DE19518977A1 - Wärmepumpe mit einer Einfrierschutzschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpe mit einem Verdampfer, einem Verdichter, Verflüssiger und Expansionsorgan in einem Kältemittelkreislauf, wobei der Verdampfer Energie aus durch ihn geleitetem Wasser bezieht und eine Einfrierschutzschaltung zum Abschalten des Verdichters vorgesehen ist.

Bei Wasser/Wasser-Wärmepumpen wird die Energie von Grundwasser oder Oberflächenwasser oder Fließwasser genützt. Es können Betriebszustände auftreten, die ggf. zu einem Einfrieren des Wassers im Verdampfer führen. Durch das einfrierende Wasser würde der Verdampfer geschädigt.

Um ein Einfrieren des Wassers zu vermeiden, ist in bekannter Weise eine Einfrierschutzschaltung zum Abschalten des Verdichters vorgesehen. Die bekannte Einfrierschutzschaltung erfaßt die Temperatur des im Verdampfer ausgekühlten Wassers. Dennoch können jedoch Fälle auftreten, in denen das Wasser im Verdampfer einfriert.

Die Temperatur des in den Verdampfer zur Energienutzung geleiteten Brunnen- oder Oberflächenwassers ist nicht über die Nutzungszeit konstant. Dadurch ergeben sich auch in Abhängigkeit von den gewünschten Vorlauftemperaturen und somit den verschiedenen Kondensationstemperaturen des Kältemittels unterschiedliche Kälteleistungen und dadurch unterschiedliche Temperaturen des ausgekühlten Wassers. Durch Verschmutzung oder ähnliche Störungen eines Saugbrunnensiebes oder Saugbrunnenfilters wird der Volumenstrom des von einer Brunnenpumpe dem Verdampfer zugeleiteten Wassers reduziert. Dadurch ändern sich die Betriebspunkte der Wärmepumpe bezüglich der Kälteleistung und des Auskühlens des Wassers während der Nutzungszeit. Es kann dabei zu einem Einfrieren kommen.

Ein Ausfall der Brunnenpumpe wird durch die übliche Einfrierschutzschaltung erst spät, nämlich erst dann erkannt, wenn das Wasser im Verdampfer stark abgekühlt ist, wobei auch in diesem Fall die Gefahr besteht, daß das Wasser im Verdampfer einfriert und dieser geschädigt wird.

In der DE 35 24 446 02 ist eine Wärmepumpe beschrieben, an deren Verdampfer ein Fühler angeordnet ist, der den Bereifungszustand des Verdampfers erfaßt. Bei Bereifung wird der Verdampfer abgetaut.

In der DE 36 09 304 A1 ist ein Verfahren zum Steuern des Abtauens eines Verdampfers beschrieben. Es wird die Temperatur des abströmenden Kältemittels erfaßt. Der Abtauvorgang soll erst dann eingeleitet werden, wenn die Vereisung eine gewisse Zeit besteht. Als Einfrierschutz eignen sich diese Maßnahmen nicht, denn bei Wärmepumpen der eingangs genannten Art muß die Einfrierschutzschaltung ansprechen, bevor es zu einer Vereisung kommt, wogegen bei Abtauverfahren eine bezogen auf die Betriebsdauer kurze Vereisung des Verdampfers in Kauf genommen ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Wärmepumpe der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die Wärmepumpe abschaltet, wenn die Gefahr des Einfrierens des Wassers besteht, weil das Wasser zu kalt und/oder der Wasser-Volumenstrom zu klein ist.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einer Wärmepumpe der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß ein Temperaturfühler der Einfrierschutzschaltung die Temperatur des Kältemittels am Ausgang des Verdampfers mißt und die Einfrierschutzschaltung den Verdichter bei Unterschreiten eines unteren Temperaturgrenzwertes des Kältemittels abschaltet. Dadurch ist mit einfachen Mitteln, insbesondere mit nur einem Fühler, erreicht, daß der Verdichter unabhängig vom Grund der Einfriergefahr abgeschaltet wird. Er schaltet sowohl dann ab, wenn das ankommende oder abfließende Brunnenwasser zu kühl ist, also auch dann, wenn der Volumenstrom des Brunnenwassers zu klein bzw. wegen Pumpenausfalls gleich Null ist. Dies liegt darin begründet, daß das Wasser zu wenig Energie liefert bzw. ihm soviel Energie entzogen wird, daß es einfrieren könnte, weil die Temperatur des Kältemittels am Ausgang des Verdampfers schnell auf einen unteren Grenzwert sinkt. Der untere Grenzwert (Abschalttemperatur) ist so gewählt, daß das Wasser im Verdampfer gerade noch nicht einfriert.

Vorzugsweise ist die Abschalttemperatur zwischen -3°C und +3°C eingestellt.

Um zu erreichen, daß die Einfrierschutzschaltung schnell auf den Temperaturfühler reagiert, ist der Temperaturfühler wärmeleitend mit dem Saugdampfrohr des Verdampfers verbunden.

Um die Reaktionszeit weiter zu verkürzen, enthält der Temperaturfühler eine Füllung aus einem niedrig siedenden Medium, wie beispielsweise Kältemittel oder Alkohol. Der Temperaturfühler kann als Füllung auch ein Dehnstofffluid enthalten.

Ein Ausführungsbeispiel ergibt sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. Die Figur zeigt eine Wärmepumpe schematisch.

Eine Wärmepumpe weist in einem Kältemittelkreislauf einen Verdampfer (1), einen Verdichter (2), einen Verflüssiger (3) und ein Expansionsorgan (4) auf. An den Verdampfer (1) ist eine Wasserleitung (5) angeschlossen, durch die mittels einer nicht näher dargestellten Pumpe Wasser aus einem Brunnen oder einer anderen Wasser-Energiequelle gefördert wird. Das Wasser gibt im Verdampfer (1) Wärme an das Kältemittel ab und wird dann über eine Wasserleitung (6), beispielsweise in einen Schluckbrunnen abgeleitet.

Der Verdampfer (1) ist beispielsweise so aufgebaut, daß er aus einem Behälter mit Umlenkblechen besteht, durch den das Wasser labyrinthartig geführt wird. In dem Behälter ist eine mehrlagige Rohrwendel angeordnet, welche vom Kältemittel durchströmt ist. Der Verdampfer (1) weist an seinem Kältemittelausgang ein Saugdampfrohr (7) auf. Mit diesem steht ein Temperaturfühler (8) in wärmeleitender Verbindung. Dieser ist Teil der Einfrierschutzschaltung, welche ein Steuerorgan (9) mit einem Schaltkontakt (10) aufweist. Der Schaltkontakt (10) liegt in Reihe zu einer Relaiswicklung (11), durch die ein dreiphasiger Netzschalter (12) des Verdichters (2) schaltbar ist. In Reihe zum Schaltkontakt (10) liegen außerdem Schaltkontakte (13, 14) eines Hochdruck- bzw. Niederdruckwächters des Kältemittelkreises.

Das Expansionsorgan (4) ist mittels eines weiteren Temperaturfühlers (15) steuerbar, welches ebenfalls an dem Saugdampfrohr (7) angeordnet ist. An den Verflüssiger (3) sind eine Vorlaufleitung (16) und eine Rücklaufleitung (17) eines Nutzwasser- Kreislaufes angeschlossen.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Wärmepumpe ist, soweit im Zusammenhang mit dem Einfrierschutz beachtlich, etwa folgende:

Bei normalen Betriebszuständen des durch den Verdampfer (1) hindurch geförderten Wassers liegt die Temperatur am Temperaturfühler (8) immer oberhalb der Abschalttemperatur, die am Steuerorgan (9) zwischen -3°C und +3°C eingestellt ist. Der Schaltkontakt (10) steht also so, daß der Netzschalter (12) geschlossen ist und der Verdichter (2) arbeitet.

Wird aufgrund besonderer Betriebsereignisse die Temperatur des durch die Wasserleitung (5) zufließenden oder durch die Wasserleitung (6) abfließenden Wassers und/oder der Volumenstrom des Wassers gegenüber den Normalbedingungen zu klein, so daß beim weiteren Betrieb des Kältemittelkreislaufes an sich die Gefahr besteht, daß das Wasser im Verdampfer (1) einfriert, dann erniedrigt sich auch die Temperatur des den Verdampfer (1) durch das Saugdampfrohr (7) verlassenden Kältemittels bis zu der Abschalttemperatur. Bei Erreichen der Abschalttemperatur schaltet das Steuerorgan (9) den Schaltkontakt (10), so daß der Netzschalter (12) den Verdichter (2) abschaltet. Der Kältemittelkreislauf ist also unterbrochen, so daß im Verdampfer (1) dem Wasser nicht weiter Wärme entzogen wird und dieses also auch nicht einfrieren kann.

Nach Wegfall der ungünstigen Betriebsbedingungen wird der Verdichter (2) selbsttätig wieder eingeschaltet.

Claims (5)

1. Wärmepumpe mit einem Verdampfer, Verdichter, Verflüssiger und Expansionsorgan in einem Kältemittelkreislauf, wobei der Verdampfer Energie aus durch ihn geleitetem Wasser bezieht und eine Einfrierschutzschaltung zum Abschalten des Verdichters vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperaturfühler (8) der Einfrierschutzschaltung (9, 10) die Temperatur des Kältemittels am Ausgang (7) des Verdampfers (1) erfaßt und die Einfrierschutzschaltung (9, 10) den Verdichter bei Unterschreiten eines unteren Temperaturgrenzwertes des Kältemittels abschaltet.

2. Wärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschalttemperatur auf einen Wert zwischen -3°C und +3°C eingestellt ist.

3. Wärmepumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (8) wärmeleitend am Saugdampfrohr (7) des Verdampfers (1) befestigt ist.

4. Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (8) eine Füllung aus einem niedrig siedenden Medium, wie Kältemittel oder Alkohol, enthält.

5. Wärmepumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (8) eine Füllung aus einem Dehnstofffluid aufweist.