DE2461787A1

DE2461787A1 - Heat pump unit with multiple heat exchanger circulation device - has control devices attached before and after individual heat exchanges

Info

Publication number: DE2461787A1
Application number: DE19742461787
Authority: DE
Inventors: Peter Ing Grad Schmidt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-12-30
Filing date: 1974-12-30
Publication date: 1976-07-08

Abstract

A device incorporated into a heat pump unit in which a multiple circulation heast exchanger device operating at a variety of temperature levels is attached. The heat exchanger of which there is only one for each individual circulation system, is attached to the pressure producing side of only one single compressor. Control and operational devices are attached either in front of or behind each individual heat exchanger unit. The rate of rotation of the compressor used for transport of the coolant medium can be continuously steplessly varied.

Description

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Einrichtung an einer Wärmepumpenanlage.Installation on a heat pump system.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung an einer Wärmepumpenanlage, bei welcher in mehreren Kreisläufen Wärmetauscher mit jeweils unterschiedlicher Arbeitstemperatur angeordnet sind. Derartige Wärmepumpenanlagen finden Verwendung z.B. bei Schwimm- und Sportzentren, die in besonders wirtschaftlicher V/eise betrieben werden sollen, wozu jeweils in Abhängigkeit voneinander sowohl die Temperatur des Schwimmbeckenwassers als auch die Raumfeuchtigkeit und die Temperatur der angeschlossenen Räume geregelt werden sollen und bei denen die jeweils in einem Bereich vorhandene Überschußwärme verwendet werden soll, um diese einem anderen Kreislauf, dem Wärme fehlt, zuzuführen, so daß mit einem möglichst geringen Anteil an zuzuspeisender Energie, die z.B. zu Aufheiζzwecken aus dem elektrischen Netz entnommen werden muß, ausgekommen werden kann.The invention relates to a device on a heat pump system, in which heat exchangers, each with a different working temperature, are arranged in several circuits. Such heat pump systems are used, for example, in swimming and sports centers, which are operated in a particularly economical manner should be, including both the temperature of the pool water and the humidity in each case, depending on each other and the temperature of the connected rooms is regulated are to be and in which the excess heat present in each area is to be used to generate this one another circuit that lacks heat, so that with the lowest possible proportion of energy to be fed, e.g. must be removed from the electrical network for heating purposes, can be managed.

Derartige Anlagen sind bekannt und arbeiten mit mehreren Kompressoren, wobei jeweils an einem Kompressor zwar mehrere Wärmetauscher angeschlossen sind, diese jedoch die gleiche oder nahezu gleiche Verdampfungs- und/oder Kondensationstemperatur aufweisen. Durch die Verwendung mehrerer Kompressoren werden diese Anlagen aber sehr aufwendig und verlangen hohen Investitionsaufwand.Such systems are known and work with several compressors, although several heat exchangers are connected to each compressor, they are the same or almost the same have the same evaporation and / or condensation temperature. However, the use of several compressors makes these systems very complex and requires high investment costs.

Der Erfindung liegt -nun die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung an einer Wärmepumpenanlage aufzuzeigen, bei welcher die Anzahl der Kompressoren verringert werden kann und bei welcher die Anlage durch diese Verminderung der Kompressorenzahl investitionsmäßig billiger ist. Dadurch wird eine wesentliche Verbesserung in der Wirtschaftlichkeit erreicht, welche in Verbindung mit der zum Betrieb dieser Wärmepumpenanlage erforderlichen geringen (elektrischen) Energie den Einsatz dieser Anlagen in großemThe invention is now based on the object of a device on a heat pump system in which the number of compressors can be reduced and in which the system is cheaper in terms of investment due to this reduction in the number of compressors. This will be a major improvement achieved in terms of economy, which in connection with the low level required to operate this heat pump system (electrical) energy the use of these systems in large

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Maßstab interessant macht.Makes scale interesting.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wärmetauscher der Wärmepumpenanlage, von denen jeweils einer zu einem gesonderten Kreislauf gehört, an der Druck- und Saugseite nur eines einzigen Kompressors angeordnet sind, und daß vor und/oder hinter jedem der Wärmetauscher Steuer- und Regeleinrichtungen angeordnet sind.This object is achieved according to the invention in that the heat exchangers the heat pump system, one of which each belongs to a separate circuit, on the pressure and suction side only a single compressor are arranged, and that in front of and / or behind each of the heat exchangers control and regulating devices are arranged.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung von Steuer- und Regeleinrichtungen wird nun erreicht, daß die in den einzelnen Kreisläufen, die nun alle auf einen Kompressor geschaltet sind, unterschiedliche Temperaturen und die sich daraus ergebenden unterschiedlichen Drücke auf die Mengen und Drücke reduziert werden, die für die entsprechenden Kreisläufe erforderlich sind.Due to the inventive arrangement of control and regulating devices is now achieved that in the individual circuits, which are now all connected to a compressor, different Temperatures and the resulting different pressures are reduced to the quantities and pressures, which are required for the corresponding circuits.

Ein weiterer Nachteil bei den bekannten Wärmepumpenanlagen besteht darin, daß Parallelschaltungen mehrerer Kompressoren nicht möglich sind, da das in den Kompressoren als Schmieröl verwendete Schmiermittel sich sonst mit Kältemittel mischt und sich unkontrolliert in dem Kreislauf durch Absetzen sammelt und für die Schmierung so verloren geht.There is a further disadvantage in the known heat pump systems in that parallel connections of several compressors are not possible, since that used in the compressors as lubricating oil Otherwise, lubricant will mix with refrigerant and collect in the circuit in an uncontrolled manner by settling and for the lubrication is lost.

Dadurch ist ein sicherer Betrieb sehr schwer zu erreichen. Auch ist es bei Kurzzeitbetrieb notwendig, daß die Kompressoren eine bestimmte Mindestlaufzeit erreichen, damit sich ein sicherer Schmierfilm ausbilden kann. Dies hat wieder wirtschaftliche Nachteile, weil dadurch ein Kompressor, der z.B. nur 1 Minute gebraucht wird, mindestens 5 Minuten laufen muß und so unnötige Energie aufnimmt. Ebenso leidet die Lebensdauer der Anlage darunter.This makes safe operation very difficult to achieve. It is also necessary for short-term operation that the compressors Achieve a certain minimum term in order to become a more secure Can form a lubricating film. This again has economic disadvantages because it means a compressor that only takes 1 minute, for example has to run for at least 5 minutes and thus absorbs unnecessary energy. The service life of the system also suffers underneath.

Es hat sich nun, gezeigt, daß die Lebensdauer einer Wärmepumpenanlage erhöht werden kann, wenn erreicht wird, daß die bereits beschriebenen Ölverluste (Verluste in bezug auf die Schmierwirkung) dadurch vermieden werden, daß das Öl wieder aus dem Kreislauf, vorzugsweise dem wassergekühlten Kondensator oder dem Sammler der Anlage herausgezogen und dem Lager des Kompressors wieder zugeführt wird. Um dieses zu erreichen, wird gemäß einer zweckmäßigen weiteren Ausgestaltung der Erfindung dem Kompressor eine gesonderte Ölpumpe zugeordnet, wobei diese Ölpumpe bereits vor Beginn des Anlaufens des Kompressors läuft, um das Öl auf Druck zu bringen und den Lagerstellen zuzuführen. Damit wird an den Schmierstellen sofort ein Ölfilm aufgebaut und damit die It has now been shown that the service life of a heat pump system can be increased if it is achieved that the oil losses already described (losses in relation to the lubricating effect) are avoided by removing the oil from the circuit, preferably the water-cooled condenser or is withdrawn from the collector of the system and fed back to the compressor bearing. In order to achieve this, according to an expedient further embodiment of the invention, the compressor is assigned a separate oil pump, this oil pump already running before the start of the compressor start-up in order to pressurize the oil and feed it to the bearings. This immediately builds up an oil film at the lubrication points and thus the

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Lebensdauer des Kompressors erhöht. \Jenn nun der Ölstand in der Anlage sinkt, weil - wie bereits beschrieben - das Öl an anderen Stellen des Kreislaufs sich von dem Kältemittel trennt und sammelt, z.B. in den flüssigkeitsbeaufschlagten Wärmetauschern oder dem Sammler der Wärmepumpenanlage, so kann von diesen Stellen mittels der gesondert angeordneten ölpumpe das "vagabundierende" Öl abgesaugt und den Schmierstellen wieder zugeführt werden.Lifetime of the compressor increased. \ Jenn now the oil level in the system sinks because - as already described - the oil separates and collects from the refrigerant at other points in the circuit, e.g. in the liquid-loaded heat exchangers or the collector of the heat pump system arranged oil pump sucked the "stray" oil and fed back to the lubrication points.

Diese erfindungsgemäße Einrichtung kann mit besonderem Vorteil so betrieben werden, daß eine Prallelschaltung von Kompressoren vorgenommen wird, so daß diese parallel geschalteten Kompressoren als ein einziger Kompressor wirken.This device according to the invention can be of particular advantage be operated in such a way that compressors are connected in parallel, so that these compressors connected in parallel act as a single compressor.

Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung, mit welcher erreicht wird, daß der Kompressor des Kältemittels stufenlos fördert, ergibt sich erfindungsgemäß durch eine stufenlos regelbare Drehzahl des Kompressors. Die Regelung der Drehzahl erfolgt dabei in Abhängigkeit von der Temperatur, an den einzelnen Wärmedrücken durch Regelelemente, die diesen einzelnen Wärmetauschern zugeordnet sind. Damit ist ein jeweils optimaler Betrieb möglich, während bei den bekannten Anordnungen nur entweder ein intermittierender Betrieb möglich war oder von einer Umschaltung auf einzelne Druckstufen Gebrauch gemacht werden mußte. So konnte bei den bekannten Anordnungen nie eine Verstellung von z.B. 100 % auf 78 % oder 56 % oder 44 % oder 33 % durch ein sogenanntes "Ventilanheben" erreicht werden. Zwischenstufen waren nicht möglich.Another useful embodiment, with which it is achieved that the compressor delivers the refrigerant steplessly, results according to the invention by a continuously variable speed of the compressor. The speed is regulated as a function of the temperature at the individual heat pressures by regulating elements that are assigned to these individual heat exchangers. Optimal operation is thus possible in each case, whereas with the known arrangements only either intermittent operation was possible or use had to be made of switching over to individual pressure levels. With the known arrangements, for example, an adjustment from 100 % to 78 % or 56% or 44 % or 33 % could never be achieved by a so-called "valve lifting". Intermediate stages were not possible.

Die erfindungsgemäße stufenlose Regelung der Drehzahl des Kompressors erfolgt in Abhängigkeit von dem Druck an Meßstellen in jedem der Kreisläufe, die alle einem Kompressor zugeordnet sind. Ist z.B. die Wärmeentnahme in den Wärmetauschern der Anlage gedrosselt, so steigt der Druck in dem entsprechenden Kreislauf an und ein Impuls bewirkt eine Verringerung der Drehzahl. Dabei handelt es sich um eine an sich bekannte Mengenregelung für den Druck und/oder die Temperatur der Anlage.The stepless regulation of the speed of the compressor according to the invention takes place as a function of the pressure at measuring points in each of the circuits, which are all assigned to a compressor. If, for example, the heat extraction in the system's heat exchangers is throttled, the pressure in the corresponding circuit rises and a pulse causes the speed to decrease. This is a known quantity control for the Pressure and / or the temperature of the system.

Ein Schaltbild einer Wärmepumpenanlage mit der erfindungsgemäßen Einrichtung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt und wird im folgenden näher erläutert und beschrieben. Bei der dargestellten Anlage handelt es sich um eine Wärmepumpenanlage in einem Schwimmbad, bei der an der Druckseite eines einzigen Kompressors (l) über der Kältemitteldruckleitung (2)A circuit diagram of a heat pump system with the inventive Device is shown in the drawing, for example, and is explained and described in more detail below. The system shown is a heat pump system in a swimming pool, with one on the pressure side single compressor (l) above the refrigerant pressure line (2)

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sowohl ein wassergekühlter Kondensator (3) (Brauchwasserheizung) als auch der Zuluftwärmetauscher (7) (Raumluft) angeordnet ist. Auf der Saugseite des Kompressors (l) ist ein luftgekühlter Verdampfer (16) zum Abkühlen der eintretenden Luft und ein wassergekühlter Verdampfer (12) zur Abkühlung des Abwassers angeordnet. Schließlich ist zwischen der Druck- und der Saugseite des Kompressors (l) ein Sammler (ll) angeordnet. In dem Schaltbild nicht dargestellt ist die Ölpumpe, mit deren Hilfe nicht nur in der beschriebenen Weise der Kompressor (l) mit Schmieröl versorgt wird, sondern mit der auch bei sinkendem Ölstand an der Pumpe das Öl, das sich im Kreislauf abgesetzt hat, abgesaugt wird. Dabei wird über eine Meßeinrichtung zunächst z.B. an dem wassergekühlten Kondensator ( 3) und sodann an dem Sammler (ll) . gemessen, ob sich darin außer der Flüssigkeit (Kältemittel) Öl befindet. Ist dieses der Fall, so wird dieses Öl mittels der Ölpumpe abgesaugt.both a water-cooled condenser (3) (domestic water heating) and the supply air heat exchanger (7) (room air) are arranged. On the suction side of the compressor (1) is an air-cooled evaporator (16) for cooling the incoming air and a water-cooled evaporator (12) arranged for cooling the waste water. Finally, it is between the pressure and the suction side of the compressor (l) a collector (ll) is arranged. In the circuit diagram The oil pump is not shown, with the aid of which the compressor (1) is supplied with lubricating oil not only in the manner described is supplied, but also with the falling oil level on the Pump the oil that has settled in the circuit is sucked out. In this case, a measuring device is initially used to e.g. water-cooled condenser (3) and then to the collector (II). measured whether it contains the liquid (refrigerant) Oil is located. If this is the case, this oil is sucked off by means of the oil pump.

Vor und/oder hinter jedem der Wärmetauscher sind Regelelemente angeordnet, mit denen in der beschriebenen Weise die Abstimmung von Druck und Temperatur derart erfolgt, daß die Werte die Verwendung des einzigen Kompressors (l) ermöglichen. So ist dem wassergekühlten Kondensator (3) ein Magnetventil (4) mit offen/zu-Schaltung und dahinter ein Druckminderventil (5) (Expansionsventil mit Anschluß am Regler) zugeordnet, dem Zuluftwärmetauscher (7) das Magnetventil (8) und das Druckminderventil (9) und hinter dem wassergekühlten Kondensator (3) ein Regelventil (6) sowie folgend ein Magnetventil (21) und ein Druckminderventil (22). Eine entsprechende Anordnung erfolgt hinter dem Wärmetauscher (7) mit dem Regelelement (10), dem Magnetventil (23) und dem Druckminderventil (24). Auf der Saugseite des Kompressors (l) ist zwischen dem Sammler (ll) und dem wassergekühlten Verdampfer (12) das Magnetventil (13) und das Druckminderventil (20) angeordnet und hinter diesem Verdampfer (12) ein weiteres Druckminderventil (15). In der Leitung (14) zu dem luftgekühlten Verdampfer (16) sind das Magnetventil (17) und das Druckminderventil (18) und hinter dem Verdampfer (16) das Druckminderventil (19) angeordnet.Control elements are arranged in front of and / or behind each of the heat exchangers, with which the coordination in the manner described of pressure and temperature takes place in such a way that the values allow the use of the single compressor (1). That's how it is water-cooled condenser (3) a solenoid valve (4) with open / closed circuit and behind it a pressure reducing valve (5) (Expansion valve with connection on the controller), the solenoid valve (8) and the pressure reducing valve are assigned to the supply air heat exchanger (7) (9) and behind the water-cooled condenser (3) a control valve (6) as well as following a solenoid valve (21) and a Pressure reducing valve (22). A corresponding arrangement is made behind the heat exchanger (7) with the control element (10), the solenoid valve (23) and the pressure reducing valve (24). On the suction side of the compressor (l) is between the Collector (ll) and the water-cooled evaporator (12), the solenoid valve (13) and the pressure reducing valve (20) arranged and behind this evaporator (12) a further pressure reducing valve (15). These are in the line (14) to the air-cooled evaporator (16) Solenoid valve (17) and the pressure reducing valve (18) and behind the evaporator (16) the pressure reducing valve (19).

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Claims

Ij ^ device on a heat pump system in which heat exchangers with different working temperatures are arranged in several circuits, characterized in that the heat exchangers (3, I) ₁ of which one each belongs to its own circuit, on the pressure side only a single compressor (l ) are arranged, and that in front of and / or behind each of the heat exchangers (3, 7) control and regulating devices (4, 5 or 8, 9 or 6, 21, 22 or 10, 23, 24) are arranged.

2.) Device according to claim 1, characterized in that the heat exchangers (12, 16), each of which one to one own circuit belongs, on the suction side only a single compressor (l) are arranged, and that before and / or arranged behind each of the heat exchangers (12, 16) control and regulating devices (17, 18 or 13, 20 or 15 or 19) are.

3.) Device according to claim 1 and 2, characterized in that the speed of the compressor (l) for promoting the Refrigerant is infinitely variable.

4.) Device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that that the compressor (l) is assigned a separate oil pump.

5.) Device according to claim 4, characterized in that the oil pump assigned to the compressor (l) is arranged in this way is that the compressor (l) only after commissioning the oil pump can be operated.

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