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DE102008046620B4 - High-temperature heat pump and method for its regulation - Google Patents

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DE102008046620B4
DE102008046620B4 DE200810046620 DE102008046620A DE102008046620B4 DE 102008046620 B4 DE102008046620 B4 DE 102008046620B4 DE 200810046620 DE200810046620 DE 200810046620 DE 102008046620 A DE102008046620 A DE 102008046620A DE 102008046620 B4 DE102008046620 B4 DE 102008046620B4
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Eberhard Prof. Wobst
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Abstract

Hochtemperaturwärmepumpe zur Erwärmung eines Fluids auf ein Temperaturniveau bis zu 150°C, die mit Kohlendioxid als Kältemittel im transkritischen Bereich betrieben wird, mit einem Verdampfer (6), mindestens zwei inneren Wärmeübertragern (4, 5), einem Verdichter (1), einem oder mehreren in Reihe geschalteten Gaskühlern (2, 3), einem Kältemittelsammler (7) und einem Kältemitteleinspritzventil (8), wobei der Eingang des Kältemittelsammlers (7) über ein Regelventil (15) sowie über den ersten inneren Wärmeübertrager (4) mit dem Austritt der Reihenschaltung der Gaskühler (2, 3) und der Ausgang des Kältemittelsammlers (7) mit dem Entspannungsventil (8) verbunden ist, und der zweite innere Wärmeübertrager (5), der der Erwärmung des Kohlendioxids vor Eintritt in den Verdichter (1) mittels Heißwasser dient, kältemittelseitig zwischen den Ausgang des ersten inneren Wärmeübertragers (4) und den Eingang des Verdichters (1) geschaltet ist, wobei der wasserseitige Eingang des zweiten inneren Wärmeübertragers (5) über mindestens ein Regelventil (24) mit einem der wasserseitigen Ausgänge der Gaskühler (2, 3) verbunden...High-temperature heat pump for heating a fluid to a temperature level up to 150 ° C, which is operated with carbon dioxide as the transcritical refrigerant, with an evaporator (6), at least two internal heat exchangers (4, 5), a compressor (1), or a plurality of series connected gas coolers (2, 3), a refrigerant collector (7) and a refrigerant injection valve (8), wherein the input of the refrigerant collector (7) via a control valve (15) and via the first internal heat exchanger (4) with the exit of the Series connection of the gas cooler (2, 3) and the output of the refrigerant collector (7) with the expansion valve (8) is connected, and the second internal heat exchanger (5), which serves to heat the carbon dioxide before entering the compressor (1) by means of hot water , refrigerant side, between the output of the first inner heat exchanger (4) and the input of the compressor (1) is connected, wherein the water - side entrance of the second internal heat exchanger (5) via at least one control valve (24) connected to one of the water-side outputs of the gas cooler (2, 3) ...

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Description

Die Erfindung betrifft eine Hochtemperaturwärmepumpe zur Erwärmung eines Fluids, vorzugsweise Wasser, auf ein Temperaturniveau bis 150°C, die mit Kohlendioxid als Kältemittel im transkritischen Bereich betrieben wird. Die Wärmepumpe eignet sich besonders für die industrielle Wärmeerzeugung und Wärmerückgewinnung sowie für Methoden zur Energiespeicherung, bei denen heißes Wasser als Speichermedium eingesetzt wird.The invention relates to a high-temperature heat pump for heating a fluid, preferably water, to a temperature level up to 150 ° C, which is operated with carbon dioxide as a refrigerant in the trans-critical range. The heat pump is particularly suitable for industrial heat generation and heat recovery as well as for energy storage methods where hot water is used as the storage medium.

Wärmepumpen, die mit Kohlendioxid (R744) als Kältemittel betrieben werden, gewinnen zunehmend an Bedeutung. Kohlendioxid ist ein natürliches Kältemittel und zeichnet sich durch ein vielfach geringeres Treibhauspotential als herkömmliche Kältemittel, wie z. B. Fluorkohlenwasserstoffe, aus. Im Gegensatz zu den anderen natürlichen Kältemitteln ist Kohlendioxid weder giftig, wie z. B. Ammoniak und Propylenether, noch kann es mit Luft explosive Gemische bilden, wie z. B. Propan und Butan.Heat pumps operated with carbon dioxide (R744) as refrigerant are becoming increasingly important. Carbon dioxide is a natural refrigerant and is characterized by a much lower global warming potential than conventional refrigerants, such. As fluorohydrocarbons, from. In contrast to the other natural refrigerants, carbon dioxide is neither toxic, such as. As ammonia and propylene ether, nor can it form explosive mixtures with air, such as. As propane and butane.

Der kritische Punkt des Kohlendioxids liegt bei 31,1°C und 73,6 bar. Da Wärmepumpen praktisch immer zur Erzeugung höherer Temperaturen eingesetzt werden, werden sie zwangsläufig im transkritischen Bereich betrieben.The critical point of carbon dioxide is 31.1 ° C and 73.6 bar. Since heat pumps are almost always used to generate higher temperatures, they are inevitably operated in the transcritical range.

In DE 10 2005 044 029 B3 ist eine Wärmepumpe beschrieben, deren Kältemittelkreislauf mit einem Enthitzer, einem Verdampfer, einem Verdichter und einem Drosselorgan im überkritischen Bereich betrieben wird. Die Wärmepumpe weist eine Steuereinheit zum steuern des Drosselorgans auf. Das Drosselorgan wird in Abhängigkeit eines ersten Druckes auf der Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufes betrieben, wenn eine zulässige Überhitzung des Kältemittels im Kältemittelkreislauf vorhanden ist. Wenn sich das Kältemittel im Kältemittelkreislauf außerhalb der zulässigen Überhitzung befindet, wird das Drosselorgan in Abhängigkeit einer ersten Temperatur vor dem Verdichter betrieben.In DE 10 2005 044 029 B3 is a heat pump described, the refrigerant circuit is operated with a desuperheater, an evaporator, a compressor and a throttle body in the supercritical range. The heat pump has a control unit for controlling the throttle body. The throttle body is operated in response to a first pressure on the high-pressure side of the refrigerant circuit when a permissible overheating of the refrigerant in the refrigerant circuit is present. If the refrigerant in the refrigerant circuit is outside the allowable superheat, the throttle body is operated in accordance with a first temperature before the compressor.

Mit WO 2004/057245 A1 ist eine Wärmepumpe beschrieben, bei der durch Überhitzung des Kältemittels vor der Ansaugseite des Verdichters eine Erhöhung der Temperatur des Kältemittels am Ausgang des Verdichters bewirkt wird, ohne dass der Druck des Kältemittels auf der Ausgangsseite des Verdichters zusätzlich erhöht wird.With WO 2004/057245 A1 is a heat pump is described in which caused by overheating of the refrigerant upstream of the suction side of the compressor, an increase in the temperature of the refrigerant at the outlet of the compressor, without the pressure of the refrigerant is additionally increased on the output side of the compressor.

Die Überhitzung soll beispielsweise mit einem Gegenstrom-Wärmetauscher erzielt werden. So wird die gewünschte Erwärmung von Wasser auf 60–90°C erreicht.The overheating should be achieved for example with a countercurrent heat exchanger. Thus, the desired heating of water to 60-90 ° C is achieved.

In mit Kohlendioxid betriebenen Wärmepumpen werden häufig sog. innere Wärmeübertrager eingesetzt, mit denen Wärme von wärmerem, aus den Gaskühlern in den Verdampfer zurückfließendem, Kohlendioxid auf kälteres, aus dem Verdampfer austretendes, Kohlendioxid übertragen wird. Mit inneren Wärmeübertragern wird einerseits eine Erhöhung der Enthalpieänderung ΔH erreicht, andererseits wird jedoch die Dichte des Kältemittels und infolgedessen auch der Kältemittel-Massenstrom verringert. Bei der Verwendung von Kohlendioxid als Kältemittel können mittels innerer Wärmeübertrager die Leistungszahlen von Wärmepumpen erhöht werden, da hier die vorteilhafte Erhöhung der Enthalpieänderung die nachteilige Verringerung der Dichte überwiegt.In heat pumps operated with carbon dioxide, so-called internal heat exchangers are frequently used with which heat is transferred from warmer carbon dioxide flowing back from the gas cooler into the evaporator to colder carbon dioxide emerging from the evaporator. With internal heat exchangers, on the one hand, an increase in the enthalpy change ΔH is achieved, on the other hand, however, the density of the refrigerant and, as a result, the refrigerant mass flow are reduced. When using carbon dioxide as the refrigerant, the performance figures of heat pumps can be increased by means of internal heat exchangers, since the advantageous increase in the enthalpy change outweighs the disadvantageous reduction of the density.

EP 1 396 689 A1 offenbart einen Kältemittelkreislauf, der aus einem Verdichter, einem Wärmetauscher, einem Kältemittelsammler, einem Expansionsventil und einem Verdampfer besteht. Um das Kältemittel nach dem Austritt aus dem Wärmetauscher und vor dem Eintritt in den Kältemittelsammler weiter abzukühlen, strömt dieses durch einen inneren Wärmetauscher. Die dem Kältemittel entzogene Energie wird dem Kältemittel wieder zugeführt, nachdem es den Verdampfer verlassen hat und bevor es wieder in den Verdichter eintritt. Bei Kohlendioxid-Wärmepumpen mit kleineren Leistungen im Bereich von 5 bis 50 kW, die zur Versorgung von Ein- und Mehrfamilienhäusern mit Warmwasser und zum Beheizen eingesetzt werden, ist meist eine Regelung des Hochdruckes installiert. Dem Verdampfer ist ein Kältemittelsammler nachgeschaltet, der aus dem Verdampfer austretendes flüssiges Kohlendioxid aufnimmt. Mit derartigen Wärmepumpen können allerdings keine optimalen Leistungszahlen erreicht werden, da die Kältemitteleinspritzung in den Verdampfer nicht geregelt wird und nicht vermieden werden kann, dass flüssiges Kohlendioxid aus dem Verdampfer austritt. Bei Wärmepumpen mit kleineren Leistungen werden diese Nachteile jedoch üblicherweise aufgrund der geringeren Herstellungskosten in Kauf genommen. EP 1 396 689 A1 discloses a refrigerant circuit consisting of a compressor, a heat exchanger, a refrigerant collector, an expansion valve and an evaporator. To further cool the refrigerant after exiting the heat exchanger and before entering the refrigerant receiver, this flows through an internal heat exchanger. The energy extracted from the refrigerant is returned to the refrigerant after it has left the evaporator and before it re-enters the compressor. In the case of carbon dioxide heat pumps with smaller outputs in the range from 5 to 50 kW, which are used to supply single and multi-family houses with hot water and for heating, a high-pressure regulation is usually installed. The evaporator is followed by a refrigerant collector, which receives from the evaporator leaking liquid carbon dioxide. With such heat pumps, however, no optimal performance figures can be achieved, since the refrigerant injection is not regulated in the evaporator and can not be avoided that liquid carbon dioxide exiting the evaporator. However, with smaller power heat pumps these disadvantages are usually accepted due to the lower manufacturing cost.

Eine Übertragung dieses Prinzips auf Wärmepumpen mit größeren Leistungen von 0,5 bis 20 MW, wie sie z. B. zur Erzeugung von Wärme in Industrieanlagen eingesetzt werden, ist jedoch nicht akzeptabel. Im Vergleich zu Wärmepumpen für den haustechnischen Bereich haben solche Wärmepumpen einen wesentlich höheren Anschaffungspreis. Deshalb fallen die Mehrkosten für eine verbesserte Regelung weniger ins Gewicht, während andererseits durch eine Verbesserung der Leistungszahl ein höherer absoluter Energiegewinn erzielt wird.A transfer of this principle to heat pumps with larger power from 0.5 to 20 MW, as z. B. are used to generate heat in industrial plants, but is not acceptable. Compared to heat pumps for the building services sector, such heat pumps have a much higher purchase price. Therefore, the additional costs for an improved control are less significant, while on the other hand an improvement in the coefficient of performance results in a higher absolute energy gain.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit Kohlendioxid als Kältemittel betriebene Wärmepumpe zu schaffen, die gleichzeitig eine Regelung der Kältemittelüberhitzung im Verdampfer, des Hochdrucks im Gaskühlersystem und der Erwärmung des Kältemittels vor dem Verdichter durch innere Wärmeübertrager ermöglicht, wodurch hohe Heißwasseraustrittstemperaturen erzielbar sind. Mit dem Verfahren sollen hohe Leistungszahlen erreichbar sein.The invention has for its object to provide a powered with carbon dioxide refrigerant heat pump, which allows simultaneous control of the refrigerant superheat in the evaporator, the high pressure in the gas cooler system and the heating of the refrigerant upstream of the compressor by internal heat exchanger, creating high Hot water outlet temperatures can be achieved. With the method high performance numbers should be achievable.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 3 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungen und Verwendungen ergeben sich aus den Ansprüchen 2 sowie 4 bis 14.This object is achieved by the features of claims 1 and 3. Further advantageous embodiments and uses emerge from the claims 2 and 4 to 14.

Ausgegangen wird von einer Hochtemperaturwärmepumpe zur Erwärmung eines Fluids auf Temperaturen bis zu 150°C, die mit Kohlendioxid als Kältemittel im transkritischen Bereich betrieben wird. Dabei ist vorgesehen, als Fluid vorzugsweise Wasser einzusetzen, das auf Temperaturen von 100 bis 130°C erhitzt wird. Die Wärmepumpe besteht aus einem Verdampfer, mindestens zwei inneren Wärmeübertragern, einem Verdichter, einem oder mehreren in Reihe geschalteten Gaskühlern, einem Kältemittelsammler und mindestens einem Kältemitteleinspritzventil.The starting point is a high-temperature heat pump for heating a fluid to temperatures of up to 150 ° C, which is operated with carbon dioxide as the refrigerant in the transcritical range. It is intended to use preferably water as the fluid, which is heated to temperatures of 100 to 130 ° C. The heat pump consists of an evaporator, at least two internal heat exchangers, a compressor, one or more series-connected gas coolers, a refrigerant collector and at least one refrigerant injection valve.

Der Eintritt des Kältemittelsammlers ist über ein Regelventil (und über den ersten inneren Wärmetauscher) mit dem (kältemittelseitigen) Austritt der Reihenschaltung der Gaskühler und der Ausgang des Kältemittelsammlers mit dem Kältemitteleinspritzventil verbunden. Mit dieser Anordnung kann durch das Regelventil der Hochdruck in den Gaskühlern eingestellt werden.The inlet of the refrigerant collector is connected via a control valve (and via the first inner heat exchanger) to the (refrigerant side) outlet of the series connection of the gas cooler and the outlet of the refrigerant collector to the refrigerant injection valve. With this arrangement can be adjusted by the control valve, the high pressure in the gas cooler.

Die Leistungszahl der Wärmepumpe erreicht bei einer bestimmten Höhe des Drucks in den Gaskühlern ihren maximalen Wert. Bei einer weiteren Erhöhung des Drucks steigt zwar die Heißwasseraustrittstemperatur, die Leistungszahl nimmt jedoch ab.The coefficient of performance of the heat pump reaches its maximum value at a certain level of pressure in the gas cooler. If the pressure increases further, the hot water outlet temperature increases, but the coefficient of performance decreases.

Erfindungsgemäß wird der Regelkreis auch dazu genutzt, die Heißwasseraustrittstemperatur durch Anheben des Drucks zu erhöhen. Um die hierdurch verursachte Verringerung der Leistungszahl so gering wie möglich zu halten, wird der Druck nur soweit erhöht, dass die erforderliche Heißwasseraustrittstemperatur genau erreicht wird.According to the invention, the control loop is also used to increase the hot water outlet temperature by raising the pressure. In order to keep the resulting reduction in the coefficient of performance as low as possible, the pressure is increased only so far that the required hot water outlet temperature is reached exactly.

Ab bestimmten Werten des Drucks werden durch weitere Druckerhöhung nur noch geringe Steigerungen der Heißwasseraustrittstemperatur erreicht, während die Leistungszahlen nach wie vor stark abnehmen. Folglich ist es notwendig, in der Regelung für den Wert des Hochdrucks eine maximale Grenze zu hinterlegen, bei dem der Nachteil der Verringerung der Leistungszahl den Vorteil der Temperaturerhöhung überwiegt.From certain values of the pressure, only a small increase in the hot water outlet temperature is achieved by further pressure increase, while the performance figures are still sharply lower. Consequently, it is necessary to set a maximum limit in the control for the value of the high pressure, in which the disadvantage of reducing the coefficient of performance outweighs the advantage of the temperature increase.

Nach Maßgabe der Erfindung ist neben dem ersten inneren Wärmeübertrager, der eine Vorerwärmung des zum Verdichter strömenden Kohlendioxids durch das von den Gaskühlern zurückströmende Kohlendioxid bewirkt, um das Kohlendioxid vor dem Eintritt in den Verdichter weiter zu erwärmen, ein zweiter innerer Wärmeübertrager, in dem das Kohlendioxid durch das von der Wärmepumpe erzeugte heiße Wasser erwärmt wird, eingesetzt. Der zweite innere Wärmeübertrager ist kältemittelseitig zwischen den Ausgang des ersten inneren Wärmeübertragers und den Eingang des Verdichters geschaltet. Wasserseitig ist sein Eingang über mindestens ein 3-Wege-Ventil mit einem der wasserseitigen Ausgänge der Gaskühler verbunden.According to the invention, in addition to the first internal heat exchanger, which causes a preheating of the carbon dioxide flowing to the compressor by the flowing back from the gas cooler carbon dioxide to heat the carbon dioxide before entering the compressor, a second internal heat exchanger in which the carbon dioxide is heated by the hot water generated by the heat pump used. The second internal heat exchanger is connected on the refrigerant side between the outlet of the first internal heat exchanger and the inlet of the compressor. On the water side, its inlet is connected via at least one 3-way valve to one of the water-side outlets of the gas cooler.

Da die Gaskühler das Wasser jeweils auf unterschiedliche Temperaturniveaus erwärmen und zur Vorerwärmung des Kohlendioxids kein hohes Temperaturniveau erforderlich ist, wird der zweite innere Wärmeübertrager bevorzugt mit dem Gaskühler wasseraustrittsseitig verbunden, dessen kältemittelseitiger Ausgang über den ersten inneren Wärmetauscher mit dem Kältemittelsammler verbunden ist; dieser Gaskühler erzeugt das Wasser mit dem niedrigsten Temperaturniveau.Since the gas coolers each heat the water to different temperature levels and no high temperature level is required for preheating the carbon dioxide, the second internal heat exchanger is preferably connected to the gas cooler water outlet side, the refrigerant side output is connected via the first inner heat exchanger to the refrigerant collector; This gas cooler produces the water with the lowest temperature level.

Erfindungsgemäß wird bei der Wärmepumpe die Kältemittelüberhitzung über den Zustrom des Kältemittels in den Verdampfer und der Hochdruck in den Gaskühlern über den Volumenstrom des Kohlendioxids aus den Gaskühlern in den Kältemittelsammler geregelt.According to the invention, in the heat pump, the refrigerant superheating is controlled via the inflow of the refrigerant into the evaporator and the high pressure in the gas cooler via the volume flow of carbon dioxide from the gas cooler into the refrigerant collector.

Zur Regelung der Kältemittelüberhitzung wird der Druck und die Temperatur des Kohlendioxids am Austritt des Verdampfers gemessen, daraus die Kältemittelüberhitzung ermittelt und diese in einer Regeleinheit mit einem Sollwert verglichen. Bei einer Unterschreitung des Sollwerts wird der Zustrom von Kohlendioxid in den Verdampfer mittels eines Kältemitteleinspritzventil gedrosselt, bei einer Überschreitung wird entsprechend der Zustrom durch Öffnen des Kältemitteleinspritzventils erhöht.To control the refrigerant superheat, the pressure and the temperature of the carbon dioxide at the outlet of the evaporator is measured, from which the refrigerant superheat is determined and compared in a control unit with a setpoint. If the target value is undershot, the influx of carbon dioxide into the evaporator is throttled by means of a refrigerant injection valve; if it is exceeded, the inflow is correspondingly increased by opening the refrigerant injection valve.

Als Kältemitteleinspritzventil des Verdampfers wird entweder ein druckgeregeltes thermostatisches Ventil oder ein elektronisches Ventil verwendet, das mittels Temperatursensoren für die Verdampfungstemperatur und die Kältemittelaustrittstemperatur aus dem Verdampfer geregelt wird.As the refrigerant injection valve of the evaporator either a pressure-controlled thermostatic valve or an electronic valve is used, which is controlled by means of temperature sensors for the evaporation temperature and the refrigerant outlet temperature from the evaporator.

Zur Regelung des Hochdrucks in den Gaskühlern, wird der Hochdruck in einer der Kältemittelrohrleitungen zwischen Verdichteraustritt und Kältemittelsammler mit einem dort angeordneten Drucksensor gemessen. Mittels eines Reglers wird der Istwert mit dem Sollwert verglichen. Falls keine Temperaturerhöhung des Heißwassers durch eine Druckerhöhung in den Gaskühlern erforderlich ist, entspricht der Sollwert dem Druckwert, bei dem die Wärmepumpe mit maximaler Leistungszahl arbeitet; andernfalls liegt er, der notwendigen Temperaturerhöhung entsprechend, darüber. Bei einer Unterschreitung des Sollwerts wird mittels des zwischen Gaskühleraustritt und Kältemittelsammler angeordneten Regelventils der Strom des Kohlendioxids aus den Gaskühlern in den Kältemittelsammler gedrosselt, bei einer Überschreitung wird entsprechend der Strom des Kohlendioxids erhöht.To regulate the high pressure in the gas cooler, the high pressure is measured in one of the refrigerant pipes between the compressor outlet and the refrigerant collector with a pressure sensor arranged there. By means of a controller, the actual value is compared with the setpoint. If no increase in temperature of the hot water is required by an increase in pressure in the gas cooler, the setpoint corresponds to the pressure value at which the heat pump works with maximum coefficient of performance; otherwise it is, according to the necessary increase in temperature, above. When the setpoint is undershot, the gas is arranged between the gas cooler outlet and the refrigerant collector Control valve, the flow of carbon dioxide from the gas cooler throttled into the refrigerant collector, at an excess, the current of carbon dioxide is increased accordingly.

Zur weiteren Erhöhung der Leistungszahl der Wärmepumpe ist zusätzlich zu der Regelung der Kältemittelüberhitzung und des Hochdrucks noch eine stufenweise Regelung der Wärmepumpe auf den Temperaturwert des Heißwassers vorgesehen.To further increase the coefficient of performance of the heat pump, in addition to the regulation of the refrigerant superheating and the high pressure, a stepwise regulation of the heat pump to the temperature value of the hot water is provided.

Hierzu wird die Temperatur des Heißwassers gemessen und in einem Regler mit einem Sollwert verglichen. Bei einer Überschreitung des Sollwerts wird mit Hilfe eines 3-Wege-Ventils mit Stellantrieb sowie eines Bypasses mehr und bei einer Unterschreitung weniger Kohlendioxid am ersten und am zweiten inneren Wärmeübertrager vorbeigeführt.For this purpose, the temperature of the hot water is measured and compared in a controller with a setpoint. If the setpoint is exceeded, more is passed by means of a 3-way valve with actuator and one by-pass, and less if less carbon dioxide is passed by the first and second internal heat exchangers.

Wenn bereits der gesamte Kältemittelstrom durch den ersten und zweiten Wärmeübertrager geleitet und dennoch die Solltemperatur des Heißwassers nicht erreicht wird, dann wird zusätzlich mittels eines weiteren 3-Wege-Ventils mit Stellantrieb der Volumenstrom des Heißwassers durch den zweiten inneren Wärmeübertrager erhöht.If already the entire refrigerant flow passed through the first and second heat exchanger and yet the target temperature of the hot water is not reached, then the volume flow of hot water through the second inner heat exchanger is additionally increased by means of another 3-way valve with actuator.

Wenn die Solltemperatur des Heißwassers nicht erreicht wird, obwohl bereits der gesamte Kältemittelstrom durch den ersten und zweiten Wärmeübertrager geleitet wird und außerdem der Volumenstrom des Heißwassers durch den zweiten inneren Wärmeübertrager bereits den Maximalwert erreicht hat, dann wird der Druck in den Gaskühlern erhöht.If the target temperature of the hot water is not reached, although the entire refrigerant flow is already passed through the first and second heat exchanger and also the volume flow of hot water through the second internal heat exchanger has already reached the maximum value, then the pressure in the gas cooler is increased.

Wenn die Solltemperatur des Heißwassers nicht erreicht wird, obwohl bereits der gesamte Kältemittelstrom durch den ersten sowie den zweiten Wärmeübertrager geleitet wird und der Volumenstrom des Heißwassers durch den zweiten inneren Wärmeübertrager und der Druck in den Gaskühlern ihre maximalen Regelgrenzen erreicht haben, dann wird zuletzt der Heißwasservolumenstrom durch die Gaskühler verringert.If the target temperature of the hot water is not reached, although the entire refrigerant flow is already passed through the first and the second heat exchanger and the volume flow of hot water through the second internal heat exchanger and the pressure in the gas cooler have reached their maximum control limits, then the hot water volume flow reduced by the gas cooler.

Der Heißwasservolumenstrom durch die Gaskühler wird über die Drehzahl der Wasserpumpe des Wasserkreislaufs, mittels eines Drosselventils oder über einen mittels eines 3-Wege-Ventils regelbaren Bypasses zur Wasserpumpe, der einen teilweisen Rückfluss des Heißwassers bewirkt, eingestellt.The hot water volume flow through the gas cooler is adjusted via the speed of the water pump of the water cycle, by means of a throttle valve or via a controllable by a 3-way valve bypass to the water pump, which causes a partial return of the hot water.

Betrachtet man den Kreisprozess von mit Kohlendioxid betriebenen Wärmepumpen im Temperatur-Entropie-Diagramm (T-s-Diagramm), dann stellt man fest, dass die Abkühlung des Kohlendioxids in den Gaskühlern längs einer gebogenen Linie erfolgt. Die dadurch bedingte Erwärmung des Wassers erfolgt im T-s-Diagramm längs von Geradenabschnitten, die unterhalb der gebogenen Linie des Kohlendioxids verlaufen. Dabei stellt die zwischen der gebogenen Linie und den Geradenabschnitten liegende Fläche die beim Wärmeübertragungsprozess auftretende Verlustleistung dar. Folglich wird der Wärmeübertrag umso effektiver, je genauer der gebogenen Linie des Kohlendioxids mit einer Anzahl n Geradenabschnitten gefolgt wird. Hierzu werden allerdings n Gaskühler benötigt, die jeweils Wasser auf n verschiedene Temperaturniveaus erwärmen. Es ist also jeweils der apparative Aufwand gegen die dadurch erreichte Steigerung des Wirkungsgrades abzuwägen.Looking at the cycle of carbon dioxide-driven heat pumps in the temperature-entropy diagram (T-s diagram), it can be seen that the cooling of carbon dioxide in the gas cooler takes place along a curved line. The resulting heating of the water takes place in the T-s diagram along straight line sections that run below the curved line of the carbon dioxide. In this case, the area lying between the curved line and the straight line sections represents the power loss occurring in the heat transfer process. Consequently, the more accurately the curved line of the carbon dioxide is followed with a number n of straight line sections, the more effectively the heat transfer becomes. However, n gas coolers are required for this purpose, which each heat water to n different temperature levels. It is therefore in each case to weigh the expenditure on equipment against the achieved thereby increasing the efficiency.

Der Kreisprozess einer mit Kohlendioxid betriebenen Wärmekraftmaschine verläuft in umgekehrter Richtung, ist ansonsten jedoch nahezu identisch.The cycle of a carbon dioxide-powered heat engine runs in the opposite direction, but otherwise is almost identical.

Mit einer erfindungsgemäßen Wärmepumpe mit n Gaskühlern kann Energie mit vergleichsweise hohem Wirkungsgrad gespeichert und wieder entnommen werden, indem das von den Gaskühlern erwärmte Wasser mit n verschiedenen Temperaturniveaus in n separaten Warmwasserspeichern gespeichert und zur Entnahme der Energie das Wasser einer mit Kohlendioxid betriebenen Wärmekraftmaschine mit n Verdampfern zugeführt wird. Um hohe Wirkungsgrade zu erreichen, müssen die n Temperaturwerte der Gaskühler und der Verdampfer bezüglich des Kältemittelkreislaufs korrelieren.With a heat pump according to the invention with n gas coolers energy can be stored with comparatively high efficiency and removed again by the heated by the gas cooler water with n different temperature levels stored in n separate hot water tanks and to remove the energy of a water-powered with carbon dioxide heat engine with n evaporators is supplied. In order to achieve high efficiencies, the n temperature values of the gas cooler and the evaporator must correlate with respect to the refrigerant circuit.

Bei industriellen Herstellungsprozessen wird für die einzelnen Prozessschritte sehr oft Wärme auf unterschiedlichen Temperaturniveaus benötigt. In einer weiteren vorteilhaften Verwendung der erfindungsgemäßen Wärmepumpe mit n Gaskühlern wird das heiße Wasser mit n Temperaturniveaus dazu genutzt, Industrieanlagen gezielt mit Wasser auf den für die Einzelschritte des Herstellungsprozesses benötigten Temperaturniveaus zu versorgen.In industrial manufacturing processes, heat at different temperature levels is often required for the individual process steps. In a further advantageous use of the heat pump according to the invention with n gas coolers, the hot water with n temperature levels is used to supply industrial plants specifically with water to the temperature levels required for the individual steps of the production process.

Zudem soll die Wärmepumpe vorrangig zur Erzeugung von Warmwasser mit einer Temperatur von 65°C eingesetzt werden. Wenn der diesbezügliche Bedarf gedeckt ist, kann die Wärmepumpe aber auch die Gebäudeheizung unterstützen. Dazu ist z. B. bei einer Fußbodenheizung eine Vorlauftemperatur von 40°C ausreichend. In diesem Fall wird die Vorlauftemperatur mittels der Regelkreise in umgekehrter Reihenfolge heruntergeregelt.In addition, the heat pump should be used primarily for the production of hot water with a temperature of 65 ° C. If the demand is met, the heat pump can also support the heating of the building. This is z. B. at a floor heating a flow temperature of 40 ° C is sufficient. In this case, the flow temperature is regulated down in reverse order by means of the control circuits.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert; hierzu zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment; show:

1: Anlagenschema einer Wärmepumpe mit zwei Gaskühlern; 1 : Plant schematic of a heat pump with two gas coolers;

2: T-s-Diagramm des Wärmepumpenprozesses einer Wärmepumpe mit zwei Gaskühlern. 2 : Ts diagram of the heat pump process of a heat pump with two gas coolers.

Bei der mit Kohlendioxid als Kältemittel betrieben Wärmepumpe, die mit zwei Gaskühlern 2, 3 ausgestattet ist, wird im Verdampfer 6 Wärme von einer Wärmequelle mittels eines Flüssigkeits- oder Gasstromes auf das Kohlendioxid übertragen (1). Der ein- und ausgehende Flüssigkeits- bzw. Gasstrom ist jeweils mit tWQE und tWQA bezeichnet. In the case of the heat pump operated with carbon dioxide as a refrigerant, with two gas coolers 2 . 3 equipped, is in the evaporator 6 Transfer heat from a heat source to the carbon dioxide by means of a liquid or gas stream ( 1 ). The incoming and outgoing liquid or gas flow is designated in each case by t WQE and t WQA .

Vom Verdampfer 6 strömt das Kohlendioxid zum 3-Wege-Ventil 18, das mittels des Reglers 16, in dem der Temperaturwert des Heißwassers tHWA2 (oder tHWA1) mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen wird, und des Stellantriebs 17 gesteuert wird. Ist der reale Temperaturwert des Wassers höher als der Sollwert, wird das 3-Wege-Ventil 18 so eingestellt, dass mehr Kohlendioxid über den Bypass 9 an der Serienschaltung des ersten inneren Wärmeübertragers 4 und zweiten inneren Wärmeübertragers 5 vorbeigeführt wird. Ist der reale Temperaturwert niedriger, wird mehr Kohlendioxid durch die inneren Wärmeübertrager 4, 5 zum Verdichter 1 geleitet.From the evaporator 6 the carbon dioxide flows to the 3-way valve 18 , by means of the regulator 16 in which the temperature value of the hot water t HWA2 (or t HWA1 ) is compared with a predetermined setpoint, and the actuator 17 is controlled. If the real temperature value of the water is higher than the setpoint, the 3-way valve becomes 18 adjusted so that more carbon dioxide through the bypass 9 on the series connection of the first internal heat exchanger 4 and second internal heat exchanger 5 is passed. If the real temperature value is lower, more carbon dioxide will pass through the internal heat exchangers 4 . 5 to the compressor 1 directed.

Im Verdichter 1 wird der Druck des Kohlendioxids von ca. 45 auf ca. 130 bar erhöht. Dabei steigt die Temperatur des Kohlendioxids von weniger als 50 auf bis zu 150°C. Das bis zu 150°C heiße Kohlendioxid wird zuerst durch den ersten Gaskühler 2 und anschließend durch den zweiten Gaskühler 3 geleitet. Die Gaskühler 2, 3 wirken als Wärmeübertrager, sodass im ersten Gaskühler 2 das Kohlendioxid abgekühlt und gleichzeitig heißes Wasser mit einer Temperatur tHWA2 bis zu 145°C und im Gaskühler 3 heißes Wasser mit einer Temperatur tHWA1 von ca. 70°C erzeugt wird.In the compressor 1 the pressure of the carbon dioxide is increased from about 45 to about 130 bar. The temperature of the carbon dioxide rises from less than 50 up to 150 ° C. The up to 150 ° C hot carbon dioxide is first through the first gas cooler 2 and then through the second gas cooler 3 directed. The gas cooler 2 . 3 act as heat exchangers, so in the first gas cooler 2 the carbon dioxide is cooled and at the same time hot water with a temperature t HWA2 up to 145 ° C and in the gas cooler 3 hot water with a temperature t HWA1 of about 70 ° C is generated.

Nach Verlassen des zweiten Gaskühlers 3 gelangt das Kohlendioxid durch den ersten inneren Wärmeübertrager 4 über das Regelventil 15 in den Kältemittelsammler 7. Das Regelventil 15 wird vom Regler 13, der den Hochdruck in einer der Kältemittelleitungen zwischen dem Austritt des Verdichters 1 sowie dem Eintritt in das Regelventil 15 misst und diesen mit dem Sollwert des Hochdrucks vergleicht, gesteuert. Der Druck in den Gaskühlern 2, 3 wird bei einer Unterschreitung des Sollwerts dadurch erhöht, dass mittels des Regelventils 15 und des Stellantriebs 14 der Strom des aus dem Gaskühler abfließenden Kohlendioxids gedrosselt wird. Bei einer Überschreitung des Sollwerts wird entsprechend der Strom des abfließenden Kohlendioxids erhöht.After leaving the second gas cooler 3 The carbon dioxide passes through the first internal heat exchanger 4 via the control valve 15 into the refrigerant collector 7 , The control valve 15 is from the regulator 13 which is the high pressure in one of the refrigerant pipes between the outlet of the compressor 1 and entering the control valve 15 measures and compares this with the setpoint of the high pressure. The pressure in the gas cooler 2 . 3 is increased in a fall below the setpoint, that by means of the control valve 15 and the actuator 14 the flow of carbon dioxide flowing out of the gas cooler is throttled. If the setpoint is exceeded, the flow of the effluent carbon dioxide is increased accordingly.

Vom Kältemittelsammler 7 wird das Kohlendioxid zum Kältemitteleinspritzventil 8 des Verdampfers 6, das über die elektronische Regeleinheit 12 gesteuert wird, geleitet. Die Regeleinheit 12 misst über Temperatursensoren die Verdampfungstemperatur sowie die Kältemittelaustrittstemperatur aus dem Verdampfer 6 und ermittelt daraus die Kältemittelüberhitzung (Überhitzung des Kohlendioxids). Diese wird mit einem Sollwert verglichen. Bei einer Unterschreitung des Sollwerts wird mittels des Kältemitteleinspritzventils 8 der Zustrom von Kohlendioxid zum Verdampfer 6 gedrosselt und bei einer Überschreitung durch Öffnen des Kältemitteleinspritzventils 8 erhöht.From the refrigerant collector 7 the carbon dioxide becomes the refrigerant injection valve 8th of the evaporator 6 that's about the electronic control unit 12 is controlled, directed. The control unit 12 uses temperature sensors to measure the evaporation temperature and the refrigerant outlet temperature from the evaporator 6 and determines from this the refrigerant overheating (overheating of the carbon dioxide). This is compared with a setpoint. When the setpoint is undershot, the refrigerant injection valve is used 8th the influx of carbon dioxide to the evaporator 6 throttled and when exceeded by opening the refrigerant injection valve 8th elevated.

Mit der Wasserpumpe 11 wird zunächst kühles Wasser in den zweiten Gaskühler 3 gefördert. Mittels des Reglers 19, des Stellantriebs 20 und des über der Wasserpumpe liegenden Bypasses 22, der einen teilweisen Rückfluss des Wassers von der Druck- zur Saugseite der Pumpe bewirkt, wird die eingehende Wassermenge geregelt. Im Regler 19 wird der aktuelle Temperaturwert tHWA2 (bzw. tHWA1) gemessen und mit dem vorgegebenen Sollwert verglichen. Sofern die 3-Wege-Ventile 18 und 24 bereits mittels des Reglers 16 sowie das Regelventil 15 mittels des Reglers 13 bis zur Regelgrenze gesteuert sind, der Sollwert jedoch noch nicht erreicht ist, wird mittels des 3-Wege-Ventils 21 die Wassermenge durch den Bypass 22 erhöht.With the water pump 11 First, cool water in the second gas cooler 3 promoted. By means of the regulator 19 , the actuator 20 and the bypass above the water pump 22 , which causes a partial return of the water from the pressure to the suction side of the pump, the incoming amount of water is regulated. In the regulator 19 the current temperature value t HWA2 (or t HWA1 ) is measured and compared with the predetermined setpoint. Unless the 3-way valves 18 and 24 already by means of the regulator 16 as well as the control valve 15 by means of the regulator 13 are controlled to the control limit, but the setpoint is not yet reached, by means of the 3-way valve 21 the amount of water through the bypass 22 elevated.

Nach Verlassen des zweiten Gaskühlers 3 wird ein Teil des Wassers, das nunmehr die Temperatur tHWA1 (auch als Mitteltemperatur genannt) hat, mit Hilfe des 3-Wege-Ventils 10 abgezweigt. Das restliche Wasser wird zum 3-Wege-Ventil 24 geleitet, das den Wasserstrom in einen Strom durch den ersten Gaskühler 2 und einen Strom durch den zweiten inneren Wärmeübertrager 5 aufteilt. Mittels des 3-Wege-Ventils 24 und des Stellantriebs 23 wird der Wasserstrom durch den zweiten inneren Wärmeübertrager 5 erhöht, falls der aktuelle Temperaturwert tHWA2 (bzw. tHWA1) unterhalb des Sollwerts liegt und bereits mittels des 3-Wege-Ventils 18 das gesamte Kohlendioxid durch die Reihenschaltung der beiden inneren Wärmeübertrager 4, 5 geleitet wird.After leaving the second gas cooler 3 becomes part of the water, which now has the temperature t HWA1 (also called the mean temperature), with the help of the 3-way valve 10 diverted. The remaining water becomes a 3-way valve 24 directed the flow of water into a stream through the first gas cooler 2 and a current through the second internal heat exchanger 5 divides. By means of the 3-way valve 24 and the actuator 23 the flow of water through the second internal heat exchanger 5 increases if the current temperature value t HWA2 (or t HWA1 ) is below the setpoint and already by means of the 3-way valve 18 the entire carbon dioxide through the series connection of the two internal heat exchanger 4 . 5 is directed.

Aus dem inneren Wärmeübertrager 5 tritt Wasser mit einer Temperatur tHWA3 aus. Da die Temperatur tHWA3 nur geringfügig kleiner als die Temperatur tHWA1 ist, wird dieses Wasser dem Wasser der Temperatur tHWA1 beigemischt.From the internal heat exchanger 5 Water exits at a temperature t HWA3 . Since the temperature t HWA3 is only slightly smaller than the temperature t HWA1 , this water is added to the water at the temperature t HWA1 .

Aus dem T-s-Diagramm des Prozesses der Wärmepumpe (2) ist ersichtlich, dass bereits mit zwei Geradenabschnitten, die die Gaskühler 2, 3 repräsentieren, eine vergleichsweise gute Anpassung an die gebogen verlaufende Kurve, die die Abkühlung des Kohlendioxids repräsentiert, möglich ist, wenn die Lage der Mitteltemperatur (gekennzeichnet durch den Schnittpunkt der beiden Geradenabschnitte) mit Hilfe des 3-Wege-Ventils 10 auf einen Wert von ca. 80°C geregelt wird. Aus dem Diagramm ist auch ersichtlich, dass bei der Verwendung von nur einem Gaskühler erhebliche Wärmeübertragungsverluste auftreten würden.From the Ts diagram of the heat pump process ( 2 ) it can be seen that even with two straight sections that the gas cooler 2 . 3 represent, a comparatively good adaptation to the curved curve representing the cooling of the carbon dioxide is possible when the location of the mean temperature (characterized by the intersection of the two straight line sections) by means of the 3-way valve 10 is regulated to a value of about 80 ° C. It can also be seen from the diagram that if only one gas cooler were used, considerable heat transfer losses would occur.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Verdichtercompressor
22
erster Gaskühlerfirst gas cooler
33
zweiter Gaskühlersecond gas cooler
44
innerer Wärmeübertrager (Kältemittel/Kältemittel)internal heat exchanger (refrigerant / refrigerant)
55
innerer Wärmeübertrager (Kältemittel/Heißwasser)internal heat exchanger (refrigerant / hot water)
66
VerdampferEvaporator
77
KältemittelsammlerRefrigerant collector
88th
KältemitteleinspritzventilRefrigerant injection valve
99
Bypass (innerer Wärmeübertrager)Bypass (internal heat exchanger)
1010
3-Wege-Ventil (Einstellung der Mitteltemperatur)3-way valve (setting the middle temperature)
1111
Wasserpumpewater pump
1212
Regeleinheit (Verdampfereinspritzung)Control unit (evaporator injection)
1313
Regler (Hochdruck)Regulator (high pressure)
1414
Stellantrieb (Hochdruck)Actuator (high pressure)
1515
Regelventil (Hochdruck)Control valve (high pressure)
1616
Regler (Eingangstemperatur Kompressor)Regulator (input compressor)
1717
Stellantrieb (Eingangstemperatur Kompressor)Actuator (inlet temperature compressor)
1818
3-Wege-Ventil (Eingangstemperatur Kompressor)3-way valve (inlet temperature compressor)
1919
Regler (eingehende Wassermenge)Regulator (incoming water quantity)
2020
Stellantrieb (eingehende Wassermenge)Actuator (incoming water quantity)
2121
3-Wege-Ventil (eingehende Wassermenge)3-way valve (incoming water quantity)
2222
Bypass (zur Wasserpumpe)Bypass (to the water pump)
2323
Stellantrieb (Wassermenge durch inneren Wärmeübertrager)Actuator (amount of water through internal heat exchanger)
2424
3-Wege-Ventil (Wassermenge durch inneren Wärmeübertrager)3-way valve (amount of water through internal heat exchanger)

Claims (14)

Hochtemperaturwärmepumpe zur Erwärmung eines Fluids auf ein Temperaturniveau bis zu 150°C, die mit Kohlendioxid als Kältemittel im transkritischen Bereich betrieben wird, mit einem Verdampfer (6), mindestens zwei inneren Wärmeübertragern (4, 5), einem Verdichter (1), einem oder mehreren in Reihe geschalteten Gaskühlern (2, 3), einem Kältemittelsammler (7) und einem Kältemitteleinspritzventil (8), wobei der Eingang des Kältemittelsammlers (7) über ein Regelventil (15) sowie über den ersten inneren Wärmeübertrager (4) mit dem Austritt der Reihenschaltung der Gaskühler (2, 3) und der Ausgang des Kältemittelsammlers (7) mit dem Entspannungsventil (8) verbunden ist, und der zweite innere Wärmeübertrager (5), der der Erwärmung des Kohlendioxids vor Eintritt in den Verdichter (1) mittels Heißwasser dient, kältemittelseitig zwischen den Ausgang des ersten inneren Wärmeübertragers (4) und den Eingang des Verdichters (1) geschaltet ist, wobei der wasserseitige Eingang des zweiten inneren Wärmeübertragers (5) über mindestens ein Regelventil (24) mit einem der wasserseitigen Ausgänge der Gaskühler (2, 3) verbunden ist.High-temperature heat pump for heating a fluid to a temperature level up to 150 ° C, which is operated with carbon dioxide as a refrigerant in the transcritical range, with an evaporator ( 6 ), at least two internal heat exchangers ( 4 . 5 ), a compressor ( 1 ), one or more gas coolers connected in series ( 2 . 3 ), a refrigerant collector ( 7 ) and a refrigerant injection valve ( 8th ), whereby the entrance of the refrigerant collector ( 7 ) via a control valve ( 15 ) as well as the first internal heat exchanger ( 4 ) with the exit of the series connection of the gas cooler ( 2 . 3 ) and the outlet of the refrigerant collector ( 7 ) with the expansion valve ( 8th ), and the second internal heat exchanger ( 5 ), the heating of carbon dioxide before entering the compressor ( 1 ) by means of hot water, refrigerant side between the output of the first inner heat exchanger ( 4 ) and the input of the compressor ( 1 ), wherein the water-side entrance of the second inner heat exchanger ( 5 ) via at least one control valve ( 24 ) with one of the water-side exits of the gas cooler ( 2 . 3 ) connected is. Hochtemperaturwärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wasserseitige Eingang des zweiten inneren Wärmeübertragers (5) mit dem wasserseitigen Ausgang desjenigen Gaskühlers (3) verbunden ist, dessen kältemittelseitiger Ausgang am ersten inneren Wärmeübertrager (4) angeschlossen ist.High-temperature heat pump according to claim 1, characterized in that the water-side inlet of the second internal heat exchanger ( 5 ) with the water-side outlet of that gas cooler ( 3 ) whose refrigerant-side outlet is connected to the first internal heat exchanger ( 4 ) connected. Verfahren zur Regelung der Hochtemperatur-Wärmepumpe nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – der Kältemitteldruck (p0) und die Kältemitteltemperatur (t0) am Austritt des Verdampfers (6) gemessen, daraus die Kältemittelüberhitzung ermittelt und diese in einer Regeleinheit (12) mit einem Sollwert verglichen wird, wobei bei Unterschreitung des Sollwerts durch das Kältemitteleinspritzventil (8) des Verdampfers (6) der Zustrom von Kohlendioxid zum Verdampfer (6) gedrosselt und bei einer Überschreitung durch Öffnen des Kältemitteleinspritzventils (8) erhöht wird, – der Hochdruck (pKKA) in einer der Kältemittelrohrleitungen zwischen Verdichteraustritt und dem Eintritt in das Regelventil (15) gemessen wird, mittels des Reglers (13) der Istwert mit einem Sollwert, der, falls keine Temperaturerhöhung des Heißwassers über eine Druckerhöhung in den Gaskühlern (2, 3) erforderlich ist, dem Druckwert, bei dem die Hochtemperaturwärmepumpe mit maximaler Leistungszahl arbeitet, entspricht und andernfalls der notwendigen Temperaturerhöhung entsprechend über diesem Druckwert liegt, verglichen wird, wobei bei einer Unterschreitung des Sollwerts mittels des zwischen dem ersten inneren Wärmeübertrager (4) und dem Kältemittelsammler (7) angeordneten Regelventils (15) der Strom des Kohlendioxids aus den Gaskühlern (2, 3) in den Kältemittelsammler (7) gedrosselt und bei einer Überschreitung erhöht wird.Method for controlling the high-temperature heat pump according to claim 1, characterized in that - the refrigerant pressure (p 0 ) and the refrigerant temperature (t 0 ) at the outlet of the evaporator ( 6 ), from which the refrigerant overheating is determined and stored in a control unit ( 12 ) is compared with a setpoint value, wherein when the setpoint is undershot by the refrigerant injection valve ( 8th ) of the evaporator ( 6 ) the influx of carbon dioxide to the evaporator ( 6 ) and when exceeded by opening the refrigerant injection valve ( 8th ), - the high pressure (p KKA ) in one of the refrigerant pipes between the compressor outlet and the inlet to the control valve ( 15 ) is measured, by means of the controller ( 13 ) the actual value with a setpoint, which, if no increase in temperature of the hot water via an increase in pressure in the gas cooler ( 2 . 3 ) is required, the pressure value at which the high-temperature heat pump works with maximum coefficient of performance, and otherwise the necessary temperature increase is correspondingly above this pressure value, is compared, wherein when the setpoint is undershot by means of the between the first inner heat exchanger ( 4 ) and the refrigerant collector ( 7 ) arranged control valve ( 15 ) the flow of carbon dioxide from the gas cooler ( 2 . 3 ) into the refrigerant collector ( 7 ) is throttled and increased if exceeded. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Kältemitteleinspritzventil (8) ein druckgeregeltes thermostatisches Ventil eingesetzt wird.A method according to claim 3, characterized in that as a refrigerant injection valve ( 8th ) a pressure-controlled thermostatic valve is used. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Kältemitteleinspritzventil (8) ein elektronisches Ventil eingesetzt wird, das mittels Temperatursensoren für die Verdampfungstemperatur und die Kältemittelaustrittstemperatur aus dem Verdampfer (6) geregelt wird.A method according to claim 3, characterized in that as a refrigerant injection valve ( 8th ) an electronic valve is used, which by means of temperature sensors for the evaporation temperature and the refrigerant outlet temperature from the evaporator ( 6 ) is regulated. Verfahren nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Heißwassers gemessen und im Regler (16) mit einem Sollwert verglichen wird, wobei bei einer Überschreitung des Sollwerts mehr und bei einer Unterschreitung weniger Kohlendioxid am ersten (4) und am zweiten inneren Wärmeübertrager (5) vorbeigeführt wird.A method according to claim 3 to 5, characterized in that the temperature of the hot water measured and in the controller ( 16 ) is compared with a setpoint value, whereby if the setpoint is exceeded more and less if there is less carbon dioxide on the first ( 4 ) and at the second internal heat exchanger ( 5 ) is passed. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass, falls bei hohen Volumenströmen des Heißwassers mittels des 3-Wege-Ventils (18) bereits der gesamte Kältemittelstrom durch den ersten (4) und zweiten inneren Wärmeübertrager (5) geleitet wird und die Solltemperatur des Heißwassers nicht erreicht wird, mittels eines 3-Wege-Ventils (24) mit Stellantrieb (23) der Volumenstrom des Heißwassers durch den zweiten inneren Wärmeübertrager (5) erhöht wird.A method according to claim 6, characterized in that, if at high flow rates of the Hot water by means of the 3-way valve ( 18 ) already the entire refrigerant flow through the first ( 4 ) and second internal heat exchanger ( 5 ) and the setpoint temperature of the hot water is not reached, by means of a 3-way valve ( 24 ) with actuator ( 23 ) the volume flow of the hot water through the second internal heat exchanger ( 5 ) is increased. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass, falls der Volumenstrom des Heißwassers durch den zweiten inneren Wärmeübertrager (5) am Maximalwert angelangt ist und die Solltemperatur des Heißwassers nicht erreicht wird, der Druck in den Gaskühlern (2, 3) erhöht wird.A method according to claim 7, characterized in that, if the volume flow of the hot water through the second internal heat exchanger ( 5 ) has reached the maximum value and the target temperature of the hot water is not reached, the pressure in the gas cooler ( 2 . 3 ) is increased. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass, falls die Drücke in den Gaskühlern (2, 3) an ihren Maximalwerten angelangt sind und die Solltemperatur des Heißwassers nicht erreicht wird, der Heißwasservolumenstrom durch die Gaskühler (2, 3) verringert wird.Method according to claim 8, characterized in that, if the pressures in the gas coolers ( 2 . 3 ) have reached their maximum values and the target temperature of the hot water is not reached, the hot water volume flow through the gas cooler ( 2 . 3 ) is reduced. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Heißwasservolumenstrom durch die Gaskühler (2, 3) über einen mittels des Reglers (19), des Stellantriebs (20) und des 3-Wege-Ventils (21) regelbaren Bypasses (22) für das Heißwasser, der einen teilweisen Rückfluss des Heißwassers bewirkt, eingestellt wird.A method according to claim 9, characterized in that the hot water volume flow through the gas cooler ( 2 . 3 ) via a means of the controller ( 19 ), the actuator ( 20 ) and the 3-way valve ( 21 ) adjustable bypass ( 22 ) for the hot water, which causes a partial return of the hot water is set. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Heißwasservolumenstrom durch die Gaskühler (2, 3) über die Drehzahl einer Wasserpumpe (11) des Wasserkreislaufs oder mittels eines Drosselventils, eingestellt wird.A method according to claim 9, characterized in that the hot water volume flow through the gas cooler ( 2 . 3 ) about the speed of a water pump ( 11 ) of the water cycle or by means of a throttle valve. Verwendung der Wärmepumpe nach Anspruch 1 zur Energiespeicherung, wobei die Wärmepumpe n Gaskühler aufweist, die jeweils n separate Warmwasserspeicher mit Wasser auf unterschiedlichem Temperaturniveau beliefern, und zur Entnahme der Energie das Wasser der n Warmwasserspeicher jeweils durch einen von n kühlmittelseitig in Reihe geschalteten Verdampfern einer mit Kohlendioxid betriebenen Wärmekraftmaschine geleitet wird, wobei jeweils die Wassertemperaturwerte in den n Gaskühlern der Wärmepumpe und in den ebenfalls n Verdampfern der Kraftmaschine entlang des Strömungsweges in diesen Apparaten gezielt an die für den Wärmetransport erforderlichen Temperaturdifferenzen angepasst werden.Use of the heat pump according to claim 1 for energy storage, wherein the heat pump has n gas cooler, each supplying n separate hot water tank with water at different temperature levels, and for removing the energy, the water of the n hot water tank each by one of n coolant side connected in series evaporators with Carbon dioxide-powered heat engine is passed, in each case the water temperature values in the n gas coolers of the heat pump and in the also n evaporators of the engine along the flow path in these apparatuses are specifically adapted to the temperature differences required for the heat transport. Verwendung der Wärmepumpe nach Anspruch 1 zur Energiespeicherung, wobei die Wärmepumpe n Gaskühler aufweist, die jeweils n Wärmeverbraucher auf unterschiedlichen Temperaturniveaus versorgen.Use of the heat pump according to claim 1 for energy storage, wherein the heat pump has n gas cooler, each supplying n heat consumers at different temperature levels. Verwendung der Wärmepumpe nach Anspruch 1 für die Erwärmung von Fluiden für technologische Prozesse, Wassererwärmung, Heizung oder beliebigen Kombinationen der Anwendungen mit jeweils unterschiedlichen Sollwerten für Heißwasservorlauftemperaturen durch die Abfolge des Eingriffs der einzelnen Regelkreise gemäß Verfahren nach den Ansprüchen 3 sowie 6 bis 11.Use of the heat pump according to claim 1 for the heating of fluids for technological processes, water heating, heating or any combination of applications, each with different setpoints for hot water flow temperatures through the sequence of engagement of the individual control loops according to the method of claims 3 and 6 to 11.
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