DE2756889A1 - Verfahren und vorrichtung zur regelung einer waermepumpe - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur regelung einer waermepumpeInfo
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Description
- 5 Verfahren und Vorrichtung zur Regelung einer Wärmepumpe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Regelung einer Wärmepumpe, wie sie immer häufiger innerhalb von Anlagen zur Ausnutzung und Verwendung von Wärmeenergie
verwendet wird,. die in jeder Generator-Sammleranordnung enthalten ist,gebildet durch die Außenluft oder die Abluft
von beispielsweise Räumen, in denen Rechner Wärme abgeben, oder durch jede Anordnung natürlicher Elemente, wie Wasser
phreatischer Schichten oder Grundwasser, und Erdboden (geothermische
Quelle)wobeideren thermische Eigenschaften für deren
Verwendung in Bezug auf die Kältequelle einer Anlage zum Heizen und/oder zum Klimatisieren von gewerblichen oder
privaten Räumen an Bedeutung gewinnt.
Die Erfindung ist auf die Regelung von Wärmepumpen bekannter Bauart anwendbar, die Wärmemengen einer kalten Quelle ..entziehen,um
auf ein Nutzfluid zu übertragen, das sie anschließend durch die Räume umwälzt, wofiei die Wärmepumpen in üblicher Weise
thermisch nit einem Kühlkreis der kalten Quelle gekoppelt sind, mittels zumindest einem ersten Wärmetauscher, in dem ein
in der Wärmepumpe umlaufendes Kältemittel bzw. Kältemittel-Fluid
überschüssige Wärmemengen absorbiert, die durch ein Wärme-Ubertragungsfluid
umgewälzt sind, das vom Kühlkreis der kalten Quelle kommt, wobei diese Wärmemengen dem Fluid des
Nutzkreises^beispielsweise ein Zenralheizungs-Kreis, mittels
mindestens einem zweiten Wärmetauscher wiederzufUhrbar sind.
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Vorzugsweise ist die Erfindung auf die Regelung <äon
Druck-Wärmepumpen anwendbar, bei denen eine Verdichtergruppe
oder ein Verdichter das Kältemittel einem Kondensator zufährt, der die Wärmeenergie für den Nutzkreis über den
zweiten Wärmetauscher freisetzt.
Selbstverständlich ist die Erfindung auch auf Wärmepumpen anwendbar, die zusätzlich zu den bereits definierten Bauelementen
mindestens einen Überhitaungs-Wärmetauscher, einen Entfeuchter, einen Druckminderer und sogar auch einen statothermischen
oder thermisch ausgeglichenen Verdichter enthalten, der mehrstufig ist oder der mit kontinuierlichem konvergierendem
Strom wirkt (vgl. z. B. französische Patentanmeldung 75/28.089 der Anmelderin).
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine
Vorrichtung anzugeben, die auf'einfache und automatische Weise die Betriebsregelung einer Wärmepumpe sicherstellen, ausgehend
von Fühlern, die die qualitative und/oder die quantitative Steuerung bestimmter Eintrittsparameter und Austrittsparameter
der Wärmepumpe ermöglichen.
Zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch aus, daß am Eingang des ersten Wärmetauschers
der Durchsatz des WärmeUbertragungsfluids abhängig
von der Temperatur des Fluids des Nutzkreises moduliert wird, die am Ausgang des zweiten Wärmetauschers gemessen wird,
wobei der Eingangsdurchsatz des Fluids In den zweiten Wärmetauscher
seinerseits selbst abhängig vom Druck oder der Temperatur des Kältemittels am Ausgang des zweiten Wärmetauschers
moduliert wird.
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Darüber hinaus kann das Fluid des Nutzkreises, das
den zweiten Wärmetauscher nicht durchströmt, so geführt werden, daß es sich am Ausgang des zweiten Wärmetauschers
mit dem Fluid vermischt, das diesen durchsetzt hat, wobei die Temperatur, abhängig von der der Durchsatz des
WärmeUbertragungsfluids moduliert wird, gemessen wird,
nachdem die Mischung erfolgt ist.
Wenn die erfindungsgemäße Betriebsregelung bei einer Wärmepumpe verwendet wird, die mindestens eine Verdichtergruppe
aufweist, wird beim erfindungsgeraäßen Verfahren darüber
hinaus der Betrieb der Verdichtergruppe abhängig von der Temperatur des WärmeUbertragungsfluids geführt, die am Ausgang
des ersten Wärmetauschers gemessen wird.
Vorteilhaft wird der Betrieb der Verdichtergruppe unterbrochen,wenn
die Temperatur des WärmeUbertragungsfluids am Ausgang des ersten Wärmetauschers einen ersten Schwellenwert
erreicht, und wird die Verdichtergruppe in Betrieb gesetzt, wenn die Temperatur des WärmeUbertragungsfluids einen zweiten
Schwellenwert erreicht, der größer als der erste ist.
Schließlich kann jede Inbetriebsetzung der Verdichtergruppe verhindert oder untersagt werden, fall6|die Temperatur des
WärmeUbertragungsfluids einen dritten Schwellenwert erreicht, der kleiner als der erste ist, wodurch jedes Einfrieren der
Anordnung verhindert werden kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung, die die Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht, zeichnet sich dadurch
aus, daß sie ein ezstes motorgesteuertes Ventil am Eingang
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des KUhlkreises in den ersten Wärmetauscher aufweist, das
ausgehend von einem Temperaturfühler geführt ist, der am
Nutzkreis am Ausgang des zweiten Wärmetauschers angeordnet ist und die Temperatur des Fluids des Nutzkreises erfaßt,
dessen Eingangsdurchsatz in den zweiten Wärmetauscher durch
ein zweites motorgesteuertes Ventil modulierbar ist, das ausgehend von einem Temperatur- oder DruckfUhler geführt
ist, der am Kühlmittelkreis am Ausgang des zweiten Wärmetauschers angeordnet ist.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das zweite motorgesteuerte Ventil ein Dreiwegeventil, dessen
einziger Eingang den Rückfluß-Durchsatz des Fluids des
Nutzkreises erhält, dessen erster Ausgang dem zweiten Wärmetauscherdöximodulierten
Durchsatz des Fluids des Nutzkreises zuführt und dessen zweiter Ausgang das Fluid des Nutzkreises,
das den zweiten Wärmetauscher nicht durchsetzt hat, direkt zum Ausgang des zweiten Wärmetauschers führt, stromauf des
Temperaturfühlers des Nutzkreises.
Bei einer Wärmepumpe, deren Kühlmittelkreis darüber hinaus
eine Verdichtergruppe aufweist, enthält die erfindungsgemäße
Vorrichtung darüber hinaus einen Temperaturfühler, der am Kühlkreis am Ausgang des ersten Wärmetauschers angeordnet
ist und mit einem Schalter mit Schwellenwertauslösung gekoppelt ist, der einerseits eine Betriebsunterbrechung der Verdichterg^uppe
steuert, wenn der Temperaturfühler einen ersten Schwellenwert erfaßt^und der andererseits die Inbetriebsetzung der
Verdichtergruppe steuert, wenn der Temperaturfühler einen
zweiten Schwellenwert erfaßt, der größer als der erste ist.
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Schließlich kann ein Unterbrecher dem Schalter zugeordnet sein, um jede Inbetriebsetzung der Verdichtergruppe zu
verhindern, falls der Temperaturfühler des WärmeUbertragungsfluids
einen dritten Schwellenwert erfaßt, der niedriger als der erste ist.
Die Erfindung wird anhand des in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellten AusfUhrungsbeispiels näher erläutert.
Die Figur zeigt sehr schematisch eine Wärmepumpe mit;
einem Kühlmittel-Kreis 1 bzw. einen KUhlmittelfluid-Kreis,
mit einem ersten Wärmetauscher 2 oder Verdampfer, mit einem Verdichter 3 einschließlich dessen Antriebsmotor 4 und
mit einem zweiten Wärmetauscher 5 oder Kondensator, wobei die Regelvorrichtung ein erstes motorgesteuertes oder motorgetriebenes
Ventil 6 aufweist, das in einem Kühlkreis 7 stromauf des ersten Wärmetauschers 2 angeordnet ist, um den
Durchsatz des Wärmellbertragungsfluids des Klihlkreises 7 modulieren
zu können, der dem ersten Wärmetauscher 2 zu dessen Durchströmung zugeführt wird. Dieses Fluid,beispielsweise Wasser einer Temperatur
von 12 0C, das aus einer Grundwasser-Schicht kommt,
gibt beim Durchströmen des ersten Wärmetauschers 2 seine Wärmemengen an das Kühlmittel des Kühlmittel-Kreises 1 ab
in einem Verhältnis, das direkt vom Eingangsdurchsatz des Wassers in den zweiten Wärmetauscher2 abhängt. Das motorgesteuerte
Ventil 6 wird ausgehend von einer ersten Temperatursonde bzw. einem ersten Temperaturfühler 8 gesteuert oder
geführt, der die Temperatur des Fluids eines Nutzkreises an dessen Austritt 9 zur Nutzung erfaßt. Dieser Temperaturfühler
8 mißt die Mischtemperatur des Fluids, beispielsweise Wasser des Kreises einer Zentralheizung, daa einerseits vom
zweiten Wärmetauscher 5 kommt, in dem durch das Kühlmittel übertragene
Wärmemengen darauf übertragen werden7 und andererseits von
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der Rucks trömseite 10 des Nutzkreises kommt über eine Leitung
und ein zweites motorgetriebenes oder motorgesteuertes Ventil 12. Das zweite motorgesteuerte Ventil 12 ist ein Dreiwegeventil,dessen
erster Ausgang eine Modulation des Durchsatzes des Nutzfluides ermöglicht,der den zweiten Wärmetauscher
5 durchströmt, in umgekehrtem Verhältnis zum Durchsatz, der direkt Über den zweiten Ausgang und die Leitung 11
zum Temperaturfühler 8 geführt wird.
Das zweite Ventil 12 1st ausgehend von einem zweiten Fühler.
gesteuert, der am Ausgang des zweiten Wärmetauschers 5 am
Kühlmittel-Kreis 1 angeordnet ist und entweder den Druck oder die Temperatur des Kühlmittels erfaßt, wobei diese beiden Größen
physikalisch miteinander zusammenhängen.
Auf diese Weise erlaubt die Modulation des Eingangsdurchsatzes des WärmeUbertragungsfluids mittels des ersten
Ventils 6 die Steuerung oder Regelung der Menge der vom Kühlmittel-Kreis 1 auf den Nutzkreis übertragenen Wärmemengen,
wozu der erste Temperaturfühler 8 vorgesehen ist, während gleichzeitig das Dreiwegeventil 12 eine genaue Verteilung der
Menge des Nutzfluides sicherstellt, xlie den zweiten Wärmetauscher
5 durchströmt, sowie der Menge des gleichen Nutzfluids,
die direkt dem Temperaturfühler 8 zugeführt wird, abhängig vom Druck oder von der Temperatur des Kühlmittels stromab des
zweiten Wärmetauschers 5, was maßgebend ist für die Absorptionsqualität des Fluids des Nutzkreises bezüglich der Wärmemengen,
die vom Kühlmittel des Kreises 1 der Wärmepumpe umgewälzt oder gefördert sind.
Bei vom Fühler 1} gemessenem starken Druck oder gemessener
iioher Temperatur, was einergeringenj!\bsorption durch das
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- li -
Fluid des Nutzkreises der im KUhlmittel-Kreis 1 übertragenen
Wärmemengen qntsprl»ht, zum Beispiel *· läßt das Dreiwegeventil
12 einen größeren Durchsatz in den zweiten Wärmetauscher 5 eintreten.
Um den größten Nutzen aus der Qualität des Wärmeübertragungsfluids
des Kühlkreises 7 zu ziehen und insbesondere aus dessen Temperatur ohne den Betrieb der Gesamtanordnung der
Einrichtung zu stören bzw. zu verschlechtern, ist ein dritter Temperaturfühler am Kühlkreis 7 vorgesehen, und zwar
am Austritt 15 des ersten Wärmetauschers 2 im Inneren einer
Anordnung 14, die außerdem einen Schalter für Schwellenwertauslösung
sowie einen Unterbrecher aufweist, wobei letztere Bauelemente auf die Überschreitung von Temperaturschwellenwerten
so ansprechen, daß der Schalter die Betriebsunterbrechung der Verdichtergruppe 3# ^ steuert, wenn der Temperaturfühler
der Einrichtung 14 erfaßt, daß die Temperatur des Fluids des Kühlkreises 7 am Austritt 15 des ersten Wärmetauschers
2 auf einen ersten Schwellenwert, beispielsweise 4 0C abgefallen ist, wobei der gleiche Schalter die Inbetriebsetzung
der Verdichtergruppe 3* ^ steuert, wenn der Temperaturfühler
anzeigt, daß die Temperatur des Fluids des KUhI-kreises
7 auf einen zweiten Schwellenwert angestiegen ist, der höher als der erste ist, beispielsweise 6 0C. Der Unterbrecher
seinerseits öffnet oder löst aus, wenn die Temperatur einen dritten Schwellenwert erreicht hat, der niedriger als der
erste ist und der beispielsweise 2 0C sein kann. In diesem
Fall verhindert der Unterbrecher jede Inbetriebsetzung der Verdichtergruppe 3, 4, die dann nur nach einer Hand-Wiedereinschaltung
erreicht werden kann mit der Bedingung, daß die Temperatur des WärmeUbertragungsfluids des KUhlkreises 7
am Ausgang 15 des ersten Wärmetauschers 2 über 6 0C wieder_.angestiegen
ist.
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Diese Steuerung der Verdichtergruppe 3» J* ausgehend von der
Einrichtung 14 ermöglicht es auf wirksame Weise jede Gefahr eines Einfrierens der Anordnung zu vermeiden.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfiniungsgemäße
Vorrichtung zur Regelung des Betriebs einer Wärmepumpe ermöglichen
daher auf einfache und automatische Weise die Qualität des Wärmetauscher zwischen der kalten Quelle und dem Nutzkreis
zu begünstigen unter Berücksichtigung der Entwicklung des
Bedarfs im Nutzkreis sowie der Entwicklung der Bedingungen bzvj. des Zustandes der kalten Quelle.
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Claims (9)
- Ansprüche.^/Verfahren zur Regelung einer Wärmepumpe beliebiger Art, die von einem Kühlmittel durchströmt ist, das mittels mindestens einem ersten Wärmetauscher Wärmemengen von einem einen Kühlkreis einer kalten Quelle durchströmenden Wärmeübertragungsfluid abziehen kann, um sie mittels mindestens einem zweiten Wärmetauscher einem Fluid zuzuführen, das einen Nutζkreis durchströmt,dadurch gekennzeichne t, daß am Eingang des ersten Wärmetauschers (2) der Durchsatz des WärmeUbertragungsfluids abhängig von der Temperatur des Fluids des Nutzkreises (9, 10) moduliert wird, wobei die Temperatur am Ausgang des zweiten Wärmetauschers (5) gemessen wird, unddaß dessen Durchsatz am Eingang in den zweiten Wärmetauscher (| seinerseits moduliert wird abhängig vom Druck oder von der Temperatur des Kühlmittels am Ausgang des zweiten Wärmetauschers (!Ol16-(77/9534)-MeF80982JT/0769
- 2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet,daß das Fluid des Nutzkreises, das den zweiten Wärmetauscher nicht durchströmt, zur Mischung mit demjenigen, das den zweiten V.'ärmetauscher durchströmt hat, an dessen Ausgang geführt wird,und daß die Temperaturabhängig von der der Durchsatz des Wärmeiibertragungsf luides moduliert wird, gemessen wird, nachdem die Mischung erreicht worden ist.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, für eine Wärmepumpe mit mindestens einer Verdichtergruppe des Kühlmittels, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrieb der Verdichtergruppe abhängig von der Temperatur des Warmeübertragungsfluids gesteuert wird, die am Ausgang des ersten Wärmetauschers gemessen wird.
- 4. Verfahren nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet, daß der Betrieb der Verdichtergruppe unterbrochen wird, wenn die Temperatur des Wärmeübertragungsfluids am Ausgang des ersten Wärmetauschers einen ersten Schwellenwert erreicht, und daß die Inbetriebsetzung der Verdichtergruppe ausgelöst wird, wenn die Temperatur des Wärmeübertragungsfluids einen adelten Schwellenwert erreicht, der größer als der erste ist.
- 5· Verfahren nach Anspruch J> oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Inbetriebsetzung der Verdichtergruppe verhindert wird, falls die Temperatur des WärmeUbertragungsfluids einen dritten Schwellenwert erreicht, der niedriger als der erste ist.
- 6. Vorrichtung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, zur Regelung einer Wärme-80982*70769pumpe, deren Kühlmittel-Kreis mindestens einen ersten Wärmetauscher oder Verdampfer aufweist,in dem die Wärmemengen von einem einen KUhlmittelkreis einer kalten Quelle durchströmenden WärmeUbertragungsfluid abgezogen werden, sowie mindestens einen zweiten Wärmetauscher oder Kondensator aufweist, in dem die Wärmemengen auf ein Fluid übertragen werden, das einen Nutzkreis durchströmt,gekennzeichnet durchein erstes motorgesteuertes Ventil (6), das am Eingang des KUhlkreises (7) in den ersten Wärmetauscher (2) angeordnet ist, das ausgehend von einem ersten Temperaturfühler (8) geführt ist, der am Nutzkreis am Ausgang (9) des zweiten Wärmetauschers (5) angeordnet ist und die Temperatur des Fluids des Nutzkreises erfaßt, dessen Durchsatz am Eingang in den zweiten Wärmetauscher (5) durch ein zweites motorgesteuertes Ventil (12) modulierbar ist, das ausgehend von einem zweiten Fühler (IjJ) für Temperatur oder für Druck geführt ist, der am Kühlmittel-Kreis (1) am Ausgang des zweiten Wärmetauschers (5) angeordnet ist.
- 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,daß das zweite motorgesteuerte Ventil (12) ein Dreiwegeventil ist, dessen einziger Eingang den rUckströmenden Durchsatz des Fluids des Nutzkreises erhält, dessen erster Ausgang an den zweiten Wärmetauscher (5) den modulierten Durchsatz des Fluids des Nutzkreises abgibt und dessen zweiter Ausgang das Fluid des Nutzkreises, das den zweiten Wärmetauscher (5) nicht durchströmt direkt dem Ausgang des zweiten Wärmetauschers (5) zuführt stromauf des ersten Temperaturfühlers (8) im Nutzkreis.
- 8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, für eine Thermopumpe deren Kühlmittel-Kreis weiter eine Verdichtergruppe aufweist, gekennzeichnet durch weiter einen dritten Temperaturfühler im Kühlkreis (7) am Ausgang (15) des ersten Wärmetauschers (2), der mit einem Schwellenwertauslöse-Schalter gekoppelt ist,e0982f/0769der einerseits die Betriebsunterbrechung der Verdichtergruppe (3, 4) steuert, wenn der Temperaturfühler einen ersten Schwellenwert erfaßt und der andererseits die Verdichtergruppe (3, 4) in Betrieb setzt, wenn der Temperaturfühler einen zweiten Schwellenwert erfaßt, der höher als der erste ist.
- 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn ze lehnet, daß dem Schalter ein Unterbrecher zugeordnet ist, um jede Inbetriebsetzung der Verdichtergruppe (3* 4) zu verhindern, falls der Temperaturfühler des WärmeUbertragungsfluids einen dritten Schwellenwert erfaßt, der kleiner als der erste ist.80982f /0769
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