DE19517862A1 - Verfahren und Einrichtung zum Abtauen eines Wärmepumpenverdampfers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtauen des Verdampfers einer Wärmepumpe mit einem Kältemittelkreislauf, in dem der Verdampfer, ein Verdichter, ein Verflüssiger und ein Expansionsorgan liegen, wobei in der Abtauphase Kältemittel-Heißgas unter Umgehung des Verflüssigers und des Expansionsorgans dem Verdampfer vom Verdichter zugeführt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Es ist bekannt, daß die Verdampfer von Wärmepumpen, die Wärmeenergie der Umgebungsluft entziehen, bei bestimmten Betriebsbedingungen vereisen. Durch die Vereisung wird die Leistung der Wärmepumpe gemindert.

Es sind verschiedene Verfahren zum Abtauen von Verdampfern bekannt:
Aus der DE 32 27 604 A1 ist es bekannt, den Verdampfer durch Kältemittel in Heißgasphase abzutauen. Dabei wird das Kältemittel vom Verdichter direkt zum Verdampfer geführt. Die zum Abtauen zur Verfügung stehende Energie ist dabei im wesentlichen gleich der vom Verdichter aufgenommenen elektrischen Energie. Dieses Verfahren ist zwar einfach, läßt sich jedoch nicht verkürzen, da die Aufnahmeleistung des Verdichters fest vorgegeben ist und somit die Abtaudauer bestimmt.

Es ist auch bekannt (vgl. DE 28 41 804 A1), den Verdampfer durch an ihm angeordnete elektrische Heizstäbe abzutauen. Dies ist mit einem beträchtlichen Bauaufwand verbunden.

Ein weiteres Verfahren zum Abtauen des Verdampfers besteht darin, den Kreislauf des Kältemittels umzukehren. Dieses Verfahren erfordert einen erheblichen Aufwand.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, wobei kurze Abtauzeiten mit wenig Bauaufwand erreicht werden sollen.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß während der Abtauphase dem Kältemittel zusätzlich Wärmeenergie von außen zugeführt wird. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß in den Abtaukreislauf eine Wärmequelle geschaltet ist.

Die Abtaudauer ist bei der Erfindung nicht allein durch die elektrische Aufnahmeleistung des Verdichters bestimmt, sondern wird durch die zusätzliche Wärmeenergie entsprechend verkürzt. Kurze Abtauzeiten sind wünschenswert, da sich die Abtauzeiten negativ auf die Energiebilanz der Wärmepumpe auswirken.

Die Vorrichtung läßt sich auch auf einfache Weise realisieren, denn es muß lediglich eine Zusatzbeheizung für das Kältemittel vorgesehen sein. Am Verdampfer ist eine elektrische Heizeinrichtung nicht nötig.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Die Figur zeigt eine Wärmepumpe schematisch.

Eine Wärmepumpe weist einen Verdichter (1), einen Verflüssiger (2), ein Expansionsventil (3) und einen Verdampfer (4) in einem Kältemittelkreis (5) auf. Hinter dem Verdichter (1) zweigt eine Heißgasleitung (6) ab, die über ein Magnetventil (7) direkt zum Verdampfereingang (8) führt. Der Verdampfer (4) weist Lamellen (4′) und einen Ventilator (4′′) auf, der Umgebungsluft zwischen den Lamellen (4′) durchfördert. Vom Verdampferausgang (9) führt ein Kältemittelrohr (10) zum Verdichter (1). An diesem Rohr (10) ist als äußere Wärmequelle eine Zusatzheizung (11) angeordnet. Diese ist beispielsweise von einer elektrischen Heizwendel oder einem elektrischen Heizband gebildet. Die Zusatzheizung (11) könnte auch zwischen dem Magnetventil (7) und dem Verdampfereingang (8) oder zwischen dem Verdichter (1) und dem Magnetventil (7) angeordnet sein.

Im normalen Wärmepumpenbetrieb ist das Magnetventil (7) geschlossen und die Zusatzheizung (11) abgeschaltet. Sind die Lamellen (4′) vereist, dann wird das Magnetventil (7) geöffnet und die Zusatzheizung (11) eingeschaltet. Das Kältemittel strömt nun im Abtaukreislauf durch den Verdichter (1), die Heißgasleitung (6), das Magnetventil (7), den Verdampfer (4) und wird von der Zusatzheizung (11) zusätzlich erwärmt. Es ergibt sich dadurch eine beträchtliche Reduzierung der Abtauzeiten, was zu einer Erhöhung der mittleren Heizleistung führt.

Eine Beispielsberechnung ergibt folgendes:
Geht man davon aus, daß am Verflüssiger (2) eine Heizleistung von 10 kW bei einer elektrischen Aufnahmeleistung des Verdichters (1) von 4 kW abgegeben wird, besteht die Leistungszahl: 2,5. Die Betriebsdauer bis zum Notwendigwerden eines Abtauzyklus beträgt 2 Stunden.

Nimmt man an, daß im Abtauzyklus eine Abtauarbeit von 1,25 kWh nötig ist und die Verdichteraufnahmeleistung 2,5 kW beträgt, wobei die Verdichteraufnahmeleistung im Abtauzyklus kleiner ist als im Heizzyklus, weil der Verdichter (1) praktisch unbelastet läuft, dann ergibt sich eine theoretische Abtaudauer bei abgeschalteter bzw. nicht vorhandener Zusatzheizung (11) von: 1,25 kWh/2,5 kW = 0,5 h.

Daraus ergibt sich über den Heizzyklus und den Abtauzyklus gemeinsam gesehen eine mittlere Heizleistung von 8 kW bei einer mittleren Leistungsaufnahme von 3,7 kW. Daraus folgt eine mittlere Leistungszahl von 2,16.

Wird im Abtauzyklus zusätzlich die Zusatzheizung (11) mit 2,5 kW eingeschaltet, dann ergibt sich eine theoretische Abtaudauer von 1,25 kWH/(2,5 kW + 2,5 kW) = 0,25 h. Die Abtaudauer mit eingeschalteter Zusatzheizung (11) ist also nur etwa halb so groß wie die Abtaudauer ohne die Zusatzheizung. Daraus ergibt sich eine mittlere Heizleistung von 8,89 kW bei einer mittleren Leistungsaufnahme von 4,11 kW, woraus eine mittlere Leistungszahl von 2,16 folgt.

Es ist also erkennbar, daß mit der im Abtauzyklus eingeschalteten Zusatzheizung (11) bei sonst gleichen Bedingungen die mittlere Heizleistung von 8 kW auf 8,89 kW, also um etwa 11% gesteigert ist. Die Leistungszahl bleibt davon unbeeinflußt.

Claims (5)

1. Verfahren zum Abtauen des Verdampfers einer Wärmepumpe mit einem Kältemittelkreislauf, in dem der Verdampfer, ein Verdichter, ein Verflüssiger und ein Expansionsorgan liegen, wobei in der Abtauphase Kältemittel-Heißgas unter Umgehung des Verflüssigers und des Expansionsorgans dem Verdampfer vom Verdichter durch Öffnen eines Magnetventils zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß während der Abtauphase dem Kältemittel zusätzlich Wärmeenergie von außen zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeenergie dem Kältemittel zwischen dem Verdampfer und dem Verdichter zugeführt wird.

3. Einrichtung zum Abtauen des Verdampfers einer Wärmepumpe mit einem Kältemittelkreislauf, in dem der Verdampfer, ein Verdichter, ein Verflüssiger und ein Expansionsorgan liegen, wobei zwischen dem Ausgang des Verdichters und dem Eingang des Verdampfers eine zum Abtauen wirksam schaltbare Heißgasleitung vorgesehen ist, wodurch ein Abtaukreislauf entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß in den Abtaukreislauf eine zusätzliche Wärmequelle (11) geschaltet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle (11) zwischen dem Verdampfer (4) und dem Verdichter (1) liegt.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle eine elektrische Heizung (11) ist.