WÄRMEPUMPE MIT OPTIMIERTEM KÄLTEMITTELKREISLAUF

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wärmepumpe mit einem Kältemittelkreislauf mit einem Verdichter, einem Expansionsorgan, einem Verflüssiger und einem Verdampfer, die an Kältemittelleitungen angeschlossen sind, und einem im Kältemittelkreislauf enthaltenen Kältemittel, welches mittels des Verdichters im Kältemittelkreislauf umgetrieben werden kann.

[0002] In Kältemittelkreisläufen von Wärmepumpen werden häufig brennbare Kältemittel (wie R-454-C) verwendet, da diese gegenüber bisher verwendeten Kältemitteln als umweltverträglicher gelten. Jedoch sind bei Verwendung neuerer, vor allem brennbarer Kältemittel häufig erhöhte Sicherheitsanforderungen zu beachten und entsprechende Maßnahmen zu erfüllen, wie besondere Anforderungen an den Aufstellort, die die Herstellung und den Betrieb dieser Wärmepumpen verteuern. Dies ist umso spürbarer, je mehr Kältemittel verwendet wird.

[0003] EP 1 762 796 A1 beschreibt eine Klimaanlage, die mit einem Wärmequellen-Kältemittelkreislauf und mit dem Wärmequellen-Kältemittelkreislauf verbundenen Nutzungskältemittelkreisläufen ausgestattet ist, die Regelbreite zu erweitern, wenn die Kondensationsfähigkeit eines Wärmequellen-Wärmetauschers durch ein Wärmequellen-Expansionsventil geregelt wird. Eine Klimaanlage ist mit einem Wärmequellen-Kältemittelkreislauf, Nutzungskältemittelkreisläufen, einem Druckbeaufschlagungskreislauf und einem Kühler ausgestattet. Der Wärmequellen-Kältemittelkreislauf ist durch die Zusammenschaltung eines Kompressionsmechanismus, eines Wärmequellen-Wärmetauschers und eines Wärmequellen-Expansionsventils, das den Druck des im Wärmequellen-Wärmetauscher kondensierten Kältemittels reduziert, konfiguriert. Der Druckbeaufschlagungskreislauf ist im Wärmequellen-Kältemittelkreislauf angeordnet und bewirkt, dass das im Verdichtungsmechanismus komprimierte Hochdruck-Kältemittelgas mit dem Kältemittel verschmilzt, dessen Druck im Wärmequellen-Expansionsventil reduziert wird und das zu den Nutzungskältemittelkreisläufen geleitet wird. Der Kühler kühlt das Kältemittel, dessen Druck im Wärmequellenexpansionsventil reduziert wurde und das zu den Nutzkältemittelkreisläufen geleitet wird. Des Weiteren offenbart EP 1 762 796 A1 eine Wärmepumpe gemäß des Präambels des Anspruchs 1.

[0004] EP 1 091 185 A2 beschreibt einen Plattenwärmetauscher mit übereinander angeordneten, Strukturierungen aufweisenden Wärmeübertragungsplatten, zwischen welchen primärseitige Strömungskanäle für ein erstes Wärmetauschermedium, insbesondere ein zu verdampfendes Medium, und sekundärseitige Strömungskanäle für ein zweites Wärmetauschermedium, insbesondere ein Wärmeträgermedium, ausgebildet sind, wobei die primärseitigen und/oder die sekundärseitigen Strömungskanäle jeweils zwischen zwei benachbarten Wärmeübertragungsplatten ausgebildet sind, deren Strukturierungen unter Beibehaltung eines minimalen Abstandes wenigstens teilweise ineinander greifen.US 2010/251 760 A1 beschreibt ein System für die Kälte-, Heiz- oder Klimatechnik, insbesondere eine Kälteanlage, mit einem Arbeitsmittelkreislauf, der einen Verdichter, einen Verflüssiger, ein Expansionsventil und einen Verdampfer aufweist, die in Strömungsrichtung hintereinander geschaltet sind. Ein besonders stabiles Betriebsverhalten des Systems wird dadurch erreicht, dass Mittel vorgesehen sind, die das zum Expansionsventil strömende flüssige Arbeitsmittel mit dem vom Expansionsventil zum Verdampfer strömenden Arbeitsmittel thermisch koppeln, um die Temperatur des flüssigen Arbeitsmittels konstant zu halten.

[0005] EP 3 165 852 A1 beschreibt eine Anti-Frost-Wärmepumpe, die in der Lage ist, das Vereisen eines Verdampfers während eines Unterkühlungsprozesses zu verhindern, indem die im Unterkühlungsprozess freigesetzte Wärme in Unterkühlungsmitteln verwendet wird. Die Wärmepumpe umfasst einen Kältemittelkreislauf mit einem Verdampfer, einem Kondensator, einer Unterkühlungseinrichtung, die so angeordnet ist, dass sie einen Unterkühlungsprozess zum Kühlen eines aus dem Kondensator strömenden Kältemittels durchführt, und einer Wärmeübertragungseinrichtung, die so angeordnet ist, dass sie die vom Kältemittel im Unterkühlungsprozess freigesetzte Wärme während des Unterkühlungsprozesses von der Unterkühlungseinrichtung auf den Verdampfer überträgt. Ein Verfahren zum Abtauen umfasst einen Unterkühlungsschritt zum Durchführen eines Unterkühlungsprozesses zum Kühlen eines aus dem Kondensator strömenden Kältemittels und einen Wärmeübertragungsschritt zum Übertragen von Wärme, die von dem Kältemittel in dem Unterkühlungsprozess des Unterkühlungsschritts freigesetzt wird, an den Verdampfer während des Unterkühlungsprozesses.

[0006] EP 3 543 626 A1 beschreibt eine Wasser-Lithiumbromid-Absorptionskälteanlage mit einem Hochdruckbehälter, mit einem das Kältemittel unter Wärmezufuhr aus dem Lösungsmittel austreibenden Generator und einem das ausgetriebene Kältemittel kondensierenden Kondensator, und einem Niederdruckbehälter, mit einem das Kältemittel unter Wärmeentzug verdampfenden Verdampfer, sowie einem Absorber zur Absorption des im Verdampfer verdampften Kältemitteldampfs im Lösungsmittel. Die Wasser-Lithiumbromid-Absorptionskälteanlage zeichnet sich unter anderem insbesondere dadurch aus, dass alle Wärmeübertrager, also der Wärmeübertrager des Generators, der Wärmeübertrager des Kondensators, der Wärmeübertrager des Verdampfers und auch der Wärmeübertrager des Absorbers als offene asymmetrische Plattenwärmeübertrager ausgebildet und dass vorzugsweise in einem eckigen Grundrahmen der Hochdruckbehälter, der Niederdruckbehälter wie auch alle Verbindungsleitungen mit den in bzw. zwischen diesen angeordneten Bauteilen, wie Drosseln oder Pumpen, angeordnet sind.

[0007] Eine Verringerung der Kältemittelmengen wurde bisher über eine Verkleinerung der entsprechenden Komponenten erreicht, was aber zu einer Verminderung der Leistungszahlen der Wärmepumpen führt. Demgegenüber wird, um gewünschte Druckverluste und Übertragungsleistungen, beispielsweise bei Plattenwärmeübertragern, zu erreichen, die Plattenanzahl soweit erhöht, bis die gewünschten Prozessdaten im Kältemittelkreislauf erreicht werden. Eine größere Plattenanzahl des Plattenwärmeübertragers führt aber zu einer höheren Kältemittelfüllmenge der Anlage.

[0008] Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Wärmepumpe mit einem Kältemittelkreislauf anzugeben, welche die beschriebenen Nachteile überwindet und eine Reduzierung der Kältemittelmenge bei weiterhin akzeptablen Leistungszahlen ermöglicht, wodurch Kältemittelkosten reduziert und die Anforderungen an nötige Sicherheitskonzepte gesenkt werden können.

[0009] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den unabhängigen Anspruch gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen werden in den Unteransprüchen angegeben.

[0010] Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Wärmepumpe nach Anspruch 1 vorgeschlagen.

[0011] Die erfindungsgemäße asymmetrische Ausgestaltung der Wärmeübertrager führt bei akzeptablen Leistungszahlen zu einer merklichen Reduzierung der benötigten Kältemittelmenge sowie einer Reduzierung von Anforderungen an sicherheitsbezogene Maßnahmen.

[0012] Wärmepumpen können beispielsweise als Sole-Wasser-Wärmepumpen, Wasser-Wasser-Wärmepumpen oder Luft-Wasser-Wärmepumpen ausgeführt sein. Bei Sole-Wasser-Wärmepumpen und Wasser-Wasser-Wärmepumpen wird der Wärmeübertrager des Verdampfers häufig als Plattenwärmeübertrager ausgeführt, wogegen dieser bei Luft-Wasser-Wärmepumpen gewöhnlich ein Lamellenrohrwärmeübertrager ist.

[0013] In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung weisen die Platten des Wärmeübertragers des Verflüssigers und/oder des Verdampfers eine Pfeilprägung auf, mit einem Pfeilungswinkel von mindestens 45° ("High"-Prägung).

[0014] Ein hoher Pfeilungswinkel oder Prägungswinkel bewirkt eine starke Umlenkung des Fluids, was gegebenenfalls zu einer höheren Leistungszahl führen kann und einen größeren Druckverlust zur Folge hat.

[0015] Ist der Wärmeübertrager des Verdampfers ein Lamellenrohrwärmeübertrager, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Innendurchmesser der Rohre des Lamellenrohrwärmeübertragers 3 bis 7 mm und ihr Außendurchmesser 3,5 bis 7,5 mm beträgt, wodurch auch hier eine Reduzierung der Kältemittelmenge erreicht wird.

[0016] Um die Effizienz des Lamellenrohrwärmeübertragers weiter zu steigern ist vorgesehen, dass die Innenseite der Rohre des Lamellenrohrwärmeübertragers mit einer Berippung versehen ist.

[0017] Die erfindungsgemäße Wärmepumpe kann zur weiteren Optimierung des Prozesses einen inneren Wärmeübertrager umfassen, der als Plattenwärmeübertrager ausgestaltet ist.

[0018] Dabei kann weiterhin vorgesehen sein, dass der innere Wärmeübertrager Platten besitzt, die eine Pfeilprägung mit einem Pfeilungswinkel oder Prägungswinkel von weniger als 45° aufweisen.

[0019] Des Weiteren kann der innere Wärmeübertrager anstatt mit einer Pfeilprägung vorteilhaft mit einer Dimpelprägung ausgeführt sein. Eine Dimple-Prägung ermöglicht eine Reduzierung der Druckverluste auf der Medienseite des Wärmeübertragers sowie eine Reduzierung der Kältemittelmenge.

[0020] Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass der innere Wärmeübertrager derart asymmetrisch ausgestaltet ist, dass ein Volumen der Flüssigkeitsseite gegenüber dem Volumen der Gasseite reduziert ist. Hierdurch wird eine weitere Reduzierung der Kältemittelmenge erreicht.

[0021] Eine weitere Reduzierung der Kältemittelmenge kann dadurch erreicht werden, dass der Innendurchmesser der Flüssigkeitsleitungen, insbesondere der Kältemittelleitungen so gering wie möglich ausgeführt ist.

[0022] Neben der Reduzierung der Kältemittelmenge können durch eine gezielte Auslegung der Flüssigkeitsleitungen Akustikanforderungen erfüllt werden, indem die Innendurchmesser der Flüssigkeitsleitungen, insbesondere der Kältemittelleitungen nach der Formel

ausgelegt werden, wobei bei einer Maximalleistung der Wärmepumpe oder höchsten Drehzahl des Verdichters die Strömungsgeschwindigkeit in den Flüssigkeitsleitungen mindestens 0,5 m/s höchstens aber 3,5 m/s beträgt. Bei kleinen Wärmepumpenleistungen oder kleinen Verdichterdrehzahlen liegt die minimale Strömungsgeschwindigkeit vorzugsweise nicht unter 0,05 m/s, 0,3 m/s oder einem Wert zwischen 0,05 m/s und 0,3 m/s.

[0023] Es gilt die folgende Formel:

[0024] Eie erfindungsgemäße Wärmepumpe umfasst einen Regler, der mit einem Inverter verbunden ist, der den Verdichter ansteuert und der mit dem Expansionsorgan verbunden ist. Dieser Regler ist ausgebildet, den Verdichter und das Entspannungsorgan derart anzusteuern, dass die Strömungsgeschwindigkeit in den Flüssigkeitsleitungen, insbesondere in den Kältemittelleitungen höchstens 3,5 m/s beträgt.

[0025] Weitere Vorteile und bevorzugte Ausgestaltungen werden nachfolgend mit Verweis auf die beigefügten Figuren beschrieben.

[0026] Hierbei zeigen:

Figur 1a:

ein Schaltbild eines Kältekreislaufs einer erfindungsgemäßen Wärmepumpe mit einem Verdampfer als Plattenwärmeübertrager und mit einem inneren Wärmeübertrager,

Figur 1b:

ein Schaltbild eines Kältekreislaufs einer erfindungsgemäßen Wärmepumpe mit einem Verdampfer als Plattenwärmeübertrager,

Figur 1c:

ein Schaltbild eines Kältekreislaufs einer erfindungsgemäßen Wärmepumpe mit einem Verdampfer als Lamellenrohrwärmeübertrager,

Figur 1d:

ein Schaltbild eines Kältekreislaufs einer erfindungsgemäßen Wärmepumpe, mit einem Verdampfer als Lamellenrohrwärmeübertrager und mit einem inneren Wärmeübertrager,

Figur 2a:

eine schematische vergrößerte Schnittansicht eines symmetrischen Plattenwärmeübertragers,

Figur 2b:

eine schematische vergrößerte Schnittansicht eines asymmetrischen Plattenwärmeübertragers,

Figur 2c:

eine schematische vergrößerte Schnittansicht eines Blechs eines asymmetrischen Plattenwärmeübertragers,

Figur 2d:

eine schematische vergrößerte dreidimensionale Schnittansicht eines Blechs eines asymmetrischen Plattenwärmeübertragers,

Figur 3a:

einen Ausschnitt einer Platte eines Plattenwärmeübertragers, mit einer Pfeilverzahnung mit einem Pfeilungswinkel kleiner 45°,

Figur 3b:

einen Ausschnitt einer Platte eines Plattenwärmeübertragers, mit einer Pfeilverzahnung mit einem Pfeilungswinkel größer 45°,

Figur 4:

einen Ausschnitt einer Platte eines Plattenwärmeübertragers, mit einer Dimple-Prägung,

Figur 5:

eine Teilansicht eines Kältemittelkreislaufs, und

Figur 6:

eine Rohführung des Kältemittelkreislaufs.

[0027] Entsprechend dem in Figur 1a, 1b, 1c und 1d dargestellten Schaltbildern eines Kältekreislaufs 100 einer erfindungsgemäßen Wärmepumpe umfasst der Kältekreislauf 100 mindestens einen Verdichter 10, ein Entspannungsorgan 20, einen Verflüssiger 30, einen Verdampfer 40, sowie je nach Ausführung einen inneren Wärmeübertrager 50 und ein 4-Wege-Umschaltventil 60.

[0028] Das gasförmige Kältemittel wird vom Verdichteter 10 komprimiert und dem Wärmeübertrager 32 des Verflüssigers 30 zugeführt, wo es abgekühlt und verflüssigt wird.

[0029] Anschließend wird das verflüssigte Kältemittel nach den Figuren 1b und 1c am Entspannungsorgan 20 entspannt. In den Figuren 1a und 1d erfolgt zunächst eine Unterkühlung im inneren Wärmeübertrager 50.

[0030] Das Kältemittel wird anschließend durch den Wärmeübertrager 42 des Verdampfer 40 geleitet, wo es verdampft und überhitzt wird, um anschließend wieder dem Verdichter 10 zugeführt zu werden (Figuren 1b und 1c).

[0031] In den Figuren 1a und 1d erfolgt im Anschluss an eine Verdampfung im Verdampfer 40 gegebenenfalls eine weitere Verdampfung, sowie eine Überhitzung im inneren Wärmeübertrager 50.

[0032] Der Kältekreislauf 100 weist gemäß Figuren 1c und 1d weiterhin das 4-Wege-Umschaltventil 60 auf.

[0033] Ein innerer Wärmeübertrager 50 ist in dem Kältemittelkreislauf 100 integriert, wie in den Figuren 1a und 1d gezeigt ist.

[0034] Das 4-Wege-Umschaltventil 60 kann weiterhin genutzt werden, um den Wärmeübertrager 42 des Verdampfers 40 zu enteisen. Hierzu wird das 4-Wege-Umschaltventil 60 so geschaltet, dass es eine in Fließrichtung des Kältemittels verlaufende direkte Verbindung zwischen dem Verdichter 10 und dem Wärmeübertrager 42 des Verdampfers 40 sowie eine weitere Verbindung zwischen dem Wärmeübertrager 32 des Verflüssigers 30 und dem inneren Wärmeübertrager 50 schafft. Hierdurch wird, unter Beibehaltung der Fließrichtung des Kältemittels durch den Verdichter 10 die Fließrichtung des Kältemittels durch die übrigen Komponenten des Kältemittelkreislaufs 100 umgekehrt. Dabei fließt komprimiertes und erhitztes gasförmiges Kältemittel vom Verdichter 10 durch den Wärmeübertrager 42 des Verflüssigers 40, um beispielsweise im Fall einer Vereisung den Wärmeübertrager 42 des Verdampfers 40 zu enteisen. Alternativ hierzu kann die Wärmepumpe mit dieser Schaltung des 4-Wege-Umschaltventils 60 auch als Klimaanlage fungieren. Figur 2a zeigt eine schematische vergrößerte Schnittansicht eines symmetrischen Plattenwärmeübertragers. Ein solcher Plattenwärmeübertrager besteht aus einer Anzahl an Platten P_n die eine derartige Prägung aufweisen, dass zwischen benachbarten Platten Kanäle mit Volumina V_M, V_K von identischer Größe entstehen, durch die ein Fluid fließen kann.

[0035] Je nach Tiefe und Form der Prägungen können die beidseits einer einzelnen Platte P_n entstehenden Kanäle gleiche oder auch unterschiedliche Volumina V_M, V_K aufweisen. Sind die Kanäle, wie in Figur 2a zu sehen, von identischer Größe handelt es sich um einen symmetrischen Plattenwärmeübertrager. D.h., das Volumen V_K des im Plattenwärmeübertrager enthaltenen Kältemittels und das Volumen V_M des Mediums, also des Fluids das von dem Kältemittel Wärme aufnimmt oder an dieses abgibt, sind gleich groß, wie in Figur 2a dargestellt.

[0036] Demgegenüber sind die Prägungen zweier benachbarter Platten P_n des in Figur 2b dargestellten asymmetrischen Plattenwärmeübertragers derart unterschiedlich, dass die beidseits einer einzelnen Platte entstehenden Kanäle unterschiedliche Volumina V_K und V_M aufweisen, wobei das Volumen Vm des Mediums größer ist als das Volumen V_K des Kältemittels.

[0037] Der Kältemittelkreislauf 100 der Wärmepumpe entsprechend der vorliegenden Erfindung umfasst einen Verflüssiger 30 sowie einen Verdampfer 40, die jeweils einen Wärmeübertrager 32, 42 beinhalten, wobei zumindest der Wärmeübertrager 32 des Verflüssigers 30 in Form eines asymmetrischen Plattenwärmeübertragers ausgestaltet sein kann (vgl. Fig. 1). Dabei beträgt die Asymmetrie mindestens 10%, d.h., das Volumen V_K des Kältemittels ist gegenüber dem Volumen V_M des Mediums um mindestens 10% kleiner.

[0038] Mit einer aus Rückschlagventilen 71 gebildeten hydraulischen Gleichrichterbaugruppe 70, übertragen aus von der Elektrotechnik bekannten "Grätzbrücke" auf die Hydraulik, wird das Kältemittel in den Betriebszuständen Heizen, Kühlen und Abtauen immer in einer gleichen Richtung R durch die Expansionseinrichtung und vorteilhaft auch durch den inneren Wärmeaustauscher 50 geleitet.

[0039] Die Figuren 2c und 2d zeigen Platten Pn.

[0040] Als Prägungen kommen beispielsweise die in den Figuren 3a und 3b gezeigten Pfeilprägungen oder eine Dimple-Prägung wie in Figur 4 zu sehen, zur Anwendung.

[0041] Bei Pfeilprägungen oder auch Fischgräten-Prägungen bestimmt der Pfeilungs- oder Prägungswinkel β die Höhe des Druckverlusts zwischen Eingangs- und Ausgangsseite des Plattenwärmeübertragers. Ein Prägungswinkel von β > 45°, wie in Figur 3b zu sehen, hat einen hohen Druckverlust zur Folge, wohingegen bei einem in Figur 3a gezeigten Prägungswinkel von β < 45° ein geringer Druckverlust auftritt.

[0042] Eine Dimple-Prägung, wie in Figur 4 zu sehen, ermöglicht neben einem geringen Druckverlust des Wärmeübertragers auch eine Verringerung der Kältemittelmenge.

[0043] Der in Figur 5 und Figur 6 ausschnittsweise und schematisch dargestellte Lamellenrohrwärmeübertrager 42, wie er beispielsweise im Verdampfer 40 des Kältemittelkreises 100 entsprechend Figur 5 eingesetzt ist, beinhaltet eine Anzahl an Verdampferrohren 44, ein Sammelrohr 46 sowie einen Verteiler 48.

[0044] Vom Verteiler 48 aus gehen eine Vielzahl von Kapillarrohren 49 mit vorzugsweise einem Innendurchmesser von vorzugsweise 0,5 bis 3 mm zu den Verdampferrohren 44, wie in Figur 6 gezeigt.

[0045] Zur Verbesserung der Leistungszahlen des Lamellenrohrwärmeübertragers 42 sowie zur Reduzierung der benötigten Kältemittelmenge beträgt der Innendurchmesser der Rohre 44 des Lamellenrohrwärmeübertragers 42 3 bis 7 mm und ihr Außendurchmesser 3,5 bis 7,5 mm. Zusätzlich kann an der Innenseite der Rohre 44 des Lamellenrohrwärmeübertragers 42 eine Berippung angeordnet sein, um die Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und dem Fluid weiter zu verbessern.

[0046] Die Komponenten des Kältemittelkreislaufs sind durch entsprechende Leitungen miteinander verbunden. Zur weiteren Reduzierung der Kältemittelmenge sind diese mit einem möglichst kleinen Innendurchmesser auszuführen.

[0047] Weiterhin soll die Strömungsgeschwindigkeit in den Kältemittelleitungen aus Gründen der Akustik einen Wert von 3,5 m/s nicht überschreiten und im Sinn einer Kältemittelreduzierung einen Wert von 0,5 m/s bei einer maximalen Leistung der Wärmepumpe oder einer maximalen Drehzahl des Verdichters nicht unterschreiten. Für die Auslegung des Innendurchmessers der Rohre gilt die Formel:

[0048] Der Wärmeübertrager 32 des Verflüssigers 30 des Kältekreislaufs 100 nach einer Figur 1a, 1b, 1c oder 1d ist als asymmetrischer Plattenwärmeübertrager, wie im Zusammenhang mit Figur 2b beschrieben, ausgeführt, insbesondere im Fall von Sole-Wasser-Wärmepumpen, Wasser-Wasser-Wärmepumpen oder Luft-Wasser-Wärmepumpen.

[0049] Der Wärmeübertrager 42 des Verdampfers 40 ist ein Lamellenrohrwärmeübertrager, wie in Figur 5 beschrieben. Selbstverständlich kann der Wärmeübertrager 42 des Verdampfers 40 auch als asymmetrischer Plattenwärmeübertrager (Figur 2b) ausgeführt sein, insbesondere im Fall von Sole-Wasser-Wärmepumpen oder Wasser-Wasser-Wärmepumpen.

[0050] Der innere Wärmeübertrager 50 ist ebenfalls als Plattenwärmeübertrager ausgeführt, und weist eine Dimple-Prägung nach Figur 4 auf. Es ist aber ebenfalls möglich, dass dieser mit einer Pfeilprägung versehen ist. Der Plattenwärmeübertrager 50 kann ein symmetrischer oder ein asymmetrischer Plattenwärmeübertrager sein.

Ansprüche

1. Wärmepumpe mit einem Kältemittelkreislauf (100) mit einem Verdichter (10), einem Expansionsorgan (20), einem Verflüssiger (30) und einem Verdampfer (40), die an Kältemittelleitungen angeschlossen sind, und einem im Kältemittelkreislauf (100) enthaltenen Kältemittel, welches mittels des Verdichters (10) im Kältemittelkreislauf (100) umgetrieben werden kann, und

der Verflüssiger (30) und der Verdampfer (40) Wärmeübertrager (32, 42) mit einer Kältemittelseite und einer Medienseite umfassen, wobei der Wärmeübertrager (32) des Verflüssigers (30) ein Plattenwärmeübertrager und der Wärmeübertrager (42) des Verdampfers (40) ein Plattenwärmeübertrager oder ein Lamellenrohrwärmeübertrager ist, umfassend einen Regler, der mit dem Verdichter (10) und dem Expansionsorgan (20) verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertrager (32, 42) von Verflüssiger (30) und/oder Verdampfer (40) derart asymmetrisch zwischen der Kältemittelseite und der Medienseite ausgelegt sind, dass das Volumen der Kältemittelseite gegenüber dem Volumen der Medienseite um mindestens 10% verringert ist, wobei der Regler ausgebildet ist, den Verdichter (10) und das Expansionsorgan (20) derart anzusteuern, dass die Strömungsgeschwindigkeit in den Kältemittelleitungen zumindest in einem Betriebspunkt mindestens 0,05 m/s höchstens aber 3,5 m/s beträgt.

2. Wärmepumpe nach Anspruch 1,
wobei die Platten des Wärmeübertragers (32, 42) des Verflüssigers (30) und/oder des Verdampfers (40) eine Pfeilprägung aufweisen, mit einem Pfeilungswinkel von mindestens 45°.

3. Wärmepumpe nach den Ansprüchen 1 oder 2, mit einem Lamellenrohrwärmeübertrager als Wärmeübertrager (42) des Verdampfers (40),
wobei der Innendurchmesser der Rohre des Lamellenrohrwärmeübertragers 3 bis 7 mm und ihr Außendurchmesser 3,5 bis 7,5 mm beträgt.

4. Wärmepumpe nach Anspruch 3,
wobei die Innenseite der Rohre des der Lamellenrohrwärmeübertragers mit einer Berippung versehen ist.

5. Wärmepumpe nach einem der vorherigen Ansprüche,
weiterhin enthaltend einen inneren Wärmeübertrager (50) der als Plattenwärmeübertrager ausgestaltet ist.

6. Wärmepumpe nach Anspruch 5,
wobei Platten des inneren Wärmeübertragers (50) eine Pfeilprägung mit einem Pfeilungswinkel von weniger als 45° aufweisen.

7. Wärmepumpe nach Anspruch 5,
wobei die Platten des inneren Wärmeübertragers (50) eine Dimple-Prägung aufweisen.

8. Wärmepumpe nach Anspruch 5, 6 oder 7
wobei der innere Wärmeübertrager (50) asymmetrisch ausgestaltet ist.

9. Wärmepumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser der Flüssigkeitsleitungen, insbesondere der Kältemittelleitungen so gering wie möglich ausgeführt ist.

10. Wärmepumpe nach Anspruch 9, wobei zur Einhaltung von Akustikanforderungen und der Reduktion der Kältemittelfüllmenge der Wärmepumpe in einem Betriebspunkt der Innendurchmesser der Flüssigkeitsleitungen, insbesondere die Kältemittelleitungen nach der Formel

ausgelegt sind.

Claims

1. A heat pump with refrigerant circuit (100) comprising a compressor (10), an expansion valve (20), a condenser (30), and an evaporator (40), which are connected to refrigerant lines, and a refrigerant contained within the refrigerant circuit (100), which can be circulated in the refrigerant circuit (100) by the compressor (10), and wherein the condenser (30) and the evaporator (40) include heat exchangers (32, 42) comprising a refrigerant side and a medium side, wherein the heat exchanger (32) of the condenser (30) is a plate heat exchanger and the heat exchanger (42) of the evaporator (40) is a plate heat exchanger or a finned tube heat exchanger, including a controller connected to the compressor (10) and the expansion valve (20),
characterised in that the heat exchangers (32, 42) of the condenser (30) and/or the evaporator (40) are designed asymmetrically between the refrigerant side and the medium side such that the volume of the refrigerant side is reduced by at least 10 % relative to the volume of the medium side, wherein the controller is configured to control the compressor (10) and the expansion valve (20) such that the flow velocity in the refrigerant lines, at least at an operating point, is at least 0.05 m/s but at most 3.5 m/s.

2. The heat pump according to claim 1,
wherein the plates of the heat exchanger (32, 42) of the condenser (30) and/or of the evaporator (40) have a chevron embossing comprising a chevron angle of at least 45°.

3. The heat pump according to claims 1 or 2, comprising a finned tube heat exchanger as the heat exchanger (42) of the evaporator (40),
wherein the inside diameter of the tubes of the finned tube heat exchanger is 3 to 7 mm and the outside diameter thereof is 3.5 to 7.5 mm.

4. The heat pump according to claim 3,
wherein the inside of the tubes of the finned tube heat exchanger is provided with a ribbing.

5. The heat pump according to any of the preceding claims,
further containing an internal heat exchanger (50) configured as a plate heat exchanger.

6. The heat pump according to claim 5,
wherein plates of the internal heat exchanger (50) have a chevron embossing comprising a chevron angle of less than 45°.

7. The heat pump according to claim 5,
wherein the plates of the internal heat exchanger(50) comprise a dimple embossing.

8. The heat pump according to claim 5, 6, or 7,
wherein the internal heat exchanger(50) is configured to be asymmetric.

9. The heat pump according to one of the preceding claims,
characterised in that the inside diameter of the liquid lines, in particular the refrigerant lines, is implemented to be as small as possible.

10. The heat pump according to claim 9, wherein, in order to comply with acoustic requirements and the reduction of the refrigerant capacity of the heat pump at an operating point, the inside diameters of the liquid lines, in particular the refrigerant lines, are designed according to the formula

Revendications

1. Pompe à chaleur pourvue d'un circuit frigorifique (100) comportant un compresseur (10), un élément d'expansion (20), un condenseur (30) et un évaporateur (40), qui sont reliés à des conduites de fluide frigorigène, et pourvue d'un fluide frigorigène contenu dans le circuit frigorifique (100) et qui peut être mis en circulation dans le circuit frigorifique (100) au moyen du compresseur (10) et le condenseur (30) et l'évaporateur (40) comprenant des échangeurs de chaleur (32, 42) avec un côté fluide frigorigène et un côté fluide ambiant, l'échangeur de chaleur (32) du condenseur (30) étant un échangeur de chaleur à plaques et l'échangeur de chaleur (42) de l'évaporateur (40) étant un échangeur de chaleur à plaques ou un échangeur de chaleur à ailettes et à tubes, comprenant un régulateur qui est relié au compresseur (10) et à l'élément d'expansion (20),
caractérisée en ce que les échangeurs de chaleur (32, 42) du condenseur (30) et/ou de l'évaporateur (40) sont conçus de façon asymétrique entre le côté fluide frigorigène et le côté fluide ambiant de telle manière que le volume du côté fluide frigorigène est réduit d'au moins 10 % par rapport au volume du côté fluide ambiant, le régulateur étant réalisé de façon à commander le compresseur (10) et l'élément d'expansion (20) de telle manière que la vitesse d'écoulement dans les conduites de fluide frigorigène est d'au moins 0,05 m/s, mais au maximum de 3,5 m/s en au moins un point de fonctionnement.

2. Pompe à chaleur selon la revendication 1,
dans laquelle les plaques de l'échangeur de chaleur (32, 42) du condenseur (30) et/ou de l'évaporateur (40) présentent un estampage en forme de flèche avec un angle de flèche d'au moins 45°.

3. Pompe à chaleur selon la revendication 1 ou 2, comportant un échangeur de chaleur à ailettes et à tubes en guise d'échangeur de chaleur (42) de l'évaporateur (40),
le diamètre intérieur des tubes de l'échangeur de chaleur à ailettes et à tubes étant de 3 à 7 mm et leur diamètre extérieur de 3,5 à 7,5 mm.

4. Pompe à chaleur selon la revendication 3,
dans laquelle le côté intérieur des tubes de l'échangeur de chaleur à ailettes et à tubes est pourvu d'un nervurage.

5. Pompe à chaleur selon l'une des revendications précédentes,
comprenant en outre un échangeur de chaleur interne (50) qui est réalisé sous la forme d'un échangeur de chaleur à plaques.

6. Pompe à chaleur selon la revendication 5,
dans laquelle des plaques de l'échangeur de chaleur interne (50) présentent un estampage en forme de flèche avec un angle de flèche inférieur à 45°.

7. Pompe à chaleur selon la revendication 5,
dans laquelle les plaques de l'échangeur de chaleur interne (50) présentent un estampage bosselé.

8. Pompe à chaleur selon la revendication 5, 6 ou 7,
dans laquelle l'échangeur de chaleur interne (50) est réalisé asymétrique.

9. Pompe à chaleur selon l'une des revendications précédentes,
caractérisée en ce que le diamètre intérieur des conduites de liquide, en particulier des conduites de fluide frigorigène est exécuté le plus faible possible.

10. Pompe à chaleur selon la revendication 9, dans laquelle, pour respecter des exigences acoustiques et réduire la quantité de remplissage de fluide frigorigène de la pompe à chaleur en un point de fonctionnement, le diamètre intérieur des conduites de liquide, en particulier les conduites de fluide frigorigène, sont dimensionnés selon la formule

Zeichnung