DE3012541A1

DE3012541A1 - Waermepumpenanlage, insbesondere fuer heizungszwecke

Info

Publication number: DE3012541A1
Application number: DE19803012541
Authority: DE
Inventors: Siegfried 5353 Mechernich Zobel
Original assignee: Lahmeyer AG
Current assignee: Lahmeyer AG
Priority date: 1980-03-31
Filing date: 1980-03-31
Publication date: 1981-10-08

Description

Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf eine Wärmepumpenanlage mit als Luftkühler ausgebildetem Verdampfer, Kondensator mit zugeordnetem Wärmetauscher und über Luftkühler und Kondensator geführtem, mit zumindest einem Verdichter vor dem Kondensator und mit zumindest einem Expansionsventil vor dem Luftkühler ausgerüstetem Kältemittelkreis, wobei der Luftkühler mit einer Abtaueinrichtung versehen ist. Insbesondere handelt es sich um eine Wärmepumpenanlage, die für Heizungszwecke bestimmt und ausgelegt ist. Dann ist der Wärmetauscher des Kondensators mit der Heizungsanlage verbunden .

Der Ausdruck Wärmepumpenanlage bezeichnet bekanntlich eine Maschine, die im sogenannten linkslaufenden Kreisprozeß zwischen der Umgebungstemperatur und einer höheren Temperatur arbeitet. Sie gibt bei der höheren Temperatur eine Wärmemenge ab, die zur Heizung ausgenutzt werden kann. Dieser Wärmepumpenprozeß unterscheidet sich von einem Kältemaschinenprozeß nur durch die Lage der Temperaturen. Während bei einer Kältemaschine die bei niedriger Temperatur aufgenommene Wärmemenge interessiert, ist für die Wärmepumpe die bei höheren Temperaturen abgegebene Wärmemenge maßgebend. - Als unterer "Wärmebehälter", dem die Wärmemenge entzogen wird, stehen besonders fiir Wohnraumheizungen Fluß- und Meerwasser, der Erdboden und die atmosphärische Luft zur Verfügung. Bei Wärmepumpenanlagen mit Luftkühler wird die genannte Wärmemenge der atmosphärischen Luft entnommen. - Bekanntlich setzen die

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Luftkühler solcher Wärmepumpenanlagen unterhalb einer entsprechenden Verdampfungstemperatur Reif bzw. Eis an. Hierdurch wird der sogenannte Lamellenquerschnitt auf der Luftseite teilweise oder gar ganz geschlossen. Auch werden die Wärmeübergangszahlen verändert. Die Arbeitsfähigkeit des Verdampfers wird folglich erheblich beeinträchtigt. Ein Zusetzen der Lamellen mit Reif oder Eis blockiert die Energieentnahme aus der Luft. Die Wärmepumpenanlage muß dann abgeschaltet werden, weil die Leistungszahl annähernd eins wird. Im Ergebnis wäre der Einsatz einer Wärmepumpenanlage nur bis zu Temperaturen möglich, bei denen mit Sicherheit eine Reifoder Eisbildung am bzw. im Luftkühler vermieden wird. Das wiederum beeinträchtigt sehr stark die Wirtschaftlichkeit einer solchen Wärmepumpenanlage.

Bei den (aus der Praxis) bekannten gattungsgemäßen Wärmepumpenanlagen arbeitet die Abtaueinrichtung im Vereisungsfall mit fremder oder mit durch die Wärmepumpenanlage auf dem Abgabetemperaturniveau erzeugter Energie. Die fremde Energie ist z. B. elektrische Energie. Die durch die Wärmepumpe erzeugte Energie ist im allgemeinen Heißgas, das zum Zwecke des Abtauens vom Kompressor, unter Umgehung des Kondensators in den Luftkühler geleitet wird. Dazu bedarf es aufwendiger Regelgeräte, weil während der Abtauzeit entweder ein Teil der Verdampferfläche (zweiter, getrennter Verdampfer) oder der Kondensator selbst als Verdampfer dienen muß. Andererseits führt bei einer gattungsgemäßen Wärmepumpenanlage das

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Kältemittel hinter dem Kondensator oder Wärmetauscher noch Restwärme mit. Diese Tatsache hat zu den eingangs beschriebenen Problemen (Vereisungsproblem) bisher nichts beigetragen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Wärmepumpenanlage so weiter auszubilden, daß die zum Abtauen des Luftkühlers bei Reif- oder Eisbildung erforderliche Energie aus der Restwärme des Kältemittels hinter dem Kondensator gedeckt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß die Abtaueinrichtung ein Wärmeträger-Leitungssystem für einen flüssigen Wärmeträger aufweist,

welches Wärmeträger-Leitungssystem mit dem Luftkühlerintegriert ist,

und daß das Wärmeträger-Leitungssystem mit einem Wärmespeicher verbunden ist,

der im Kältemittelkreis zwischen Kondensator und Expansionsventil angeordnet ist,

und in dem die Restwärme des vom Kondensator dem Luftkühler zufließenden Kältemittels speicherbar ist. Es versteht sich ι von selbst, daß der Wärmeträger eine Flüssigkeit ist, die ei-

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nen dem Einsatzzweck entsprechenden, tiefen Gefrierpunkt hat, und außerdem die erforderliche Erwärmung zuläßt. Erfindungsgemäß wird in der beschriebenen Weise die Energie, die in der Abtaueinrichtung benötigt wird, dem Kältemittelkreis entzogen, jedoch handelt es sich um die Restwärme, die das Kältemittel hinter dem Kondensator oder Wärmetauscher noch mitführt. Das Abtauen erfolgt nur dann, wenn sich im Luftkühler Reif bzw. Eis angesetzt hat bzw. anzusetzen beginnt. Es versteht sich von selbst, daß der Wärmespeicher nach der zum Abtauen erforderlichen Abtauenergie ausgelegt ist.

Im einzelnen bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkeiten der Ausbildung und Gestaltung. So ist bezüglich der Integration des Luftkühlers mit dem Wärmeträger-Leitungssystem eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeträger-Leitungssystem als Wärmetauscher ausgebildet und in den Luftkühler eingebaut ist. Im einfachsten Fall ist der Wärmespeicher als Wärmeträgerboiler ausgebildet.

Wenn die Lufttemperaturen ein Vereisen des Luftkühlers bzw. Reifbildung erwarten lassen, wird bei der erfindungsgemäßen Wärmepumpenanlage durch eine Regeleinrichtung die Abtaueinrichtung für den Luftkühler in Bereitschaft versetzt. Der Abtaubefehl kann entweder durch Fotozellen am Luftkühler, Luftgeschwindigkeitsdifferenzschalter, Zeitintervallschalter oder andere geeignete Geber ausgelöst werden. Wird die Abtauein-

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richtung eingeschaltet, so fördert die Abtaupumpe so lange warmen Wärmeträger durch das Wärmeträger-Leitungssystem bzw. den Luftkühler, bis der Luftkühler wieder reiffrei und eisfrei ist. Im übrigen kann eine Bypassleitung vorgesehen sein, die den Wärmeträger bei ausgeschalteter Abtaueinrichtung so lange umpumpt, bis im Wärmespeicher eine ausreichende Wärmeenergie gespeichert ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 das Schema einer erfindungsgemäßen Wärmepumpenanlage und

Fig. 2 den Luftkühler aus dem Gegenstand nach Fig. 1 mit integriertem Wärmeträger-Leitungssystem.

Die in den Figuren dargestellte Wärmepumpenanlage ist insbesondere für Heiζungszwecke bestimmt. In ihrem grundsätzlichen Aufbau besteht sie aus

einem als Luftkühler 1 ausgebildeten Verdampfer, einem Kondensator 2 mit zugeordnetem Wärmetauscher 3 und

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dem über Luftkühler 1 und Kondensator 2 geführten Kältemittelkreis 4.

Im Kältemittelkreis 4 befindet sich vor dem Kondensator 2 zumindest ein Verdichter 5 und vor dem Luftkühler 1 zumindest ein Expansionsventil 6. Im übrigen ist der Luftkühler 1 mit einer Abtaueinrichtung ausgerüstet. An den Wärmetauscher 3 ist z. B. eine Heizungsanlage angeschlossen.

Die Abtaueinrichtung weist ein Wärmeträger-Leitungssystem 7 für einen flüssigen Wärmeträger auf. Das Wärmeträger-Leitungssystem 7 ist mit dem Luftkühler 1 integriert. Es ist im übrigen mit einem Wärmespeicher 8 verbunden. Der Wärmespeicher 8 ist im Kältemittelkreis 4 zwischen Kondensator 2 und Expansionsventil 6 angeordnet. In diesem Wärmespeicher 8 ist folglich die Restwärme des vom Kondensator 2 dem Luftkühler 1 zufließenden Kältemittels speicherbar.

Im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist das Wärmeträger-Leitungssystem 7 als Wärmetauscher ausgebildet und in den Luftkühler 1 eingebaut. Dazu wird insbesondere auf Fig. 2 verwiesen. Es könnte auch dem Luftkühler 1 lufteintrittsseitig vorgeschaltet sein. Aus der Fig. 1 entnimmt man, daß das Wärmeträger-Leitungssystem 7 über eine Abtaupumpe 9 und Leitungen 1o mit dem Wärmespeicher 8 verbunden ist. Der Wärmespeicher 8 mag als Wärmeträgerboiler ausgebildet sein. Er kann zusätzlich als Brauchwasserbereiter

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eingerichtet sein. Der Wärmeträger ist jedoch im allgemeinen nicht Wasser- sondern ein anderer Wärmeträger, der einen ausreichend tiefen Gefrierpunkt hat und außerdem eine Erwärmung zuläßt. Im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist ein Ventil 11 vorgesehen. Mit diesem kann erreicht werden, daß der Wärmeträger so lange über den Bypass 12 umgepumpt wird, bis im Wärmespeicher 8 genügend Wärme gespeichert ist.

über eine nicht gezeichnete Steuer- oder Regeleinrichtung erfolgt das Einschalten der Abtaueinrichtung, sobald die Lufttemperatur ein Vereisen des Luftkühlers 1 oder Reifbildung im Luftkühler erwarten lassen. Die dazu erforderlichen Geber und die entsprechenden steuerungstechnischen oder regeltechnischen Maßnahmen sind an sich bekannt und bedürfen daher im einzelnen hier nicht der Beschreibung.

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Claims

Andrejewski, Honke & Partner

Patentanwälte

Diplom-Physiker

Dr. Walter Andrejewski

Diplom-Ingenieur

Dr.-Ing. Manfred Honice

Diplom-Physiker

Dr. Karl Gerhard Masch

Anwaltsakte:

55 174/R-

4300 Esten 1, Theaterplatz 3, Postf. 100254

6. März 198o

Patentanmeldung Lahmeyer

Aktiengesellschaft Guiollettstraße 48 6000 Frankfürt/Main

Wärmepumpenanlage, insbesondere für Heiζungszwecke

Patentansprüche:

1y Wärmepumpenanlage, insbesondere für Heiζungszwecke, - mit

als Luftkühler ausgebildetem Verdampfer,

Kondensator mit zugeordnetem Wärmetauscher und

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ORiGiNAL INSPECTH)

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über Luftkühler und Kondensator geführtem, mit zumindest einem Verdichter vor dem Kondensator und mit zumindest einem Expansionsventil vor dem Luftkühler ausgerüstetem Kältemittelkreis,

wobei der Luftkühler mit einer Abtaueinrichtung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtaueinrichtung ein Wärmeträger-Leitungssystem (7) für einen flüssigen Wärmeträger aufweist,

welches Wärmeträger-Leitungssystem (7) mit dem Luftkühler .(1) integriert ist,

und daß das Wärmeträger-Leitungssystem (7) mit einem Wärmespeicher (8) verbunden ist,

der im Kältemittelkreis (4) zwischen Kondensator (2) und Expansionsventil (6) angeordnet ist,

und in dem die Restwärme des vom Kondensator (2) dem Luftkühler (1) zufließenden Kältemittels speicherbar ist.
2. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeträger-Leitungssystem (7) als Wärmetauscher ausgebildet und in den Luftkühler (1) eingebaut ist.
3. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

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daß das Wärmeträger-Leitungssystem (7) als Wärmetauscher ausgebildet und lufteintrittsseitig vor dem Luftkühler (1) angeordnet ist.
4. Wärmepumpenanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennnzeichnet, daß das Wärmeträger-Leitungssystem (7) über eine Abtaupumpe (9) mit dem Wärmespeicher (8) verbunden ist.
5. Wärmepumpenanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher (8) als Wärmeträgerboiler ausgebildet ist.

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