DE102008046620B4 - High-temperature heat pump and method for its regulation - Google Patents
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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) ...
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
Mit
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.
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
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:
Bei der mit Kohlendioxid als Kältemittel betrieben Wärmepumpe, die mit zwei Gaskühlern
Vom Verdampfer
Im Verdichter
Nach Verlassen des zweiten Gaskühlers
Vom Kältemittelsammler
Mit der Wasserpumpe
Nach Verlassen des zweiten Gaskühlers
Aus dem inneren Wärmeübertrager
Aus dem T-s-Diagramm des Prozesses der Wärmepumpe (
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)
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