CH703290A1

CH703290A1 - Heat pump.

Info

Publication number: CH703290A1
Application number: CH01586/10A
Authority: CH
Inventors: Erik Vincent Granwehr; Stefan Bertsch
Original assignee: Erik Vincent Granwehr
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2011-12-15
Also published as: EP2622289A1; WO2012040864A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpe 11, bei welcher auf mindestens zwei Temperaturniveaus Wärme von aussen zugeführt wird. Zu diesem Zweck weist sie neben einem Kompressor 13 zur Verdichtung eines Wärmeträgers, einem ersten Wärmetauscher 19, einer Expansionsstufe 15 bzw. 17 zur Entspannung des Wärmeträgers und einem zweiten Wärmetauscher 21 zusätzlich einen Economizer 23 auf, welcher dem Wärmeträger oder einem Teil davon Wärme von ausserhalb des Kreislaufs zuführen kann.The invention relates to a heat pump 11, in which heat is supplied to the outside from at least two temperature levels. For this purpose, in addition to a compressor 13 for compressing a heat carrier, a first heat exchanger 19, an expansion stage 15 and 17 for relaxation of the heat carrier and a second heat exchanger 21 in addition an economizer 23, which the heat transfer medium or a part thereof heat from outside can supply the circulation.

Description

Technisches GebietTechnical area

[0001] Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpe gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zu deren Betrieb gemäss Oberbegriff des Anspruchs 9. The invention relates to a heat pump according to the preamble of claim 1 and a method for its operation according to the preamble of claim. 9

Stand der TechnikState of the art

[0002] Wärmpumpen sind seit vielen Jahren bekannt. Es handelt sich dabei um Vorrichtungen, die unter Aufwendung von Arbeit thermische Energie aus einem System niedrigerer Temperatur aufnehmen und zusammen mit der Antriebsenergie auf ein zweites System mit höherer Temperatur übertragen. Normalerweise erfolgt dies, indem ein Wärmeträger wie z.B. Propan in einem Kreisprozess erst verdichtet wird, anschliessend über einen ersten Wärmetauscher Wärme nach aussen abgibt, danach entspannt wird und schliesslich in einem zweiten Wärmetauscher Wärme von aussen aufnimmt, bevor er wiederum verdichtet wird. In den beiden Wärmetauschern findet normalerweise ein Phasenübergang statt, weshalb man beim ersten Wärmetauscher auch von einem Kondensator und beim zweiten Wärmetauscher von einem Verdampfer spricht. Die Verdichtung bzw. die Zuführung der Arbeit erfolgt z.B. mittels eines Kompressors, während die Entspannung über ein Expansionsventil oder einen Expander bewerkstelligt werden kann. Heat pumps have been known for many years. These are devices that take up thermal energy from a lower temperature system while working and transfer it to a second, higher temperature system along with the drive energy. Normally this is done by using a heat transfer medium such as e.g. Propane is first compressed in a cyclic process, then releases heat to the outside via a first heat exchanger, then it is expanded and finally absorbs heat from outside in a second heat exchanger before it is again compressed. In the two heat exchangers normally takes place a phase transition, which is why one speaks in the first heat exchanger from a condenser and the second heat exchanger of an evaporator. The compaction or the supply of the work takes place e.g. by means of a compressor, while the relaxation can be accomplished via an expansion valve or an expander.

[0003] Es sind auch Wärmepumpen mit verbesserter Leistung bekannt, bei welchen der Wärmeträger nach Durchlaufen des ersten Wärmetauschers in einen ersten und einen zweiten Teil getrennt wird. Einer der beiden Teile wird entspannt und kühlt somit ab. Anschliessend tauscht er in einem sogenannten Economizer entweder Wärme mit dem anderen Teil oder mit dem gesamten Stoffstrom aus, welcher aus dem ersten Wärmetauscher kommt. Beim Economizer handelt es sich also im Wesentlichen um einen Wärmetauscher (vgl. z.B. WO 2008/105 868 A2). Der zuvor entspannte Teil wird anschliessend unter Umgehung des zweiten Wärmetauschers dem Hauptstrom wieder zugeführt, während der andere Teil auf einen noch niedrigeren Druck entspannt wird und dann den zweiten Wärmetauscher durchläuft. Es muss somit nicht der gesamte Stoffstrom auf den niedrigeren Druck entspannt und anschliessend wieder komprimiert werden. There are also known heat pumps with improved performance, in which the heat carrier is separated after passing through the first heat exchanger in a first and a second part. One of the two parts is relaxed and thus cools down. Subsequently, in a so-called economizer, he either exchanges heat with the other part or with the entire material flow, which comes from the first heat exchanger. The economizer is thus essentially a heat exchanger (cf., for example, WO 2008/105 868 A2). The previously relaxed part is then fed back to the main flow while bypassing the second heat exchanger, while the other part is expanded to an even lower pressure and then passes through the second heat exchanger. Thus, it is not necessary to depressurise the entire stream to the lower pressure and then to compress it again.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

[0004] Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wärmepumpe und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen bereitzustellen, welche gegenüber bekannten Wärmepumpen und bekannten Verfahren eine verbesserte Leistung ermöglichen. Weitere Vorteile und Ziele der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung. It is the object of the present invention to provide a heat pump and a method for operating such, which allow over known heat pumps and known methods, an improved performance. Further advantages and objects of the present invention will become apparent from the following description.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

[0005] Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch eine Wärmepumpe nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 9. The above object is achieved according to the invention by a heat pump according to claim 1 and a method according to claim 9.

[0006] Insbesondere handelt es sich dabei um eine Wärmepumpe mit einem (vorzugsweise geschlossenen) Kreislauf, in welchem ein Wärmeträger geführt wird, welche Wärmepumpe mindestens die folgenden Komponenten aufweist: einen Kompressor (oder allgemein: ein oder mehrere Verdichter) zur Verdichtung des Wärmeträgers, einen ersten Wärmetauscher (vorzugsweise ein Kondensator), welcher stromabwärts des Kompressors angeordnet ist, eine erste Expansionsstufe und eine zweite Expansionsstufe zur Entspannung (Dekompression) des Wärmeträgers oder Teilen davon, welche stromabwärts des ersten Wärmetauschers angeordnet sind, und einen zweiten Wärmetauscher (vorzugsweise einen Verdampfer), welcher stromabwärts der zweiten Expansionsstufe und stromaufwärts des Kompressors angeordnet ist.In particular, this involves a heat pump with a (preferably closed) circuit in which a heat transfer medium is guided, which heat pump has at least the following components: a compressor (or in general: one or more compressors) for the compression of the heat carrier, a first heat exchanger (preferably a condenser) disposed downstream of the compressor, a first expansion stage and a second expansion stage for expansion (decompression) of the heat carrier or parts thereof, which are arranged downstream of the first heat exchanger, and a second heat exchanger (preferably an evaporator) disposed downstream of the second expansion stage and upstream of the compressor.

[0007] Darüber hinaus weist die Wärmepumpe eine Vorrichtung (im Folgenden auch als «Economizer» bezeichnet) auf, welche dem Wärmeträger oder einem Teil davon (vorzugsweise dem «zweiten Teil», vgl. unten) Wärme von ausserhalb des Kreislaufs zuführen kann. Die Vorrichtung ist dabei stromabwärts des ersten Wärmetauschers und stromaufwärts des zweiten Wärmetauschers angeordnet. In addition, the heat pump has a device (hereinafter also referred to as "economizer"), which the heat carrier or a part thereof (preferably the "second part", see below) heat from outside the circuit can perform. The device is arranged downstream of the first heat exchanger and upstream of the second heat exchanger.

[0008] Der Economizer ist also zwischen dem ersten und dem zweiten Wärmetauscher bzw. dem Kondensator und dem Verdampfer angeordnet und er ist so ausgestaltet, dass er dem Wärmeträger Wärme von ausserhalb des Kreislaufs zuführen kann. Dazu weist er mit Vorteil ein oder mehrere Wärmetauscher auf, die mit einer oder mehreren Quellen von Wärme in Verbindung stehen. The economizer is thus arranged between the first and the second heat exchanger or the condenser and the evaporator and it is designed so that it can supply heat to the heat transfer from outside the circuit. To this end, it advantageously has one or more heat exchangers associated with one or more sources of heat.

[0009] Die Begriffe «stromaufwärts» («upstream») und «stromabwärts» («downstream») beziehen sich auf die Fliessrichtung des Wärmeträgers. Im Zusammenhang mit dem nachfolgend beschriebenen Verfahren sind Begriffe wie «danach» oder «dann» vorzugsweise als «zeitlich später» und/oder als prozesstechnisch «stromabwärts» definiert. The terms "upstream" and "downstream" refer to the direction of flow of the heat carrier. In the context of the method described below, terms such as "afterwards" or "then" are preferably defined as "later in time" and / or as process-related "downstream".

[0010] Mit Vorteil weist ein Verfahren zum Betrieb einer Wärmepumpe, bei welchem ein Wärmeträger in einem (vorzugsweise geschlossenen) Kreislauf geführt wird, mindestens die folgenden Schritte (bevorzugt in der vorgegebenen Reihenfolge) auf: <tb>a)<sep>der Wärmeträger wird verdichtet, bis ein erster Druck erreicht ist, wobei einzelne Teil des Wärmeträgers z.B. in einem mehrstufigen Verdichter oder auch getrennt voneinander in mehreren separaten Verdichtern verdichtet werden können; <tb>b)<sep>dem Wärmeträger wird danach Wärme von ausserhalb des Kreislaufs entzogen; dies kann z.B. in einem Kondensator erfolgen, d.h. es kann ein Phasenübergang stattfinden; <tb>c)<sep>ein erster Teil des Wärmeträgers wird von dem ersten Druck bis auf einen dritten (niedrigeren) Druck entspannt, <tb>d)<sep>dem ersten Teil des Wärmeträgers wird danach beim dritten Druck Wärme von ausserhalb des Kreislaufs zugeführt; dies kann z.B. in einem Verdampfer erfolgen, d.h. es kann ein Phasenübergang stattfinden; <tb>e)<sep>ein zweiter Teil des Wärmeträgers wird von dem ersten Druck bis auf einen zweiten (niedrigeren) Druck entspannt, wobei der zweite Druck höher ist als der dritte Druck; der zweite Teil kann dabei entweder getrennt vom ersten Teil oder gemeinsam mit dem ersten Teil auf den zweiten Druck entspannt werden; <tb>f)<sep>dem zweiten Teil des Wärmeträgers wird beim zweiten Druck Wärme von ausserhalb des Kreislaufs zugeführt, wobei entweder nur dem zweiten Teil Wärme zugeführt wird oder - wenn der erste und der zweite Teil noch nicht getrennt wurden - dem zweiten und dem ersten Teil gemeinsam Wärme zugeführt wird (die Trennung des Wärmeträgers in einen ersten und einen zweiten Teil findet in diesem Fall danach statt), und <tb>g)<sep>der zweite Teil und der erste Teil danach vereinigt werden.Advantageously, a method for operating a heat pump, in which a heat transfer medium is guided in a (preferably closed) circuit, at least the following steps (preferably in the predetermined order) on: a) <sep> the heat transfer medium is compressed until a first pressure is reached, wherein individual parts of the heat transfer medium, e.g. can be compressed in a multi-stage compressor or separately from each other in several separate compressors; <b> <b> <sep> heat is then removed from outside the circuit; this can e.g. take place in a capacitor, i. there can be a phase transition; <tb> c) <sep> a first part of the heat carrier is expanded from the first pressure to a third (lower) pressure, <tb> d) <sep> heat is then supplied from outside the circuit to the first part of the heat carrier at the third pressure; this can e.g. take place in an evaporator, i. there can be a phase transition; <tb> e) <sec> a second part of the heat carrier is expanded from the first pressure to a second (lower) pressure, the second pressure being higher than the third pressure; the second part can be relaxed either separately from the first part or together with the first part to the second pressure; <tb> f) <sep> the second part of the heat carrier at the second pressure heat is supplied from outside the circuit, wherein either only the second part heat is supplied or - if the first and the second part have not been separated - the second and Heat is supplied to the first part (the separation of the heat carrier in a first and a second part takes place in this case after), and <tb> g) <sep> the second part and the first part are merged afterwards.

[0011] Nachfolgend werden Ausgestaltungsformen der erwähnten Wärmepumpe und des Verfahrens beschrieben, wobei die genannten bevorzugten Merkmale - soweit sie sich nicht ausschliessen - in beliebiger Kombination verwirklicht sein können. Embodiments of the mentioned heat pump and the method will be described, wherein the said preferred features - unless they exclude - can be implemented in any combination.

[0012] Der erste, zweite und dritte Druck bleiben in Bezug auf das oben genannte Verfahren vorzugsweise konstant oder im Wesentlichen konstant, während dem Wärmeträger Wärme zugeführt oder entzogen wird, insbesondere bei Schritt f). Ausserdem kann durch Regelung bzw. Regeltechnik die Wärmezuführung optimiert werden. The first, second and third pressures preferably remain constant or substantially constant with respect to the above-mentioned method, while heat is supplied or withdrawn from the heat carrier, in particular at step f). In addition, the heat supply can be optimized by regulation or control technology.

[0013] Mit Vorteil wird dem Wärmeträger oder einem Teil davon («zweiter Teil») im Economizer von ausserhalb des Kreislaufs Wärme auf einem mittleren Temperaturniveau und/oder einem mittleren Druckniveau zugeführt, d.h. auf einem Temperaturniveau und/oder Druckniveau, das zwischen demjenigen im ersten Wärmetauscher und demjenigen im zweiten Wärmetauscher liegt. Diese Wärme kann beispielsweise in der Form von Abwärme anfallen und aus Solaranlagen, Gebäudelüftungen etc. stammen. Dadurch ergibt sich eine Leistungsverbesserung von ca. 10-20% gegenüber vergleichbaren Wärmepumpen, denn die Wärme wird dem Wärmeträger auf dem Niveau bzw. auf derjenigen Druckstufe zugeführt, auf dem bzw. der sie anfällt. Advantageously, the heat transfer medium or a part thereof ("second part") is supplied in the economizer from outside the circuit heat to a medium temperature level and / or a medium pressure level, i. at a temperature level and / or pressure level which is between that in the first heat exchanger and that in the second heat exchanger. This heat can occur, for example, in the form of waste heat and come from solar systems, building ventilation, etc. This results in a performance improvement of about 10-20% compared to comparable heat pumps, because the heat is supplied to the heat carrier at the level or on the pressure level at which it is obtained.

[0014] Mit Vorteil ist unter dem «Kreislauf» der Stoffkreislauf des Wärmeträgers zu verstehen. Vorzugsweise umfasst dies zumindest den Stoffstrom (auch als «Hauptstrom» bezeichnet), der den ersten Wärmetauscher und den zweiten Wärmetauscher durchläuft. Weiterhin umfasst er mit Vorteil mindestens einen Teilstrom, der den zweiten Wärmetauscher umgeht. Besonders bevorzugt umfasst der Begriff «Kreislauf» alle Stoffströme des Wärmeträgers, die im Kreis geführt werden und mindestens über einen Teil des Weges gemeinsam als ein Stoffstrom geführt sind. In Bezug auf die Wärmepumpe ist mit «Kreislauf» vorzugsweise derjenige Teil gemeint, in welchem die genannten Stoffströme im Kreis geführt werden. Wenn in diesem Dokument von der Zuführung von Wärme von ausserhalb des Kreislaufs die Rede ist, so soll darunter vorzugsweise verstanden werden, dass Wärme von ausserhalb des Stoffkreislaufs des Wärmeträgers zugeführt wird. Mit anderen Worten ist darunter bevorzugt zu verstehen, dass nicht nur ein Austausch von Wärme zwischen Teilströmen des Wärmeträgers stattfindet, sondern zumindest eine weitere Quelle von Wärme vorhanden ist. Diese Wärmequelle kann z.B. der Motor sein, welcher den Kompressor antreibt. Besonders bevorzugt sind jedoch in diesem Dokument unter den Quellen von Wärme solche Quellen zu verstehen, die nicht Teil der Wärmepumpe sind. Die Zuführung von Wärme findet mit Vorteil stromabwärts des ersten Wärmetauschers und stromaufwärts des zweiten Wärmetauschers und/oder stromaufwärts eines Verdichters statt. Advantageously, the material cycle of the heat carrier is to be understood by the "cycle". Preferably, this comprises at least the stream (also referred to as "main stream"), which passes through the first heat exchanger and the second heat exchanger. Furthermore, it advantageously comprises at least one partial flow which bypasses the second heat exchanger. Particularly preferably, the term "cycle" includes all streams of the heat carrier, which are circulated and are performed together as a stream at least over part of the way. With reference to the heat pump, by "circulation" is preferably meant the part in which the said material flows are circulated. If in this document of the supply of heat from outside the circuit is mentioned, it should preferably be understood that heat is supplied from outside the material cycle of the heat carrier. In other words, it is preferable to understand that not only an exchange of heat between partial flows of the heat carrier takes place, but at least one further source of heat is present. This heat source may e.g. be the engine that drives the compressor. However, in this document, among the sources of heat, particular preference is given to those sources which are not part of the heat pump. The supply of heat advantageously takes place downstream of the first heat exchanger and upstream of the second heat exchanger and / or upstream of a compressor.

[0015] Beim Wärmeträger handelt es sich mit Vorteil um Kohlenwasserstoffe wie Propan (R-290), oder Propylen, oder anorganische Stoffe wie Ammoniak, Kohlendioxid, oder Wasser. Neben den vorgenannten natürlichen Wärmeträgern sind auch synthetische Wärmeträger wie z.B. Tetrafluorethan (R-134a) verwendbar. The heat transfer medium is advantageously hydrocarbons such as propane (R-290), or propylene, or inorganic substances such as ammonia, carbon dioxide, or water. In addition to the aforementioned natural heat transfer and synthetic heat transfer medium such. Tetrafluoroethane (R-134a).

[0016] Bei der ersten und/oder zweiten Expansionsstufe handelt es sich vorzugsweise um ein Expansionsventil oder einen Kondensatabscheider, insbesondere einen thermodynamischen Kondensatabscheider oder ein Schwimmerventil. Vor allem bei grösseren Anlagen kann auch der Einsatz von Expandern vorteilhaft sein, bei denen der Druckverlust zur Energiegewinnung eingesetzt wird. In the first and / or second expansion stage is preferably an expansion valve or a Kondensatabscheider, in particular a thermodynamic Kondensatabscheider or a float valve. Especially with larger systems, the use of expanders may be advantageous in which the pressure loss is used to generate energy.

[0017] Der Economizer steht vorzugsweise mit einer Quelle von Wärme in Verbindung, wobei es sich bei der Quelle bevorzugt um eine Quelle von Abwärme handelt und/oder die Quelle Wärme in einem Temperaturbereich zwischen minus 20 °C und plus 50 °C, vorzugsweise zwischen 0 °C und plus 40 °C und insbesondere zwischen 10 °C und 25 °C liefert. Es können auch zwei, drei, vier oder mehr solcher Quellen vorgesehen sein, wobei es dann bevorzugt ist, wenn mindestens zwei Quellen vorhanden sind, die Wärme in unterschiedlichen Temperaturbereichen liefern. The economizer is preferably in communication with a source of heat, the source preferably being a source of waste heat and / or the source of heat in a temperature range between minus 20 ° C and plus 50 ° C, preferably between 0 ° C and plus 40 ° C and in particular between 10 ° C and 25 ° C. Also, two, three, four or more such sources may be provided, it being preferred if there are at least two sources providing heat in different temperature ranges.

[0018] Entsprechend ist ein oben genanntes Verfahren bevorzugt, wenn - es sich bei der Wärme, welche bei Schritt f) (d.h. dem zweiten Teil des Wärmeträgers beim zweiten Druck) zugeführt wird, um Abwärme aus einem Prozess ausserhalb des Kreislaufs (beispielsweise aus einer Solaranlage oder einer Gebäudelüftung) handelt und/oder wenn: - die Zuführung der Wärme im Schritt f) (d.h. zum zweiten Teil beim zweiten Druck) durch Kontakt des Wärmeträgers mit einer Oberfläche erfolgt, welche eine Temperatur aufweist, die zwischen minus 20 °C und plus 50 °C, vorzugsweise zwischen 0 °C und plus 40 °C und insbesondere zwischen plus 10 °C und plus 25 °C liegt. Accordingly, an above-mentioned method is preferred when the heat supplied at step f) (i.e., the second part of the heat carrier at the second pressure) is waste heat from a process external to the circuit (for example from a solar system or a building ventilation system) and / or when: - The supply of heat in step f) (ie the second part at the second pressure) by contact of the heat carrier takes place with a surface having a temperature between -20 ° C and plus 50 ° C, preferably between 0 ° C and plus 40 ° C and in particular between plus 10 ° C and plus 25 ° C.

[0019] Ein genanntes Verfahren ist weiterhin vorteilhaft wenn: die Zuführung von Wärme zum ersten Teil des Wärmeträgers gemäss Schritt d) (d.h. beim dritten Druck) durch Kontakt des ersten Teils des Wärmeträgers mit einer ersten Oberfläche erfolgt. die Zuführung von Wärme zum zweiten Teil des Wärmeträgers gemäss Schritt f) (d.h. beim zweiten Druck) durch Kontakt des zweiten Teils des Wärmeträgers mit einer zweiten Oberfläche erfolgt, wobei die zweite Oberfläche eine höhere Temperatur aufweist als die erste Oberfläche, wodurch ein Druckunterschied hergestellt wird.A named method is furthermore advantageous if: the supply of heat to the first part of the heat carrier according to step d) (i.e., the third pressure) is effected by contact of the first part of the heat carrier with a first surface. the supply of heat to the second part of the heat carrier according to step f) (i.e., the second pressure) is effected by contact of the second part of the heat carrier with a second surface, wherein the second surface has a higher temperature than the first surface, thereby producing a pressure difference.

[0020] Der Druck des Wärmeträgers an der ersten Oberfläche ist dabei vorzugsweise um mindestens 0,1 bar oder mindestens 0,4 bar und besonders bevorzugt um mindestens 0,8 bar geringer, als an der zweiten Oberfläche. The pressure of the heat carrier on the first surface is preferably at least 0.1 bar or at least 0.4 bar and more preferably at least 0.8 bar lower than at the second surface.

[0021] Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltungsvariante kann die zweite Oberfläche eine Temperatur aufweisen, welche um mindestens 5 °C, vorzugsweise mindestens 10 °C und besonders bevorzugt mindestens 15 °C höher ist als die Temperatur der ersten Oberfläche. According to another preferred embodiment variant, the second surface may have a temperature which is higher by at least 5 ° C, preferably at least 10 ° C and more preferably at least 15 ° C than the temperature of the first surface.

[0022] Bei den genannten Oberflächen handelt es sich vorzugsweise um Oberflächen von Wärmetauschern, wobei die erste Oberfläche bevorzugt Teil des ersten Wärmetauschers ist. The surfaces mentioned are preferably surfaces of heat exchangers, wherein the first surface is preferably part of the first heat exchanger.

[0023] Weiterhin ist es bevorzugt, wenn der Economizer ein oder mehrere Wärmetauscher aufweist, die in Verbindung mit den genannten Quellen von Wärme stehen. Unter dem «Temperaturniveau» ist dann vorzugsweise die Temperatur des Mediums bzw. Stoffstroms zu verstehen, welches von der Quelle kommend durch den Wärmetauscher fliesst und mit dem Wärmeträger der Wärmepumpe Wärme austauscht. Die Wärmetauscher sind mit Vorteil so ausgestaltet, dass der Wärmeaustausch ohne Mischung der beteiligten Stoffströme erfolgt. Furthermore, it is preferred if the economizer has one or more heat exchangers, which are in communication with said sources of heat. Under the "temperature level" is then preferably the temperature of the medium or mass flow to understand, which flows from the source coming through the heat exchanger and exchanges heat with the heat transfer medium of the heat pump. The heat exchangers are advantageously designed so that the heat exchange takes place without mixing the material flows involved.

[0024] Nach einer bevorzugten Ausgestaltungsform handelt es sich beim Economizer um einen Behälter zur Aufnahme des Wärmeträgers, welcher einen (oder mehrere) Wärmetauscher aufweist, wobei der Wärmetauscher mit einer Quelle (oder im Fall von mehreren Wärmetauschern vorzugsweise mit mehreren Quellen) von Wärme ausserhalb des Kreislaufs verbunden ist und in Kontakt mit dem Wärmeträger im Innern des Behälters steht. Der Economizer kann hier auch als sogenannter Sammler («Receiver») wirken. According to a preferred embodiment, the economizer is a container for receiving the heat carrier, which has one (or more) heat exchanger, wherein the heat exchanger with a source (or in the case of several heat exchangers preferably with multiple sources) of heat outside connected to the circuit and is in contact with the heat transfer medium inside the container. The economizer can also act as a so-called collector ("receiver") here.

[0025] Es hat sich darüber hinaus als vorteilhaft erwiesen, die Wärmepumpe mehrstufig auszugestalten. Zur Vereinfachung werden die sich wiederholenden Vorrichtungsteile der einzelnen Stufen gemeinschaftlich als «Modul» bezeichnet. It has also proven to be advantageous to design the heat pump in several stages. For simplicity, the repeating device parts of the individual stages are collectively referred to as the "module".

[0026] Nach einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante weist die Wärmepumpe ein Modul auf, welches stromabwärts des ersten Wärmetauschers angeordnet ist und zumindest folgende Komponenten aufweist: - den Economizer, - die erste Expansionsstufe, - einen Verzweigungspunkt an dem der Wärmeträger in einen ersten Teil und einen zweiten Teil getrennt wird, - eine erste Zweigleitung für den ersten Teil des Wärmeträgers, welche stromabwärts des Verzweigungspunkts angeordnet ist, - eine zweite Zweigleitung für den zweiten Teil des Wärmeträgers, welche stromabwärts der ersten Expansionsstufe und stromabwärts des Verzweigungspunkts angeordnet ist, - eine mit der Vorrichtung verbundene Zuleitung, zumindest für den zweiten Teil des Wärmeträgers (bei mehreren Modulen kann dies auch die erste Zweigleitung des vorangehenden Moduls sein). According to a preferred embodiment variant, the heat pump has a module, which is arranged downstream of the first heat exchanger and has at least the following components: - the economizer, - the first expansion stage, a branching point at which the heat transfer medium is separated into a first part and a second part, a first branch line for the first part of the heat carrier, which is arranged downstream of the branching point, a second branch line for the second part of the heat carrier, which is arranged downstream of the first expansion stage and downstream of the branch point, a supply line connected to the device, at least for the second part of the heat carrier (in the case of several modules, this may also be the first branch line of the preceding module).

[0027] Mit Vorteil ist das Modul stromaufwärts des Kompressors angeordnet. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Modul zumindest in Bezug auf den Teilstrom, der den zweiten Wärmetauscher durchläuft oder den ersten Teil des Wärmeträgers stromaufwärts der zweiten Expansionsstufe angeordnet ist. Advantageously, the module is arranged upstream of the compressor. Furthermore, it is advantageous if the module is arranged at least in relation to the partial flow, which passes through the second heat exchanger or the first part of the heat carrier upstream of the second expansion stage.

[0028] Die Trennung des Wärmeträgers, d.h. des gesamten Stoffstroms, in einen ersten Teil und einen zweiten Teil kann somit an verschiedenen Stellen stattfinden. The separation of the heat carrier, i. the entire material flow, in a first part and a second part can thus take place at various points.

[0029] Nach einer vorteilhaften Variante ist der Verzweigungspunkt Teil des Economizers oder in Bezug auf die zweite Zweigleitung stromabwärts der Vorrichtung angeordnet. Dies kann z.B. dann der Fall sein, wenn der Economizer als Behälter ausgeführt ist und der Wärmeträger diesem gesamthaft zugeführt, jedoch getrennt in einen ersten und einen zweiten Teil abgeführt wird. According to an advantageous variant of the branch point is part of the economizer or with respect to the second branch downstream of the device. This can e.g. then be the case when the economizer is designed as a container and the heat carrier is supplied to this total, but is discharged separately into a first and a second part.

[0030] Eine andere Ausgestaltungsvariante sieht vor, dass der Verzweigungspunkt in Bezug auf die zweite Zweigleitung stromaufwärts des Economizers angeordnet ist. Dies kann z.B. der Fall sein, wenn der zweite Teil des Wärmeträgers den Economizer zuerst zusammen mit dem ersten Teil durchläuft und anschliessend abgetrennt wird, bevor er nochmals zurück in den Economizer geleitet wird, um dort Wärme mit dem gesamten Stoffstrom des Wärmeträgers auszutauschen. Another embodiment variant provides that the branch point is arranged with respect to the second branch line upstream of the economizer. This can e.g. be the case when the second part of the heat carrier first passes through the economizer along with the first part and is then separated before it is again passed back into the economizer, there to exchange heat with the entire flow of the heat carrier.

[0031] Der Verzweigungspunkt kann also z.B. im Economizer oder stromaufwärts oder stromabwärts davon vorgesehen sein. Thus, the branch point may be e.g. be provided in the economizer or upstream or downstream thereof.

[0032] Zumindest die zweite Zweigleitung, welche den zweiten Teil des Wärmeträgers transportiert, ist vorzugsweise stromabwärts der ersten Expansionsstufe angeordnet. Somit kann also zumindest der zweite Teil des Wärmeträgers entspannt werden und dabei abkühlen, bevor er im Economizer Wärme (insbesondere Abwärme) von aussen aufnimmt. Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn sowohl die erste als auch die zweite Zweigleitung stromabwärts der ersten Expansionsstufe angeordnet sind und/oder wenn die Zuleitung stromabwärts der ersten Expansionsstufe angeordnet ist bzw. die erste Expansionsstufe in der Zuleitung angeordnet ist. Auf diese Weise werden sowohl der erste als auch der zweite Teil des Wärmeträgers (vorzugsweise gemeinsam) entspannt und können im Economizer Wärme von ausserhalb des Kreislaufs aufnehmen. At least the second branch line, which transports the second part of the heat carrier, is preferably arranged downstream of the first expansion stage. Thus, therefore, at least the second part of the heat carrier can be relaxed and cool down before it absorbs heat (in particular waste heat) from the outside in the economizer. However, it is particularly preferred if both the first and the second branch line are arranged downstream of the first expansion stage and / or if the feed line is arranged downstream of the first expansion stage or the first expansion stage is arranged in the feed line. In this way, both the first and the second part of the heat carrier (preferably together) relaxed and can absorb heat in the economizer from outside the circuit.

[0033] In diesem Zusammenhang ist ein oben genanntes Verfahren dann besonders bevorzugt, wenn der erste Teil des Wärmeträgers gemeinsam mit dem zweiten Teil des Wärmeträgers vom ersten Druck bis auf den zweiten Druck entspannt wird, und danach dem ersten Teil des Wärmeträgers und dem zweiten Teil des Wärmeträgers gemeinsam beim zweiten Druck Wärme von ausserhalb des Kreislaufs zugeführt wird, und der Wärmeträger danach in den ersten und den zweiten Teil getrennt wird und der erste Teil des Wärmeträgers von dem zweiten Druck bis auf den dritten Druck entspannt wird.In this context, an above-mentioned method is particularly preferred when the first part of the heat carrier is expanded together with the second part of the heat carrier from the first pressure to the second pressure, and Thereafter, the first part of the heat carrier and the second part of the heat carrier is supplied together with the second pressure heat from outside the circuit, and the heat transfer medium is then separated into the first and the second part and the first part of the heat carrier is expanded from the second pressure to the third pressure.

[0034] Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsvariante sind bei der beschriebenen Wärmepumpe zwei, drei oder mehr Module vorgesehen, welche im Kreislauf in Reihe geschaltet sind, wobei die erste Zweigleitung eines Moduls einem nachfolgenden Modul den Wärmeträger zuführt. Das bedeutet, dass die erste Zweigleitung eines vorangehenden Moduls vorzugsweise die Zuleitung für das nachfolgende Modul darstellt. Der «ersten Teil des Wärmeträgers» aus dem vorangehenden Modul entspricht in diesem Fall dem «ersten Teil» und dem «zweiten Teil» des Wärmeträgers (d.h. dem Gesamtstrom des Wärmeträgers) in Bezug auf das nachfolgende Modul. Die Module sind also vorzugsweise zumindest in Bezug auf den Hauptstrom in Reihe geschaltet. According to a particularly preferred embodiment variant, two, three or more modules are provided in the described heat pump, which are connected in series in the circuit, wherein the first branch of a module to a subsequent module supplies the heat carrier. This means that the first branch line of a preceding module preferably represents the supply line for the subsequent module. The "first part of the heat carrier" from the previous module in this case corresponds to the "first part" and the "second part" of the heat carrier (i.e., the total flow of the heat carrier) with respect to the subsequent module. The modules are therefore preferably connected in series at least with respect to the main current.

[0035] Jedes Modul weist eine Expansionsstufe («erste Expansionsstufe») auf und es ergeben sich somit Druckstufen bzw. Temperaturstufen, auf denen Wärme aus verschiedenen externen Quellen zugeführt werden kann. Insbesondere bei grösseren Anlagen ist eine Mehrzahl von Modulen von Vorteil. Each module has an expansion stage ("first expansion stage") and it thus results in pressure levels or temperature levels on which heat from different external sources can be supplied. Especially with larger systems, a plurality of modules is advantageous.

[0036] Entsprechend kann ein genanntes Verfahren vorteilhaft sein, wenn <tb>a)<sep>der Wärmeträger verdichtet wird, bis ein erster Druck (P1) erreicht ist, <tb>b)<sep>dem Wärmeträger danach Wärme von ausserhalb des Kreislaufs entzogen wird, <tb>c)<sep>ein erster Teil (W1) des Wärmeträgers von dem ersten Druck (P1) bis auf einen dritten Druck (P3) entspannt wird, <tb>d)<sep>dem ersten Teil (W1) des Wärmeträgers danach beim dritten Druck (P3) Wärme von ausserhalb des Kreislaufs zugeführt wird, <tb>e)<sep>Teile W2.1, W2.2... W2.Ndes Wärmeträgers von dem ersten Druck (P1) bis auf die Drucke P2.1, P2.2... F2.N entspannt werden, wobei P1 > P2.1 > P2.2> ... > P2.N > P3 ist; <tb>f)<sep>den Teilen W2.1, W2.2 ... W2.Ndes Wärmeträgers bei den Drücken P2.1, P2.2 ... P2.N Wärme von ausserhalb des Kreislaufs zugeführt wird, und <tb>g)<sep>die Teile W2.1, W2.2 ... W2.Ndes Wärmeträgers und der erste Teil (W1) danach vereinigt werden.Accordingly, a said method may be advantageous if <tb> a) <sep> the heat transfer medium is compressed until a first pressure (P1) is reached, <tb> b) <sep> heat is then removed from outside the circuit, <tb> c) <sep> a first part (W1) of the heat carrier is expanded from the first pressure (P1) to a third pressure (P3), <tb> d) <sep> heat is then supplied to the first part (W1) of the heat carrier at the third pressure (P3) from outside the circuit, <tb> e) <sep> parts W2.1, W2.2 ... W2.Ndes the heat carrier from the first pressure (P1) to the pressures P2.1, P2.2 ... F2.N be relaxed, where P1> P2.1> P2.2> ...> P2.N> P3; <tb> f) <sep> is supplied to the parts W2.1, W2.2 ... W2.Nthe heat carrier at the pressures P2.1, P2.2 ... P2.N heat from outside the circuit, and <tb> g) <sep> the parts W2.1, W2.2 ... W2.N of the heat carrier and the first part (W1) are then combined.

[0037] Jedem Teil. W2.N ist dabei ein Druck P2.Nzugeordnet, auf welchen der genannte Teil entspannt wird (W2.1 ist P2.1 zugeordnet; W2.2 ist P2.2 zugeordnet etc.). «N» ist eine ganze Zahl, vorzugsweise zwischen 2 und 20, insbesondere 2, 3,4, 5, 6 oder 7. Natürlich können auch hier die Teile des Wärmeträgers einzeln oder gemeinsam entspannt werden, wie es weiter oben für den ersten und den zweiten Teil beschrieben wurde. Vor der Vereinigung der Teile kann dann - wie weiter unten beschrieben - eine Anpassung der Drücke stattfinden. Each part. W2.N is assigned a pressure P2.N, to which the said part is relaxed (W2.1 is assigned to P2.1, W2.2 is assigned to P2.2, etc.). "N" is an integer, preferably between 2 and 20, in particular 2, 3,4, 5, 6 or 7. Of course, also here, the parts of the heat carrier can be relaxed individually or together, as described above for the first and the second part has been described. Before the union of the parts can then - as described below - take place an adaptation of the pressures.

[0038] Die Teile W2.1, W2.2 ... W2.Nsind als Ausgestaltungsvarianten des weiter oben beschriebenen «zweiten Teils» des Wärmeträgers zu verstehen und die Drücke P2.1, P2.2... P2.N sind als Ausgestaltungsvarianten des weiter oben erwähnten «zweiten Drucks» zu verstehen. Entsprechend sind die im Zusammenhang mit dem zweiten Teil oder dem zweiten Druck beschriebenen Merkmale auch auf die Ausgestaltungsvarianten anwendbar. The parts W2.1, W2.2 ... W2.N are to be understood as design variants of the "second part" of the heat carrier described above and the pressures P2.1, P2.2... P2.N are as Embodiment variants of the above-mentioned "second pressure" to understand. Accordingly, the features described in connection with the second part or the second pressure are also applicable to the design variants.

[0039] Die zweite Zweigleitung mündet mit Vorteil stromaufwärts des ersten Wärmetauschers und stromabwärts des zweiten Wärmetauschers in den Kreislauf und/ oder sie mündet in denjenigen Abschnitt des Kreislaufs, der den Hauptstrom zwischen dem ersten und dem zweiten Wärmetauscher führt. Der zweite Teil des Wärmeträgers wird also mit Vorzug unter Umgehung des zweiten Wärmetauschers dem ersten Teil des Wärmeträgers wieder zugeführt. Dies kann auf verschiedene Arten geschehen. The second branch line advantageously opens upstream of the first heat exchanger and downstream of the second heat exchanger into the circuit and / or it opens into that section of the circuit which leads the main flow between the first and the second heat exchanger. The second part of the heat carrier is therefore preferably returned to the first part of the heat carrier, bypassing the second heat exchanger. This can be done in different ways.

[0040] Vorteilhafterweise findet vor der Vereinigung des ersten Teils mit dem zweiten Teil des Wärmeträgers eine Angleichung der Drücke statt, wobei der Druck des ersten Teils erhöht und/oder derjenige des zweiten Teils verringert werden kann, bevor die beiden Teile zusammengeführt werden. Nach der Vereinigung kann eine weitere Druckerhöhung stattfinden. Besonders bevorzugt ist es, den Druck beider Teile getrennt voneinander unterschiedlich stark zu erhöhen, um die Drücke einander anzunähern. Wenn mehr als ein Modul vorgesehen ist, kann die Druckangleichung für die Teile W2.1, W2.2... W2.N analog erfolgen. Advantageously, before the union of the first part with the second part of the heat carrier, an equalization of the pressures takes place, whereby the pressure of the first part can be increased and / or that of the second part can be reduced before the two parts are brought together. After unification, a further pressure increase can take place. It is particularly preferred to increase the pressure of the two parts separately from one another to different degrees in order to bring the pressures closer to one another. If more than one module is provided, the pressure equalization for the parts W2.1, W2.2 ... W2.N can be carried out analogously.

[0041] Die Wärmepumpe kann auch zum Kühlen verwendet werden, denn die externe Quelle von Wärme wird bei der Zuführung von Wärme im Economizer gekühlt. Die Wärmepumpe kann somit z.B. zur Kühlung von Wasser eingesetzt werden. The heat pump can also be used for cooling, because the external source of heat is cooled in the supply of heat in the economizer. The heat pump can thus e.g. be used for cooling water.

[0042] Allgemein ist zu sagen, dass das genannte Verfahren als Verfahrensschritte die Verwendung einer oder mehrerer der in diesem Dokument genannten bevorzugten Merkmale der erfindungsgemässen Vorrichtung (oder die durch diese Merkmale ermöglichten Funktionen) umfassen kann. Auch kann die Wärmepumpe Mittel aufweisen, die eine oder mehrere der im Dokument genannten Verfahrensschritte durchführen können. Generally speaking, said method as method steps may include the use of one or more mentioned in this document preferred features of the inventive device (or the functions enabled by these features). Also, the heat pump may comprise means which can perform one or more of the process steps mentioned in the document.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

[0043] Es zeigen in schematischer, nicht massstabsgetreuer Darstellung: <tb>Fig. 1<sep>eine Kältemaschine wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist; <tb>Fig. 2<sep>ein Druck-Enthalpie-Diagramm für eine Kältemaschine gemäss Fig. 1; <tb>Fig. 3<sep>eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Wärmepumpe (offene Version mit Behälter); <tb>Fig. 4<sep>ein Druck-Enthalpie-Diagramm für eine Wärmepumpe gemäss Fig. 3; <tb>Fig. 5a<sep>eine Ausführungsform analog zu Fig. 3, bei der ein Teil des Wärmeträgers vor der Vereinigung mit dem Rest des Wärmeträgers komprimiert wird; <tb>Fig. 5b<sep>eine Ausführungsform analog zu Fig. 3, bei der ein Teil des Wärmeträgers vor der Vereinigung mit dem Rest des Wärmeträgers entspannt wird; <tb>Fig. 5c<sep>eine Ausführungsform analog zu Fig. 3bei der die beiden Teile des Wärmeträgers getrennt voneinander verdichtet und anschliessend zusammengeführt werden; und <tb>Fig. 6a-c<sep>Ausführungsformen analog zu den Fig. 5a-c, wobei der Verzweigungspunkt stromabwärts des Economizers angeordnet ist und der zweite Teil des Wärmeträgers ein zweites Mal entspannt und dann zurück in den Economizer geführt wird; <tb>Fig. 7<sep>eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Wärmepumpe (geschlossene Version); <tb>Fig. 8<sep>eine Wärmepumpe analog zu Fig. 3in mehrstufiger Ausführung; <tb>Fig. 9a-c<sep>unterschiedliche Varianten der Zuführung analog zu den Fig. 5a-c, jedoch basierend auf der geschlossenen Ausführungsform gemäss Fig. 7. <tb>Fig. 10<sep>ein Anwendungsbeispiel, bei dem eine erfindungsgemässe Wärmepumpe als Gebäudeheizung zum Einsatz kommt;In a schematic, not true to scale representation: <Tb> FIG. 1 <sep> a refrigeration machine as known from the prior art; <Tb> FIG. 2 <sep> is a pressure-enthalpy diagram for a refrigerating machine according to FIG. 1; <Tb> FIG. 3 <sep> an embodiment of the heat pump according to the invention (open version with container); <Tb> FIG. 4 is a pressure-enthalpy diagram for a heat pump according to FIG. 3; <Tb> FIG. 5a shows an embodiment analogous to FIG. 3, in which a part of the heat carrier is compressed before being combined with the remainder of the heat carrier; <Tb> FIG. FIG. 5b shows an embodiment analogous to FIG. 3, in which a part of the heat carrier is expanded before being combined with the remainder of the heat carrier; FIG. <Tb> FIG. 5c <sep> an embodiment analogous to FIG. 3 in which the two parts of the heat carrier are compressed separately from one another and subsequently brought together; and <Tb> FIG. 6a-c <sep> Embodiments analogous to Figures 5a-c, wherein the branch point is located downstream of the economizer and the second part of the heat carrier is relaxed a second time and then fed back into the economizer; <Tb> FIG. 7 <sep> an embodiment of the heat pump according to the invention (closed version); <Tb> FIG. 8 <sep> a heat pump analogous to FIG. 3 in a multi-stage design; <Tb> FIG. 9a-c <sep> different variants of the feed analogous to FIGS. 5a-c, but based on the closed embodiment according to FIG. 7. <Tb> FIG. 10 <sep> an application example in which a heat pump according to the invention is used as building heating;

Ausführung der ErfindungEmbodiment of the invention

[0044] Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft erläutert. The invention will be explained by way of example with reference to the drawings.

[0045] Fig. 1 zeigt eine Wärmepumpe wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, während Fig. 2 den Prozess anhand eines Druck-Enthalpie-Diagramms illustriert, wobei die umkreisten Nummern in Fig. 1denjenigen in Fig. 2entsprechen. Bei der in Fig. 1 gezeigten Maschine handelt es sich um ein Kühlsystem wie es beispielsweise in der WO 2008/105868 beschrieben wird. Ein Wärmeträger bzw. ein Kühlmittel wird in einem Kreisprozess verdichtet, abgekühlt, entspannt und wieder erwärmt. Die Verdichtung erfolgt mittels Kompressoren 13, wobei der Wärmeträger durch die vom Kompressor 13 verrichtete mechanische Arbeit gleichzeitig eine leichte Erhöhung der spezifischen Enthalpie erfährt. Anschliessend wird der Wärmeträger durch einen Kondensator oder allgemein einen Wärmetauscher 19 geleitet, wo er Wärme nach aussen abgibt und somit eine Verringerung seiner spezifischen Enthalpie erfährt. Der Wärmeträger wird sodann durch einen Economizer in Form eines Wärmetauschers 29 geleitet, wo seine Temperatur weiter gesenkt wird. Zu diesem Zweck wird vorgängig durch eine Druckverminderung in einer ersten Expansionsstufe 15 ein abgezweigter Teil des Wärmeträgers entspannt und dadurch abgekühlt, bevor er im Gleichstrom durch den Wärmetauscher 29 geleitet wird, wo er Wärme aus dem Hauptstrom aufnimmt und seine spezifische Enthalpie erhöht wird. Der Hauptstrom wird in einer zweiten Expansionsstufe 17 auf einen tieferen Druck dekomprimiert und somit weiter gekühlt, bevor er in einem zweiten Wärmetauscher 21 Wärme von aussen aufnehmen und so die Umgebung kühlen kann. Der abgezweigte Teil wird nach Durchlaufen des Wärmetauschers 29 wieder mit dem Rest des Wärmeträgers vereinigt, dessen Druck zuvor mittels eines Kompressors 13 entsprechend erhöht worden ist. Anschliessend wird der Wärmeträger wiederum verdichtet, d.h. der Kreislauf beginnt von Neuem. Fig. 1 shows a heat pump as known from the prior art, while Fig. 2 illustrates the process on the basis of a pressure-enthalpy diagram, wherein the circled numbers in Fig. 1 correspond to those in Fig. 2. In the machine shown in Fig. 1 is a cooling system as described for example in WO 2008/105868. A heat transfer medium or a coolant is compressed in a cyclic process, cooled, relaxed and reheated. The compression takes place by means of compressors 13, wherein the heat transfer medium simultaneously experiences a slight increase in the specific enthalpy due to the mechanical work performed by the compressor 13. Subsequently, the heat transfer medium is passed through a condenser or generally a heat exchanger 19, where it releases heat to the outside and thus experiences a reduction of its specific enthalpy. The heat carrier is then passed through an economizer in the form of a heat exchanger 29, where its temperature is further lowered. For this purpose, a diverted portion of the heat carrier is previously expanded by a pressure reduction in a first expansion stage 15 and thereby cooled, before being passed in direct current through the heat exchanger 29, where it receives heat from the main stream and its specific enthalpy is increased. The main stream is decompressed in a second expansion stage 17 to a lower pressure and thus further cooled, before it can absorb heat in a second heat exchanger 21 from the outside and so cool the environment. The branched part is reunited after passing through the heat exchanger 29 with the rest of the heat carrier, the pressure has been previously increased by means of a compressor 13 accordingly. Subsequently, the heat carrier is again compressed, i. the cycle begins again.

[0046] Die Fig. 3 zeigt eine Ausrührungsform der erfindungsgemässen Wärmepumpe und Fig. 4 illustriert die Vorgänge anhand eines Druck-Enthalpie-Diagramms. Der Unterschied dieses Wärmetauschers gegenüber dem in Fig. 1 dargestellten besteht in der Ausgestaltung des Economizers 23. Der Wärmeträger wird auch hier nach der Wärmeabgabe im ersten Wärmetauscher 19 dem Economizer 23 zugeführt. Dies geschieht über eine Zuleitung 33, wobei der Wärmeträger jedoch zuvor gesamthaft in einer ersten Expansionsstufe 15 auf einen niedrigeren Druck entspannt wird und abkühlt. Im Gegensatz zu Fig. 1besteht der Economizer 23 nicht aus einem einfachen Wärmetauscher, sondern er weist Mittel auf, die die Zuführung von Wärme von ausserhalb des Kreislaufs erlauben. Im vorliegenden Fall ist dies ein Wärmetauscher 25, der dem Wärmeträger z.B. Abwärme aus anderen Prozessen (Solaranlagen, Gebäudelüftungen etc.) zuführt. Es findet also nicht nur ein Austausch von Wärme innerhalb des Kreislaufs (d.h. zwischen zwei Stoffströmen des Kreislaufs selbst) statt. Der Prozess sieht vielmehr die Zuführung von Wärme von aussen auf zwei unterschiedlichen Temperaturniveaus vor, d.h. einerseits - wie aus dem Stand der Technik bekannt - im zweiten Wärmetauscher 21, andererseits aber auch im Economizer 23, wo vorzugsweise eine Zuführung von Wärme auf einem höheren Temperaturniveau als im zweiten Wärmetauscher 21 stattfindet. Die Fig. 3 zeigt eine offene Version der Wärmepumpe 11, bei der der Economizer 23 die Form eines Behälters hat, in welchen der Wärmeträger gesamthaft zugeführt wird. Die Behälterform erlaubt es, dass der Wärmeträger sein Flüssigkeitsvolumen an die Temperaturverhältnisse anpassen kann. Der Economizer 23 bietet dem flüssigen Teil des Wärmeträgers also Platz, sich auszudehnen und zusammenzuziehen (Phasenübergang und Volumenänderung) und somit ein maximales und ein minimales Flüssigkeitsvolumen im Behälter einzunehmen. Der Wärmetauscher 25 muss unterhalb einer durch das minimale Flüssigkeitsvolumen definierten Füllhöhe des Behälters angeordnet sein, während der Behälter auch bei maximalem Flüssigkeitsvolumen Platz für den Wärmeträger bieten sollte. Eine Leitung 37 dient dazu, einen gasförmigen Teil (zweiter Teil) des Wärmeträgers aus dem Economizer 23 abzuzweigen, wobei dieser Teil aufgrund seines im Wesentlichen gasförmigen Zustands eine höhere spezifische Enthalpie aufweist, als der dem Economizer 23 durch die Leitung 35 entzogene Teil (erster Teil) des Wärmeträgers, welcher im Wesentlichen flüssig ist. Letzterer strömt durch die Leitung 35 zu einer zweiter Expansionsstufe 17, wo er weiter dekomprimiert wird und somit abkühlt bevor er in den zweiten Wärmetauscher 21 geleitet wird, um dort nochmals Wärme von aussen aufzunehmen. Die beiden Teile (erster/zweiter Teil) des Wärmeträgers werden analog zum Beispiel in Fig. 1wieder zusammengeführt. FIG. 3 shows an embodiment of the heat pump according to the invention, and FIG. 4 illustrates the processes on the basis of a pressure-enthalpy diagram. The difference of this heat exchanger compared to that shown in Fig. 1 consists in the design of the economizer 23. The heat transfer medium is supplied to the economizer 23 here after the heat release in the first heat exchanger 19. This is done via a supply line 33, wherein the heat transfer medium, however, is previously relaxed in total in a first expansion stage 15 to a lower pressure and cools. In contrast to Fig. 1, the economizer 23 does not consist of a simple heat exchanger, but it has means that allow the supply of heat from outside the circuit. In the present case, this is a heat exchanger 25, which is the heat transfer medium e.g. Waste heat from other processes (solar systems, building ventilation etc.) feeds. Thus, not only is there an exchange of heat within the cycle (i.e., between two streams of the cycle itself). Rather, the process provides for the delivery of heat from outside to two different temperature levels, i. on the one hand - as known from the prior art - in the second heat exchanger 21, on the other hand, but also in the economizer 23, where preferably takes place a supply of heat at a higher temperature level than in the second heat exchanger 21. Fig. 3 shows an open version of the heat pump 11, in which the economizer 23 has the shape of a container, in which the heat carrier is supplied in its entirety. The container shape allows the heat transfer medium to adjust its liquid volume to the temperature conditions. The economizer 23 thus provides space for the liquid part of the heat carrier to expand and contract (phase transition and volume change) and thus to assume a maximum and a minimum volume of liquid in the container. The heat exchanger 25 must be arranged below a filling height of the container defined by the minimum liquid volume, while the container should also provide space for the heat carrier, even at maximum liquid volume. A line 37 serves to branch off a gaseous part (second part) of the heat carrier from the economizer 23, this part, due to its substantially gaseous state, having a higher specific enthalpy than the part removed from the economizer 23 by the line 35 (first part ) of the heat carrier, which is substantially liquid. The latter flows through the line 35 to a second expansion stage 17, where it is further decompressed and thus cooled before it is passed into the second heat exchanger 21, to receive there again heat from the outside. The two parts (first / second part) of the heat carrier are merged analogously to the example in Fig. 1 again.

[0047] Wie aus den Fig. 5a, 5b und 5c hervorgeht, kann der zweite Teil des Wärmeträgers, welcher den Economizer über die Leitung 37 verlässt, dem Kreislauf bzw. dem Hauptstrom des Wärmeträgers stromabwärts an verschiedenen Stellen wieder zugeführt werden. Vorteilhafterweise findet vor der Vereinigung des ersten Teils mit dem zweiten Teil des Wärmeträgers eine Angleichung der Drücke statt, wobei der Druck des ersten Teils erhöht (Fig. 5a) und/oder derjenige des zweiten Teils verringert (Fig. 5b) werden kann, bevor die beiden Teile zusammengeführt werden. Nach der Vereinigung kann eine weitere Druckerhöhung stattfinden. Es besteht aber auch die Möglichkeit, den Druck beider Teile getrennt voneinander unterschiedlich stark zu erhöhen (Fig. 5c) um sie einander anzunähern. In Fig. 5a werden der erste Teil und der zweite Teil des Wärmeträgers im Kompressor 13 stromabwärts des zweiten Wärmetauschers 21 zusammengeführt. Im Prinzip entspricht dies der Anordnung welche durch gestrichelte Linien angedeutet ist, d.h. der Druck im ersten Teil des Wärmeträgers wird vor der Zusammenführung der beiden Teile in einem ersten Kompressor 13 bzw. einer ersten Kompressionsstufe erhöht. Nach der Vereinigung der beiden Teile wird der Wärmeträger durch einen zweiten Kompressor 13 bzw. eine zweite Kompressionsstufe weiter verdichtet, bevor er in den ersten Wärmetauscher 19 geleitet wird. Fig. 5bzeigt eine Variante, bei der der zweite Teil des Wärmeträgers über die Leitung 37 aus dem Economizer 23 abgezogen und anschliessend entspannt wird. Die Leitung 37 mündet stromabwärts des zweiten Wärmetauschers 21 in den Kreislauf und führt den zweiten Teil des Wärmeträgers nach Durchlaufen einer Expansionsstufe (z.B. Expansionsventil oder Expander) dem ersten Teil des Wärmeträgers zu. Anschliessend wird der Wärmeträger in einem Kompressor 13 verdichtet bevor er dem ersten Wärmetauscher 19 zugeleitet wird. Fig. 5c beschreibt eine Ausführungsform, bei der der erste Teil und der zweite Teil des Wärmeträgers getrennt voneinander jeweils einen Kompressor 13 durchlaufen, wobei der zweite Teil weniger stark verdichtet werden muss, da sein Druck höher ist, weil er die zweite Expansionsstufe 17 nicht passiert hat. Die Zusammenführung der beiden Teile des Wärmeträgers findet stromabwärts der beiden Kompressoren 13 und vor Eintritt in den ersten Wärmetauscher 19 statt. As can be seen from FIGS. 5a, 5b and 5c, the second part of the heat carrier, which leaves the economizer via the line 37, can be fed back to the circulation or the main flow of the heat carrier at different points downstream. Advantageously, before the union of the first part with the second part of the heat carrier, the pressures are equalized, whereby the pressure of the first part increases (FIG. 5a) and / or that of the second part can be reduced (FIG two parts are merged. After unification, a further pressure increase can take place. However, it is also possible to increase the pressure of both parts separately from each other to different degrees (FIG. 5c) in order to approximate them. In Fig. 5a, the first part and the second part of the heat carrier in the compressor 13 are brought together downstream of the second heat exchanger 21. In principle this corresponds to the arrangement indicated by dashed lines, i. the pressure in the first part of the heat carrier is increased before the merging of the two parts in a first compressor 13 and a first compression stage. After the union of the two parts of the heat transfer medium is further compressed by a second compressor 13 and a second compression stage, before being passed into the first heat exchanger 19. Fig. 5b shows a variant in which the second part of the heat carrier is withdrawn via the line 37 from the economizer 23 and then relaxed. The conduit 37 enters the circuit downstream of the second heat exchanger 21 and supplies the second part of the heat carrier to the first part of the heat carrier after passing through an expansion stage (e.g., expansion valve or expander). Subsequently, the heat carrier is compressed in a compressor 13 before it is fed to the first heat exchanger 19. Fig. 5c describes an embodiment in which the first part and the second part of the heat carrier separated from each other through a compressor 13, wherein the second part must be less compressed, since its pressure is higher because it does not pass the second expansion stage 17 Has. The merging of the two parts of the heat carrier takes place downstream of the two compressors 13 and before entry into the first heat exchanger 19.

[0048] Die Fig. 6a bis 6c zeigen eine Ausführungsform der Wärmepumpe 11, bei der der Wärmeträger dem Economizer 23 gesamthaft über die Zuleitung 33 zugeführt wird, nachdem er in der ersten Expansionsstufe 15 entspannt wurde. Im Economizer 23 nimmt der Wärmeträger Wärme über den Wärmetauscher 25 von ausserhalb des Kreislaufs auf. Der Verzweigungspunkt 34, also der Ort, an dem der Wärmeträger in zwei Ströme (erster/zweiter Teil) aufgeteilt wird, liegt hier nicht im Economizer 23, sondern stromabwärts davon. Von dort wird der zweite Teil einer weiteren Expansionsstufe 16 zugeleitet, kühlt ab und wird dann über die Zweigleitung 37 dem Economizer 23 zugeführt, wo er über einen Wärmetauscher 29 Wärme mit dem über Leitung 33 zugeführten Gesamtstrom des Wärmeträgers austauscht. Das heisst, der zweite Teil durchläuft den Economizer 23 pro Zyklus zwei Mal. Einerseits zusammen mit dem ersten Teil als Gesamtstrom des Wärmeträgers und ein zweites Mal als separater Stoffstrom, um über einen Wärmetauscher 29 mit dem Gesamtstrom Wärme auszutauschen. Analog zu den Fig. 5a bis 5c zeigen die Fig. 6a bis 6cunterschiedliche Varianten wie der erste und der zweite Teil des Wärmeträgers stromabwärts des zweiten Wärmetauschers 21 vereinigt werden können. Der wesentliche Vorteil der Ausführungsformen gemäss den Fig. 6a bis 6cgegenüber denjenigen aus Fig. 5a bis 5cliegt in der Ölführung. Denn der zweite Teil des Wärmeträgers verlässt den Economizer 23 hier in flüssigem Zustand. Somit verbleibt ein im Wärmeträger mitgeführtes Schmiermittel (z.B. Öl) im Wärmeträger und steht für die Schmierung des Kompressors 13 zur Verfügung. Im Gegensatz dazu findet in den Beispielen gemäss den Fig. 5abis 5cdurch das Verdampfen des Wärmeträgers im Economizer eine Trennung statt. 6a to 6c show an embodiment of the heat pump 11, in which the heat transfer medium is supplied to the economizer 23 in total via the supply line 33, after it has been expanded in the first expansion stage 15. In the economizer 23, the heat transfer medium absorbs heat via the heat exchanger 25 from outside the circuit. The branching point 34, ie the location at which the heat transfer medium is divided into two streams (first / second part), does not lie here in the economizer 23, but downstream thereof. From there, the second part of a further expansion stage 16 is supplied, cools and is then supplied via the branch line 37 to the economizer 23, where it exchanges heat via a heat exchanger 29 with the line 33 supplied total flow of the heat carrier. That is, the second part passes through the economizer 23 twice per cycle. On the one hand, together with the first part as a total flow of the heat carrier and a second time as a separate material flow to exchange heat with the total flow via a heat exchanger 29. Analogous to FIGS. 5 a to 5 c, FIGS. 6 a to 6 c show different variants of how the first and the second part of the heat carrier downstream of the second heat exchanger 21 can be combined. The essential advantage of the embodiments according to FIGS. 6a to 6c compared to those of FIGS. 5a to 5c lies in the oil guide. Because the second part of the heat carrier leaves the economizer 23 here in the liquid state. Thus, a lubricant (e.g., oil) carried in the heat carrier remains in the heat carrier and is available for lubrication of the compressor 13. In contrast, in the examples according to FIGS. 5abis 5c, a separation takes place due to the evaporation of the heat carrier in the economizer.

[0049] Die Fig. 7 zeigt eine geschlossene Version der Wärmepumpe 11. Der Economizer 23 ist hier nicht in Form eines Behälters ausgebildet, sondern als zwei (vorzugsweise voneinander getrennte) Wärmetauscher 25 und 29. Der eine Wärmetauscher 29 übernimmt die Funktion eines Economizers wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist. Der andere Wärmetauscher 25 führt dem zweiten Teil des Wärmeträgers Wärme von ausserhalb des Kreislaufs zu. Der Verzweigungspunkt 34, liegt hier im Unterschied zu Fig. 6a bis 6cstromaufwärts des Economizers 23 (d.h. in Bezug auf beide Zweigleitungen 35 und 37). Von dort wird der zweite Teil des Wärmeträgers der ersten Expansionsstufe 15 zugeleitet, kühlt ab und wird dann über die zweite Zweigleitung 37 dem Economizer 23 zugeführt, wo er über einen Wärmetauscher 29 Wärme mit dem über die erste Zweigleitung 35 zugeführten ersten Teil des Wärmeträgers austauscht. Nach dem Durchlaufen des Wärmetauschers 29 findet die Zuführung von Wärme zum zweiten Teil des Wärmeträgers mittels eines Wärmetauschers 25 statt. Fig. 7 shows a closed version of the heat pump 11. The economizer 23 is not formed here in the form of a container, but as two (preferably separate) heat exchangers 25 and 29. The one heat exchanger 29 assumes the function of an economizer such he is known from the prior art. The other heat exchanger 25 supplies heat to the second part of the heat carrier from outside the circuit. The branching point 34, unlike in Figures 6a to 6c, lies upstream of the economizer 23 (i.e., with respect to both branch lines 35 and 37). From there, the second part of the heat carrier of the first expansion stage 15 is supplied, cools and is then supplied via the second branch line 37 to the economizer 23, where it exchanges heat via a heat exchanger 29 with the first branch line 35 supplied to the first part of the heat carrier. After passing through the heat exchanger 29, the supply of heat to the second part of the heat carrier takes place by means of a heat exchanger 25.

[0050] Fig. 8 stellt eine Wärmepumpe mit mehreren sich wiederholenden Einheiten dar, welche als Module 24 bezeichnet werden. Ein Modul 24 ist mittels einer gestrichelten Linie gekennzeichnet. Alle Module 24 sind in Bezug auf den Hauptstrom stromaufwärts der zweiten Expansionsstufe 17 angeordnet (obwohl auch denkbar ist, dass jedes Modul eine zweite Expansionsstufe 17 aufweist) und jedes Modul 24 weist jeweils einen Economizer 23, und eine erste Expansionsstufe 15 auf. Weiterhin ist pro Modul 24 ein Verzweigungspunkt 34 vorhanden (hier innerhalb des behälterförmigen Economizers 23), an dem der Wärmeträger in einen ersten Teil und einen zweiten Teil getrennt wird, sowie eine erste Zweigleitung 35 für den ersten Teil des Wärmeträgers, welche stromabwärts des Verzweigungspunkts 34 angeordnet ist und eine zweite Zweigleitung 37 für den zweiten Teil des Wärmeträgers, welche stromabwärts der ersten Expansionsstufe 15 und stromabwärts des Verzweigungspunkts 34 angeordnet ist. Darüber hinaus ist für jedes Modul 24 eine mit dem Economizer 23 verbundene Leitung (je nach Bauart 33 oder 37; hier 33) vorgesehen, welche dem Economizer 23 zumindest den zweiten Teil des Wärmeträgers zuführt. Die genannte Leitung (33 oder 37) ist stromabwärts der ersten Expansionsstufe 15 angeordnet, denn zumindest der entspannte und damit gekühlte zweite Teil des Wärmeträgers wird in den Economizer 23 geleitet um dort Wärme aus Quellen von ausserhalb des Kreislaufs aufzunehmen, hier über die Wärmetauscher 25. Wenn der Gesamtstrom des Wärmeträgers in der ersten Expansionsstufe 15 entspannt wird, bevor er in den Economizer 23 geleitet wird, so entspricht die genannte Leitung der Zuleitung 33 (vgl. Fig. 3, 5abis 5c, 8,10 und 11). Findet jedoch vor der Entspannung in der ersten Expansionsstufe 15 eine Trennung des Wärmeträgers statt, wobei nur der zweite Teil des Wärmeträgers die erste Expansionsstufe 15 durchläuft, so entspricht die genannte Leitung der Zweigleitung 37 (Fig. 7 und 9abis 9c). Dem Economizer 23 des ersten Moduls 24, welcher stromabwärts des ersten Wärmetauschers 19 angeordnet ist, fliesst beim gezeigten mehrstufigen Modell durch seine Zuleitung 33 (je nach Ausgestaltung des Economizers 23) gegebenenfalls noch der Gesamtstrom des Wärmeträgers zu. Da in jedem Modul ein hier als «zweiter Teil» bezeichneter Anteil des Wärmeträgers über eine Zweigleitung 37 abgetrennt wird, verkleinert sich der Strom des Wärmeträgers natürlich. Die Zuleitung 33 der nachfolgenden Stufe transportiert jeweils nur den hier als «ersten Teil» bezeichneten Anteil des Wärmeträgers aus dem vorangehenden Modul. Mit anderen Worten, die Zuleitung 33 des jeweils nachfolgenden Moduls entspricht der Zweigleitung 35 des vorangehenden Moduls 24 bzw. geht in diese über. In jedem Modul wird über ein oder mehrere Wärmetauscher 25 Wärme zugeführt, vorzugsweise auf unterschiedlichen Temperaturniveaus. Die abgeführten «zweiten Teile» des Wärmeträgers verlassen die jeweiligen Module 24 mit Vorteil bei unterschiedlichen Drücken. Der Wärmepumpe 11 kann die anfallende Wärme aus anderen Prozessen, d.h. beispielsweise Abwärme aus verschiedenen Quellen, auf der passenden Temperaturstufe bzw. Druckstufe zugeführt werden. FIG. 8 illustrates a heat pump having a plurality of repeating units, referred to as modules 24. A module 24 is indicated by a dashed line. All of the modules 24 are located upstream of the second expansion stage 17 with respect to the main flow (although it is also conceivable that each module has a second expansion stage 17) and each module 24 has an economizer 23 and a first expansion stage 15, respectively. Furthermore, a branch point 34 is present per module 24 (here within the container-shaped economizer 23), at which the heat carrier is separated into a first part and a second part, and a first branch line 35 for the first part of the heat carrier, which downstream of the branch point 34th is arranged and a second branch line 37 for the second part of the heat carrier, which is arranged downstream of the first expansion stage 15 and downstream of the branch point 34. In addition, for each module 24 there is provided a line (depending on the design 33 or 37, here 33) connected to the economizer 23, which feeds the economizer 23 at least the second part of the heat carrier. Said line (33 or 37) is arranged downstream of the first expansion stage 15, because at least the relaxed and thus cooled second part of the heat carrier is passed into the economizer 23 to receive heat from sources outside of the circuit, here via the heat exchanger 25. If the total flow of the heat carrier in the first expansion stage 15 is expanded before it is conducted into the economizer 23, then the said conduit corresponds to the feed line 33 (see Figures 3, 5abis 5c, 8, 10 and 11). However, if a separation of the heat carrier takes place before the expansion in the first expansion stage 15, with only the second part of the heat carrier passing through the first expansion stage 15, then the said conduit corresponds to the branch line 37 (FIGS. 7 and 9abis 9c). The economizer 23 of the first module 24, which is arranged downstream of the first heat exchanger 19, flows in the multi-stage model shown by its supply line 33 (depending on the configuration of the economizer 23) if necessary, the total flow of the heat carrier. Since in each module a portion of the heat carrier referred to here as "second part" is separated via a branch line 37, the flow of the heat carrier naturally decreases. In each case, the supply line 33 of the subsequent stage transports only the portion of the heat carrier from the preceding module, referred to here as the "first part". In other words, the supply line 33 of the respective subsequent module corresponds to the branch line 35 of the preceding module 24 or merges into it. In each module, heat is supplied via one or more heat exchangers 25, preferably at different temperature levels. The discharged "second parts" of the heat carrier leave the respective modules 24 with advantage at different pressures. The heat pump 11 can recover the accumulated heat from other processes, i. For example, waste heat from various sources, are fed to the appropriate temperature level or pressure level.

[0051] Die Fig. 9a bis 9c zeigen analog zu den Fig. 5a bis 5c unterschiedliche Varianten wie der erste und der zweite Teil des Wärmeträgers vereinigt werden können, wobei als Grundlage eine Wärmepumpe gemäss Fig. 7 dient. FIGS. 9a to 9c show, analogously to FIGS. 5a to 5c, different variants of how the first and the second part of the heat carrier can be combined, the basis being a heat pump according to FIG.

[0052] Fig. 10 zeigt ein Anwendungsbeispiel bei dem die Wärmepumpe 11 in einem Gebäude zum Einsatz kommt. Die Wärmepumpe 11 entspricht weitestgehend der in Fig. 3 gezeigten, obwohl im vorliegenden Beispiel nur ein Kompressor 13 verwendet wird. Sie dient der Beheizung des Gebäudes über eine Raumheizung 19 unter Nutzung von Abwärme aus anderen Prozessen. Einerseits ist dies die Abwärme aus einem Solarkollektor 55 und andererseits diejenige aus einer kontrollierten Wohnungslüftung 57. Der Solarkollektor 55 und die Wohnungslüftung 57 stehen jeweils mit einem Wärmetauscher 25 bzw. 27 in Kontakt, die im Economizer 23 angeordnet sind und dort dem Wärmeträger Wärme zuführen. Der Wärmeträger durchläuft also den Kompressor 13, gibt anschliessend in der kontrollierten Wohnungslüftung 57 und darauffolgend in einer Raumheizung 19 Wärme ab, bevor er in den Economizer 23 eintritt. Dort wird ihm - wie oben beschrieben - Abwärme aus einem Solarkollektor 55 und der kontrollierten Wohnungslüftung 57 zugeführt. Darauffolgend wird ein erster Teil des Wärmeträgers über die Leitung 35 aus dem Economizer 23 abgezogen, in einem Expansionsventil 17 entspannt (wobei er abkühlt) und nimmt jenseits der Gebäudewand 61 in einem Wärmetauscher 21 (Kondensator) Wärme aus der Umgebung auf. Ein zweiter Teil verlässt den Economizer 23 über die Leitung 37 und wird im Bereich des Kompressors 13 mit dem ersten Teil vereinigt. Wie aus Fig. 10 ersichtlich ist, kann die Wärme zusätzlich beim Betrieb eines Wasserspeichers 59 genutzt werden. Fig. 10 shows an application example in which the heat pump 11 is used in a building. The heat pump 11 largely corresponds to that shown in Fig. 3, although in the present example, only one compressor 13 is used. It serves to heat the building via a space heater 19 using waste heat from other processes. On the one hand, this is the waste heat from a solar collector 55 and on the other hand that from a controlled residential ventilation 57. The solar collector 55 and the apartment ventilation 57 are each in contact with a heat exchanger 25 and 27, which are arranged in the economizer 23 and there heat the heat transfer. The heat transfer medium thus passes through the compressor 13, then gives off heat in the controlled domestic ventilation 57 and subsequently in a space heater 19 before it enters the economizer 23. There it is - as described above - waste heat from a solar collector 55 and the controlled apartment ventilation 57 supplied. Subsequently, a first part of the heat carrier is withdrawn via the line 35 from the economizer 23, expanded in an expansion valve 17 (where it cools) and takes on the outside of the building wall 61 in a heat exchanger 21 (condenser) heat from the environment. A second part leaves the economizer 23 via the line 37 and is combined in the region of the compressor 13 with the first part. As can be seen from FIG. 10, the heat can additionally be used during operation of a water reservoir 59.

Bezugszeichenliste:LIST OF REFERENCE NUMBERS

[0053] <tb>11<sep>Wärmepumpe <tb>13<sep>Kompressor <tb>15<sep>erste Expansionsstufe/erstes Expansionsventil <tb>16<sep>Expansionsstufe/Expansionsventil <tb>17<sep>zweite Expansionsstufe/zweites Expansionsventil <tb>19<sep>erster Wärmetauscher/Kondensator/Raumheizung <tb>21<sep>zweiter Wärmetauscher/Verdampfer <tb>23<sep>Vorrichtung für die Zuführung von Wärme/Economizer <tb>24<sep>Modul <tb>25<sep>Wärmetauscher (Wärmezuführung von aussen) <tb>27<sep>Wärmetauscher (Wärmezuführung von aussen) <tb>29<sep>Wärmetauscher (Wärmetausch zwischen Teilströmen) <tb>33<sep>Zuleitung für den Wärmeträger <tb>34<sep>Verzweigungspunkt <tb>35<sep>erste Zweigleitung für den ersten Teil des Wärmeträgers/Ableitung <tb>37<sep>zweite Zweigleitung für den zweiten Teil des Wärmeträgers/Ableitung <tb>51<sep>Wärmetauscher <tb>53<sep>Wärmetauscher <tb>55<sep>Quelle von Abwärme/Solarkollektor <tb>57<sep>Quelle von Abwärme/Kontrollierte Wohnungslüftung <tb>58<sep>Quelle von Abwärme/Motor zum Antrieb des Kompressors <tb>59<sep>Speicher/Warmwasserspeicher <tb>61<sep>Gebäudewand[0053] <Tb> 11 <sep> heat pump <Tb> 13 <sep> Compressor <tb> 15 <sep> first expansion stage / first expansion valve <Tb> 16 <sep> expansion stage / expansion valve <tb> 17 <sep> second expansion stage / second expansion valve <tb> 19 <sep> first heat exchanger / condenser / space heating <tb> 21 <sep> second heat exchanger / evaporator <tb> 23 <sep> Device for supplying heat / economizer <Tb> 24 <sep> Module <tb> 25 <sep> heat exchanger (heat supply from outside) <tb> 27 <sep> heat exchanger (heat supply from outside) <tb> 29 <sep> Heat exchangers (heat exchange between partial flows) <tb> 33 <sep> supply line for the heat transfer medium <Tb> 34 <sep> branch point <tb> 35 <sep> first branch line for the first part of the heat transfer / discharge <tb> 37 <sep> second branch line for the second part of the heat transfer / discharge <Tb> 51 <sep> Heat Exchanger <Tb> 53 <sep> Heat Exchanger <tb> 55 <sep> Source of waste heat / solar collector <tb> 57 <sep> Source of waste heat / Controlled domestic ventilation <tb> 58 <sep> Source of waste heat / engine to drive the compressor <Tb> 59 <sep> Storage / hot water tank <Tb> 61 <sep> building wall

Claims

1. heat pump (11) with a circuit in which a heat transfer medium is performed, comprising a compressor (13) for compressing the heat carrier, a first heat exchanger (19), which is arranged downstream of the compressor (13), a first expansion stage (15) and a second expansion stage (17) for relaxing the heat carrier or parts thereof, which are arranged downstream of the first heat exchanger (19), a second heat exchanger (21) arranged downstream of the second expansion stage (17) and upstream of the compressor (13), characterized in that the heat pump (11) has a device (23) which can supply heat to the heat carrier or a part thereof from outside the circuit, wherein the device (23) downstream of the first heat exchanger (19) and upstream of the second heat exchanger ( 19) is arranged.

2. Heat pump according to claim 1, characterized in that it is in the device (23) is a container for receiving the heat carrier, which has a heat exchanger (25, 27), wherein the heat exchanger (25, 27) with a source of Heat (55, 57) is connected outside the circuit and is in contact with the heat carrier in the interior of the container (23).

3. Heat pump according to claim 1 or 2, characterized in that the device (23) is in communication with a source of heat, wherein - the source is a source of waste heat (55, 57) and / or - The source (55, 57) provides heat in a temperature range between minus 20 ° C and plus 50 ° C, preferably between 0 ° C and plus 40 ° C and in particular between 10 ° C and 25 ° C and / or - That at least two sources (55, 57) are provided which provide heat in different temperature ranges.

4. Heat pump according to one of claims 1 to 3, characterized in that the heat pump has a module (24), which is arranged upstream of the second expansion stage (17) and has at least the following components: the device (23), the first expansion stage (15), a branch point (34) at which the heat transfer medium is separated into a first part and a second part, a first branch line (35) for the first part of the heat carrier, which is arranged downstream of the branching point (34), - A second branch line (37) for the second part of the heat carrier, which is arranged downstream of the first expansion stage (15) and downstream of the branch point (34), - A connected to the device (23) supply line, at least for the second part of the heat carrier.

5. Heat pump according to claim 4, characterized in that the branch point (34) is part of the device (23) or with respect to the second branch line (37) downstream of the device (23) is arranged.

6. Heat pump according to claim 4, characterized in that the branch point (34) with respect to the second branch line (37) upstream of the device (23) is arranged.

7. Heat pump according to one of claims 4 to 6, characterized in that two, three or more modules (24) are provided, which are connected in series in the circuit, wherein the first branch line (35) of a module to a subsequent module supplies the heat carrier ,

8. Heat pump according to one of claims 4 to 7, characterized in that the second branch line (37) opens upstream of the first heat exchanger (19) and downstream of the second heat exchanger (21) in the circuit.

9. A method of operating a heat pump in which a heat transfer medium is circulated, wherein a) the heat transfer medium is compressed until a first pressure is reached, b) the heat transfer medium is then removed from outside the circulation heat, c) a first part of the heat carrier is expanded from the first pressure to a third pressure, d) the third part of the heat transfer medium is then supplied with heat from outside the circulation, e) a second part of the heat carrier is expanded from the first pressure to a second pressure, the second pressure being higher than the third pressure, characterized, f) that the second part of the heat carrier at the second pressure heat from outside the circuit is supplied, and g) that the second part and the first part are subsequently merged.

10. The method according to claim 9, characterized - That the supply of heat to the first part of the heat carrier according to step d) by contact of the first part of the heat carrier takes place with a first surface, - That the supply of heat to the second part of the heat carrier according to step f) takes place by contact of the second part of the heat carrier with a second surface, - That the second surface has a higher temperature than the first surface, whereby a pressure difference is produced, and - That the pressure of the heat carrier at the first surface by at least 0.1 bar, preferably at least 0.4 bar and more preferably at least 0.8 bar is lower than at the second surface.

11. The method according to any one of claims 9 or 10, characterized - That it is in the heat, which is supplied at step f) is waste heat from a process outside the circuit and / or - That the supply of heat in step f) takes place by contact of the heat carrier with a surface having a temperature ranging between minus 20 ° C and plus 50 ° C, preferably between 0 ° C and 40 ° C and in particular between 10 ° C and 25 ° C.

12. The method according to any one of claims 9 to 11, characterized - That the first part of the heat carrier is expanded together with the second part of the heat carrier from the first pressure to the second pressure, and - That thereafter the first part of the heat carrier and the second part of the heat carrier is supplied together with the second pressure heat from outside the circuit, and - That the heat transfer medium is then separated into the first and the second part and the first part of the heat carrier is expanded from the second pressure to the third pressure.