DE102019001637A1 - Air-to-water heat pump and associated process - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Luft-Wasser-Wärmepumpe und ein zugehöriges Verfahren. Die Luft-Wasser-Wärmepumpe weist einen Verdampfer, einen Lüfter, der dazu eingerichtet ist, Luft über den Verdampfer zu führen, einen Kältemittelkreis und eine Steuerung auf. Die Steuerung ist dazu ausgebildet, den Lüfter permanent zu betreiben.The invention relates to an air-water heat pump and an associated method. The air-to-water heat pump has an evaporator, a fan which is configured to guide air over the evaporator, a refrigerant circuit and a controller. The control is designed to operate the fan permanently.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Luft-Wasser-Wärmepumpe sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Luft-Wasser-Wärmepumpe.The present invention relates to an air-water heat pump and a method for operating an air-water heat pump.
Bei Luft-Wasser-Wärmepumpen, insbesondere bei innen aufgestellten Luft-Wasser-Wärmepumpen, ergeben sich durch die vermehrte Verwendung von leicht entzündlichen, brennbaren und/oder gesundheitsbeeinträchtigenden Kältemitteln neue Anforderungen an die Sicherheit der Anlagen. Insbesondere muss vermieden werden, dass derartige Kältemittel in den Aufstellraum der Luft-Wasser-Wärmepumpe austreten. Der Aufstellraum kann beispielsweise ein Heizungsraum, aber auch ein Hauswirtschaftsraum oder ein Kellerraum sein.With air-water heat pumps, especially with air-water heat pumps installed indoors, the increased use of highly flammable, flammable and / or health-impairing refrigerants results in new requirements for the safety of the systems. In particular, it must be avoided that such refrigerants escape into the room where the air-water heat pump is installed. The installation room can be, for example, a boiler room, but also a utility room or a basement room.
Kommt es zu einem Fehlerfall, das heißt, dass Kältemittel aus dem Kältemittelkreis der Luft-Wasser-Wärmepumpe austritt, muss dieses in einen unkritischen Bereich, beispielsweise außerhalb des Gebäudes des Aufstellraums, transportiert werden. Alternativ muss der Aufstellraum ein bestimmtes Mindestvolumen überschreiten, was üblicherweise in der Praxis an den wesentlich zu kleinen Aufstellräumen scheitert.If a fault occurs, i.e. refrigerant escapes from the refrigerant circuit of the air-water heat pump, it must be transported to a non-critical area, for example outside the building where the installation room is located. Alternatively, the installation room must exceed a certain minimum volume, which usually fails in practice because the installation rooms are significantly too small.
Vor diesem Hintergrund war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Luft-Wasser-Wärmepumpe anzugeben, die bei leicht entzündlichen, brennbaren und/oder gesundheitsbeeinträchtigenden Kältemitteln einen sicheren Betrieb ermöglicht.Against this background, it was an object of the present invention to provide an air-water heat pump which enables safe operation with highly inflammable, combustible and / or health-impairing refrigerants.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die nebengeordneten Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen werden in den Unteransprüchen angegeben.According to the invention, the object is achieved by the independent claims. Preferred refinements are given in the subclaims.
In einer Ausführung wird eine Luft-Wasser-Wärmepumpe vorgeschlagen, die einen Verdampfer, einen Lüfter, der dazu eingerichtet ist, Luft über den Verdampfer zu führen, einen Kältemittelkreis und eine Steuerung aufweist. Die Steuerung ist dazu ausgebildet ist, den Lüfter permanent zu betreiben.In one embodiment, an air-water heat pump is proposed which has an evaporator, a fan which is set up to guide air over the evaporator, a refrigerant circuit and a controller. The control is designed to operate the fan permanently.
Erfindungsgemäß wird demnach der Lüfter, der in einer Luft-Wasser-Wärmepumpe bekanntermaßen vorhanden ist, um Luft über den Verdampfer zu führen, eingesetzt, um gleichzeitig eine permanente Ausleitung eventuell austretenden Kältemittels zu gewährleisten. Hierzu wird die Steuerung, die bislang beispielsweise in einem Fall, in dem die Luft-Wasser-Wärmepumpe nicht betrieben wird, den Lüfter ausgeschaltet hat, derart modifiziert, dass der Lüfter permanent betrieben wird. Die erfindungsgemäße Luft-Wasser-Wärmepumpe erfordert demnach keine zusätzlichen Bauteile, wie beispielsweise zusätzliche Lüfter, Sensoren oder Überwachungsinstrumente und ermöglicht ein Sicherheitskonzept, das vermeidet, dass entzündliches, brennbares und/oder gesundheitsbeeinträchtigendes Kältemittel in einen Aufstellraum der Luft-Wasser-Wärmepumpe austritt.According to the invention, the fan, which is known to be present in an air-water heat pump in order to guide air over the evaporator, is used in order to simultaneously ensure permanent removal of any refrigerant that may escape. For this purpose, the control, which has previously switched off the fan, for example in a case in which the air-water heat pump is not operated, is modified in such a way that the fan is operated permanently. The air-water heat pump according to the invention therefore does not require any additional components, such as additional fans, sensors or monitoring instruments, and enables a safety concept that prevents flammable, combustible and / or unhealthy refrigerant from escaping into a room where the air-water heat pump is installed.
In einer Ausführung ist die Steuerung dazu ausgebildet, den Lüfter auch dann zu betreiben, wenn die Luft-Wasser-Wärmepumpe keine Umgebungsenergie aufnimmt, insbesondere auch dann, wenn ein Kompressor der Luft-Wasser-Wärmepumpe nicht betrieben wird und/oder sich die Luft-Wasser-Wärmepumpe in einem ausgeschalteten Betriebszustand befindet.In one embodiment, the controller is designed to operate the fan even when the air-water heat pump does not absorb any ambient energy, in particular also when a compressor of the air-water heat pump is not being operated and / or the air-water heat pump is Water heat pump is in a switched-off operating state.
In einer Ausführung weist die Luft-Wasser-Wärmepumpe ferner eine Sicherheitseinheit auf, wobei die Sicherheitseinheit dazu ausgebildet ist, eine Drehzahl des Lüfters zu überwachen.In one embodiment, the air-water heat pump also has a safety unit, the safety unit being designed to monitor a speed of the fan.
Herkömmlich ist bekannt, das Ausströmen von Kältemittel mittels Druckdosen zu überwachen. Indem die erfindungsgemäße Sicherheitseinheit die Drehzahl des Lüfters überwacht, kann auf das zusätzliche Vorsehen der Druckdose verzichtet werden. Dadurch wird die Luft-Wasser-Wärmepumpe strukturell vereinfacht und in der Komplexität reduziert. Solange der Lüfter läuft, das heißt, solange die Sicherheitseinheit eine Drehzahl des Lüfters feststellt, ist die Sicherheit der Luft-Wasser-Wärmepumpe gewährleistet, da mit dem laufenden Lüfter ein Abtransport von eventuell austretendem Kältemittel sichergestellt ist. Die Sicherheitseinheit kann beispielsweise im Fehlerfall, das heißt, wenn die Drehzahl des Lüfters gleich null ist oder anderweitig von der erwarteten Größe abweicht, ein Signal an eine weitere Einheit ausgeben, sodass die Wartung der Luft-Wasser-Wärmepumpe vorgenommen werden kann. Für die Übertragung dieses Signals sind keine Grenzen gesetzt. Das Signal kann beispielsweise drahtgebunden oder drahtlos an ein Bedienelement der Luft-Wasser-Wärmepumpe selbst oder auch direkt und/oder über einen Server an ein mobiles Endgerät wie ein Smartphone übersandt werden.It is conventionally known to monitor the outflow of refrigerant by means of pressure cells. Since the safety unit according to the invention monitors the speed of the fan, the additional provision of the pressure cell can be dispensed with. This simplifies the structure of the air-water heat pump and reduces its complexity. As long as the fan is running, that is, as long as the safety unit detects a speed of the fan, the safety of the air-water heat pump is guaranteed, since the running fan ensures that any refrigerant that may escape is removed. In the event of a fault, for example, that is, if the speed of the fan is zero or otherwise deviates from the expected value, the safety unit can output a signal to another unit so that the air-water heat pump can be serviced. There are no limits to the transmission of this signal. The signal can, for example, be sent wired or wirelessly to an operating element of the air-water heat pump itself or also directly and / or via a server to a mobile device such as a smartphone.
In einer Ausführung weist die Luft-Wasser-Wärmepumpe einen Verdampferraum und einen Kälteraum auf, wobei der Verdampfer und der Lüfter in dem Verdampferraum und ein Kompressor und ein Verflüssiger in dem Kälteraum angeordnet ist, wobei eine Verbindung zwischen Kälteraum und Verdampferraum besteht, derart, dass durch den Betrieb des Lüfters ein permanenter Unterdruck in dem Kälteraum aufrechterhalten wird.In one embodiment, the air-water heat pump has an evaporator chamber and a cold chamber, the evaporator and the fan being arranged in the evaporator chamber and a compressor and a condenser in the cold chamber, a connection between the cold chamber and the evaporator chamber being in such a way that A permanent negative pressure is maintained in the cold room through the operation of the fan.
Durch den permanenten Unterdruck in dem Kälteraum ist sichergestellt, dass die Ausleitung eventuell austretenden Kältemittels durch den Lüfter und nicht durch andere Öffnungen des Kälteraumes zu dem Aufstellraum gewährleistet ist. Der Kälteraum muss entsprechend abgedichtet sein, damit es zu dem Unterdruck kommen kann. Vorzugsweise ist die Verbindung zwischen Kälteraum und Verdampferraum die einzige Öffnung des Kälteraumes nach außen.The permanent negative pressure in the cold room ensures that any refrigerant that may escape is guaranteed to be diverted through the fan and not through other openings in the cold room to the installation room. The cold room must be sealed accordingly so that the negative pressure can occur. The connection between the cold room and the evaporator room is preferably the only opening of the cold room to the outside.
In einer Ausführung ist die Steuerung dazu ausgebildet, eine Drehzahl des Lüfters abzusenken, wenn sich die Luft-Wasser-Wärmepumpe in einem ausgeschalteten Betriebszustand befindet.In one embodiment, the controller is designed to lower a speed of the fan when the air-water heat pump is in a switched-off operating state.
Indem die Drehzahl des Lüfters in dem ausgeschalteten Betriebszustand der Luft-Wasser-Wärmepumpe abgesenkt wird, reduziert sich die Bereitschaftsleistungsaufnahme der Luft-Wasser-Wärmepumpe auf einen niedrigen Wert. Beispielsweise kann eine Leistungsaufnahme im Bereitschaftsfall, das heißt, in einem Fall, in dem die Wärmepumpe ausgeschaltet ist, auf unter 4 Watt gehalten werden, wobei dies den Betrieb des Lüfters und vorzugsweise auch die Leistungsaufnahme von Leistungselektronik, wie Invertern, einschließt.Since the speed of the fan is reduced when the air-water heat pump is switched off, the standby power consumption of the air-water heat pump is reduced to a low value. For example, power consumption in standby mode, i.e. in a case in which the heat pump is switched off, can be kept below 4 watts, this including the operation of the fan and preferably also the power consumption of power electronics such as inverters.
In einer Ausführung umfasst der Kältemittelkreis ein entzündliches, brennbares und/oder gesundheitsbeeinträchtigendes Kältemittel. Bei der Verwendung derartiger Kältemittel ist das erfindungsgemäß erarbeitete Sicherheitskonzept besonders vorteilhaft. Es wird eine sichere Ausleitung des Kältemittels auch dann gewährleistet, wenn dieses aus dem Kältemittelkreis austritt. Vorzugsweise umfasst das Kältemittel R454C, wobei auch die Verwendung anderer Kältemittel möglich ist.In one embodiment, the refrigerant circuit comprises a flammable, combustible and / or unhealthy refrigerant. When using such refrigerants, the security concept developed according to the invention is particularly advantageous. A safe discharge of the refrigerant is guaranteed even if it escapes from the refrigerant circuit. The refrigerant preferably comprises R454C, although other refrigerants can also be used.
In einer Ausführung ist die Luft-Wasser-Wärmepumpe als innenaufgestellte Luft-Wasser-Wärmepumpe ausgebildet.In one embodiment, the air-water heat pump is designed as an air-water heat pump installed inside.
In einer Ausführung weist die Luft-Wasser-Wärmepumpe ferner einen an den Lüfter angrenzenden Luftkanal zum Ausleiten von Luft aus dem Aufstellraum auf, wobei insbesondere aus dem Kältemittelkreis austretendes Kältemittel durch den permanenten Betrieb des Lüfters aus dem Aufstellraum ausgeleitet wird.In one embodiment, the air-water heat pump also has an air duct adjoining the fan for discharging air from the installation room, wherein in particular refrigerant emerging from the refrigerant circuit is discharged from the installation room by the permanent operation of the fan.
In einer Ausführung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Luft-Wasser-Wärmepumpe vorgeschlagen, wobei die Luft-Wasser-Wärmepumpe einen Verdampfer, einen Lüfter, der dazu eingerichtet ist, Luft über den Verdampfer zu führen, einen Kältemittelkreis und eine Steuerung aufweist. Der Lüfter wird permanent betrieben.In one embodiment, a method for operating an air-to-water heat pump is proposed, the air-to-water heat pump having an evaporator, a fan which is set up to guide air over the evaporator, a refrigerant circuit and a controller. The fan is operated permanently.
In einer Ausführung wird eine Verwendung eines Lüfters einer Luft-Wasser-Wärmepumpe zum Sicherstellen einer Ausleitung von austretendem Kältemittel aus einem Aufstellraum der Luft-Wasser-Wärmepumpe.In one embodiment, a fan of an air-water heat pump is used to ensure that escaping refrigerant is discharged from a room in which the air-water heat pump is installed.
Weitere Vorteile und bevorzugte Ausgestaltungen werden nachfolgend mit Verweis auf die beigefügten Figuren beschrieben. Hierbei zeigen:
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1 schematisch und exemplarisch eine perspektivische Ansicht einer Luft-Wasser-Wärmepumpe und -
2 schematisch und exemplarisch eine Seitenansicht der Luft-Wasser-Wärmepumpe aus1 .
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1 schematically and by way of example a perspective view of an air-water heat pump and -
2 schematically and exemplarily a side view of the air-water heat pump 1 .
Der Lüfter
Der Verdampfer
Die Luft-Wasser-Wärmepumpe
Der Kältemittelkreis ist schematisch mit dem Bezugszeichen
Somit wird ein durch eine in den
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