Verfahren zum Betrieb einer Wärmepumpenanlage

Abstract

 Bei Wärmepumpenanlagen (1), die aus der Umgebungsluft die Wärme aufnehmen, hat man die Wärmeübertragung von der Luft auf den Verdampfer (2) durch eine Wärmeträgerflüssigkeit bewirkt, die die Wärme aus der Luft in offenem Kontakt auf­nimmt und dann an den Verdampfer (2) abgibt.
Die Wärmeträgerflüssigkeit ist mit Wasser nicht mischbar und weist eine andere Dichte als Wasser auf, beispielsweise ein Öl. Das Kondenswasser kann in einer Beruhigungsstrecke, bei­spielsweise einem Absitzbecken, von der Wärmeträgerflüssig­keit leicht getrennt werden.

Beschreibung

[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.

Ansprüche

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.

Zeichnung