TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG UND ANGABEN ZUM STAND DER
TECHNIK
1. Technisches Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft den Betrieb einer
Wärmepumpvorrichtung, die mit einem Kompressor ausgestattet ist, der
deren Kühlkapazität durch Kontrollieren der
Kompressorgeschwindigkeit mittels eines Frequenzumwandlers kontrollieren kann.
2. Beschreibung des Stands der Technik
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Bis jetzt wurde im Fall des Einsatzes einer
Wärmepumpvorrichtung im mittleren Temperaturbereich die Fließgeschwindigkeit
des Kühlmittels in einer Wärmepumpe mit einem Umwandlungssystem
durch Kontrollieren der Frequenz des Motors, der den Kompressor
antreibt, kontrolliert, und dadurch wurde die Kühlkapazität
einer luftkühlenden oder luftaufheizenden Vorrichtung
kontrolliert. In diesem System, wie in Fig. 1 dargestellt,- wird der
Kühlkreislauf dadurch hergestellt, daß man den Kompressor 1,
das 4-Wege-Ventil 2, den primären Wärmeaustauscher 3, der als
Wärmesenke dient, das Kapillarrohr oder das Expansionsventil 4,
den sekundären Wärmeaustauscher 5, der als Wärmequelle dient
u.ä. miteinander in Wirkverbindung bringt, und ferner einen
Elektromotor 6 zum Antreiben des Kompressors 1 über einen
Frequenzumwandler 7 an die handelsübliche Stromquelle 8
anschließt. In dieser Vorrichtung wird die Frequenz des
Elektromotors 6 in bezug auf die erforderliche Kühlkapazität
kontrolliert.
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Ein solches herkömmliches System, d. h. wie es in der britischen
Veröffentlichung GB-A 2059646 dargestellt ist, hat jedoch die
folgenden Nachteile.
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Wenn bei einer solchen herkömmlichen Vorrichtung, bei welcher
ein Kühlmittel mit einer einzigen Komponente, z. B. R22
o. ä. eingesetzt wird, die Frequenz des Motorantriebsstroms
erhöht wird, um die Fließgeschwindigkeit des Kühlmittels zu
erhöhen, falls eine höhere Kühlkapazität erforderlich ist, steigt
die Kondensationstemperatur und die Verdampfungstemperatur
sinkt aufgrund der konstanten Natur der Wärmeaustauscherflächen
des primären Wärmeaustauschers, der als Wärmesenke dient, und
des sekundären Wärmeaustauschers, der als Wärmequelle dient.
Diese Eigenschaften werden in bezug auf Fig. 2 erläutert, in
welcher die Kurven die Beziehungen zwischen dem Kühlmitteldruck
und der Enthalpie wiedergeben. Ist die Frequenz des Motors und
damit die Kompressorgeschwindigkeit niedrig, dann hat der
Kreislauf die durch eine ausgezogene Kurve dargestellten
Eigenschaften. Ist die Motorfrequenz und damit die
Kompressorgeschwindigkeit hoch, dann steigt der hohe Druckwert (bei der
Kondensationstemperatur)an und der niedrige Druckwert (bei der
Verdampfungstemperatur) nimmt ab, und folglich hat der
Kreislauf die Eigenschaften, die durch die durchbrochene Kurve
dargestellt sind. In diesem Fall besteht das schwierige
Problem, daß das Kompressionsverfahren, das durch Kurve a-b
dargestellt ist, sich zu einem Zyklus, wie durch die Kurve a'-
b' dargestellt, verändert, wobei dessen Gradient abnimmt und die
Kondensationstemperatur gleichzeitig ansteigt. Als Ergebnis
dieser beiden Tatsachen steigt die Temperatur der Auslaßöffnung
von Kompressor 1 deutlich an, wobei mit großer
Wahrscheinlichkeit das Kühlmittel beeinträchtigt und zersetzt wird. Ein
weiteres Problem besteht darin, daß aufgrund des Anstiegs des
Kompressionsverhältnisses nicht nur die Kompressionsbelastung in
unerwünschter Weise ansteigt und die adiabatische Wirksamkeit
abnimmt, sondern auch, daß durch den Temperaturanstieg an der
Auslaßöffnung der Frequenzumwandler 7 einer großen Belastung
ausgesetzt ist. Ein weiteres Problem ist, da der niedrigere
Druckwert abnimmt trotz eines Anstiegs der
Kompressorgeschwindigkeit, daß das spezifische Volumen des Kühlmittels am
Kompressoreinlaß,
dargestellt an den Punkten a und a' ansteigt,
aber die Kühlkapazität nicht proportional erhöht werden kann,
trotz der Geschwindigkeitserhöhung.
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Daher existiert bei einer herkömmlichen Wärmepumpvorrichtung in
Anbetracht der erforderlichen Zuverlässigkeit der Vorrichtung
tatsächlich eine Obergrenze für die Änderung der Motorfrequenz
und daher für die Kompressorgeschwindigkeit, und nur bei
Betriebsbeginn des Systems kann die Maximalfrequenz eingesetzt
werden.
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Somit ist der variable Bereich der Kühlkapazität viel kleiner
als der variable Bereich der Motorfrequenz.
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Im Fall, daß eine mit einem Kompressor ausgestattete
Wärmepumpe, die über einen Frequenzumwandler kontrolliert wird, für
das Erhitzen bei hohen Temperaturen eingesetzt wird, z. B. um
Heißwasser oder Strahlungswärme zur Verfügung zu stellen, ist
es bei Einsatz eines einzigen Kühlmittels, nämlich R 12,
möglich, da dessen Dampfdruck niedriger ist als der von R 22, den
Kondensationsdruck anzuheben und die Wärme von ca. 70ºC zu
nutzen.
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Im Gegensatz dazu fällt wegen des spezifischen Gasvolumens von
R12, das größer ist als das von R 22, bei Einsatz eines
Kompressors gleichen Volumens die Wärmekapazität in größerem Maße
ab als bei R22, nämlich um 30 bis 40%. Um diese Nachteile in
bezug auf die Wärmekapazität auszugleichen, kann man die
Fließgeschwindigkeit des Kühlmittels erhöhen, indem man die
Umdrehungszahl und damit die Geschwindigkeit des Kompressors erhöht
und dadurch lassen sich die Nachteile in bezug auf die
Wärmekapazität beseitigen, ohne eine unverhältnismäßig große
Vorrichtung einsetzen zu müssen.
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Jedoch die Auslaßtemperatur des Kompressors steigt aufgrund der
Eigenschaften des Kühlmittels schnell an und dadurch können die
Konstruktionsmaterialien und die Zuverlässigkeit des
Kompressors beeinträchtigt werden.
Aufgabe und Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein besseres
Betriebssystem für eine Wärmepumpvorrichtung mit einem Kompressor
zur Verfügung zu stellen, dessen Auslaßtemperatur gesenkt wird,
wenn er mit erhöhter Geschwindigkeit betrieben wird, und der
einen erweiterten variablen Bereich in bezug auf die
Kühlkapazität aufweist, wodurch auch der Anwendungsbereich dieser
Vorrichtung erweitert wird.
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Gemäß vorliegender Erfindung, die in dem einzigen Anspruch zum
Ausdruck kommt, wird ein Kühlmittel aus mehreren Bestandteilen
eingesetzt, das zu einem kleineren Teil einen Kühlbestandteil
umfaßt, der einen niedrigeren kritischen Druck aufweist als der
zu einem größeren Teil vorliegende Kühlbestandteil, wobei das
genannte Kühlmittel als Arbeitsmittel im Kühlkreislauf in einem
Kühlsystem vorliegt, das einen Kompressor umfaßt, der in bezug
auf die Geschwindigkeit variabel ist.
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Besonders für den Einsatz bei mittleren Temperaturen, z. B. für
die Luftkühlung oder Heizung usw. ist es möglich, eine solche
Wärmepumpvorrichtung wirksam einzusetzen, indem man einen in
kleineren Mengen vorliegenden Kühlmittelbestandteil wählt, der
eine niedrigere kritische Temperatur hat als der
Hauptbestandteil; und für den Einsatz bei hohen Temperaturen, z. B. zum
Sieden von Wasser, für Strahlungswärme usw. ist es möglich, ein in
kleineren Mengen vorliegendes Kühlmittel mit einer höheren
kritischen Temperatur einzusetzen, als sie der Hauptbestandteil
aufweist.
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Der Einsatz von Kühlmitteln mit verschiedenen Bestandteilen in
Wärmepumpen zwecks Verbesserung des Leistungskoeffizienten
(COP) ist z. B. aus der GB-A- 20 68 996 bekannt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 ist eine Diagrammdarstellung einer Wärmepumpvorrichtung
mit einem Kompressor mit variabler Geschwindigkeit, der als
wesentlichem Teil mit einem Frequenzumwandler für den
Antriebsmotor kontrolliert wird.
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Fig. 2 ist eine graphische Darstellung der
Kreislaufcharakteristika einer Ausführungsform, in welcher ein einziges Kühlmittel
in einer Wärmepumpvorrichtung nach Fig. 1 eingesetzt wird.
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Fig. 3 und 4 sind graphische Darstellungen, die die
Eigenschaften des in der Wärmepumpvorrichtung nach vorliegender Erfindung
eingesetzten Kühlmittels schematisch aufzeigen.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Bezüglich der Wärmepumpvorrichtung nach vorliegender Erfindung
wird im Hinblick auf die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform
die Betriebsweise und Zusammensetzung des Kühlmittels
erläutert.
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Bei einem Vergleich unter gleichen Bedingungen, d. h. bei
gleicher Kondensationstemperatur, gleicher Verdampfungstemperatur
und identischer Kompressorgeschwindigkeit zeigt sich daß, wenn
die kritische Temperatur eines Kühlmittels niedriger ist, sich
die Kühlkapazität desselben erhöht, und wenn die kritische
Temperatur eines Kühlmittels höher ist, die Kühlkapazität abnimmt.
Diese Beziehung ist bekannt und z. B. in Fig. 2.21 des Buches
"Reito-Kucho-Binran, Kisohen" (englische Übersetzung des
Buchtitels: Refrigeration and Airconditioning Handbook, volume of
basic technology), veröffentlicht im Jahre 1972, durch die
japanische Gesellschaft "Association of Refrigerating"
dargestellt.
In Fig. 2.21 wird die oben erwähnte Beziehung in bezug
auf den normalen Siedepunkt erklärt, aber diese Literaturstelle
enthält die weitere Offenbarung dahingehend, daß es auch eine
proportionale Beziehung zwischen der kritischen Temperatur und
dem normalen Siedepunkt gibt.
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Daher bleibt in einem Umwandlungssystem, wenn die Anstiegsrate
in bezug auf die Kompressorgeschwindigkeit, die
Kondensationstemperatur und die Verdampfungstemperatur gleich bleiben, diese
Beziehung unverändert gültig, und Fig. 3 zeigt die
diesbezüglichen Tendenzen. Im Gegensatz dazu gilt, daß je niedriger die
kritische Temperatur in dem Umwandlungssystem ist, umso
niedriger ist die notwendige Kompressorgeschwindigkeit, um die
erforderliche Kühlkapazität aufrechtzuerhalten und diesmal ist die
Kondensationstemperatur niedriger und die
Verdampfungstemperatur höher im Vergleich zu einem Kühlmittel mit hoher kritischer
Temperatur.
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Ferner sollte darauf hingewiesen werden, daß in bezug auf die
Charakteristiken der Kühlmittelauslaßtemperatur des Kompressors
1 eine enge Beziehung zwischen dem kritischen Druck und dem
Molekulargewicht jedes Kühlmittels besteht, wie es in der
japanischen, noch nicht geprüften Patentanmeldung Sho 59-157446 (d. h.
der japanischen Patentanmeldung Sho 58-27962), veröffentlicht
am 6.Sept.1984, beschrieben ist.
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Das heißt bei einem Vergleich der Charakteristiken der
Kühlmittel ergibt sich, daß bei gleichen Bedingungen, d. h. gleicher
Kondensationstemperatur, gleicher Verdampfungstemperatur und
gleicher Kompressorgeschwindigkeit, das Kühlmittel mit dem
niedrigeren kritischen Druck (Kühlmittel mit hohem
Molekulargewicht) eine niedrigere Auslaßtemperatur hat und im Gegensatz
dazu das Kühlmittel mit dem höheren kritischen Druck
(Kühlmittel mit niedrigem Molekulargewicht) eine höhere
Auslaßtemperatur hat. Diese Tendenz ist in Fig. 4 dargestellt.
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Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in
welcher der Betrieb im mittleren Temperaturbereich von ca. 50ºC
stattfindet, wird im folgenden erklärt.
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In dem Wärmepumpensystem auf der Basis des Umwandlungssystems,
das nach dem Schema von Fig. 1 konstruiert ist, wird, bei
Verwendung des Kühlmittels mit einem niedrigeren kritischen Druck
und niedrigerer kritischer Temperatur als sie ein Standard-
Kühlmittel aufweist, um die gleiche Kühlkapazität, wie oben
erwähnt, aufrechtzuerhalten, die erforderliche
Kompressorgeschwindigkeit relativ klein. Als weiteres Ergebnis wird bei
Verwendung des Kühlmittels mit niedrigem kritischem Druck der
Abfall der Auslaßtemperatur höher, wegen des synergistischen
Effekts aufgrund der Wirkungen des Abfalls der
Kondensationstemperatur und der Auslaßtemperatur.
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Es könnte ferner in Betracht gezogen werden, einfach ein
Standard-Kühlmittel durch einem Kühlmittel mit einem niedrigen
kritischen Druck und niedriger kritischer Temperatur zu ersetzen,
aber der kritische Druck und die kritische Temperatur jedes
Kühlmittels sind für jedes Kühlmittel charakteristisch. Daher
ist eine willkürliche Anpassung der Auslaßtemperatur nicht nur
unmöglich, sondern hat auch den Nachteil, daß das Kühlmittel
mit niedriger kritischer Temperatur einen hohen Dampfdruck
aufweist, und daher, beim Bau des Kühlsystems, der hohe Druckwert
im Kreislauf in hohem Maße ansteigt. Es hat sich daher in der
Praxis als geeignet herausgestellt, das Standardkühlmittel
entsprechend den Aufgaben der Wärmepumpvorrichtung so auszuwählen,
daß es als Kühlmittel-Hauptbestandteil eingesetzt werden
sollte, und daß eine geeignete Menge des Kühlmittels, das in
geringer Menge vorliegt, einen niedrigeren kritischen Druck und
niedrigere kritische Temperatur als das Haupt-Kühlmittel
aufweist, zugegeben wird.
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Das heißt, daß bei Anwendung des oben erwähnten Prinzips im
Vergleich mit der Wärmepumpvorrichtung, in welcher nur ein
herkömmliches Standardkühlmittel eingesetzt wird, die
erforderliche Kompressorgeschwindigkeit, um die gleiche Kühlkapazität
aufrechtzuerhalten, niedrig genug wird, und daher nicht nur die
Auslaßtemperatur abnimmt, sondern auch der übermäßige Anstieg
des hohen Druckwerts im Kreislauf unterdrückt werden kann. Im
Gegenteil ist es durch Erhöhen der Stromfrequenz des Motors 8
durch den Frequenzumwandler 7 in dem Maße, wie es bei der aus
dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung der Fall ist,
möglich, die Kühlkapazität verglichen mit der herkömmlichen
Kapazität zu erhöhen und ferner, den Anwendungsbereich der
Wärmepumpvorrichtung als solchen zu erweitern.
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Beispiele für die Wahl dieser Kühlmittel sind im folgenden
angeführt. Für die Wärmepumpvorrichtung zur Luftkühlung oder
Luftheizung, für welche bisher ausschließlich R 22 eingesetzt
worden ist, ist es vorteilhaft, die in Tabelle 1 gezeigten
Kühlmittel als kleinerer Kühlmittelbestandteil zusätzlich zu
verwenden. Der kritische Druck und die kritische Temperatur
dieser Kühlmittel sind in Tabelle 1 genannt. Auch bei der
Wärmepumpvorrichtung zum Kühlen und zur Heißwasserversorgung, für
welche bisher R12 verwendet worden ist, ist es vorteilhaft,
Kühlmittel zusätzlich als kleineren Kühlmittelbestandteil
einzusetzen, die sie in Tabelle 2 angeführt sind. Der kritische
Druck und die kritische Temperatur dieser Kühlmittel sind in
Tabelle 2 angeführt.
Tabelle 1
Kühlmittel kritischer Druck (atm) krit. Temperatur (ºC)
Tabelle 2
Kühlmittel krit. Druck (atm) krit. Temperatur (ºC)
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Das einzelne Kühlmittel, das gewöhnlich mit den
Kühlmittelnummern R22, R116, R12 usw. bezeichnet wird, ist eine Substanz,
die hauptsächlich zu den Halogenkohlenwasserstoffen gehört. Die
Substanz wird folgendermaßen benannt.
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Die linke Ziffer bei den dreistelligen Zahlen zeigt die
Kohlenstoffzahl minus 1 (-1) an; die mittlere Ziffer zeigt die Zahl
der Wasserstoffatome plus 1 (+1) an, und die rechte Ziffer
zeigt die Fluorzahl an.
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Diese Methode zur Ermittlung der Kühlmittelnummer ist die
Methode gemäß dem ASHRAE -Standard (The American Society of
Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers). Zum
Beispiel bedeuten die Zahlen R 22, R 12, R116, R13 B 1 und R 218
jeweils CHCl F2, CCl&sub2;F&sub2;, C&sub2;F&sub6;, CF&sub3;Br und C&sub3;F&sub8;.
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Der kritische Druck und die kritische Temperatur sind
charakteristische Werte für diese Substanzen und diese Werte, wie sie
in den Tabellen 1 und 2 angeführt sind, wurden früher von
Forschern empfohlen. Wie bereits erwähnt, steht ferner der
kritische Druck insbesondere in engem Zusammenhang mit dem
Molekulargewicht des Kühlmittels. Im allgemeinen gilt bei
halogenierten Kohlenwasserstoffen, daß je höher das
Molekulargewicht des Kühlmittels ist, umso niedriger ist der kritische
Druck, und je niedriger das Molekulargewicht des Kühlmittels
ist, umso höher ist der kritische Druck.
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Daher wird als kleinerer Kühlmittelbestandteil mit niedrigem
kritischem Druck eine Substanz gewählt, die Halogenatome mit
höherem Molekulargewicht in einem Atomgewichtsbereich, wie ihn
Fluor, Chlor und Brom aufweisen, umfaßt; aber vorzugsweise
sollte die Wahl auf Basis des gemessenen oder empfohlenen
Wertes für den kritischen Druck getroffen werden.
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Wird bei mittleren Temperaturen von ca. 50ºC gearbeitet, dann
ist es wünschenswert, daß der kleinere Kühlmittelbestandteil
eine kritische Temperatur von mehr als 50ºC aufweist.
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Ferner kann, wie in der Ausführungsform beschrieben, aufgrund
der Tatsache, daß der kritische Druck in engem Zusammenhang mit
dem Molekulargewicht steht, und daß die kritische Temperatur in
engem Zusammenhang mit dem normalen Siedepunkt steht, der
Wahlstandard für einen kleineren Kühlmittelbestandteil durch eine
der folgenden Formulierungen gleicher Bedeutung dargestellt
werden:
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a) Ein Kühlmittel mit niedrigem kritischem Druck und niedriger
kritischer Temperatur.
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b) Ein Kühlmittel mit niedrigem kritischem Druck und niedrigem
normalem Siedepunkt.
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c) Ein Kühlmittel mit hohem Molekulargewicht und niedriger
kritischer Temperatur.
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d) ein Kühlmittel mit hohem Molekulargewicht und niedrigem
normalem Siedepunkt.
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Die vorliegende Erfindung kann auf folgende Weise modifiziert
werden. Neben solchen kleineren Kühlmittelbestandteilen, kann
zwecks Verbesserung der Wirksamkeit ein dritter Bestandteil
enthalten sein.
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Bei der in Fig. 1 dargestellten Wärmepumpvorrichtung wird eine
Ausführungsform erläutert, in welcher eine erste
Wärmeaustauschvorrichtung in Form einer Wärmesenke 3 als Kondensator
dient und eine zweite Wärmeaustauschvorrichtung in Form einer
Wärmequelle 5 als Verdampfer wirkt, so daß diese Wärmepumpe zum
Heizen bei hohen Temperaturen eingesetzt wird, wobei im
Kondensator 3 Wärme an Wasser und Luft abgegeben wird.
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In einer weiteren Ausführungsform ist es möglich, da fast alle
für die hohe kritische Temperatur repräsentativen Kühlmittel
einen niedrigen Dampfdruck aufwiesen, den Kondensationsdruck
des Kühlmittel-Hauptbestandteils zu senken, indem eine
geeignete Menge eines dritten Kühlmittel-Bestandteils mit hoher
kritischer Temperatur zusätzlich eingesetzt wird. Es ist ferner
möglich, die Kondensationstemperatur zu erhöhen, während ein
geeigneter Kondensationsdruck aufrechterhalten wird. Das
Kühlmittel mit hoher kritischer Temperatur hat jedoch im
allgemeinen ein großes spezifisches Gasvolumen. Wenn daher ein
Kompressor des gleichen Zylindervolumens wie bei einem herkömmlichen
Kompressor eingesetzt würde, dann würde die
Fließgeschwindigkeit des Kühlmittels insgesamt abnehmen, und damit auch die
Wärmekapazität.
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Um dieses Problem zu lösen, wird daher ein Kompressor mit
variabler Frequenz eingesetzt,wobei der Kompressor mit einem
Elektromotor, der mit einem Frequenzumwandler verbunden ist,
bei einer höheren Frequenz, als sie eine handelsübliche
Stromquelle aufweist, betrieben wird, und durch die erhöhte
Kompressorgeschwindigkeit die notwendige Zirkulationsgeschwindigkeit
des Kühlmittels aufrechterhalten wird, ohne eine weitere
größere Anlage dafür zu benötigen.
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Da der zugegebene dritte Kühlmittelbestandteil mit hoher
kritischer Temperatur mit einem Kühlmittel mit niedrigem
kritischem Druck kombiniert wird, ist es möglich, die Wärme bei
hoher Temperatur ohne den unerwünschten Anstieg der
Auslaßtemperatur zu nutzen.
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Auch wenn der oben erwähnte Kühlmittel-Hauptbestandteil R22
oder R 12 ist, und ein dritter Kühlmittel-Bestandteil mit hoher
kritischer Temperatur und niedrigem kritischem Druck, wie in
den Tabellen 3 und 4 dargestellt, zugegeben wird, ist es
möglich, Wärme bei höheren Temperaturen zu nutzen, als das bisher
mit dem einzigen Kühlmittel-Bestandteil möglich war.
Tabelle 3
Kühlmittel kritischer Druck (atm) kritische Temperatur (ºC)
Tabelle 4
Kühlmittel kritischer Druck (atm) kritische Temperatur (ºC)
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Die oben erwähnte Beziehung gilt auch in dieser
Ausführungsform, selbst wenn die Formulierung "Kühlmittel mit hoher
kritischer Temperatur" durch die Formulierung "Kühlmittel mit hohem
normalem Siedepunkt" ersetzt wird; und auch wenn die
Formulierung "Kühlmittel mit niedrigem kritischem Druck" durch die
Formulierung "Kühlmittel mit hohem Molekulargewicht" ersetzt wird,
gilt beinahe die gleiche Beziehung.
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Der Grund, warum der Kühlmittel-Hauptbestandteil in einer Menge
von mehr als 50 Gewichtsprozent vorliegen muß, ist, daß wenn
die oben erwähnte Substanz des dritten Kühlmittel-Bestandteils
in zu großer Menge zugegeben wird, die Wärmekapazität übermäßig
abfällt und die Umdrehungszahl des Kompressors und damit seine
Geschwindigkeit übermäßig hoch sein müssen, um einen
Leistungsabfall des Kompressors als solchen zu vermeiden. Es ist daher
wünschenswert, daß das Kühlmittel zu mehr als der Hälfte aus
dem Kühlmittel-Hauptbestandteil besteht. Im Rahmen der
vorliegenden Erfindung ist es ferner zulässig, mindestens einen
weiteren Bestandteil zu integrieren.
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Die Wirkung der vorliegenden Ausführungsform wird im folgenden
anhand eines Beispiels erläutert, in welchem sie beim
Hochtemperaturerhitzen in einer Anlage zur Heißwasserbereitung zum
Tragen kommt.
Beispiel 1
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In dem Wärmepumpsystem von Fig. 1 beträgt die Ausgangsleistung
des Kompressors im wesentlichen eine Pferdestärke, es werden
Wärmeaustauscher zwischen Wasser und Kühlmittel als Kondensator
und Verdampfer eingesetzt, durch welche mit einer
Geschwindigkeit von 2,5 l/min Wasser fließt. R22 und R22/R152a
(Gewichtsverhältnis 80/20) werden als Kühlmittel eingesetzt und
die Spitzenwerte ihrer Leistungskoeffizienten werden unter
solchen Bedingungen verglichen, daß die Menge an eingefülltem
Kühlmittel und der Öffnungsgrad des Kapillarrohres oder des
Expansionsventils moduliert wird, um die Kondensationstemperatur
auf einem identischen Wert zu halten.
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Das Ergebnis dieser Ausführungsform ist in Tabelle 5 angeführt.
Tabelle 5
Kühlmittel Kondensationstemperatur Kondensationsdruck Auslaßtemperatur
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Wenn R 22/R152 a(80/20) eingesetzt wird, sinkt die
Wärmekapazität um 7% und der Leistungskoeffizient steigt um 5% im
Vergleich zum Einsatz von R 22 allein.
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Wenn ferner in dieser Ausführungsform ein Frequenzumwandler mit
dem Kompressor von außen verbunden ist und die Frequenz einer
handelsüblichen Stromquelle mit 60 Hz damit auf 70 Hz erhöht
wird, dann steigt die Wärmekapazität um 3% im Vergleich zum
Einsatz von R22 allein, und die Kondensationstemperatur, der
Kondensationsdruck und die Auslaßtemperatur nehmen jeweils
Werte von 45ºC, 14,2 kg/cm² und 88ºC an.
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Das heißt, daß es aufgrund des Einsatzes des erwähnten
gemischten Kühlmittels und eines Kompressortyps mit variabler Frequenz
möglich ist, den Kondensationsdruck und die Auslaßtemperatur zu
senken, während die Wärmekapazität aufrechterhalten wird.
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Wenn ferner die Frequenz und damit die Geschwindigkeit des
Kompressors bis zu einer Kondensationstemperatur ansteigt, die
gleich der Kondensationstemperatur von R 22 ist, dann ist es
möglich, die Wärmekapazität und die Kondensationstemperatur
noch weiter zu verbessern als im Falle des Einsatzes von R 22
allein, und die Auslaßtemperatur im wesentlichen auf dem
gleichen Wert zu halten, wie er im Falle des Einsatzes von R 22
vorliegt.
Beispiel 2
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Es wird das gleiche Versuchsgerät wie in Beispiel 1 eingesetzt,
und R12 und R12/R114 (Gewichtsverhältnis 70/30) werden als
gemischtes Kühlmittel eingesetzt. Bei gleicher Betriebsweise wie
in Beispiel 1 wird ein Vergleich zwischen den Kühlmitteln R12
und R12/R114 angestellt, wobei darauf geachtet wird, daß die
Kondensationstemperaturen der beiden Kühlmittel bei 70ºC
gehalten werden. Verglichen mit dem Betrieb bei 60Hz unter Einsatz
von R12 allein ist die Wärmekapazität von R12/R114 bei der
höheren Geschwindigkeit von 70 Hz fast gleich, und der
Kondensationsdruck des letzteren fällt um 5 kg/cm² und die
Auslaßtemperatur beträgt nur 77ºC, was um 7ºC niedriger ist, verglichen
mit dem Einsatz von R12 bei 60 Hz
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Diese Auslaßtemperatur ist nicht so hoch, daß sie auf die
Lebensdauer und die Zuverlässigkeit der Vorrichtung nachteilige
Wirkung haben könnte.
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Daher ist es ferner möglich, den Kondensationsdruck bis zu dem
Druck von R 12 zu erhöhen, indem man die Umdrehungszahl des
Kompressors erhöht, wodurch die Kondensationstemperatur weiter
verbessert wird, so daß die Wärmekapazität höher ist als im
Falle des Einsatzes von R 12 allein.