Wärmepumpenvorrichtung

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Wärmepumpenvorrichtung.

[0002] Wärmepumpen werden typischerweise zur Erwärmung von Heizungswasser oder Warmwasser verwendet. Hierbei erfolgt eine Kondensation des Kältemittels im Kältemittelkreis unter hohem Druck und bei einer hohen Temperatur, und die Wärme wird an ein Wärmeträgermedium wie beispielsweise Heizungswasser abgegeben. Das verflüssigte Kältemittel wird anschließend in einem Drosselorgan entspannt und verdampft unter Aufnahme von Umgebungswärme im Verdampfer. Das verdampfte Kältemittel wird von dem Verdichter der Wärmepumpe komprimiert und im Kondensator der Wärmepumpe verflüssigt.

[0003] Als Verdichter können beispielsweise Scroll-Verdichter mit einer Dampfeinspritzung in Wärmepumpen verwendet werden. Die Dampfeinspritzung erweist sich dahingehend als vorteilhaft, dass die Heizleistung nicht so stark wie bei einem Verdichter ohne Dampfeinspritzung abnimmt, wenn die Wärmequellentemperatur sinkt. Verdichter mit Dampfeinspritzung sind vorteilhaft im Vergleich zu Verdichtern mit Flüssigkeitseinspritzung, weil die Dampfeinspritzung effizienter ist als z.B eine Flüssigkeitseinspritzung.

[0004] Die Dampfeinspritzung bei einem Scroll-Verdichter erfolgt derart, dass das flüssige Kältemittel durch ein Expansionsventil gedrosselt und anschließend in einem Wärmeübertrager bzw. einem Economiser verdampft und überhitzt wird. Das überhitzte Kältemittel wird anschließend in den Verdichter eingespritzt. Wie bereits vorstehend angeführt, ist eine Einspritzung von leicht überhitztem Kältemittel effizienter als eine Einspritzung von flüssigem Kältemittel. Wenn sich die Wärmepumpe im Stillstand befindet, muss vor dem Expansionsventil ein zusätzliches Magnetventil platziert werden, welches im Stillstand geschlossen ist, um zu verhindern, dass flüssiges Kältemittel sich in den Verdichtern verlagert.

[0005] Fig. 2 zeigt einen Kältekreis einer Wärmepumpe gemäß dem Stand der Technik. Der Kältekreis weist einen Verdichter 10, einen Verflüssiger 20, einen Verdampfer 30, ein Magnetventil 40, ein thermostatisches Expansionsventil 50, einen Economiser 60 und ein Expansionsventil 70 auf. Das Magnetventil 40 ist vor dem Expansionsventil 50 angeordnet und dient dazu, zu verhindern, dass flüssiges Kältemittel in den Verdichter 10 eintreten kann, wenn die Wärmepumpe sich im Stillstand befindet. Somit wird dem thermostatischen Expansionsventil 50 ein Magnetventil 40 vorgeschaltet. Das Magnetventil 40 wird im Stillstand geschlossen, um sicherzustellen, dass während des Stillstandes kein flüssiges Kältemittel in den Verdichter kommt. Durch die Wärmezufuhr auf einem niedrigen Temperaturniveau wird Kältemittel in dem Verdampfer 30 verdampft; das verdampfte Kältemittel wird in dem Verdichter 10 verdichtet und somit erhitzt. Das unter hohem Druck stehende Kältemittel gibt seine Wärme in dem Verflüssiger 20 beispielsweise an Heizungswasser ab und kondensiert dabei. Danach wird das Kältemittel in den Expansionsventil 50 gedrosselt und wird anschliessend in dem Verdampfer 30 wieder verdampft.

[0006] EP-A-1 139 039 offenbart ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0007] Der Einsatzbereich von beispielsweise Luft-/Wasserwärmepumpen wird bei tiefen Außentemperaturen und hohen Heizungsvorlauftemperaturen beispielsweise von der Heißgastemperatur begrenzt. Wenn die Heißgastemperatur bzw. die Verdichtungsendtemperatur zu hoch ist (beispielsweise größer 120°C), kann eine thermische Zerstörung des Öls in dem Verdichter stattfinden, wodurch die Schmierung des Verdichters reduziert wird.

[0008] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Betriebssicherheit einer Wärmepumpenvorrichtung zu erhöhen.

[0009] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.

[0010] Die Erfindung betrifft den Gedanken, ein elektronisches Expansionsventil für die Dampfeinspritzung in dem Kältekreis anstatt eines thermostatischen Expansionsventils vorzusehen.

[0011] Von dem Verdichter fließt das Kältemittel zu dem Verflüssiger 20 und von dem Verflüssiger zu dem Economiser, welcher als Wärmeüberträger dient. Mittels des Economisers 60 kann eine Dampfeinspritzung in den Verdichter 10 ermöglicht werden. Hierbei wird dampfförmiges Kältemittel in den Verdichter eingespritzt, d.h. das Kältemittel ist leicht überhitzt. Das flüssige Kältemittel (welches durch den Verflüssiger 20 verflüssigt worden ist) wird dem elektronischen Expansionsventil 80 zugeführt, anschließend wird die thermische Energie des Kältemittels mittels im Economisers 60 zur Überhitzung des einzuspritzenden Kältemittels verwendet.

[0012] Durch die Verwendung eines elektronischen Expansionsventils anstatt eines thermostatischen Expansionsventils kann das zusätzliche Magnetventil entfallen.

[0013] Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand des Unteranspruchs.

[0014] Vorteile und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend auf Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1

zeigt einen Kältekreis einer Wärmepumpenvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, und

Fig. 2

zeigt einen Kältekreis einer Wärmepumpenvorrichtung gemäß dem Stand der Technik.

[0015] Fig. 1 zeigt einen Kältekreis einer Wärmepumpenvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. In dem Kältekreis ist ein Verdichter 10, ein Verflüssiger 20, ein Economiser 60, ein elektronisches Expansionsventil 80, ein weiteres Expansionsventil 70 und ein Verdampfer 30 vorgesehen. Die Funktion des Verdichters, des Verflüssigers, des Economisers, des Expansionsventils 70 und des Verdampfers 30 entspricht dabei der Anordnung und Funktion des Verdichters, Verflüssigers, Economisers, Expansionsventil und Verdampfers gemäß Fig. 2.

[0016] Die für das elektronische Expansionsventil 80 benötigte Regelung kann auf Messwerte eines Verdampferausgangsdrucksensors und auf Messwerte eines Temperatursensors zur Erfassung der Sauggastemperatur basieren. Mit Hilfe des elektronischen Expansionsventils 80 kann die Überhitzung eines Kältemittels somit entsprechend geregelt werden. Da die Dampfeinspritzung in einem Bereich mit einem mittleren Druck erfolgt, welcher zwischen dem Hochdruck und dem Niederdruck vorhanden ist, kann davon ausgegangen werden, dass der entsprechende Mitteldruck bei gleichem Hoch- und Niederdruck sowie bei gleicher Überhitzung ebenfalls gleich sein sollte. Wenn der Hoch- und der Niederdruck mittels Drucksensoren in dem Kältemittelkreis gemessen wird, kann daher der Mitteldruck der Dampfeinspritzung für eine definierte Überhitzung ebenfalls berechnet werden.

[0017] Somit kann die Überhitzung des Kältemittels durch Messung der Temperatur des eingespritzten Kältemittels und des berechneten Mitteldrucks ohne einen weiteren Drucksensor ermittelt werden, insbesondere wenn diese für ein elektronisches Expansionsventil 70 vorhanden sind.

[0018] Mittels des elektronisch geregelten Expansionsventils 80 kann geregelt werden, wie viel Kältemittel durch den Economiser 60 fließt, beispielsweise kann durch Öffnen des Expansionsventils über den berechneten Öffnungsgrad für eine definierte Überhitzung hinaus mehr Kältemittel durch den Economiser fließen, so dass das Kältemittel nicht mehr ausreichend überhitzt wird und mit Anteilen der flüssigen Phase in den Verdichter 10 eingespritzt wird. Durch das Einspritzen von zumindest teilweise flüssigem Kältemittel kann die Heißgastemperatur reduziert werden. Somit kann ebenfalls der Einsatzbereich der Wärmepumpe insbesondere bei tiefen Verdampfungs- und hohen Kondensationstemperaturen erweitert werden, bei denen typischerweise die kritische Heißgastemperatur überschritten wird. Bei einer Überschreitung der Heissgastemperatur wird von einer Überhitzungsregelung auf eine Heißgastemperaturregelung umgeschaltet.

Ansprüche

1. Verfahren zum Betrieb einer Wärmepumpenvorrichtung, mit einem Kältekreis, der ein Kältemittel, einen Verdichter (10), einen Verflüssiger (20), einen Economiser (60), einen Verdampfer (30), ein erstes, elektronisches Expansionsventil (80) und ein zweites Expansionsventil (70) enthält,
wobei durch Wärmezufuhr auf einem niedrigen Temperaturniveau Kältemittel im Verdampfer (30) verdampft, das verdampfte Kältemittel im Verdichter (10) verdichtet und somit erhitzt wird und anschließend das unter hohem Druck stehende Kältemittel seine Wärme im Verfüssiger (20) abgibt und dabei kondensiert,
wobei das erste, elektronische Expansionsventil (80) im Kältekreis zwischen dem Verflüssiger (20) und dem Economiser (60) angeordnet ist, regelbar ist und dadurch gekennzeichnet, daß mittels des ersten, elektronischen Expansionsventiles (80) geregelt wird, wie viel Kältemittel durch den Economiser (60) fließt, so dass das Kältemittel nicht mehr ausreichend überhitzt wird und mit Anteilen der flüssigen Phase in den Verdichter (10) eingespritzt wird und das erste elektronische Expansionsventil im Stillstand der Wärmepumpe geschlossen ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Öffnungsgrad des elektronischen Expansionsventils bei Heißgastemperaturen des Kältemittels unterhalb einer kritischen Temperatur geregelt wird.

Claims

1. Process for the operation of a heat pump unit with a refrigeration cycle, which includes a refrigerant medium, a compressor (10), a condenser (20), an economizer (60), an evaporator (30), a first electronic expansion valve (80) and a second expansion valve (70),
where, through the application of heat at a low temperature level, refrigerant medium in the evaporator (30) evaporates, the evaporated refrigerant medium is compressed in the compressor (10) and is thus heated up, and the refrigerant medium then gives off its heat in the condenser (20) under high pressure, and in doing so condenses,
where the first electronic expansion valve (80) in the refrigeration cycle is located between the condenser (20) and the economizer (60) and is controllable, and is characterized by the fact that the amount of refrigerant medium which flows through the economizer (60) is controlled by the first electronic expansion valve (80), so that the refrigerant medium is no longer sufficiently overheated and is injected with contents of the liquid phase into the compressor (10), and the first electronic expansion valve is closed with standstill of the heat pump.

2. Process according to Claim 1, where a degree of opening of the electronic expansion valve is controlled below a critical temperature in case of hot gas temperatures of the refrigerant medium.

Revendications

1. Procédé d'exploitation d'un dispositif de pompe à chaleur avec un circuit frigorifique contenant un agent réfrigérant, un compresseur (10), un condenseur (20), un économiseur (60), un évaporateur (30), une première soupape de détente électronique (80) et une deuxième soupape de détente (70),
dans lequel l'agent réfrigérant est évaporé dans l'évaporateur (30) grâce à un apport de chaleur à un niveau faible de température, le réfrigérant évaporé est comprimé et chauffé dans le compresseur (10) dégageant ainsi par la suite, sous haute pression, la chaleur dans le condenseur (20) où il s'y condense,
dans lequel la première soupape de détente électronique (80) dans le circuit frigorifique est disposée entre le condenseur (20) et l'économiseur (60), elle est réglable et caractérisée de sorte que moyennant cette première soupape de détente électronique (80), la quantité d'agent frigorifique qui coule à travers l'économiseur (60) est régulée, de sorte qu'il n y ait pas de surchauffe de l'agent réfrigérant, que les parties de la phase liquide ne soient pas injectées dans le compresseur (10) et que la première soupape de détente électronique ne soit pas fermée lors de l'arrêt de la pompe à chaleur.

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le degré d'ouverture de la soupape de détente électronique est régulé en dessous de la température critique des gaz chauds de l'agent réfrigérant.

Zeichnung