DE10043169A1

DE10043169A1 - Wärmepumpen-Heißwasserversorgungssystem zum Durchführen eines Entfrostungsvorgangs

Info

Publication number: DE10043169A1
Application number: DE10043169A
Authority: DE
Inventors: Jyouji Kuroki; Hisayoshi Sakakibara; Masahiko Ito; Tomoaki Kobayakawa; Kazutoshi Kusakari; Michiyuki Saikawa
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry; Tokyo Electric Power Co Inc; Denso Corp
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry; Denso Corp; Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
Priority date: 1999-09-13
Filing date: 2000-09-01
Publication date: 2001-04-05
Anticipated expiration: 2020-09-02
Also published as: DE10043169B4; JP2001082802A; US6418737B1; JP3297657B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wärmepumpen-Heißwasser-Versorgungssystem (1), welches einen gewöhnlichen Betrieb zum Erwärmen von in einem Vorratsbehälter (2) bevorrateter Flüssigkeit durchführt, indem die Flüssigkeit in einem Wärmetauscher zum Zuführen von Heißwasser umgewälzt wird. Wenn eine Auslaßtemperatur eines externen Wärmetauschers (7) auf etwa -5 DEG C verringert wird, wird der gewöhnliche Betrieb in einen Entfrostungsbetrieb umgeschaltet, und der Öffnungsgrad des Expansionsventils (6) wird im Vergleich zu demjenigen beim gewöhnlichen Betrieb verringert. Aus dem Verdichter (4) ausgetragenes heißes Gas strahlt eine verringerte Menge an Wärmeenergie in dem Wärmetauscher (5) zum Zuführen des heißen Gases ab. Aus dem Verdichter (4) ausgetragenes heißes Gas vermag den externen Wärmetauscher (7) zu erreichen, ohne daß seine Temperatur stark verringert wird, um ein Entfrosten des externen Wärmetauschers (7) durchzuführen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wärmepumpen- Heißwasserversorgungssystem.

Die JP-A-10-89816 offenbart ein Wärmepumpen-Heißwasser versorgungssystem. Dieses System ändert die Strömungsrichtung von Kältemittel, das in einem Kältekreislauf zirkuliert, zwi schen einem Versorgungs- und einem Entfrostungsbetrieb. Ein Wasserwärmetauscher, der als Verflüssiger im Heißwasserversor gungsbetrieb dient, wird als Verdampfer im Entfrostungsbetrieb genutzt, während ein externer Wärmetauscher, der als Verdamp fer im Heißwasserversorgungsbetrieb dient, als Verflüssiger im Entfrostungsbetrieb verwendet wird. Wärme von heißem Wasser, das durch den Heißwasserversorgungsbetrieb erwärmt wird, wird durch den Wasserwärmetauscher absorbiert und in dem gefrorenen externen Wärmetauscher abgestrahlt, um ein Entfrosten des ex ternen Wärmetauschers durchzuführen.

In einem in der JP-B2-7-99297 offenbarten Klimatisierungssy stem ist ein Umgehungsrohr von einem austragseitigen Rohr ei nes Verdichters abgezweigt und mit einem einlaßseitigen Rohr eines externen Wärmetauschers verbunden. Ein Teil des aus dem Verdichter ausgetragenen Hochtemperaturgases wird dadurch in das Umgehungsrohr geleitet, um ein Entfrosten des externen Wärmetauschers durchzuführen.

Bei den herkömmlichen Systemen müssen jedoch mehrere funktio nelle Teile vorgesehen sein, um den Heißwasserversorgungsbe trieb bzw. den Entfrostungsbetrieb zu wählen. Das System unter Verwendung des externen Wärmetauschers als Verflüssiger bei dem Entfrostungsbetrieb erfordert ein Vierwegeventil und meh rere Umschaltventile zum Ändern der Kühlmittelströmungsrich tung. Das System, bei welchem Hochtemperaturgas, das von dem Verdichter ausgetragen wird, direkt in den externen Wärmetau scher geleitet wird, erfordert das Umgehungsrohr, mehrere Um schaltventile und dergleichen. Die Systemkosten in diesen Sy stemen sind deshalb erhöht, und die Kreislaufbestandteile sind kompliziert, wodurch die Zuverlässigkeit der Systeme zu wün schen übrigläßt.

Insbesondere in einem Fall, bei welchem der Wärmepumpenkreis lauf CO₂ als Kältemittel verwendet und dieses auf einen kriti schen Druck oder einen höheren Druck unter Druck setzt, müssen das Vierwegeventil und die Umschaltventile zum Öffnen bzw. Schließen des Kältemitteldurchlasses hochgenaue Dichtungsei genschaften aufweisen, um dem hohen Druck widerstehen zu kön nen. Derartige Ventile sind sehr teuer und führen zu einer Er höhung der Systemkosten.

Die vorliegende Erfindung ist angesichts der vorstehend ge nannten Probleme gemacht worden.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Wärmepumpen-Heißwasser versorgungssystem zu schaffen, das geeignet ist, einen Entfro stungsvorgang bei niedrigen Kosten durchzuführen, und das hochgradig zuverlässig ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1, 2 bzw. 9. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Demnach wird bei dem erfindungsgemäßen Wärmepumpen- Heißwasserversorgungssystem im Entfrostungsbetrieb der Öff nungsgrad einer Druckverringerungsvorrichtung derart gesteu ert, daß er größer ist als bei einem gewöhnlichen Betrieb, bei welchem in einem Vorratsbehälter bevorratete Flüssigkeit umge wälzt wird und in einem ersten Wärmetauscher zum Zuführen von heißem Gas erwärmt wird. Eine Pumpe zum Umwälzen von Flüssig keit wird außerdem gestoppt. Ein Hochtemperaturkältemittel (heißes Gas), das aus dem Verdichter ausgetragen wird, strahlt eine verringerte Menge an Wärmeenergie in dem ersten Wärmetau scher ab. Die Druckabnahme des heißen Gases in der Druckver ringerungsvorrichtung wird außerdem unterbunden. Infolge hier von kann aus dem Verdichter ausgetragenes heißes Gas einen zweiten Wärmetauscher erreichen, ohne daß die Temperatur stark verringert wird, und ein Entfrosten des zweiten Wärmetauschers kann durchgeführt werden. Diese Wirkungen können mit einem einfachen Kreislaufaufbau bei niedrigen Kosten bereitgestellt werden.

Im Entfrostungsbetrieb kann erwärmte und in dem Vorratsbehäl ter bevorratete Flüssigkeit in den ersten Wärmetauscher in ei nen Zustand zugeführt werden, in welchem der Öffnungsgrad der Druckverringerungsvorrichtung größer als bei einem gewöhnli chen Betrieb ist. In diesem Fall erhöht die erwärmte Flüssig keit die Temperatur des Körpers des ersten Wärmetauschers. Die Temperaturverringerung von heißem Gas in dem ersten Wärmetau scher kann dadurch unterbunden werden, wodurch ein Wärmever lust des heißen Gases in dem ersten Wärmetauscher unterbunden wird. Die Entfrostungszeit ist dadurch verkürzt.

Erwärmte Flüssigkeit kann in den ersten Wärmetauscher während des Entfrostungsvorgangs kontinuierlich zugeführt werden. In diesem Fall wird die Wärmeenergie der erwärmten Flüssigkeit zunächst verbraucht, um die Temperatur des ersten Wärmetau scherkörpers zu erhöhen. Sobald die Temperatur des ersten Wär metauscherkörpers erhöht wird, um keinen Wärmeverlust des hei ßen Gases hervorzurufen, wird daraufhin die Flüssigkeit ver wendet, um heißes Gas zu erwärmen. Das Entfrosten des zweiten Wärmetauschers kann demnach für eine zusätzlich verkürzte Zeit durchgeführt werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen bei spielhaft näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Wärmepumpen-Heißwasser versorgungssystems gemäß einer ersten bevorzugten Aus führungsform,

Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines Expansionsventils gemäß der ersten Ausführungsform,

Fig. 3 ein Mollier-Diagramm von Betriebszuständen in dem Wär mepumpenkreislauf gemäß einer dritten bevorzugten Aus führungsform,

Fig. 4 ein Blockdiagramm eines Wärmepumpen-Heißwasser versorgungssystems gemäß einer vierten bevorzugten Aus führungsform, und

Fig. 5 ein Mollier-Diagramm von Betriebszuständen in einem Wärmepumpenkreislauf gemäß der vierten Ausführungsform.

Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt ein Wärmepumpen-Heißwasser versorgungssystem 1 gemäß einer ersten Ausführungsform einen Vorratsbehälter 2, der Flüssigkeit (beispielsweise Wasser) zum Zuführen von heißem Wasser bevorratet, einen Wärmepumpenkreis lauf C zum Erhitzen von Flüssigkeit, einen Umwälzdurchlaß (der nachfolgend erläutert ist), durch welchen Flüssigkeit in dem Vorratsbehälter 2 zirkuliert bzw. umgewälzt wird, eine Wasser pumpe 3 zum Umwälzen von Flüssigkeit in dem Umwälzdurchlaß, eine (nicht gezeigte) Steuereinheit zum Steuern des Heißwas serversorgungssystems 1 und dergleichen.

Der Wärmepumpenkreislauf C weist einen Verdichter 4, einen Wärmetauscher 5 zum Zuführen von heißem Wasser, ein Expansi onsventil 6, einen externen Wärmetauscher 7 und einen Sammel behälter 8 auf, die in dieser Abfolge über Rohre verbunden sind. Der Heizpumpenkreislauf C verwendet CO₂ als Kältemittel.

Der Verdichter 4 wird durch einen (nicht gezeigten) in ihm aufgenommenen Elektromotor angetrieben und verdichtet in Gas phase vorliegendes Kältemittel, das aus dem Sammelbehälter 5 ausgetragen wird, auf einen kritischen Druck oder einen höhe ren Druck und trägt es aus. Der Wärmetauscher 5 zum Zuführen von heißem Wasser tauscht Wärme zwischen Hochtemperaturkäl temittel (heißem Gas), das aus dem Verdichter 4 ausgetragen wird, und Flüssigkeit, die von dem Vorratsbehälter 2 zugeführt wird. Der Wärmetauscher 5 weist einen (nicht gezeigten) Käl temitteldurchlaß auf, in welchem Kältemittel in einer Käl temittelströmungsrichtung strömt, und einen Flüssigkeitsdurch laß (nicht gezeigt), in welchem Flüssigkeit in eine Flüssig keitsströmungsrichtung entgegengesetzt zu der Kältemittelströ mungsrichtung strömt. Da Kältemittel (CO₂), welches in dem Wär metauscher 5 strömt, durch den Verdichter 4 auf zumindest ei nen kritischen Druck unter Druck gesetzt worden ist, konden siert das Kältemittel selbst dann nicht, wenn es Wärme ab strahlt, um die Temperatur von Flüssigkeit zu verringern, die in dem Wärmetauscher 5 strömt.

Bei dem Expansionsventil 6 handelt es sich um eine Druckver ringerungsvorrichtung, welche den Druck von Kältemittel ver ringert, das aus dem Wärmetauscher 5 ausgetragen wird, und zwar in Übereinstimmung mit einem Öffnungsgrad dieser Vorrich tung. Die Steuereinheit steuert elektrisch den Öffnungsgrad. Ein Beispiel des Expansionsventils 6 ist unter Bezug auf Fig. 2 erläutert.

Das Expansionsventil 6 umfaßt ein Gehäuse 9, ein Ventilelement 10, welches in das Gehäuse 9 integriert ist, ein elektromagne tisches Stellorgan 11 und dergleichen. Das Gehäuse 9 weist ei nen Strömungseinlaß 12 auf, der mit einer Auslaßseite des Wär metauschers 5 in Verbindung steht, einen Strömungsauslaß 13, der mit einer Einlaßseite des externen Wärmetauschers 7 in Verbindung steht, und einen Kältemitteldurchlaß 14, der den Strömungseinlaß 12 mit dem Strömungsauslaß 13 verbindet. Eine Ventilöffnung 15 ist auf der Strecke des Kältemitteldurchlas ses 14 vorgesehen.

Das Ventilelement 10 weist Nadelform mit einem konischen Vor derrandabschnitt (in Fig. 2 das untere Ende) auf, der zu der Ventilöffnung 15 weist, und den Öffnungsgrad der Ventilöffnung 15 einstellt. Insbesondere wird das Ventilelement 10 durch ein elektromagnetisches Stellorgan 11 angetrieben, um sich in der vertikalen Richtung in Fig. 2 zu bewegen, wodurch die Öff nungsquerschnittsfläche (der Öffnungsgrad) der Ventilöffnung 15 geändert wird. Ein externer Gewindeabschnitt 10a ist auf der Rückseite (in Fig. 2 die Oberseite) des Ventilelements 10 vorgesehen.

Bei dem elektromagnetischen Stellorgan 11 handelt es sich um einen Schrittmotor mit einer Wicklung 11a, die durch die Steu ereinheit bei Empfang von Elektrizität gesteuert wird, und um einen Magnetrotor 11b, der sich bei Empfang von Magnetkraft von der Spule 11a dreht. Ein Innengewindeabschnitt 11c ist im zentralen Abschnitt des Magnetrotors 11b vorgesehen und mit dem Außengewindeabschnitt 10a des Ventilelements 10 durch Schraubeingriff verbunden. Wenn der Magnetrotor 11b sich bei Empfang der Magnetkraft von der Wicklung 11a dreht, bewegt sich das Ventilelement 10 in Fig. 1 in der vertikalen Richtung und in Übereinstimmung mit dem Drehwinkel des Magnetrotors 11b, wodurch der Öffnungsgrad der Ventilöffnung 15 geändert wird.

Der externe Wärmetauscher 7 (Wärmetauscher für die Wärmequel le) verdampft Kältemittel, das durch das Expansionsventil 6 dekomprimiert wurde, durch Tauschen von Wärme mit der Außen luft, die von einem Gebläse 16 ausgehend geblasen wird. Der Sammelbehälter 8 unterteilt das von dem externen Wärmetauscher 7 ausgetragene Kältemittel in ein Flüssigphasenkältemittel und ein Gasphasenkältemittel, leitet ausschließlich Gasphasenkäl temittel zum Verdichter 4 und bevorratet in diesem Überschuß kältemittel für den Kreislauf.

Der Umwälzdurchlaß umfaßt ein Kühlwasserrohr 17 und ein Heiß wasserrohr 18, das mit den beiden Enden des Flüssigkeitsdurch lasses des Wärmetauschers 5 verbunden ist. Ein stromaufwärti ges Ende des Kühlwasserrohrs 17 ist mit einem Strömungsauslaß 2a verbunden, der am unteren Abschnitt des Vorratsbehälters 2 vorgesehen ist, und ein stromabwärtiges Ende des Heißwasser rohrs 18 ist mit einem Strömungseinlaß 2b verbunden, der am oberen Abschnitt des Vorratsbehälters 2 vorgesehen ist.

Die Wasserpumpe 3 ist in dem Kühlwasserrohr 17 (anderenfalls im Heißwasserrohr 18) vorgesehen und dreht sich bei Empfang von Elektrizität, um Flüssigkeit aus dem Behälter 2 in den Um wälzdurchlaß zu leiten. Flüssigkeit strömt, wie in Fig. 1 durch einen Pfeil, der in durchgezogenen Linien dargestellt ist, gezeigt, auf einer Strecke vom unteren Abschnitt des Vor ratsbehälters 2 zum Kühlwasserrohr 17, von dort zum Flüssig keitsdurchlaß in den Wärmetauscher 5, von dort zum Heißwasser rohr 18, von dort zum Strömungseinlaß 2b und von dort zum obe ren Abschnitt des Vorratsbehälters 2.

Die Steuereinheit steuert elektrisch den Verdichter 4 (Elek tromotor), den Lüfter 16, die Wasserpumpe 3 und das Expansi onsventil 6, wodurch die Temperatur von im Vorratsbehälter be vorrateter Flüssigkeit (im gewöhnlichen Betrieb) gesteuert wird. Die Steuereinheit steuert einen Entfrostungsbetrieb als Entfrostungssteuereinheit zum Entfernen von Frost vom externen Wärmetauscher 7 in Übereinstimmung mit einem Ermittlungswert eines Temperatursensors 19 zum Ermitteln einer Auslaßtempera tur des externen Wärmetauschers 7. Der Entfrostungsvorgang wird gestartet, wenn der Ermittlungswert auf etwa -5°C abge nommen hat, und gestoppt, wenn der Ermittlungswert auf etwa 10°C gestiegen ist.

Als nächstes wird die Arbeitsweise dieser Ausführungsform er läutert.

Im normalen bzw. gewöhnlichen Betrieb zum Heizen von Flüssig keit in dem Vorratsbehälter 2 durch Leitung von Flüssigkeit in den Wärmetauscher 5 steuert die Wasserpumpe 3 die Flüssig keitsmenge, welche in den Wärmetauscher 5 geleitet wird der art, daß die Flüssigkeit in dem Wärmetauscher so erhitzt bzw. erwärmt wird, daß sie eine spezifische Temperatur (beispiels weise 85°C) aufweist. Da der Wärmetauscher 5 derart aufgebaut ist, daß die Kältemittelströmungsrichtung entgegengesetzt zur Flüssigkeitsströmungsrichtung verläuft, wird die Temperatur von Flüssigkeit, welche in dem Wärmetauscher 5 strömt, erhöht, wenn Flüssigkeit den Flüssigkeitsauslaß ausgehend vom Flüssig keitseinlaß erreicht. Der Öffnungsgrad des Expansionsventils 6 (Öffnungsquerschnittsfläche der Ventilöffnung 15) wird durch die Steuereinheit derart gesteuert, daß der Kältemitteldruck (Austragdruck des Verdichters 4) am Kältemitteleinlaß des Wär metauschers 5 derjenigen Temperatur entspricht, die erforder lich ist, daß die Flüssigkeitstemperatur auf einen spezifi schen Wert erhöht wird.

Wenn die Auslaßtemperatur des externen Wärmetauschers 7 auf ungefähr -5°C (eine durch den Temperatursensor 19 ermittelte Temperatur) während des vorstehend erläuterten gewöhnlichen Betriebs verringert wird, wird der gewöhnliche Betrieb in den Entfrostungsbetrieb umgeschaltet. Im Entfrostungsbetrieb wird die Wasserpumpe 3 gestoppt, und der Öffnungsgrad des Expansi onsventils 6 wird so gesteuert, daß er größer ist als beim ge wöhnlichen Betrieb. Beispielsweise ist das Expansionsventil 6 (hierbei) vollständig geöffnet. Aus dem Verdichter 4 ausgetra genes heißes Gas emittiert eine verringerte Menge an Wärme energie in dem Wärmetauscher 5, und die Verringerung der Tem peratur von heißem Gas wird außerdem verringert aufgrund einer Verringerung des Drucks in dem Expansionsventil 6. Infolge hiervon vermag aus dem Verdichter 4 ausgetragenes heißes Gas den äußeren Wärmetauscher 7 zu erreichen, ohne daß seine Tem peratur stark verringert ist, und es führt ein Entfrosten des externen Wärmetauschers 7 durch.

In dem Heißwasserversorgungssystem gemäß der vorliegenden Aus führungsform wird der gewöhnliche Betrieb problemlos in den Entfrostungsbetrieb dadurch umgeschaltet, daß die Wasserpumpe 3 gestoppt wird und der Öffnungsgrad des Expansionsventils 6 ausgehend vom gewöhnlichen Betrieb vergrößert wird. Zusätzli che funktionelle Teile (beispielsweise ein Vierwegeventil, ein Umschaltventil und dergleichen, die beim Stand der Technik zum Einsatz kommen) werden nicht benötigt, um den Entfrostungsvor gang durchzuführen, wodurch ein komplizierter Aufbau des Käl tekreislaufs und erhöhte Systemkosten vermieden werden.

In dem Wärmepumpenkreislauf C in Übereinstimmung mit der vor liegenden Ausführungsform wird das Kältemittel auf der Hoch druckseite so unter Druck gesetzt, daß es zumindest den kriti schen Druck des Kältemittels (CO₂) aufweist. Da funktionelle Teile, wie etwa ein Vierwegeventil und ein Umschaltventil, in dem Kreislauf für Entfrostungszwecke nicht vorhanden sind, ist die Zuverlässigkeit im Vergleich zu einem Kreislauf verbes sert, der das Vierwegeventil, das Umschaltventil und derglei chen enthält, und dadurch kann zusätzlich eine Kostenverringe rung erreicht werden. Das Expansionsventil 6 bei der vorlie genden Ausführungsform ist stets geöffnet. Selbst im gewöhnli chen Betrieb ist das Expansionsventil 6 nicht vollständig ge schlossen, obwohl bzw. weil der Öffnungsgrad in geeigneter Weise gesteuert wird. Selbst dann, wenn CO₂ als Kältemittel verwendet wird, ist deshalb eine hochgenaue Dichtigkeit bzw. Beständigkeit gegenüber hohem Druck für das Expansionsventil 6 nicht erforderlich, und das Expansionsventil 6 kann deshalb bei geringen Kosten hergestellt werden.

Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform wird die Was serpumpe 3 in der anfänglichen Stufe des Entfrostungsbetriebs entgegengesetzt in Drehung versetzt. Wenn die Wasserpumpe 3 im Entfrostungsbetrieb gestoppt wird, wird in der anfänglichen Stufe des Entfrostungsbetriebsstarts die Temperatur des aus dem Verdichter 4 ausgetragenen heißen Gases verringert, wäh rend der Wärmetauscher 5 von Flüssigkeit durchsetzt wird, die in dem Wärmetauscher verbleibt, um die Temperatur des Körpers des Wärmetauschers 5 zu erhöhen. Die Entfrostungszeit wird durch die Zeit zum Erhöhen der Temperatur des Wärmetauschers 5 verlängert.

Da im Gegensatz hierzu in Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform die Wasserpumpe 3 in der Anfangsstufe des Ent frostungsbetriebsstarts entgegengesetzt in Drehung versetzt wird, wie in Fig. 1 mit durchbrochener Linie gezeigt, kann Flüssigkeit in dem Vorratsbehälter 2 dem Wärmetauscher 5 in entgegengesetzter Richtung zugeführt werden. Infolge hiervon wird die Temperatur des Körpers des Wärmetauschers 5 erhöht, um die Verringerung der Temperatur des heißen Gases zu unter binden. Der Wärmeverlust des heißen Gases in dem Wärmetauscher 5 wird verringert, und die Zeit für den Aufbau des Entfro stungsvorgangs wird verkürzt, wodurch die Entfrostungszeit insgesamt verkürzt wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Drehung (die entge gengesetzte Drehung) der Wasserpumpe 3 gestoppt, wenn die Tem peratur des Körpers des Wärmetauschers 5 auf eine spezifische Temperatur (beispielsweise auf die Temperatur des in dem Wär metauscher 5 eingeleiteten Gases) erhöht ist. Die Wärmeenergie von Flüssigkeit, die zum Erhöhen der Temperatur des Körpers des Wärmetauschers 5 verbraucht wird, kann demnach minimiert werden, und die zum Zuführen von heißem Wasser benötigte Wär meenergie kann gewährleistet werden.

Bei einer dritten bevorzugten Ausführungsform wird die Wasser pumpe 3 während des Entfrostungsbetriebs in entgegengesetzter Richtung in Drehung versetzt. In dem in Fig. 3 gezeigten Mollier-Diagramm bildet der gewöhnliche Betrieb (der übliche Betrieb) des superkritischen Wärmepumpenkreislaufs C einen Kreislauf wie folgt: a → b → c → a. Die Entfrostungsfähigkeit wird durch eine Enthalpiedifferenz (hc - ha) ermittelt bzw. festgelegt.

Wenn die Wasserpumpe 3 während des Entfrostungsbetriebs in entgegengesetzter Richtung gedreht wird und die geheizte bzw. erwärmte Flüssigkeit vom Behälter 2 in den Wärmetauscher 5 fortgesetzt strömen gelassen wird, wird andererseits Kältemit tel durch die erwärmte Flüssigkeit erwärmt bzw. erhitzt, wäh rend es durch den Wärmetauscher 5 strömt. Unter der Annahme, daß die Temperatur des Kältemittels b₂ auf einer Isothermalli nie α in dem Mollier-Diagramm beträgt, wird ein Zyklus bereit gestellt wie folgt: a → b₁ →b₂ → c₁ → a. Die Entfrostungsfä higkeit wird wiedergegeben durch eine Enthalpiedifferenz (hc₁ - ha), die größer ist als beim gewöhnlichen Betrieb. Infolge hiervon wird die Entfrostungszeit verkürzt.

Die Entfrostungszeit wird im Vergleich zur Betriebszeit des gewöhnlichen Betriebs stark verkürzt. Selbst dann, wenn die Wasserpumpe 3 während des Entfrostungsbetriebs durchgehend in entgegengesetzter Richtung in Drehung versetzt wird, ist des halb die Flüssigkeitsmenge, die für einen Entfrostungsbetrieb verwendet wird, derart extrem klein, im Vergleich zur Gesamt menge der in dem Vorratsbehälter 2 bevorrateten Flüssigkeit, daß ein Flüssigkeitsunterschuß nicht auftritt.

Fig. 4 zeigt ein Wärmepumpen-Heißwasserversorgungssystem 100 gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform und wie in Fig. 4 gezeigt, ist ein Widerstand (ein Durchlaßquerschnittänderungs-Element) 20 zwischen dem Verdichter 4 und dem Wärmetauscher 5 angeordnet, um die Quer schnittsfläche des Durchlasses dazwischen elektrisch zu steu ern. Der Widerstand 20 öffnet die Querschnittsfläche des Durchlasses im gewöhnlichen Betrieb vollständig und verringert die Querschnittsfläche des Durchlasses im Entfrostungsbetrieb.

Der gewöhnliche Betrieb stellt deshalb einen Kreislauf bereit, der in dem in Fig. 5 gezeigten Mollier-Diagramm, das im Zusam menhang mit der dritten Ausführungsform erläutert ist, wie folgt festgelegt ist: a → b → c → a. Andererseits drosselt im Entfrostungsbetrieb der Widerstand 20 den Kältemitteldruck derart, daß der Kältemitteldruck auf der stromabwärtigen Seite des Widerstands 20 verringert wird. Gleichzeitig wird die Was serpumpe 3 in entgegengesetzter Richtung in Drehung versetzt, um Kältemittel durch heißes Wasser zu erwärmen. Unter der An nahme, daß die Temperatur des Kältemittels b₂ auf einer Iso thermallinie α im Mollier-Diagramm beträgt, wird folgender Kreislauf bereitgestellt: a → b → b₁ → b₂ → c₁ → a. Die Ent frostungsfähigkeit ist eine Enthalpiedifferenz (hc₁ - ha), und sie ist im Vergleich zu derjenigen des gewöhnlichen Betriebs verbessert. Infolge hiervon kann die Entfrostungszeit verkürzt werden.

Gemäß der vorliegenden Ausführungsform erhöht der Verdichter 4 insbesondere die Kältemittelenthalpie derart, daß die Enthal pie zu Entfrostungszwecken herangezogen werden kann. Die Menge von Wärmeenergie der Flüssigkeit (des heißen Wassers), die im Entfrostungsbetrieb verbraucht wird, ist deshalb selbst dann extrem klein, wenn die Wasserpumpe 3 während des Entfrostungs betriebs kontinuierlich in entgegengesetzter Richtung in Dre hung versetzt wird, so daß ein Flüssigkeitsunterschuß im Vor ratsbehälter 2 nicht auftritt.

Während die vorliegende Erfindung unter Bezug auf die vorste hend erläuterten bevorzugten Ausführungsformen dargestellt und erläutert wurde, erschließen sich dem Fachmann Abwandlungen bezüglich Einzelheiten, ohne vom Umfang der Erfindung abzuwei chen, wie in den anliegenden Ansprüchen festgelegt.

Beispielsweise wird bei den zweiten bis vierten Ausführungs formen die Wasserpumpe 3 in entgegengesetzter Richtung in Dre hung versetzt, um Flüssigkeit (heißes Wasser) von dem Vorrats behälter 2 in den Wärmetauscher 5 zuzuführen, wenn der Entfro stungsbetrieb durchgeführt wird. Ein Ventil oder dergleichen kann jedoch die Saugstrecke und die Austragstrecke der Wasser pumpe 3 ändern. Eine andere Wasserpumpe als die Wasserpumpe 3, die vorstehend erläutert ist, kann vorgesehen sein, um aus schließlich für den Entfrostungsbetrieb zur Verfügung zu ste hen.

Bei den vorstehend erläuterten Ausführungsformen kann Flüssig keit (heißes Wasser), welche in dem Vorratsbehälter 2 bevorra tet ist, als Trinkwasser, Badewasser und dergleichen verwendet werden. Anderweitig kann Flüssigkeit in dem Vorratsbehälter 2 als Wärmemedium zum Erwärmen von Trinkwasser, Badewasser und dergleichen verwendet werden. Flüssigkeit in dem Behälter 2 kann auch für Bodenheizungen oder für Raumklimaanlagen zusätz lich zur Heißwasserversorgung verwendet werden.

Claims

1. Wärmepumpen-Heißwasserversorgungssystem, aufweisend:
einen Wärmepumpenkreislauf, der einen Verdichter (4), ei nen ersten Wärmetauscher (5), eine Druckverringerungsvor richtung (6) und einen zweiten Wärmetauscher (7) umfaßt, die miteinander auf einer Ringstrecke verbunden sind,
eine Entfrostungssteuereinheit zum Entfrosten des zweiten Wärmetauschers (7) in einem Entfrostungsbetrieb durch Steuern eines Öffnungsgrads der Druckverringerungseinrich tung (6),
einen Vorratsbehälter (2) zum Bevorraten von Flüssigkeit, die in einem gewöhnlichen Betrieb erwärmt werden soll,
ein Umwälzrohr (17, 18), welches durch den ersten Wärme tauscher (5) derart verläuft, daß die Flüssigkeit in dem Vorratsbehälter (2) in dem Umwälzrohr (17, 18) umgewälzt wird, während sie durch den ersten Wärmetauscher strömt,
eine Pumpe (3) zum Umwälzen der Flüssigkeit in dem Umwälz rohr (17, 18), wobei:
der Öffnungsgrad der Druckverringerungsvorrichtung (6) im Entfrostungsbetrieb durch die Entfrostungssteuereinheit so gesteuert wird, daß er größer ist als im gewöhnlichen Be trieb, und
die Entfrostungssteuereinheit einen Betrieb der Pumpe (3) im Entfrostungsbetrieb stoppt.

2. Wärmepumpen-Heißwasserversorgungssystem, aufweisend:
einen Wärmepumpenkreislauf, der einen Verdichter (4), ei nen ersten Wärmetauscher (5), eine Druckverringerungsvor richtung (6) und einen zweiten Wärmetauscher (7) umfaßt, die miteinander auf einer Ringstrecke verbunden sind,
eine Entfrostungssteuereinheit zum Entfrosten des zweiten Wärmetauschers (7) in einem Entfrostungsbetrieb durch Steuern eines Öffnungsgrads der Druckverringerungseinrich tung (6),
einen Vorratsbehälter (2) zum Bevorraten von Flüssigkeit, die in einem gewöhnlichen Betrieb erwärmt werden soll, ein Umwälzrohr (17, 18), das durch den ersten Wärmetau scher (5) derart verläuft, daß die Flüssigkeit in dem Vor ratsbehälter (2) in dem Umwälzrohr (17, 18) umgewälzt wird, während sie den ersten Wärmetauscher (5) durch strömt, und
eine Pumpe (3) zum Umwälzen der Flüssigkeit in dem Umwälz rohr (17, 18), wobei:
der Öffnungsgrad der Druckverringerungsvorrichtung (6) im Entfrostungsbetrieb durch die Entfrostungssteuereinheit so gesteuert wird, daß er größer ist als im gewöhnlichen Be trieb, und
die in dem Vorratsbehälter (2) erwärmte und bevorratete Flüssigkeit in den ersten Wärmetauscher (5) im Entfro stungsbetrieb zugeführt wird.

3. Wärmepumpen-Heißwasserversorgungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei CO₂ in dem Wärmepumpenkreislauf als Käl temittel strömt.

4. Wärmepumpen-Heißwasserversorgungssystem nach Anspruch 2 oder 3, wobei der erste Wärmetauscher (5) derart erwärmt bzw. erhitzt wird, daß er eine spezifische Temperatur durch die Flüssigkeit aufweist, die in dem ersten Wärme tauscher (5) erwärmt und zugeführt wird.

5. Wärmepumpen-Heißwasserversorgungssystem nach Anspruch 4, wobei die Entfrostungssteuereinheit die Flüssigkeitszufuhr in den Wärmetauscher (5) stoppt, wenn der erste Wärmetau scher die spezifische Temperatur aufweist.

6. Wärmepumpen-Heißwasserversorgungssystem nach einem der An sprüche 2 bis 4, wobei die in dem Vorratsbehälter (2) er wärmte und bevorratete Flüssigkeit kontinuierlich in den ersten Wärmetauscher (5) während des Entfrostungsbetriebs zugeführt wird.

7. Wärmepumpen-Heißwasserversorgungssystem nach einem der An sprüche 2 bis 6, wobei die Pumpe (3) im Entfrostungsbe trieb in entgegengesetzter Richtung in Drehung versetzt wird, um die Flüssigkeit in den ersten Wärmetauscher (5) in einer Richtung entgegengesetzt zu einer Richtung zuzu führen, in welcher die Flüssigkeit im gewöhnlichen Betrieb strömt.

8. Wärmepumpen-Heißwasserversorgungssystem nach einem der An sprüche 1 bis 7, außerdem aufweisend ein Durchlaßquer schnittsänderungsmittel (20) zum Ändern einer Quer schnittsfläche eines Durchlasses, der den Verdichter (4) mit dem ersten Wärmetauscher (5) verbindet, wobei dieses Element zwischen diesen beiden angeordnet und von Käl temittel durchströmt ist, wobei: das Durchlaßquerschnittsänderungsmittel (20) die Quer schnittsfläche des Durchlasses im Entfrostungsbetrieb im Vergleich zum gewöhnlichen Betrieb verringert.

9. Wärmepumpen-Heißwasserversorgungssystem, aufweisend:
einen Wärmepumpenkreislauf, der einen Verdichter (4), ei nen ersten Wärmetauscher (5), eine Druckverringerungsvor richtung (6) und einen zweiten Wärmetauscher (7) umfaßt, die miteinander derart verbunden sind, daß Kältemittel darin strömt,
einen Vorratsbehälter (2) zum Bevorraten von Flüssigkeit, die als heißes Wasser zugeführt werden soll, und
ein Umwälzrohr (17, 18), das erste und zweite Enden auf weist, die mit dem Vorratsbehälter (2) in Verbindung ste hen, um die Flüssigkeit darin umzuwälzen, wobei das Um wälzrohr (17, 18) durch den ersten Wärmetauscher (5) ver läuft, um einen Wärmetausch zwischen der darin strömenden Flüssigkeit und dem in dem ersten Wärmetauscher (5) strö menden Kältemittel durchzuführen, wobei:
die in dem Vorratsbehälter (2) bevorratete Flüssigkeit in dem Umwälzrohr (17, 18) von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende des Umwälzrohrs strömt, während sie in dem ersten Wärmetauscher (5) im gewöhnlichen Betrieb erwärmt wird,
die Druckverringerungsvorrichtung (6) einen ersten Öff nungsgrad im gewöhnlichen Betrieb aufweist,
die Flüssigkeit daran gehindert wird, vom ersten zum zwei ten Ende des Umwälzrohrs (17, 18) zu strömen, wenn der zweite Wärmetauscher (7) im Entfrostungsbetrieb entfrostet wird, und
die Druckverringerungsvorrichtung (6) einen zweiten Öff nungsgrad im Entfrostungsbetrieb aufweist, der größer ist als der erste Öffnungsgrad.

10. Wärmepumpen-Heißwasserversorgungssystem nach Anspruch 9, wobei die Flüssigkeit daran gehindert wird, in dem Umwälz rohr (17, 18) im Entfrostungsbetrieb zu strömen.

11. Wärmepumpen-Heißwasserversorgungssystem nach Anspruch 9, wobei die Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter (2) in den ersten Wärmetauscher (5) durch das zweite Ende des Umwälz rohrs (17, 18) zugeführt wird.