DE3323338A1 - Monovalent heat pumps with air as the energy source - Google Patents

Abstract

By means of two evaporation circuits which can be periodically changed over, with one working as the evaporator while the other is defrosted at this time, it becomes possible to maintain the heat pump operation all year (i.e. without additional gas or oil heating). The energy required for the defrosting is taken from the heat pump circuit without reducing the performance of the heat pump.

Description

Λ.Λ.

Dr.-Ing.Dr.-Ing.

Jogindar Mohan ChawlaJogindar Mohan Chawla

Schumacherstraße 15Schumacherstrasse 15

7505 Ettlingen.7505 Ettlingen, Germany.

Anmeldernummer: 1644491Registration number: 1644491

Monovalente Wärmepumpen mit Luft als EnergiequelleMonovalent heat pumps with air as an energy source

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum monovalenten Betrieb von Wärmepumpen, wobei Energie aus der Umgebungsluft entnommen wird.The invention relates to a method for the monovalent operation of heat pumps, with energy from the Ambient air is taken.

Die Wärmepumpen, in denen die Energie der Umgebungsluft entnommen und auf ein höheres Temperaturniveau zur Raumbeheizung gebracht wird, sind bekannt. Dabei gibt Luft im Verdampfer Wärme an das verdampfende Kältemittel ab. Bei Lufttemperaturen um 0 Grad C und darunter (Verdampfungstemperaturen unter 0 Grad C), kommt es zur Vereisung der Verdampferoberfläche, wodurch die Wärmeübertragungsleistung des Verdampfers sehr stark vermindert wird. Der Betrieb der zwangsbelüfteten Apparate bricht sogar beim Verstopfen der Luftwege durch Vereisung zusammen. Aus diesem Grund ist man dazu übergegangen, diese Art von Wärmepumpen bis ca. +2 Grad C Lufttemperatur zu betreiben; für niedrigere Lufttemperaturen nimmt man eine herkömmliche Öl - oder Gasheizung zur Hilfe. Es ist bekannt, daß man hierfür Verdampferelemente ohne Zwangsbelüftung (z. B. Energiedach) auch für beliebig niedrige Lufttemperaturen einsetzen kann. Die Wärmeübertragungsleistung in Folge von Vereisung ist jedoch derart schlecht, daß das gesamte Verfahren unwirtschaftlich wird.The heat pumps, in which the energy is taken from the ambient air and at a higher temperature level is brought to room heating are known. Included air in the evaporator releases heat to the evaporating refrigerant. At air temperatures around 0 degrees C and below (evaporation temperatures below 0 degrees C), the surface of the evaporator will freeze, causing the heat transfer capacity of the evaporator is greatly reduced. Operation of the forced ventilation Apparatus even collapses if the airways are blocked by icing. For this reason one has switched to operating this type of heat pump up to an air temperature of approx. +2 degrees C; for A conventional oil or gas heater is used for lower air temperatures. It is known that one for this purpose evaporator elements without forced ventilation (e.g. energy roof) can also be used for any low air temperature. However, the heat transfer performance as a result of icing is such bad that the entire process becomes uneconomical.

Aufgabe der vorliegenden Erdindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, das es ermöglicht, den Wärmepumpenbetrieb mit hochleistungszwangsbelüfteten Verdampfern ganzjährig (für beliebige Lufttemperaturen), ohne Zuhilfenahme der zusätzlichen Bl - oder Gasheizung aufrecht zu erhalten.The task of the present earth connection is to provide a To create a process that makes it possible to operate the heat pump with high-performance forced ventilation Evaporators all year round (for any air temperature), without the aid of the additional ones Bl - or gas heating to be maintained.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß der Verdampfer aus zwei periodisch umschaltbaren Verdampfungskreisläufen besteht; der eine arbeitet als Verdampfer, während der andere zu diesem Zeitpunkt abgetaut wird,- Die für die Abtauung nötige Energie wird aus dem Wärmepumpenkreislauf entnommen, ohne daß der Wärmepumpenwirkungsgrad (Leistungsziffer) vermindert wird.This object is achieved according to the invention by that the evaporator consists of two periodically switchable evaporation circuits; one works as an evaporator, while the other is being defrosted at this time, - The ones necessary for defrosting Energy is taken from the heat pump circuit without affecting the heat pump efficiency (performance figure) is decreased.

Die Erfindung wird nachfolgend, an hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigt: Fig. 1. Eine schematische Darstellung der Ausführungs form der Erfindung
Fig. 2. Druck-Enthalpie-Diagramm für das KältemittelThe invention is explained below using an exemplary embodiment with reference to the drawing. The drawing shows: Fig. 1. A schematic representation of the embodiment of the invention
Fig. 2. Pressure-enthalpy diagram for the refrigerant

Nach Fig. 1 saugt der Kompressor 1 das gasförmige Kältemittel aus dem Verdampfungskreislauf 5 und verdichtet dieses auf einen höheren Druck zum Kondensator 2. Hier wird das Kältemittel verflüssigt und die Wärme bei höheren Temperaturen an Heizwasser (oder direkt an Raumluft) abgegeben.According to FIG. 1, the compressor 1 sucks the gaseous refrigerant out of the evaporation circuit 5 and compresses this to a higher pressure to form condenser 2. The refrigerant is liquefied here and the heat is given off to heating water (or directly to room air) at higher temperatures.

Das flüssige Kältemittel strömt zum Lufterwärmer Das Magnetventil 4 ist offen, während das MagnetventilThe liquid refrigerant flows to the air heater The solenoid valve 4 is open, while the solenoid valve

- h-- H-

zu diesem Zeitpunkt geschlossen ist. Der Lufterwärmer 8 hat die Aufgabe einen kleinen Luftstrom auf Temperaturen über 0 Grad C (bis ca.+5 GradC) zu erwärmen.is closed at this time. The air heater 8 has the task of a small one To heat the air stream to temperatures above 0 degrees C (up to approx. + 5 degrees C).

Dabei kühlt sich das flüssige Kältemittel ab. Das hochgespannte flüssige Kältemittel gelangt über das Expansionsventil 10 in den Verdampfer 5. Dor.t herrscht ein niedriger Druck (niedrige Sättigungstemperatur). Das Kältemittel wird mit Hilfe der Wärme aus der Umgebungsluft verdampft.The liquid refrigerant cools down in the process. The high-tension liquid refrigerant passes through the Expansion valve 10 in the evaporator 5. There is a low pressure (low saturation temperature). The refrigerant is with the help of the Heat evaporates from the ambient air.

Die Luftmenge für den Verdampfungskreislauf 5 wird hoch gehalten, um eine höhere Wärmeübertragungsleistung zu erreichen, während der Luftstrom für den Verdampfungskreislauf 7 sehr klein gehalten wird, damit man diese Luft möglichst auf eine höhere Temperatur im Wärmeaustauscher 8 erwärmen kann. Mit dieser warmen Luft wird der Apparat 7 abgetaut. Die verschiedenen Luftmengen könnte man z. B. durch Drehzahlregelung der elektrischen Ventilatormotoren erreichen. Nach einer bestimmten Zeit macht das Magnetventil 4 zu und das Magnetventil 3 auf. Gleichzeitig werden auch die Luftmengen entsprechend geregelt, was man mit Hilfe einer elektrischen Schaltuhr automatisieren kann. Nun wird der Apparat abgetaut, während Apparat 7 als Verdampfer arbeitet. Dieser Kreislauf läßt sich an hand eines Druck-Enthalpie-Diagramms zahlenmäßig verdeutlichen (Fig. 2). Hierbei wird eine Lufttemperatur von -15 Grad C angenommen. Die Verdampfungstemperatur beträgt -25 Grad C. Die Luft gibt Wärme in den Verdampfer ab und wird von -15 Grad C auf -20 Grad C abgekühlt. Das Kältemittel wird vom Kompressor angesaugt und auf einen höheren Druck verdichtet (E —»■ A). Die Kondensationstemperatur beträgt um +50 Grad C; das Kältemittel wird verflüssigt und die Wärme wird an HeizwasserThe amount of air for the evaporation circuit 5 is kept high in order to achieve a higher heat transfer performance, while the air flow for the evaporation circuit 7 is kept very small, so that this air as possible on a higher Can heat the temperature in the heat exchanger 8. The apparatus 7 is defrosted with this warm air. The different amounts of air could be z. B. by regulating the speed of the electric fan motors reach. After a certain time, the solenoid valve 4 closes and the solenoid valve 3 opens. Simultaneously the air volumes are also regulated accordingly, which can be achieved with the help of an electric Can automate time switch. The apparatus is now defrosted while apparatus 7 works as an evaporator. This cycle can be illustrated numerically using a pressure-enthalpy diagram (FIG. 2). Here, an air temperature of -15 degrees C. accepted. The evaporation temperature is -25 degrees C. The air gives off heat into the evaporator and is cooled from -15 degrees C to -20 degrees C. The refrigerant is sucked in by the compressor and compressed to a higher pressure (E - »■ A). The condensation temperature is around +50 degrees C; the refrigerant is liquefied and the heat is used for heating water

(ζ. B. Erwärmung von +40 auf +45 Grad C) abgegeben (A—► B). Das flüssige Kältemittel fließt über das Magnetventil 4 zum Lufterwärmer 8. Die Luft wird auf etwa +5 Grad C erwärmt und das flüssige Kältemittel auf ca. 0 Grad C abgekühlt (B-*" C). Danach gelangt das Kältemittel über das Expansionsventil 10 (C->- D) in den Verdampfer 5 und wird mit Hilfe der Wärme aus der Umgebungsluft verdampft (D-*»E) Die Wärme für die Abtauung wird aus dem Kreislauf entnommen. Diese Wärme blieb in den bisher bekannten Wärmepumpenkreisläufen weitgehend ungenutzt.(ζ. B. Warming from +40 to +45 degrees C) (A - ► B). The liquid refrigerant overflows the solenoid valve 4 to the air heater 8. The air is heated to about +5 degrees C and the liquid Refrigerant cooled to approx. 0 degrees C (B- * "C). Then the refrigerant reaches the evaporator 5 via the expansion valve 10 (C -> - D) and is with Help the heat evaporated from the ambient air (D - * »E) The heat for defrosting is taken from the circuit. This warmth remained in the previously known Heat pump circuits largely unused.

Für den Antrieb des Kompressors ist es unerheblich, ob ein Verbrennungs- oder Elektromotor eingesetzt wird. Aus Umweltschutzbetrachtungen wird ein elektrischer Antrieb empfohlen. Auch für das Verfahren gemäß dieser Erfindung ist es unerheblich, ob ein Kompressionskreislauf oder ein Absorptionskreislauf verwendet wird.For the drive of the compressor, it is irrelevant whether a combustion engine or an electric motor is used. An electric drive is recommended for environmental reasons. Also for the procedure according to It is irrelevant to this invention whether a compression cycle or an absorption cycle is used.

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Claims (2)

PatentansprücheClaims IJ Verfahren für monovalenten ganzjährigen Betrieb von Wärmepumpen für die Raumbeheizung wobei Wärme im zwangsbelüfteten Verdampfer der Umgebungsluft entnommen wird, dadurch gekennzeichnet,
daß der Verdampfer aus zwei periodisch umschaltbaren Verdampfungskreisläufen besteht; der eine arbeitet als Verdampfer während der andere abgetaut wird. IJ method for monovalent year-round operation of heat pumps for room heating whereby heat is extracted from the ambient air in the forced-air evaporator, characterized in that,
that the evaporator consists of two periodically switchable evaporation circuits; one works as an evaporator while the other is defrosted. 2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,2. The method according to claim 1, characterized in that daß die Wärme für die Abtauung ohne zusätzlichen Energieaufwand dem Wärmepumpenkreislauf entnommenthat the heat for defrosting is taken from the heat pump circuit without additional expenditure of energy