EP1980803B1 - Verfahren zum Betrieb einer Wärmepumpe - Google Patents

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EP1980803B1
EP1980803B1 EP08003315.2A EP08003315A EP1980803B1 EP 1980803 B1 EP1980803 B1 EP 1980803B1 EP 08003315 A EP08003315 A EP 08003315A EP 1980803 B1 EP1980803 B1 EP 1980803B1
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EP
European Patent Office
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heat exchanger
compressor
air
defrosting
heat
Prior art date
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EP08003315.2A
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English (en)
French (fr)
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EP1980803A1 (de
Inventor
Steffen Smollich
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Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Original Assignee
Stiebel Eltron GmbH and Co KG
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Publication date
Application filed by Stiebel Eltron GmbH and Co KG filed Critical Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Publication of EP1980803A1 publication Critical patent/EP1980803A1/de
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Publication of EP1980803B1 publication Critical patent/EP1980803B1/de
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    • 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
    • F25B13/00—Compression machines, plants or systems, with reversible cycle
    • 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
    • F25B2313/00—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for
    • F25B2313/027—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for characterised by the reversing means
    • F25B2313/02742—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for characterised by the reversing means using two four-way valves

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a heat pump device.
  • Heat pumps for heating heating water have been known for years.
  • heating is provided by the condensation of refrigerant under high pressure and thus at high temperature, while the heat is transferred to a heat transfer medium, for example heating water.
  • the liquefied refrigerant is then expanded in a throttle device, for example an expansion valve, and then evaporates while absorbing ambient heat in the evaporator of the heat pump.
  • the refrigerant vapor is compressed by the heat pump's compressor so that it can then be liquefied again in the heat pump's condenser.
  • DE 1 229 558 shows a heat pump system for the simultaneous generation of useful heat and cold that can be stored, with air as the working medium.
  • Switching elements are installed at at least one point in the circuit, with the aid of which the closed circuit can be wholly or partially interrupted and air can be fed into and released from the circuit in at least two different ways.
  • WO 02/053399 shows an arrangement for cooling or heating with a first heat exchanger for releasing or removing heat into or from a heat reservoir and also relates to a method for switching between a cooling mode and a heating mode.
  • a second heat exchanger removes or releases heat from or into a room to be cooled or heated.
  • the arrangement has a compressor, an expansion element and means for switching between a cooling mode and a heating mode.
  • the switching means are integrated in a module.
  • JP2001-304714 an air conditioning system with CO2 as a refrigerant is disclosed.
  • the CO2 refrigerant (gas refrigerant) emerging from the compressor is cooled by a cooler and is cooled in the supercritical area between the inlet and the outlet.
  • the air flow passing through the indoor heat exchanger is heated by the cooling heat in the indoor heat exchanger, and this is blown into the room as warm air to perform the heating.
  • An accumulator is a four-way switch valve that selectively connects an outdoor heat exchanger and the indoor heat exchanger to the pressure port and the suction port of the compressor.
  • EP 0 019 736 shows a heat pump system with a refrigeration circuit, which is characterized by a compressor with a discharge line and a suction line, a first heat exchanger, a second heat exchanger and each heat exchanger with a plurality of heat transfer circuits, which are arranged to provide a refrigerant series flow through the circuits when the heat exchanger is used as a condenser, and a parallel flow of refrigerant through the circuits when the heat exchanger is used as an evaporator.
  • the heat pump can be used to cool the heat transfer medium such as the "heating water” can be used.
  • the "heating water” can then, as it flows through the room heating surfaces, which become room cooling surfaces in cooling mode, absorb heat from the room, which is then transferred to the condenser of the heat pump, which functions as an evaporator in cooling mode, so that the 'heating water 'is cooled.
  • a disadvantage of conventional reversible heat pumps for heating and cooling is that when the cooling circuit is reversed, the direction of flow through the heat exchangers on the refrigerant side changes. Since the direction of flow on the secondary side, on which either (heating) water or air flows, remains unchanged, when the refrigerant circuit is reversed, a countercurrent heat exchanger becomes a cocurrent heat exchanger with reduced efficiency and an increased mean temperature difference between refrigerant and water or . Air. This reduces the coefficient of performance of the heat pump in one of the two operating modes. Reversible heating heat pumps are therefore generally optimized for either heating or cooling operation and do not achieve optimum coefficients of performance in the other operating mode.
  • the method is used to operate an air / water heat pump with a compressor, a first heat exchanger through which water flows, an expansion valve, a second heat exchanger to which air is applied, and a first and second switching valve.
  • the first and second switching valve can be switched in at least a first and a second operating mode of the heat pump device in such a way that the compressor, the first heat exchanger through which water flows, the expansion valve and the second heat exchanger exposed to air are each connected at their first end to the first switching valve and can be coupled at their second end to the second switching valve. This is done in the steps.
  • the first and second switching valves are switched in such a way that the first heat exchanger, through which water flows, acts as a condenser at its first end with the compressor and at its second end is coupled to the expansion valve.
  • the compressed refrigerant flows from the compressor to the first heat exchanger and from the first heat exchanger via the expansion valve to the air-charged second heat exchanger (30) and from the air-charged second heat exchanger (30) back to the compressor, in the second operating mode Cooling, the first and second switching valves are switched in such a way that the first heat exchanger as an evaporator is coupled with its first end to the expansion valve and with its second end to the compressor.
  • the refrigerant flows from the compressor to the air-charged second heat exchanger, which works as a condenser, from the air-charged second heat exchanger to the expansion valve, and from there to the first heat exchanger as an evaporator and finally back again the compressor.
  • the direction of flow of the refrigerant through the second heat exchanger exposed to air and the direction of flow of the refrigerant through the first heat exchanger through which water flows is the same in both the first heating mode and in the second cooling mode.
  • the two switching valves are arranged such that the first heat exchanger through which water flows, the expansion valve, the second heat exchanger through which air flows and the compressor are coupled in parallel between the first and second switching valve.
  • Fig. 1 shows a heat pump device according to a first embodiment.
  • the heat pump has a compressor 10, a first heat exchanger 20 (condenser), a second heat exchanger (30) (evaporator), an expansion valve 40 and a first and second switching valve 50, 60.
  • the two switching valves 50, 60 are arranged such that the first heat exchanger 20, the expansion valve 40, the second heat exchanger 30 and the compressor 10 are coupled in parallel between the first and second switching valves 50, 60.
  • the two switching valves are preferably designed as a 4-2-way switching valve.
  • the heat pump device is switched to a heating mode.
  • the compressor 10 is thus coupled to the first heat exchanger 20, the first heat exchanger 20 to the expansion valve 40, the expansion valve 40 to the second heat exchanger 30 and the second heat exchanger 30 to the compressor 10.
  • the two switching valves 50, 60 are switched in such a way that the compressed refrigerant from the compressor 10 to the first heat exchanger and from the first heat exchanger via the Expansion valve 40 can flow to the second heat exchanger 30 and from the second heat exchanger 30 back to the compressor 10.
  • Fig. 2 shows a heat pump device according to a second embodiment.
  • the heat pump device is shown in cooling mode.
  • the structure of the heat pump device according to Fig. 2 corresponds to the structure of the heat pump device according to Fig. 1 .
  • the difference between the heat pump device according to Fig. 2 and the heat pump device according to Fig. 1 consists in that the two switching valves 50, 60 are switched differently in order to enable cooling operation. According to Fig.
  • the in Fig. 2 The refrigeration circuit shown can also be used for reverse cycle defrosting of an air / water heat pump.
  • Fig. 3 shows a heat pump device according to a third embodiment.
  • the structure of the heat pump device according to Fig. 3 corresponds to the structure of the heat pump device according to Fig. 1 or 2 .
  • the difference between the heat pump device according to Fig. 3 and the heat pump devices according to Fig. 1 or 2 consists in the two switching valves 50, 60 being switched off.
  • the refrigerant can flow back from the second heat exchanger 30 via the switching valve 50 back to the compressor 10.
  • the refrigerant in the first heat exchanger 20 can flow via the switching valve 50 to the expansion valve 40 and in turn via the switching valve 60 to the first heat exchanger 20.
  • the refrigeration circuit has thus been divided into two separate circuits.
  • Fig. 3 a situation is shown in which the evaporator of an air / water heat pump is defrosted using hot gas defrosting.
  • the heat pump device is also an operating mode for circular defrosting.
  • circular defrosting is the energetically more efficient form of defrosting air-loaded first heat exchangers 20, since a proportion of the heat is used for defrosting, which was generated with a coefficient of performance greater than 1.
  • this heat is provided by water. The situation is critical if the water is cooled down to near freezing point during reverse cycle defrosting. In this case the defrost must be stopped.
  • Defrosting is primarily carried out by reversing the circle. Due to the possibility of using both defrosting methods, if operating conditions arise during the reverse cycle defrosting in which the first heat exchanger 20 (evaporator during defrosting) threatens to freeze, the defrosting of the air-admitted first heat exchanger (during defrosting of the condenser) by the hot gas defrosting to be continued. This ensures trouble-free and energetically efficient defrosting.
  • zeotropic refrigerant is used in an air / water heat pump, then, due to the lower temperature of the refrigerant at the evaporator inlet, relatively more ice or frost forms on the air outlet side of the first heat exchanger. If the first heat exchanger is switched as a cross-counterflow instead of a cross-flow during defrosting, improved defrosting can be provided. In such a case, the hot gas with the highest temperature enters the first heat exchanger at the point where the greatest ice formation or frost formation occurs.

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  • Compression-Type Refrigeration Machines With Reversible Cycles (AREA)
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Wärmepumpenvorrichtung.
  • Wärmepumpen zur Erwärmung von Heizungswasser sind seit Jahren hinlänglich bekannt. Die Bereitstellung der Heizwärme bei Wärmepumpen erfolgt durch die Kondensation von Kältemittel unter hohem Druck und damit bei hoher Temperatur, während die Wärme an ein Wärmeträgermedium, beispielsweise Heizungswasser, abgeben wird. Das verflüssigte Kältemittel wird anschließend in einem Drosselorgan, zum Beispiel einem Expansionsventil, entspannt und verdampft daraufhin unter Aufnahme von Umgebungswärme im Verdampfer der Wärmepumpe. Der Kältemitteldampf wird vom Verdichter der Wärmepumpe komprimiert, so dass er anschließend wieder im Kondensator der Wärmepumpe verflüssigt werden kann.
  • DE 1 229 558 zeigt eine Wärmepumpenanlage zur gleichzeitigen Erzeugung von speicherfähiger Nutzwärme und -kälte, mit Luft als Arbeitsmittel. An mindestens einer Stelle des Kreislaufs sind Schaltorgane eingebaut, mit deren Hilfe der geschlossene Kreislauf ganz oder teilweise unterbrochen und Luft auf mindestens zwei verschiedenen Wegen dem Kreislauf zugeführt und abgegeben werden kann.
  • WO 02/053399 zeigt eine Anordnung zum Kühlen beziehungsweise Heizen mit einem ersten Wärmeübertrager zur Abgabe beziehungsweise Entnahme von Wärme in ein beziehungsweise aus einem Wärmereservoir und betrifft ferner ein Verfahren zum Umschalten zwischen einem Kühlbetrieb und einem Heizbetrieb. Mit einem zweiten Wärmeübertrager erfolgt eine Entnahme beziehungsweise Abgabe von Wärme aus einem beziehungsweise in einen zu kühlenden beziehungsweise zu heizenden Raum. Die Anordnung weist einen Kompressor, ein Expansionsorgan und Mitteln zum Umschalten zwischen einem Kühlbetrieb und einem Heizbetrieb auf. Die Mittel zum Umschalten sind in einem Modul integriert.
  • In JP2001-304714 ist eine Klimaanlage mit CO2 als Kältemittel offenbart. Beim Start des Heizbetriebs wird das aus dem Verdichter austretende CO2-Kältemittel (Gaskältemittel) durch einen Kühler gekühlt und wird im überkritischen Bereich zwischen dem Einlass und dem Auslass gekühlt. Der Luftstrom, der durch den Innenraum-Wärmetauscher strömt, wird durch die Kühlungswärme im Innenraum-Wärmetauscher erwärmt und diese wird als Warmluft in den Raum geblasen, um die Erwärmung durchzuführen. Ein Speicher ist ein Vier-Wege-Umschaltventil, das einen Außen-Wärmetauscher und den Innen-Wärmetauscher selektiv mit dem Druckanschluss und dem Sauganschluss des Kompressors verbindet.
  • EP 0 019 736 zeigt ein Wärmepumpensystem mit einem Kältekreislauf, der gekennzeichnet ist durch einen Verdichter mit einer Abführleitung und einer Saugleitung, einem ersten Wärmetauscher, einem zweiten Wärmetauscher und jeweils Wärme Wärmetauscher mit mehreren Wärmeübertragungskreisläufen, die so angeordnet sind, dass sie einen Kältemittelserienstrom durch die Kreise liefern, wenn der Wärmetauscher als Kondensator verwendet wird, und einen parallelen Kältemittelstrom durch die Kreise, wenn der Wärmetauscher als Verdampfer verwendet wird.
  • Wird der Kreislauf des Kältemittels umgekehrt, d.h., wird das Kältemittel in dem Wärmeaustauscher, der im Heizbetrieb als Verdampfer dient, unter Wärmeabgabe verflüssigt und in dem Wärmeaustauscher, der im Heizbetrieb als Verflüssiger dient, unter Wärmeaufnahme verdampft, so kann die Wärmepumpe zum Kühlen des Wärmeträgermediums wie beispielsweise des "Heizungswassers" eingesetzt werden. Im Kühlbetrieb kann das "Heizungswasser" dann beim Durchströmen der Raum-Heizflächen, die im Kühlbetrieb zu Raum-Kühlflächen werden, Wärme aus dem Raum aufnehmen, die dann an den im Kühlbetrieb als Verdampfer funktionierenden Verflüssiger der Wärmepumpe abgegeben wird, so dass das 'Heizungswasser' gekühlt wird.
  • Ein Nachteil herkömmlicher reversibler Heizungswärmepumpen zum Heizen und Kühlern besteht darin, dass sich beim Umkehren des Kältekreises die Durchströmungsrichtung der Wärmeaustauscher auf der Kältemittelseite ändert. Da die Strömungsrichtung auf der Sekundärseite, auf der entweder (Heizungs-) Wasser oder Luft strömt, unverändert bleibt, wird dadurch mit der Umkehr des Kältekreises aus einem Gegenstrom-Wärmeaustauscher ein Gleichstrom-Wärmeaustauscher mit verminderter Effizienz und vergrößertem mittleren Temperaturabstand zwischen Kältemittel und Wasser bzw. Luft. Dadurch sinkt die Leistungszahl der Wärmepumpe in einer der beiden Betriebsarten. Reversible Heizungswärmepumpen sind daher im Allgemeinen entweder für den Heiz- oder den Kühlbetrieb optimiert und erreichen in der jeweils anderen Betriebsart keine optimalen Leistungszahlen.
  • Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb einer Luft/- Wasser-Wärmepumpe vorzusehen, die effektiv sowohl im Heiz- als auch im Kühlbetrieb arbeiten kann.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betrieb einer Luft/Wasser-Wärmepumpe gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Mit dem Verfahren wird eine Luft/Wasser-Wärmepumpe, mit einem Verdichter, einem von Wasser durchströmten ersten Wärmetauscher, einem Expansionsventil, einem mit Luft beaufschlagten zweiten Wärmetauscher und einem ersten und zweiten Umschaltventil betrieben. Das erste und zweite Umschaltventil ist in wenigstens einer ersten und einer zweiten Betriebsart der Wärmepumpenvorrichtung derart schaltbar sind, dass der Verdichter, der von Wasser durchströmte erste Wärmetauscher, das Expansionsventil und der mit Luft beaufschlagte zweite Wärmetauscher jeweils an ihrem ersten Ende mit dem ersten Umschaltventil und an ihrem zweiten Ende mit dem zweiten Umschaltventil koppelbar sind. Dies erfolgt in den Schritten. In der ersten Betriebsart Heizen, erfolgt ein Schalten des ersten und des zweiten Umschaltventils derart, dass der von Wasser durchströmte erste Wärmetauscher als Verflüssiger an seinem ersten Ende mit dem Verdichter und an seinem zweiten Ende mit dem Expansionsventil gekoppelt ist. Dabei fließt das verdichtete Kältemittel von dem Verdichter zu dem ersten Wärmetauscher und von dem ersten Wärmetauscher über das Expansionsventil zu dem mit Luft beaufschlagten zweiten Wärmetauscher (30) und von dem mit Luft beaufschlagten zweiten Wärmetauscher (30) zurück zu dem Verdichter, In der zweiten Betriebsart Kühlen, erfolgt ein Schalten des ersten und zweiten Umschaltventils derart, dass der erste Wärmetauscher als Verdampfer mit seinem ersten Ende mit dem Expansionsventil und mit seinem zweiten Ende mit dem Verdichter gekoppelt ist. Dabei fließt das Kältemittel in der zweiten Betriebsart Kühlen von dem Verdichter zu dem mit Luft beaufschlagten zweiten Wärmetauscher, der als Verflüssiger arbeitet, von dem mit Luft beaufschlagten zweiten Wärmetauscher zu dem Expansionsventil, und von dort zu dem ersten Wärmetauscher als Verdampfer und schließlich wieder zurück zu dem Verdichter. Dabei ist die Strömungsrichtung des Kältemittels durch den mit Luft beaufschlagten zweiten Wärmetauscher und die Strömungsrichtung des Kältemittels durch den von Wasser durchströmten ersten Wärmetauscher sowohl in der ersten Betriebsart Heizen als auch in der zweiten Betriebsart Kühlen jeweils gleich. Durch das Vorsehen der beiden Umschaltventile ist der mit Luft beaufschlagte zweite Wärmetauscher und der von Wasser durchströmte erste Wärmetauscher sowohl beim Heizen als auch beim Kühlen im Gegenstrom betrieben. Dazu sind die beiden Umschaltventile dabei derart angeordnet, dass der erste von Wasser durchströmte Wärmetauscher, das Expansionsventil, der zweite von Luft durchströmte Wärmetauscher und der Verdichter parallel zwischen dem ersten und zweiten Umschaltventil gekoppelt.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.
    • Fig. 1
    zeigt eine Wärmepumpenvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
    Fig. 2
    zeigt eine Wärmepumpenvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
    Fig. 3
    zeigt eine Wärmepumpenvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
  • Fig. 1 zeigt eine Wärmepumpenvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Wärmepumpe weist einen Verdichter 10, einen ersten Wärmeaustauscher 20 (Verflüssiger), einen zweiten Wärmeaustauscher (30) (Verdampfer), ein Expansionsventil 40 und ein erstes und zweites Umschaltventil 50, 60 auf. Durch das Vorsehen der beiden Umschaltventile 50, 60 kann der zweite Wärmeaustauscher (30) und der ersten Wärmeaustauscher 20 sowohl beim Heizen als auch beim Kühlen im Gegenstrom betrieben werden. Die beiden Umschaltventile 50, 60 sind dabei derart angeordnet, dass der ersten Wärmeaustauscher 20, das Expansionsventil 40, der zweite Wärmeaustauscher 30 und der Verdichter 10 parallel zwischen dem ersten und zweiten Umschaltventil 50, 60 gekoppelt sind. Die beiden Umschaltventile sind vorzugsweise als ein 4-2-Wege-Umschaltventil ausgeführt.
  • Durch die Anordnung der beiden Umschaltventile 50, 60 kann erreicht werden, dass der Verdampfer und der Verflüssiger sowohl im Heizbetrieb als auch im Kühlbetrieb im Gegenstrom betrieben werden können, was eine effizientere Wärmeübertragung sowohl im Verdampfer als auch im Verflüssiger ermöglicht. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Wärmepumpenvorrichtung in einem Heizbetrieb geschaltet. Somit ist der Verdichter 10 mit dem ersten Wärmeaustauscher 20, der erste Wärmeaustauscher 20 mit dem Expansionsventil 40, das Expansionsventil 40 mit dem zweiten Wärmeaustauscher 30 und der zweite Wärmeaustauscher 30 mit dem Verdichter 10 gekoppelt.
  • In der Heizbetriebsart sind die beiden Umschaltventile 50, 60 derart geschaltet, dass das verdichtete Kältemittel von dem Verdichter 10 zu dem ersten Wärmeaustauscher und von dem ersten Wärmeaustauscher über das Expansionsventil 40 zu dem zweiten Wärmeaustauscher 30 und von dem zweiten Wärmeaustauscher 30 zurück zu dem Verdichter 10 fließen kann.
  • Fig. 2 zeigt eine Wärmepumpenvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. In Fig. 2 ist die Wärmepumpenvorrichtung im Kühlbetrieb gezeigt. Der Aufbau der Wärmepumpenvorrichtung gemäß Fig. 2 entspricht dem Aufbau der Wärmepumpenvorrichtung gemäß Fig. 1. Der Unterschied zwischen der Wärmepumpenvorrichtung gemäß Fig. 2 und der Wärmepumpenvorrichtung gemäß Fig. 1 besteht darin, dass die beiden Umschaltventile 50, 60 anders geschaltet sind, um einen Kühlbetrieb zu ermöglichen. Gemäß Fig. 2 fließt das Kältemittel von dem Verdichter 10 zu dem zweiten Wärmeaustauscher 30, von dem zweiten Wärmeaustauscher 30 zu dem Expansionsventil 40, und von dort zu dem ersten Wärmeaustauscher 20 und schließlich wieder zurück zu dem Verdichter 10. Durch die Ausgestaltung der beiden Umschaltventile 50, 60 kann somit erreicht werden, dass auch in dem Kühlbetrieb, d. h. wenn der Kältekreislauf umgekehrt wird, sowohl der zweite Wärmeaustauscher 30 als auch der erste Wärmeaustauscher 20 im Gegenstrom betrieben werden können.
  • Der in Fig. 2 gezeigte Kältekreislauf kann ebenfalls zur Kreisumkehrabtauung einer Luft/Wasser-Wärmepumpe verwendet werden.
  • Fig. 3 zeigt eine Wärmepumpenvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Der Aufbau der Wärmepumpenvorrichtung gemäß Fig. 3 entspricht dem Aufbau der Wärmepumpenvorrichtung gemäß Fig. 1 oder 2. Der Unterschied zwischen der Wärmepumpenvorrichtung gemäß Fig. 3 und den Wärmepumpenvorrichtungen gemäß Fig. 1 oder 2 besteht darin, dass die beiden Umschaltventile 50, 60 abgeschaltet sind. Gemäß Fig. 3 kann das Kältemittel von dem zweiten Wärmeaustauscher 30 über das Umschaltventil 50 wieder zurück zu dem Verdichter 10 fließen. Das Kältemittel in dem ersten Wärmeaustauscher 20 kann über das Umschaltventil 50 zu dem Expansionsventil 40 und wiederum über das Umschaltventil 60 zu dem ersten Wärmeaustauscher 20 fließen. Somit ist der Kältekreis in zwei separate Kreisläufe aufgeteilt worden.
  • In Fig.3 ist eine Situation gezeigt, bei der der Verdampfer einer Luft/Wasser-Wärmepumpe mittels Heißgasabtauung abgetaut wird.
  • Die Wärmepumpenvorrichtung gemäß Fig. 2 stellt ebenfalls eine Betriebsart zur Kreisumkehrabtauung dar. Die Kreisumkehrabtauung ist gegenüber der Heißgasabtauung die energetisch effizientere Form, luftbeaufschlagte erste Wärmeaustauscher 20 zu enteisen, da hier anteilig Wärme zum Abtauen genutzt wird, die mit einer Leistungszahl größer 1 erzeugt wurde. Diese Wärme wird z.B. bei Luft/Wasser-Wärmepumpen durch Wasser bereitgestellt. Kritisch ist der Zustand, wenn bei der Kreisumkehrabtauung das Wasser bis in die Nähe des Gefrierpunktes abgekühlt wird. In diesem Fall muss die Abtauung beendet werden.
  • Die Abtauung wird vorrangig durch die Kreisumkehr vorgenommen. Durch die Möglichkeit beide Abtauverfahren anwenden zu können, kann wenn sich während der Kreisumkehrabtauung Betriebszustände ergeben, bei denen der erste Wärmeaustauscher 20 (Verdampfer während des Abtauens) droht einzufrieren, das Abtau-en des luftbeaufschlagten erste Wärmeaustauscher (während des Abtauens Verflüssiger) durch die Heißgasabtauung fortgesetzt werden. Damit ist ein störungsfreier und energetisch effizienter Abtaubetrieb gewährleistet.
  • Wenn zeotropes Kältemittel bei einer Luft/Wasser-Wärmepumpe verwendet wird, dann bildet sich bedingt durch die niedrigere Temperatur des Kältemittels am Verdampfereintritt verhältnismässig mehr Eis oder Reif an der Luftaustrittsseite des ersten Wärmeaustauschers. Wenn der erste Wärmeaustauscher während des Abtauens als Kreuzgegenströmer anstelle eines Kreuzgleichströmers geschaltet wird, kann eine verbesserte Abtauung vorgesehen werden. In einem derartigen Fall tritt das Heißgas mit der höchsten Temperatur an der Stelle in den ersten Wärmeaustauscher, wo die größte Eisbildung bzw. Reifbildung auftritt.

Claims (7)

  1. Verfahren zum Betrieb einer Luft/Wasser-Wärmepumpe, mit einem Verdichter (10), einem von Wasser durchströmten ersten Wärmetauscher (20), einem Expansionsventil (40), einem mit Luft beaufschlagten zweiten Wärmetauscher (30) und einem ersten und zweiten Umschaltventil (50, 60), wobei das erste und zweite Umschaltventil (50, 60) in wenigstens einer ersten und einer zweiten Betriebsart der Wärmepumpenvorrichtung derart schaltbar sind, dass der Verdichter (10), der von Wasser durchströmte erste Wärmetauscher (20), das Expansionsventil (40) und der mit Luft beaufschlagte zweite Wärmetauscher (30) jeweils an ihrem ersten Ende mit dem ersten Umschaltventil (50) und an ihrem zweiten Ende mit dem zweiten Umschaltventil (60) koppelbar sind, mit den Schritten:
    in der ersten Betriebsart Heizen, Schalten des ersten und des zweiten Umschaltventils (50, 60) derart, dass der von Wasser durchströmte erste Wärmetauscher (20) als Verflüssiger (20) an seinem ersten Ende mit dem Verdichter (10) und an seinem zweiten Ende mit dem Expansionsventil (40) gekoppelt ist wobei das verdichtete Kältemittel von dem Verdichter (10) zu dem ersten Wärmetauscher (20) und von dem ersten Wärmetauscher (20) über das Expansionsventil (40) zu dem mit Luft beaufschlagten zweiten Wärmetauscher (30) und von dem mit Luft beaufschlagten zweiten Wärmetauscher (30) zurück zu dem Verdichter (10) fließt,
    in der zweiten Betriebsart Kühlen, Schalten des ersten und zweiten Umschaltventils (50, 60) derart, dass der erste Wärmetauscher als Verdampfer (20) mit seinem ersten Ende mit dem Expansionsventil (40) und mit seinem zweiten Ende mit dem Verdichter (10) gekoppelt ist,
    wobei das Kältemittel in der zweiten Betriebsart Kühlen von dem Verdichter (10) zu dem mit Luft beaufschlagten zweiten Wärmetauscher als Verflüssiger (30), von dem mit Luft beaufschlagten zweiten Wärmetauscher (30) zu dem Expansionsventil (40), und von dort zu dem ersten Wärmetauscher als Verdampfer (20) und schließlich wieder zurück zu dem Verdichter (10) fließt, und
    wobei die Strömungsrichtung des Kältemittels durch den mit Luft beaufschlagten zweiten Wärmetauscher (30) und die Strömungsrichtung des Kältemittels durch den von Wasser durchströmten ersten Wärmetauscher (20) sowohl in der ersten Betriebsart Heizen als auch in der zweiten Betriebsart Kühlen jeweils gleich ist, wobei durch das Vorsehen der beiden Umschaltventile (50, 60), der mit Luft beaufschlagte zweite Wärmetauscher (30) und der von Wasser durchströmte erste Wärmetauscher (20) sowohl beim Heizen als auch beim Kühlen im Gegenstrom betrieben werden, wozu die beiden Umschaltventile (50, 60) dabei derart angeordnet sind, dass der erste von Wasser durchströmte Wärmetauscher (20), das Expansionsventil (40), der zweite von Luft durchströmte Wärmetauscher (30) und der Verdichter (10) parallel zwischen dem ersten und zweiten Umschaltventil (50, 60) gekoppelt sind.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, mit den Schritten:
    in einer dritten Betriebsart Kreisumkehrabtauung, Schalten des ersten und zweiten Umschaltventils (50, 60) derart, dass der erste Wärmetauscher (20) als Verdampfer mit seinem ersten Ende mit dem Expansionsventil (40) und mit seinem zweiten Ende mit dem Verdichter (10) gekoppelt ist,
    wobei das Kältemittel in der dritten Betriebsart Kreisumkehrabtauung von dem Verdichter (10) zu dem zweiten Wärmetauscher (30) als Verflüssiger, von dem zweiten Wärmetauscher (30) zu dem Expansionsventil (40), und von dort zu dem ersten Wärmetauscher (20) als Verdampfer und schließlich wieder zurück zu dem Verdichter (10) fließt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, mit den Schritten:
    in einer vierten Betriebsart Heißgasabtauung, schalten des ersten und zweiten Umschaltventils (50, 60) derart, dass das Kältemittel von dem ersten Wärmetauscher (20) über das zweite Umschaltventil (60) über das Expansionsventil (40) zum ersten Umschaltventil (50) und wieder zurück zum ersten Wärmetauscher (20) fließt,
    wobei das Kältemittel vom Verdichter (10) über das zweite Umschaltventil (60) zum zweiten Wärmetauscher (30) und über das erste Umschaltventil (50) wieder zurück zum Verdichter (10) fließt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass als Kältemittel ein zeotropes Kältemittel verwendet wird.
  5. Verfahren zum Betrieb einer Luft-Wasser-Wärmepumpe nach Anspruch 2 oder 3
    wobei der zweiten Wärmetauscher 30 während des Abtauens als Kreuzgegenströmer geschaltet wird und
    wobei Heißgas mit der höchsten Temperatur an der Stelle in den zweiten Wärmetauscher (30) eintritt, wo die größte Eisbildung bzw. Reifbildung auftritt.
  6. Verfahren nach Anspruch 2, wobei
    in der dritten Betriebsart Kreisumkehrabtauung anteilig Wärme zum Abtauen genutzt wird, die mit einer Leistungszahl größer 1 erzeugt wurde, diese Wärme mit der Luft/Wasser-Wärmepumpe durch Wasser bereitgestellt wird, wobei die Kreisumkehrabtauung beendet wird, wenn das Wasser bis in die Nähe des Gefrierpunktes abgekühlt ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 3 und 6, wobei
    die Abtauung vorrangig durch die dritte Betriebsart Kreisumkehr vorgenommen wird, wobei wenn der Verflüssiger, der als zweiten Wärmetauscher (30) während des Abtauens arbeitet, droht einzufrieren, das Abtauen des luftbeaufschlagten zweiten Wärmetauschers (30), der während des Abtauens als Verflüssiger arbeitet, durch eine vierte Betriebsart Heißgasabtauung fortgesetzt wird.
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