Vorrichtung zur Anhebung des Verdampferdruckes für Wärmepumpen und/oder Kältemaschinen mit zeotropen Kältemitteln

Beschreibung

Technisches Gebiet: Wärmepumpen und/oder Kältemaschinen mit Dampfprozess

[0001] Wärmepumpen und Kältemaschinen bestehen in ihrer einfachsten Ausführung aus einem wärmeaufnehmenden (1) und einem wärmeabgebenden (2) Wärmetauscher, einem energieaufnehmenden Verdichteraggregat (3) und einer Drossel- oder Expandiereinrichtung (4). Sie können als Kaltgas- oder Kaltdampfmaschinen ausgeführt werden. Dies ist in Fig. 1 dargestellt.

[0002] Eine Wärmepumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist z.B. aus der US-A-4 406 135 bekannt.

[0003] Der Patentanspruch betrifft Wärmepumpen und/oder Kältemaschinen mit Dampfprozess, das heisst es zirkuliert im System ein Stoff der sowohl gasförmig als auch flüssig auftritt. Insbesondere betrifft der Patentanspruch wärmepumpen und/oder Kältemaschinen, welche mit einem Kältemittel mit zeotropem Verhalten betrieben werden. Sie sind dadurch gekennzeichnet, dass Kondensation bzw. Verdampfung nicht bei einem bestimmten Temperaturpunkt, sondern bei gleitender Temperatur (Glide), das heisst in einem Temperaturbereich, stattfinden.

[0004] Wärmepumpen und/oder Kältemaschinen gemäss dem Patentanspruch werden zusätzlich mit einem Sauggas-Flüssiggas-Wärmetauscher (5), interner Wärmetauscher genannt, ausgerüstet und der Fühler (6) des Expansionsventils an der Saugleitung derart angeordnet, dass er nach, statt vor diesem internen Wärmetauscher montiert ist. Diese Vorrichtung ist in Fig. 2 dargestellt. Falls mehrere interne Wärmetauscher vorhanden sind, ist der Fühler (6) zwischen dem letzten internen Wärmetauscher und dem Kompressor plaziert.

[0005] Die Fig. 3 zeigt das Druck-Enthalpie-Diagramm (log p / h - Diagramm) mit dem Prozess ohne (gestrichelte Linie) und mit (ausgezogene Linie) der Vorrichtung gemäss Patentanspruch. Im Text werden die Diagrammstrecken folgendermassen bezeichnet: 1. Buchstabe = Streckenanfang, → = bis, 2. Buchstabe = Streckenende.

[0006] Durch diese Vorrichtung wird:

1. die Flüssigkeit vor dem Drossel-/Expandierorgan stärker unterkühlt (A→B) und der Flüssigkeitsanteil am Eintritt (7, C) in den Verdampfer vergrössert. Der im Verdampfer nutzbare Anteil des Glides wird dadurch vergrössert (C→E).

2. das Kältemittel nicht im Verdampfer (1) sondern erst im zusätzlichen internen Wärmetauscher (5) fertig verdampft (D→E) und überhitzt (E→F), und die gesamte Verdampferfläche steht bei höherem Flüssigkeitsanteil für die Verdampfung zur Verfügung.

3. im Druck-Enthalpie-Diagramm der Verdampfungsprozess durch diese Massnahmen bei gleichbleibenden Temperaturen nach links, zu höheren Drücken (C'→C) verschoben. Dadurch wird der Verdampfungsdruck erhöht und somit die Druckdifferenz zwischen Kondensation und Verdampfung verringert (A→C' wird zu B→C), wodurch die Leistungsaufnahme des Kompressors geringer und somit die Leistungszahl erhöht wird.

Ansprüche

1. Wärmepumpe und/oder Kältemaschine nach dem Dampf-Kompressionsprinzip mit einem zeotropen Kältemittel, umfassend einen wärmeaufnehmenden Verdampfer (1), einen wärmeabgebenden Kondensator (2), ein mit einer Saugleitung versehenes Verdichteraggregat (3), ein Expansionsventil (4) und einen zusätzlichen, internen und mit dem Austritt des Verdampfers (1) verbundenen Gegenstrom-Wärmetauscher (5), wobei ein Fühler (6) des Expansionsventils (4) an der Saugleitung nach dem Ausgang des internen Gegenstrom-Wärmetauschers (5) niederdruckseitig angeordnet ist und wobei einerseits zur Fertigverdampfung (D->E) und Überhitzung (E->F) und andererseits zur Unterkühlung (A->B) des Kältemittels der Gegenstrom-Wärmetauscher (5) mit dem Austritt des Kondensators (2) und das Expansionsventil (4) mit dem Eintritt des Verdampfers (1) verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass im internen, als Koaxialwärmetauscher ausgebildeten Gegenstrom-Wärmetauscher (5) niederdruckseitig Mittel vorgesehen sind, die den am Eintritt mitgeführten Flüssigkeitsanteil in Kontakt mit der Wärmetauscherfläche bringen, wobei diese Mittel aus einem spiralförmig verwundenen Blechstreifen gebildet sind, der dem Massestrom einen Drall erteilt, um die schwereren Flüssigkeitstropfen im Flüssigkeitsdampfgemisch an die Wärmetauscherwand zu schleudern.

2. Wärmepumpe und/oder Kältemaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei Vorhandensein mehrerer Gegenstrom-Wärmetauscher (5) der Fühler (6) zwischen dem letzten internen Gegenstrom-Wärmetauscher (5) und dem Verdichteraggregat (3) angeordnet ist.

Claims

1. A heat pump and/or refrigerator operating on the steam compression principle with a zeotropic refrigerant, comprising a heat-absorbing vaporizer (1), a heat-dissipating capacitor (2), a condenser unit (3) provided with an intake-line, an expansion valve (4) and an additional internal counter-current exchanger (5) in communication with the exit of the vaporizer (1), wherein a sensor (6) of the expansion valve (4), at the low pressure side, is disposed on the intake line toward the exit of the internal counter-current heat exchanger (5), and wherein, for final vaporization (D →E) and superheating (E →F), on the one hand, and for supercooling (A→B) of the refrigerant, on the other hand, the counter-current heat exchanger (5) is in communication with the exit of the capacitor (2) and the expansion valve (4) is in communication with the inlet of the vaporizer (1),
characterized in that means are provided, on the low pressure side, in the internal counter-current heat exchanger (5) designed as a coaxial heat exchanger, which bring into contact the liquid share entrained at the inlet, with the heat exchanger surface, with the said means being formed of a helically-shaped sheet metal strip twisting the mass flow to throw the heavy liquid droplets contained in the liquid/steam mix against the heat exchanger wall.

2. A heat pump and/or refrigerator according to claim 1,
characterized in that in the presence of a plurality of counter-current heat exchangers (5), the sensor (6) is disposed between the last internal counter-current heat exchanger (5) and the condenser unit (3).

Revendications

1. Pompe à chaleur et/ou machine frigorifique selon le principe de compression de vapeur avec un agent réfrigérant zéotrope comprenant un évaporateur récepteur de chaleur (1), un condensateur émetteur de chaleur (2), un agrégat compresseur (3) pourvu d'une conduite d'aspiration, une vanne d'expansion (4) et un échangeur thermique à contrecourant (5) supplémentaire interne relié à la sortie de l'évaporateur (1), un capteur (6) de la vanne d'expansion (4) étant placé côté basse pression sur la conduite d'aspiration après la sortie de l'échangeur thermique interne à contrecourant (5) et l'échangeur thermique à contrecourant (5) étant relié à la sortie du condensateur (2) d'une part pour l'évaporation finale (D→E) et le surchauffement (E→F) et d'autre part pour le surrefroidissement (A→B) du réfrigérant et la vanne d'expansion (4) étant reliée à l'entrée de l'évaporateur (1),
caractérisée en ce
que des moyens sont prévus côté basse pression dans l'échangeur thermique interne à contrecourant (5), configuré comme échangeur thermique coaxial, moyens qui mettent la part de liquide entraîné à l'entrée en contact avec la surface de l'échangeur thermique, ces moyens étant formés par une bande de tôle tordue en spirale qui donne au courant de masse un couple d'inertie pour centrifuger les gouttes de liquide plus lourdes dans le mélange de liquide sur la paroi de l'échangeur thermique.

2. Pompe à chaleur et/ou machine frigorifique selon la revendication 1,
caractérisée en ce
que, lors de l'existence de plusieurs échangeurs thermiques à contrecourant (5), le capteur (6) est placé entre le dernier échangeur thermique interne à contrecourant (5) et l'agrégat compresseur (3).

Zeichnung