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Verfahren zum Betreiben einer Luf t-Was -r-Wärmepump e
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Luft-Wasser-Wärmepumpe,
wobei die Abtauzeitpunkte, in denen durch Umkehr des Kältemittelkreislaufs das Abtauen
des Verdampfers eingeleitet wird, dann vorliegen, wenn der Verdampfungsdruck des
Kältemittels im Verdampfer bzw. zwischen Verdampfer und Verdichter mindestens einen
von zwei unterschiedlichen Abtaugrenzdrucken unterscheidet.
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Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-OS 30 22 571 bekannt. Bei
Luf-Wasser-Wärmepumpen besteht bei Lufttemperaturen zwischen +10°C und -5 0C bei
entsprechend hoher Luftfeuchtigkeit die Gefahr, daß sich auf dem Verdampfer ein
Eismantel bildet, der den Wärmeübergang zwischen der Luft und dem im Verdampfer
geführten Kältemittel so erheblich beeinträchtigt, daß kein sinnvoller Weiterbetrieb
der Wärmepumpe mehr möglich ist. In diesem Fall ist es dann erforderlich, den Eismantel
am Verdampfer abzutauen. Dies geschieht dadurch, daß der Kältemittelkreislauf umgekehrt
wird, d.h. daß durch Umstellung des sogenannten Abtauventils das vom Verdichter
erhitzte Kältemittel nicht mehr durch den den Heizwasserkreis speisenden Kondensor,
sondern durch den Verdampfer geleitet wird. Gleichzeitig wird für die Zeitdauer
des Abtauens der den Verdampfer anblasende Ventilator stillgelegt. Hierbei ist es
problematisch, frühzeitig und zuverlässig eine Verdampfervereisung festzustellen
und damit ein geeignetes Kriterium für den Abtauzeitpunkt zu finden. Bei dem aus
der erwähnten DE-OS 30 22 517 bekannten Verfahren erfolgt ein Abtauen des Verdampfers,
wenn der Verdampfungsdruck des Kältemittels zwischen dem Verdampfer und dem Verdichter
auf einen ersten Abtaugrenz-
druck abgesunken ist er Heizbetrieb
wird jedoch fortgesetzte wenn der Verdampfungsdruck innerhalb einer vorgegebenen
Zeitspanne, beispielsweise einer halben Stunde, zweimal diesen Abtaugrenzdruck erreicht
hat. Ein enxeutes Abtauen wird erst dann eingeleitet, wenn der Verdampfungsdruck
einen zweiten, niedrigeren Abtaugrenzdruck erreicht. Dieses Verfahren ermöglicht
bereits eine gute Annäherung an die optimale Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben,
das ohne zeitliche Uberwachung des Verlauf des Verdampfungsdruckes eine noch exaktere
Feststellung der Notwendigkeit für einen Abtauvorgang ermöglicht.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zusätzlich die
Lufteintrittstemperatur am Verdampfer erfaßt und mit einem Temperaturgrenzwert verglichen
wird und daß jeweils ein Abtauzeitpunkt vorliegt, a) wenn der höhere Abtaugrenzdruck
unterschritten wird und gleichzeitig die Lufteintrittstemperatur über den Temperaturgrenzwert
liegt oder b) wenn der niedrigere Abtaugrenzdruck unterschritten wird und gleichzeitig
die Lufteintrittstemperatur den Temperaturgrenzwert erreicht oder unterschreitet.
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Durch den Temperaturgrenzwert erfolgt eine Aufteilung des Arbeitsbereichs
der Wärmepumpe im Verdampfungsdruck-Lufteintrittstemperatur-Diagramm (pv-4tLE-Diagramm)
in zwei Teilbereiche. Liegt die Lufteintrittstemperatur über dem Temperaturgrenzwert
und erfolgt trotzdem eine Unterschreitung des unter diesem Teilarbeitsbereich liegenden
höheren Abtaugrenzdruckes, so kann dies nur auf einen gravierend verschlechterten
Wärmeübergang zwischen der Luft und dem im Verdampfer geführten Kältemittel beruhen,
der nur durch eine Verdampfervereisung hervor-
gerufen sein kann.
Liegt allerdings die t,ufteintrittstemperatur unterhalb des Temperaturgrenzwertes,
dann liegt der höhere Abtaugrenzdruck im oder über dem zulässigen Arbeitsbereich
der Wärmepumpe, so daß in diesem Fall eine Unterschreitung des höheren Abtaugrenzdruckes
kein Hinweis für ene Verdampfervereisung ist Aus diesem Grunde ist für diesen Temperaturbereich
ein Vergleich des Verdampfungsdruckes mit dem niedrigeren Abtaugrenzdruck erforderlich,
um zu einer eindeut9gen Aussage über das Vorliegen einer Verdampfervereisung zu
kommen. Auch in diesem Temperaturbereich, in dem die Lufteintrittstemperatur unterhalb
des Temperaturgrenzwertes liegt, weist ein Unterschreiten des niedrigeren Abtaugrenzdruckes
auf ein Verlassen des normalen Arbeitsbereichs der Wärmepumpe wegen eines gravierend
verschlechterten WärmeUbergangs zwischen der Luft und dem im Verdampfer geführten
Kältemittel hin, der auf eine Verdampfervereisung zurUckzuführen ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform liegt der Temperaturgrenzwert
in der Mitte des Vereisungsbereichs, der von -50C bis +10°C reicht, also bei ca.
+2,50C.
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Es ist vorteilhaft, wenn der höhere Abtaugrenzdruck so gewählt ist,
daß der Arbeitsbereich der Wärmepumpe im Verdampfungsdruck-Lufteintrittstemperatur-Diagramm
für alle über dem Temperaturgrenzwert liegenden Lufteintrittstemperaturen über dem
höheren Abtaugrenzdruck liegt.
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Dies liefert ein eindeutiges Kriterium für die Verdampfervereisung
in all den Fällen, in denen die Lufteintrittstemperatur am Verdampfer über dem Temperaturgrenzwert
liegt.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn der niedrigere Abtaugrenzdruck so
gewählt ist, daß er im Verdampfungsdruck-Lufteintritts temperatur-Diagramm bei einer
so niedrigen Lufteintrittstemperatur, bei der die Wärmepumpe ihre Einsatz-
grenze
erreicht (ca. -10gC), etwa in der Mitte der zugehörigen den Arbeitsbereich der Wärmepumpe
begrenzenden Verdampfungsdruckwerte liegt. Durch diese relativ hohe Lage des niedrigeren
Abtaugrenzdruckes wird eine frühzeitige Erkennung einer beginnenden Verdampfervereisung
ermöglicht, ohne daß die Gefahr besteht, daß aufgrund von n Fehldiagnosen" überflüssige
Abtauvorgänge eingeleitet werden Allerdings kann der niedrigere Abtaugrenzdruck
auch zu niedrigeren Werten hin gewählt werden, wobei dann allerdings mit einem verzögerten
Erkennen einer Verdampfervereisung zu rechnen ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist jeder bei Auftreten eines
Abtauzeitpunktes eingeleitete Abtauvorgang eine feste Zeitdauer auf. Diese Zeitdauer
kann beispielsweise fünf Minuten betragen. Da eine Vereisung des Verdampfers durch
das erfindungsgemäße Verfahren sehr frUhzeitig erkannt wird, sind derartig kurze
Abtauzeitdauern ausreichend. Auch dies erhöht die Effizienz des erfindungsgemäßen
Verfahrens, da eine unnötig lange Abtauzeitspanne letztlich die Jahresarbeitszahl
der Wärmepumpe verschlechtert. Für den Fall, daß eine Abtauzeitspanne enmal nicht
ausreichend ist, um den Eismantel am Verdampfer zu beseitigen, wird bei der anschließenden
Wiederaufnahme des Wärmepumpenbetriebs das Abtaukriterium wiederul erfüllt sein,
so daß sich ein erneuter Abtauvorgang mit der festen Abtauzeitdauer anschließt.
Durch eine zeitliche Aneinanderreihung mehrerer Abtauvorgänge der festen Zeitdauer
wird in jedem Fall ein vollständiges Abtauen erreicht, wobei maximal um etwas weniger
als eine feste Zeitdauer zu lange abgetaut werden kann. Damit wird eine sehr flexible
Betriebsführung und eine Optimierung der Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe erreicht.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels
in den Fig. 1 bis 4 näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 das Verdampfungsdruck-Lufteintrittstemperatur-Diagramm
(pV-#LE-Diagramm) einer bestimmten Wärmepumpe mit einem bestimmten Kältemittel mit
dem höheren und dem niedrigeren Abtaugrenzdruck PV1 und PV2 sowie dem Temperaturgrenzwert
Fig. 2 den zeitlichen Verlauf des Verdampfungsdruckes des Kältemittels der Wärmepumpe
bei verschiedenen Lufteintrittstemperaturen #LE mit je einer Abtaueinle itung, Fig.
3 die schematische Darstellung einer Wärmepumpe zur Durchführung des Verfahrens
und Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel für den Aufbau einer Abtaukommandostufe 20 in
Fig. 3.
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In Fig. 1 ist das Verdampfungsdruck-Lufteintrittstemperatur-Diagramm
(pV-#LE-Diagramm) einer Wärmepumpe dargestellt. Hierbei ist auf der Ordinate der
Verdampfungsdruck PV des Kältemittels und auf der Abszisse die Lufteintrittstemperatur
aufgetragen. Für jede Wärmepumpe-Kältemittel-Paarung existiert ein derartiges Verdampfungsdruck-Lufteintrittstemperatur-Diagramm.
Im vorliegenden Fall handelt es sich um die Siemens-Wärmepumpe 2WP2 136 LI 10 mit
dem Kältemittel R12.
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In dem in Fig. 1 dargestellten Diagramm treten zwei Kurvenäste pVW1
und PVW2 auf, die jeweils den Zusammenhang zwischen Verdampfungsdruck PV und Lufteintrittstemperatur
ßLE für die maximale Wasseraustrittstemperatur tW1 und die minimale Wasseraustrittstemperatur
#W2 auf der Heizwasserseite des Kondensors (12 in Fig.3) darstellen. Die maximale
bzw. minimale Wasseraustrittstemperatur XW1 und QW2 stellen also Wärmepumpen-Betriebsparameter
dar, die durch die Wärmepumpentype feste legt werden und durch Anlagenwerte, die
in standardmäßigen Wärmepumpenheizsystemen gleich sind. In dem in Fig. 1 dargestellten
Fall ist die maximale Wasseraustrittstemperatur AW1 = 55°C und die minimale Wasser-
austritts-temperatur
#W2 = 350C. Zwischen den beiden Kurvenästen PVW1 und pVW2 liegt der Arbeitsbereich
A der Wälmepumpe.
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Ferner sind in Fig. 1 die beiden Abtaugrenzdrucke pV1 und PV2 eingetragen,
wobei im dargestellten Fall der höhere Abtaugrenzdruck pV1 einen Wert von 0,7 bar
und der niedrigere Abtaugrenzdruck PV2 einen Wert von 0,55 bar aufweist. Ferner
ist in Fig. 1 der Temperaturgrenzwert #LEG eingetragen, der im vorliegenden Fall
bei +2,5°C liegt.
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Das vorliegende Verfahren nutzt die Erkenntnis, daß ein Absinken des
Verdampfungsdruckes pV, bei dem der Arbeitsbereich A der Wärmepumpe verlassen wird,
auf eine irreguläre Verschlechterung des Wärmeübergangs zwischen der als Energiespender
dienenden Außenluft mit der Lufteintrittstemperatur #LE und dem Verdampfer(3 in
Fig. 9) durch Vereisung des Verdampfers zurückzuführen ist.
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Durch geeignete Wahl des Temperaturgrenzwertes #LEG, der in Fig. 1
zu aLEG = 2,5°C gewählt ist, erfolgt eine Tei-LEG lung des Arbeitsbereichs A der
Wärmepumpe in einen oberhalb und einen unterhalb dieses Temperaturgrenzwertes liegenden
Bereich. Dieser Temperaturgrenzwert LEG ist zwischen -50C und +100C wählbar und
wird zweckmäßig auf den Mittelwert tLEG = +2,5°C gelegt. Dem oberhalb des Temperaturgrenzwertes
#LEG zugeordneten Teil des Arbeitsbereichs A der Wärmepumpe ist der Abtaugrenzdruck
pV1 zugeordnet, dem unterhalb des Temperaturgrenzwertes #EG liegenden Teil des Arbeitsbereichs
der niedrigere Abtaugrenzdruck PV2. Der höhere Abtaugrenzdruck pV1 ist hierbei so
festgelegt, daß für alle Lufteintrittstemperaturen #LE, die oberhalb des Temperaturgrenzwertes
#LEG liegen, der Arbeitsbereich A der Wärmepumpe Uber diesem Abtaugrenzdruck pV1
liegt. Tritt bei einer über dem Temperaturgrenzwert #LEG liegenden Lufteintrittstemperatur
ein
Erreichen oder Unterschreiten dieses höheren Abtaugrenzdruckes pV1 auf, verläßt
also der Verdampfungsdruck den Arbeitsbereich der Wärmepumpe nach unten hin, so
wird dies als Abtauzeitpunkt erkannt und ein Abtauvorgang mit fester Zeitdauer,
beispielsweise 5 Minuten, eingeleitet. Bei Lufteintrittstemperatur #LE, die unterhalb
des Temperaturgrenzwertes #LEG liegen, liegt der obere Abtaugrenzdruck pV1 im oder
über dem zulässigen Arbeitsbereich der Wärmepumpe. Das Einleiten eines Abtauvorganges
bei Erreichen oder Unterschreiten des höheren Abtaugrenzdruckes pV1 würde in diesem
Fall zu einem nicht notwendigen Abtauvorgang und damit einer Verschlechterung der
Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe führen. Aus diesem Grunde wird bei Lufteintrlttstemperaturen
#LE, die unterhalb des Temperaturgrenzwertes # LEG liegen, ein Unterschreiten dieses
höheren Abtaugrenzdruckes PV1 nicht mehr als Abtauzeitpunkt gewertet.
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Vielmehr wird in diesem Fall ein Vergleich des Verdampfungsdruckes
pV des Kältemittels mit dem niedrigeren Abtaugrenzdruck FV2 durchgeführt und erst
bei Unterschreitung dieses niedrigeren Abtaugrenzdruckes ein Abtauvorgang mit fester
Zeitdauer, also beispielsweise fünf Minuten, eingeleitet. Der niedrigere Abtaugrenzdruck
PV2 ist hierbei so gelegt, daß er unterhalb des Wertes des Kurvenastes pVW1 bei
einer so niedrigen Lufteintrittstemperatur #LE liegt, bei der die Wärmepumpe ihre
Einsatzgrenze erreicht. Die Einsatzgrenze einer Wärmepumpe wird üblicherweise etwa
bei -10°C erreicht.
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Um jedoch ein möglichst frühzeitiges Erkennen einer Verdampfervereisung
zu ermöglichen, ist es nicht sinnvoll, den niedrigeren Abtaugrenzdruck pV2 zu niedrig
zu legen. Er wird deshalb vorteilhafterweise so gelegt, daß er etwa in der Mitte
zwischen den Temperaturwerten der Kurvenäste PVw1 und PVW2 bei der Lufteintrittstemperatur
Q liegt, bei der die Wärmepumpe ihre Einsatz-Lt grenze erreicht, also bei einer
Lufteintrittstemperatur #LE = -10°C. Damit liegt er zwar über dem entsprechenden
Wert
des Kurvenastes pVW2 bei der der Einsatzgrenze der Wärmepumpe entsprechenden Lufteintrittstemperatur
#LE = -10°C, dies ist aber unschädlich, da bei derartig niedrigen Außentemperaturen
die Wasseraustrittstemperatur des Heizwassers am Kondensor in der Umgebung der maximalen
Wasseraustrittstemperatur #W1 = 55°C liegen wird.
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Fig. 2 zeigt beispielhaft den zeitlichen Verlauf des Verdampfungsdruckes
pV des Kältemittels der Wärmepumpe bei verschiedenen Außentemperaturen und damit
Lufteintrittstemperaturen #LE und zwei Abtauvorgängen. Der Verdampffungsdruck pV
ist hierbei punktiert eingezeichnet. Als Lufteintrittstemperaturen sind hierbei
die Werte #LE1 = 5°C und #LE2 = -2,5°C gewählt. Die Abtaugrenzdrucke pV1 und pV2
sind strichpunktiert eingezeichnet und decken sich mit den in Fig. 1 verwendeten.
Bis zum Zeitpunkt t3 liegt die Lufteintrittstemperatur #LE1 = 5°C vor. Die entsprechende
Breite des Arbeitsbereiches #p1(#LE1=5°C) ist aus Fig. 1 bestimmt und wird durch
die zur Abszisse t parallelen Geraden pVW1( #LE1=5°C) und PVW2 #LE2=5°C) begrenzt.
Im Zeitbereich zwischen t3 und t4 erfolgt ein Absinken der Außentemperatur, so daß
vom Zeitpunkt t4 an eine Lufteintrittstemperatur #LE2 = -2,5°C vorliegt. Die Breite
des Arbeitsbereiches #p2(#LE2=-2,5°C) ist ebenfalls aus Fig. 1 entnommen und wird
in diesem Fall für die Lufteintrittstemperatur #LE2 = -2,5°C durch die parallel
zur Abszisse verlaufenden Geraden pVW1 und pVW2 gebildet.
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Zum Zeitpunkt t0 arbeite die Wärmepumpe stabil. Anschliessend beginnt
der Verdampfungsdruck pV wegen Vereisung des Verdampfers (3 in Fig. 3) zu sinken,
wobei der Arbeitsbereich A der Wärmepumpe durch Unterschreiten der Geraden pVW2
(#LE1=5°C) verlassen wird. Im Zeitpunkt t1 wird schließlich der obere Abtaugrenzdruck
pV1 unterschritten.
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Da die Lufteintrittstemperatur LE1 (50C) über dem Temperaturgrenzwert
#LEG = 2,5°C liegt, wird diese Unterschreitung des oberen Abtaugrenzdruckes pV1
als Abtauzeitpunkt gewertet und ein Abtauvorgang eingeleitet.
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Während der festen Abtauzeit bis t2 und eine Toleranzzeit danach ist
der Verdampfungsdruck pV nicht relevant und wird nicht ausgewertet. Danach läuft
die Wärmepumpe wieder stabil bei unveränderter Außen- bzw. Lufteintrittstemperatur
#LE1 = 5°C. Von t3 bis t4 sinke nun die Lufteintrittstemperatur #LE auf den Wert
#LE = -2,5°C.
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Entsprechend verändert sich der Arbeitsbereich A, innerhalb dem sich
der Verdampfungsdruck PV mit nach unten bewegt. Allerdings liegt der obere Abtaugrenzdruck
pV1 nunmehr im zulässigen Arbeitsbereich A der Wärmepumpe.
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Aus diesem Grund wird - da die Lufteintrittstemperatur #LE2 nunmehr
unterhalb des Temperaturgrenzwertes #LEG = 2,5°C liegt - das Auftreten eines Abtauzeitpunktes
nicht mehr vom Erreichen oder Unterschreiten des oberen Abtaugrenzdruckes, sondern
des niedrigeren Abtaugrenzdruckes PV2 abhängig gemacht. Sinkt nun wegen erneuter
Vereisung der Verdampfungsdruck pV weiter, so wird im Zeitpunkt t5, in dem der obere
Abtaugrenzdruck PV1 unterschritten wird, kein Abtauzeitpunkt erkannt.
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Erst wenn der Verdampfungsdruck pX die untere Grenze des Arbeitsbereiches
PVW2 (#LE2=-2,5°C) und den niedrigeren Abtaugrenzdruck pV2 unterschritten hat, wird
im Zeitpunkt t6 ein erneuter Abtauzeitpunkt erkannt und ein Abtauvorgang mit fester
Zeitdauer durchgeführt. Als dessen Ergebnis läuft nach dem Zeitpunkt t7 die Wärmepumpe
erneut stabil bei niedrigerer Außentemperatur.
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Fig. 3 zeigt eine Wärmepumpe in schematischer Darstellung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese Wärmepumpe entspricht in ihrem Aufbau weitgehend
einer konventionellen Wärmepumpe. Es ist ledig-
lich zusätzlich
die Anbringung eines Temperatursensors 1 zur Erfassung der Lufteintrittstremperatur
#LE am Verdampfer 3 sowie der Einsatz von zwei Druckschwellwertgebern zur Feststellung
der Unterschreitung des höheren und niedrigeren Abtaugrenzdruckes PV1 und PV2 sowie
eine zur Verarbeitung der Ausgangssignale dieser Sensoren geeignete Abtaukommandostufe
20 erforderlich.
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Die Druckschwellwertgeber für die beiden Abtaugrenzdrucke PV1 und
PV2 sind im Verdampfer 3 bzw. zwischen Verdampfer 3 und Verdichter 4 anzuordnen.
Wie bei jeder konventionellen Wärmepumpe wird im Verdampfer 3 das Verflüssige Kältemittel
verdampft. Die hierfür notwendige thermische Energie wird der Außenluft entzogen,
die durch den Ventilator 5 gegen den Mantel des Verdampfers geblasen wird. Zur Erfassung
des dabei entstehenden Dampfdruckes pV dient der Drucksensor 2, der als Druckschwellwertgeber
ausgebildet ist und als Bedarfsabtaupresostat bezeichnet wird. Dieser Drucksensor
2 kann für das erfindungsgemäße Verfahren zur Vorgabe des Abtaugrenzdruckes PV1
benutzt werden. Um die Unterschreitung des niedrigeren Abtaugrenzdruckes pV2 zu
erfassen, könnte bei dem Drucksensor 2 ein zweiter gleichartiger Drucksensor eingesetzt
sein. Es könnte auch ein Drucksensor 2 verwendet werden, der zur Erfassung der Unterschreitung
von zwei Schwellwerten ertüchtigt ist, wobei die Schwellwerte in diesem Fall mit
dem höheren und dem niedrigeren Abtaugrenzdruck PV1 und PV2 übereinstimmen müssen.
Ein als Druckschwellwertgeber ausgebildeter Drucksensor liefert - solange der Verdampfungsdruck
pV des Kältemittels oberhalb des Schwellwertes liegt - ein erstes elektrisches Ausgangssignal.
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Unterschreitet der Verdampfungsdruck des Kältemittels den Schwellwert,
ändert sich das elektrische Ausgangssignal des Druckschwellwertgebers auf einen
zweiten konstanten Wert.
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Anschließend durchströmt das gasförmige Kältemittel das Abtauventil
6 Das Abtauventil 5 weist zwei diskrete Stellungen auf, wobei in der normalen Betriebsstellung
der ausgezogen dargestellte Fluß des Kältemittels vorliegt. In dieser Stellung strömt
das nunmehr gasförmige Kältemittel aus der Rohrleitung 7 in die Rohrleitung 8, die
mit der Ansaugseite des Verdichters 4 verbunden ist.
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Zur Erfassung des Verdampfungsdruckes pV des Kältemittels unmittelbar
vor dem Verdichter 4 ist wiederum ein als Niederdruckpressostat bezeichneter Druckschwellwertgeber
9 eingesetzt. Dieser Druckschwellwertgeber 9 dient der Sicherheit der Wärmepumpe.
Falls nämlich aufgrund eines Lecks ein Kältemittelverlust eintritt, besteht Uberhitzungsgefahr
für den Verdichter 4, der durch das Kältemittel gekühlt wird. In diesem Fall wird
bei Unterschreiten eines kritischen Schwellwertes, der durch den Druckschwellwertgeber
9 überwacht wird, eine Abschaltung des Verdichters 4 veranlaßt. Dieser ohnehin bei
einer Wärmepumpe vorhandene Druckschwellwertgeber 9 kann nun, um Bauelemente zu
sparen, zur tiberwachung auf Unterschreitung des niedrigeren Abtaugrenzdruckes PV2
genutzt werden. In diesem Fall wird der zweite, bei dem Druckschwellwertgeber 2
eingesetzte Druckschwellwertgeber zur Uberwachung auf Unterschreitung des niedrigeren
Abtaugrenzdruckes pV2 überflüssig.
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Der nach dem Verdichter 4 angeordnete Drucksensor 17 ist ebenfalls
als Druckschwellwertgeber ausgebildet und wird als Hochdruckpressostat bezeichnet.
Ähnlich wie der Druckschwellwertgeber 9 dient auch der Drucksensor 17 Sicherheitszwecken.
Falls nämlich im normalen Heizbetrieb der Wärmepumpe, beispielsweise durch zu geringe
Wärmeentnahme aus dem erhitzten Kältemittel an den Heizwasserkreis 13 im Kondensator,
nach dem Verdichter 4 ein gefährlicher Druckanstieg auftritt, der die mechanische
Stabilität der Rohrleitungen gefährden könnte, wird ebenfalls der Verdichter 4 stillgesetzt.
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Anschließend wird das erhitzte Kältemittel in der eingezeichneten
Stellung des Abtauventils 6 von der Rohrleitung 10 in die Rohrleitung 11 geleitet
und durchströmt dann den Kondensor 12, in dem die Wärmeabgabe an den Heizwasserkreis
13 erfolgt. Die im Zusammenhang mit der Fig. 1 erwähnten maximalen und minimalen
Wasseraustrittstemperaturen qWr und 42 beziehen sich auf die Austrittstemperaturen
des Heizwassers im Kondensor 12. Im Heizwasserkreis 15 befinden sich bei einer durch
die Wärmepumpe gespeisten Heizungsanlage die hier nicht eingezeichneten Raumheizkörper.
Das abgekühlte Kältemittel durchströmt anschließend die Rohrleitung 14, in der ein
Rückschlagventil 15 sowie ein Expansionsventil 16 angeordnet ist. Im Expansionsventil
16 erfolgt eine adiabatische Entspannung des Kältemittels. Im Verdampfer 3 wird
das Kältemittel wieder durch 'abzapfen der thermischen Energie der Luft erwärmt
und verdampft.
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Falls ein Abtauen des Verdampfers 3 erforderlich wird, wird das Abtauventil
6 in seine zweite Stellung gebracht, in der der gestrichelt eingezeichnete Strömungsverlauf
vorliegt. Durch das Abtauventil 6 werden in diesem Fall die Rohrleitungen 8 und
11 sowie 7 und 10 miteinander verbunden. Die Strömungsrichtung im Verdichterkreis
bleibt erhalten, jedoch wird nun der Verdampfer 3 von der Hochdruckseite des Verdichters
4 gespeist, so daß das erhitzte Kältemittel den Verdampfer 3 durchströmt, wodurch
ein Eismantel auf dem Verdampfer 3 abgeschmolzen wird. Nach Passieren des Verdampfers
3 strömt im Abtaufall das Kältemittel über das Rückschlagventil 18 sowie das Expansionsventil
19 durch den Kondensor 12 und dort über die Rohrleitung 11 sowie die Rohrleitung
8 zu Verdichter 4 zurück. Im Abtaufall wird auch der Ventilator 5 stillgelegt.
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Die Ermittlung eines Abtauzeitpunktes erfolgt durch die Abtaukommandostufe
20> der eingangsseitig das elektrische Ausgangssignal u zLE des Temperatursensors
1 zugeführt ist, das ein elektrisches Abbild der Lufteintrittstemperatur 9 darstellt.
Darüber hinaus steht an einem Lt zweiten Eingang der Abtaukommandostufe 20 das Ausgangssignal
ul des Druckschwellwertgebers 2 an, das aktiv ist, wenn der Verdampfungsdruck pv
des Kältemittels den oberen Abtaugrenzdruck Pv1 unterschreitet. An einem dritten
Eingang der Abtaukommandostufe 20 steht das Ausgangssignal u2 des Druckschwellwertgebers
9 an, das aktiv ist, wenn der Verdampfungsdruck pV des Kältemittels den niedrigeren
Abtaugrenzdruck PV2 unterschreitet. Ausgangsseitig liefert die Abtaukommandostufe
20 im Bedarfsfall eine Abtauzeitdauer lang ein Ausgangssignal UA, bei dessen Auftreten
das Abtauventil 6 in die AD-taustellung gebracht und der Ventilator 5 stillgelegt
wird.
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Fig. 4 zeigt eine Möglichkeit der Innenbeschaltung der Abtaukommandostufe
20. Die Eingangsspannung ul ist hierbei dem einen Eingang eines UND-Gatters Al zugeführt.
Die Eingangsspannung u2 ist ebenfalls dem einen Eingang eines zweiten UND-Gatters
A2 zugeführt. Das Ausgangssignal usLE des Temperatursensors 1 ist einem Grenzwertmelder
G zugeführt, dessen Ausgangssignal uG dann aktiv ist, wenn die Lufteintrittstemperatur
#LE gleich oder kleiner dem Temperaturgrenzwert #LE ist.
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Dieses Ausgangssignal uG ist dem zweiten Eingang des zweiten UND-Gatters
A2 sowie einem invertierenden zweiten Eingang des ersten UND-Gatters Al zugeführt.
Die Ausgangssignale der beiden UND-Gatter A7 und A2 sind disjunktiv verknüpft durch
ein ODER-Gatter 0, dessen Ausgangssignal eine monostabile Kippstufe K setzt. Die
Dauer des instabilen Zustandes der monostabilen Kippstufe K entspricht der festen
Dauer eines Abtauvorganges. Das
Ausgangssignal der monostabilen
Kippstufe K stellt das Ausgangssignal uA der Abtaukommandostufe 20 dar.
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Durch diesen Aufbau der Abtaukommandostufe 20 wird erreicht, daß ein
Abtauvorgang fester Dauer eingeleitet wird, wenn der Verdampfungsdruck pV den oberen
Abtaugrenzdruck PV1 unterschreitet und gleichzeitig die Lufteintrittstemperatur
#LE über dem Temperaturgrenzwert #LEG liegt oder wenn der Verdampfungsdruck pV den
niedrigeren Abtaugrenzdruck pV2 unterschreitet und dabei gleichzeitig die Lufteintrittstemperatur
#LE gleich oder kleiner als der Temperaturgrenzwert LtG ist.
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5 Patentansprüche 4 Figuren