DE19832682C2 - Abtaueinrichtung für einen Verdampfer einer Wärmepumpe oder eines Klimageräts - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abtaueinrichtung für einen Verdampfer einer Wärmepumpe oder eines Klimageräts gemäß dem Oberbegriff des 1. Patentanspruchs.

Bei Verdampfungstemperaturen nahe und unterhalb von 0°C bereift der Verdampfer einer Luft-Wasser-Wärmepumpe. Eine solche Bereifung reduziert den Wirkungsgrad der Wärmepumpe. Es ist dehalb notwendig, den Verdampfer abzutauen. Zur Abtauung von Verdampfern sind verschiedene Abtaueinrichtungen bekannt (vgl. DE 32 27 604 A1, DE 33 33 903 A1).

Bei einer besonders wirkungsvollen Abtaueinrichtung ist die Umkehrung des Kältemittelkreislaufes in der Weise vorgesehen, daß zum Abtauen das Kältemittel im Verdampfer kondensiert und im Verflüssiger verdampft. Die Umkehr des Kältemittelkreislaufes läßt sich durch ein 4- Wege-Umschaltventil erreichen.

Diese Methode wird häufig bei Klimageräten angewandt, die sowohl heizen als auch kühlen können. Es sind dabei sowohl Schaltungen mit einem als auch Schaltungen mit zwei thermostatischen Expansionsventilen bekannt. In beiden Fällen ist nachteilig, daß es im Anschluß an die Umkehrung des Kältemittelkreislaufes durch Schalten des Umkehrventils einige Zeit dauert, bis sich ein stationärer Abtaubetrieb mit hoher Abtauleistung einstellt. Der Abtauvorgang dauert also länger als unbedingt erforderlich, was die mittlere Heizleistung verringert. Dies kann darauf zurückgeführt werden, daß das thermostatische Expansionsventil ein vergleichsweise träges Regelverhalten hat und es anschließend an das Umschalten des Kältemittelkreislaufes zu einer Kältemittelverlagerung kommt, was zum Ansprechen eines Niederdruckpressostaten führen kann.

Die DE 42 24 780 C2 beschreibt u. a. eine Möglichkeit, während einer Heißgas-Abtauung die Kältemenge im Kältemenge im Kreislauf zu erhöhen, indem durch einen Teil des Heißgases flüssiges Kältemittel aus dem Sammler ausgetrieben wird, das dann in den Verdampfer expandiert wird.

Aus der AT-397 145 B ist die Anordnung eines zusätzlichen Flüssigkeitssammlers zwischen dem Flüssigkeitssammler hinter dem Kondensator und dem Drosselorgan vor dem Verdampfer beschrieben. Der Dampf aus der Dampfphase, der sich über dem Flüssigkeitsspiegel dieses Sammlers bildet, soll zur Verdampfer-Abtauung genutzt werden. Dadurch, daß us der Dapfphase des Sammlers Dampf abgezogen wird, der in der Folge durch neuen Dampf aus der Flüssigkeitsphase ersetzt wird, erfolgt eine Unterkühlung der Flüssigkeit. Ein solches Verfahren eignet sich grundsätzlich bei Kältekreisen mit mehreren Verdampfern, die zu unterschiedlichen Zeiten abgetaut werden müssen. Mit einer Kreisumkehrschaltung hat dies jedoch nichts zu tun.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abtaueinrichtung vorzuschlagen, bei der der Abtauvorgang verbessert, insbesondere schnell in den stationären Abtaubetrieb übergeht, wobei insbesondere niedrige Sauggasdrücke vermieden sind.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe dadurch gelöst, daß im Heizkreis vor das erste Expansionsventil ein Kältemittelsammler geschaltet ist, der über eine Leitung mit dem zweiten Expansionsventil verbunden ist.

Im Heizbetrieb speichert sich im Kältemittelsammler Kältemittel. Dieses wird dann zu Beginn des Abtaubetriebs dem Abtaukreis vor dem zweiten Expansionsventil zugeführt. Dadurch ist vermieden, daß infolge eines Mangels an flüssigem Kältemittel vor dem Expansionsventil tiefe Sauggasdrücke auftreten, welche das Erreichen des stationären Abtaubetriebs verzögern würden, insbesondere weil ein Niederdruckpressostat der Wärmepumpe ansprechen könnte oder, um dies zu vermeiden, für eine gewisse Zeit überbrückt werden müßte.

Durch die Nachlieferung von Kältemittel aus dem Kältemittelsammler in den Abtaukreis ist erreicht, daß im Abtaubetrieb mehr Kältemittel im Kreislauf zur Verfügung steht als im Heizbetrieb. Dies ist günstig, weil bei Luft-Wasser-Wärmepumpen das innere Volumen des Verdampfers gewöhnlich deutlich größer ist als das innere Volumen des Verflüssigers.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist das zweite Expansionsventil vom Druck des Kältemittels gesteuert und das erste Expansionsventil ist von der Temperatur des Kältemittels am Ausgang des Verdampfers gesteuert. Das zweite Expansionsventil ist ein automatisches Expansionsventil. Dieses hat gegenüber einem thermostatischen Expansionsventil den Vorteil, daß es schnell anspricht, was zu einem schnellen Erreichen des stationären Abtaubetriebs führt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Wärmepumpenkreis mit Kreislaufumkehr und

Fig. 2 eine Alternative zu Fig. 1.

Eine Wärmepumpe weist einen Verdichter 1 auf, dem ein 4-Wege- Umschaltventil 2 nachgeschaltet ist. Die Wärmepumpe hat einen Verflüssiger 3, an den ein Nutzkreis angeschlossen ist, einen Verdampfer 4, einen Kältemittelsammler 5, ein thermostatisches Expansionsventil 6 und ein Rückschlagventil 8. Für den Abtaubetrieb sind zusätzlich ein automatisches Expansionsventil 7, das von dem an seinem Ausgang herrschenden Druck gesteuert ist, eine Leitung 9', in der ein Rückschlagventil 9 liegt, und ein Rückschlagventil 10 vorgesehen.

Im Heizbetrieb erfolgt der Kältemittelstrom auf folgendem Wege: Verdichter 1, Umschaltventil 2, Verflüssiger 3, Rückschlagventil 8, Kältemittelsammler 5, thermostatisches Expansionsventil 6, Verdampfer 4, Umschaltventil 2, Verdichter 1 (Heizkreis).

Für die Einschaltung des Abtaubetriebs im Fall der Bereifung des Verdampfers 4 erfolgt der Kältemittelstrom in Strömungsrichtung folgendermaßen: Verdichter 1, Umschaltventil 2, Verdampfer 4, Rückschlagventil 10, automatisches Expansionsventil 7, Verflüssiger 3, Umschaltventil 2, Verdichter 1 (Abtaukreis).

Das innere Volumen des Verdampfers 4 ist deutlich größer als das innere Volumen des Verflüssigers 3. Das thermostatische Expansionsventil 6 ist über einen Temperaturfühler 6' gesteuert, der am Heizbetrieb-Ausgang des Verdampfers 4 liegt.

Während des Heizbetriebs wird im Kältemittelsammler 5 flüssiges Kältemittel gespeichert. Beim Einleiten des Abtaubetriebs durch Umschalten des Umschaltventils 2 befindet sich im Kältemittelsammler 5 gesättigtes, flüssiges Kältemittel unter dem Kondensationsdruck. Nach dem Umschalten auf Abtaubetrieb nimmt der Kondensationsdruck wegen der jetzt niedrigeren Kondensationstemperatur im Verdampfer 4 ab. Es strömt nun das flüssige Kältemittel über die Leitung 9' und das Rückschlagventil 9 zum automatischen Expansionsventil 7. Dadurch werden niedrige Sauggasdrücke, die sonst infolge eines Mangels an flüssigem Kältemittel vor dem automatischen Expansionsventil 7 auftreten könnten, vermieden. Im danach folgenden stationären Abtaubetrieb wird das Einschieben von Kältemittel in den Kältemittelsammler 5 durch das Rückschlagventil 9 verhindert. Es steht also die gesamte Kältemittelmenge im Abtaukreis zur Verfügung.

Das Rückschlagventil 8, der Kältemittelsammler 5 und das thermostatische Expansionsventil 6 liegen in einem Zweig des Heizkreises, dem ein Zweig des Abtaukreises strömungstechnisch parallelgeschaltet ist, in dem das Rückschlagventil 10 und das automatische Expansionsventil 7 in Reihe liegen. Die beiden Parallelzweige sind über die Leitung 9' bzw. das Rücklaufventil 9 als Querzweig verbunden, nämlich einerseits zwischen dem Kältemittelsammler 5 und dem thermostatischen Expansionsventil 6 und andererseits zwischen dem Rückschlagventil 10 und dem automatischen Expansionsventil 7. Das Rückschlagventil 9 zusammen mit dem Rückschlagventil 10 dienen dazu, im Heizbetrieb eine Umgehung des thermostatischen Expansionsventils 6 zu vermeiden. Das Rückschlagventil 9 dient auch dazu, im Abtaubetrieb ein Einströmen von Kältemittel in den Kältemittelsammler 5 zu vermeiden. Durch das Rückschlagventil 8 soll verhindert werden, daß im Abtaubetrieb Kältemittel in den Kältemittelsammler 5 und damit nicht mehr in den Verflüssiger 3 gelangt, der im Abtaubetrieb die Funktion eines Verdampfers haben kann.

Damit im Abtaubetrieb möglichst kein flüssiges Kältemittel in den Verdichter 1 gelangt, kann in Strömungsrichtung vor dem Verdichter 1 ein Flüssigkeitsabscheider 12 vorgesehen sein. Dieser ist in Fig. 2 gezeigt.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist zwischen dem Umschaltventil 2 und dem Verdampfer 4 die eine Seite eines Rekuperators 11 vorgesehen, dessen andere Seite zwischen dem Ausgang des Kältemittelsammlers 5 und dem thermostatischen Expansionsventil 6 liegt. Das Rückschlagventil 9 kann, aber muß nicht in diesem Fall, vorgesehen sein. Im Abtaubetrieb wird der Rekuperator 11 auf der einen Seite, nämlich zwischen dem Verdampfer 4 und dem Umschaltventil 2 von Heißgas durchströmt, so daß flüssiges Kältemittel, das - bei nicht vorhandenem Rückschlagventil 9 - auf der anderen Seite des Rekuperators 11 zum Kältemittelsammler 5 strömt, verdampft wird. Gleichzeitig wird das etwa noch im Kältemittelsammler 5 und in der sich anschließenden Flüssigkeitsleitung vorhandene flüssige Kältemittel durch den Rekuperator 11 aufgewärmt und verdampft. Dadurch wird das flüssige Kältemittel aus dem Kältemittelsammler 5 allmählich ausgetrieben und steht dem Kältemittelkreislauf im Abtaubetrieb zur Verfügung.

Claims (4)

1. Abtaueinrichtung für einen Verdampfer einer Wärmepumpe oder eines Klimageräts mit einem im Kreislauf geführten Kältemittel, mit einer Kältemittelkreislauf-Umkehrschaltung und einem ersten Expansionsventil in einem Heizkreis und einem zweiten Expansionsventil in einem Abtaukreis, dadurch gekennzeichnet, daß im Heizkreis (1, 2, 3, 8, 5, 6, 4, 2, 1) vor das erste Expansionsventil (6) ein Kältemittelsammler (5) geschaltet ist, der über eine Leitung (9') mit dem zweiten Expansionsventil (7) verbunden ist.

2. Abtaueinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Expansionsventil (7) vom Druck des Kältemittels gesteuert ist und das erste Expansionsventil (6) von der Temperatur des Kältemittels an einem Ausgang des Verdampfers (4) gesteuert ist.

3. Abtaueinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung (9') ein Rückschlagventil (9) angeordnet ist.

4. Abtaueinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rekuperator (11) im Heizkreis vorgesehen ist, der einerseits am Ausgang des Verdampfers (4) und andererseits an einem Ausgang des Kältemittelsammlers (5) liegt.