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EP3423765B1 - Heat pump having a foreign gas collection chamber, method for operating a heat pump, and method for producing a heat pump - Google Patents

Heat pump having a foreign gas collection chamber, method for operating a heat pump, and method for producing a heat pump

Info

Publication number
EP3423765B1
EP3423765B1 EP17707859.9A EP17707859A EP3423765B1 EP 3423765 B1 EP3423765 B1 EP 3423765B1 EP 17707859 A EP17707859 A EP 17707859A EP 3423765 B1 EP3423765 B1 EP 3423765B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
condenser
foreign gas
heat pump
condensation
gas collection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP17707859.9A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP3423765A1 (en
Inventor
Oliver Kniffler
Holger Sedlak
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vertiv SRL
Original Assignee
Vertiv SRL
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vertiv SRL filed Critical Vertiv SRL
Publication of EP3423765A1 publication Critical patent/EP3423765A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP3423765B1 publication Critical patent/EP3423765B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00Heat pumps
    • F25B30/02Heat pumps of the compression type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B25/00Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00
    • F25B25/005Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00 using primary and secondary systems
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B43/00Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat
    • F25B43/04Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat for withdrawing non-condensible gases
    • F25B43/043Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat for withdrawing non-condensible gases for compression type systems
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B49/02Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
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    • F25B2339/04Details of condensers
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    • F25B2700/195Pressures of the condenser
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B2700/00Sensing or detecting of parameters; Sensors therefor
    • F25B2700/21Temperatures
    • F25B2700/2116Temperatures of a condenser
    • F25B2700/21163Temperatures of a condenser of the refrigerant at the outlet of the condenser

Definitions

  • the present invention relates to heat pumps for heating, cooling or any other application of a heat pump.
  • Fig. 8A and Fig. 8B represent a heat pump as described in the European patent EP 2016349 B1
  • the heat pump comprises an evaporator 10 for evaporating water as the working fluid in order to generate steam in a working steam line 12 on the output side.
  • the evaporator comprises an evaporation chamber (in Fig. 8A (not shown) and is designed to generate an evaporation pressure of less than 20 hPa in the evaporation chamber, so that the water evaporates at temperatures below 15 °C in the evaporation chamber.
  • the water can be, for example, groundwater, brine circulating freely in the ground or in collector pipes, i.e., water with a certain salt content, river water, lake water, or sea water.
  • water can be used, i.e., calcareous water, lime-free water, saline water, or salt-free water. This is because all types of water, i.e., all these "hydrogens,” share the favorable water property: water, also known as "R 718,” has a usable enthalpy difference ratio of 6 for the heat pump process, which is more than twice the typical usable enthalpy difference ratio of, for example, R134a.
  • the water vapor is fed through the suction line 12 to a compressor/condenser system 14, which has a turbomachine such as a radial compressor, for example in the form of a turbocompressor, which is Fig. 8A designated 16.
  • the turbomachine is designed to compress the working steam to a vapor pressure of at least greater than 25 hPa.
  • 25 hPa corresponds to a condensation temperature of approximately 22 °C, which can already be a sufficient heating flow temperature for an underfloor heating system, at least on relatively warm days.
  • pressures greater than 30 hPa can be generated with the turbomachine 16, with a pressure of 30 hPa corresponding to a condensation temperature of 24 °C, a pressure of 60 hPa to a condensation temperature of 36 °C, and a pressure of 100 hPa to a condensation temperature of 45 °C.
  • Underfloor heating systems are designed to provide sufficient heating even on very cold days with a flow temperature of 45 °C.
  • the heat (energy) from the energy-rich steam directly through the colder heating water, which is absorbed by the heating water, thus heating it.
  • the heat energy
  • an open circuit i.e., the water, which serves as the heat source
  • the water to be evaporated could first be heated by an external heat source via a heat exchanger.
  • the medium can also be used directly there. If a house with underfloor heating is being considered, the water from the evaporator can be circulated directly in the underfloor heating system.
  • a heat exchanger can be arranged on the condenser side, which is fed with the flow 20a and which has the return 20b, whereby this heat exchanger cools the water in the condenser and thus heats a separate underfloor heating fluid, which will typically be water.
  • turbomachines have the characteristic that, similar to an aircraft turbine, the compressed medium does not come into contact with problematic substances such as oil. Instead, the steam is simply compressed by the turbine or turbocompressor, but does not come into contact with oil or any other medium that impairs purity and thus becomes contaminated.
  • Fig. 8B shows a table illustrating various pressures and the evaporation temperatures associated with these pressures, which shows that, particularly for water as the working medium, relatively low pressures must be selected in the evaporator.
  • the DE 4431887 A1 discloses a heat pump system with a lightweight, large-volume, high-performance centrifugal compressor. Vapor leaving a second-stage compressor has a saturation temperature that exceeds the ambient temperature or that of any available cooling water, thereby enabling heat removal.
  • the compressed vapor is transferred from the second-stage compressor to the condenser unit, which consists of a packed bed within a cooling water spray device is provided at the top, which is supplied by a water circulation pump.
  • the compressed water vapor rises through the packed bed in the condenser, where it comes into direct countercurrent contact with the downwardly flowing cooling water.
  • the condenser is continuously purged with non-condensable gases by means of a vacuum pump via a pipeline.
  • the WO 2014072239 A1 discloses a condenser with a condensation zone for condensing vapor to be condensed in a working fluid.
  • the condensation zone is designed as a volume zone and has a lateral boundary between the upper end of the condensation zone and the lower end.
  • the condenser comprises a vapor introduction zone that extends along the lateral end of the condensation zone and is designed to feed vapor to be condensed laterally across the lateral boundary into the condensation zone. This makes the actual condensation a volume condensation without increasing the volume of the condenser, because the vapor to be condensed is introduced not only frontally from one side into a condensation volume or into the condensation zone, but laterally and preferably from all sides.
  • the WO 2009/156125 A2 discloses an evaporator or condenser with a surface on which a working fluid is arranged. Furthermore, turbulence generators are provided for generating turbulence in the working fluid on the working surface. Alternatively or additionally, a laminarizer is provided in the condenser to laminarize the vapor flow generated by the compressor. The evaporation efficiency is increased in the evaporator, and the condenser efficiency is increased in the condenser, which is particularly useful for a heat pump for heating buildings, in order to be able to significantly reduce the size of these components without sacrificing performance. Furthermore, a gas trap with a collection container is provided, the wall of which is arranged in the evaporator.
  • the object of the present invention is to create a more efficient heat pump concept.
  • the heat pump according to the present invention comprises a condenser for condensing compressed or, if necessary, heated working steam and a gas trap coupled to the condenser by an external gas supply.
  • the gas trap comprises a housing with an external gas supply inlet, a working fluid supply line in the housing, a working fluid discharge line in the housing, and a pump to pump gas out of the housing.
  • the housing, the working fluid supply line, and the working fluid outlet are designed and arranged such that, during operation, a working fluid flow occurs from the working fluid supply line to the working fluid outlet in the housing.
  • the working fluid supply line is coupled to the heat pump such that, during operation, the heat pump is supplied with working fluid that is colder than the working vapor to be condensed in the condenser.
  • the working fluid supply line is coupled to the heat pump to conduct working fluid during heat pump operation.
  • This temperature is colder than the saturated vapor pressure of the working steam to be condensed in the condenser.
  • the saturated vapor pressure of the working steam always corresponds to a temperature, which can be determined, for example, from the h-logp diagram or a similar diagram.
  • the pump used to pump gas from the housing removes the enriched foreign gas. Unlike the ratio between foreign gas and working vapor in the condenser, where the concentration of foreign gas is still very low, pumping gas from the gas trap housing does not result in a particularly strong extraction of working vapor from the system because the majority of the working vapor has condensed in the working fluid flow, either through direct or indirect contact, and thus can no longer be pumped out by the pump.
  • working steam releases its energy and this energy remains in the system and is not lost to the environment.
  • Another advantage is that the amount of extracted Working fluid is greatly reduced. This means that there is little or no need to top up the working fluid, which reduces the effort required to maintain the correct working fluid level and also reduces the effort required to collect and remove any extracted working fluid.
  • a further advantage is that the pump has to pump out less gas from the housing because relatively concentrated foreign gas is removed. The pump's energy consumption is therefore low and the pump does not need to be as powerful. A less powerful pump does mean that the initial evacuation of the system takes a little longer. However, this time is not critical for normal applications because normally only service technicians will carry out an initial evacuation during commissioning or after maintenance. Such service technicians can, if necessary, connect an external pump they have brought with them if they want it to go faster; however, this does not have to be permanently connected to the system.
  • a heat pump comprises a condenser for condensing compressed or, if appropriate, heated working steam, a foreign gas collection chamber mounted in the condenser, said foreign gas collection chamber having a condensation surface that, during operation of the heat pump, is colder than a temperature of the working steam to be condensed, and a partition wall arranged between the condensation surface and a condensation zone in the condenser.
  • a foreign gas discharge device is provided, which is coupled to the foreign gas collection chamber in order to discharge foreign gas from the foreign gas collection chamber.
  • a partition wall is provided, which is arranged between the (cold) condensation surface and the condensation zone in the condenser. This separates the condensation zone from the foreign gas collection chamber, creating a somewhat calmer zone that is less turbulent than the condensation zone. In this calmer zone, any working steam still present can condense on the relatively cold condensation surface, and the foreign gas collects in the foreign gas collection chamber between the condensation surface and the partition wall.
  • the partition wall therefore works in two ways. On the one hand, it creates a calm zone and on the other hand, it acts as an insulation, so that no unwanted heat loss occurs on the cold surface, i.e. the condensation surface.
  • the condenser base is connected to an evaporator base 108 to define the evaporator chamber 102.
  • a compressor 110 is provided above the evaporator chamber 102 or elsewhere, which in Fig. 1A is not described in more detail, but is in principle designed to compress evaporated working fluid and to convey it as compressed vapor 112 into the condenser chamber 104.
  • the condenser chamber is further delimited to the outside by a condenser wall 114.
  • the condenser wall 114 like the condenser base 106, is also attached to the evaporator base 108.
  • both the evaporator and the condenser extend across the entire height. This does reduce the "thickness" of both the evaporator chamber and the condenser chamber.
  • reducing the "thickness” of the evaporator chamber, which tapers inside the condenser is not problematic because the main evaporation takes place in the lower area where the Evaporator chamber almost fills the entire available volume.
  • reducing the thickness of the condenser chamber, especially in the lower area i.e.
  • the condenser chamber is defined by a condenser wall, which can also be attached to the evaporator base.
  • the evaporator base thus provides an interface for both the condenser wall and the condenser base, and also houses all liquid supply lines for both the evaporator and the condenser.
  • the housing includes a collection chamber 358, which is arranged, for example, at the top.
  • the pump 342 is controlled by a controller 373.
  • the pump can be controlled based on a pressure difference or an absolute pressure, based on a temperature difference or an absolute temperature, or based on absolute time control or time interval control.
  • One possible control is, for example, via a pressure P trap 374 prevailing in the gas trap.
  • Alternative control is via the inlet temperature T in 375 at the working fluid supply line 338 or via an outlet temperature T out 376.
  • the outlet temperature T out 376 at the working fluid outlet 340 is a measure of how much water vapor from the external gas supply 325 has condensed into the working fluid.
  • the pressure in the gas trap P trap 374 is a measure of how much external gas has already accumulated. As the enriched foreign gas increases, the pressure in the housing 330 rises. When a certain pressure is exceeded, for example, the controller 373 can be activated to turn on the pump 342 until the pressure returns to the desired low range. The pump can then be turned off again.
  • An alternative control variable for the pump is, for example, the difference between T in 375 and T out 376. If, for example, the difference between these two values turns out to be smaller than a minimum difference, this means that hardly any more water vapor is condensing due to the increased pressure in the gas trap. Therefore, it is advisable to switch on pump 342 until a difference above a certain threshold. Then the pump is switched off again.
  • Fig. 2A , Fig. 2B and Fig. 3 show different implementations of the gas trap.
  • Fig. 2A shows a semi-open variant of the gas trap.
  • a pipe 390 preferably made of metal, is arranged in the gas trap and coupled to the working fluid inlet 338.
  • the working fluid then flows down the pipe to the working fluid outlet 340.
  • the working fluid vapor which is introduced into the gas trap through the inlet 332, no longer condenses directly in the working fluid, but rather on the (cold) surface of the pipe 390.
  • the end of the pipe is arranged in a working fluid level 391, into which the water condensed on the pipe surface also flows down along the pipe.
  • Fig. 2A shows a half-open gas trap with condensation on a cold surface, namely the surface of object 390.
  • Fig. 2B shows another variant with more laminar flow.
  • the gas trap is arranged at an angle, or rather, the housing 330 is designed at an angle, so that the water flows downwards from the inlet line 338 to the outlet line 340 relatively calmly, i.e., with little turbulent flow and more laminar.
  • the vapor supplied through the inlet line 332 condenses with the laminar flow, while foreign gas components 357 collect in the foreign gas enrichment chamber 358.
  • an open system is shown, in which condensation takes place directly in the cold liquid, but now with more laminar flow.
  • Fig. 3 shows another variant with an open design.
  • a very turbulent flow takes place, namely directly and essentially vertically from the top from the inlet 338 downwards to the outlet 340.
  • the outlet 340 is designed in the form of a siphon, for example, to ensure that a liquid level 391 is maintained at the bottom of the housing. This ensures that the working medium vapor supplied through the inlet 332 cannot run directly into the evaporator outlet or into the cold flow from which the working medium inlet 338 is branched off, since then the foreign gas would not be separated but would be directly reintroduced into the system on the evaporator side.
  • Fig. 3 it is useful to fill the housing 330 with turbulence generators so that the flow of the working fluid from the inlet 338 to the outlet 340 is as turbulent as possible.
  • Fig. 2A a variant in which the condensation on a cold surface of a switching element 390, such as the one shown in Fig. 2A described tube, which has a cold surface because the cold working fluid flows from the inlet 338 to the outlet 340 inside the switching element.
  • the cooling can also be achieved by other variants, i.e. by any other measure using internal liquids/vapors or external cooling measures in order to have an efficient gas trap in the heat pump, which is coupled to the condenser 306 via the external gas supply line 325.
  • the housing 330 is elongated, specifically as a tube that has a diameter of 50 mm or larger at the top in the foreign gas enrichment chamber 328 and a diameter of 25 mm or larger at the bottom, i.e., in the condensation region.
  • the condensation region or flow region i.e., the difference between the inlet 338 and the outlet 340 in terms of vertical height, be at least 20 cm long.
  • there is a flow i.e., that the gas trap has at least a vertical portion, although it can be arranged at an angle.
  • a completely horizontal gas trap is not preferred, but is possible as long as there is a working fluid flow from the working fluid inlet to the working fluid outlet in the housing during operation.
  • Fig. 4 shows an implementation of a heat pump with two stages.
  • the first stage is formed by the evaporator 300, the compressor 302, and the condenser 306.
  • the second stage is formed by an evaporator 500, a compressor 502, and a condenser 506.
  • the evaporator 500 is connected to the compressor 502 via a vapor intake line 504, and the compressor 502 is connected to the condenser 506 via a compressed vapor line, designated 505.
  • the system comprising the two (or more) stages includes an outlet 522 and an inlet 520.
  • the outlet 522 and the inlet 520 are connected to a heat exchanger 598, which can be coupled to a region to be heated. Typically this takes place on the customer side and the area to be heated is a heat sink, such as an exhaust air device in the example of a cooling application or a heating device in the example of a heating device.
  • the inlet 310 into the system 300 and the outlet 312 from the system 300 are also coupled to a heat exchanger 398, which in turn can typically be coupled by the customer to an area 308 to be cooled.
  • the area to be cooled is a room to be cooled, such as a computer room, a process room, etc.
  • the area to be cooled would be, for example, an environmental area, e.g., air in the case of an air source heat pump, ground in the case of a heat pump with ground collectors, or a groundwater/seawater/brine area from which heat is to be extracted for heating purposes.
  • the coupling between the two heat pump stages can vary depending on the implementation. If the coupling is such that one stage is a “cold” stage or “cold can,” the second stage is the “warm” stage or “warm can.” This designation stems from the fact that the temperatures in the respective elements in the first stage are colder than in the second stage when both stages are in operation.
  • a particularly advantageous feature of the present invention is the fact that the condensers of the second and any further stages can all be connected to one and the same gas trap or to one and the same gas trap housing 330.
  • Fig. 4 shown that the external gas supply line 325 of the first condenser 306 is coupled to the housing 330.
  • a further The external gas supply line 525 from the second condenser 506 is coupled to the inlet 334. It is preferable to connect the cold can or the condenser of the cold can, e.g., the first stage, i.e., the condenser 306, further up in the gas trap housing 330 than the condenser of the second stage, i.e., the warm can.
  • the working steam mixed with foreign gas can flow from the inlet 334 past the working fluid flow from the inlet 338 to the outlet 340 for a longer time than the flow of working steam and foreign gas from the foreign gas supply line 325.
  • all foreign gas supply lines can also be connected at the very bottom, i.e. via the single inlet 334, if the housing 330 of the gas trap allows sufficient space.
  • the branching of working fluid into the gas trap is less than or equal to 1% of the main flow, i.e. of the total flow from the evaporator 1 300 to the heat exchanger 398, and is preferably even less than or equal to 1 ⁇ .
  • the cross-section of the line from the condenser into the housing 330 is typically designed such that a maximum of 1% of the main gas flow is branched into the condenser, or preferably even less than or equal to 1% of the gas flow is branched into the condenser.
  • the precise dimensioning is not essential for functionality.
  • Fig. 6 shows a condenser, where the condenser is Fig. 6 a steam introduction zone 102 which extends completely around the condensation zone 100.
  • Fig. 6 a part of a condenser is shown, which has a condenser base 200.
  • a condenser housing section 202 is arranged on the condenser base, which, due to the representation in Fig. 6 is drawn transparent, which, however, does not necessarily have to be transparent in nature, but can be made of plastic, die-cast aluminum or something similar.
  • the lateral housing part 202 rests on a sealing rubber 201 in order to achieve a good seal with the base 200.
  • the condenser comprises a liquid outlet 203 and a liquid inlet 204 as well as a vapor inlet 205 arranged centrally in the condenser, which extends from bottom to top in Fig. 6 rejuvenated.
  • Fig. 6 represents the actual desired installation direction of a heat pump and a condenser of this heat pump, whereby in this installation direction in Fig. 6
  • the evaporator of a heat pump is arranged below the condenser.
  • the condensation zone 100 is delimited to the outside by a basket-like boundary element 207, which, like the outer housing part 202, is drawn transparent and is normally basket-shaped.
  • a grid 209 is arranged, which is designed to hold filling bodies which are in Fig. 6 are not shown.
  • the basket 207 extends downward only to a certain point.
  • the basket 207 is designed to be vapor-permeable to hold packing elements, such as so-called Pall rings. These packing elements are introduced into the condensation zone, specifically only within the basket 207, but not into the vapor introduction zone 102. However, the packing elements are also filled outside the basket 207 to such a high level that the height of the packing elements extends either to the lower limit of the basket 207 or slightly above it.
  • the condenser of Fig. 6 comprises a working fluid feeder, which is particularly characterized by the working fluid feed 204, which, as shown in Fig. 6 As shown, it is arranged wound around the steam supply in the form of an ascending coil, formed by a liquid transport region 210 and a liquid distribution element 212, which is preferably designed as a perforated plate.
  • the working fluid supply is thus designed to supply the working fluid into the condensation zone.
  • a steam feeder is also provided, which, as it is in Fig. 6 shown, preferably consists of the funnel-shaped tapered feed area 205 and the upper steam guide area 213.
  • a wheel of a radial compressor is preferably used and the radial compression leads to steam being sucked from bottom to top through the feed 205 and then, due to the radial compression by the radial wheel, is deflected 90 degrees outwards, so to speak, from a flow from bottom to top to a flow from the middle to the outside in Fig. 6 regarding element 213.
  • a further deflector which deflects the steam already deflected outward by another 90 degrees, in order to then direct it from above into gap 215, which represents the beginning of the steam introduction zone, which extends laterally around the condensation zone.
  • the steam feeder is therefore preferably annular and provided with an annular gap for feeding the steam to be condensed, with the working fluid feed being formed within the annular gap.
  • Fig. 7 shows a view of the "lid area" of the condenser of Fig. 6 from below.
  • the perforated plate 212 is shown schematically from below, which acts as a liquid distribution element.
  • the steam inlet gap 215 is shown schematically, and it results from Fig. 7 that the steam inlet gap is only annular, such that no steam to be condensed is fed into the condensation zone directly from above or below, but only laterally.
  • only liquid flows through the holes of the distributor plate 212, but not steam.
  • the steam is only "sucked” into the condensation zone laterally, due to the liquid that has passed through the perforated plate 212.
  • the liquid distributor plate can be made of metal, plastic, or a similar material and can be designed with different hole patterns. Furthermore, as described in Fig. 6 As shown, it is preferable to provide a lateral boundary for liquid flowing from the element 210, this lateral boundary being designated 217. This ensures that liquid which already emerges from the element 210 with a swirl due to the curved feed 204 and is distributed from the inside to the outside on the liquid distributor does not splash over the edge into the steam introduction zone, unless the liquid has already dripped through the holes in the liquid distributor plate and condensed with steam.
  • Fig. 5 shows a complete heat pump in sectional view, which includes both the evaporator base 108 and the condenser base 106.
  • the condenser base 106 has a tapered cross-section from an inlet for the working fluid to be evaporated to a suction opening 115, which is coupled to the compressor or motor 110, where the preferably used radial wheel of the motor extracts the steam generated in the evaporator chamber 102.
  • Fig. 5 shows a cross-section through the entire heat pump.
  • a droplet separator 404 is arranged within the condenser base.
  • This droplet separator comprises individual blades 405. These blades are inserted into corresponding grooves 406 in order to keep the droplet separator in place.
  • Fig. 5 are shown. These grooves are arranged in the condenser base in an area directed towards the evaporator base, in the inside of the evaporator base.
  • the condenser base further has various guide features, which can be designed as rods or tongues, to hold hoses that are provided for condenser water guidance, for example, which are thus plugged onto corresponding sections and couple the feed points of the condenser water supply.
  • This condenser water supply 402 can, depending on the implementation, be designed as shown in the Fig. 6 and 7 shown at reference numerals 102, 207 to 250.
  • the condenser preferably has a condenser fluid distribution arrangement having two or more feed points. A first feed point is therefore connected to a first section of a condenser inlet. A second feed point is connected to a second section of the condenser inlet. If more feed points are present for the condenser fluid distribution device, the condenser inlet will be divided into further sections.
  • the upper part of the heat pump from Fig. 5 can therefore be used in the same way as the upper area in Fig. 6 be designed in such a way that the condenser water supply is via the perforated plate of Fig. 6 and Fig. 7 takes place, so that downward trickling condenser water 408 is obtained, into which the working steam 112 is preferably introduced laterally, so that the cross-flow condensation, which allows a particularly high efficiency, can be achieved.
  • Fig. 6 The upper part of the heat pump from Fig. 5 can therefore be used in the same way as the upper area in Fig. 6 be designed in such a way that the condenser water supply is via the perforated plate of Fig. 6 and Fig. 7 takes place, so that downward trickling condenser water 408 is obtained, into which the working steam 112 is preferably introduced laterally, so that the cross-flow condensation, which allows a particularly high efficiency, can be achieved.
  • Fig. 7 As is also the case in Fig.
  • the condensation zone can be provided with a purely optional filling, in which the edge 207, which is also designated 409, remains free of filling bodies or similar things, in such a way that the working steam 112 can penetrate not only from the top but also from the bottom and laterally into the condensation zone.
  • the imaginary boundary line 410 is intended to represent the Fig. 5 illustrate. In the Fig. 5 However, in the embodiment shown, the entire area of the condenser is formed with its own condenser base 200, which is arranged above an evaporator base.
  • the heat pump according to the second aspect comprises a condenser 306, which can be designed in the same way as the condenser described above for condensing heated or compressed working steam, which is fed to the condenser 306 via the line 305 for heated working steam.
  • the condenser 306 now comprises an external gas collection chamber 900 arranged in the condenser 306.
  • the external gas collection chamber comprises a condensation surface 901a, 901b, which, during operation, is colder than a temperature of the working steam to be condensed.
  • the foreign gas discharge device 906 is designed as a gas trap, with the housing and the supply/discharge lines, as shown in Fig. 1B , Fig. 2A , Fig. 2B , Fig. 3 , Fig. 4 has been described.
  • the foreign gas removal device would also include the gas trap in addition to the pump 342, the intake line 371, and the discharge line 372. This would represent a sort of "indirect" foreign gas removal, in which already enriched foreign gas is first brought from the foreign gas collection chamber together with working steam into the gas trap, where the enrichment of foreign gas is further increased by further condensation of working steam until it is then sucked off by the pump.
  • the combination of the first and second aspects of the present invention thus represents a sort of two-stage enrichment of foreign gas, i.e., a first enrichment in the foreign gas collection chamber 900 and a second enrichment in the foreign gas enrichment chamber 358 of the gas trap from Fig. 1B before the foreign gas is extracted.
  • a single-stage foreign gas enrichment can also take place, namely either through the foreign gas collection chamber 900 of Fig. 9 , from which the gas is then extracted directly, i.e. without an intermediate gas trap with a gas trap housing 330, or, alternatively, by suction from the condenser 306 without foreign gas collection chamber 900, as shown in Fig. 1B for example, has been described.
  • Fig. 10 shows a schematic arrangement of a heat pump with an interlaced design, as used for example in Fig. 1 and Fig. 5
  • the evaporator chamber 102 is arranged within the condenser chamber 104.
  • the steam is supplied via a steam supply 1000 after being driven by a motor located in Fig. 10 not shown, has been compressed, is fed laterally, as shown at 112, into the condensation zone 904.
  • a Fig. 10 In the embodiment shown, a roughly truncated cone-shaped partition wall 902 is shown in cross-section, which separates the condensation zone 904 from the condensation surface 106, which is formed by the condenser base, and from the further condensation surface 901b, which is formed by the water or condenser liquid supply 402.
  • the dividing wall 901a has a temperature on the side facing the condenser below the saturated steam temperature in the condenser. Furthermore, the dividing wall 901a has a temperature on the side facing the evaporator above the saturated steam temperature prevailing there. This ensures that the suction port or steam channel is dry and that no water droplets are present in the steam, especially when the compressor motor is activated. This prevents the impeller from being damaged by drops in the steam.
  • the steam supply continuously allows steam 112 to flow in, typically at a rate of at least 1 l of steam per second.
  • the pressure of the steam is equal to or higher than the resulting saturated steam pressure of the condenser water supplied through the water supply 402. which also with 1002 in Fig. 10 .
  • at least 0.1 l/s of condenser working fluid 1002 flows in here.
  • the condenser fluid preferably flows or falls downwards as turbulently as possible, and the supplied water vapor 112 already largely condenses into the moving water. The water vapor thus disappears into the water, leaving only the foreign gas.
  • the partition wall 902 directs the condensed water and the inflowing water downward and simultaneously provides the calm zone through which the foreign gas collection chamber 900 is created. This zone forms beneath the partition wall 902. This is where the foreign gas enrichment takes place.
  • FIG. 11 A functionality representation is in Fig. 11 given.
  • a small portion of the water vapor flows to the cold water vapor supply 901b to condense there.
  • This region 901b of the water supply in which the working fluid to be heated in the condenser, which may be water but does not necessarily have to be, is preferably the relatively cold spot in the condenser.
  • This water vapor supply is also preferably made of metal, which has good thermal conductivity, so that the small amount of water vapor 1010 flowing upwards in the settled space, i.e., in the foreign gas collection space, "sees" a "cold surface.”
  • the wall of the evaporator suction mouth designated 901a, is also relatively cold.
  • this wall is preferably made of plastic, which has a relatively poor thermal conductivity coefficient, due to its easier moldability, the evaporator space 102 is nevertheless almost the coldest area of the entire heat pump.
  • the water vapor 1010 which typically enters the foreign gas collection chamber through a gap 1012, also sees a cold sink on the side wall 901a, which motivates the water vapor to condense.
  • the arrow 1010 in Fig. 11 As symbolized, foreign gas atoms are carried into the foreign gas collection chamber. The foreign gas is thus entrained and, because it cannot condense, accumulates throughout the settled zone.
  • the foreign gas removal system When condensation ceases, the foreign gas content and thus the partial pressure are higher. At this point, or even when condensation decreases, the foreign gas removal system must remove the foreign gas, for example, using a connected vacuum pump that extracts it from the settled zone, i.e., from the foreign gas collection chamber. This extraction can be regulated, continuous, or controlled. Possible measured variables include pressure, temperature at the condensation point, a temperature difference between the water supply and the condensation point, a driving pressure increase for the entire condensation process to the water outlet temperature, etc. All of these variables can be used for control. However, it can also be easily controlled using a time interval control that switches the vacuum pump on for a specific period of time and then off again.
  • Fig. 12 shows a more detailed representation of a heat pump with a condenser having the partition wall, based on the Fig. 5 heat pump shown in cross-section.
  • the partition wall 902 is again shown in cross-section, which separates the foreign gas collection chamber 900 from the condensation zone 408 or 904, thus creating a zone, namely the foreign gas collection chamber 900, in which a "calmed climate" prevails compared to the rest of the condensation zone, into which the water vapor flow 1010 enters, simultaneously carrying in the foreign gas present in the condensation zone.
  • a hose 325 is provided as an extraction device.
  • the extraction hose 325 is preferably arranged at the top of the foreign gas collection chamber, as indicated at 1020, where the hose end is arranged in the foreign gas collection chamber.
  • the walls of the foreign gas collection chamber are formed by the condensation surface 901a on one side, by the water supply section 901b upwards, and by the partition wall 902 on the other side.
  • the hose 325 i.e., the external gas discharge, is preferably led out through the evaporator base, but in such a way that the hose does not pass through the evaporator, in which a particularly low pressure prevails, but rather leads past it.
  • the condenser is designed such that a certain level of condenser liquid is present. However, this level is designed in such a way that the partition wall 902 is separated from the level by the gap 1012 of Fig. 11 is removed so that the water vapor flow 1010 can enter the foreign gas collection chamber.
  • the partition wall 902 is in the Fig. 9 to 12
  • the working fluid or "water” supply 402 is sealed at the top, so that the working fluid or “water” supply 402 only supplies working fluid to the condensation zone 904, but not to the settled zone. In other embodiments, however, this seal does not need to be particularly tight. A loose seal is sufficient, which serves to allow the settled zone to develop.
  • a settled zone in the foreign gas collection chamber compared to the condensation chamber is already created by the fact that less working fluid is supplied to the foreign gas collection chamber than to the condensation zone, so that the environment there is less turbulent than outside the partition wall.
  • the water supply could thus be designed such that there is still some Water is added to achieve efficient condensation of water vapor, which, as schematically shown at 1010, flows into the foreign gas collection chamber, taking the foreign gas with it.
  • the foreign gas collection chamber should be quiet enough that the foreign gas can accumulate there and is not forced out again against the flow 1010 under the partition wall and undesirably redistributed in the condenser.
  • the foreign gas discharge device 906 is designed to operate on the basis of corresponding control/regulating variables 1030 and to discharge enriched foreign gas from the foreign gas collection chamber 900 to the outside or into another gas trap, as indicated at 1040.

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Wärmepumpen zum Heizen, Kühlen oder für eine sonstige Anwendung einer Wärmepumpe.The present invention relates to heat pumps for heating, cooling or any other application of a heat pump.

Fig. 8A und Fig. 8B stellen eine Wärmepumpe dar, wie sie in dem europäischen Patent EP 2016349 B1 beschrieben ist. Die Wärmepumpe umfasst zunächst einen Verdampfer 10 zum Verdampfen von Wasser als Arbeitsflüssigkeit, um ausgangsseitig einen Dampf in einer Arbeitsdampfleitung 12 zu erzeugen. Der Verdampfer umfasst einen Verdampfungsraum (in Fig. 8A nicht gezeigt) und ist ausgebildet, um in dem Verdampfungsraum einen Verdampfungsdruck kleiner als 20 hPa zu erzeugen, so dass das Wasser bei Temperaturen unter 15 °C im Verdampfungsraum verdampft. Das Wasser ist z.B. Grundwasser, im Erdreich frei oder in Kollektorrohren zirkulierende Sole, also Wasser mit einem bestimmten Salzgehalt, Flusswasser, Seewasser oder Meerwasser. Es können alle Arten von Wasser, also kalkhaltiges Wasser, kalkfreies Wasser, salzhaltiges Wasser oder salzfreies Wasser verwendet werden. Dies liegt daran, dass alle Arten von Wasser, also alle diese "Wasserstoffe", die günstige Wasser-Eigenschaft haben, nämlich dass Wasser, das auch als "R 718" bekannt ist, ein für den Wärmepumpen-Prozess nutzbares Enthalpie-Differenz-Verhältnis von 6 hat, was dem mehr als 2-fachen des typischen nutzbaren Enthalpie-Differenz-Verhältnisses von z.B. R134a entspricht. Fig. 8A and Fig. 8B represent a heat pump as described in the European patent EP 2016349 B1 The heat pump comprises an evaporator 10 for evaporating water as the working fluid in order to generate steam in a working steam line 12 on the output side. The evaporator comprises an evaporation chamber (in Fig. 8A (not shown) and is designed to generate an evaporation pressure of less than 20 hPa in the evaporation chamber, so that the water evaporates at temperatures below 15 °C in the evaporation chamber. The water can be, for example, groundwater, brine circulating freely in the ground or in collector pipes, i.e., water with a certain salt content, river water, lake water, or sea water. All types of water can be used, i.e., calcareous water, lime-free water, saline water, or salt-free water. This is because all types of water, i.e., all these "hydrogens," share the favorable water property: water, also known as "R 718," has a usable enthalpy difference ratio of 6 for the heat pump process, which is more than twice the typical usable enthalpy difference ratio of, for example, R134a.

Der Wasserdampf wird durch die Saugleitung 12 einem Verdichter/Verflüssiger-System 14 zugeführt, das eine Strömungsmaschine wie z.B. einen Radialverdichter, beispielsweise in Form eines Turboverdichters aufweist, der in Fig. 8A mit 16 bezeichnet ist. Die Strömungsmaschine ist ausgebildet, um den Arbeitsdampf auf einen Dampfdruck zumindest größer als 25 hPa zu verdichten. 25 hPa korrespondiert mit einer Verflüssigungstemperatur von etwa 22 °C, was zumindest an relativ warmen Tagen bereits eine ausreichende Heizungs-Vorlauftemperatur einer Fußbodenheizung sein kann. Um höhere Vorlauftemperaturen zu generieren, können Drücke größer als 30 hPa mit der Strömungsmaschine 16 erzeugt werden, wobei ein Druck von 30 hPa eine Verflüssigungstemperatur von 24 °C hat, ein Druck von 60 hPa eine Verflüssigungstemperatur von 36 °C hat, und ein Druck von 100 hPa einer Verflüssigungstemperatur von 45 °C entspricht. Fußbodenheizungen sind ausgelegt, um mit einer Vorlauftemperatur von 45 °C auch an sehr kalten Tagen ausreichend heizen zu können.The water vapor is fed through the suction line 12 to a compressor/condenser system 14, which has a turbomachine such as a radial compressor, for example in the form of a turbocompressor, which is Fig. 8A designated 16. The turbomachine is designed to compress the working steam to a vapor pressure of at least greater than 25 hPa. 25 hPa corresponds to a condensation temperature of approximately 22 °C, which can already be a sufficient heating flow temperature for an underfloor heating system, at least on relatively warm days. To generate higher flow temperatures, pressures greater than 30 hPa can be generated with the turbomachine 16, with a pressure of 30 hPa corresponding to a condensation temperature of 24 °C, a pressure of 60 hPa to a condensation temperature of 36 °C, and a pressure of 100 hPa to a condensation temperature of 45 °C. Underfloor heating systems are designed to provide sufficient heating even on very cold days with a flow temperature of 45 °C.

Die Strömungsmaschine ist mit einem Verflüssiger 18 gekoppelt, der ausgebildet ist, um den verdichteten Arbeitsdampf zu verflüssigen. Durch das Verflüssigen wird die in dem Arbeitsdampf enthaltene Energie dem Verflüssiger 18 zugeführt, um dann über den Vorlauf 20a einem Heizsystem zugeführt zu werden. Über den Rücklauf 20b fließt das Arbeitsfluid wieder in den Verflüssiger zurück.The turbomachine is coupled to a condenser 18, which is designed to condense the compressed working steam. Through condensation, the energy contained in the working steam is fed to the condenser 18, which is then fed to a heating system via the flow line 20a. The working fluid flows back into the condenser via the return line 20b.

Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, dem energiereichen Wasserdampf direkt durch das kältere Heizungswasser die Wärme (-energie) zu entziehen, welche vom Heizungswasser aufgenommen wird, so dass dieses sich erwärmt. Dem Dampf wird hierbei so viel Energie entzogen, dass dieser verflüssigt wird und ebenfalls am Heizungskreislauf teilnimmt.According to the invention, it is preferred to extract the heat (energy) from the energy-rich steam directly through the colder heating water, which is absorbed by the heating water, thus heating it. In this process, so much energy is extracted from the steam that it is liquefied and also participates in the heating circuit.

Damit findet ein Materialeintrag in den Verflüssiger bzw. das Heizungssystem statt, der durch einen Ablauf 22 reguliert wird, derart, dass der Verflüssiger in seinem Verflüssigerraum einen Wasserstand hat, der trotz des ständigen Zuführens von Wasserdampf und damit Kondensat immer unterhalb eines Maximalpegels bleibt.This results in a material input into the condenser or the heating system, which is regulated by a drain 22, such that the condenser has a water level in its condenser chamber which always remains below a maximum level despite the constant supply of water vapor and thus condensate.

Wie es bereits ausgeführt worden ist, wird es bevorzugt, einen offenen Kreislauf zu nehmen, also das Wasser, das die Wärmequelle darstellt, direkt ohne Wärmetauscher zu verdampfen. Alternativ könnte jedoch auch das zu verdampfende Wasser zunächst über einen Wärmetauscher von einer externen Wärmequelle aufgeheizt werden. Darüber kann, um auch Verluste für den zweiten Wärmetauscher, der auf Verflüssiger-Seite bisher notwendigerweise vorhanden ist, zu vermeiden, auch dort das Medium direkt verwendet, werden, wenn an ein Haus mit Fußbodenheizung gedacht wird, das Wasser, das von dem Verdampfer stammt, direkt in der Fußbodenheizung zirkulieren zu lassen.As already explained, it is preferable to use an open circuit, i.e., the water, which serves as the heat source, is evaporated directly without a heat exchanger. Alternatively, however, the water to be evaporated could first be heated by an external heat source via a heat exchanger. Furthermore, to avoid losses for the second heat exchanger, which is currently required on the condenser side, the medium can also be used directly there. If a house with underfloor heating is being considered, the water from the evaporator can be circulated directly in the underfloor heating system.

Alternativ kann jedoch auch auf Verflüssiger-Seite ein Wärmetauscher angeordnet werden, der mit dem Vorlauf 20a gespeist wird und der den Rücklauf 20b aufweist, wobei dieser Wärmetauscher das im Verflüssiger befindliche Wasser abkühlt und damit eine separate Fußbodenheizungsflüssigkeit, die typischerweise Wasser sein wird, aufheizt.Alternatively, however, a heat exchanger can be arranged on the condenser side, which is fed with the flow 20a and which has the return 20b, whereby this heat exchanger cools the water in the condenser and thus heats a separate underfloor heating fluid, which will typically be water.

Aufgrund der Tatsache, dass als Arbeitsmedium Wasser verwendet wird, und aufgrund der Tatsache, dass von dem Grundwasser nur der verdampfte Anteil in die Strömungsmaschine eingespeist wird, spielt der Reinheitsgrad des Wassers keine Rolle. Die Strömungsmaschine wird, genauso wie der Verflüssiger und die ggf. direkt gekoppelte Fußbodenheizung immer mit destilliertem Wasser versorgt, derart, dass das System im Vergleich zu heutigen Systemen einen reduzierten Wartungsaufwand hat. Anders ausgedrückt ist das System selbstreinigend, da dem System immer nur destilliertes Wasser zugeführt wird und das Wasser im Ablauf 22 somit nicht verschmutzt ist.Due to the fact that water is used as the working medium, and due to the fact that only the evaporated portion of the groundwater is fed into the flow machine, the purity of the water is irrelevant. is always supplied with distilled water, just like the condenser and any directly connected underfloor heating, so the system requires less maintenance than current systems. In other words, the system is self-cleaning, as only distilled water is ever supplied to the system, thus preventing the water in drain 22 from being contaminated.

Darüber hinaus sei darauf hingewiesen, dass Strömungsmaschinen die Eigenschaften haben, dass sie - ähnlich einer Flugzeugturbine - das verdichtete Medium nicht mit problematischen Stoffen, wie beispielsweise Öl, in Verbindung bringen. Stattdessen wird der Wasserdampf lediglich durch die Turbine bzw. den Turboverdichter verdichtet, jedoch nicht mit Öl oder einem sonstigen die Reinheit beeinträchtigenden Medium in Verbindung gebracht und damit verunreinigt.Furthermore, it should be noted that turbomachines have the characteristic that, similar to an aircraft turbine, the compressed medium does not come into contact with problematic substances such as oil. Instead, the steam is simply compressed by the turbine or turbocompressor, but does not come into contact with oil or any other medium that impairs purity and thus becomes contaminated.

Das durch den Ablauf abgeführte destillierte Wasser kann somit - wenn keine sonstigen Vorschriften im Wege stehen - ohne Weiteres dem Grundwasser wieder zugeführt werden. Alternativ kann es jedoch auch z.B. im Garten oder in einer Freifläche versickert werden, oder es kann über den Kanal, sofern dies Vorschriften gebieten - einer Kläranlage zugeführt werden.The distilled water discharged through the drain can thus be easily returned to the groundwater—provided there are no other regulations that prevent this. Alternatively, it can be allowed to seep into the ground, for example, in the garden or an open space, or it can be fed into a sewage treatment plant via the sewer, if regulations permit it.

Die Kombination von Wasser als Arbeitsmittel mit dem um das 2-fache besseren nutzbaren Enthalpie-Differenz-Verhältnis im Vergleich zu R134a und aufgrund der damit reduzierten Anforderungen an die Geschlossenheit des Systems, und aufgrund des Einsatzes der Strömungsmaschine, durch den effizient und ohne Reinheitsbeeinträchtigungen die erforderlichen Verdichtungsfaktoren erreicht werden, wird ein effizienter und umweltneutraler Wärmepumpenprozess geschaffen.The combination of water as the working fluid with a usable enthalpy difference ratio that is twice as good as that of R134a and the resulting reduced requirements for system closure, as well as the use of the flow machine, which achieves the required compression factors efficiently and without compromising purity, creates an efficient and environmentally neutral heat pump process.

Fig. 8B zeigt eine Tabelle zur Illustration verschiedener Drücke und den diesen Drücken zugeordneten Verdampfungstemperaturen, woraus sich ergibt, dass insbesondere für Wasser als Arbeitsmedium recht niedrige Drücke im Verdampfer zu wählen sind. Fig. 8B shows a table illustrating various pressures and the evaporation temperatures associated with these pressures, which shows that, particularly for water as the working medium, relatively low pressures must be selected in the evaporator.

Die DE 4431887 A1 offenbart eine Wärmepumpenanlage mit einem leichtgewichtigen, großvolumigen Hochleistungs-Zentrifugalkompressor. Ein Dampf, der einen Kompressor einer zweiten Stufe verlässt, besitzt eine Sättigungstemperatur, die die Umgebungstemperatur oder diejenige eines verfügbaren Kühlwassers übersteigt, wodurch eine Wärmeabfuhr ermöglicht wird. Der komprimierte Dampf wird von dem Kompressor der zweiten Stufe in die Kondensatoreinheit überführt, die aus einer Schüttschicht besteht, die innerhalb einer Kühlwassersprüheinrichtung an einer Oberseite, die durch eine Wasserzirkulationspumpe versorgt wird, vorgesehen ist. Der komprimierte Wasserdampf steigt in dem Kondensor durch die Schüttschicht an, wo sie in direktem Gegenstromkontakt mit dem nach unten strömenden Kühlwasser gelangt. Der Dampf kondensiert und die latente Wärme der Kondensation, die durch das Kühlwasser absorbiert wird, wird an die Atmosphäre über das Kondensat und das Kühlwasser ausgestoßen, die zusammen aus dem System entfernt werden. Der Kondensor wird kontinuierlich mit nicht kondensierbaren Gasen mittels einer Vakuumpumpe über eine Rohrleitung gespült.The DE 4431887 A1 discloses a heat pump system with a lightweight, large-volume, high-performance centrifugal compressor. Vapor leaving a second-stage compressor has a saturation temperature that exceeds the ambient temperature or that of any available cooling water, thereby enabling heat removal. The compressed vapor is transferred from the second-stage compressor to the condenser unit, which consists of a packed bed within a cooling water spray device is provided at the top, which is supplied by a water circulation pump. The compressed water vapor rises through the packed bed in the condenser, where it comes into direct countercurrent contact with the downwardly flowing cooling water. The vapor condenses, and the latent heat of condensation, absorbed by the cooling water, is expelled to the atmosphere via the condensate and cooling water, which are removed from the system together. The condenser is continuously purged with non-condensable gases by means of a vacuum pump via a pipeline.

Die WO 2014072239 A1 offenbart einen Verflüssiger mit einer Kondensationszone zum Kondensieren von zu kondensierendem Dampf in einer Arbeitsflüssigkeit. Die Kondensationszone ist als Volumenzone ausgebildet und hat eine seitliche Begrenzung zwischen dem oberen Ende der Kondensationszone und dem unteren Ende. Ferner umfasst der Verflüssiger eine Dampfeinleitungszone, die sich entlang des seitlichen Endes der Kondensationszone erstreckt und ausgebildet ist, um zu kondensierenden Dampf seitlich über die seitliche Begrenzung in die Kondensationszone zuzuführen. Damit wird, ohne das Volumen des Verflüssigers zu vergrößern, die tatsächliche Kondensation zu einer Volumenkondensation gemacht, weil der zu verflüssigende Dampf nicht nur frontal von einer Seite in ein Kondensationsvolumen bzw. in die Kondensationszone eingeleitet wird, sondern seitlich und vorzugsweise von allen Seiten. Damit wird nicht nur sichergestellt, dass das zur Verfügung gestellte Kondensationsvolumen bei gleichen äußeren Abmessungen im Vergleich zu einer direkten Gegenstromkondensation vergrößert wird, sondern dass gleichzeitig auch die Effizienz des Kondensators verbessert wird, weil der zu verflüssigende Dampf in der Kondensationszone eine Stromrichtung quer zu der Strömungsrichtung der Kondensationsflüssigkeit aufweist.The WO 2014072239 A1 discloses a condenser with a condensation zone for condensing vapor to be condensed in a working fluid. The condensation zone is designed as a volume zone and has a lateral boundary between the upper end of the condensation zone and the lower end. Furthermore, the condenser comprises a vapor introduction zone that extends along the lateral end of the condensation zone and is designed to feed vapor to be condensed laterally across the lateral boundary into the condensation zone. This makes the actual condensation a volume condensation without increasing the volume of the condenser, because the vapor to be condensed is introduced not only frontally from one side into a condensation volume or into the condensation zone, but laterally and preferably from all sides. This not only ensures that the available condensation volume is increased compared to direct countercurrent condensation with the same external dimensions, but also that the efficiency of the condenser is improved at the same time because the vapor to be condensed in the condensation zone has a flow direction transverse to the flow direction of the condensation liquid.

Insbesondere dann, wenn Wärmepumpen mit relativ niedrigen Drücken betrieben werden, also z.B. Drücken, die kleiner oder deutlich kleiner als der Atmosphärendruck sind, existiert die Notwendigkeit, die Wärmepumpe zu evakuieren, damit im Verdampfer ein so niedriger Druck geschaffen wird, dass das verwendete Arbeitsmittel, das z.B. Wasser sein kann, bei der zur Verfügung stehenden Temperatur zu verdampfen beginnt.Particularly when heat pumps are operated at relatively low pressures, e.g. pressures that are lower or significantly lower than atmospheric pressure, there is a need to evacuate the heat pump so that a pressure so low is created in the evaporator that the working fluid used, which can be water, for example, begins to evaporate at the available temperature.

Dies bedeutet jedoch gleichzeitig, dass auch im Betrieb der Wärmepumpe dieser niedrige Druck beibehalten werden muss. Andererseits ist es insbesondere bei Konstruktionen mit vertretbaren Kosten potenziell möglich, dass Lecks in der Wärmepumpe existieren. Gleichzeitig können sich auch Fremdgase aus dem flüssigen oder gasförmigen Medium lösen, die im Kondensierer nicht mehr kondensieren und damit zu einem Druckanstieg in der Wärmepumpe führen. Es hat sich gezeigt, dass ein zunehmender Anteil an Fremdgas in der Wärmepumpe zu einem immer geringeren Effizienz führt.However, this also means that this low pressure must be maintained during operation of the heat pump. On the other hand, it is potentially possible that leaks may exist in the heat pump, especially in designs with reasonable costs. At the same time, foreign gases may also escape from the liquid or gaseous medium. which no longer condense in the condenser, thus leading to an increase in pressure in the heat pump. It has been shown that an increasing proportion of foreign gas in the heat pump leads to increasingly lower efficiency.

Trotz der Tatsache, dass Fremdgase existieren, muss generell davon ausgegangen werden, dass im Gasraum hauptsächlich der erwünschte Arbeitsdampf vorhanden ist. Es tritt also eine Mischung zwischen Arbeitsdampf und Fremdgasen auf, die derart ist, dass überwiegend Arbeitsdampf enthalten ist und nur zu einem relativ kleinen Anteil Fremdgase.Despite the fact that foreign gases exist, it must generally be assumed that the gas space primarily contains the desired working steam. Thus, a mixture of working steam and foreign gases occurs, such that it contains predominantly working steam and only a relatively small proportion of foreign gases.

Würde man laufend evakuieren, so würde dies dazu führen, dass zwar Fremdgase entfernt werden. Gleichzeitig wird jedoch auch laufend Arbeitsdampf aus der Wärmepumpe extrahiert. Insbesondere dann, wenn auf Kondensiererseite evakuiert werden würde, ist dieser extrahierte Arbeitsdampf bereits erwärmt. Eine Extraktion von verdichtetem bzw. erwärmtem Arbeitsdampf ist jedoch in zweierlei Hinsicht nachteilig. Zum einen wird Energie ungenutzt aus dem System entzogen und typischerweise in die Umgebung abgegeben. Zum anderen führt die laufende Erwärmung von Arbeitsdampf dazu, dass insbesondere in geschlossenen Systemen der Arbeitsflüssigkeitspegel abfällt. Es muss also Arbeitsflüssigkeit nachgefüllt werden. Darüber hinaus erfordert die Vakuumpumpe eine beträchtliche Menge an Energie, was insbesondere dahin gehend problematisch ist, dass dafür Energie aufgewendet wird, dass eigentlich in der Wärmepumpe gewünschter Arbeitsdampf extrahiert wird, da die Fremdgaskonzentration in der Wärmepumpe relativ niedrig ist, jedoch bereits bei niedrigen Konzentrationen zu Effizienzverlusten führt.If continuous evacuation were to take place, this would result in the removal of foreign gases. However, at the same time, working steam would also be continuously extracted from the heat pump. Particularly if evacuation were to take place on the condenser side, this extracted working steam would already be heated. However, extracting compressed or heated working steam is disadvantageous in two respects. Firstly, energy is withdrawn unused from the system and typically released into the environment. Secondly, the continuous heating of working steam leads to a drop in the working fluid level, particularly in closed systems. Working fluid must therefore be topped up. In addition, the vacuum pump requires a considerable amount of energy, which is particularly problematic because energy is used to extract the working steam that is actually required in the heat pump. The foreign gas concentration in the heat pump is relatively low, but even low concentrations lead to efficiency losses.

Die WO 2009/156125 A2 offenbart einen Verdampfer oder Kondensator mit einer Oberfläche, auf der eine Arbeitsflüssigkeit angeordnet ist. Weiterhin sind Turbulenzgeneratoren zur Erzeugung von Turbulenzen in der Arbeitsflüssigkeit auf der Arbeitsfläche vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich ist im Kondensator ein Laminarisierer vorgesehen, um den vom Kompressor erzeugten Dampfstrom zu laminarisieren. Im Verdampfer wird der Verdampfungswirkungsgrad und im Verflüssiger der Verflüssigerwirkungsgrad erhöht, was insbesondere für eine Wärmepumpe zum Heizen von Gebäuden sinnvoll ist, um die Größe dieser Bauteile ohne Leistungseinbußen deutlich reduzieren zu können. Ferner ist eine Gasfalle mit einem Sammlungsbehälter vorgesehen, dessen Wand im Verdampfer angeordnet ist.The WO 2009/156125 A2 discloses an evaporator or condenser with a surface on which a working fluid is arranged. Furthermore, turbulence generators are provided for generating turbulence in the working fluid on the working surface. Alternatively or additionally, a laminarizer is provided in the condenser to laminarize the vapor flow generated by the compressor. The evaporation efficiency is increased in the evaporator, and the condenser efficiency is increased in the condenser, which is particularly useful for a heat pump for heating buildings, in order to be able to significantly reduce the size of these components without sacrificing performance. Furthermore, a gas trap with a collection container is provided, the wall of which is arranged in the evaporator.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein effizienteres Wärmepumpenkonzept zu schaffen.The object of the present invention is to create a more efficient heat pump concept.

Diese Aufgabe wird durch eine Wärmepumpe nach Patentanspruch 1, ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe nach Patentanspruch 14 oder ein Verfahren zum Herstellen einer Wärmepumpe nach Patentanspruch 15 gelöst.This object is achieved by a heat pump according to patent claim 1, a method for operating a heat pump according to patent claim 14 or a method for producing a heat pump according to patent claim 15.

Die Wärmepumpe gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Kondensierer zum Kondensieren von verdichtetem bzw. ggf. erwärmtem Arbeitsdampf und eine Gasfalle, die durch eine Fremdgaszuführung mit dem Kondensierer gekoppelt ist. Insbesondere weist die Gasfalle ein Gehäuse mit einem Fremdgaszuführungseingang, einer Arbeitsflüssigkeitszuleitung in dem Gehäuse, einer Arbeitsflüssigkeitsableitung in dem Gehäuse und eine Pumpe auf, um Gas aus dem Gehäuse abzupumpen. Das Gehäuse, die Arbeitsflüssigkeitszuleitung und die Arbeitsflüssigkeitsableitung sind so ausgebildet und angeordnet, dass im Betrieb eine Arbeitsflüssigkeitsströmung von der Arbeitsflüssigkeitszuleitung zu der Arbeitsflüssigkeitsableitung in dem Gehäuse stattfindet. Ferner ist die Arbeitsflüssigkeitszuleitung so mit der Wärmepumpe gekoppelt, dass im Betrieb der Wärmepumpe Arbeitsflüssigkeit zugeleitet wird, die kälter ist als ein zu kondensierender Arbeitsdampf in dem Kondensierer.The heat pump according to the present invention comprises a condenser for condensing compressed or, if necessary, heated working steam and a gas trap coupled to the condenser by an external gas supply. In particular, the gas trap comprises a housing with an external gas supply inlet, a working fluid supply line in the housing, a working fluid discharge line in the housing, and a pump to pump gas out of the housing. The housing, the working fluid supply line, and the working fluid outlet are designed and arranged such that, during operation, a working fluid flow occurs from the working fluid supply line to the working fluid outlet in the housing. Furthermore, the working fluid supply line is coupled to the heat pump such that, during operation, the heat pump is supplied with working fluid that is colder than the working vapor to be condensed in the condenser.

Je nach Implementierung ist die Arbeitsflüssigkeitszuleitung mit der Wärmepumpe gekoppelt ist, um im Betrieb der Wärmepumpe Arbeitsflüssigkeit zu leiten, die kälter ist als eine Temperatur, die zu einem Sattdampfdruck eines Arbeitsdampfs gehört, der in dem Kondensierer zu kondensieren ist. So gehört zum Sattdampfdruck des Arbeitsdampfes immer eine Temperatur, die z. B. aus dem h-logp-Diagramm oder einem ähnlichen Diagramm zu entnehmen ist.Depending on the implementation, the working fluid supply line is coupled to the heat pump to conduct working fluid during heat pump operation. This temperature is colder than the saturated vapor pressure of the working steam to be condensed in the condenser. Thus, the saturated vapor pressure of the working steam always corresponds to a temperature, which can be determined, for example, from the h-logp diagram or a similar diagram.

Damit werden Fremdgas und Arbeitsdampf, welche beide in einem bestimmten Verhältnis gemischt durch die Fremdgaszuführung in den Kondensierer eintreten, in direkten oder indirekten Kontakt mit der Arbeitsflüssigkeitsströmung gebracht, so dass sich eine Fremdgasanreicherung ergibt. Die Fremdgasanreicherung kommt dadurch zustande, dass der Arbeitsdampf durch einen direkten oder indirekten Kontakt mit der Arbeitsflüssigkeitsströmung, die relativ kalt ist, kondensiert. Dagegen können die Fremdgase nicht kondensieren, so dass sich in dem Gehäuse der Gasfalle nach und nach Fremdgas anreichert. Das Gehäuse stellt für das Fremdgas somit eine Gasfalle dar, während der Arbeitsdampf kondensieren kann und im System verbleibt.This brings foreign gas and working steam, both mixed in a specific ratio through the foreign gas supply into the condenser, into direct or indirect contact with the working fluid flow, resulting in foreign gas enrichment. Foreign gas enrichment occurs when the working steam condenses through direct or indirect contact with the relatively cold working fluid flow. Foreign gases, however, cannot condense, so the foreign gas gradually accumulates in the gas trap housing. The housing thus acts as a gas trap for the foreign gas, while the working steam can condense and remain in the system.

Durch die Pumpe zum Abpumpen von Gas aus dem Gehäuse wird das angereicherte Fremdgas entfernt. Im Unterschied zu dem Verhältnis zwischen Fremdgas und Arbeitsdampf im Kondensierer, wo die Konzentration des Fremdgases noch sehr klein ist, führt das Abpumpen von Gas aus dem Gehäuse der Gasfalle nicht zu einer besonders starken Extraktion von Arbeitsdampf aus dem System, weil der überwiegende Teil des Arbeitsdampfes in der Arbeitsflüssigkeitsströmung entweder durch direkten oder indirekten Kontakt kondensiert ist, und damit durch die Pumpe nicht mehr abgepumpt werden kann.The pump used to pump gas from the housing removes the enriched foreign gas. Unlike the ratio between foreign gas and working vapor in the condenser, where the concentration of foreign gas is still very low, pumping gas from the gas trap housing does not result in a particularly strong extraction of working vapor from the system because the majority of the working vapor has condensed in the working fluid flow, either through direct or indirect contact, and thus can no longer be pumped out by the pump.

Damit werden mehrere Vorteile erhalten. Ein Vorteil besteht darin, dass Arbeitsdampf seine Energie abgibt und dass diese Energie somit im System verbleibt und nicht an die Umgebung verloren wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Menge an extrahierter Arbeitsflüssigkeit stark reduziert ist. Damit muss Arbeitsflüssigkeit kaum oder gar nicht mehr nachgefüllt werden, was den Aufwand für die korrekte Beibehaltung des Arbeitsflüssigkeitspegels reduziert und gleichzeitig auch den Aufwand dafür reduziert, dass ggf. dennoch extrahierte Arbeitsflüssigkeit aufgefangen und weggebracht werden muss. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Pumpe zum Abpumpen von Gas aus dem Gehäuse weniger abpumpen muss, weil relativ konzentriertes Fremdgas abgeführt wird. Der Energieverbrauch der Pumpe ist daher gering und die Pumpe muss nicht so stark ausgelegt werden. Eine weniger stark ausgelegte Pumpe führt zwar dazu, dass bei einem erstmaligen Evakuieren des Systems etwas mehr Zeit vergeht. Diese Zeit ist jedoch für eine normale Anwendung nicht kritisch, weil normalerweise nur Servicetechniker eine erste Evakuierung bei der Inbetriebnahme oder nach einer Wartung durchführen werden. Solche Servicetechniker können ggf., wenn es doch schneller gehen soll, eine externe mitgebrachte Pumpe anschließen, die jedoch nicht mit dem System fest gekoppelt sein muss.This provides several advantages. One is that working steam releases its energy and this energy remains in the system and is not lost to the environment. Another advantage is that the amount of extracted Working fluid is greatly reduced. This means that there is little or no need to top up the working fluid, which reduces the effort required to maintain the correct working fluid level and also reduces the effort required to collect and remove any extracted working fluid. A further advantage is that the pump has to pump out less gas from the housing because relatively concentrated foreign gas is removed. The pump's energy consumption is therefore low and the pump does not need to be as powerful. A less powerful pump does mean that the initial evacuation of the system takes a little longer. However, this time is not critical for normal applications because normally only service technicians will carry out an initial evacuation during commissioning or after maintenance. Such service technicians can, if necessary, connect an external pump they have brought with them if they want it to go faster; however, this does not have to be permanently connected to the system.

Bei einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bereits ein Fremdgassammelraum innerhalb des Kondensierers bereitgestellt. Eine Wärmepumpe gemäß diesem weiteren Aspekt umfasst einen Kondensierer zum Kondensieren von verdichtetem bzw. ggf. erwärmtem Arbeitsdampf, einen Fremdgassammelraum, der in dem Kondensierer angebracht ist, wobei dieser Fremdgassammelraum eine Kondensationsoberfläche, die im Betrieb der Wärmepumpe kälter als eine Temperatur des zu kondensierenden Arbeitsdampfes ist, und eine Trennwand aufweist, die zwischen der Kondensationsoberfläche und einer Kondensationszone in dem Kondensierer angeordnet ist. Ferner ist eine Fremdgasabführungseinrichtung vorgesehen, welche mit dem Fremdgassammelraum gekoppelt ist, um Fremdgas aus dem Fremdgassammelraum abzuführen.In a further aspect of the present invention, a foreign gas collection chamber is already provided within the condenser. A heat pump according to this further aspect comprises a condenser for condensing compressed or, if appropriate, heated working steam, a foreign gas collection chamber mounted in the condenser, said foreign gas collection chamber having a condensation surface that, during operation of the heat pump, is colder than a temperature of the working steam to be condensed, and a partition wall arranged between the condensation surface and a condensation zone in the condenser. Furthermore, a foreign gas discharge device is provided, which is coupled to the foreign gas collection chamber in order to discharge foreign gas from the foreign gas collection chamber.

Je nach Implementierung ist die Kondensationsoberfläche kälter als eine Temperatur, die zu einem Sattdampfdruck eines Arbeitsdampfs gehört, der in dem Kondensierer zu kondensieren ist. So gehört zum Sattdampfdruck des Arbeitsdampfes, wie weiter oben ausgeführt, immer eine Temperatur, die z.B. aus dem h-Iogp-Diagramm oder einem ähnlichen Diagramm zu entnehmen ist.Depending on the implementation, the condensation surface is colder than a temperature corresponding to the saturated vapor pressure of the working steam to be condensed in the condenser. Thus, as explained above, the saturated vapor pressure of the working steam always corresponds to a temperature that can be determined, for example, from the h-Iogp diagram or a similar diagram.

In einer Implementierung kann das nunmehr im Kondensierer angereicherte Fremdgas direkt nach außen abgeführt werden. Alternativ kann jedoch die Fremdgasabführungseinrichtung mit der Gasfalle gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung gekoppelt sein, so dass bereits ein Gas, in dem das Fremdgas angereichert ist, in die Gasfalle geführt wird, um die Effizienz der ganzen Vorrichtung noch weiter zu erhöhen. Allerdings führt eine direkte Abführung von bereits angereichertem Fremdgas aus dem Fremdgassammelraum im Kondensierer bereits zu einer gesteigerten Effizienz im Vergleich zu einer Vorgehensweise, bei der einfach im Kondensierer vorhandenes Gas abgepumpt werden würde. Insbesondere stellt die Kondensationsoberfläche im Fremdgassammelraum sicher, dass Arbeitsdampf an der Kondensationsoberfläche kondensiert und sich damit Fremdgas anreichert. Damit diese Fremdgasanreicherung in einem doch relativ turbulenten Kondensierer stattfinden kann, ist die Trennwand vorgesehen, die zwischen der (kalten) Kondensationsoberfläche und der Kondensationszone in dem Kondensierer angeordnet ist. Damit wird die Kondensationszone von dem Fremdgassammelraum abgetrennt, so dass eine gewissermaßen beruhigte Zone geschaffen wird, die weniger turbulent als die Kondensationszone ist. In dieser beruhigten Zone kann noch vorhandener Arbeitsdampf an der relativ kalten Kondensationsoberfläche kondensieren, und das Fremdgas sammelt sich im Fremdgassammelraum zwischen der Kondensationsoberfläche und der Trennwand an. Die Trennwand arbeitet somit in zweierlei Hinsicht. Zum einen schafft sie eine beruhigte Zone und zum anderen wirkt sich als Isolierung, derart, dass an der kalten Oberfläche, also der Kondensationsoberfläche keine unerwünschten Wärmeverluste stattfinden.In one implementation, the foreign gas now enriched in the condenser can be discharged directly to the outside. Alternatively, however, the foreign gas discharge device can be coupled to the gas trap according to the first aspect of the present invention, so that a gas in which the foreign gas is enriched is already fed into the gas trap. in order to further increase the efficiency of the entire device. However, a direct discharge of already enriched foreign gas from the foreign gas collection chamber in the condenser already leads to increased efficiency compared to a procedure in which gas present in the condenser would simply be pumped out. In particular, the condensation surface in the foreign gas collection chamber ensures that working steam condenses on the condensation surface and thus enriches the foreign gas. To ensure that this foreign gas enrichment can take place in a relatively turbulent condenser, a partition wall is provided, which is arranged between the (cold) condensation surface and the condensation zone in the condenser. This separates the condensation zone from the foreign gas collection chamber, creating a somewhat calmer zone that is less turbulent than the condensation zone. In this calmer zone, any working steam still present can condense on the relatively cold condensation surface, and the foreign gas collects in the foreign gas collection chamber between the condensation surface and the partition wall. The partition wall therefore works in two ways. On the one hand, it creates a calm zone and on the other hand, it acts as an insulation, so that no unwanted heat loss occurs on the cold surface, i.e. the condensation surface.

Das angesammelte Fremdgas wird dann durch die Fremdgasabführungseinrichtung, die mit dem Fremdgassammelraum gekoppelt ist, abgeführt, und zwar, je nach Implementierung, direkt nach außen oder in die Gasfalle gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung.The accumulated foreign gas is then discharged through the foreign gas discharge device coupled to the foreign gas collection chamber, depending on the implementation, directly to the outside or into the gas trap according to the first aspect of the present invention.

Die Aspekte der Gasfalle einerseits und des Fremdgassammelraums im Kondensierer andererseits können also gemeinsam verwendet werden. Jedoch können beide Aspekte auch separat voneinander eingesetzt werden, um bereits eine erhebliche Effizienzverbesserung aufgrund der oben beschriebenen Vorteile zu erreichen.The gas trap and the external gas collection chamber in the condenser can be used together. However, both aspects can also be used separately to achieve a significant efficiency improvement based on the advantages described above.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigen:

Fig. 1A
eine schematische Ansicht einer Wärmepumpe mit einer verschränkten Verdampfer/Kondensierer-Anordnung;
Fig. 1B
eine Wärmepumpe mit einer Gasfalle gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bezüglich des ersten Aspekts;
Fig. 2A
eine Darstellung des Gehäuses der Gasfalle gemäß einer Implementierung mit indirektem Kontakt;
Fig. 2B
eine alternative Implementierung der Gasfalle mit direktem Kontakt und schräger Anordnung;
Fig. 3
eine alternative Implementierung der Gasfalle mit maximal turbulenter senkrechter Anordnung und direktem Kontakt;
Fig. 4
eine schematische Darstellung eines Systems mit zwei Wärmepumpenstufen (Dosen) in Verbindung mit einer Gasfalle;
Fig. 5
eine Schnittdarstellung einer Wärmepumpe mit einem Verdampferboden und einem Kondensatorboden gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1;
Fig. 6
eine perspektivische Darstellung eines Verflüssigers, wie er in der WO 2014072239 A1 gezeigt ist;
Fig. 7
eine Darstellung der Flüssigkeitsverteilerplatte einerseits und der Dampfeinlasszone mit Dampfeinlassspalt andererseits aus der WO 2014072239 A1 ;
Fig. 8a
eine schematische Darstellung einer bekannten Wärmepumpe zum Verdampfen von Wasser;
Fig. 8b
eine Tabelle zur Veranschaulichung von Drücken und Verdampfungstemperaturen von Wasser als Arbeitsflüssigkeit;
Fig. 9
eine schematische Darstellung einer Wärmepumpe mit einem Fremdgassammelraum im Kondensierer gemäß einem Ausführungsbeispiel bezüglich des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung;
Fig. 10
einen Querschnitt durch eine Wärmepumpe mit verschränkter Verdampfer/Kondensierer-Anordnung;
Fig. 11
eine Fig. 10 ähnliche Darstellung zur Erläuterung des Funktionsprinzips;
Fig. 12
eine Querschnittsdarstellung einer Wärmepumpe mit verschränkter Verdampfer/Kondensierer-Anordnung und einer kegelstumpfförmigen Trennwand.
Preferred embodiments of the present invention are explained in detail below with reference to the accompanying drawings. They show:
Fig. 1A
a schematic view of a heat pump with an interleaved evaporator/condenser arrangement;
Fig. 1B
a heat pump with a gas trap according to an embodiment of the present invention relating to the first aspect;
Fig. 2A
a representation of the gas trap housing according to an indirect contact implementation;
Fig. 2B
an alternative implementation of the gas trap with direct contact and oblique arrangement;
Fig. 3
an alternative implementation of the gas trap with maximally turbulent vertical arrangement and direct contact;
Fig. 4
a schematic representation of a system with two heat pump stages (cans) in conjunction with a gas trap;
Fig. 5
a sectional view of a heat pump with an evaporator base and a condenser base according to the embodiment of Fig. 1 ;
Fig. 6
a perspective view of a condenser as used in the WO 2014072239 A1 is shown;
Fig. 7
a representation of the liquid distribution plate on the one hand and the steam inlet zone with steam inlet gap on the other hand from the WO 2014072239 A1 ;
Fig. 8a
a schematic representation of a known heat pump for evaporating water;
Fig. 8b
a table illustrating pressures and evaporation temperatures of water as a working fluid;
Fig. 9
a schematic representation of a heat pump with a foreign gas collection chamber in the condenser according to an embodiment relating to the second aspect of the present invention;
Fig. 10
a cross-section through a heat pump with an interleaved evaporator/condenser arrangement;
Fig. 11
one Fig. 10 similar representation to explain the functional principle;
Fig. 12
a cross-sectional view of a heat pump with an interleaved evaporator/condenser arrangement and a truncated cone-shaped partition wall.

Fig. 1A zeigt eine Wärmepumpe 100 mit einem Verdampfer zum Verdampfen von Arbeitsflüssigkeit in einem Verdampferraum 102. Die Wärmepumpe umfasst ferner einen Kondensator zum Verflüssigen von verdampfter Arbeitsflüssigkeit in einem Kondensatorraum 104, der von einem Kondensatorboden 106 begrenzt ist. Wie es in Fig. 1A gezeigt ist, die als Schnittdarstellung oder als Seitenansicht angesehen werden kann, ist der Verdampferraum 102 zumindest teilweise von dem Kondensatorraum 104 umgeben. Ferner ist der Verdampferraum 102 durch den Kondensatorboden 106 von dem Kondensatorraum 104 getrennt. Darüber hinaus ist der Kondensatorboden mit einem Verdampferboden 108 verbunden, um den Verdampferraum 102 zu definieren. In einer Implementierung ist oberhalb am Verdampferraum 102 oder an anderer Stelle ein Kompressor 110 vorgesehen, der in Fig. 1A nicht näher ausgeführt ist, der jedoch prinzipiell ausgebildet ist, um verdampfte Arbeitsflüssigkeit zu komprimieren und als komprimierten Dampf 112 in den Kondensatorraum 104 zu leiten. Der Kondensatorraum ist ferner nach außen hin durch eine Kondensatorwand 114 begrenzt. Die Kondensatorwand 114 ist ebenfalls wie der Kondensatorboden 106 an dem Verdampferboden 108 befestigt. Insbesondere ist die Dimensionierung des Kondensatorbodens 106 in dem Bereich, der die Schnittstelle zum Verdampferboden 108 bildet, so, dass der Kondensatorboden bei dem in Fig. 1A gezeigten Ausführungsbeispiel vollständig von der Kondensatorraumwand 114 umgeben ist. Dies bedeutet, dass sich der Kondensatorraum, wie es in Fig. 1A gezeigt ist, bis zum Verdampferboden erstreckt, und dass sich der Verdampferraum gleichzeitig sehr weit nach oben, typischerweise nahezu durch fast den gesamten Kondensatorraum 104 erstreckt. Fig. 1A shows a heat pump 100 with an evaporator for evaporating working fluid in an evaporator chamber 102. The heat pump further comprises a condenser for condensing evaporated working fluid in a condenser chamber 104, which is delimited by a condenser base 106. As shown in Fig. 1A As shown, which can be viewed as a sectional view or as a side view, the evaporator chamber 102 is at least partially surrounded by the condenser chamber 104. Furthermore, the evaporator chamber 102 is separated from the condenser chamber 104 by the condenser base 106. Furthermore, the condenser base is connected to an evaporator base 108 to define the evaporator chamber 102. In one implementation, a compressor 110 is provided above the evaporator chamber 102 or elsewhere, which in Fig. 1A is not described in more detail, but is in principle designed to compress evaporated working fluid and to convey it as compressed vapor 112 into the condenser chamber 104. The condenser chamber is further delimited to the outside by a condenser wall 114. The condenser wall 114, like the condenser base 106, is also attached to the evaporator base 108. In particular, the dimensioning of the condenser base 106 in the area that forms the interface to the evaporator base 108 is such that the condenser base in the Fig. 1A shown embodiment is completely surrounded by the condenser chamber wall 114. This means that the condenser chamber, as shown in Fig. 1A shown, extends to the evaporator bottom, and that the evaporator space simultaneously extends very far upwards, typically almost through almost the entire condenser space 104.

Diese "verschränkte" oder ineinandergreifende Anordnung von Kondensator und Verdampfer, die sich dadurch auszeichnet, dass der Kondensatorboden mit dem Verdampferboden verbunden ist, liefert eine besonders hohe Wärmepumpeneffizienz und erlaubt daher eine besonders kompakte Bauform einer Wärmepumpe. Größenordnungsmäßig ist die Dimensionierung der Wärmepumpe z.B. in einer zylindrischen Form so, dass die Kondensatorwand 114 einen Zylinder mit einem Durchmesser zwischen 30 und 90 cm und einer Höhe zwischen 40 und 100 cm darstellt. Die Dimensionierung kann jedoch je nach erforderliche Leistungsklasse der Wärmepumpe gewählt werden, findet jedoch vorzugsweise in den genannten Dimensionen statt. Damit wird eine sehr kompakte Bauform erreicht, die zudem einfach und günstig herstellbar ist, weil die Anzahl der Schnittstellen, insbesondere für den fast unter Vakuum stehenden Verdampferraum ohne weiteres reduziert werden kann, wenn der Verdampferboden gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung dahin gehend ausgeführt wird, dass er sämtliche Flüssigkeits-Zu- und Ableitungen umfasst und damit keine Flüssigkeits-Zu- und Ableitungen von der Seite oder von oben nötig sind.This "interlocking" or interlocking arrangement of condenser and evaporator, which is characterized by the fact that the condenser base is connected to the evaporator base, delivers a particularly high heat pump efficiency and therefore allows for a particularly compact heat pump design. In terms of size, the heat pump, for example, in a cylindrical shape, is dimensioned such that the condenser wall 114 represents a cylinder with a diameter between 30 and 90 cm and a height between 40 and 100 cm. However, the dimensioning can be selected depending on the required performance class of the heat pump, but preferably in the dimensions mentioned. This results in a very compact design that is also simple and inexpensive to manufacture because the number of interfaces, particularly for the evaporator chamber, which is almost under vacuum, can be easily reduced if the evaporator base is designed according to preferred embodiments of the present invention to encompass all liquid inlet and outlet lines, thus eliminating the need for liquid inlet and outlet lines from the side or top.

Ferner sei darauf hingewiesen, dass die Betriebsrichtung der Wärmepumpe so ist, wie sie in Fig. 1A gezeigt ist. Dies bedeutet, dass der Verdampferboden im Betrieb den unteren Abschnitt der Wärmepumpe definiert, jedoch abgesehen von Verbindungsleitungen mit anderen Wärmepumpen oder zu entsprechenden Pumpeneinheiten. Dies bedeutet, dass im Betrieb der im Verdampferraum erzeugte Dampf nach oben steigt und durch den Motor umgelenkt wird und von oben nach unten in den Kondensatorraum eingespeist wird, und dass die Kondensatorflüssigkeit von unten nach oben geführt wird, und dann von oben in den Kondensatorraum zugeführt wird und dann im Kondensatorraum von oben nach unten fließt, wie beispielsweise durch einzelne Tröpfchen oder durch kleine Flüssigkeitsströme, um mit dem vorzugsweise quer zugeführten komprimierten Dampf zu Zwecken einer Kondensation zu reagieren.Furthermore, it should be noted that the operating direction of the heat pump is as shown in Fig. 1A shown. This means that during operation the evaporator base defines the lower section of the heat pump, apart from connecting lines to other heat pumps or to corresponding pumping units. This means that during operation the vapor generated in the evaporator chamber rises and is diverted by the motor and fed from top to bottom into the condenser chamber, and that the condenser liquid is fed from bottom to top, is then fed from top to bottom into the condenser chamber and then flows in the condenser chamber from top to bottom, such as by individual droplets or by small liquid streams, to react with the preferably transversely fed compressed vapor for the purpose of condensation.

Diese ineinander "verschränkte" Anordnung, dahin gehend, dass der Verdampfer fast vollständig oder sogar vollständig innerhalb des Kondensators angeordnet ist, ermöglicht eine sehr effiziente Ausführung der Wärmepumpe mit optimaler Platzausnutzung. Nachdem der Kondensatorraum sich bis zum Verdampferboden hin erstreckt, ist der Kondensatorraum innerhalb der gesamten "Höhe" der Wärmepumpe oder zumindest innerhalb eines wesentlichen Abschnitts der Wärmepumpe ausgebildet. Gleichzeitig ist jedoch auch der Verdampferraum so groß als möglich, weil er sich ebenfalls nahezu fast über die gesamte Höhe der Wärmepumpe erstreckt. Durch die ineinander verschränkte Anordnung im Gegensatz zu einer Anordnung, bei der der Verdampfer unterhalb des Kondensators angeordnet ist, wird der Raum optimal genutzt. Dies ermöglicht zum einen einen besonders effizienten Betrieb der Wärmepumpe und zum anderen einen besonders platzsparenden und kompakten Aufbau, weil sowohl der Verdampfer als auch der Verflüssiger sich über die gesamte Höhe erstrecken. Damit geht zwar die "Dicke" des Verdampferraums und auch des Verflüssigerraums zurück. Es wurde jedoch herausgefunden, dass die Reduktion der "Dicke" des Verdampferraums, der sich innerhalb des Kondensators verjüngt, unproblematisch ist, weil die Hauptverdampfung im unteren Bereich stattfindet, wo der Verdampferraum nahezu das gesamte Volumen, das zur Verfügung steht, ausfüllt. Andererseits ist die Reduktion der Dicke des Kondensatorraums besonders im unteren Bereich, also dort wo der Verdampferraum nahezu den gesamten zur Verfügung stehenden Bereich ausfüllt, unkritisch, weil die Hauptkondensation oben stattfindet, also dort, wo der Verdampferraum bereits relativ dünn ist und damit ausreichend Platz für den Kondensatorraum zurücklässt. Die ineinander verschränkte Anordnung ist somit optimal dahin gehend, dass jedem Funktionsraum dort das große Volumen gegeben wird, wo dieser Funktionsraum das große Volumen auch benötigt. Der Verdampferraum hat unten das große Volumen, während der Kondensatorraum oben das große Volumen hat. Dennoch trägt auch das entsprechende kleine Volumen, das für den jeweiligen Funktionsraum dort verbleibt, wo der andere Funktionsraum das große Volumen hat, zu einer Effizienzsteigerung bei im Vergleich zu einer Wärmepumpe, bei der die beiden Funktionselemente übereinander angeordnet sind, wie es z.B. in der WO 2014072239 A1 der Fall ist.This "interlocked" arrangement, in which the evaporator is located almost entirely or even completely within the condenser, enables a very efficient heat pump design with optimal space utilization. Since the condenser chamber extends to the evaporator base, the condenser chamber is located within the entire "height" of the heat pump, or at least within a significant portion of it. At the same time, however, the evaporator chamber is also as large as possible because it also extends almost the entire height of the heat pump. This interlocked arrangement, in contrast to an arrangement in which the evaporator is located below the condenser, ensures optimal use of space. This enables particularly efficient operation of the heat pump and, on the other hand, a particularly space-saving and compact design, because both the evaporator and the condenser extend across the entire height. This does reduce the "thickness" of both the evaporator chamber and the condenser chamber. However, it was found that reducing the "thickness" of the evaporator chamber, which tapers inside the condenser, is not problematic because the main evaporation takes place in the lower area where the Evaporator chamber almost fills the entire available volume. On the other hand, reducing the thickness of the condenser chamber, especially in the lower area, i.e. where the evaporator chamber almost fills the entire available space, is not critical because the main condensation takes place at the top, i.e. where the evaporator chamber is already relatively thin, leaving sufficient space for the condenser chamber. The interlocking arrangement is therefore optimal in that each functional chamber is given the large volume where it needs the large volume. The evaporator chamber has the large volume at the bottom, while the condenser chamber has the large volume at the top. Nevertheless, the corresponding small volume that remains for the respective functional chamber where the other functional chamber has the large volume, also contributes to an increase in efficiency compared to a heat pump in which the two functional elements are arranged one above the other, as is the case, for example, in the WO 2014072239 A1 is the case.

Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen ist der Kompressor derart an der Oberseite des Kondensatorraums angeordnet, dass der komprimierte Dampf durch den Kompressor einerseits umgelenkt und gleichzeitig in einen Randspalt des Kondensatorraums eingespeist wird. Damit wird eine Kondensation mit besonders hoher Effizienz erreicht, weil eine Querstromrichtung des Dampfes zu einer herabfließenden Kondensationsflüssigkeit erreicht wird. Diese Kondensation mit Querströmung ist besonders im oberen Bereich, wo der Verdampferraum groß ist, wirksam und benötigt im unteren Bereich, wo der Kondensatorraum zugunsten des Verdampferraums klein ist, keinen besonders großen Bereich mehr, um dennoch eine Kondensation von bis zu diesem Bereich vorgedrungenen Dampfpartikeln zu erlauben.In preferred embodiments, the compressor is arranged at the top of the condenser chamber in such a way that the compressed vapor is deflected by the compressor on the one hand and simultaneously fed into an edge gap of the condenser chamber. This achieves particularly efficient condensation because a crossflow direction of the vapor to a descending condensing liquid is achieved. This crossflow condensation is particularly effective in the upper region, where the evaporator chamber is large, and no longer requires a particularly large area in the lower region, where the condenser chamber is small in favor of the evaporator chamber, to nevertheless allow condensation of vapor particles that have penetrated to this area.

Ein Verdampferboden, der mit dem Kondensatorboden verbunden ist, ist vorzugsweise so ausgebildet, dass er den Kondensator-Zu- und Ablauf und den Verdampfer-Zu- und Ablauf in sich aufnimmt, wobei zusätzlich noch bestimmte Durchführungen für Sensoren in den Verdampfer bzw. in den Kondensator vorhanden sein können. Damit wird erreicht, dass keine Durchführungen von Leitungen für den Kondensator-Zu- und Ablauf durch den nahezu unter Vakuum stehenden Verdampfer nötig sind. Dadurch wird die die gesamte Wärmepumpe weniger fehleranfällig, weil jede Durchführung durch den Verdampfer eine Möglichkeit für ein Leck darstellen würde. Dazu ist der Kondensatorboden an den Stellen, an denen die Kondensator-Zu- und Abläufe sind, mit einer jeweiligen Aussparung versehen, dahin gehend, dass in dem Verdampferraum, der durch den Kondensatorboden definiert wird, keine Kondensator-Zu/Abführungen verlaufen.An evaporator base, which is connected to the condenser base, is preferably designed to accommodate the condenser inlet and outlet, whereby certain feedthroughs for sensors can also be provided in the evaporator or condenser. This ensures that no feedthroughs for the condenser inlet and outlet are necessary through the evaporator, which is almost under vacuum. This makes the entire heat pump less prone to failure, because every feedthrough through the evaporator would represent an opportunity for a leak. For this purpose, the condenser base is provided with a respective recess at the points where the condenser inlets and outlets are located, so that no condenser inlets or outlets run in the evaporator chamber, which is defined by the condenser base.

Der Kondensatorraum wird durch eine Kondensatorwand begrenzt, die ebenfalls an dem Verdampferboden anbringbar ist. Der Verdampferboden hat somit eine Schnittstelle sowohl für die Kondensatorwand als auch den Kondensatorboden und hat zusätzlich sämtliche Flüssigkeits-Zuführungen sowohl für den Verdampfer als auch den Verflüssiger.The condenser chamber is defined by a condenser wall, which can also be attached to the evaporator base. The evaporator base thus provides an interface for both the condenser wall and the condenser base, and also houses all liquid supply lines for both the evaporator and the condenser.

Bei bestimmten Ausführungen ist der Verdampferboden ausgebildet, um Anschlussstutzen für die einzelnen Zuführungen zu haben, die einen Querschnitt haben, der sich von einem Querschnitt der Öffnung auf der anderen Seite des Verdampferbodens unterscheidet. Die Form der einzelnen Anschlussstutzen ist dann so ausgebildet, dass sich die Form bzw. Querschnittsform über der Länge des Anschlussstutzens verändert, jedoch der Rohrdurchmesser, der für die Strömungsgeschwindigkeit eine Rolle spielt, in einer Toleranz von ± 10 % nahezu gleich ist. Damit wird verhindert, dass durch den Anschlussstutzen fließendes Wasser zu kavitieren beginnt. Damit wird aufgrund der guten durch die Formung der Anschlussstutzen erhaltenen Strömungsverhältnisse sichergestellt, dass die entsprechenden Rohre/Leitungen so kurz wie möglich gemacht werden können, was wiederum zu einer kompakten Bauform der gesamten Wärmepumpe beiträgt.In certain designs, the evaporator base is designed to have connection nozzles for the individual feeds, which have a cross-section that differs from the cross-section of the opening on the other side of the evaporator base. The shape of the individual connection nozzles is then configured such that the shape or cross-sectional shape changes over the length of the connection nozzle, but the pipe diameter, which plays a role in the flow velocity, remains almost the same within a tolerance of ± 10%. This prevents water flowing through the connection nozzle from starting to cavitate. Due to the favorable flow conditions achieved by the shape of the connection nozzles, it is ensured that the corresponding pipes/lines can be made as short as possible, which in turn contributes to a compact design of the entire heat pump.

Bei einer speziellen Implementierung des Verdampferbodens wird der Kondensatorzulauf nahezu in Form einer "Brille" in einen zwei- oder mehrteiligen Strom aufgeteilt. Damit ist es möglich, die Kondensatorflüssigkeit im Kondensator an seinem oberen Abschnitt an zwei oder mehreren Punkten gleichzeitig einzuspeisen. Damit wird eine starke und gleichzeitig besonders gleichmäßige Kondensatorströmung von oben nach unten erreicht, die es ermöglicht, dass eine hocheffiziente Kondensation des ebenfalls von oben in den Kondensator eingeführten Dampfes erreicht wird.In a special implementation of the evaporator base, the condenser inlet is divided into two or more separate streams, almost like a "glass," making it possible to feed the condenser liquid into the condenser at two or more points simultaneously at the top of the condenser. This creates a strong yet extremely uniform condenser flow from top to bottom, enabling highly efficient condensation of the vapor, which is also introduced into the condenser from the top.

Eine weitere kleiner dimensionierte Zuführung im Verdampferboden für Kondensatorwasser kann ebenfalls vorgesehen sein, um damit einen Schlauch zu verbinden, der dem Kompressormotor der Wärmepumpe Kühlflüssigkeit zuführt, wobei zur Kühlung nicht die kalte, dem Verdampfer zugeführte Flüssigkeit verwendet wird, sondern die wärmere, dem Kondensator zugeführte Flüssigkeit, die jedoch immer noch bei typischen Betriebssituationen kühl genug ist, um den Motor der Wärmepumpe zu kühlen.Another smaller sized supply in the evaporator base for condenser water can also be provided to connect a hose that supplies cooling liquid to the compressor motor of the heat pump, whereby not the cold liquid supplied to the evaporator is used for cooling, but the warmer liquid supplied to the condenser, which is still cool enough to cool the heat pump motor in typical operating situations.

Der Verdampferboden zeichnet sich dadurch aus, dass er eine Kombinationsfunktionalität hat. Zum einen stellt er sicher, dass keine Kondensatorzuleitungen durch den unter sehr geringem Druck stehenden Verdampfer hindurchgeführt werden müssen. Andererseits stellt er eine Schnittstelle nach außen dar, die vorzugsweise eine kreisrunde Form hat, da bei einer kreisrunden Form möglichst viel Verdampferfläche verbleibt. Alle Zu- und Ableitungen führen durch den einen Verdampferboden und laufen von dort in entweder den Verdampferraum oder den Kondensatorraum. Insbesondere eine Herstellung des Verdampferbodens aus Kunststoffspritzguss ist besonders vorteilhaft, weil die vorteilhaften relativ komplizierten Formgebungen der Zu/Ablaufstutzen in Kunststoffspritzguss ohne weiteres und preisgünstig ausgeführt werden können. Andererseits ist es aufgrund der Ausführung des Verdampferbodens als gut zugängliches Werkstück ohne weiteres möglich, den Verdampferboden mit ausreichender struktureller Stabilität herzustellen, damit er insbesondere dem niedrigen Verdampferdruck ohne weiteres standhalten kann.The evaporator base is characterized by its combined functionality. On the one hand, it ensures that no condenser supply lines have to be routed through the evaporator, which is under very low pressure. On the other hand, it represents an interface to the outside, which preferably has a circular shape, since a circular shape leaves as much evaporator surface as possible. All supply and discharge lines lead through one evaporator base and from there into either the evaporator chamber or the condenser chamber. In particular, manufacturing the evaporator base from plastic injection molding is particularly advantageous because the advantageous, relatively complex shapes of the inlet/outlet nozzles can be easily and inexpensively implemented using plastic injection molding. On the other hand, due to the design of the evaporator base as an easily accessible workpiece, it is easily possible to manufacture the evaporator base with sufficient structural stability so that it can easily withstand the low evaporator pressure.

In der vorliegenden Anmeldung betreffen gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleichwirkende Elemente, wobei nicht alle Bezugszeichen in allen Zeichnungen, sofern sie sich wiederholen, erneut dargelegt werden.In the present application, identical reference symbols refer to identical or equivalent elements, whereby not all reference symbols are shown again in all drawings if they are repeated.

Fig. 1B zeigt eine Wärmepumpe mit einer Gasfalle gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, das allgemein eine verschränkte Anordnung aus Verdampfer und Kondensierer oder aber jede andere Anordnung zwischen dem Verdampfer und dem Kondensierer haben kann. Fig. 1B shows a heat pump with a gas trap according to the first aspect of the present invention in a preferred embodiment, which may generally have an interleaved arrangement of evaporator and condenser or any other arrangement between the evaporator and the condenser.

Insbesondere umfasst die Wärmepumpe allgemein einen Verdampfer 300, der mit einem Verdichter 302 gekoppelt ist, um über eine Dampfleitung 304 kalten Arbeitsdampf anzusaugen, zu verdichten und damit zu erwärmen. Der erwärmte und verdichtete Arbeitsdampf wird an einen Kondensierer 306 abgegeben. Der Verdampfer 300 ist mit einem zu kühlenden Gebiet 308 gekoppelt, und zwar über eine Verdampferzulaufleitung 310 und eine Verdampferablaufleitung 312, in der typischerweise eine Pumpe 314 vorgesehen ist. Darüber hinaus ist ein zu wärmendes Gebiet 318 vorgesehen, das mit dem Kondensierer 306 gekoppelt ist, und zwar über eine Kondensiererzulaufleitung 320 und eine Kondensiererablaufleitung 322. Der Kondensierer 306 ist ausgebildet, um erwärmten Arbeitsdampf in dem Kondensiererzulaufkanal 305 zu kondensieren.In particular, the heat pump generally comprises an evaporator 300 coupled to a compressor 302 for sucking in, compressing, and thus heating cold working steam via a steam line 304. The heated and compressed working steam is discharged to a condenser 306. The evaporator 300 is coupled to a region to be cooled 308 via an evaporator inlet line 310 and an evaporator outlet line 312, in which a pump 314 is typically provided. Furthermore, a region to be heated 318 is provided, which is coupled to the condenser 306 via a condenser inlet line 320 and a condenser outlet line 322. The condenser 306 is configured to condense heated working steam in the condenser inlet channel 305.

Ferner ist eine Gasfalle vorgesehen, die durch eine Fremdgaszuführung 325 mit dem Kondensierer 306 gekoppelt ist. Die Gasfalle umfasst insbesondere ein Gehäuse 330 mit einem Fremdgaszuführungseingang 332 und ggf. weiteren Fremdgaszuführungseingängen 334, 336. Ferner umfasst das Gehäuse 330 eine Arbeitsflüssigkeitszuleitung 338 sowie eine Arbeitsflüssigkeitsableitung 340. Die Wärmepumpe umfasst ferner eine Pumpe 342 zum Abpumpen von Gas aus dem Gehäuse 330. Insbesondere sind die Arbeitsflüssigkeitszuleitung 338, die Arbeitsflüssigkeitsableitung 340 und das Gehäuse so ausgebildet und angeordnet, dass im Betrieb eine Arbeitsflüssigkeitsströmung 344 von der Arbeitsflüssigkeitszuleitung 338 zu der Arbeitsflüssigkeitsableitung 340 in dem Gehäuse 330 stattfindet.Furthermore, a gas trap is provided, which is coupled to the condenser 306 by an external gas supply 325. The gas trap comprises, in particular, a housing 330 with an external gas supply inlet 332 and, if necessary, further external gas supply inlets 334, 336. Furthermore, the housing 330 comprises a working fluid supply line 338 and a working fluid discharge line 340. The heat pump further comprises a pump 342 for pumping gas out of the housing 330. In particular, the working fluid supply line 338, the working fluid discharge line 340 and the housing are designed and arranged such that, during operation, a working fluid flow 344 takes place from the working fluid supply line 338 to the working fluid discharge line 340 in the housing 330.

Die Arbeitsflüssigkeitszuleitung 338 ist ferner so mit der Wärmepumpe gekoppelt, dass im Betrieb der Wärmepumpe Arbeitsflüssigkeit zugeleitet wird, die kälter ist als ein zu kondensierender Arbeitsdampf im Kondensierer und die vorzugsweise sogar kälter als die Arbeitsflüssigkeit ist, die in den Kondensierer eintritt oder den Kondensierer verlässt. Hierzu wird vorzugsweise Arbeitsflüssigkeit aus der Verdampferablaufleitung bei einem Abzweigungspunkt 350 entnommen, da diese Arbeitsflüssigkeit die kälteste Arbeitsflüssigkeit im System ist. Der Abzweigpunkt 350 befindet sich nach der Pumpe 314 (in Flussrichtung), so dass für die Gasfalle keine eigene Pumpe nötig ist. Ferner wird es bevorzugt, den Rücklauf von der Gasfalle, also die Arbeitsflüssigkeitsableitung 340 mit einem Verzweigungspunkt 352 der Ablaufleitung zu koppeln, der vor der Pumpe 314 angeordnet ist.The working fluid supply line 338 is further coupled to the heat pump in such a way that, during operation, the heat pump is supplied with working fluid that is colder than the working vapor to be condensed in the condenser, and which is preferably even colder than the working fluid entering or leaving the condenser. For this purpose, working fluid is preferably taken from the evaporator drain line at a branch point 350, since this working fluid is the coldest working fluid in the system. The branch point 350 is located downstream of the pump 314 (in the direction of flow), so that no separate pump is required for the gas trap. Furthermore, it is preferred to couple the return from the gas trap, i.e., the working fluid drain 340, to a branch point 352 of the drain line, which is located upstream of the pump 314.

Je nach Implementierung stellt der Arbeitsflüssigkeitsstrom durch die Gasfalle, also die Arbeitsflüssigkeitsströmung ein Volumen dar, das kleiner als 1 % des Hauptstroms, der durch die Pumpe 314 bewältigt wird, ist und vorzugsweise sogar in der Größenordnung von 0,5 bis 2 ‰ des Hauptstroms ist, der von dem Verdampfer über den Verdampferauslass 312 in das zu kühlende Gebiet 308 bzw. einen Wärmetauscher, an dem das zu kühlende Gebiet anschließbar ist, fließt.Depending on the implementation, the working fluid flow through the gas trap, i.e. the working fluid flow, represents a volume that is less than 1% of the main flow handled by the pump 314, and preferably even in the order of 0.5 to 2 ‰ of the main flow flowing from the evaporator via the evaporator outlet 312 into the region 308 to be cooled or a heat exchanger to which the region to be cooled can be connected.

Obgleich es in Fig. 1B dargestellt ist, dass die Arbeitsflüssigkeitsströmung aus einer Flüssigkeit im Wärmepumpensystem stammt, ist das nicht bei allen Ausführungsbeispielen so. Alternativ oder zusätzlich kann die Strömung auch durch einen externen Kreislauf bereitgestellt werden, also eine externe Kühlflüssigkeit. Diese kann durch die Gasfalle durchströmen und abgeführt werden, was bei Wasser ohnehin kein Problem ist. Wenn aber ein Kreislauf eingesetzt wird, läuft die Flüssigkeit am Ausgang der Gasfalle in einen Kühlbereich, wo die Flüssigkeit gekühlt wird. Hier kann eine Kühlung beispielsweise durch ein Peltierelement eingesetzt werden, so dass die in die Gasfalle eintretende Flüssigkeit kälter ist als die aus der Gasfalle austretende Flüssigkeit.Although it is Fig. 1B While it is shown that the working fluid flow originates from a liquid in the heat pump system, this is not the case in all embodiments. Alternatively or additionally, the flow can also be provided by an external circuit, i.e. an external cooling liquid. This can flow through the gas trap and be discharged, which is not a problem with water anyway. If, however, a circuit is used, the liquid runs at the outlet of the gas trap into a cooling area where the liquid is cooled. Here, cooling can be used, for example, using a Peltier element, so that the liquid entering the gas trap is colder than the liquid leaving the gas trap.

Wie es in Fig. 1B dargestellt ist, gelangt eine Mischung aus Arbeitsdampf und Fremdgasen von dem Kondensierer 306 über die Fremdgaszuführung 325 in das Gehäuse 330 der Gasfalle. Dort findet eine Kondensation des Arbeitsdampfes in dem Gasgemisch in der kalten Arbeitsflüssigkeit statt, wie es bei 355 angedeutet ist. Gleichzeitig kann sich jedoch Fremdgas nicht durch Kondensation entfernen, sondern das Fremdgas sammelt sich in der Gasfalle an, wie es bei 357 dargestellt ist. Um Raum für das angesammelte Fremdgas zu schaffen, umfasst das Gehäuse einen Ansammlungsraum 358, der beispielsweise oben angeordnet ist.As it is in Fig. 1B As shown, a mixture of working steam and foreign gases passes from the condenser 306 via the foreign gas supply 325 into the housing 330 of the Gas trap. There, condensation of the working vapor in the gas mixture in the cold working fluid takes place, as indicated at 355. At the same time, however, foreign gas cannot be removed by condensation; instead, the foreign gas accumulates in the gas trap, as shown at 357. To create space for the accumulated foreign gas, the housing includes a collection chamber 358, which is arranged, for example, at the top.

Aufgrund der Druckunterschiede zwischen dem Druck im Kondensierer 306 und der Gasfalle, die aufgrund der niedrigen Temperatur der Arbeitsflüssigkeit einen Druck in der Größenordnung des Verdampfers hat, findet automatisch eine Strömung vom Kondensierer 306 durch die Fremdgaszuführung 325 in das Gehäuse 330 der Gasfalle statt. Der Wasserdampf in dem Gemisch aus Fremdgas und Wasserdampf, der bei der Fremdgaszuführung 332, 334, 336 in das Gehäuse eintritt, hat die Tendenz, zu der kältesten Stelle hin zu strömen. Die kälteste Stelle ist dort, wo die Arbeitsflüssigkeit in das Gehäuse eintritt, also beim Arbeitsflüssigkeitseingang bzw. der Arbeitsflüssigkeitszuleitung 338. Es findet also in dem Gehäuse 330 eine Wasserdampfströmung von unten nach oben statt. Diese Wasserdampfströmung reißt die Fremdgasatome mit, die sich dann, wie es bei 357 angedeutet ist, oben in der Gasfalle ansammeln, weil sie nicht mit der Arbeitsflüssigkeit kondensieren können. Die Gasfalle führt also dazu, dass eine gewissermaßen automatische Strömung vom Kondensierer in das Gehäuse stattfindet, ohne dass hierzu eine Pumpe benötigt wird, und dass dann in der Gasfalle das Fremdgas von unten nach oben strömt und sich im oberen Bereich des Gehäuses 330 ansammelt und von dort durch die Pumpe 342 abgepumpt werden kann.Due to the pressure differences between the pressure in the condenser 306 and the gas trap, which, due to the low temperature of the working fluid, has a pressure on the order of magnitude of the evaporator, a flow automatically occurs from the condenser 306 through the external gas inlet 325 into the gas trap housing 330. The water vapor in the mixture of external gas and water vapor that enters the housing at the external gas inlets 332, 334, 336 tends to flow toward the coldest point. The coldest point is where the working fluid enters the housing, i.e., at the working fluid inlet or working fluid supply line 338. Thus, a water vapor flow from bottom to top occurs in the housing 330. This water vapor flow entrains the foreign gas atoms, which then, as indicated at 357, accumulate at the top of the gas trap because they cannot condense with the working fluid. The gas trap thus results in a somewhat automatic flow from the condenser into the housing, without the need for a pump. The foreign gas then flows from bottom to top in the gas trap, accumulating in the upper region of the housing 330, from where it can be pumped out by the pump 342.

Wie es in Fig. 1B gezeigt ist, wird es bevorzugt, die Arbeitsflüssigkeitszuleitung 338 mit einem Pumpenausgang der Pumpe 314, also beim Verzweigungspunkt 350 zu koppeln. Je nach Implementierung kann jedoch eine beliebige andere, relativ kühle Flüssigkeit genommen werden, nämlich beispielsweise am Rücklauf des Verdampfers, also in der Leitung 310, in der das Temperaturniveau immer noch niedriger ist als im Kondensiererrücklauf 320 beispielsweise. Die kälteste Flüssigkeit im System bringt jedoch die größte Effizienz für die Gasfalle. Die Anordnung des Arbeitsflüssigkeitszulaufs 338, der mit dem Verzweigungspunkt 350 nach der Pumpe 314 gekoppelt ist, führt dazu, dass für die Arbeitsflüssigkeitszuleitung in die Gasfalle keine eigene Pumpe benötigt wird. Wird jedoch eine Pumpe vorgesehen, die allein oder als Zusatzfunktionalität die Gasfalle "bedient", so kann die Arbeitsflüssigkeitszuleitung 338 auch mit einer anderen Stelle im System gekoppelt werden, um einen bestimmten Strom an Arbeitsflüssigkeit in die Gasfalle zu leiten. So könnte die Arbeitsflüssigkeit auch sogar nach einem Wärmetauscher, wie er z.B. Bezug nehmend auf Fig. 4 dargestellt ist, abgezweigt werden, also gewissermaßen auf der "Kundenseite". Diese Vorgehensweise wird jedoch im Hinblick darauf, dass das System so wenig Kundenbeeinflussung als möglich haben sollte, nicht bevorzugt, ist aber grundsätzlich möglich.As it is in Fig. 1B As shown, it is preferred to couple the working fluid supply line 338 to a pump outlet of pump 314, i.e., at branching point 350. Depending on the implementation, however, any other relatively cool fluid can be used, for example, at the evaporator return, i.e., in line 310, where the temperature level is still lower than in the condenser return 320, for example. However, the coldest fluid in the system provides the greatest efficiency for the gas trap. The arrangement of the working fluid inlet 338, which is coupled to branching point 350 after pump 314, means that no separate pump is required for the working fluid supply to the gas trap. However, if a pump is provided that "serves" the gas trap alone or as an additional function, the working fluid supply line 338 can also be coupled to another point in the system to direct a specific flow of working fluid into the gas trap. The working fluid could even be after a heat exchanger, as it is referred to, for example, in Fig. 4 shown, i.e., on the "customer side." However, this approach is not preferred, given that the system should have as little customer influence as possible, but it is fundamentally possible.

Wie es in Fig. 1B gezeigt ist, ist die Pumpe 342 ausgebildet, um Gas aus dem Gehäuse 330 abzupumpen. Zu diesem Zweck ist die Pumpe 342 über eine Absaugleitung 371 mit dem Sammelraum 358 gekoppelt. Ausgangsseitig hat die Pumpe eine Ausstoßleitung 372, die ausgebildet ist, um das abgesaugte Gemisch aus angereichertem Fremdgas und restlichem Wasserdampf auszugeben. Je nach Implementierung kann die Leitung 372 einfach zur Umgebung offen sein oder in einen Behälter führen, wo der restlich verbleibende Wasserdampf kondensieren kann, um schließlich entsorgt oder in das System wieder eingeführt zu werden.As it is in Fig. 1B As shown, the pump 342 is configured to pump gas out of the housing 330. For this purpose, the pump 342 is coupled to the collection chamber 358 via a suction line 371. On the output side, the pump has a discharge line 372 configured to discharge the extracted mixture of enriched foreign gas and residual water vapor. Depending on the implementation, the line 372 can simply be open to the environment or lead into a container where the remaining water vapor can condense to ultimately be disposed of or reintroduced into the system.

Die Pumpe 342 wird über eine Steuerung 373 angesteuert. Die Steuerung für die Pumpe kann aufgrund einer Druckdifferenz oder eines absoluten Drucks, aufgrund einer Temperaturdifferenz oder einer absoluten Temperatur oder aufgrund einer absoluten Zeitsteuerung oder einer Zeitintervallsteuerung stattfinden. Eine mögliche Steuerung ist beispielsweise über einen in der Gasfalle herrschenden Druck PFalle 374. Eine alternative Steuerung findet über die Einlauftemperatur Tein 375 an der Arbeitsflüssigkeitszuleitung 338 oder über eine Auslauftemperatur Taus 376 statt. Insbesondere ist die Auslauftemperatur Taus 376 an der Arbeitsflüssigkeitsableitung 340 ein Maß dafür, wieviel Wasserdampf von der Fremdgaszuführung 325 in die Arbeitsflüssigkeit kondensiert ist. Gleichzeitig ist der Druck in der Gasfalle PFalle 374 ein Maß dafür, wieviel Fremdgas sich bereits angereichert hat. Mit zunehmendem angereichten Fremdgas steigt der Druck in dem Gehäuse 330 an, und bei Überschreiten eines bestimmten Drucks kann beispielsweise die Steuerung 373 aktiviert werden, um die Pumpe 342 einzuschalten, und zwar so lange, bis der Druck wieder in dem gewünschten niedrigen Bereich ist. Dann kann die Pumpe wieder ausgeschaltet werden.The pump 342 is controlled by a controller 373. The pump can be controlled based on a pressure difference or an absolute pressure, based on a temperature difference or an absolute temperature, or based on absolute time control or time interval control. One possible control is, for example, via a pressure P trap 374 prevailing in the gas trap. Alternative control is via the inlet temperature T in 375 at the working fluid supply line 338 or via an outlet temperature T out 376. In particular, the outlet temperature T out 376 at the working fluid outlet 340 is a measure of how much water vapor from the external gas supply 325 has condensed into the working fluid. At the same time, the pressure in the gas trap P trap 374 is a measure of how much external gas has already accumulated. As the enriched foreign gas increases, the pressure in the housing 330 rises. When a certain pressure is exceeded, for example, the controller 373 can be activated to turn on the pump 342 until the pressure returns to the desired low range. The pump can then be turned off again.

Eine alternative Steuerungsgröße für die Pumpe ist beispielsweise die Differenz zwischen Tein 375 und Taus 376. Stellt sich beispielsweise heraus, dass die Differenz zwischen diesen beiden Werten kleiner als eine Minimaldifferenz ist, so heißt dies, dass aufgrund des angestiegenen Drucks in der Gasfalle kaum mehr Wasserdampf kondensiert. Daher ist es angezeigt, die Pumpe 342 einzuschalten, und zwar so lange, bis wieder eine Differenz oberhalb eines bestimmten Schwellenwerts vorhanden ist. Dann wird die Pumpe wieder ausgeschaltet.An alternative control variable for the pump is, for example, the difference between T in 375 and T out 376. If, for example, the difference between these two values turns out to be smaller than a minimum difference, this means that hardly any more water vapor is condensing due to the increased pressure in the gas trap. Therefore, it is advisable to switch on pump 342 until a difference above a certain threshold. Then the pump is switched off again.

Mögliche Messgrößen sind also Druck, Temperatur, z.B. an der Kondensationsstelle, ein Temperaturunterschied zwischen der Wasserzuführung und der Kondensationsstelle, eine treibende Druckerhöhung für den gesamten Kondensationsprozess etc. Wie es dargestellt ist, ist jedoch die einfachste Möglichkeit eine Steuerung über eine Temperaturdifferenz oder ein Zeitintervall, wofür keinerlei Sensoren nötig sind. Dies ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ohne weiteres möglich, weil die Gasfalle eine sehr effiziente Fremdgasanreicherung schafft und daher Probleme bezüglich einer zu hohen Extraktion von Arbeitsdampf aus dem System nicht vorhanden sind, wenn die Pumpe nicht ununterbrochen betrieben wird.Possible measured variables include pressure, temperature, e.g., at the condensation point, a temperature difference between the water supply and the condensation point, a driving pressure increase for the entire condensation process, etc. As shown, however, the simplest option is control via a temperature difference or a time interval, for which no sensors are required. This is easily possible in the present embodiment because the gas trap creates a very efficient foreign gas enrichment, and therefore problems related to excessive extraction of working steam from the system are eliminated when the pump is not operated continuously.

Fig. 2A, Fig. 2B und Fig. 3 zeigen verschiedene Implementierungen der Gasfalle. Fig. 2A zeigt eine halb-offene Variante der Gasfalle. Hierbei ist in der Gasfalle ein vorzugsweise aus Metall ausgebildetes Rohr 390 angeordnet, das mit dem Arbeitsflüssigkeitszulauf 338 gekoppelt ist. Die Arbeitsflüssigkeit läuft dann in dem Rohr nach unten zum Arbeitsflüssigkeitsablauf 340. Der Arbeitsmitteldampf, der durch die Zuführung 332 in die Gasfalle gebracht wird, kondensiert nunmehr nicht mehr direkt in der Arbeitsflüssigkeit, sondern an der (kalten) Oberfläche des Rohrs 390. Das Ende des Rohrs ist in einem Pegel 391 an Arbeitsflüssigkeit angeordnet, in das auch das an der Rohroberfläche kondensierte Wasser entlang des Rohrs nach unten strömt. Fig. 2A , Fig. 2B and Fig. 3 show different implementations of the gas trap. Fig. 2A shows a semi-open variant of the gas trap. A pipe 390, preferably made of metal, is arranged in the gas trap and coupled to the working fluid inlet 338. The working fluid then flows down the pipe to the working fluid outlet 340. The working fluid vapor, which is introduced into the gas trap through the inlet 332, no longer condenses directly in the working fluid, but rather on the (cold) surface of the pipe 390. The end of the pipe is arranged in a working fluid level 391, into which the water condensed on the pipe surface also flows down along the pipe.

Fig. 2A zeigt also eine halb-offene Gasfalle mit einer Kondensation an einer kalten Oberfläche, nämlich der Oberfläche des Gegenstands 390. Fig. 2A shows a half-open gas trap with condensation on a cold surface, namely the surface of object 390.

Fig. 2B zeigt eine weitere Variante mit eher laminarer Strömung. Hier ist die Gasfalle schräg angeordnet bzw. das Gehäuse 330 ist schräg ausgebildet, so dass das Wasser von der Zuleitung 338 zur Ableitung 340 relativ ruhig, also wenig turbulent und eher laminar nach unten strömt. Der Dampf, der durch die Zuführung 332 zugeführt wird, kondensiert mit der laminaren Strömung, während sich Fremdgasanteile 357 im Fremdgasanreicherungsraum 358 sammeln. Wieder ist ein offenes System dargestellt, bei dem eine Kondensation direkt in der kalten Flüssigkeit stattfindet, die jedoch nunmehr eher eine laminare Strömung hat. Fig. 2B shows another variant with more laminar flow. Here, the gas trap is arranged at an angle, or rather, the housing 330 is designed at an angle, so that the water flows downwards from the inlet line 338 to the outlet line 340 relatively calmly, i.e., with little turbulent flow and more laminar. The vapor supplied through the inlet line 332 condenses with the laminar flow, while foreign gas components 357 collect in the foreign gas enrichment chamber 358. Again, an open system is shown, in which condensation takes place directly in the cold liquid, but now with more laminar flow.

Fig. 3 zeigt eine weitere Variante mit offener Ausführung. Insbesondere findet eine sehr turbulente Strömung statt, nämlich direkt im Wesentlichen senkrecht von oben vom Zulauf 338 nach unten zum Ablauf 340. Ferner ist in Fig. 3 gezeigt, dass der Ablauf 340 in Form eines Siphons beispielsweise ausgebildet ist, damit unten im Gehäuse sichergestellt wird, dass ein Flüssigkeitspegel 391 gehalten wird. Damit wird erreicht, dass der Arbeitsmitteldampf, der durch die Zuführung 332 zugeführt wird, nicht direkt in den Verdampferablauf bzw. in die kalte Strömung, von der der Arbeitsmittelzulauf 338 abgezweigt wird, laufen kann, da dann das Fremdgas nicht abgeschieden werden würde, sondern direkt wieder auf der Verdampferseite in das System eingeführt werden würde. Fig. 3 shows another variant with an open design. In particular, a very turbulent flow takes place, namely directly and essentially vertically from the top from the inlet 338 downwards to the outlet 340. Furthermore, in Fig. 3 It is shown that the outlet 340 is designed in the form of a siphon, for example, to ensure that a liquid level 391 is maintained at the bottom of the housing. This ensures that the working medium vapor supplied through the inlet 332 cannot run directly into the evaporator outlet or into the cold flow from which the working medium inlet 338 is branched off, since then the foreign gas would not be separated but would be directly reintroduced into the system on the evaporator side.

Zur Verbesserung der Kondensation ist es insbesondere bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel nützlich, das Gehäuse 330 mit Turbulenzgeneratoren zu füllen, dass die Strömung der Arbeitsflüssigkeit vom Zulauf 338 zum Ablauf 340 möglichst turbulent stattfindet.To improve condensation, it is particularly important in the Fig. 3 In the embodiment shown, it is useful to fill the housing 330 with turbulence generators so that the flow of the working fluid from the inlet 338 to the outlet 340 is as turbulent as possible.

Während also Fig. 2B, Fig. 3 und auch Fig. 1B offene Varianten darstellen, bei denen eine Kondensation direkt in der kalten Flüssigkeit stattfindet, zeigt Fig. 2A eine Variante, bei der die Kondensation an einer kalten Oberfläche eines Vermittlungselements 390, wie beispielsweise des in Fig. 2A beschriebenen Rohrs, stattfindet, welches deswegen eine kalte Oberfläche hat, weil im Inneren des Vermittlungselements die kalte Arbeitsflüssigkeit vom Zulauf 338 zum Ablauf 340 fließt. Je nach Implementierung kann jedoch die Kühlung auch durch andere Varianten erreicht werden, also durch irgendeine andere Maßnahme unter Verwendung interner Flüssigkeiten/Dämpfe oder externer Kühlungsmaßnahmen, um eine effiziente Gasfalle in der Wärmepumpe zu haben, die über die Fremdgaszuführungsleitung 325 mit dem Kondensierer 306 gekoppelt ist.While Fig. 2B , Fig. 3 and also Fig. 1B open variants, where condensation takes place directly in the cold liquid, shows Fig. 2A a variant in which the condensation on a cold surface of a switching element 390, such as the one shown in Fig. 2A described tube, which has a cold surface because the cold working fluid flows from the inlet 338 to the outlet 340 inside the switching element. Depending on the implementation, however, the cooling can also be achieved by other variants, i.e. by any other measure using internal liquids/vapors or external cooling measures in order to have an efficient gas trap in the heat pump, which is coupled to the condenser 306 via the external gas supply line 325.

Vorzugsweise ist das Gehäuse 330 länglich ausgebildet, und zwar als Rohr, das oben im Fremdgasanreicherungsraum 328 einen Durchmesser von 50 mm oder größer hat und unten, also im Kondensationsbereich, einen Durchmesser von 25 mm oder größer hat. Ferner wird es bevorzugt, dass der Kondensationsbereich bzw. Strömungsbereich, also die Differenz zwischen dem Zulauf 338 und dem Ablauf 340 bezüglich der senkrechten Höhe wenigstens 20 cm lang ist. Darüber hinaus wird es bevorzugt, dass eine Strömung stattfindet, dass also die Gasfalle wenigstens einen senkrechten Anteil hat, obgleich sie schräg angeordnet sein kann. Eine komplett waagrechte Gasfalle wird dagegen nicht bevorzugt, ist aber möglich, solange im Betriebe eine Arbeitsflüssigkeitsströmung von der Arbeitsflüssigkeitszuleitung zu der Arbeitsflüssigkeitsableitung in dem Gehäuse stattfindet.Preferably, the housing 330 is elongated, specifically as a tube that has a diameter of 50 mm or larger at the top in the foreign gas enrichment chamber 328 and a diameter of 25 mm or larger at the bottom, i.e., in the condensation region. Furthermore, it is preferred that the condensation region or flow region, i.e., the difference between the inlet 338 and the outlet 340 in terms of vertical height, be at least 20 cm long. Furthermore, it is preferred that there is a flow, i.e., that the gas trap has at least a vertical portion, although it can be arranged at an angle. A completely horizontal gas trap, on the other hand, is not preferred, but is possible as long as there is a working fluid flow from the working fluid inlet to the working fluid outlet in the housing during operation.

Fig. 4 zeigt eine Implementierung einer Wärmepumpe mit zwei Stufen. Die erste Stufe wird durch den Verdampfer 300, den Verdichter 302 und den Kondensierer 306 gebildet. Die zweite Stufe wird durch einen Verdampfer 500, einen Verdichter 502 und einen Kondensierer 506 gebildet. Der Verdampfer 500 ist über eine Dampfansaugleitung 504 mit dem Verdichter 502 verbunden, und der Verdichter 502 ist über eine Leitung für komprimierten Dampf, die mit 505 bezeichnet ist, mit dem Kondensierer 506 verbunden. Das System aus den zwei (oder mehr Stufen) umfasst einen Ablauf 522 und einen Zulauf 520. Der Ablauf 522 und der Zulauf 520 sind mit einem Wärmetauscher 598 verbunden, der mit einem zu wärmenden Gebiet koppelbar ist. Typischerweise findet dies kundenseitig statt und ist das zu wärmende Gebiete eine Wärmesenke, wie beispielsweise eine Ablufteinrichtung im Beispiel einer Kühlungsanwendung oder eine Heizungseinrichtung im Beispiel einer Heizungseinrichtung. Fig. 4 shows an implementation of a heat pump with two stages. The first stage is formed by the evaporator 300, the compressor 302, and the condenser 306. The second stage is formed by an evaporator 500, a compressor 502, and a condenser 506. The evaporator 500 is connected to the compressor 502 via a vapor intake line 504, and the compressor 502 is connected to the condenser 506 via a compressed vapor line, designated 505. The system comprising the two (or more) stages includes an outlet 522 and an inlet 520. The outlet 522 and the inlet 520 are connected to a heat exchanger 598, which can be coupled to a region to be heated. Typically this takes place on the customer side and the area to be heated is a heat sink, such as an exhaust air device in the example of a cooling application or a heating device in the example of a heating device.

Darüber hinaus sind der Zulauf 310 in das System 300 und der Ablauf 312 aus dem System 300 ebenfalls mit einem Wärmetauscher 398 gekoppelt, der wiederum typischerweise kundenseitig mit einem zu kühlenden Gebiet 308 koppelbar ist. Beim Beispiel einer Kühlanwendung für die Wärmepumpe ist das zu kühlende Gebiet ein zu kühlender Raum, wie beispielsweise ein Rechnerraum, ein Prozessraum, etc. Beim Beispiel einer Heizungsanwendung für die Wärmepumpe wäre das zu kühlende Gebiet z.B. ein Umweltbereich, z. B. Luft im Falle einer Luftwärmepumpe, Boden im Falle einer Wärmepumpe mit Erdkollektoren oder ein Grundwasser/Meerwasser/Sole-Bereich, aus dem Wärme zu Heizzwecken entnommen werden soll.In addition, the inlet 310 into the system 300 and the outlet 312 from the system 300 are also coupled to a heat exchanger 398, which in turn can typically be coupled by the customer to an area 308 to be cooled. In the example of a cooling application for the heat pump, the area to be cooled is a room to be cooled, such as a computer room, a process room, etc. In the example of a heating application for the heat pump, the area to be cooled would be, for example, an environmental area, e.g., air in the case of an air source heat pump, ground in the case of a heat pump with ground collectors, or a groundwater/seawater/brine area from which heat is to be extracted for heating purposes.

Die Kopplung zwischen den beiden Wärmepumpenstufen kann je nach Implementierung stattfinden. Falls die Kopplung so stattfindet, dass eine Stufe gewissermaßen eine "kalte" Stufe oder " kalte Dose" ist, ist die zweite Stufe die gewissermaßen "warme" Stufe oder "warme Dose" darstellt. Diese Bezeichnung rührt daher, dass die Temperaturen in den jeweiligen Elementen in der erste Stufe kälter als in der zweiten Stufe sind, wenn beide Stufen in Betrieb sind.The coupling between the two heat pump stages can vary depending on the implementation. If the coupling is such that one stage is a "cold" stage or "cold can," the second stage is the "warm" stage or "warm can." This designation stems from the fact that the temperatures in the respective elements in the first stage are colder than in the second stage when both stages are in operation.

Besonders vorteilhaft an der vorliegenden Erfindung ist die Tatsache, dass die Kondensierer der zweiten und von eventuell noch vorhandenen weiteren Stufen alle mit ein und derselben Gasfalle bzw. mit ein und demselben Gasfallengehäuse 330 verbunden werden können. So ist in Fig. 4 gezeigt, dass die Fremdgaszuführungsleitung 325 des ersten Kondensierers 306 mit dem Gehäuse 330 gekoppelt ist. Darüber hinaus ist auch eine weitere Fremdgaszuführungsleitung 525 von dem zweiten Kondensierer 506 mit dem Eingang 334 gekoppelt. Es wird bevorzugt, die kalte Dose bzw. den Kondensierer der kalten Dose, also z. B. der ersten Stufe, also den Kondensierer 306 weiter oben in dem Gehäuse 330 der Gasfalle anzukoppeln als den Kondensierer der zweiten Stufe, also der warmen Dose. Damit wird sichergestellt, dass dort, wo die größten Fremdgasprobleme auftreten können, eine möglichst lange Strecke in der Gasfalle zur Kondensation und Fremdgasanreicherung verbleibt. Der Arbeitsdampf, der mit Fremdgas gemischt ist, kann von dem Eingang 334 länger an der Arbeitsflüssigkeitsströmung vom Eingang 338 zum Ausgang 340 vorbeifließen als die Strömung aus Arbeitsdampf und Fremdgas von der Fremdgaszuführungsleitung 325. Je nach Implementierung können jedoch auch sämtliche Fremdgaszuführungsleitungen ganz unten angekoppelt werden, also über den einen einzigen Eingang 334, wenn hierbei das Gehäuse 330 der Gasfalle ausreichend Platz lässt. Darüber hinaus ist in Fig. 4 gezeigt, dass die Arbeitsflüssigkeit für die Gasfalle an der kältesten Stelle des gesamten Systems aus zwei Wärmepumpenstufen abgezapft wird, nämlich am Ablauf 312 des Verdampfers 300 der ersten Stufe, der mit dem Wärmetauscher 398 gekoppelt ist. Obgleich in Fig. 4 nicht dargestellt, wäre typischerweise zwischen der Abzweigung 352 und der Abzweigung 350 die Pumpe 314 von Fig. 1B angeordnet. Alternative Ausführungen können jedoch ebenfalls gewählt werden.A particularly advantageous feature of the present invention is the fact that the condensers of the second and any further stages can all be connected to one and the same gas trap or to one and the same gas trap housing 330. Fig. 4 shown that the external gas supply line 325 of the first condenser 306 is coupled to the housing 330. In addition, a further The external gas supply line 525 from the second condenser 506 is coupled to the inlet 334. It is preferable to connect the cold can or the condenser of the cold can, e.g., the first stage, i.e., the condenser 306, further up in the gas trap housing 330 than the condenser of the second stage, i.e., the warm can. This ensures that the longest possible distance remains in the gas trap for condensation and external gas enrichment where the greatest external gas problems can occur. The working steam mixed with foreign gas can flow from the inlet 334 past the working fluid flow from the inlet 338 to the outlet 340 for a longer time than the flow of working steam and foreign gas from the foreign gas supply line 325. Depending on the implementation, however, all foreign gas supply lines can also be connected at the very bottom, i.e. via the single inlet 334, if the housing 330 of the gas trap allows sufficient space. In addition, Fig. 4 shown that the working fluid for the gas trap is tapped at the coldest point of the entire system consisting of two heat pump stages, namely at the outlet 312 of the evaporator 300 of the first stage, which is coupled to the heat exchanger 398. Although in Fig. 4 not shown, typically between branch 352 and branch 350 the pump 314 of Fig. 1B However, alternative designs can also be selected.

Ferner sei darauf hingewiesen, dass die Abzweigung an Arbeitsflüssigkeit in die Gasfalle kleiner oder gleich 1 % vom Hauptstrom, also von dem gesamten Strom vom Verdampfer 1 300 zu dem Wärmetauscher 398 stattfindet und vorzugsweise sogar kleiner oder gleich 1 ‰ ist.Furthermore, it should be noted that the branching of working fluid into the gas trap is less than or equal to 1% of the main flow, i.e. of the total flow from the evaporator 1 300 to the heat exchanger 398, and is preferably even less than or equal to 1 ‰.

Dasselbe gilt für die Abzweigung von Dampf aus dem Kondensierer über die Zuführungsleitung 325 oder 525. Hier ist typischerweise der Querschnitt der Leitung von dem Kondensierer in das Gehäuse 330 so ausgebildet, dass höchstens 1 % vom Hauptgasstrom in den Kondensierer hinein oder vorzugsweise sogar kleiner oder gleich 1 ‰ vom Gasstrom in den Kondensierer hinein abgezweigt wird. Da jedoch die komplette Regelung automatisch aufgrund des Druckunterschieds von dem jeweiligen Kondensierer in die Gasfalle stattfindet, ist die genaue Dimensionierung hier für die Funktionalität nicht wesentlich.The same applies to the branching of steam from the condenser via supply line 325 or 525. Here, the cross-section of the line from the condenser into the housing 330 is typically designed such that a maximum of 1% of the main gas flow is branched into the condenser, or preferably even less than or equal to 1% of the gas flow is branched into the condenser. However, since the entire control takes place automatically based on the pressure difference from the respective condenser into the gas trap, the precise dimensioning is not essential for functionality.

Fig. 6 zeigt einen Verflüssiger, wobei der Verflüssiger in Fig. 6 eine Dampfeinleitungszone 102 aufweist, die sich vollständig um die Kondensationszone 100 herum erstreckt. Insbesondere ist in Fig. 6 ein Teil eines Verflüssigers dargestellt, der einen Verflüssigerboden 200 aufweist. Auf dem Verflüssigerboden ist ein Verflüssigergehäuseabschnitt 202 angeordnet, der aufgrund der Darstellung in Fig. 6 durchsichtig gezeichnet ist, der jedoch in Natur nicht unbedingt durchsichtig sein muss, sondern z.B. aus Kunststoff, Aluminiumdruckguss oder etwas Ähnlichem gebildet sein kann. Das seitliche Gehäuseteil 202 liegt auf einem Dichtungsgummi 201 auf, um eine gute Abdichtung mit dem Boden 200 zu erreichen. Ferner umfasst der Verflüssiger einen Flüssigkeitsablauf 203 sowie einen Flüssigkeitszulauf 204 sowie eine in dem Verflüssiger zentral angeordnete Dampfzuführung 205, die sich von unten nach oben in Fig. 6 verjüngt. Es sei darauf hingewiesen, dass Fig. 6 die eigentlich gewünschte Aufstellrichtung einer Wärmepumpe und eines Verflüssigers dieser Wärmepumpe darstellt, wobei in dieser Aufstellrichtung in Fig. 6 der Verdampfer einer Wärmepumpe unterhalb des Verflüssigers angeordnet ist. Die Kondensationszone 100 wird nach außen durch einen korbartigen Begrenzungsgegenstand 207 begrenzt, der ebenso wie das äußere Gehäuseteil 202 durchsichtig gezeichnet ist und normalerweise korbartig ausgebildet ist. Fig. 6 shows a condenser, where the condenser is Fig. 6 a steam introduction zone 102 which extends completely around the condensation zone 100. In particular, Fig. 6 a part of a condenser is shown, which has a condenser base 200. A condenser housing section 202 is arranged on the condenser base, which, due to the representation in Fig. 6 is drawn transparent, which, however, does not necessarily have to be transparent in nature, but can be made of plastic, die-cast aluminum or something similar. The lateral housing part 202 rests on a sealing rubber 201 in order to achieve a good seal with the base 200. Furthermore, the condenser comprises a liquid outlet 203 and a liquid inlet 204 as well as a vapor inlet 205 arranged centrally in the condenser, which extends from bottom to top in Fig. 6 rejuvenated. It should be noted that Fig. 6 represents the actual desired installation direction of a heat pump and a condenser of this heat pump, whereby in this installation direction in Fig. 6 The evaporator of a heat pump is arranged below the condenser. The condensation zone 100 is delimited to the outside by a basket-like boundary element 207, which, like the outer housing part 202, is drawn transparent and is normally basket-shaped.

Ferner ist ein Gitter 209 angeordnet, das ausgebildet ist um Füllkörper, die in Fig. 6 nicht gezeigt sind, zu tragen. Wie es aus Fig. 6 ersichtlich aus, erstreckt sich der Korb 207 lediglich bis zu einem gewissen Punkt nach unten. Der Korb 207 ist dampfdurchlässig vorgesehen, um Füllkörper zu halten, wie beispielsweise sogenannte Pallringe. Diese Füllkörper werden in die Kondensationszone eingebracht, und zwar lediglich innerhalb des Korbs 207, jedoch nicht in der Dampfeinleitungszone 102. Die Füllkörper werden jedoch so hoch auch außerhalb des Korbs 207 eingefüllt, dass sich die Höhe der Füllkörper entweder bis zu der unteren Begrenzung des Korbs 207 oder etwas darüber erstreckt.Furthermore, a grid 209 is arranged, which is designed to hold filling bodies which are in Fig. 6 are not shown. As it is Fig. 6 As can be seen, the basket 207 extends downward only to a certain point. The basket 207 is designed to be vapor-permeable to hold packing elements, such as so-called Pall rings. These packing elements are introduced into the condensation zone, specifically only within the basket 207, but not into the vapor introduction zone 102. However, the packing elements are also filled outside the basket 207 to such a high level that the height of the packing elements extends either to the lower limit of the basket 207 or slightly above it.

Der Verflüssiger von Fig. 6 umfasst einen Arbeitsflüssigkeitszuführer, der insbesondere durch die Arbeitsflüssigkeitszuführung 204, die, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, gewunden um die Dampfzuführung in Form einer aufsteigenden Windung angeordnet ist, durch einen Flüssigkeitstransportbereich 210 und durch ein Flüssigkeitsverteilerelement 212 gebildet wird, das vorzugsweise als Lochblech ausgebildet ist. Insbesondere ist der Arbeitsflüssigkeitszuführer also ausgebildet, um die Arbeitsflüssigkeit in die Kondensationszone zuzuführen.The condenser of Fig. 6 comprises a working fluid feeder, which is particularly characterized by the working fluid feed 204, which, as shown in Fig. 6 As shown, it is arranged wound around the steam supply in the form of an ascending coil, formed by a liquid transport region 210 and a liquid distribution element 212, which is preferably designed as a perforated plate. In particular, the working fluid supply is thus designed to supply the working fluid into the condensation zone.

Darüber hinaus ist auch ein Dampfzuführer vorgesehen, der sich, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, vorzugsweise aus dem trichterförmig sich verjüngenden Zuführungsbereich 205 und dem oberen Dampfführungsbereich 213 zusammensetzt. In dem Dampfleitungsbereich 213 wird vorzugsweise ein Rad eines Radialkompressors eingesetzt und die Radialkompression führt dazu, dass durch die Zuführung 205 Dampf von unten nach oben gesaugt wird und dann aufgrund der Radialkompression durch das Radialrad bereits gewissermaßen 90 Grad nach außen umgelenkt wird, also von einer Strömung von unten nach oben zu einer Strömung von der Mitte nach außen in Fig. 6 bezüglich des Elements 213.In addition, a steam feeder is also provided, which, as it is in Fig. 6 shown, preferably consists of the funnel-shaped tapered feed area 205 and the upper steam guide area 213. In the steam line area 213, a wheel of a radial compressor is preferably used and the radial compression leads to steam being sucked from bottom to top through the feed 205 and then, due to the radial compression by the radial wheel, is deflected 90 degrees outwards, so to speak, from a flow from bottom to top to a flow from the middle to the outside in Fig. 6 regarding element 213.

In Fig. 6 nicht gezeigt ist ein weiterer Umlenker, der den bereits nach außen umgelenkten Dampf noch einmal um 90 Grad umlenkt, um ihn dann von oben in den Spalt 215 zu leiten, der gewissermaßen den Beginn der Dampfeinleitungszone darstellt, die sich seitlich um die Kondensationszone herum erstreckt. Der Dampfzuführer ist daher vorzugsweise ringförmig ausgebildet und mit einem ringförmigen Spalt zum Zuführen des zu kondensierenden Dampfes versehen, wobei die Arbeitsflüssigkeitszuführung innerhalb des ringförmigen Spalts ausgebildet ist.In Fig. 6 Not shown is a further deflector, which deflects the steam already deflected outward by another 90 degrees, in order to then direct it from above into gap 215, which represents the beginning of the steam introduction zone, which extends laterally around the condensation zone. The steam feeder is therefore preferably annular and provided with an annular gap for feeding the steam to be condensed, with the working fluid feed being formed within the annular gap.

Zur Veranschaulichung wird auf Fig. 7 verwiesen. Fig. 7 zeigt eine Ansicht des "Deckelbereichs" des Verflüssigers von Fig. 6 von unten. Insbesondere ist das Lochblech 212 von unten schematisch dargestellt, das als Flüssigkeitsverteilerelement wirkt. Der Dampfeinlassspalt 215 ist schematisch gezeichnet, und es ergibt sich aus Fig. 7, dass der Dampfeinlassspalt lediglich ringförmig ausgebildet ist, derart, dass in die Kondensationszone direkt von oben bzw. direkt von unten kein zu kondensierender Dampf eingespeist wird, sondern nur seitlich herum. Durch die Löcher des Verteilerblechs 212 fließt somit lediglich Flüssigkeit, jedoch kein Dampf. Der Dampf wird erst seitlich in die Kondensationszone "eingesaugt", und zwar aufgrund der Flüssigkeit, die durch das Lochblech 212 hindurchgetreten ist. Die Flüssigkeitsverteilerplatte kann aus Metall, Kunststoff oder einem ähnlichen Material ausgebildet sein und ist mit unterschiedlichen Lochmustern ausführbar. Ferner wird es, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, bevorzugt eine seitliche Begrenzung für aus dem Element 210 fließende Flüssigkeit vorzusehen, wobei diese seitliche Begrenzung mit 217 bezeichnet ist. Damit wird sichergestellt, dass Flüssigkeit, die aus dem Element 210 aufgrund der geschwungenen Zuführung 204 bereits mit einem Drall austritt und sich von innen nach außen auf dem Flüssigkeitsverteiler verteilt, nicht über den Rand in die Dampfeinleitungszone spritzt, sofern die Flüssigkeit nicht bereits vorher durch die Löcher der Flüssigkeitsverteilerplatte getropft und mit Dampf kondensiert ist.For illustration purposes, Fig. 7 referred to. Fig. 7 shows a view of the "lid area" of the condenser of Fig. 6 from below. In particular, the perforated plate 212 is shown schematically from below, which acts as a liquid distribution element. The steam inlet gap 215 is shown schematically, and it results from Fig. 7 that the steam inlet gap is only annular, such that no steam to be condensed is fed into the condensation zone directly from above or below, but only laterally. Thus, only liquid flows through the holes of the distributor plate 212, but not steam. The steam is only "sucked" into the condensation zone laterally, due to the liquid that has passed through the perforated plate 212. The liquid distributor plate can be made of metal, plastic, or a similar material and can be designed with different hole patterns. Furthermore, as described in Fig. 6 As shown, it is preferable to provide a lateral boundary for liquid flowing from the element 210, this lateral boundary being designated 217. This ensures that liquid which already emerges from the element 210 with a swirl due to the curved feed 204 and is distributed from the inside to the outside on the liquid distributor does not splash over the edge into the steam introduction zone, unless the liquid has already dripped through the holes in the liquid distributor plate and condensed with steam.

Fig. 5 zeigt eine komplette Wärmepumpe in Schnittdarstellung, die sowohl den Verdampferboden 108 als auch den Kondensatorboden 106 umfasst. Wie es in Fig. 5 oder auch in Fig. 1 gezeigt ist, hat der Kondensatorboden 106 einen sich verjüngenden Querschnitt von einem Zulauf für die zu verdampfende Arbeitsflüssigkeit zu einer Absaugöffnung 115, die mit dem Kompressor bzw. Motor 110 gekoppelt ist, wo also das vorzugsweise verwendete Radialrad des Motors den im Verdampferraum 102 erzeugten Dampf absaugt. Fig. 5 shows a complete heat pump in sectional view, which includes both the evaporator base 108 and the condenser base 106. As shown in Fig. 5 or also in Fig. 1 As shown, the condenser base 106 has a tapered cross-section from an inlet for the working fluid to be evaporated to a suction opening 115, which is coupled to the compressor or motor 110, where the preferably used radial wheel of the motor extracts the steam generated in the evaporator chamber 102.

Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch die gesamte Wärmepumpe. Insbesondere ist innerhalb des Kondensatorbodens ein Tropfenabscheider 404 angeordnet. Dieser Tropfenabscheider umfasst einzelne Schaufeln 405. Diese Schaufeln sind, damit der Tropfenabscheider an Ort und Stelle bleibt, in entsprechenden Nuten 406 eingebracht, die in Fig. 5 gezeigt sind. Diese Nuten sind in dem Kondensatorboden in einem Bereich, der zu dem Verdampferboden hin gerichtet ist, in der Innenseite des Verdampferbodens angeordnet. Darüber hinaus hat der Kondensatorboden ferner diverse Führungsmerkmale, die als Stäbchen oder Zungen ausgebildet sein können, um Schläuche zu halten, die für eine Kondensatorwasserführung beispielsweise vorgesehen sind, die also auf entsprechende Abschnitte aufgesteckt werden und die Einspeisepunkte der Kondensatorwasserzuführung ankoppeln. Diese Kondensatorwasserzuführung 402 kann je nach Implementierung so ausgebildet sein, wie es in den Fig. 6 und 7 bei den Bezugszeichen 102, 207 bis 250 gezeigt ist. Ferner hat der Kondensator vorzugsweise eine Kondensatorflüssigkeitsverteilungsanordnung, die zwei oder auch mehr Einspeisepunkte aufweist. Ein erster Einspeisepunkt ist daher mit einem ersten Abschnitt eines Kondensatorzulaufs verbunden. Ein zweiter Einspeisepunkt ist mit einem zweiten Abschnitt des Kondensatorzulaufs verbunden. Sollten mehr Einspeisepunkte für die Kondensatorflüssigkeitsverteilungseinrichtung vorhanden sein, so wird der Kondensatorzulauf in weitere Abschnitte aufgeteilt sein. Fig. 5 shows a cross-section through the entire heat pump. In particular, a droplet separator 404 is arranged within the condenser base. This droplet separator comprises individual blades 405. These blades are inserted into corresponding grooves 406 in order to keep the droplet separator in place. Fig. 5 are shown. These grooves are arranged in the condenser base in an area directed towards the evaporator base, in the inside of the evaporator base. In addition, the condenser base further has various guide features, which can be designed as rods or tongues, to hold hoses that are provided for condenser water guidance, for example, which are thus plugged onto corresponding sections and couple the feed points of the condenser water supply. This condenser water supply 402 can, depending on the implementation, be designed as shown in the Fig. 6 and 7 shown at reference numerals 102, 207 to 250. Furthermore, the condenser preferably has a condenser fluid distribution arrangement having two or more feed points. A first feed point is therefore connected to a first section of a condenser inlet. A second feed point is connected to a second section of the condenser inlet. If more feed points are present for the condenser fluid distribution device, the condenser inlet will be divided into further sections.

Der obere Bereich der Wärmepumpe von Fig. 5 kann somit genauso wie der obere Bereich in Fig. 6 ausgebildet sein, dahin gehend, dass die Kondensatorwasserzuführung über das Lochblech von Fig. 6 und Fig. 7 stattfindet, so dass abwärts rieselndes Kondensatorwasser 408 erhalten wird, in das der Arbeitsdampf 112 vorzugsweise seitlich eingeführt wird, so dass die Querstrom-Kondensation, die eine besonders hohe Effizienz erlaubt, erhalten werden kann. Wie es auch in Fig. 6 dargestellt ist, kann die Kondensationszone mit einer lediglich optionalen Füllung versehen sein, bei der der Rand 207, der auch mit 409 bezeichnet ist, frei bleibt von Füllkörpern oder ähnlichen Dingen, dahin gehend, dass der Arbeitsdampf 112 nicht nur oben, sondern auch unten noch seitlich in die Kondensationszone eindringen kann. Die gedachte Begrenzungslinie 410 soll das in Fig. 5 veranschaulichen. Bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist jedoch der gesamte Bereich des Kondensators mit einem eigenen Kondensatorboden 200 ausgebildet, der oberhalb eines Verdampferbodens angeordnet ist.The upper part of the heat pump from Fig. 5 can therefore be used in the same way as the upper area in Fig. 6 be designed in such a way that the condenser water supply is via the perforated plate of Fig. 6 and Fig. 7 takes place, so that downward trickling condenser water 408 is obtained, into which the working steam 112 is preferably introduced laterally, so that the cross-flow condensation, which allows a particularly high efficiency, can be achieved. As is also the case in Fig. 6 As shown, the condensation zone can be provided with a purely optional filling, in which the edge 207, which is also designated 409, remains free of filling bodies or similar things, in such a way that the working steam 112 can penetrate not only from the top but also from the bottom and laterally into the condensation zone. The imaginary boundary line 410 is intended to represent the Fig. 5 illustrate. In the Fig. 5 However, in the embodiment shown, the entire area of the condenser is formed with its own condenser base 200, which is arranged above an evaporator base.

Nachfolgend wird Bezug nehmend auf Fig. 9 eine Wärmepumpe gemäß dem zweiten Aspekt beschrieben, welcher separat von dem ersten Aspekt, der bisher beschrieben worden ist, oder zusätzlich zum ersten Aspekt eingesetzt werden kann. Die Wärmepumpe gemäß dem zweiten Aspekt umfasst einen Kondensierer 306, der genauso ausgebildet sein kann, wie der vorstehend beschriebene Kondensierer zum Kondensieren von erwärmtem bzw. verdichtetem Arbeitsdampf, der über die Leitung 305 für erwärmten Arbeitsdampf dem Kondensierer 306 zugeführt wird. Der Kondensierer 306 umfasst nunmehr gemäß dem zweiten Aspekt jedoch einen Fremdgassammelraum 900, der in dem Kondensierer 306 angeordnet ist. Der Fremdgassammelraum umfasst eine Kondensationsoberfläche 901a, 901b, die im Betrieb kälter als eine Temperatur des zu kondensierenden Arbeitsdampfes ist. Ferner umfasst der Fremdgassammelraum 900 eine Trennwand 902, die zwischen der Kondensationsoberfläche 901a, 901b und einer Kondensationszone 904 in dem Kondensierer 306 angeordnet ist. Darüber hinaus ist eine Fremdgasabführungseinrichtung 906 vorgesehen, die mit dem Fremdgassammelraum 900 beispielsweise über die Fremdgaszuführungsleitung 325 gekoppelt ist, um Fremdgas aus dem Fremdgassammelraum 900 abzuführen. Die Fremdgasabführungseinrichtung 906 umfasst beispielsweise eine Kombination aus einer Pumpe, wie beispielsweise der Pumpe 342, aus einer Ansaugleitung 371 und aus einer Ausstoßleitung 372, wie sie in Fig. 1B beschrieben ist. Dann würde aus dem Fremdgassammelraum gewissermaßen direkt nach außen abgesaugt werden.The following refers to Fig. 9 A heat pump according to the second aspect is described, which can be used separately from the first aspect described so far or in addition to the first aspect. The heat pump according to the second aspect comprises a condenser 306, which can be designed in the same way as the condenser described above for condensing heated or compressed working steam, which is fed to the condenser 306 via the line 305 for heated working steam. However, according to the second aspect, the condenser 306 now comprises an external gas collection chamber 900 arranged in the condenser 306. The external gas collection chamber comprises a condensation surface 901a, 901b, which, during operation, is colder than a temperature of the working steam to be condensed. Furthermore, the external gas collection chamber 900 comprises a partition wall 902 arranged between the condensation surface 901a, 901b and a condensation zone 904 in the condenser 306. In addition, a foreign gas discharge device 906 is provided, which is coupled to the foreign gas collection chamber 900, for example, via the foreign gas supply line 325, in order to discharge foreign gas from the foreign gas collection chamber 900. The foreign gas discharge device 906 comprises, for example, a combination of a pump, such as the pump 342, an intake line 371 and an exhaust line 372, as shown in Fig. 1B described. Then the foreign gas collection chamber would be sucked directly out.

Alternativ ist die Fremdgasabführungseinrichtung 906 als Gasfalle ausgebildet, mit dem Gehäuse und dem Zu/Ableitungen, wie sie anhand von Fig. 1B, Fig. 2A, Fig. 2B, Fig. 3, Fig. 4 beschrieben worden ist. Dann würde die Fremdgasabführungseinrichtung zusätzlich zu der Pumpe 342, der Ansaugleitung 371 und der Ausstoßleitung 372 auch die Gasfalle umfassen. Dies würde eine gewissermaßen "indirekte" Fremdgasabführung darstellen, bei der zunächst aus dem Fremdgassammelraum bereits angereichertes Fremdgas zusammen mit Arbeitsdampf in die Gasfalle gebracht wird, wo die Anreicherung von Fremdgas durch weitere Kondensation von Arbeitsdampf noch erhöht wird, bis dann durch die Pumpe abgesaugt wird. Die Kombination des ersten und des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung stellt also eine gewissermaßen zweistufige Anreicherung von Fremdgas dar, also eine erste Anreicherung im Fremdgassammelraum 900 und eine zweite Anreicherung im Fremdgasanreicherungsraum 358 der Gasfalle von Fig. 1B, bevor dann Fremdgas abgesaugt wird. Alternativ kann jedoch auch eine einstufige Fremdgasanreicherung stattfinden, nämlich entweder durch den Fremdgassammelraum 900 von Fig. 9, aus dem dann direkt abgesaugt wird, also ohne dazwischenliegende Gasfalle mit Gasfallengehäuse 330, oder, alternativ, durch eine Absaugung aus dem Kondensierer 306 ohne Fremdgassammelraum 900, wie es anhand von Fig. 1B beispielsweise beschrieben worden ist.Alternatively, the foreign gas discharge device 906 is designed as a gas trap, with the housing and the supply/discharge lines, as shown in Fig. 1B , Fig. 2A , Fig. 2B , Fig. 3 , Fig. 4 has been described. Then, the foreign gas removal device would also include the gas trap in addition to the pump 342, the intake line 371, and the discharge line 372. This would represent a sort of "indirect" foreign gas removal, in which already enriched foreign gas is first brought from the foreign gas collection chamber together with working steam into the gas trap, where the enrichment of foreign gas is further increased by further condensation of working steam until it is then sucked off by the pump. The combination of the first and second aspects of the present invention thus represents a sort of two-stage enrichment of foreign gas, i.e., a first enrichment in the foreign gas collection chamber 900 and a second enrichment in the foreign gas enrichment chamber 358 of the gas trap from Fig. 1B before the foreign gas is extracted. Alternatively, a single-stage foreign gas enrichment can also take place, namely either through the foreign gas collection chamber 900 of Fig. 9 , from which the gas is then extracted directly, i.e. without an intermediate gas trap with a gas trap housing 330, or, alternatively, by suction from the condenser 306 without foreign gas collection chamber 900, as shown in Fig. 1B for example, has been described.

Aufgrund der optimalen Fremdgasanreicherung und der damit verbundenen Vereinfachungen im Hinblick auf Befüllung und Entsorgung von abgesaugtem Arbeitsdampf wird es jedoch bevorzugt, die zweistufige Variante zu wählen, also die Kombination von Aspekt 1 und Aspekt 2 der vorliegenden Erfindung.However, due to the optimal foreign gas enrichment and the associated simplifications with regard to filling and disposal of extracted working steam, it is preferred to choose the two-stage variant, i.e. the combination of aspect 1 and aspect 2 of the present invention.

Fig. 10 zeigt eine schematische Anordnung einer Wärmepumpen mit verschränkter Ausführung, wie sie beispielsweise in Fig. 1 und Fig. 5 dargestellt ist. Insbesondere ist der Verdampferraum 102 innerhalb des Kondensiererraums 104 angeordnet. Der Dampf wird über eine Dampfzuführung 1000, nachdem er durch einen Motor, der in Fig. 10 nicht gezeigt ist, komprimiert worden ist, seitlich, wie es bei 112 gezeigt ist, in die Kondensationszone 904 zugeführt. Darüber hinaus ist eine, bei dem in Fig. 10 gezeigten Ausführungsbeispiel etwa kegelstumpfförmige, Trennwand 902 im Querschnitt dargestellt, die die Kondensationszone 904 von der Kondensationsoberfläche 106, die durch den Kondensatorboden gebildet ist, und von der weiteren Kondensationsoberfläche 901b, die durch die Wasser- bzw. Kondensiererflüssigkeitszuführung 402 gebildet ist, getrennt. Damit ergibt sich zwischen der Trennwand 902 einerseits und der Oberfläche 106, die auch der Kondensationsoberfläche 901a von Fig. 9 entspricht, und dem oberen Bereich 901b der Wasserzuführung 402 der Fremdgassammelraum 900, der im Vergleich zu den Verhältnissen in den Kondensationszone 904 ein beruhigte Zone darstellt. Fig. 10 shows a schematic arrangement of a heat pump with an interlaced design, as used for example in Fig. 1 and Fig. 5 In particular, the evaporator chamber 102 is arranged within the condenser chamber 104. The steam is supplied via a steam supply 1000 after being driven by a motor located in Fig. 10 not shown, has been compressed, is fed laterally, as shown at 112, into the condensation zone 904. In addition, a Fig. 10 In the embodiment shown, a roughly truncated cone-shaped partition wall 902 is shown in cross-section, which separates the condensation zone 904 from the condensation surface 106, which is formed by the condenser base, and from the further condensation surface 901b, which is formed by the water or condenser liquid supply 402. This results in a gap between the partition wall 902 on the one hand and the surface 106, which also corresponds to the condensation surface 901a of Fig. 9 corresponds, and the upper region 901b of the water supply 402 of the foreign gas collection chamber 900, which represents a calm zone compared to the conditions in the condensation zone 904.

Die Trennwand 901a hat auf der dem Kondensator zugewandten Seite eine Temperatur unterhalb der Sattdampftemperatur im Kondensator. Außerdem hat die Trennwand 901a auf der dem Verdampfer zugewandten Seite eine Temperatur über der dort herrschenden Sattdampftemperatur. Damit wird sichergestellt, dass der Saugmund bzw. Dampfkanal trocken ist und keine Wassertropfen im Dampf vorhanden sind, insbesondere dann, wenn der Verdichtermotor aktiviert wird. Damit wird vermieden, dass das Impellerrad durch Tropfen im Dampf beschädigt wird.The dividing wall 901a has a temperature on the side facing the condenser below the saturated steam temperature in the condenser. Furthermore, the dividing wall 901a has a temperature on the side facing the evaporator above the saturated steam temperature prevailing there. This ensures that the suction port or steam channel is dry and that no water droplets are present in the steam, especially when the compressor motor is activated. This prevents the impeller from being damaged by drops in the steam.

Insbesondere lässt die Wasserdampfzuführung ständig Wasserdampf 112 zuströmen, wobei hierbei Größenordnungen von typischerweise wenigstens 1 I Wasserdampf pro Sekunde zuströmen. Der Druck des Wasserdampfes ist gleich oder höher als der resultierende Sattdampfdruck des durch die Wasserzuführung 402 zugeführten Kondensiererwassers, das auch mit 1002 in Fig. 10 bezeichnet ist. Hier fließen typischerweise wenigstens 0,1 I/s an Kondensiererarbeitsflüssigkeit 1002 zu. Die Kondensiererflüssigkeit strömt oder fällt vorzugweise möglichst turbulent herunter und der zugeführte Wasserdampf 112 kondensiert bereits größtenteils in das bewegte Wasser. Der Wasserdampf verschwindet also im Wasser und übrig bleibt das Fremdgas. Die Trennwand 902 leitet das kondensierte Wasser und das zugeströmte Wasser nach unten ab und sorgt gleichzeitig für die beruhigte Zone, durch die sich der Fremdgassammelraum 900 ergibt. Diese Zone bildet sich unter der Trennwand 902 aus. Hier findet die Fremdgasanreicherung statt.In particular, the steam supply continuously allows steam 112 to flow in, typically at a rate of at least 1 l of steam per second. The pressure of the steam is equal to or higher than the resulting saturated steam pressure of the condenser water supplied through the water supply 402. which also with 1002 in Fig. 10 . Typically, at least 0.1 l/s of condenser working fluid 1002 flows in here. The condenser fluid preferably flows or falls downwards as turbulently as possible, and the supplied water vapor 112 already largely condenses into the moving water. The water vapor thus disappears into the water, leaving only the foreign gas. The partition wall 902 directs the condensed water and the inflowing water downward and simultaneously provides the calm zone through which the foreign gas collection chamber 900 is created. This zone forms beneath the partition wall 902. This is where the foreign gas enrichment takes place.

Eine Funktionalitätsdarstellung ist in Fig. 11 gegeben. Hier ist insbesondere dargestellt, dass ein kleiner Teil des Wasserdampfes zu der kalten Wasserdampfzuführung 901b strömt, um dort zu kondensieren. Vorzugsweise ist dieser Bereich 901b der Wasserzuführung, in der im Kondensierer zu erwärmende Arbeitsflüssigkeit, die Wasser sein kann, jedoch nicht unbedingt sein muss, die eher relativ kalte Stelle im Kondensierer. Diese Wasserdampfzuführung ist ferner vorzugsweise aus Metall gebildet, das eine gute Wärmeleitfähigkeit hat, so dass die kleine Menge an Wasserdampf 1010, die in dem beruhigten Raum, d.h. in dem Fremdgassammelraum nach oben fließt, eine "kalte Oberfläche" "sieht". Gleichzeitig sei jedoch darauf hingewiesen, dass auch die Wand des Verdampfer-Saugmunds, die mit 901a bezeichnet ist, ebenfalls relativ kalt ist. Obgleich diese Wand vorzugsweise aus Kunststoff ausgebildet ist, aufgrund der leichteren Formbarkeit, das einen relativ schlechten Wärmeleitungsfähigkeitskoeffizienten hat, ist dennoch der Verdampferraum 102 der nahezu kälteste Bereich der gesamten Wärmepumpe. Damit sieht der Wasserdampf 1010, der typischerweise durch einen Spalt 1012 in den Fremdgassammelraum eintritt, auch an der seitlichen Wand 901a eine Kältesenke, die den Wasserdampf motiviert, zu kondensieren. Durch diese Wasserdampfströmung, wie sie durch den Pfeil 1010 in Fig. 11 symbolisiert ist, werden Fremdgasatome mit in den Fremdgassammelraum hineingetragen. Das Fremdgas wird also mitgerissen und sammelt sich, weil es nicht kondensieren kann, in der gesamten beruhigten Zone an.A functionality representation is in Fig. 11 given. Here, it is particularly shown that a small portion of the water vapor flows to the cold water vapor supply 901b to condense there. This region 901b of the water supply, in which the working fluid to be heated in the condenser, which may be water but does not necessarily have to be, is preferably the relatively cold spot in the condenser. This water vapor supply is also preferably made of metal, which has good thermal conductivity, so that the small amount of water vapor 1010 flowing upwards in the settled space, i.e., in the foreign gas collection space, "sees" a "cold surface." At the same time, however, it should be noted that the wall of the evaporator suction mouth, designated 901a, is also relatively cold. Although this wall is preferably made of plastic, which has a relatively poor thermal conductivity coefficient, due to its easier moldability, the evaporator space 102 is nevertheless almost the coldest area of the entire heat pump. Thus, the water vapor 1010, which typically enters the foreign gas collection chamber through a gap 1012, also sees a cold sink on the side wall 901a, which motivates the water vapor to condense. Through this water vapor flow, as indicated by the arrow 1010 in Fig. 11 As symbolized, foreign gas atoms are carried into the foreign gas collection chamber. The foreign gas is thus entrained and, because it cannot condense, accumulates throughout the settled zone.

Hört die Kondensation auf, ist der Fremdgasanteil und damit der Partialdruck höher. Dann oder bereits bei abnehmender Kondensation ist es nötig, dass die Fremdgasabführungseinrichtung Fremdgas abführt, beispielsweise mittels einer angeschlossenen Vakuumpumpe, die aus der beruhigten Zone, also aus dem Fremdgassammelraum absaugt. Diese Absaugung kann geregelt geschehen, kann kontinuierlich geschehen oder kann gesteuert passieren. Mögliche Messgrößen sind Druck, Temperatur an der Kondensationsstelle, ein Temperaturunterschied zwischen der Wasserzuführung und der Kondensationsstelle, eine treibende Druckerhöhung für den gesamten Kondensationsprozess zur Wasseraustrittstemperatur, etc. Alle diese Größen können für eine Regelung benutzt werden. Gesteuert kann aber einfach auch durch eine Zeitintervallsteuerung, die eine bestimmte Zeitdauer die Vakuumpumpe einschaltet und dann wieder ausschaltet.When condensation ceases, the foreign gas content and thus the partial pressure are higher. At this point, or even when condensation decreases, the foreign gas removal system must remove the foreign gas, for example, using a connected vacuum pump that extracts it from the settled zone, i.e., from the foreign gas collection chamber. This extraction can be regulated, continuous, or controlled. Possible measured variables include pressure, temperature at the condensation point, a temperature difference between the water supply and the condensation point, a driving pressure increase for the entire condensation process to the water outlet temperature, etc. All of these variables can be used for control. However, it can also be easily controlled using a time interval control that switches the vacuum pump on for a specific period of time and then off again.

Fig. 12 zeigt eine detailliertere Darstellung einer Wärmepumpe mit einem Kondensierer, der die Trennwand aufweist, anhand der in Fig. 5 querschnittsmäßig dargestellten Wärmepumpe. Insbesondere ist wieder die Trennwand 902 im Querschnitt dargestellt, die den Fremdgassammelraum 900 von der Kondensationszone 408 oder 904 trennt, so dass eine Zone geschaffen wird, nämlich der Fremdgassammelraum 900, in dem im Vergleich zur sonstigen Kondensationszone ein "beruhigtes Klima" herrscht, in das die Wasserdampfströmung 1010 eintritt, die gleichzeitig Fremdgas, das in der Kondensationszone vorhanden ist, mithineinträgt. Ferner ist als Absaugeinrichtung ein Schlauch 325 vorgesehen. Der Absaugschlauch 325 ist vorzugsweise oben in dem Fremdgassammelraum angeordnet, wie es bei 1020 angedeutet ist, wo das Schlauchende im Fremdgassammelraum angeordnet ist. Die Wände des Fremdgassammelraums werden gebildet durch die Kondensationsoberfläche 901a bezüglich der einen Seite, durch den Wasserzuführungsabschnitt 901b nach oben und durch die Trennwand 902 bezüglich der anderen Seite. Der Schlauch 325, also die Fremdgasabführung, wird vorzugsweise durch den Verdampferboden herausgeführt, jedoch so, dass der Schlauch nicht durch den Verdampfer, in dem ein besonders niedriger Druck herrscht, hindurchführt, sondern an diesem vorbeiführt. Ferner ist der Kondensierer so ausgebildet, dass ein gewisser Pegel an Kondensiererflüssigkeit vorhanden ist. Dieser Pegel ist jedoch derart gestaltet bezüglich seiner Höhe, dass die Trennwand 902 von dem Pegel um den Spalt 1012 von Fig. 11 entfernt ist, so dass die Wasserdampfströmung 1010 in den Fremdgassammelraum eintreten kann. Fig. 12 shows a more detailed representation of a heat pump with a condenser having the partition wall, based on the Fig. 5 heat pump shown in cross-section. In particular, the partition wall 902 is again shown in cross-section, which separates the foreign gas collection chamber 900 from the condensation zone 408 or 904, thus creating a zone, namely the foreign gas collection chamber 900, in which a "calmed climate" prevails compared to the rest of the condensation zone, into which the water vapor flow 1010 enters, simultaneously carrying in the foreign gas present in the condensation zone. Furthermore, a hose 325 is provided as an extraction device. The extraction hose 325 is preferably arranged at the top of the foreign gas collection chamber, as indicated at 1020, where the hose end is arranged in the foreign gas collection chamber. The walls of the foreign gas collection chamber are formed by the condensation surface 901a on one side, by the water supply section 901b upwards, and by the partition wall 902 on the other side. The hose 325, i.e., the external gas discharge, is preferably led out through the evaporator base, but in such a way that the hose does not pass through the evaporator, in which a particularly low pressure prevails, but rather leads past it. Furthermore, the condenser is designed such that a certain level of condenser liquid is present. However, this level is designed in such a way that the partition wall 902 is separated from the level by the gap 1012 of Fig. 11 is removed so that the water vapor flow 1010 can enter the foreign gas collection chamber.

Vorzugsweise ist die Trennwand 902 bei dem in den Fig. 9 bis 12 dargestellten Ausführungsbeispielen nach oben hin abgedichtet, so dass die Arbeitsflüssigkeits- oder "Wasser"-Zuführung 402 lediglich Arbeitsflüssigkeit in die Kondensationszone 904 zuführt, nicht jedoch in die beruhigte Zone. Bei anderen Ausführungsbeispielen muss diese Abdichtung jedoch nicht besonders dicht sein. Es reicht eine lose Abdichtung, die dazu dient, dass die beruhigte Zone entstehen kann. Eine im Vergleich zum Kondensationsraum beruhigte Zone im Fremdgassammelraum entsteht bereits dadurch, dass in den Fremdgassammelraum weniger Arbeitsflüssigkeit zugeführt wird als in der Kondensationszone, so dass die Umgebung dort weniger turbulent ist als außerhalb der Trennwand. Die Wasserzuführung könnte somit so ausgebildet sein, dass im Fremdgassammelraum immer noch etwas Wasser zugeführt wird, um eine effiziente Kondensation von Wasserdampf zu erreichen, der, wie es schematisch bei 1010 gezeichnet ist, in den Fremdgassammelraum fließt und dabei das Fremdgas mitnimmt. Der Fremdgassammelraum sollte jedoch so ruhig sein, dass sich das Fremdgas dort auch anreichern kann und nicht wieder entgegen der Strömung 1010 unter der Trennwand herausgebracht wird und sich wieder unerwünschterweise im Kondensierer verteilt.Preferably, the partition wall 902 is in the Fig. 9 to 12 In the embodiments shown, the working fluid or "water" supply 402 is sealed at the top, so that the working fluid or "water" supply 402 only supplies working fluid to the condensation zone 904, but not to the settled zone. In other embodiments, however, this seal does not need to be particularly tight. A loose seal is sufficient, which serves to allow the settled zone to develop. A settled zone in the foreign gas collection chamber compared to the condensation chamber is already created by the fact that less working fluid is supplied to the foreign gas collection chamber than to the condensation zone, so that the environment there is less turbulent than outside the partition wall. The water supply could thus be designed such that there is still some Water is added to achieve efficient condensation of water vapor, which, as schematically shown at 1010, flows into the foreign gas collection chamber, taking the foreign gas with it. However, the foreign gas collection chamber should be quiet enough that the foreign gas can accumulate there and is not forced out again against the flow 1010 under the partition wall and undesirably redistributed in the condenser.

Wie es in Fig. 12 ferner gezeigt ist, ist die Fremdgasabführungseinrichtung 906 ausgebildet, um anhand von entsprechenden Steuer/Regelgrößen 1030 zu arbeiten und angereichertes Fremdgas aus dem Fremdgassammelraum 900 nach außen oder in eine weitere Gasfalle abzuführen, wie es bei 1040 angedeutet ist.As it is in Fig. 12 As further shown, the foreign gas discharge device 906 is designed to operate on the basis of corresponding control/regulating variables 1030 and to discharge enriched foreign gas from the foreign gas collection chamber 900 to the outside or into another gas trap, as indicated at 1040.

Claims (15)

  1. Heat pump comprising following featrures:
    a compressor (110, 302), which is configurated to compress vaporized working fluid to deliver compressed working vapor;
    a condenser (306) comprising a condensation zone (904) wherein the condenser is configured to condense compressed working vaporin the condensation zone (904);
    a foreign gas collection space (900) arranged within the condenser (904), the foreign gas collection space (900) comprising following features:
    a condensation surface (901a, 901b) which during operation of the heat pump is colder than a temperature of the compressed working vapor and which surface is arranged within the condenser (306); and
    a partition wall (902) that is arranged between the condensation surface (901a. 901b) and the condensation zone (904) in the condensor (306); and
    a foreign gas discharge device (906) that is coupled to the foreign gas collection space (900) so as to discharge foreign gas from the foreign gas collection space (900).
  2. Heat pump according to claim 1,
    further comprising an evaporator (300), wherein a channel (102) for the evaporated working vapor which leads from the evaporator (300) to the compressor (300), is arranged at least partly within the condenser (306) and comprises a channel wall representing at least a part (901)) of the condensation surface (901a, 901b).
  3. Heat pump according to claim 1 or 2,
    wherein the condenser (306) comprises a liquid feed inlet (402) to direct working liquid, which is to be heated by means of condensation, into the condenser (306), the liquid feed inlet (402) comprising a wall (901b) which represents at least a part (901b) of the condensation surface (901a, 901b).
  4. Heat pump according to claim 1,
    wherein a channel (102) for the evaporated working vapor is arranged within the condenser (306),
    wherein the partition wall (902) surrounds the channel (102) and is spaced apart fromthe channel (102), and
    where the condensation zone (904) is formed between the partition wall (902) and a condenser housing (114) of the condensor.
  5. Heat pump according to claim 4,
    wherein the condenser (306) has a liquid feed inlet (402) to direct a working fluid to be heated by condensation into the condenser (306) wherein the liquid feed inlet (402) has a wall (901) which represents at least a part (901b) of the condensation surface (901a, 901b),
    where the liquid feed inlet (402) is configured to feed working liquid, which is to be heated by means of condensation, to the condenser (306) from the top within a feed area during operation of the heat pump, and
    where the compressor (302) is configured to feed compressed working vapor lateral of the feed area during operation of the heat pump.
  6. Heat pump according to claim 1 or 2,
    wherein a liquid feed inlet (402)is configured in the condenser to feed working liquid, which is to be heated by means of condensation, to the condensation zone (904), the liquid feed inlet (402) being arranged such that between the partition wall (902) and the condensation surface (901a, 901b), less working liquid is fed to the foreign gas collection space (900) than to the condensation zone (904), or no working liquid is fed.
  7. Heat pump according to any one of the preceding claims,
    where the foreign gas collection space (900) extends, within the condenser, from a bottom end to a top end, a foreign gas entrance (1020) of the foreign gas discharge device (906) being arranged closer to the upper end than to the lower end or being arranged directly at the upper end of the foreign gas collection space (900).
  8. Heat pump according to any one of the preceding claims,
    where the partition wall (902) is arranged, in relation to the condensation surface (901a, 901b), such that a steadied zone, within which a directed flow (1010) comprising working vapor and foreign gas enters, forms within the foreign gas collection space (900), so that due to condensation of the compressed working vapor from the directed flow (1010) on the condensation surface (901a, 901b), foreign gas accumulation may occur within the foreign gas collection space (900).
  9. Heat pump according to any one of the preceding claims,
    where the condensation surface (901a, 901b) is at least partly made of metal.
  10. Heat pump according to claim 1,
    which further comprises an evaporator (300) connected to the compressor (302, 110) via a channel (102), the channel (102) extending from the bottom upwards, in a direction of operation oft he heat pump, within a condenser housing (114),
    a wall (901a) of the channel (102) representing at least part of the condensation surface (901a, 901b), the partition wall (902) being spaced apart from the wall (901a) of the channel (102) and being arranged around the same, and
    the condensation zone (904) being laterally demarcated by the partition wall (902), so that the foreign gas collection space (900) results which extends from the bottom upwards.
  11. Heat pump according to claim 10,
    where the condenser (306) is configured and operated such that a liquid level forms at a base of the condenser (306) during operation oft he het pump, wherein a lower end of the partition wall (902) is arranged such that a gap (1012) results between the liquid level and the lower end, said gap being configured that a directed flow of compressed working vapor and foreign gas (1010) may enter into the foreign gas collection space (900) through said gap (1012).
  12. Heat pump pump according to any one of the preceding claims,
    where the partition wall (902) is arranged such that compressed working vapor may better enter into the foreign gas collection space (900) at a lower end of the foreign gas collection space (900) than at an upper end thereof during operation of the heat pump, or that no compressed working vapor may enter into the foreign gas collection space (900) at the upper end of the foreign gas collection space (900).
  13. Heat pump according to any one of claim 1 or 2,
    wherein the partition wall (902) is impenetrable to a working liquid to be heated and is configured to draw off a working liquid which is to be heated and is applied to the partition wall (902), and to form a steadied zone underneath the partition wall (902), said zone representing the foreign gas collection space (900), the condensation surface (901a, 901b) being arranged within the steadied zone.
  14. Method of operating a heat pump comprising the following features: a compressor (110, 302), which is configurated to compress vaporized working fluid to deliver compressed working vapor; a condenser (306) comprising a condensation zone (904) wherein the condenser is configured to condense said compressed working vapor in the condensation zone (904); and a foreign gas collection space (900) arranged within the condenser (306), and a condensation surface (901a, 901b) that is arranged in the condenser (306), and a partition wall (902) that is arranged between the condensation surface (901a, 901b) and a condensation zone (904), said method comprising following steps:
    cooling the condensation surface (901a, 901b) so that the condensation surface (901a, 901b) be colder than a temperature of the compressed working vapor; and
    discharging foreign gas from the foreign gas collection space (900).
  15. Method of producing a heat pump comprising the following features: a compressor (110, 302), which is configurated to compress vaporized working fluid to deliver compressed working vapor; a condenser (306) comprising a condensation zone (904) wherein the condenser is configured to condense the compressed working vapor in the condensation zone (904); and a foreign gas collection space (900) arranged within the condenser (306), and a foreign gas discharge device (906) which is coupled to the foreign gas collection space (900) so as to discharge foreign gas from the foreign gas collection space (900), said method comprising the following steps:
    Arranging, inside the condenser (306), a condensation surface (901a, 901b), which, during operation of the heat pump, is colder than a temperature of the compressed working vapor; and
    Arranging, inside the condenser (306), a partition wall (902) between the condensation surface (901a, 901b) and a condensation zone (904).
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