuit on a low-pressure side and the evaporated refrigerant is compressed in a compressor, the refrigerant being heated. The heated refrigerant is condensed in a heating condenser, releasing heat. According to the invention, part of the compressed refrigerant is branched off in the direction of flow upstream of the heating condenser, expanded and injected into the compressor with medium pressure, with heat being removed from the branched-off refrigerant by means of the first internal heat exchanger for evaporating the refrigerant means can be transferred to the low-pressure side of the refrigerant circuit.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Anteil des verdichteten Kältemittels vor dem Heizkondensator, das heißt vor dem ersten Wärmeübertrager im Kältemittelkreislauf, abgezweigt und expandiert, wobei Wärme von dem abgezweigten Kältemittel zum Verdampfen von niederdruckseitigem Kältemittel eingesetzt wird. In dem Wärme von dem abgezweigten Kältemittel zum Verdampfen von niederdruckseitigem Kältemittel eingesetzt wird, kann eine ausreichende Heizleistung auch dann bereitgestellt werden, wenn von dem Kältemittel aus der Umgebungsluft oder einer weiteren Wärmequelle nicht ausreichend Wärme aufgenommen werden kann.In the method according to the invention, a portion of the compressed refrigerant is diverted and expanded upstream of the heating condenser, ie upstream of the first heat exchanger in the refrigerant circuit, with heat from the diverted refrigerant being used to evaporate refrigerant on the low-pressure side. By using heat from the branched refrigerant for evaporating low-pressure-side refrigerant, sufficient heating capacity can be provided even if sufficient heat cannot be absorbed by the refrigerant from the ambient air or another heat source.

Es kann vorgesehen werden, dass Wärme von dem Einspritzströmungspfad in Strömungsrichtung des Kältemittels zwischen dem ersten Expansionsorgan und dem Chiller auf die Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs übertragen wird. Indem die Wärme des mit dem Einspritzströmungspfad abgezweigten Kältemittels zwischen dem ersten Expansionsorgan und dem Chiller auf die Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs übertragen wird, kann das Kältemittel auf der Niederdruckseite vor Eintritt in den Chiller vorgewärmt werden.Provision can be made for heat to be transferred from the injection flow path in the flow direction of the refrigerant between the first expansion element and the chiller to the low-pressure side of the refrigerant circuit. By transferring the heat of the refrigerant branched with the injection flow path between the first expansion element and the chiller to the low-pressure side of the refrigerant circuit, the refrigerant on the low-pressure side can be preheated before entering the chiller.

Weiterhin kann vorgesehen werden, dass Wärme von dem Einspritzströmungspfad in Strömungsrichtung des Kältemittels zwischen dem zweiten Expansionsorgan und dem Umgebungswärmeübertrager auf die Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs übertragen wird. Indem die Wärme des mit dem Einspritzströmungspfad abgezweigten Kältemittels zwischen dem zweiten Expansionsorgan und dem Umgebungswärmeübertrager auf die Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs übertragen wird, kann das Kältemittel auf der Niederdruckseite vor Eintritt in den Umgebungswärmeübertrager vorgewärmt werden, um die Verdampfung im Umgebungswärmeübertrager zu erleichtern, so dass eine ausreichende Wärmeaufnahme für eine gewünschte Heizleistung ermöglicht werden kann.Furthermore, it can be provided that heat is transferred from the injection flow path in the direction of flow of the refrigerant between the second expansion element and the ambient heat exchanger to the low-pressure side of the refrigerant circuit. By transferring the heat of the refrigerant branched with the injection flow path between the second expansion device and the ambient heat exchanger to the low-pressure side of the refrigerant circuit, the refrigerant on the low-pressure side can be preheated before entering the ambient heat exchanger to facilitate evaporation in the ambient heat exchanger, so that a sufficient Heat absorption for a desired heating output can be made possible.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen werden, dass Wärme von dem Einspritzströmungspfad in Strömungsrichtung des Kältemittels hinter dem Chiller oder hinter dem Umgebungswärmeübertrager auf die Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs übertragen wird. In dem die Wärme des abgezweigten Kältemittels von dem Einspritzströmungspfad in Strömungsrichtung des Kältemittels hinter dem Chiller oder hinter dem Umgebungswärmeübertrager auf die Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs übertragen wird, kann die Verdampfung des Kältemittels auf der Niederdruckseite unterstützt werden, wenn die durch den Chiller oder den Umgebungswärmeübertrager übertragene Wärme nicht ausreicht, um das Kältemittel zu verdampfen.According to a further embodiment variant of the method according to the invention, it can be provided that heat is transferred from the injection flow path in the flow direction of the refrigerant downstream of the chiller or downstream of the ambient heat exchanger to the low-pressure side of the refrigerant circuit. By transferring the heat of the branched refrigerant from the injection flow path downstream of the chiller or the ambient heat exchanger to the low-pressure side of the refrigerant circuit, the evaporation of the refrigerant on the low-pressure side can be promoted when the heat transferred through the chiller or the ambient heat exchanger not enough to evaporate the refrigerant.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante des Verfahrens kann vorgesehen werden, dass mittels eines zweiten inneren Wärmeübertrages Wärme von der Hochdruckseite auf die Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs übertragen wird. Vorzugsweise wird die Wärme dabei in Strömungsrichtung des Kältemittels hinter dem Akkumulator auf die Niederdruckseite übertragen.According to a further embodiment variant of the method, it can be provided that heat is transferred from the high-pressure side to the low-pressure side of the refrigerant circuit by means of a second internal heat transfer. The heat is preferably transferred to the low-pressure side behind the accumulator in the flow direction of the refrigerant.

Das abgezweigte Kältemittel kann im Einspritzströmungspfad in Strömungsrichtung des Kältemittels mittels des dritten Expansionsorgans vor dem ersten inneren Wärmeüberträger auf einen vorgegebenen ersten Mitteldruck, welcher auch als Zwischenmitteldruck bezeichnet werden kann, expandiert werden, wobei das Kältemittel mittels des fünften Expansionsorgans in Strömungsrichtung des Kältemittels nach dem ersten inneren Wärmeberträger auf einen vorgegebenen zweiten Mitteldruck, welcher dem Einspritzdruck in den Verdichter entspricht, expandiert werden. Das Kältemittel aus dem Einspritzströmungspfad wird vorzugsweise dampfförmig auf der Niederdruckseite in den Kältemittelkreislauf geleitet.The branched-off refrigerant can be expanded in the injection flow path in the direction of flow of the refrigerant by means of the third expansion element upstream of the first internal heat exchanger to a predetermined first mean pressure, which can also be referred to as intermediate mean pressure, with the refrigerant by means of the fifth expansion element in the direction of flow of the refrigerant after the first inner heat transfer medium to a predetermined second mean pressure, which corresponds to the injection pressure in the compressor, are expanded. The refrigerant from the injection flow path is preferably conducted in vapor form on the low-pressure side into the refrigerant circuit.

Weiterhin kann vorgesehen werden, dass Kältemittel aus dem Einspritzströmungspfad expandiert und dampfförmig auf der Niederdruckseite in den Kältemittelkreislauf geleitet wird. Das dampfförmige Kältemittel wird vorzugsweise saugseitig vor dem Verdichter in den Kältemittelkreislauf geleitet.Furthermore, it can be provided that refrigerant is expanded from the injection flow path and is conducted in vapor form on the low-pressure side into the refrigerant circuit. The refrigerant in vapor form is preferably fed into the refrigerant circuit on the suction side before the compressor.

Die Wärmepumpeneinrichtung ist insbesondere für einen Betrieb mit dem Kältemittel R744 vorgesehen. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit eines Betriebes mit anderen Kältemitteln, insbesondere unterkritischen Kältemitteln, wie R1234yf, R134a, R404a, R600a, R290, R152a, R32. Ferner kann ein Betrieb mit einem Kältemittelgemisch aus mindestens zwei der genannten Kältemittel vorgesehen werden.The heat pump device is intended in particular for operation with the refrigerant R744. However, it is also possible to use other refrigerants, in particular sub-critical refrigerants such as R1234yf, R134a, R404a, R600a, R290, R152a, R32. Furthermore, operation with a refrigerant mixture of at least two of the refrigerants mentioned can be provided.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigt:

1: eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Wärmepumpenvorrichtung,
2: eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Wärmepumpenvorrichtung,
3: eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Wärmepumpenvorrichtung,
4: eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Wärmepumpenvorrichtung,
5: eine schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Wärmepumpenvorrichtung,
6: eine schematische Darstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Wärmepumpenvorrichtung,
7: ein Druck-Enthalpie-Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Wärmepumpenvorrichtung,
8: ein Druck-Enthalpie-Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Wärmepumpenvorrichtung.

Further details, features and advantages of embodiments of the invention result from the following description of exemplary embodiments with reference to the associated drawings. It shows:

1 : a schematic representation of a first exemplary embodiment of the heat pump device according to the invention,
2 : a schematic representation of a second exemplary embodiment of the heat pump device according to the invention,
3 : a schematic representation of a third exemplary embodiment of the heat pump device according to the invention,
4 : a schematic representation of a fourth exemplary embodiment of the heat pump device according to the invention,
5 : a schematic representation of a fifth exemplary embodiment of the heat pump device according to the invention,
6 : a schematic representation of a sixth exemplary embodiment of the heat pump device according to the invention,
7 : a pressure-enthalpy diagram to explain the functioning of a first exemplary embodiment of the heat pump device according to the invention,
8th : a pressure-enthalpy diagram to explain the functioning of a second exemplary embodiment of the heat pump device according to the invention.

Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Wärmepumpeneinrichtung. Die Wärmepumpeneinrichtung weist einen Kältemittelkreislauf 14 mit einer Hochdruckseite und eine Niederdruckseite, welche auch als Saugseite bezeichnet werden kann, auf. Die Strömungsrichtung des in dem Kältemittelkreislauf strömenden Kältemittels ist mit einem Pfeil gekennzeichnet. Der Kältemittelkreislauf 14 umfasst einen Verdichter 1 mit Kältemitteldampfeinspritzung, einen Heizkondensator 2 (Gaskühler), ein erstes Expansionsorgan 8 mit in Strömungsrichtung des Kältemittels nachgeordnetem Chiller 3, ein zweites Expansionsorgan 9 mit in Strömungsrichtung des Kältemittels nachgeordnetem Umgebungswärmeübertrager 4 und einem Akkumulator 5, welcher zu Abscheidung von flüssigem Kältemittel vorgesehen ist. Das erste Expansionsorgan 8 mit in Strömungsrichtung des Kältemittels nachgeordnetem Chiller 3 und das zweite Expansionsorgan 9 mit in Strömungsrichtung des Kältemittels nachgeordnetem Umgebungswärmeübertrager 4 sind im Kältemittelkreislauf 14 parallel angeordnet. Weiterhin weist die Wärmepumpeneinrichtung einen in Strömungsrichtung des Kältemittels hinter dem Verdichter 1 und vor dem Heizkondensator 2 von dem Kältemittelkreislauf 14 abzweigenden Einspritzströmungspfad 16 auf, welcher in den Verdichter 1 mündet. Entlang des Einspritzströmungspfades 16 ist in einem geringen Abstand von der Abzweigung ein drittes Expansionsorgan 7 zum Expandieren von abgezweigtem, verdichteten Kältemittel angeordnet. In Strömungsrichtung des Kältemittel vor dem Heizkondensator 2 kann ein viertes Expansionsorgan 6 angeordnet sein. Entlang des Einspritzströmungspfades 16 ist weiterhin ein von dem abgezweigten Kältemittel durchströmter erster innerer Wärmeüberträger 12 angeordnet, mit welchem Wärme von dem abgezweigten Kältemittel des Einspritzströmungspfades 16 auf die Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs 14 an eine Position zwischen dem ersten Expansionsorgan 8 und dem Chiller 3 übertragbar ist. Weiter in Strömungsrichtung des Kältemittels nach dem ersten inneren Wärmeübertrager 12 ist ein optionales fünftes Expansionsorgan 13 angeordnet. Nach dem optionalen fünften Expansionsorgan 13 mündet der Einspritzströmungspfad 16 in den Verdichter 1.the 1 shows a schematic representation of a first exemplary embodiment of the heat pump device according to the invention. The heat pump device has a refrigerant circuit 14 with a high-pressure side and a low-pressure side, which can also be referred to as the suction side. The flow direction of the refrigerant flowing in the refrigerant circuit is marked with an arrow. The refrigerant circuit 14 comprises a compressor 1 with refrigerant vapor injection, a heating condenser 2 (gas cooler), a first expansion element 8 with a chiller 3 arranged downstream in the flow direction of the refrigerant, a second expansion element 9 with an ambient heat exchanger 4 arranged downstream in the flow direction of the refrigerant, and an accumulator 5, which is used for separating of liquid refrigerant is provided. The first expansion element 8 with the chiller 3 arranged downstream in the flow direction of the refrigerant and the second expansion element 9 with the ambient heat exchanger 4 arranged downstream in the flow direction of the refrigerant are arranged in parallel in the refrigerant circuit 14 . Furthermore, the heat pump device has an injection flow path 16 which branches off from the refrigerant circuit 14 downstream of the compressor 1 and upstream of the heating condenser 2 in the flow direction of the refrigerant and opens into the compressor 1 . A third expansion device 7 for expanding branched, compressed refrigerant is arranged along the injection flow path 16 at a short distance from the branch. A fourth expansion element 6 can be arranged upstream of the heating condenser 2 in the flow direction of the refrigerant. Also arranged along the injection flow path 16 is a first internal heat exchanger 12 through which the branched-off refrigerant flows, with which heat can be transferred from the branched-off refrigerant of the injection flow path 16 to the low-pressure side of the refrigerant circuit 14 at a position between the first expansion element 8 and the chiller 3. An optional fifth expansion element 13 is arranged further in the flow direction of the refrigerant after the first internal heat exchanger 12 . After the optional fifth expansion element 13, the injection flow path 16 opens into the compressor 1.

Zur Übertragung von Wärme von der Hochdruckseite auf die Niederdruckseite weist die Wärmepumpeneinrichtung einen zweiten inneren Wärmeübertrager 11 auf, welcher derart angeordnet ist, dass Wärme vom hochdruckseitigen, enthitzten Kältemittel in Strömungsrichtung des Kältemittels hinter dem Akkumulator 5 auf das niederdruckseitige Kältemittel übertragbar ist.To transfer heat from the high-pressure side to the low-pressure side, the heat pump device has a second internal heat exchanger 11, which is arranged in such a way that heat can be transferred from the high-pressure-side, desuperheated refrigerant to the low-pressure-side refrigerant downstream of the accumulator 5 in the flow direction of the refrigerant.

In Strömungsrichtung des Kältemittels ist nach dem Umgebungswärmeübertrager 4 ein Rückschlagventil 10 angeordnet, welches einen Rückfluss in den Umgebungswärmeübertrager 4 sperrt.A check valve 10 is arranged after the ambient heat exchanger 4 in the direction of flow of the refrigerant, which check valve blocks a return flow into the ambient heat exchanger 4 .

Die 2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Wärmepumpeneinrichtung, bei welcher der erste innere Wärmeübertrager 12 im Unterschied zu dem in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel in Strömungsrichtung des Kältemittels hinter dem Chiller 3 angeordnet ist, so dass Wärme von dem abgezweigten Kältemittel zur Verdampfungsunterstützung auf das niederdruckseitige Kältemittel übertragbar ist.the 2 shows a schematic representation of a second exemplary embodiment of the heat pump device according to the invention, in which the first internal heat exchanger 12, in contrast to that in 1 shown first embodiment is arranged in the direction of flow of the refrigerant behind the chiller 3, so that heat can be transferred from the branched refrigerant to support evaporation on the low-pressure side refrigerant.

Die 3 zeigt eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Wärmepumpeneinrichtung, bei welcher der erste innere Wärmeübertrager 12 im Unterschied zu dem in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel in Strömungsrichtung des Kältemittels zwischen dem zweiten Expansionsorgan 9 und dem Umgebungswärmeübertrager 4 angeordnet ist, so dass Wärme von dem abgezweigten Kältemittel zur Vorwärmung auf das niederdruckseitige Kältemittel übertragbar ist.the 3 shows a schematic representation of a third exemplary embodiment of the heat pump device according to the invention, in which the first internal heat exchanger 12, in contrast to that in 1 shown first embodiment is arranged in the direction of flow of the refrigerant between the second expansion element 9 and the ambient heat exchanger 4, so that heat can be transferred from the branched refrigerant for preheating to the low-pressure side refrigerant.

Die 4 zeigt eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Wärmepumpeneinrichtung, bei welcher der erste innere Wärmeübertrager 12 im Unterschied zu dem in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel in Strömungsrichtung des Kältemittels zwischen dem Umgebungswärmeübertrager 4 und dem Rückschlagventil 10 angeordnet ist, so dass Wärme von dem abgezweigten Kältemittel zur Verdampfungsunterstützung auf das niederdruckseitige Kältemittel übertragbar ist. Das Rückschlagventil 10 sperrt den Rückfluss des Kältemittels in den ersten inneren Wärmeübertrager 12.the 4 shows a schematic representation of a fourth exemplary embodiment of the heat pump device according to the invention, in which the first internal heat exchanger 12, in contrast to that in 1 shown first embodiment is arranged in the direction of flow of the refrigerant between the ambient heat exchanger 4 and the check valve 10, so that heat can be transferred from the branched refrigerant to the low-pressure-side refrigerant to support evaporation. The check valve 10 blocks the return flow of the refrigerant into the first internal heat exchanger 12.

Die 5 zeigt eine schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Wärmepumpeneinrichtung, bei welcher im Unterschied zu dem in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel zwischen der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs 14 und dem Einspritzströmungspfad 16 eine Verbindungsleitung für Kältemittel ausgebildet ist, wobei die Verbindungsleitung ein sechstes Expansionsorgan 15 aufweist. Die Verbindungsleitung zweigt in Strömungsrichtung des Kältemittels hinter dem ersten inneren Wärmeübertrager 12 beziehungsweise hinter dem optionalen fünften Expansionsorgan 13 von dem Einspritzströmungspfad 16 ab und mündet auf der Niederdruckseite in Strömungsrichtung des Kältemittels hinter dem Akkumulator 5 beziehungsweise hinter dem zweiten inneren Wärmeübertrager 11 in den Kältemittelkreislauf 14.the 5 shows a schematic representation of a fifth exemplary embodiment of the heat pump device according to the invention, in which, in contrast to that in 1 shown first embodiment between the low-pressure side of the refrigerant circuit 14 and the injection flow path 16, a connecting line for refrigerant is formed, wherein the connecting line has a sixth expansion element 15. The connecting line branches off from the injection flow path 16 downstream of the first internal heat exchanger 12 or downstream of the optional fifth expansion element 13 in the flow direction of the refrigerant and opens into the refrigerant circuit 14 on the low-pressure side in the flow direction of the refrigerant downstream of the accumulator 5 or downstream of the second internal heat exchanger 11.

Die 6 zeigt eine schematische Darstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Wärmepumpeneinrichtung, welche im Wesentlichen dem in 5 gezeigten fünften Ausführungsbeispiel entspricht, wobei die Verbindungsleitung mit dem sechsten Expansionsorgan 15 zwischen dem Einspritzströmungspfad 16 und der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs ausgebildet ist, wobei die Verbindungsleitung in Strömungsrichtung nach dem ersten inneren Wärmeübertrager 12 von dem Einspritzströmungspfad 16 abzweigt und in Strömungsrichtung des Kältemittels auf der Niederdruckseite vor dem Verdichter 1 in den Kältemittelkreislauf 14 mündet. Infolge der Abzweigung zwischen dem ersten inneren Wärmeübertrager 12 und dem optionalen fünften Expansionsorgan 13 kann mit dem ersten inneren Wärmeübertrager 12 auch dann Wärme übertragen werden, wenn das optionale fünfte Expansionsorgan 13 geschlossen ist und kein Kältemittel in den Verdichter 1 eingespritzt wird. In diesem Fall wird der Verdichter 1 bei einer erhöhten Drehzahl betrieben. Dabei wird der gesamte Kältemittelstrom von dem Verdichter 1 von Saugdruckniveau/Niederdruckniveau auf Hochdruckniveau verdichtet, so dass im Verdichter 1 mehr Abwärme entsteht, wodurch im Ergebnis eine erhöhte Heizleistung erreicht wird.the 6 shows a schematic representation of a sixth exemplary embodiment of the heat pump device according to the invention, which essentially corresponds to that in 5 corresponds to the fifth exemplary embodiment shown, with the connecting line having the sixth expansion element 15 being formed between the injection flow path 16 and the low-pressure side of the refrigerant circuit, the connecting line branching off from the injection flow path 16 downstream of the first internal heat exchanger 12 in the flow direction and on the low-pressure side upstream in the flow direction of the refrigerant the compressor 1 in the refrigerant circuit 14 opens. As a result of the branching between the first internal heat exchanger 12 and the optional fifth expansion element 13, heat can also be transferred with the first internal heat exchanger 12 when the optional fifth expansion element 13 is closed and no refrigerant is injected into the compressor 1. In this case, the compressor 1 is operated at an increased speed. The entire refrigerant flow is compressed by the compressor 1 from the suction pressure level/low pressure level to the high pressure level, so that more waste heat is produced in the compressor 1, as a result of which an increased heating output is achieved.

Die mit den 2, 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiele der Wärmepumpeneinrichtung sind jeweils mit der in 5 oder in 6 gezeigten Weiterbildung kombinierbar. Das heißt, die in der 5 oder in der 6 gezeigte Verbindungsleitung mit dem sechsten Expansionsorgan 15 kann in jeder der mit den 2, 3 und 4 gezeigten Wärmepumpeneinrichtung vorgesehen sein.The ones with the 2 , 3 and 4 The exemplary embodiments of the heat pump device shown are each connected to the in 5 or in 6 training shown can be combined. That is, the one in the 5 or in the 6 Connection line shown with the sixth expansion element 15 can be in any of the 2 , 3 and 4 shown heat pump device may be provided.

Mit den 7 und 8 sind Druck-Enthalpie-Diagramme zur Erläuterung der Funktionsweise von zwei verschiedenen Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Wärmepumpeneinrichtung gezeigt. Die X Achse betrifft die Enthalpie, wobei der Druck auf der Y-Achse dargestellt ist. Die geschlossene Line kennzeichnet jeweils den Verlauf und die Positionen der Zustände des Kältemittels im Kältemittelkreislauf 14, wobei mit der gestrichelten Linie jeweils der Verlauf und die Positionen der Zustände des Kältemittels im Einspritzströmungspfad 16 gekennzeichnet sind.With the 7 and 8th pressure-enthalpy diagrams are shown to explain the functioning of two different exemplary embodiments of the heat pump device according to the invention. The X axis relates to enthalpy, with pressure on the Y axis. The closed line characterizes the course and the positions of the states of the refrigerant in the refrigerant circuit 14 in each case, with the course and the positions of the states of the refrigerant in the injection flow path 16 being marked in each case with the dashed line.

Die 7 zeigt ein Druck-Enthalpie-Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Wärmepumpenvorrichtung. Beschrieben wird eine Betriebsweise des mit dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels, wobei der Umgebungswärmeübertrager 4 zur vereinfachten Darstellung nicht von Kältemittel durchströmt wird und das optionale Expansionsorgan 13 sowie der optionale zweite innere Wärmeübertrager 11 nicht vorhanden sind. Der Verdichter 1 verdichtet das Kältemittel von Niederdruckniveau A, welches auch als Saugdruckniveau A bezeichnet werden kann, auf Hochdruckniveau B. Auf der Hochdruckseite wird das verdichtete Kältemittel aufgeteilt. Ein größerer Anteil des Kältemittels strömt auf Hochdruckniveau in den Heizkondensator 2 und gibt Wärme an überströmende Luft ab (B → C). Mit dem ersten Expansionsorgan 8 wird das Kältemittel expandiert, wodurch eine Druckänderung C → D hervorgerufen wird. Ein kleinerer Teil des verdichteten Kältemittels wird vor dem Heizkondensator 2 von dem Kältemittelkreislauf 14 abgezweigt. Das abgezweigte, auf Hochdruckniveau B befindliche Kältemittel wird mit dem dritten Expansionsorgan 7 geregelt und gedrosselt, wodurch eine Druckänderung des Kältemittels B → F hervorgerufen wird. Im ersten inneren Wärmeübertrager 12 wird Wärme vom expandierten, abgezweigten Kältemittel abgegeben, wodurch eine Enthalpieänderung F → G erfolgt. Die von dem expandierten, abgezweigten Kältemittel abgegebene Wärme wird vom niederdruckseitigen Kältemittel aufgenommen, wodurch eine Enthalpieänderung des niederdruckseitigen Kältemittels D → E hervorgerufen wird. Dadurch wird das niederdruckseitige Kältemittel vor dem Eintritt in den Chiller 3 vorgewärmt. Das abgezweigte, expandierte Kältemittel wird im Zustand G auf Mitteldruckniveau in den Verdichter 1 eingespritzt. Das vorgewärmte neiderdruckseitige Kältemittel wird im Chiller 3 verdampft, wodurch eine Enthalpieänderung des niederdruckseitigen Kältemittels von E → A hervorgerufen wird. Das verdampfte Kältemittel wird über den Akkumulator 5 vom Verdichter 1 angesaugt. Aufgrund der Vorwärmung des niederdruckseitigen beziehungsweise saugseitigen Kältemittels wird die Wärmeaufnahme entsprechend der Enthalpieänderung D → E erhöht. Im gleichen Maße erhöht sich dadurch auch die verfügbare Heizleistung. In einem verlustfreien Kreislauf sind die elektrische Leistungsaufnahme des Verdichters 1 im Vergleich zu einem Verdichter ohne Kältemitteldampfeinspritzung, der im inneren Wärmeübertrager 12 übertragene Wärmestrom und die Erhöhung der Heizleistung im Heizkondensator 2 vom Betrag identisch.the 7 shows a pressure-enthalpy diagram to explain the functioning of a first exemplary embodiment of the heat pump device according to the invention. An operating mode of the with the in 1 shown embodiment, wherein the ambient heat exchanger 4 is not flowed through by refrigerant to simplify the illustration and the optional expansion element 13 and the optional second internal heat exchanger 11 are not available. The compressor 1 compresses the refrigerant from the low-pressure level A, which can also be referred to as the suction pressure level A, to the high-pressure level B. The compressed refrigerant is divided on the high-pressure side. A larger proportion of the refrigerant flows into the heating condenser 2 at a high pressure level and gives off heat to the overflowing air (B → C). The refrigerant is expanded with the first expansion element 8, as a result of which a pressure change C→D is brought about. A smaller part of the compressed refrigerant is branched off from the refrigerant circuit 14 before the heating condenser 2 . The branched refrigerant at high-pressure level B is regulated and throttled with the third expansion element 7, causing a change in pressure of the refrigerant B→F. In the first internal heat exchanger 12, heat is released from the expanded, branched-off refrigerant, as a result of which an enthalpy change F→G occurs. The heat released from the expanded branched refrigerant is absorbed by the low-pressure side refrigerant, causing an enthalpy change of the low-pressure side refrigerant D→E. As a result, the refrigerant on the low-pressure side is preheated before it enters the chiller 3 . In state G, the branched-off, expanded refrigerant is injected into the compressor 1 at the medium-pressure level. The preheated refrigerant on the low-pressure side is vaporized in the chiller 3, causing an enthalpy change in the low-pressure side refrigerant from E → A. The vaporized refrigerant is sucked in by the compressor 1 via the accumulator 5 . Due to the preheating of the low-pressure side or suction-side refrigerant, the heat absorption is increased according to the enthalpy change D → E. To the same extent this also increases the available heating capacity. In a loss-free circuit, the electrical power consumption of the compressor 1 compared to a compressor without refrigerant vapor injection, the heat flow transferred in the internal heat exchanger 12 and the increase in the heating capacity in the heating condenser 2 are identical in terms of amount.

Die 8 zeigt ein Druck-Enthalpie-Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Wärmepumpeneinrichtung, welche im Wesentlichen der mit 1 gezeigten Wärmepumpeneinrichtung entspricht, wobei der Umgebungswärmeübertrager 4 nicht von Kältemittel durchströmt wird, das fünfte Expansionsorgan 13 vorhanden ist und der optionale zweite innere Wärmeübertrager 11 nicht vorhanden ist. Mit dem fünften Expansionsorgan 13 kann das Mitteldruckniveau des Kältemittels im ersten inneren Wärmeübertrager 12 angehoben werden, so dass die übertagbare Heizleistung erhöht werden kann. Im Unterschied zum in 7 beschriebenen Vorgehen wird das abgezweigte verdichtete Kältemittel mit dem dritten Expansionsorgan 7 auf Zwischenmitteldruckniveau B → F expandiert. Dabei liegt der Druck des Zwischenmitteldruckniveaus F oberhalb des Mitteldruckniveaus H. Anschließend wird das auf Zwischenmitteldruckniveau expandierte Kältemittel durch den ersten inneren Wärmeübertrager 12 geführt, wodurch Wärme abgegeben wird. Mit dem fünften Expansionsventil 13 wird anschließend das auf Zwischenmitteldruckniveau befindliche Kältemittel zur Einspritzung in den Verdichter 1 auf Mitteldruck F → G expandiert.the 8th shows a pressure-enthalpy diagram to explain the functioning of a second embodiment of the heat pump device according to the invention, which is essentially with 1 shown heat pump device corresponds, wherein the ambient heat exchanger 4 is not flowed through by refrigerant, the fifth expansion element 13 is present and the optional second internal heat exchanger 11 is not present. With the fifth expansion element 13, the mean pressure level of the refrigerant in the first internal heat exchanger 12 can be raised, so that the heat output that can be transmitted can be increased. In contrast to the in 7 procedure described, the branched off compressed refrigerant is expanded with the third expansion element 7 to the intermediate mean pressure level B→F. The pressure of the intermediate mean pressure level F is above the mean pressure level H. The refrigerant expanded to the intermediate mean pressure level is then conducted through the first internal heat exchanger 12, as a result of which heat is given off. With the fifth expansion valve 13, the coolant that is at the intermediate mean pressure level is then expanded to mean pressure F → G for injection into the compressor 1 .

BezugszeichenlisteReference List

11: Verdichtercompressor
22: Heizkondensator / GaskühlerHeating condenser / gas cooler
33: Chiller / Verdampferchillers / evaporators
44: Umgebungswärmeübertrager / VerdampferAmbient heat exchanger / evaporator
55: Akkumulatoraccumulator
66: viertes Expansionsorganfourth expansion organ
77: drittes Expansionsorganthird expansion organ
88th: erstes Expansionsorganfirst expansion organ
99: zweites Expansionsorgansecond expansion organ
1010: Rückschlagventilcheck valve
1111: zweiter innerer Wärmeübertragersecond internal heat exchanger
1212: erster innerer Wärmeübertragerfirst internal heat exchanger
1313: optionales fünftes Expansionsorganoptional fifth expansion organ
1414: KältemittelkreislaufRefrigerant circulation
1515: sechstes Expansionsorgansixth expansion organ
1616: Einspritzströmungspfadinjection flow path

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

WO 2018/230241 A1 [0003]WO 2018/230241 A1 [0003]
US 5878589 A [0004]US5878589A [0004]

Claims

Wärmepumpeneinrichtung, aufweisend einen Kältemittelkreislauf (14) mit einem Kältemittel, einer Hochdruckseite und einer Niederdruckseite, einem Verdichter (1) mit Kältemitteldampfeinspritzung, einem Heizkondensator (2) undmindestens einem ersten Expansionsorgan (8) mit in Strömungsrichtung des Kältemittels nachgeordnetem Verdampfer (3, 4) zum Verdampfen von Kältemittel, einen in Strömungsrichtung des Kältemittels hinter dem Verdichter (2) und vor dem Heizkondensator (2) von dem Kältemittelkreislauf (14) abzweigenden Einspritzströmungspfad (16), welcher in den Verdichter (2) mündet, wobei in dem Einspritzströmungspfad (16) mindestens ein drittes Expansionsorgan (7) zum Expandieren von verdichtetem Kältemittel angeordnet ist, und mindestens einen ersten inneren Wärmeübertrager (12), mit welchem Wärme von dem Einspritzströmungspfad (16) auf die Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs (14) übertragbar ist.Heat pump device comprising a refrigerant circuit (14) with a refrigerant, a high-pressure side and a low-pressure side, a compressor (1) with refrigerant vapor injection, a heating condenser (2) and at least one first expansion element (8) with an evaporator (3, 4) downstream in the flow direction of the refrigerant for evaporating refrigerant, an injection flow path (16) which branches off from the refrigerant circuit (14) downstream of the compressor (2) and before the heating condenser (2) in the flow direction of the refrigerant and opens into the compressor (2), with at least one third expansion element in the injection flow path (16). (7) arranged to expand compressed refrigerant, and at least one first internal heat exchanger (12) with which heat can be transferred from the injection flow path (16) to the low-pressure side of the refrigerant circuit (14).

Wärmepumpeneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreislauf (14) einen Akkumulator (5) aufweist.heat pump device claim 1 , characterized in that the refrigerant circuit (14) has an accumulator (5).

Wärmepumpeneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Verdampfer ein Chiller (3) mit in Strömungsrichtung des Kältemittels vorgeordneten ersten Expansionsorgan (7) und/oder ein Umgebungswärmeübertrager (4) mit in Strömungsrichtung des Kältemittels vorgeordneten zweiten Expansionsorgan (9) eingesetzt wird/werden.Heat pump device according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that a chiller (3) with a first expansion element (7) arranged upstream in the flow direction of the refrigerant and/or an ambient heat exchanger (4) with a second expansion element (9) arranged upstream in the flow direction of the refrigerant is/are used as the evaporator.

Wärmepumpeneinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste innere Wärmeübertrager (12) in Strömungsrichtung des Kältemittels zwischen dem ersten Expansionsorgan (8) und dem Chiller (3) oder zwischen dem zweiten Expansionsorgan (9) und dem Umgebungswärmeübertrager (4) angeordnet ist.heat pump device claim 3 , characterized in that the at least one first internal heat exchanger (12) is arranged in the flow direction of the refrigerant between the first expansion element (8) and the chiller (3) or between the second expansion element (9) and the ambient heat exchanger (4).

Wärmepumpeneinrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste innere Wärmeübertrager (12) in Strömungsrichtung des Kältemittels nach dem Chiller (3) oder nach dem Umgebungswärmeübertrager (4) angeordnet ist.Heat pump device according to one of claims 3 or 4 , characterized in that the at least one first internal heat exchanger (12) is arranged in the direction of flow of the refrigerant after the chiller (3) or after the ambient heat exchanger (4).

Wärmepumpeneinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Kältemittelkreislauf (14) ein zweiter innerer Wärmeübertrager (11) zur Übertragung von Wärme von der Hochdruckseite auf die Niederdruckseite angeordnet ist.Heat pump device according to one of claims 2 until 5 , characterized in that a second internal heat exchanger (11) for transferring heat from the high-pressure side to the low-pressure side is arranged in the refrigerant circuit (14).

Wärmepumpeneinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite innere Wärmeübertrager (11) derart angeordnet ist, dass Wärme in Strömungsrichtung des Kältemittels hinter dem Akkumulator (5) auf die Niederdruckseite übertragbar ist.heat pump device claim 6 , characterized in that the second internal heat exchanger (11) is arranged in such a way that heat can be transferred to the low-pressure side downstream of the accumulator (5) in the direction of flow of the refrigerant.

Wärmepumpeneinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite innere Wärmeüberträger (11) und der Akkumulator (5) in einer Komponente zusammengefasst ausgebildet sein.heat pump device claim 6 or 7 , characterized in that the second internal heat exchanger (11) and the accumulator (5) can be combined into one component.

Wärmepumpeneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Kältemittelkreislauf (14) in Strömungsrichtung des Kältemittels vor dem Heizkondensator (2) ein viertes Expansionsorgan (6) angeordnet ist.Heat pump device according to one of Claims 1 until 8th , characterized in that in the refrigerant circuit (14) in the flow direction of the refrigerant in front of the heating condenser (2) a fourth expansion element (6) is arranged.

Wärmepumpeneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Einspritzströmungspfad (16) in Strömungsrichtung des Kältemittels zwischen dem ersten inneren Wärmeübertrager (12) und dem Verdichter (2) ein fünftes Expansionsorgan (13) angeordnet ist.Heat pump device according to one of Claims 1 until 9 , characterized in that in the injection flow path (16) in the flow direction of the refrigerant between the first internal heat exchanger (12) and the compressor (2) a fifth expansion element (13) is arranged.

Wärmepumpeneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs (14) und dem Einspritzströmungspfad (16) eine Verbindungsleitung für Kältemittel ausgebildet ist, wobei die Verbindungsleitung ein sechstes Expansionsorgan (15) aufweist.Heat pump device according to one of Claims 1 until 10 , characterized in that between the low-pressure side of the refrigerant circuit (14) and the injection flow path (16) a connecting line for refrigerant is formed, wherein the connecting line has a sixth expansion element (15).

Wärmepumpeneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung von dem Einspritzströmungspfad (16) in Strömungsrichtung des Kältemittels hinter dem ersten inneren Wärmeüberträger (12) abzweigt und auf der Niederdruckseite in Strömungsrichtung des Kältemittels hinter dem Akkumulator (5) in den Kältemittelkreislauf (14) mündet.Heat pump device according to one of Claims 1 until 11 , characterized in that the connecting line branches off from the injection flow path (16) behind the first internal heat exchanger (12) in the flow direction of the refrigerant and opens into the refrigerant circuit (14) on the low-pressure side in the flow direction of the refrigerant behind the accumulator (5).

Wärmepumpeneinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung des Kältemittels nach dem Umgebungswärmeübertrager (4) ein Rückschlagventil (10) angeordnet ist.Heat pump device according to one of claims 3 until 12 , characterized in that in the flow direction of the refrigerant after the ambient heat exchanger (4) a check valve (10) is arranged.

Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpeneinrichtung nach den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 13, bei welchem ein Kältemittel bei Niederdruck verdampft wird, das verdampfte Kältemittel in einem Verdichter (1) verdichtet und dabei erhitzt wird und das erhitze Kältemittel unter Abgabe von Wärme in einem Heizkondensator (2) kondensiert wird, wobei ein Teil des verdichteten Kältemittels in Strömungsrichtung vor dem Heizkondensator (2) abgezweigt, expandiert und mit Mitteldruck in den Verdichter (2) eingespritzt wird und wobei Wärme von dem abgezweigten Kältemittel mittels des ersten inneren Wärmeübertragers (12) auf die Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs (14) übertragbar ist.Method for operating a heat pump device according to the features of Claims 1 until 13 , in which a refrigerant is evaporated at low pressure, the evaporated refrigerant is compressed in a compressor (1) while being heated and the heated refrigerant is condensed in a heating condenser (2) while releasing heat, with part of the compressed refrigerant being forward in the flow direction branched off from the heating condenser (2), expanded and injected into the compressor (2) at medium pressure, with heat can be transferred from the branched-off refrigerant to the low-pressure side of the refrigerant circuit (14) by means of the first internal heat exchanger (12).

Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass Wärme von dem Einspritzströmungspfad (16) in Strömungsrichtung des Kältemittels zwischen dem ersten Expansionsorgan (8) und dem Chiller (3) oder zwischen dem zweiten Expansionsorgan (9) und dem Umgebungswärmeübertrager (4) auf die Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs (14) übertragen wird.procedure after Claim 14 , characterized in that heat is transferred from the injection flow path (16) in the flow direction of the refrigerant between the first expansion element (8) and the chiller (3) or between the second expansion element (9) and the ambient heat exchanger (4) to the low-pressure side of the refrigerant circuit (14 ) is transmitted.

Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass Wärme von dem Einspritzströmungspfad (16) in Strömungsrichtung des Kältemittels hinter dem Chiller (3) oder hinter dem Umgebungswärmeübertrager (4) auf die Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs (14) übertragen wird.procedure after Claim 14 or 15 , characterized in that heat is transferred from the injection flow path (16) downstream of the chiller (3) or downstream of the ambient heat exchanger (4) in the flow direction of the refrigerant to the low-pressure side of the refrigerant circuit (14).

Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines zweiten inneren Wärmeübertragers (11) Wärme von der Hochdruckseite auf die Niederdruckseite übertragen wird.Procedure according to one of Claims 14 until 16 , characterized in that heat is transferred from the high-pressure side to the low-pressure side by means of a second internal heat exchanger (11).

Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das abgezweigte Kältemittel im Einspritzströmungspfad (16) in Strömungsrichtung des Kältemittels mittels des dritten Expansionsorgans (7) vor dem ersten inneren Wärmeüberträger (12) auf einen vorgegebenen ersten Mitteldruck expandiert wird, wobei das Kältemittel mittels des fünften Expansionsorgans (13) in Strömungsrichtung des Kältemittels nach dem ersten inneren Wärmeberträger (12) auf einen vorgegebenen zweiten Mitteldruck expandiert wird.Procedure according to one of Claims 14 until 17 , characterized in that the branched refrigerant is expanded in the injection flow path (16) in the direction of flow of the refrigerant by means of the third expansion element (7) before the first internal heat exchanger (12) to a predetermined first medium pressure, the refrigerant by means of the fifth expansion element (13) is expanded in the direction of flow of the refrigerant after the first internal heat exchanger (12) to a predetermined second medium pressure.

Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass Kältemittel aus dem Einspritzströmungspfad (16) expandiert und dampfförmig auf der Niederdruckseite in den Kältemittelkreislauf (14) geleitet wird.Procedure according to one of Claims 14 until 18 , characterized in that refrigerant from the injection flow path (16) expands and is conducted in vapor form on the low-pressure side into the refrigerant circuit (14).

Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass als Kältemittel R744, R1234yf, R134a, R404a, R600a, R290, R152a oder R32 eingesetzt wird.Procedure according to one of Claims 14 until 19 , characterized in that the refrigerant used is R744, R1234yf, R134a, R404a, R600a, R290, R152a or R32.