[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Wärmepumpenanlage, bei der
ein Verdampfer eines Kältemittelkreislaufs mit einer im offenen Kreislauf geführten
Wärmeträgerflüssigkeit beaufschlagt wird, die ihrerseits über die Umgebungsluft aufgewärmt
wird.
[0002] Bei Wärmepumpen mit Umgebungsluft als Abwärmequelle ist in der Regel der Verdampfer
aufgrund der großen erforderlichen Oberfläche die kostenintensivste Komponente. Die
um mehrere Größenordnung unterschiedlichen Wärmeübergangskoeffizienten auf der Kältemittelseite
einerseits und auf der Luftseite andererseits müssen durch unterschiedlich große Oberflächen
kompensiert werden. Da ferner abhängig vom verwendeten Kältemittel bei der Werkstoffwahl
häufig Korrosionsprobleme zu berücksichtigen sind, muß der Verdampfer zusätzlich
aus sehr teuren Materialien gefertigt werden.
[0003] Es ist bereits versucht worden, durch die Zwischenschaltung eines zusätzlichen Wärmeträgerkreislaufs
mit einer Sole als Wärmeträgerflüssigkeit ein Bindeglied zwischen der Abwärmquelle
Luft einerseits und dem Verdampfer der Wärmepumpe andererseits zu schaffen, um die
vorstehend geschilderten Schwierigkeiten zu vermeiden. Da nun der Verdampfer des
Kältemittelkreislaufs mit der Sole als Wärmeträgerflüssigkeit beaufschlagt wird,
kann er wegen der wesentlich besseren Wärmeübergangsbedingungen kleiner gebaut werden.
Andererseits kann der nunmehr erforderlich werdende zusätzliche Wärmeaustauscher für
den Wärmeaustausch zwischen Luft und Wärmeträgerflüssigkeit aus preisgünstigen Materialien,
beispielsweise Kunststoff gebaut werden, da sowohl die durch die Kältemittel bedingten
Korrosionsprobleme entfallen und darüber hinaus auch keine Druckbeständigkeit mehr
erforderlich ist, da der Kreislauf der Wärmeträgerflüssigkeit offen geführt werden
kann. Der Wärmeaustausch zwischen Luft und Wärmeträgerflüssigkeit kann hierbei beispielsweise
in einem herkömmlichen Kühlturm vorgenommen werden, bei dem die Wärmeträgerflüssigkeit
über einen Füllkörpereinbau gleichmäßig verteilt wird und an den Füllkörpern herabrieselt,
während die Luft mit Hilfe eines Ventilators durch den Füllkörpereinbau hindurchgesaugt
wird. Da die Wärmeträgerflüssigkeit nach dem Durchgang durch den Verdampfer des Kältemittelkreislaufs
abgekühlt worden ist, erfolgt nunmehr durch den Kontakt mit der durchgesaugten Luft
eine entsprechende Aufwärmung, so daß die von der Wärmeträgerflüssigkeit aus der Umgebungsluft
aufgenommenen Wärmemengen wiederum zur Beaufschlagung des Verdampfers des Kältemittelkreislaufs
zur Verfügung stehen.
[0004] Als Wärmeträgerflüssigkeit wurde bisher Wasser verwendet, dem Zusätze beigemischt
waren, beispielsweise Glykole, die den Gefrierpunkt des Wassers herabsetzen, so daß
ein Wärmepumpenbetrieb gerade bei den hier interessierenden Temperaturlagen bei Außentemperaturen
um 0° C möglich ist.
[0005] Der Nachteil der bisher verwendeten Wärmeträgerflüssigkeiten besteht darin, daß
infolge des unmittelbaren Wärmeaustauschs zwischen der Luft einerseits und der aus
dem Verdampfer des Kältemittelkreislaufs mit Temperaturen unter 0° C austretenden
Wärmeträgerflüssigkeit andererseits bei der Luft Taupunktunterschreitungen auftreten
und somit die in der Luft enthaltene Feuchtigkeit kondensiert und sich auf der von
der Wärmeträgerflüssigkeit beaufschlagten Fläche des Füllkörpereinbaus niederschlägt
und von der aus einer Glykol-Wasser-Mischung bestehenden Wärmeträgerflüssigkeit aufgenommen
wird. Damit wird mit zunehmender Betriebsdauer die Wärmeträgerflüssigkeit durch das
aufgenommene Kondenswasser verdünnt und zugleich die Menge der umlaufenden Wärmeträgerflüssigkeit
erhöht, so daß unter ungünstigen klimatischen Bedingungen die Austauschereinrichtung
für den Wärmeaustausch zwischen Luft und Wärmeträgerflüssigkeit vereist. Eine Regelung
zur Konstanthaltung der Mischungskonzentration ist aufwendig und die fortlaufende
Entsorgung der jeweils mit Wasser verdünnten Wärmeträgerflüssigkeit ist kostenaufwendig.
[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Betriebsverfahren zu schaffen, mit
dem die vorstehend geschilderten Nachteile vermieden werden.
[0007] Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß als Wärmeträgerflüssigkeit
eine mit Wasser nicht mischbare Flüssigkeit verwendet wird. Besonders zweckmäßig
ist es, wenn in Ausgestaltung der Erfindung die mit Wasser nicht mischbare Wärmeträgerflüssigkeit
eine von Wasser deutlich abweichende Dichte aufweist. Dies hat den Vorteil, daß die
im Bereich der Austauschereinrichtung kondensierende Luftfeuchtigkeit zwar von der
Wärmeträgerflüssigkeit mitgenommen, jedoch von dieser nicht aufgenommen wird. Das
Wasser kann dann von der Wärmeträgerflüssigkeit in einfacher Weise getrennt werden.
Die Trennung von Wasser und Wärmeträgerflüssigkeit ist besonders dann ohne großen
Aufwand möglich, wenn die Dichteunterschiede zwischen dem Wasser und der Wärmeträgerflüssigkeit
deutlich unterschieden sind. Da die Wärmeträgerflüssigkeit und das durch Kondensation
von der Wärmeträgerflüssigkeit mitgenommene Wasser sich nicht mischen, kann bei entsprechender
Ausgestaltung der Abscheideeinrichtung, die beispielsweise auch ein einfaches Absitzbecken
sein kann, das Wasser beispielsweise unmittelbar in die Kanalisation abgeleitet werden.
Es muß lediglich Vorsorge dafür getroffen werden, daß eine einwandfreie Trennung erfolgt.
In besonders zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß als Wärmeträgerflüssigkeit
ein Öl verwendet wird.
[0008] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Wärmeträgerflüssigkeit
vor der Beaufschlagung des Verdampfers über eine Einrichtung zum Abscheiden von Wasser
geführt wird. Hierdurch wird zum einen vermieden, daß das beim Wärmeaustausch der
Wärmeträgerflüssigkeit aufgenommene Kondenswasser in der zum Betrieb des Kreislaufes
erforderlichen Pumpe mit der Wärmeträgerflüssigkeit emulgiert wird und anschließend
im Verdampfer des Kältemittelkreislaufes infolge der Abkühlung auf Temperaturen unter
0° C auskristallisiert und Vereisungen in diesem Bereich hervorruft.
[0009] Die Erfindung wird anhand eines Fließbildes näher erläutert. An einer Wärmepumpenanlage
1 üblicher Bauart ist ein Verdampfer 2 angeordnet, der einerseits durch das Kältemittel
der Wärmepumpenanlage durchströmt ist und andererseits mit einer Wärmeträgerflüssigkeit
beaufschlagt ist.
[0010] Die Wärmeträgerflüssigkeit, beispielsweise ein Wärmeträgeröl wird über eine Rohrleitung
4 aus dem Verdampfer 2 abgezogen und über Düsen 5 einer Wärmetauschereinrichtung
6 zugeführt. Die Wärmetauschereinrichtung 6 ist nach Art eines Kühlturms aufgebaut,
der einen Füllkörpereinbau 7 aufweist, auf den die Wärmeträgerflüssigkeit über die
Düsen 5 aufgedüst wird. Mit Hilfe eines Ventilators 8 wird von unten nach oben Luft
durch den Füllkörpereinbau 7 hindurchgezogen, so daß die Luft in direktem Kontakt
der von oben nach unten durch den Füllkörpereinbau 7 herablaufenden Wärmeträgerflüssigkeit
tritt. Die Wärmeträgerflüssigkeit wird in einem Sammelbehälter 9 aufgefangen, aus
dem sie mit Hilfe einer Pumpe 10 abgesaugt und über die Rohrleitung 3 durch den Verdampfer
2 der Wärmepumpenanlage 1 hindurchgedrückt wird.
[0011] Oberhalb der Düsen 5 ist ein Tropfenabscheider 11 üblicher Bauart angeordnet, durch
den vom Luftstrom mitgerissene Tropfen der Wärmeträgerflüssigkeit abgefangen werden.
[0012] Die aus dem Verdampfer 2 austretende Wärmeträgerflüssigkeit ist durch die Wärmeabgabe
an das in der Wärmepumpenanlage 1 im Kreislauf geführte Kältemittel abgekühlt worden,
bei entsprechender Betriebslage beispielsweise auf eine Temperatur von -11° C. Die
soweit abgekühlte Wärmeträgerflüssigkeit wird nun auf den Füllkörpereinbau 7 aufgegeben,
so daß sie durch den unmittelbaren Kontakt mit der Umgebungsluft aufgeheizt wird,
die beispielsweise eine Temperatur von +5° C aufweist. Das hierbei sich auf der Wärmeträgerflüssigkeit
niederschlagende Kondenswasser wird mit der Wärmeträgerflüssigkeit in den Sammelbehälter
9 mitgenommen. Da die Wärmeträgerflüssigkeit jedoch mit Wasser nicht mischbar ist,
wie dies beispielsweise bei einem Wärmeträgeröl der Fall ist, ergibt sich durch einen
Absetzvorgang eine einwandfreie Abtrennung des aufgenommenen Kondenswassers, so daß
dieses gesondert aus dem Sammelbehälter 9 in entsprechenden Intervallen abgezogen
werden kann.
1. Verfahren zum Betrieb einer Wärmepumpenanlage, bei der der Verdampfer eines Kältemittelkreislaufs
mit einer im offenen Kreislauf geführten Wärmeträgerflüssigkeit beaufschlagt wird,
die ihrerseits über die Umgebungsluft aufgewärmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmeträgerflüssigkeit eine mit Wasser nicht mischbare Flüssigkeit verwendet
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Wasser nicht mischbare
Wärmeträgerflüssigkeit eine von Wasser deutlich abweichende Dichte aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmeträgerflüssigkeit
ein Öl verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeträgerflüssigkeit
vor der Beaufschlagung des Verdampfers über eine Einrichtung zum Abscheiden von Wasser
geführt wird.