DE102021109842A1 - Method for operating a compressor of a heat pump cycle - Google Patents

Method for operating a compressor of a heat pump cycle Download PDF

Info

Publication number
DE102021109842A1
DE102021109842A1 DE102021109842.4A DE102021109842A DE102021109842A1 DE 102021109842 A1 DE102021109842 A1 DE 102021109842A1 DE 102021109842 A DE102021109842 A DE 102021109842A DE 102021109842 A1 DE102021109842 A1 DE 102021109842A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
compressor
coils
heat pump
drive
stator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102021109842.4A
Other languages
German (de)
Inventor
Arnold Wohlfeil
Bettina Trenkmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vaillant GmbH
Original Assignee
Vaillant GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vaillant GmbH filed Critical Vaillant GmbH
Priority to DE102021109842.4A priority Critical patent/DE102021109842A1/en
Publication of DE102021109842A1 publication Critical patent/DE102021109842A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/08—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/0042—Driving elements, brakes, couplings, transmissions specially adapted for pumps
    • F04C29/0085—Prime movers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00—Heat pumps
    • F25B30/02—Heat pumps of the compression type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/16—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring
    • H02P25/18—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring with arrangements for switching the windings, e.g. with mechanical switches or relays
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/02—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
    • F04C18/0207—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/30—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
    • F04C18/34—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and relative reciprocation between the co-operating members
    • F04C18/356—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the outer member
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2270/00—Control; Monitoring or safety arrangements
    • F04C2270/11—Magnetic flux
    • F04C2270/115—Controlled or regulated
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2700/00—Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/15—Power, e.g. by voltage or current

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Das hier vorgeschlagene Verfahren zum Betreiben eines Verdichters (1) in einem Wärmepumpenkreislauf kann die folgenden Schritte umfassen:a) Erfassen eines Leistungsbedarfes des Verdichters (1),b) Betreiben des Antriebes des Verdichters (1), wobei im Falle eines Leistungsbedarfes unterhalb eines Leistungsschwellwertes der Antrieb des Verdichters (1) mit einer geringeren Anzahl Spulen (5) im Rotor (4) und/ oder Stator (6) des Antriebes des Verdichters betrieben wird.The method proposed here for operating a compressor (1) in a heat pump circuit can include the following steps: a) detecting a power requirement of the compressor (1), b) operating the drive of the compressor (1), in the case of a power requirement below a power threshold the drive of the compressor (1) is operated with a smaller number of coils (5) in the rotor (4) and/or stator (6) of the drive of the compressor.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verdichters eines Wärmepumpenkreislaufes, ein Computerprogramm, ein Speichermedium, ein Regel- und Steuergerät und eine Wärmepumpenanlage.The invention relates to a method for operating a compressor of a heat pump circuit, a computer program, a storage medium, a regulation and control unit and a heat pump system.

Heizungsanlagen mit einer Wärmepumpe entziehen einem Umgebungsmedium (Luft, Wasser, Erdreich) Wärme und stellen diese zur Nutzung zur Verfügung, beispielsweise durch Übertragung auf Trinkwasser im Rahmen einer Warmwasserbereitung oder auch durch Übertragung auf einen Heizkreislauf, um Wohnräume zu erwärmen.Heating systems with a heat pump extract heat from an ambient medium (air, water, ground) and make it available for use, for example by transferring it to drinking water as part of hot water preparation or by transferring it to a heating circuit to heat living spaces.

Die Wärmepumpe ist zumeist in einem Wärmepumpenkreislauf (auch als Kältemittelkreislauf bezeichnet) eingebunden der die Wärmeenergie von der Wärmepumpe zu mindestens einem Verbraucher, beispielsweise einem Wärmetauscher transportiert. In dem Wärmepumpenkreislauf befindet sich ein Kältemittel, das häufig einen Phasenwechsel zum Wärmetransport vollzieht und so Wärme durch eine Kondensation des Kältemittels abgibt und durch ein Verdampfen Wärme aufnimmt.The heat pump is usually integrated into a heat pump circuit (also referred to as a refrigerant circuit) which transports the thermal energy from the heat pump to at least one consumer, for example a heat exchanger. A refrigerant is located in the heat pump circuit, which frequently undergoes a phase change to transport heat and thus emits heat through condensation of the refrigerant and absorbs heat through evaporation.

Zur Gewährleistung eines Druckunterschiedes für einen Phasenwechsel in Kondensator bzw. Verdampfer weisen Wärmepumpenkreisläufe einen Verdichter (häufig auch als Kompressor bezeichnet) auf. Der Verdichter ist im Wesentlichen für den Energieverbrauch einer Wärmepumpenheizungsanlage verantwortlich.To ensure a pressure difference for a phase change in the condenser or evaporator, heat pump circuits have a compressor (often also referred to as a compressor). The compressor is essentially responsible for the energy consumption of a heat pump heating system.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Verdichters eines Wärmepumpenkreislaufes vorzuschlagen, das den Energieverbrauch des Verdichters in einem Kältekreis einer Wärmepumpe senken kann. Zudem soll das Verfahren die Komplexität eines Verdichters nicht oder nicht wesentlich erhöhen, um die Standfestigkeit nicht nachteilig zu beeinflussen.Proceeding from this, it is the object of the invention to propose a method for operating a compressor of a heat pump circuit which can reduce the energy consumption of the compressor in a refrigeration circuit of a heat pump. In addition, the method should not or not significantly increase the complexity of a compressor in order not to adversely affect stability.

Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der hier vorgeschlagenen Lösung sind in den unabhängigen Patentansprüchen angegeben. Es wird darauf hingewiesen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.These objects are solved by the features of the independent patent claims. Further advantageous refinements of the solution proposed here are specified in the independent patent claims. It is pointed out that the features listed in the dependent patent claims can be combined with one another in any technologically meaningful manner and define further refinements of the invention. In addition, the features specified in the patent claims are specified and explained in more detail in the description, with further preferred configurations of the invention being presented.

Das hier vorgeschlagene Verfahren zum Betreiben eines Verdichters in einem Wärmepumpenkreislauf kann zumindest die folgenden Schritte umfassen:

  1. a) Erfassen eines Leistungsbedarfes des Verdichters,
  2. b) Betreiben des Antriebes des Verdichters, wobei im Falle eines Leistungsbedarfes unterhalb eines (vorgegebenen oder vorgebbaren) Leistungsschwellwertes der Antrieb des
The method proposed here for operating a compressor in a heat pump cycle can include at least the following steps:
  1. a) detecting a power requirement of the compressor,
  2. b) Operating the drive of the compressor, with the drive of the

Verdichters mit einer geringeren Anzahl Spulen im Rotor und/oder im Stator des Antriebes des Verdichters betrieben wird.Compressor is operated with a smaller number of coils in the rotor and / or in the stator of the drive of the compressor.

Die Schritte a) und b) werden dabei bevorzugt gleichzeitig durchgeführt. Es ist auch möglich die Verfahrensschritte in regelmäßigen Abständen während des Betriebes in der angegebenen Reihenfolge durchzuführen.Steps a) and b) are preferably carried out simultaneously. It is also possible to carry out the process steps at regular intervals during operation in the specified order.

Ein Wärmepumpenkreislauf bezeichnet hier einen Kältekreislauf, aufweisend eine Wärmepumpe beispielsweise zur Wärmeversorgung eines Gebäudes. Der Wärmepumpenkreislauf kann dabei ein Kältemittel zum Wärmetransport umwälzen, wobei das Kältemittel häufig einen Phasenwechsel flüssig / gasförmig zur Wärmeaufnahme und -abgabe vollzieht. Im Wärmepumpenkreislauf kommt zumeist ein Verdichter zum Einsatz, auch als Kompressor bezeichnet.A heat pump cycle refers here to a refrigeration cycle, having a heat pump, for example for supplying heat to a building. The heat pump circuit can circulate a refrigerant to transport heat, with the refrigerant often undergoing a liquid/gas phase change to absorb and release heat. A compressor, also known as a compressor, is usually used in the heat pump circuit.

Der Verdichter wird zumeist durch einen Elektromotor angetrieben. Verdichter und Elektromotor können beispielsweise über eine Welle verbunden sein. Der Aufbau eines Elektromotors ist aus dem Stand der Technik bekannt. Zumeist sind mehrere Spulen an einem Stator konzentrisch um eine Welle angeordnet und eine korrespondierende Anzahl an Permanentmagneten oder gleichfalls Spulen an einem Rotor. Im Betrieb können beispielsweise am Stator angeordneten Spulen derart mit elektrischem Strom beaufschlagt werden, dass das entstehende magnetische Feld mit den Permanentmagneten am Rotor derart in Wechselwirkung gebracht wird, dass ein Drehmoment auf den Rotor übertragen und so eine Drehbewegung erzeugt wird. Die Permanentmagneten können auch Spulen sein, die dann gleichfalls entsprechend mit elektrischem Strom zu beaufschlagen wären. Die Zuordnung zu Rotor bzw. Stator kann auch vertauscht sein, also die Spulen können auch im Rotor angeordnet sein und Permanentmagneten oder gleichfalls Spulen im Rotor.The compressor is usually driven by an electric motor. Compressor and electric motor can be connected via a shaft, for example. The structure of an electric motor is known from the prior art. In most cases, several coils are arranged concentrically around a shaft on a stator and a corresponding number of permanent magnets or coils on a rotor. During operation, for example, coils arranged on the stator can be supplied with electric current in such a way that the resulting magnetic field interacts with the permanent magnets on the rotor in such a way that a torque is transmitted to the rotor and a rotary movement is thus generated. The permanent magnets can also be coils, which would then likewise have to be charged with electrical current. The assignment to the rotor or stator can also be reversed, ie the coils can also be arranged in the rotor and permanent magnets or likewise coils in the rotor.

Gemäß einem Schritt a) erfolgt ein Erfassen eines Leistungsbedarfes des Verdichters. Der Leistungsbedarf kann beispielsweise durch die Leistungsaufnahme des Verdichters, die häufig einem zumeist vorhandenen Steuergerät der Wärmepumpenanlage ohnehin vorliegt, repräsentiert sein. Die Leistungsaufnahme kann als physikalische Größe bestimmt werden, die die in einer Zeitspanne umgesetzte Energie einbezieht. In Bezug auf einen Verdichter kann das die mit der Verdichtungsarbeit multiplizierte Gasfördermenge umfassen. Das Erfassen kann rechnerisch und/oder sensorisch des Leistungsbedarfes erfolgen. Der Leistungsbedarf kann sich auf einen aktuellen und/oder zukünftigen Zeitraum beziehen.According to a step a), a power requirement of the compressor is detected. The power requirement can, for example, by the power consumption of the compressor, which is often a usually existing control unit of the heat pump system is already present, be represented. The power consumption can be determined as a physical variable that includes the energy converted in a period of time. With regard to a compressor, this can include the gas flow rate multiplied by the compression work. The power requirement can be detected by calculation and/or by sensors. The performance requirement can relate to a current and/or future period.

Gemäß Schritt b) wird der Verdichter für den Fall, dass der in Schritt a) erfasste Leistungsbedarf des Verdichters unter einem Leistungsschwellwert liegt, mit einer geringeren Anzahl Spulen im Rotor und/oder Stator des Antriebes des Verdichters betrieben.According to step b), the compressor is operated with a smaller number of coils in the rotor and/or stator of the compressor drive if the power requirement of the compressor detected in step a) is below a power threshold value.

Der Leistungsschwellwert kann dabei ein typenspezifischer Wert sein, der einen Leistungsbedarf des Antriebes des Verdichters repräsentiert, bei dessen Unterschreiten ein Betreiben des Antriebes des Verdichters mit geringerer Anzahl Spulen im Rotor und/oder Stator möglich ist, also der Leistungsbedarf unterhalb des Leistungsschwellwertes durch die geringere Anzahl Spulen abdeckbar ist. Dieser Leistungsschwellwert kann (experimentell) ermittelt und dann in einem Speicher (dauerhaft / fest) abgelegt sein. Es ist auch möglich, dass der Leistungsschwellwert angepasst wird an (aktuelle oder zu erwartende) Betriebszustände, also z. B. variabel ist und/oder berechnet/abgeschätzt wird.The power threshold can be a type-specific value that represents a power requirement of the drive of the compressor below which it is possible to operate the drive of the compressor with a smaller number of coils in the rotor and/or stator, i.e. the power requirement below the power threshold due to the smaller number Coils can be covered. This power threshold value can be determined (experimentally) and then stored in a memory (permanently/fixedly). It is also possible that the power threshold is adjusted to (current or expected) operating conditions, ie z. B. is variable and/or calculated/estimated.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann der Leistungsschwellwert eine Druckdifferenz zwischen Verdichtereingang und Verdichterausgang sein. Die Druckdifferenz kann beispielsweise mittels eines Differenzdrucksensors oder mehrerer Drucksensoren ermittelt werden. Dabei kann unter einem bestimmten Differenzdruck der Verdichter wie vorgeschlagen mit einer geringeren Anzahl Spulen im Rotor und/oder Stator des Antriebes betrieben wird.According to a preferred embodiment, the power threshold value can be a pressure difference between the compressor inlet and the compressor outlet. The pressure difference can be determined, for example, by means of a differential pressure sensor or multiple pressure sensors. In this case, under a certain differential pressure, the compressor can be operated, as proposed, with a smaller number of coils in the rotor and/or stator of the drive.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann der Leistungsschwellwert eine Drehzahl des Verdichters sein. Die Drehzahl kann mittels einem Drehzahlsensor erfasst werden. Beim Unterschreiten einer vorbestimmten Drehzahl kann der Verdichter mit einer geringeren Anzahl Spulen im Rotor und/oder Stator des Antriebes betrieben werden.According to a further preferred embodiment, the power threshold value can be a speed of the compressor. The speed can be detected using a speed sensor. If the rotational speed falls below a predetermined level, the compressor can be operated with a smaller number of coils in the rotor and/or stator of the drive.

Das Betreiben des Verdichters mit einer geringeren Anzahl Spulen im Rotor und/oder Stator des Antriebes des Verdichters kann bevorzugt derart erfolgen, dass die noch zu betreibenden Spulen im Rotationskreis des Antriebes möglichst gleichverteilt sind.The operation of the compressor with a smaller number of coils in the rotor and/or stator of the drive of the compressor can preferably take place in such a way that the coils that are still to be operated are distributed as evenly as possible in the rotational circle of the drive.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann der Verdichter eine gerade Anzahl Spulen im Rotor und/oder Stator aufweisen, wobei nur jede zweite Spule im Falle des Unterschreitens des Leistungsschwellwertes angesteuert bzw. betrieben wird. In vorteilhafter Weise kann so die Antriebskraft homogen auf die Welle übertragen werden. „Jede zweite Spule“ meint insbesondere, dass (z. B. in Umfangsrichtung) abwechselnd Spulen angesteuert und nicht-angesteuert werden.According to a preferred embodiment, the compressor can have an even number of coils in the rotor and/or stator, with only every second coil being activated or operated if the output falls below the threshold value. In this way, the driving force can advantageously be transmitted homogeneously to the shaft. “Every second coil” means in particular that (e.g. in the circumferential direction) coils are alternately activated and not activated.

Der Antrieb des Verdichters ist bevorzugt ein bürstenloser Gleichstrommotor, der vorteilhaft eine lange Standfestigkeit bei geringem Energieverbrauch gewährleistet.The drive of the compressor is preferably a brushless DC motor, which advantageously ensures a long service life with low energy consumption.

Der Verdichter kann ein Scrollverdichter oder ein Rollkolbenverdichter sein, die für den Einsatz in einem Wärmepumpenkreislauf sehr gut geeignet sind und zudem eine lange Standzeit aufweisen.The compressor can be a scroll compressor or a rotary piston compressor, which are very well suited for use in a heat pump circuit and also have a long service life.

Ein Scrollverdichter kann zwei ineinandergreifende Spiralen umfassen. Während die eine ortsfest angeordnet ist, kann sich die andere exzentrisch in Kreisen bewegen. Zwischen den Spiralen entstehen dabei mehrere Gasräume, die zum Inneren des Bauteils immer kleiner werden. Einmal in Betrieb genommen saugen die Scrollverdichter gasförmige Medien von außen an, welche zwischen den Spiralwänden nach innen strömen, wobei der immer kleinere Raum für einen Druckanstieg sorgt. Im Zentrum angekommen, kann der Scrollverdichter die gasförmigen Medien in eine angeschlossene Leitung fördern.A scroll compressor may include two intermeshing scrolls. While one is stationary, the other can move eccentrically in circles. Several gas spaces are created between the spirals, which become smaller and smaller towards the interior of the component. Once started up, the scroll compressors suck in gaseous media from the outside, which flow inwards between the spiral walls, with the ever smaller space causing an increase in pressure. Arriving at the center, the scroll compressor can convey the gaseous media into a connected line.

In einem zylindrischen Gehäuse eines Rollkolbenverdichters rollt ein sich frei auf einem Kolbenzapfen drehender Kolben an der Gehäusewand ab und kreist dabei exzentrisch um eine Zylinderachse. Der so gebildete sichelförmige Raum wird durch die Berührungslinie zwischen Kolben und Gehäuse sowie durch einen beweglichen Trennschieber in Saug- und Druckraum getrennt. Während einer Umdrehung erweitert sich der Saugraum ständig, es wird also stetig angesaugt. Gleichzeitig verkleinert sich der Druckraum bis sich bei Erreichung des Gegendruckes ein Druckventil öffnet und das verdichtete gasförmige Medium ausgeschoben wird.In a cylindrical housing of a rotary piston compressor, a piston rotating freely on a piston pin rolls on the housing wall and revolves eccentrically around a cylinder axis. The crescent-shaped space formed in this way is separated into suction and pressure spaces by the line of contact between the piston and the housing and by a movable separating slide. During one revolution, the suction chamber expands constantly, so it is constantly sucked in. At the same time, the pressure chamber is reduced until a pressure valve opens when the back pressure is reached and the compressed gaseous medium is pushed out.

Gemäß einer alternativen Ausgestaltung kann der Verdichter auch ein Hubkolbenverdichter, ein Vielzellenverdichter oder ein Schraubenverdichter sein.According to an alternative embodiment, the compressor can also be a reciprocating piston compressor, a multi-cell compressor or a screw compressor.

Die Spulen können (bevorzugt) im Stator des Antriebes des Verdichters angeordnet sein. Im Rotor können Permanentmagneten angeordnet sein oder gleichfalls Spulen. Dabei versteht sich, dass für den Fall, bei dem sowohl im Rotor als auch im Stator Spulen angeordnet sind, gemäß Schritt b) für den Fall eines Leistungsbedarfes unter dem Leistungsschwellwert der Antrieb des Verdichters mit einer geminderten Anzahl Spulen in Rotor und Stator betrieben werden kann. Dabei sollte beachtet werden, dass die zu betreibenden Spulen in Rotor und Stator miteinander korrespondieren.The coils can (preferably) be arranged in the stator of the drive of the compressor. Permanent magnets or likewise coils can be arranged in the rotor. It goes without saying that for the case in which coils are arranged both in the rotor and in the stator, according to step b) for the case a power requirement below the power threshold, the drive of the compressor can be operated with a reduced number of coils in the rotor and stator. It should be noted that the coils to be operated in the rotor and stator correspond to each other.

Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Computerprogramm vorgeschlagen, welches zur (zumindest teilweisen) Durchführung eines hier vorgestellten Verfahrens eingerichtet ist. Dies betrifft mit anderen Worten insbesondere ein Computerprogramm(-produkt), umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, ein hier beschriebenes Verfahren auszuführen.According to a further aspect, a computer program is also proposed which is set up to (at least partially) carry out a method presented here. In other words, this relates in particular to a computer program (product), comprising instructions which, when the program is executed by a computer, cause the latter to execute a method described here.

Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein maschinenlesbares Speichermedium vorgeschlagen, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.According to a further aspect, a machine-readable storage medium is also proposed, on which the computer program is stored.

Regelmäßig handelt es sich bei dem maschinenlesbaren Speichermedium um einen computerlesbaren Datenträger.The machine-readable storage medium is usually a computer-readable data carrier.

Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Regel- und Steuergerät insbesondere für einen Verdichter oder Heizungsanlagen aufweisend eine Wärmepumpe vorgeschlagen, eingerichtet zur Durchführung eines hier vorgestellten Verfahrens. Das Regel- und Steuergerät kann hierzu beispielsweise einen Prozessor aufweisen bzw. über diesen verfügen. In diesem Zusammenhang kann der Prozessor beispielsweise das auf einem Speicher (des Regel- und Steuergeräts) hinterlegte Verfahren ausführen. Bevorzugt ist auf dem Speicher des Regel- und Steuergerätes auch der Leistungsschwellwert hinterlegt.According to a further aspect, a regulating and control unit is also proposed, in particular for a compressor or heating system having a heat pump, set up to carry out a method presented here. For this purpose, the regulating and control unit can have a processor, for example, or have it at its disposal. In this context, the processor can, for example, execute the method stored in a memory (of the regulation and control device). The power threshold value is preferably also stored in the memory of the regulation and control device.

Nach einem weiteren Aspekt wird auch eine Wärmepumpenanlage mit einem hier vorgestellten Regel- und Steuergerät vorgeschlagen, wobei die Wärmepumpenanlage eine Wärmepumpe und einen Wärmepumpenkreislauf umfassen kann.According to a further aspect, a heat pump system with a regulation and control unit presented here is also proposed, it being possible for the heat pump system to include a heat pump and a heat pump circuit.

Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Verdichter für eine Warmpumpenanlage aufweisend ein erfindungsgemäßes Regel- und Steuergerät vorgeschlagen.According to a further aspect, a compressor for a warm pump system is also proposed, having a regulating and control unit according to the invention.

Hier werden somit ein Verfahren zum Betreiben eines Verdichters in einem Wärmepumpenkreislauf, ein Computerprogramm, ein Regel- und Steuergerät und eine Wärmepumpenanlage angegeben, welche die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise lösen. Insbesondere tragen das Verfahren, das Computerprogramm, das Regel- und Steuergerät und das Heizgerät sowie die Verwendungen jeweils zumindest dazu bei, den Energieverbrauch eines Verdichters eines Wärmepumpenkreislaufes zu mindern. Dies kann insbesondere auf geminderte ohmsche Verluste aufgrund einer geringeren Anzahl mit Strom beaufschlagter Spulen zurückgeführt werden, die eine Steigerung des Wirkungsgrades des Antriebes des Verdichters mit sich bringen können. Eine weitere Energieeinsparung kann erreicht werden, da die Ansteuerelektronik, beispielsweise ein Wechselrichter, weniger geschaltet werden muss und somit gleichfalls zur Steigerung des Wirkungsgrades beiträgt.A method for operating a compressor in a heat pump circuit, a computer program, a regulation and control unit and a heat pump system are thus specified here, which at least partially solve the problems described with reference to the prior art. In particular, the method, the computer program, the regulation and control unit and the heater as well as the uses each contribute at least to reducing the energy consumption of a compressor of a heat pump circuit. This can be attributed in particular to reduced ohmic losses due to a smaller number of coils to which current is applied, which can lead to an increase in the efficiency of the drive of the compressor. A further energy saving can be achieved since the control electronics, for example an inverter, need to be switched less and thus also contribute to increasing the efficiency.

Nicht zuletzt vorteilhaft sind keine zusätzlichen Einrichtungen oder Einbauten an einer Wärmepumpenanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens notwendig, so dass die Komplexität der Anlagen nicht erhöht und damit die Standfestigkeit nicht gemindert wird.Last but not least, it is advantageous that no additional devices or installations are required on a heat pump system to carry out the method according to the invention, so that the complexity of the systems is not increased and the stability is not reduced.

Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figur näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:

  • 1: eine schematische Darstellung eines Verdichters, und
  • 2: eine schematische Darstellung des Verdichters bei Durchführung des hier vorgestellten Verfahrens.
The invention and the technical environment are explained in more detail below with reference to the attached figure. It should be pointed out that the invention should not be limited by the exemplary embodiments given. In particular, unless explicitly stated otherwise, it is also possible to extract partial aspects of the facts explained in the figures and to combine them with other components and findings from the present description. In particular, it should be pointed out that the figures and in particular the proportions shown are only schematic. Show it:
  • 1 : a schematic representation of a compressor, and
  • 2 : a schematic representation of the compressor when carrying out the method presented here.

1 zeigt einen Verdichter 1 für einen Wärmepumpenkreislauf. Der Verdichter 1 kann einen Antrieb mit einem Rotor 4 und einem Stator 6 aufweisen. Am Stator 6 können Spulen 5 angeordnet sein. Am Stator 4 können Permanentmagneten 7 befestigt sein, wobei abwechselnd ein Permanentmagnet 71 mit seinem Südpol in Richtung der Spulen 5 und ein Permanentmagnet 72 mit seinem Nordpol in Richtung der Spulen 5 ausgerichtet sein kann. 1 shows a compressor 1 for a heat pump circuit. The compressor 1 can have a drive with a rotor 4 and a stator 6 . Coils 5 can be arranged on the stator 6 . Permanent magnets 7 can be attached to the stator 4 , it being possible for a permanent magnet 71 to be aligned with its south pole in the direction of the coils 5 and a permanent magnet 72 with its north pole in the direction of the coils 5 in alternation.

In einem normalen Betriebsablauf werden die Spulen 5 durch eine Ansteuerelektronik so geschaltet, dass ein Drehmoment auf den Rotor 4 übertragen wird. Durch eine Rotation des Rotors 4 wird ein Kältemittel aus einem Einlass 2 angesaugt, komprimiert und über einen Auslass 3 ausgestoßen.In a normal operating sequence, the coils 5 are switched by control electronics in such a way that a torque is transmitted to the rotor 4 . By rotating the rotor 4 , a coolant is sucked in from an inlet 2 , compressed and ejected via an outlet 3 .

2 zeigt eine schematische Darstellung des Verdichters 1 bei Durchführung des hier vorgestellten Verfahrens. Der Leistungsbedarf des Verdichters 1 kann unter einem Leistungsschwellwert liegen und es wird nur eine geringe Leistung des Verdichters 1 abgegriffen. 2 shows a schematic representation of the compressor 1 when carrying out the method presented here. The power requirement of the Ver denser 1 can be below a power threshold value and only a small power of the compressor 1 is tapped.

Gemäß Verfahrensschritt b) kann nur noch jede zweite Spule 5 geschaltet bzw. in Betrieb genommen und/ oder von der Ansteuerelektronik angesteuert werden. Aus Gründen der Darstellbarkeit sind in der 2 nur noch die geschalteten Spulen 5 eingezeichnet, es versteht sich, dass die nicht geschalteten Spulen 5 (siehe 1) vorhanden sind, jedoch nicht in Betrieb sind. Durch die Minderung der geschalteten Spulen 5 sinkt zwar die durch den Verdichter 1 übertragbare Leistung, jedoch kann der Energieverbrauch durch den Umstand, dass die ohmschen Verluste der nicht geschalteten Spulen 5 nicht zum Tragen kommen, gemindert werden.According to method step b), only every second coil 5 can be switched or put into operation and/or controlled by the control electronics. For reasons of representation are in the 2 only the switched coils 5 are drawn in, it goes without saying that the non-switched coils 5 (see 1 ) are present but not in operation. Although the reduction in the switched coils 5 reduces the power that can be transmitted by the compressor 1, the energy consumption can be reduced due to the fact that the ohmic losses of the non-switched coils 5 do not come into play.

BezugszeichenlisteReference List

11
Verdichtercompressor
22
Einlassinlet
33
Auslassoutlet
44
Rotorrotor
55
SpuleKitchen sink
66
Statorstator
77
Permanentmagnetpermanent magnet
7171
Permanentmagnet mit Südpol in Richtung Spulen gerichtetPermanent magnet with south pole pointing towards coils
7272
Permanentmagnet mit Nordpol in Richtung Spulen gerichtetPermanent magnet with north pole pointing towards coils

Claims (9)

Verfahren zum Betreiben eines Verdichters (1) in einem Wärmepumpenkreislauf, umfassend zumindest die folgenden Schritte: a) Erfassen eines Leistungsbedarfes des Verdichters (1), b) Betreiben des Antriebes des Verdichters (1), wobei im Falle eines Leistungsbedarfes unterhalb eines Leistungsschwellwertes der Antrieb des Verdichters (1) mit einer geringeren Anzahl Spulen (5) zumindest im Rotor (4) oder dem Stator (6) des Antriebes des Verdichters (1) betrieben wird.Method for operating a compressor (1) in a heat pump circuit, comprising at least the following steps: a) detecting a power requirement of the compressor (1), b) Operating the drive of the compressor (1), in the event of a power requirement below a power threshold value, the drive of the compressor (1) with a smaller number of coils (5) at least in the rotor (4) or the stator (6) of the drive of the compressor (1) is operated. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Verdichter (1) eine gerade Anzahl Spulen (5) zumindest im Rotor (4) oder Stator (6) aufweist und in Schritt b) nur jede zweite Spule (5) betrieben wird.procedure after claim 1 , wherein the compressor (1) has an even number of coils (5) at least in the rotor (4) or stator (6) and in step b) only every second coil (5) is operated. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Antrieb des Verdichters (1) ein bürstenloser Gleichstrommotor ist.Method according to one of the preceding claims, in which the drive of the compressor (1) is a brushless direct current motor. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Verdichter (1) ein Scrollkompressor oder ein Rollkolbenkompressor ist.Method according to one of the preceding claims, in which the compressor (1) is a scroll compressor or a rotary compressor. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Spulen (5) im Stator (6) angeordnet sind.Method according to one of the preceding claims, in which the coils (5) are arranged in the stator (6). Computerprogramm, welches zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche eingerichtet ist.Computer program set up to carry out a method according to one of the preceding claims. Maschinenlesbares Speichermedium auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 6 gespeichert ist.Machine-readable storage medium on which the computer program claim 6 is saved. Steuergerät eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5.Control unit set up to carry out a method according to one of Claims 1 until 5 . Heizungsanlage, umfassend eine Wärmepumpe und ein Steuergerät nach Anspruch 8.Heating system, comprising a heat pump and a control unit claim 8 .
DE102021109842.4A 2021-04-19 2021-04-19 Method for operating a compressor of a heat pump cycle Withdrawn DE102021109842A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021109842.4A DE102021109842A1 (en) 2021-04-19 2021-04-19 Method for operating a compressor of a heat pump cycle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021109842.4A DE102021109842A1 (en) 2021-04-19 2021-04-19 Method for operating a compressor of a heat pump cycle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102021109842A1 true DE102021109842A1 (en) 2022-10-20

Family

ID=83447076

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102021109842.4A Withdrawn DE102021109842A1 (en) 2021-04-19 2021-04-19 Method for operating a compressor of a heat pump cycle

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102021109842A1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10158994A1 (en) 2000-12-27 2002-07-25 Lg Electronics Inc Motor for altering heating and cooling capacity of piston compressor e.g. for refrigeration unit, has variable number of coil windings
EP2458728A2 (en) 2010-11-30 2012-05-30 B.D.G. el S.r.l. Motor control systems
JP2015109732A (en) 2013-12-04 2015-06-11 日立アプライアンス株式会社 Hermetic motor compressor
US20160204728A1 (en) 2015-01-14 2016-07-14 Hitachi, Ltd. Permanent Magnet Synchronous Motor and Winding-Switching Motor Driving Device, and Refrigeration Air Conditioner and Electric Vehicle Using Same
DE102019132920A1 (en) 2018-12-04 2020-06-04 Danfoss (Tianjin) Ltd. Compressor brake control method, frequency converter and speed controlled compressor
US20210010468A1 (en) 2019-07-11 2021-01-14 Lg Electronics Inc. Operation controlling apparatus and method of reciprocating compressor

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10158994A1 (en) 2000-12-27 2002-07-25 Lg Electronics Inc Motor for altering heating and cooling capacity of piston compressor e.g. for refrigeration unit, has variable number of coil windings
EP2458728A2 (en) 2010-11-30 2012-05-30 B.D.G. el S.r.l. Motor control systems
JP2015109732A (en) 2013-12-04 2015-06-11 日立アプライアンス株式会社 Hermetic motor compressor
US20160204728A1 (en) 2015-01-14 2016-07-14 Hitachi, Ltd. Permanent Magnet Synchronous Motor and Winding-Switching Motor Driving Device, and Refrigeration Air Conditioner and Electric Vehicle Using Same
DE102019132920A1 (en) 2018-12-04 2020-06-04 Danfoss (Tianjin) Ltd. Compressor brake control method, frequency converter and speed controlled compressor
US20210010468A1 (en) 2019-07-11 2021-01-14 Lg Electronics Inc. Operation controlling apparatus and method of reciprocating compressor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102005047760A1 (en) Complex fluid machine
DE102016204756B4 (en) Electric refrigerant drive
DE112018000087B4 (en) SCROLL COMPRESSORS
DE102004024402B4 (en) fluid machine
DE112005002722B4 (en) Scroll fluid machine
DE102006013190A1 (en) Fluid pump with an expansion device and Rankine cycle with this
DE112015003519T5 (en) Turbo cooler
DE112014004177T5 (en) Rotary compressors with variable speed and volume control
DE10333535B4 (en) Ejector circuit with one compressor
DE10255886A1 (en) Hybrid compressor device
DE10010864A1 (en) Refrigeration circuit system has expansion energy recovery unit that converts expansion energy into mechanical energy and compresses coolant flowing into cooler
EP1907704A2 (en) Oil-injected compressor with means for oil temperature regulation
DE102006009738A1 (en) fluid machine
DE102006009211B4 (en) Fluid pump and fluid machine
DE102013110707A1 (en) Engine-driven compressor and air conditioning
EP4388199A1 (en) Multistage, electrically drivable compressor
DE102013225536A1 (en) Compressor assembly for a heat pump having a tumble dryer, and corresponding dryer
DE10300683A1 (en) Hybrid compressor device
EP2071186A2 (en) Vacuum pump and its operating method
DE112017003912T5 (en) scroll compressor
DE102021109842A1 (en) Method for operating a compressor of a heat pump cycle
DE102013112670A1 (en) Cooling circuit
DE102014008288A1 (en) Spindle compressors for compression refrigerators
DE102019208680A1 (en) Displacement machine based on the spiral principle, especially scroll compressors for a vehicle air conditioning system
DE102004027000A1 (en) fluid machine

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee