DE3152231A1 - HEAT PUMP - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpe, mit einem Verdichter für die Zirkulation eines Kühlmittels, mit einem Verdampfer für die Verdampfung des flüssigen Kühlmittels, welcher in einem Wärmeaustäuschverhältnis mit einem äußeren Fluid steht, und mit einem Kondensator zur Kondensation des verdampften Kühlmittels.The invention relates to a heat pump with a compressor for the circulation of a coolant an evaporator for the evaporation of the liquid refrigerant, which is in a heat exchange ratio with an external fluid, and with a condenser for condensing the evaporated coolant.

ErfindungsgemäO ist eine Wärmepumpe dieser Art dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer eine erste Röhre, welche durch das äußere Fluid auf ihrer Auasenseite überstreichbar sein soll und welche an einem Ende mit der Saugseite des Verdichters verbunden und am anderenAccording to the invention, a heat pump of this type is thereby characterized in that the vaporizer has a first tube which passes through the external fluid on its outside should be paintable and which is connected at one end to the suction side of the compressor and at the other

Ende geschlossen ist, und eine zweite mit dem Kondensator verbundene Röhre aufweist, welche sich im wesentlichen koaxial in die erste Röhre von dem einem Ende aus erstreckt und welche in einiger Entfernung von dem anderen, geschlossenen Ende der ersten Röhre offen ist, um die Drosseleinrichtung des Verdampfers zu bilden.End is closed, and a second with the capacitor connected tube extending substantially coaxially into the first tube from one end and which at some distance from the other, closed end of the first tube is open to the Form throttle device of the evaporator.

Durch diese Ausgestaltung wird" nicht nur eine sehr einfache Konstruktion des Verdampfers erreicht, sondern auch eine automatische Anpassung der Zufuhr von flüssigem Kühlmittel zu dem Verdampfer in Abhängigkeit von der Menge der gelieferten Wärme: Wenn eine geringe Wärmemenge dem Verdampfer von dem äußeren Fluid zugeführt wird, wird eine niedrigere Verdampfungstemperatur in dem Verdampfer benötigt, was automatisch in dem erfindungsgemäßen Verdampfer durch die Strömung des flüssigen Kühlmittels, die automatisch bei abnehmenden Temperaturen reduziert wird, erreicht wird.This configuration "is not just a very simple one Construction of the evaporator achieved, but also automatic adjustment of the supply of liquid Coolant to the evaporator depending on the amount of heat delivered: When a small amount of heat is supplied to the evaporator from the external fluid, a lower evaporation temperature in the evaporator required, which is automatically in the evaporator according to the invention by the flow of the liquid coolant, which is automatically reduced with decreasing temperatures, is achieved.

Es ist nicht sicher bekannt, was diesen Effekt bewirkt, aber es wird angenommen, daß dies durch die Tatsache verursacht wird, daß in dem zirkulierendem Kühlmittel mitgerissenes und von dem Verdichter der Wärmepumpe ausströmendes dl zunehmend viskoser wird je niedriger die Temperatur des äußeren Fluides sein wird, wodurch die Strömung des flüssigen Kühlmittels durch die genannte zweite Röhre verzögert wird.It is not known for sure what causes this effect, but it is believed that this is caused by the fact that it is entrained in the circulating coolant and the dl flowing out of the compressor of the heat pump becomes increasingly viscous the lower the Temperature of the external fluid will be, thereby reducing the flow of liquid coolant through the said second tube is delayed.

Vorzugsweise ist die genannte erste Röhre durch ein längliches rohrförmiges äußeres Gehäuse umgeben, welche einen Teil einer Leitung für die Zirkulation des äußeren Fluides bildet.Preferably said first tube is through a elongated tubular outer casing, which is part of a conduit for the circulation of the outer Forms fluids.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.The invention is described below with reference to the drawing explained in more detail.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1: eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Wärmepumpe;1 shows a basic illustration of a heat pump according to the invention;

Fig. 2: eine transparente perspektivische AnsichtFig. 2: a transparent perspective view

eines Verdampfers und eines Rohres, das ein äußeres Gehäuse bildet in welchem das äußere Fluid geführt ist.an evaporator and a tube which forms an outer casing in which the outer one Fluid is performed.

Die in der Fig. 1 dargestellte Wärmepumpe weist einen Verdichter 10 auf, der Kühlmittel, wie z.B. Frigen zu einem Kondensator 11 und von da aus zu einem Verdampfer 12 pumpt, welcher in der Fig. 2 deutlicher dargestellt ist. Der Verdampfer ist innerhalb eines äußeren Gehäuses angeordnet, das von einem Rohr 13 gebildet ist, welches an einem Ende 14 geschlossen ist und am anderen Ende mit einer Kreislaufpumpe 15 verbunden ist. Eine Anzahl von Rohren von kleinerem Querschnitt als dem des Rohres 13 sind an einem Ende mit dem Rohr 13 verbunden. Sie erstrecken sich parallel von dem Rohr 13 aus in Querrichtung und bilden dann einenThe heat pump shown in Fig. 1 has a compressor 10, the refrigerant, such as Frigen to a Condenser 11 and pumps from there to an evaporator 12, which is shown more clearly in FIG. The evaporator is arranged within an outer housing, which is formed by a tube 13 which is closed at one end 14 and is connected to a circulation pump 15 at the other end. A number of tubes from smaller cross-section than that of the tube 13 are connected to the tube 13 at one end. They extend in parallel from the pipe 13 in the transverse direction and then form one

. 5-. 5-

Bogen 17 von 180°, um zu dem Rohr 13 parallel zurückzukehren, so daß sie an den anderen Enden mit einem Rohr verbindbar sind, welches mit dem Rohr 13 identisch ist. Das Rohr 18 ist an einem Ende bei 19 geschlossen und mit dem anderen Ende mit der Kreislaufpumpe 15 verbunden, welche ein äußeres Fluid, wie z.B. Wasser, durch die Rohre 13, 16 und 18 zirkuliert, was in den Zeichnungen durch Pfeile angedeutet ist. Wie ersichtlich, bilden die Rohre 13 und 18 Sammelleitungen für die Rohre 16. Die Rohre 13, 16 und 18 sind vorzugsweise aus einem hochbeständigen und flexiblen synthetischen Elastomer, wie z.B. Polyvinylclorid (PVC) hergestellt, wobei sie in diesem Falle schwarze PVC-Röhren aufweisen können, etwa von der Art wie sie im Wasserleitungsnetz verwendet werden, oder Äthylen-Propylen-Dien-Monomer (EPDM). Es ist wichtig, daß das Material der Röhren gegen Korrosion, ultraviolettes Licht und chemischen Zerfall beständig ist und Vereisungsprobleme ausschließt.Bend 17 of 180 ° to return parallel to the pipe 13, so that they can be connected at the other ends to a pipe which is identical to pipe 13. The tube 18 is closed at one end at 19 and connected at the other end to the circulation pump 15, which circulates an external fluid such as water through tubes 13, 16 and 18, as shown in the drawings is indicated by arrows. As can be seen, the tubes 13 and 18 form manifolds for the tubes 16. Die Tubes 13, 16 and 18 are preferably made of a highly durable and flexible synthetic elastomer such as e.g. polyvinyl chloride (PVC), whereby they are in in this case can have black PVC pipes, for example of the type used in the water supply network, or ethylene propylene diene monomer (EPDM). It is It is important that the material of the tubes is resistant to corrosion, ultraviolet light and chemical decay and excludes icing problems.

Gemäß Fig. 1 sind die Rohre 16 in einem Bündel von sechs Rohren angeordnet und eine gewünschte Anzahl solcher Rohrbündel kann mit den Rohren 13 und 18 verbunden werden; ein weiteres Bündel ist fragmentarischAccording to Fig. 1, the tubes 16 are arranged in a bundle of six tubes and a desired number such tube bundle can be connected to the tubes 13 and 18; another bundle is fragmentary

bei 16' dargestellt.shown at 16 '.

Die Rohre 13, 16 und 18 bilden einen Wärmeaustauscher für Speisewärme zu dem Verdampfer 12. Dieser Wärmeaustauscher kann im Erdreich angeordnet werden, so daß das darin zirkulierende Fluid Erdwärme aufnimmt oderThe tubes 13, 16 and 18 form a heat exchanger for feed heat to the evaporator 12. This heat exchanger can be placed in the ground so that the fluid circulating therein absorbs geothermal heat or

es kann in Gestellen aufgehängt werden, die z.B. auf einer Garage oder einem Aufzugsentlüftungsdach, auf oder an einer Wand oder einem Zaun angeordnet sind, so daß das darin zirkulierende Fluid Luftwärme aufnimmt . 'it can be hung in racks that can be placed on, for example, a garage or an elevator ventilation roof or are arranged on a wall or fence so that the fluid circulating therein absorbs air heat. '

Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des beschriebenen Wärmeaustauschers setzen sich die Rohre 16 in jedem Bündel aus einer Absorbermatte zusammen, welche unter dem. eingetragenen Warenzeichen SoIaRoIl auf dem Markt ist und von der Firma Bio-Energy Systems Inc., Ellenville, New York, USA hergestellt wird. Sie können in der Endumkehrausgestaltung nach der Fig. 1 angeordnet sein, aber selbstverständlich sind andere bekannte Anordnungen, wie z.B. eine Flügel- oder Gitterform möglich. Eine ausgeglichene Strömung, wie in der Fig. 1 dargestellt, in der das zirkulierende Fluid die gleiche Strömungsrichtung in den Rohren 13 und 18 aufweist, wird gegenüber einer-urvausgeglichenen Strömung mit entgegengesetzten Stromrichtungen in den genannten Röhren bevorzugt.According to a preferred embodiment of the heat exchanger described, the tubes settle 16 in each bundle from an absorber mat, which is placed under the. registered trademark SoIaRoIl is on the market and is manufactured by Bio-Energy Systems Inc., Ellenville, New York, USA. she may be arranged in the end-turn configuration of Figure 1, but others are of course known arrangements, such as a wing or lattice shape, are possible. A balanced flow, like shown in FIG. 1, in which the circulating fluid flows in the same direction of flow in the tubes 13 and 18, is compared to an original-balanced Flow with opposite flow directions in the said tubes is preferred.

Das äußere Fluid, das Wärme während des Durchganges durch den beschriebenen Wärmeaustauscher absorbiert hat, durchströmt den Verdampfer 12 in Wärmeaustauschbeziehung, um die notwendige Wärme für die Verdampfung des flüssigen Kühlmittels, das dem Verdampfer 12 zugeleitet wurde, zu liefern. Das äußere Fluid wird im allgemeinen eine Temperatur von 6° bis 8° besitzen, aber die Temperatur kann auch nur 2° Celsius betragen. Statt einer Erwärmung in dem beschriebenenThe external fluid that absorbs heat as it passes through the heat exchanger described has, flows through the evaporator 12 in a heat exchange relationship in order to generate the necessary heat for evaporation of the liquid refrigerant supplied to the evaporator 12. The external fluid becomes generally have a temperature of 6 ° to 8 °, but the temperature can also be as low as 2 ° Celsius be. Instead of a warming in the one described

Wärmeaustauscher kann das äußere Fluid, das durch das Rohr 13 in Wärmeaustauschbeziehung mit dem Verdampfer steht auch in einem Sonnenkollektor erwärmt werden oder es kann von einem entfernten Wärmeverteileriystem geliefert werden oder es kann Grundwasser aufweisen, welches aus dem Erdreich gepumpt wird und welches nach Durchgang durch den Verdampfer 12 in Wärmeaustauschbeziehung wieder in das Erdreich zurückgeleitet wird.The heat exchanger can bring the external fluid flowing through the tube 13 into heat exchange relationship with the evaporator is also available to be heated in a solar panel or it can be from a remote heat distribution system or it may have groundwater which is pumped out of the ground and which after Passage through the evaporator 12 is returned to the ground in heat exchange relationship.

Unter Bezugnahme insbesondere auf die Fig. 2 der Zeichnungen weist der Verdampfer 12 eine erste Röhre 20 auf, die Stirnwände 21 und 22 besitzt und damit vollständig gegen das Innere des Rohres 13, in dem der Verdampfer 12 angeordnet ist, abeschlossen ist. Eine zweite Röhre 23 erstreckt sich durch die Stirnwand 21 und verläuft parallel in der ersten Röhre 20 im 'wesentlichen koaxial dazu. Das innere Ende der zweiten Röhre 23 öffnet sich in einiger Entfernung von der anderen Stirnseite 22. Eine Leitung 24 verbindet die Röhre 20 an dem Ende, das durch die Stirnwand abgeschlossen ist mit dem Verdichter 10 an dessen Saugseite, während die Druckseite mit dem Einlaß des Kondensators 11 über eine Leitung 25 verbunden ist. Eine Leitung 26 verbindet die Röhre 23 mit den Auslaß des Kondensators. Der Kondensator steht in Wärmeaustauschbeziehung mit einem zweiten äußeren Fluid, wie z.B. Wasser, welches als Wärmeträger für die Verteilung der Wärme dient, die in dem Kondensator zurückgewonnen wird, z.B. für Radiatoren eines zentralen Wärmesystemes in einem Gebäude.With particular reference to Figure 2 of the drawings, the evaporator 12 has a first Tube 20, which has end walls 21 and 22 and thus completely against the interior of the tube 13, in which the evaporator 12 is arranged, is closed. A second tube 23 extends through the End wall 21 and runs parallel in the first tube 20 'substantially coaxially to it. The inner The end of the second tube 23 opens some distance from the other end face 22. A line 24 connects the tube 20 to the compressor 10 at the end which is closed by the end wall on its suction side, while the pressure side is connected to the inlet of the condenser 11 via a line 25 is. A line 26 connects the tube 23 to the outlet of the condenser. The condenser is in a heat exchange relationship with a second external fluid, such as water, which acts as a heat carrier serves to distribute the heat that is recovered in the condenser, e.g. for radiators a central heating system in a building.

Das flüssige Kühlmittel wird stromauf des äußeren Fluids zugegeben, wobei es durch das Rohr 13 zu dem Rohr 23 strömt,und an dem.offenen Ende des Rohres verdampft das Kühlmittel während Wärmeaufnahme von dem äußeren Fluid und strömt dann durch die Röhre 20 in entgegengesetzter Strömungsrichtung, zu jener des flüssigen Kühlmittels in der Röhre 23 und das äußere Fluid in dem Rohr 13 zu der Leitung 24, um wiederum von dem Verdichter 10 angesaugt und durch den genannten Verdichter verdichtet zu werden. Die Röhre 23 bildet auf diese Weise die Drosseleinrichtung des Verdampfers 12. Das durch die Röhre 23 zugeführte flüssige Kühlmittel wird durch das umgebende Kühlmittel in der Röhre 20 gekühlt, während ihrer Strömung gegen das offene Ende der Röhre 23, wo das Kühlmittel verdampft wird und in die Röhre 20 eintritt. Durch diese Kühlung des zugeführten Kühlmittels wird der o.a. Effekt erreicht, was bedeutet, daß die Strömung des Kühlmittels der Menge der gelieferten Wärme durch das äußere Fluid in dem Rohr 13 angepasst wird.The liquid coolant is upstream of the exterior Fluids added, where it flows through the pipe 13 to the pipe 23, and at the open end of the pipe the coolant vaporizes while absorbing heat from the external fluid and then flows through the tube 20 in the opposite direction of flow, to that of the liquid coolant in the tube 23 and the outer Fluid in the pipe 13 to the line 24 to be sucked in again by the compressor 10 and compressed by the said compressor. The tube 23 forms the throttle device of the evaporator 12 in this way. The liquid supplied through the tube 23 Coolant is cooled by the surrounding coolant in the tube 20 while flowing against it open end of tube 23 where the refrigerant is evaporated and enters tube 20. Through this cooling of the supplied coolant, the above effect is achieved, which means that the flow of the coolant the amount of heat supplied by the external fluid in the tube 13 is adjusted.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Wärmepumpe nach der Erfindung besitzt das Rohr 13 einen Innendurchmesser von ungefähr 40 mm. Die genannte erste Röhre-20 des Verdampfers 12 weist einen Innendurchmesser von ungefähr 19 mm auf, während die genannte zweite Röhre 23' einen Innendurchmesser von 4,7 bis 4,8 mm besitzt. Das Kühlmittel wird -der Röhre 23 von der Leitung 26 bei einer Temperatur von z.B. 40° bis 50° C zugeleitet und wird in der Röhre 23 auf eine Verdampfungstemperatur von 10° bis 20° C abgekühlt.In a preferred embodiment of the heat pump according to the invention, the pipe 13 has an inner diameter of about 40 mm. Said first tube 20 of the evaporator 12 has an inner diameter of approximately 19 mm, while said second tube 23 'has an inside diameter of 4.7 to 4.8 mm. The coolant is -the tube 23 from the line 26 at a Temperature of e.g. 40 ° to 50 ° C supplied and is in the tube 23 to an evaporation temperature of Cooled 10 ° to 20 ° C.

Es ist nicht notwendig, daß das äußere Fluid, das für die Zufuhr von Wärme zu dem Verdampfer 12 verwendet wird, ein zirkulierendes Fluid ist, wie im Ausführungsbeispiel beschrieben. Ein Rohrstück, das das Aussengehäuse des Verdampfers bildet und eine Länge von z.B. 15 m besitzt, kann in dem Erdreich für einen Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel und dem äußeren Fluid, das durch das Rohr erhalten wird, angeordnet werden. In einem derartigen Fall ist das äußere Fluid nicht-zirkulierend und besteht in geeigneter Weise aus Wasser. Wenn der Verdichter 10 arbeitet, was für einige Stunden alle 24 Stunden der Fall sein kann, wird das Wasser in dem Aussengehäuse zu Eis gefrieren und zwar aufgrund der Tatsache, daß das Kühlmittel seine Verdampfungswärme aus dem Wasser aufnehmen wird. Dieses Gefrieren kann zugelassen werden, wenn das äußere Gehäuse aus einer Kunststoffröhre besteht, welche flexibel ist, wodurch eine Zerstörung durch die Expansion während des Gefrierene vermieden wird. Während der verbleibenden Zeit des 24-Stundenrhythmuses wird dann das Eis in dem Aussengehäuse geschmolzen und zwar aufgrund der Zufuhr von Erdwärme aus der Umgebung.It is not necessary that the external fluid that is used for the supply of heat to the evaporator 12 is used, a circulating fluid is, as in the embodiment described. A piece of pipe that forms the outer housing of the evaporator and has a length of e.g. 15 m, can be in the ground for heat exchange between the coolant and the external fluid passing through the pipe is obtained. In one of those In this case, the external fluid is non-circulating and suitably consists of water. When the compressor 10 works, which can be the case every 24 hours for a few hours, the water in the outer housing becomes freeze to ice due to the fact that the coolant gets its heat of vaporization from the water will record. This freezing can be allowed if the outer casing consists of a plastic tube, which is flexible, thereby avoiding destruction by expansion during freezing. During the remainder of the 24-hour cycle the ice in the outer housing is then melted due to the supply of geothermal energy from the environment.

Es ist jedoch nicht notwendig, daß der Verdampfer 12 in einem Aussengehäuse 1> angeordnet ist. Der Verdampfer kann auch in das Wasser eines Meeres, eines Sees eines Flusses oder einer anderen natürlichen Quelle eines äußeren Fluides eingetaucht werden, welche für die Zufuhr von Verdampfungswärme zu dem Verdampfer geeignet ist.However, it is not necessary that the evaporator 12 in an outer housing 1> is arranged. The vaporizer can also be used in the water of a sea, a lake, a river or some other natural Source of external fluid to be immersed, which is responsible for the supply of heat of vaporization to the evaporator suitable is.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:PATENT CLAIMS: ) /Wärmepumpe, mit einem Verdichter für die Zirkulation ^-' eines Kühlmittels, mit einem Verdampfer für die Verdampfung des flüssigen Kühlmittels, welcher in einem Wärmeaustauschverhältnis mit einem äußeren Fluid steht, gnd *mit einem Kondensator zur Kondensation des verdampften Kühlmittels,) / Heat pump, with a compressor for the circulation ^ - 'of a coolant, with an evaporator for the evaporation of the liquid coolant, which is in a heat exchange relationship with an external fluid, gnd * with a condenser for the condensation of the evaporated coolant, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (12) eine erste Röhre (20), welche durch das äußere Fluid auf ihrer Aussenseite überstreichbar sein soll und welche im Bereich einen Endes (21) mit der Saugseite des Verdichters (10) verbunden und am anderen Ende (22) geschlossen ist, und einecharacterized in that the evaporator (12) has a first tube (20) which passes through the outer fluid should be paintable on its outside and which in the area of one end (21) is connected to the suction side of the compressor (10) and closed at the other end (22), and one - X- - X- zweite mit dem Kondensator (11) verbundene Röhre (23) aufweist, welche sich im wesentlichen koaxial in die erste Röhre (20) von dem einen Ende (21) aus erstreckt und welche in einiger Entfernung von dem anderen, geschlossenen Ende (22) der ersten Röhre (20) offen ist, um die Drosseleinrichtung des Verdampfers zu bilden.second with the capacitor (11) connected tube (23) which extends substantially coaxially into the first tube (20) extending from one end (21) and which at some distance from the other, closed End (22) of the first tube (20) is open to form the throttle device of the evaporator. 2) Wärmepumpe nach Anspruch 1,2) heat pump according to claim 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte erste Röhre (20) von einem länglichen , röhrenförmigen Aussengehäuse (13) umgeben ist, das das äußere Fluid erhält.characterized in that said first tube (20) is of an elongated tubular shape Outer housing (13) is surrounded, which receives the external fluid. 3) Wärmepumpe nach Anspruch 2,3) heat pump according to claim 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Aussengehäuse (13) eine Röhre aus flexiblem, synthetischem, Elastomermaterial aufweist.characterized in that the outer housing (13) is a tube made of flexible, synthetic, Has elastomer material. 4) Wärmepumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Aussengehäuse (13) als Teil einer Leitung zur Zirkulation des äußeren Fluides ausgebildet ist.4) heat pump according to claim 2 or 3, characterized in that the Outer housing (13) as part of a line for circulation of the external fluid is formed. 5) Wärmepumpe nach Anspruch 4,5) heat pump according to claim 4, dadurch gekennzeichne t,daß die Leitung (13) eine Sammelleitung für eine Anzahl von Rohren (16,16') eines Wärmeaustauschere bildet.characterized in that the line (13) is a collecting line for a number of Forms tubes (16,16 ') of a heat exchanger.