DE4001525A1 - HEAT PUMP FOR THE SAME DELIVERY OF COLD AND HOT FLUIDS - Google Patents

HEAT PUMP FOR THE SAME DELIVERY OF COLD AND HOT FLUIDS

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DE4001525A1
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Abstract

A heat pump capable of simultaneously supplying cold and hot fluids comprises a refrigeration cycle including a compressor 1, a condenser 2, an evaporator 4 and expansion valves 3; a path for a fluid to be heated connecting from a feed inlet 15 of the fluid via the condenser to a hot-fluid outlet 12; and a path for a fluid to be cooled connecting from a feed inlet 16 of the fluid via the evaporator 4 to a cold-fluid outlet 13. A refrigerant liquid-gas heat exchanger 11 is interposed in the refrigeration cycle to cause heat exchange between the liquid refrigerant and gaseous refrigerant in countercurrent flow. Both paths for the fluid to be heated and the fluid to be cooled are constituted as a once-through path. In the condenser, the refrigerant and the fluid to be heated are passed in countercurrent flow. Thus, a short rise time of operation, and a higher-temperature hot fluid and a lower temperature cold fluid than usual are obtained. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wärmepumpe zur gleichzeitigen Lieferung kalter und heißer Fluids, insbesondere auf eine Wärmepumpe, die es erlaubt, ein wesentlich heißeres Fluid zu gewinnen und die zu seiner Verfügbarmachung benötigte Zeit zu verkürzen.The invention relates to a heat pump for simultaneous delivery of cold and hot fluids, in particular to a heat pump that allows one to gain much hotter fluid and to to shorten the time available to him.

Die vorherrschenden Heißwasserversorgungserhitzer umfassen elektrische Erhitzer und Heißwasserboiler. Ihre Betriebskosten sind jedoch hoch, wobei besonders die Heißwasserboiler wegen der Abgase ein Umweltverschmutzungsproblem geschaffen haben. Dementsprechend entsprachen die bestehenden Geräte nicht immer den laufenden gesellschaftlichen Anforderungen, die eine saubere Energie zu niedrigen Kosten verlangen. The predominant hot water utility heaters include electric heaters and hot water boiler. Their operating costs, however, are high, being particularly the hot water boiler because of the exhaust gases Environmental pollution problem. Accordingly, the existing equipment corresponded not always the current social Requirements that a clean energy too low Charge costs.  

So sind Wärmepumpen als Heißwasserversorgungssysteme zu niedrigen Kosten und schadstofffrei in den Vordergrund getreten. Seit kurzem sind wegen der gleichzeitigen Verwendung als Kühlschrank eine Vielzahl von Wärmepumpen im Handel erhältlich, die die gleichzeitige Lieferung von kaltem und warmem Wasser erlauben.So are heat pumps as hot water supply systems at low cost and pollutant free in the Foreground stepped. Recently, because of the simultaneous use as a refrigerator Variety of heat pumps commercially available to the simultaneous delivery of cold and warm water allow.

Ein Beispiel einer solchen bekannten Wärmepumpe ist in Fig. 3 dargestellt, in der ein Kompressor 1, ein Kondensator 2, ein Entspannungsventil 3 und ein Verdampfer 4 einen Kühlkreislauf bilden. Auf der Kondensatorseite ist eine Umwälzleitung für zu erhitzendes Wasser an einen Heißwassertank 5′ angeschlossen und weist eine Wasserpumpe 9 und ein Ventil 7 aufweist. Auf der Verdampferseite ist eine Umwälzleitung für das abzukühlende Wasser an einen Kaltwassertank 6′ angeschlossen und weist ebenfalls eine Wasserpumpe 10 und ein Ventil 8 auf.An example of such a known heat pump is shown in Fig. 3, in which a compressor 1 , a condenser 2 , an expansion valve 3 and an evaporator 4 form a cooling circuit. On the condenser side, a recirculation line for water to be heated is connected to a hot water tank 5 'and has a water pump 9 and a valve 7 . On the evaporator side, a recirculation line for the water to be cooled is connected to a cold water tank 6 'and also has a water pump 10 and a valve 8 .

Der so aufgebaute Kühlkreislauf der bekannten Wärmepumpe, der gleichzeitig kaltes und heißes Wasser liefert, kann in einem Mollierdiagramm gemäß Fig. 4 dargestellt werden, in welchem die Symbole "i" und "p" jeweils die Enthalpiewerte und die Druckwerte bezeichnen. Aus dem Mollierdiagramm geht folgendes hervor: Ursprünglich, zu Anfang, wird im Kompressor 1 das Kühlmittel auf Druck gebracht und komprimiert, wobei in dieser Stufe ein Enthalpiewechsel von i 1 nach i 2 erfolgt; anschließend wird im Kondensator 2 das gasförmige Kühlmittel durch den Wärmeaustausch mit dem zu erhitzenden Wasser abgekühlt und bei konstantem Druck verflüssigt, bis es in den unterkühlten Zustand i 3 übergeht; dann tritt das flüssige Kühlmittel in das Entspannungsventil 3 ein, in welchem es adiabatisch auf den Zustand i 4 expandiert, der dem gleichen Wert wie i 3 entspricht; daraufhin absorbiert das Kühlmittel im Verdampfer 4 Wärme durch den Wärmeaustausch mit dem zu kühlenden Wasser, wodurch es bei konstantem Druck vergast wird und in den überhitzten Zustand i 1, übergeht, der von i 1 abweicht, ohne zum Anfangswert i 1 zurückzukehren.The cooling circuit of the known heat pump constructed in this way, which simultaneously supplies cold and hot water, can be represented in a Mollier diagram according to FIG. 4, in which the symbols "i" and "p" denote the enthalpy values and the pressure values, respectively. From the Mollier diagram the following is apparent: Originally, initially, in the compressor 1, the refrigerant is pressurized and compressed, at which stage there is an enthalpy change from i 1 to i 2 ; Subsequently, in the condenser 2, the gaseous refrigerant is cooled by the heat exchange with the water to be heated and liquefied at a constant pressure until it passes into the supercooled state i 3 ; Then, the liquid refrigerant enters the expansion valve 3 , in which it adiabatically expands to the state i 4 , which corresponds to the same value as i 3 ; Thereafter, the refrigerant in the evaporator 4 absorbs heat by heat exchange with the water to be cooled, whereby it is gasified at a constant pressure and becomes the superheated state i 1 , which deviates from i 1 without returning to the initial value i 1 .

Dementsprechend sind auf der Kondensatorseite und auf der Verdampferseite jeweils der Heißwassertank 5′ und der Kaltwasserversorgungstank 6′ angeordnet, wobei Wasser im Kaltwassertank 6′ mit Hilfe der Wasserpumpe 10 zum Wärmeaustausch mit dem gasförmigen Kühlmittel umgewälzt wird. Dementsprechend erhöht sich, von einer erhöhten Kondensationstemperatur begleitet, der Kondensationsdruck, so daß Heißwasser gewonnen wird, während der Verdampfungsdruck verringert wird, verbunden mit einem Abfall der Verdampfungstemperatur, wodurch Kaltwasser erzeugt wird. Im Verlauf dieser Zustandsänderungen verschiebt sich das Mollierdiagramm im Laufe der Betriebzeit graduell in Richtung der Ordinatenachse, wie aus den ÜbergängenAccordingly, each of the hot water tank 5 'and the cold water supply tank 6 ' are arranged on the condenser side and on the evaporator side, wherein water in the cold water tank 6 'is circulated by means of the water pump 10 for heat exchange with the gaseous coolant. Accordingly, when accompanied by an increased condensation temperature, the condensing pressure increases, so that hot water is recovered while the evaporation pressure is lowered, accompanied by a decrease in the evaporation temperature, thereby generating cold water. In the course of these state changes, the Mollier diagram shifts gradually in the course of the operation time in the direction of the ordinate axis, as from the transitions

i₁ → i₁′ → i₁′′, i₂ → i₂′ → i₂′′, i ₁ → i ₁ '→ i ₁'', i ₂ → i ₂' → i ₂ '',

i₃ → i₃′ → i₃′′, i₄ → i₄′ → i₄′′, i ₃ → i ₃ '→ i ₃'', i ₄ → i ₄' → i ₄ '',

hervorgeht ist, so daß im Ergebnis ein niedriger COP-Wert (Wirkungsgrad) erzielt wird.is apparent, so that as a result a lower COP value (efficiency) is achieved.

Der COP-Wert des in Fig. 4 dargestellten Mollierdiagramms wird durch die folgende Gleichung definiert:The COP value of the Mollier diagram shown in FIG. 4 is defined by the following equation:

Bekanntlich gibt der COP einer Wärmepumpe den thermischen Wirkungsgrad des zugehörigen Systems wieder und seine Höhe beeinflußt die Endtemperaturen des gewonnenen kalten und heißen Wassers.As you know, the COP gives a heat pump the thermal efficiency of the associated system again and its height affects the final temperatures of the obtained cold and hot water.

Aus der obigen Gleichung geht klar hervor, daß es zur Verbesserung des COP erforderlich ist, den Ausdruck (i 2′′-i 3′′) zu vergrößern, d.h. den Enthalpieunterschied auf der Kondensatorseite, und ebenso den Ausdruck (i 2′′-i 1′′), d.h. das Arbeitsäquivalent des Kompressors 1.It is clear from the above equation that to improve the COP it is necessary to increase the expression ( i 2 " -i 3 "), ie the enthalpy difference on the capacitor side, and also the expression ( i 2 "). i 1 ''), ie the working equivalent of the compressor 1 .

Bisher sind zu diesem Zweck eine Reihe von Maßnahmen zur Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades des Kondensators 2 und/oder des Verdampfers 4 getroffen worden, beispielsweise durch Vergrößern ihrer Wärmeaustauschflächen, durch Vergrößern des Enthalpieunterschiedes zwischen den unterkühlten und überhitzten Bereichen mittels Wärmeaustausches zwischen dem flüssigen Kühlmittel an der Austrittsseite des Kondensators und dem gasförmigen Kühlmittel an der Austrittsseite des Verdampfers, etc. Dementsprechend besitzen bestehende Wärmepumpen, die gleichzeitig heißes und kaltes Wasser liefern, einen COP in Höhe von 4,0 und erzeugen schließlich Heißwasser von etwa 75°C.So far, a number of measures have been taken for this purpose to improve the thermal efficiency of the condenser 2 and / or the evaporator 4 , for example by increasing their heat exchange surfaces, by increasing the enthalpy difference between the supercooled and superheated areas by means of heat exchange between the liquid coolant at the Accordingly, existing heat pumps which simultaneously supply hot and cold water have a COP of 4.0 and finally produce hot water of about 75 ° C.

Die vorgenannte bekannte Wärmepumpe gleicher Art wie die der Erfindung benötigt jedoch eine lange Aufbauzeit (Zeitanstieg) auf, da das zu erhitzende Wasser mit Hilfe der Wasserpumpe 9 des Heißwasser­ versorgungstankes 5′ umgewälzt wird. Anders ausgedrückt wird eine vorbestimmte Heißwasser­ temperatur erst im Laufe des Regenerierens der Wärme des Kondensators 2 im Heißwasserversorgungstank 5′ erzielt. Im übrigen ist die Pumpe nicht in der Lage, selbst mit den vorerwähnten Maßnahmen Heißwasser von mehr als 75°C zu erzeugen. Bei einem Umwälzsystem, bei dem das zu erhitzende Wasser beim Zirkulieren erhitzt wird, ist es unmöglich, die Wassertemperatur auf einmal zu erhöhen; und wenn die Wassertemperatur während der Betriebszeit auf die definitive Temperatur erhöht worden ist, fällt die logarithmische mittlere Temperaturdifferenz zwischen dem Wasser und dem Kühlmittel im Kondensator nur gering aus. Insbesondere, wenn die logarithmische mittlere Temperaturdifferenz unter einem bestimmten Wert liegt, liefert die Umwälzung keine für den Austausch ausreichende Wärmemenge, so daß das Kühlmittel nicht mehr kondensiert. Der Temperaturanstieg hört also auf. Ein vergrößertes Kompressionsverhältnis und ein verringerter COP sind dementsprechend die Folge.However, the aforementioned known heat pump of the same kind as that of the invention requires a long build time (increase in time), since the water to be heated with the help of the water pump 9 of the hot water supply tank 5 'is circulated. In other words, a predetermined hot water temperature is achieved only in the course of regenerating the heat of the condenser 2 in the hot water supply tank 5 '. Moreover, the pump is not able to produce even with the aforementioned measures hot water of more than 75 ° C. In a circulating system in which the water to be heated is heated while circulating, it is impossible to raise the water temperature at one time; and when the water temperature has been raised to the definite temperature during the operating time, the logarithmic mean temperature difference between the water and the refrigerant in the condenser will be small. In particular, when the logarithmic mean temperature difference is below a certain value, the circulation does not provide a sufficient amount of heat for the exchange, so that the refrigerant no longer condenses. The temperature rise stops so. An increased compression ratio and a reduced COP are the consequence accordingly.

Bei einem so erreichten Zustand wird die kombinierte Verwendung des vorerwähnten elektrischen Erhitzers, Heißwasserboilers etc. unvermeidlich, so daß die Probleme der hohen Kosten und der Umweltverschmutzung nach wie vor unvermeidbar sind.In such a state reached, the combined Use of the aforementioned electric heater, Hot water boiler etc. inevitable, so that the Problems of high cost and pollution are still unavoidable.

Um mit der gegenwärtigen Situation fertig zu werden, wurde die vorliegende Erfindung mit dem Ziel gemacht, den COP einer Wärmepumpe zu verbessern, die in der Lage ist, gleichzeitig heiße und kalte Fluids zu liefern. Das Hauptziel der Erfindung besteht darin, ein Hochtemperaturfluid von mehr als 75°C in einer extrem kurzen Zeitdauer zu gewinnen.To cope with the current situation, the present invention was made with the aim of to improve the COP of a heat pump in the Location is at the same time hot and cold fluids too deliver. The main object of the invention is a high temperature fluid greater than 75 ° C in one extremely short time to win.

Gemäß der vorliegenden Erfindung, welche das vorgenannte Ziel erfüllt, wird eine Wärmepumpe geschaffen, die gleichzeitig heiße und kalte Fluids liefert, wobei die Pumpe einen Kühlkreislauf besitzt, der einen Kompressor, einen Kondensator, Entspannungs­ ventile und einen Verdampfer aufweist, und wobei der Kühlkreislauf folgende Komponenten umfaßt: Einen Flüssigkeits-Gas-Wärmetauscher für das Kühlmittel zur Herbeiführung eines Wärmetausches zwischen einem flüssigen Kühlmittel, das vom Austritt des Kondensators zu den Entspannungsventilen fließt, und einem gasförmigen Kühlmittel, das vom Verdampfer zum Kompressor strömt, wobei der Wärmetauscher in der Mitte zwischen einem Verbindungsweg vom Kondensator zu den Entspannungsventilen und einem Verbindungsweg vom Verdampfer zum Kompressor angeordnet ist und dazu dient, das flüssige und das gasförmige Kühlmittel einem Wärmeaustausch im Gegenstrom zu unterziehen; einen Einmaldurchlaufweg für das zu erhitzende Fluid, der den Speiseeintritt der Fluidquelle über den Kondensator mit dem Versorgungsaustritt des heißen Fluids verbindet; und einen Einmaldurchlaufweg für das zu kühlende Fluid, der den Speiseeintritt der Fluidquelle über den Verdampfer mit dem Versorgungsaustritt des kalten Fluids verbindet, wobei der genannte Kondensator so beschaffen ist, daß ihn das Kühlmittel und das zu erhitzende Fluid im Gegenstrom passieren.According to the present invention, which is the meets the aforementioned objective, becomes a heat pump created simultaneously hot and cold fluids supplies, wherein the pump has a cooling circuit, a compressor, a condenser, relaxation valves and having an evaporator, and wherein the Cooling circuit comprises the following components: One Liquid-gas heat exchanger for the coolant for Inducing a heat exchange between a liquid coolant from the exit of the Condenser flows to the expansion valves, and a gaseous coolant from the evaporator to Compressor flows, the heat exchanger in the Middle between a connection path from the condenser to  the expansion valves and a connection path from Evaporator is arranged to the compressor and to serves the liquid and the gaseous coolant to undergo a heat exchange in countercurrent; a disposable flow path for the fluid to be heated, the feeding of the fluid source over the Capacitor with the supply outlet of the hot Fluids connects; and a disposable passageway for the to be cooled fluid, the food intake of the Fluid source via the evaporator with the Supply outlet of the cold fluid connects, wherein said capacitor is such that it the coolant and the fluid to be heated in Pass countercurrent.

Der hier verwendete Ausdruck "Fluid" bedeutet hauptsächlich Wasser, ist aber nicht darauf beschränkt und schließt auch Luft und andere Substanzen ein. Der Einfachheit halber wird im folgenden der Ausdruck Wasser statt Fluid verwendet.The term "fluid" as used herein means mainly water, but not limited thereto and also includes air and other substances. The For the sake of simplicity, the following is the expression Water used instead of fluid.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, gleichzeitig kaltes und heißes Wasser zu gewinnen, soll aber nicht die Möglichkeit ausschließen sondern einbeziehen, nur kaltes oder warmes Wasser zu nutzen.The present invention makes it possible to simultaneously but not to win cold and hot water exclude the possibility but only involve to use cold or warm water.

Die bei der Erfindung angewandte Durchlaufmethode unterscheidet sich also von der bekannten Umlaufmethode, bei der das zu erhitzende oder abzukühlende Wasser eine vorbestimmte Temperatur während des Umlaufens erreicht. Die Durchlaufmethode ist dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser durch den Kondensator oder Verdampfer geleitet wird, wo es auf einmal eine vorbestimmte Temperatur erreicht und in diesem Zustand an die Benutzerseite geliefert wird.The flow method used in the invention differs from the known ones Circulation method in which the heated or water to be cooled at a predetermined temperature achieved during circulation. The pass method  is characterized in that the water through the Condenser or evaporator is directed where it is on once reached a predetermined temperature and in This condition is delivered to the user side.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Wärmepumpe der vorliegenden Erfindung sind die Kapazitäten des Kondensators und des Verdampfers derart vergrößert, daß sie einen ausreichenden Wärmeaustausch zur Lieferung eines heißeren Heißwassers oder eines kälteren Kaltwassers ermöglichen.According to a preferred embodiment of the heat pump According to the present invention, the capacities of the Capacitor and the evaporator so enlarged that they have a sufficient heat exchange for Delivery of a hotter hot water or one Allow colder cold water.

Da das flüssige Kühlmittel an der Austrittsseite des Kondensators und das gasförmige Kühlmittel an der Austrittsseite des Verdampfers mit Hilfe des Flüssigkeits-Gas-Wärmetauschers für das Kühlmittel dem Wärmeaustausch im Gegenstromverfahren ausgesetzt sind, werden bei der vorliegenden erfindungsgemäß aufgebauten und gleichzeitig Kalt- und Heißwasser liefernden Wärmepumpe das flüssige Kühlmittel, das sich schon bei einer höheren Temperatur im unterkühlten Zustand befindet, und das gasförmige Kühlmittel, das sich bei einer niedrigen Temperatur im Überhitzungszustand befindet, zum Austauschen der Wärme veranlaßt, wodurch das flüssige Kühlmittel gekühlt und weiter unterkühlt wird, während das gasförmige Kühlmittel erhitzt und weiter überhitzt wird.Since the liquid coolant at the exit side of the Condenser and the gaseous coolant at the Outlet side of the evaporator with the help of Liquid-gas heat exchanger for the coolant Heat exchange in countercurrent process are exposed, are used in the present invention built and at the same time cold and hot water supplying heat pump the liquid refrigerant, the already at a higher temperature in the supercooled state is located, and the gaseous Coolant that is at a low temperature in the Overheating condition is to replace the Heat causes, causing the liquid coolant cooled and further subcooled while the heated gaseous coolant and further overheated becomes.

Zeitlich vor diesem Wärmeaustausch wird im Kondensator das zu erhitzende Wasser, im Gegenstrom zum Kühlmittel, im Einmaldurchlaufverfahren zugeliefert, so daß stets frisches Speisewasser in den Kondensator strömt, wodurch eine wirksamere Unterkühlung des Kühlmittels an der Austrittsseite begünstigt und eine große logarithmische mittlere Temperaturdifferenz zwischen dem Speisewasser und dem Kühlmittel aufrechterhalten wird.Time before this heat exchange is in the condenser the water to be heated, in countercurrent to the  Coolant, supplied in a one-pass process, so that always fresh feed water into the condenser flows, creating a more effective supercooling of the Coolant on the outlet side favors and a large logarithmic mean temperature difference between the feed water and the coolant is maintained.

Zum anderen wird auch im Verdampfer Speisewasser im Einmaldurchlaufverfahren weitergeleitet, wodurch es möglich ist, eine hohe logarithmische mittlere Temperaturdifferenz zwischen dem Speisewasser und dem Kühlmittel aufrechtzuerhalten.On the other hand, also in the evaporator feed water in One-pass procedure forwarded to it possible, a high logarithmic mean Temperature difference between the feed water and the Maintain coolant.

Auf diese Weise wird durch Begünstigen der Unterkühlung und der Überhitzung im Kühlmittelkreislauf der Enthalpieunterschied zwischen der Kondensatorseite und der Verdampferseite erhöht, während durch Beibehalten eines hohen logarithmischen mittleren Temperaturunterschiedes das Kompressionsverhältnis minimiert wird. Infolge des damit verbundenen Synergieeffektes wird der COP verbessert und ein angemessener Wärmeaustausch erzielt. Demgemäß erreicht bei der Wärmepumpe gemäß der vorliegenden Erfindung das zu erhitzende Wasser beim einmaligen Durchfließen durch den Kondensator die höhere Temperatur und wird somit zu einem Hochtemperaturwasser für den Heißwasserverbrauch.In this way, by favoring the Hypothermia and overheating in the Coolant circuit the enthalpy difference between increases the capacitor side and the evaporator side, while by maintaining a high logarithmic mean temperature difference that Compression ratio is minimized. As a result of the the associated synergy effect will be the COP improved and adequate heat exchange achieved. Accordingly achieved in the heat pump according to the present invention, the water to be heated when flowing through the capacitor once higher temperature and thus becomes one High temperature water for hot water consumption.

Nachfolgend wird der Gegenstand der zur Beschreibung der Erfindung gehörigen Figuren spezifiziert. Hereinafter, the subject matter of the description The figures belonging to the invention are specified.  

Fig. 1 ist eine schematische Systemdarstellung, die ein Beispiel für eine Wärmepumpe zur gleichzeitigen Lieferung und kaltem und heißem Fluids gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; Fig. 1 is a schematic system diagram showing an example of a simultaneous supply heat pump and cold and hot fluid according to the present invention;

Fig. 2 stellt das Mollierdiagramm der in Fig. 1 dargestellten Wärmepumpe dar; FIG. 2 is the Mollier diagram of the heat pump shown in FIG. 1; FIG.

Fig. 3 ist eine ähnliche Systemdarstellung einer bekannten Wärmepumpe der gleichen Art; Fig. 3 is a similar system diagram of a known heat pump of the same type;

Fig. 4 stellt das Mollierdiagramm der in Fig. 3 dargestellten bekannten Wärmepumpe dar; und Fig. 4 illustrates the Mollier diagram of the known heat pump shown in Fig. 3; and

Fig. 5 bis Fig. 8 veranschaulichen graphische Darstellungen des bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Einmal­ durchlaufverfahrens im Vergleich zu dem bekannten Umlaufverfahren, und zwar hinsichtlich der Heißwasserausgangstemperatur (Kondensatorseite), dem COP-Wert (Kondensatorseite), der Kaltwasserausgangstemperatur (Verdampferseite), und dem COP-Wert (Verdampferseite), jeweils bezogen auf die abgelaufene Betriebszeit. FIG. 5 to FIG. 8 illustrate graphs of the one-pass process used in the present invention as compared with the conventional recirculation method, with respect to the hot water outlet temperature (condenser side), the COP value (condenser side), the cold water outlet temperature (evaporator side), and FIG COP value (evaporator side), in each case related to the elapsed operating time.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. Gemäß Fig. 1 wird ein Kühlmittelweg durch Verbindung von Rohrleitungen wie folgt geschaffen: Von der Austrittsseite des Kompressors 1 durch den Kondensator 2 in den Flüssigkeits-Gas-Wärmetauscher 11 für das Kühlmittel und weiter zu den Entspannungsventilen 3; dann durch den Verdampfer 4 wieder in den Wärmetauscher 11 und von dort an die Eintrittsseite des Kompressors 1, womit der Kühlmittelkreislauf komplett ist.Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to FIG . Referring to Fig. 1, a refrigerant path is created by connecting pipes as follows: from the exit side of the compressor 1 through the condenser 2 into the liquid-gas heat exchanger 11 for the refrigerant and further to the expansion valves 3 ; then through the evaporator 4 back into the heat exchanger 11 and from there to the inlet side of the compressor 1 , whereby the coolant circuit is complete.

Was den Weg des zu erhitzenden Wassers anbetrifft, wird ein Einmaldurchlaufweg in der Weise geschaffen, daß Rohrleitungen, ausgehend von einem Speisekopf 15 durch den Kondensator 2 im Gegenstrom zum Kühlmittelweg, dann über ein Ventil 7 mit dem Heißwasserversorgungstank 5 sowie einem parallel dazu angeordneten Heißwasserversorgungskopf 12 miteinander verbunden.As for the way of the water to be heated, a disposable flow path is provided in such a way that piping, starting from a feed head 15 through the condenser 2 in countercurrent to the coolant path, then via a valve 7 to the hot water supply tank 5 and a hot water supply head 12 arranged parallel thereto connected with each other.

Was den Weg des abzukühlenden Wassers betrifft, wird ein Einmaldurchlaufweg in der Weise geschaffen, daß Rohrleitungen, ausgehend von einem Speisekopf 16 für Frischwasser, zum Verdampfer 4 und weiter zum Ventil 8 und zum Kaltwassertank 6 sowie zu einem parallel dazu angeordneten Versorgungsauslaß oder Wasserhahn 13 laufend miteinander verbunden werden.Concerning the path of the water to be cooled, a disposable flow path is provided in which piping runs from a supply head 16 for fresh water to the evaporator 4 and further to the valve 8 and the cold water tank 6 as well as to a supply outlet or faucet 13 arranged parallel thereto be connected to each other.

Im Verdampfer 4 nach Fig. 1 sind die Ströme des Kühlmittels und des zu kühlenden Wassers Parallelströme, im Gegensatz zur Situation im Kondensator 2. Sie können aber im Verdampfer auch als Gegenströme wie im Falle des Kondensators 2 geführt werden.In the evaporator 4 according to FIG. 1, the flows of the coolant and of the water to be cooled are parallel flows, in contrast to the situation in the condenser 2 . But they can also be performed in the evaporator as countercurrent as in the case of the capacitor 2 .

Was den Kondensator 2 und den Verdampfer 4 betrifft, besitzt jeder eine größere Kapazität als üblich und dient dazu, eine durchgreifende Kondensation und Verdampfung zu erzielen, um die beabsichtigten Temperaturen des Hochtemperaturwassers und des Kaltwassers zu erreichen. Was die Entspannungsventile 3 anbetrifft, besitzt eines davon eine hohe Durchflußrate und wird begleitend, zur vollständigen Erzielung der adiabatischen Entspannung des flüssigen Kühlmittels, eingesetzt.As for the condenser 2 and the evaporator 4 , each has a larger capacity than usual and serves to achieve a thorough condensation and evaporation in order to achieve the intended temperatures of the high-temperature water and the cold water. As for the expansion valves 3 , one of them has a high flow rate and is concomitantly used to fully achieve the adiabatic expansion of the liquid coolant.

Auf der Basis des in Fig. 2 dargestellten Mollierdiagramms wird nunmehr die Betriebsweise der so aufgebauten, gleichzeitig kaltes und heißes Wasser liefernden Wärmepumpe beschrieben.On the basis of the Mollier diagram shown in Fig. 2, the operation of the thus constructed, simultaneously cold and hot water supplying heat pump will now be described.

Mit Hilfe des Kompressors 1 wird das gasförmige Kühlmittel einer adiabatischen Kompression unterzogen, bei der die Enthalpie von i 1′ auf i 2′ ansteigt. Im sich anschließenden Kondensator 2 wird das Kühlmittel dem Wärmeaustausch mit dem zu erhitzenden Wasser unterzogen, wodurch es bei konstantem Druck abgekühlt und in ein flüssiges Kühlmittel überführt wird. Dieses wird weiter auf den unterkühlten Zustand i 3, abgekühlt. Da der Weg des zu erhitzenden Wassers, wie oben ausgeführt, entsprechend dem Einmaldurchlaufverfahren gestaltet ist und das Wasser zum Kühlmittel im Gegenstrom in Wärmeaustausch tritt, kühlt das Wasser, das stets frisch eingespeist wird, das Kühlmittel, wodurch die logarithmische mittlere Temperaturdifferenz zwischen beiden Medien auf einem hohen konstanten Wert gehalten wird. Gleichzeitig fließt das zu erhitzende Wasser bei normaler Temperatur zur Austrittsseite des Kondensators 2, wo das Kühlmittel austritt, und bewirkt den Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel, wodurch die Unterkühlung effektiver gemacht wird.With the aid of the compressor 1 , the gaseous coolant is subjected to adiabatic compression, in which the enthalpy of i 1 'increases to i 2 '. In the subsequent condenser 2 , the refrigerant is subjected to the heat exchange with the water to be heated, whereby it is cooled at a constant pressure and transferred to a liquid coolant. This is further cooled to the supercooled state i 3 . Since the path of the water to be heated, as stated above, designed according to the one-pass process and the water to the coolant in countercurrent heat exchange, the water, which is always freshly fed, cools the coolant, whereby the logarithmic mean temperature difference between the two media is kept at a high constant value. At the same time, the water to be heated flows at normal temperature to the exit side of the condenser 2 where the refrigerant exits, and causes the heat exchange with the refrigerant, thereby making the supercooling more effective.

Das flüssige Kühlmittel im Enthalpiezustand i 3 fließt zum Flüssigkeits-Gas-Wärmetauscher 11 für das Kühlmittel, wo es durch das vom Verdampfer 4 kommende gasförmige Kühlmittel abgekühlt wird, wodurch das bereits im unterkühlten Zustand befindliche Kühlmittel weiter auf den Enthalpiezustand i 3′ abgekühlt wird.The liquid refrigerant in the enthalpy state i 3 flows to the liquid-gas heat exchanger 11 for the refrigerant, where it is cooled by the gaseous refrigerant coming from the evaporator 4 , whereby the already in the supercooled state coolant is further cooled to the enthalpy state i 3 '.

Darauf geht das Kühlmittel durch adiabatische Entspannung im Entspannungsventil 3 in den Enthalpiezustand i 4′ über. Das Kühlmittel wird dann zum Verdampfer 4 geleitet, wo es durch den Wärmeaustausch mit dem abzukühlenden Wasser die latente Wärme aufnimmt und bei konstantem Druck in ein gasförmiges Kühlmittel umgewandelt und auf den Zustand i 1 überhitzt wird. Im Verdampfer 4 ermöglicht das im Einmaldurchlaufverfahren abzukühlende Wasser die Aufrechterhaltung einer großen logarithmischen mittleren Temperaturdifferenz zwischen dem gasförmigen und dem flüssigen Kühlmittel. Das gasförmige Kühlmittel tritt erneut in den Flüssigkeits-Gas­ Wärmetauscher 11 für das Kühlmittel ein und wird dort durch das vom Kondensator 2 kommende flüssige Kühlmittel erhitzt, wobei sein Überhitzungsbereich bis zum Enthalpiezustand i 1′ erweitert wird.Then the coolant passes through adiabatic relaxation in the expansion valve 3 in the enthalpy i 4 'on. The refrigerant is then sent to the evaporator 4 , where it absorbs the latent heat by heat exchange with the water to be cooled and converts it into a gaseous refrigerant at constant pressure and overheats to the state i 1 . In the evaporator 4 , the water to be cooled in the one-shot process enables the maintenance of a large logarithmic mean temperature difference between the gaseous and liquid refrigerants. The gaseous coolant re-enters the liquid-gas heat exchanger 11 for the coolant and is heated there by the liquid coolant coming from the condenser 2 , its overheating range being extended to the enthalpy state i 1 '.

So wird einerseits durch ständiges Aufrechterhalten der logarithmischen mittleren Temperaturdifferenz zwischen der Kondensatorseite und der Verdampferseite auf hohem Wert das Kompressionsverhältnis des Verdichters 1 auf einem niedrigen Wert gehalten, während andererseits durch Vergrößern der Enthalpiedifferenz zwischen dem unterkühlenden und dem überhitzenden Bereich die Enthalpiedifferenz zwischen der Kondensatorseite und der Verdampferseite vergrößert wird. In dieser Situation wird der COP durch folgende Gleichung dargestellt:Thus, on the one hand, by constantly maintaining the logarithmic mean temperature difference between the condenser side and the evaporator side at a high value, the compression ratio of the compressor 1 is maintained at a low value, while on the other hand, by increasing the enthalpy difference between the supercooling and superheating regions, the enthalpy difference between the condenser side and the condenser Evaporator side is increased. In this situation, the COP is represented by the following equation:

Für die Beziehungen gilt:For relations:

(i₂′ - i₃) < (i₂ - i₃); (i₁ - i₄′) < (i₁ - i₄).( i ₂ '- i ₃) <( i ₂ - i ₃); ( i ₁ - i ₄ ') <( i ₁ - i ₄).

Der Unterschied zwischen (i 2′-i 1′) und (i 2-i 1) ist unmerklich, weil bei (i 2′-i 1′) das Kompressionsverhältnis klein gehalten wird.The difference between ( i 2 '- i 1 ') and ( i 2 - i 1 ) is imperceptible, because at ( i 2 '- i 1 ') the compression ratio is kept small.

Aus diesem Zusammenhang ergibt sich, daß der COP verbessert wird, was einen erhöhten thermischen Wirkungsgrad bedeutet. Dementsprechend wird das zu erhitzende Wasser in kurzer Zeit in Wasser hoher Temperatur überführt, wenn es durch den Kondensator 2 fließt; und es wird dann in einem Heißwasser­ versorgungstank 5 gespeichert oder direkt an den Versorgungsauslaß 12 zum Gebrauch geliefert. Entsprechend wird das abzukühlende Wasser in kurzer Zeit in Kaltwasser überführt, wenn es durch den Verdampfer 4 fließt; und es wird dann im Kaltwassertank 6 gespeichert oder direkt an den Versorgungsauslaß 13 zum Gebrauch geliefert wird.From this context it follows that the COP is improved, which means an increased thermal efficiency. Accordingly, the water to be heated is transferred to high temperature water in a short time as it flows through the condenser 2 ; and it is then stored in a hot water supply tank 5 or delivered directly to the supply outlet 12 for use. Accordingly, the water to be cooled is transferred to cold water in a short time as it flows through the evaporator 4 ; and it is then stored in the cold water tank 6 or delivered directly to the supply outlet 13 for use.

Die Wärmepumpe gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde leistungsmäßig unter folgenden Bedingungen getestet:The heat pump according to the present Embodiment was under performance tested following conditions:

Kompressor|5,5 KWCompressor | 5,5 KW Wärmeübertragungsfläche des KondensatorsHeat transfer surface of the capacitor 0,42 (m²/ein einzelnes Wärmeübertragungsrohr) × 2 = 0,84 m²0.42 (m² / a single heat pipe) × 2 = 0.84 m² Wärmeübertragungsfläche des VerdampfersHeat transfer surface of the evaporator 0,55 (m²/ein einzelnes Wärmeübertragungsrohr) × 2 = 1,10 m²0.55 (m² / a single heat pipe) × 2 = 1.10 m² Wärmeübertragungsfläche des Flüssigkeits-Gas-Wärmetauschers für das KühlmittelHeat transfer surface of the liquid-gas heat exchanger for the coolant 0,15 m²0.15 m² Kühlmittelcoolant Fron R 12 (Handelsname des Dichlorodifluoromethans)Fron R 12 (trade name of dichlorodifluoromethane)

Wenn abzukühlendes und zu erhitzendes Wasser von jeweils 20°C aus entsprechenden Speisestationen 15, 16 eingespeist wurde und der Kompressor 1 lief, wurde Hochtemperaturwasser von 90°C am Heißwasserversorgungsskopf 12 oder am Tank 5 und Kaltwasser von 6°C am Kaltwasserversorgungskopf 13 oder am Tank 6 bereitgestellt. Die Temperatur- und Druckwerte wurden an beiden Anschlußstellen jeweils des Kondensators 2, des Verdampfers 4 und des Flüssigkeits-Gas-Wärmetauschers 11 für das Kühlmittel gemessen. Dann wurde die Enthalpie berechnet. Der COP wurde entsprechend dem in Fig. 2 dargestellten Mollierdiagramm berechnet.When water to be cooled and heated of 20 ° C each from respective feed stations 15 , 16 was fed and the compressor 1 was running, high temperature water of 90 ° C at the hot water supply head 12 or at the tank 5 and cold water at 6 ° C at the cold water supply head 13 or at the tank 6 provided. The temperature and pressure values were measured at both terminals of each of the condenser 2 , the evaporator 4, and the liquid-gas heat exchanger 11 for the refrigerant. Then the enthalpy was calculated. The COP was calculated according to the Mollier diagram shown in FIG .

Der COP-Wert ist deutlich größer als der konventionelle Wert von 4,0, wodurch bewiesen wird, daß der thermische Wirkungsgrad verbessert wurde.The COP value is significantly larger than that conventional value of 4.0, which proves that the thermal efficiency has been improved.

Weiter wurde ein Vergleich angestellt zwischen dem Einmaldurchflußtyp der Wärmepumpe gemäß der vorliegenden Erfindung und einem konventionellen Umlauftyp der Wärmepumpe, wobei die Austrittstemperatur der Heißwasserversorgung und der COP (beide auf der Kondensatorseite) und die Ausgangstemperatur der Kaltwasserversorgung und des COP (beide auf der Verdampferseite) gegen die abgelaufende Betriebszeit aufgezeichnet wurden. Die Vergleichsergebnisse sind in den nachfolgenden Tabellen 1 und 2 wiedergegeben. Next, a comparison was made between the One-time flow type of heat pump according to the  present invention and a conventional Circulation type of heat pump, the Exit temperature of the hot water supply and the COP (both on the capacitor side) and the Outlet temperature of the cold water supply and the COP (both on the evaporator side) against the elapsed operating time were recorded. The Comparison results are in the following Tables 1 and 2 reproduced.  

Tabelle 1 Table 1

Abgelaufene Betriebszeit bezogen auf die Austrittstemperatur der Heißwasserversorgung und den COP (Kondensatorseite) Elapsed operating time based on the outlet temperature of the hot water supply and the COP (condenser side)

Tabelle 2 Table 2

Abgelaufene Betriebszeit bezogen auf die Ausgangstemperatur der Kaltwasserversorgung und den COP (Verdampferseite) Elapsed operating time based on the outlet temperature of the cold water supply and the COP (evaporator side)

Diese Vergleichsdaten wurden auch in Kurvenform aufgezeichnet und sind in den Fig. 5, 6, 7 und 8 dargestellt, in denen die runden Markierungen (○) den Einmaldurchflußtyp und die quadratischen Markierungen () den konventionellen Umlauftyp kennzeichnen.These comparative data were also recorded in waveform and are shown in Figs. 5, 6, 7 and 8, in which the round marks (○) indicate the disposable flow type and the square marks () indicate the conventional circulation type.

Bei der Messung wurden verwendet: Ein C-C (Kupfer-Konstantan) Thermoelemententhermometer zur Messung der Temperatur; ein Rotamesser zur Messung der Austrittsmengen an kaltem und heißem Wasser; ein Bourdondruckmesser zur Messung des Kondensations­ gasdruckes und des Verdampfungsgasdruckes; und ein Clampingwattmeter zur Messung des Leistungsverbrauchs des Kompressors.In the measurement were used: A C-C (Copper-constantan) thermocouple thermometer for Measuring the temperature; a Rotamesser for measuring the Discharge amounts of cold and hot water; on Bourdon pressure gauge for measuring condensation gas pressure and the evaporation gas pressure; and a Clamping Wattmeter for measuring power consumption of the compressor.

Bei der konventionellen Umlaufwärmepumpe wurden ca. 95 Liter Wasser in den Heißwassertank 5′ und ca. 105 Liter Wasser in den Kaltwassertank 6′ eingefüllt, wobei die entsprechenden Umlaufmengen an kaltem und heißem Wasser 2500 Liter/Stunde betrugen.In the conventional circulation heat pump, about 95 liters of water were filled in the hot water tank 5 'and about 105 liters of water in the cold water tank 6 ', wherein the corresponding circulating amounts of cold and hot water 2500 liters / hour.

Bei der Einmaldurchlaufwärmepumpe betrug die Heißwasseraustrittsmenge 180 Liter/Stunde und die Kaltwasseraustrittsmenge 500 Liter/Stunde.In the disposable heat pump was the Hot water outlet amount 180 liters / hour and the Cold water outlet amount 500 liters / hour.

Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, wurde bei der Durchlaufwärmepumpe auf der Kondensatorseite die dortige Wassertemperatur von 20°C nach 6 Minuten sogleich auf 80°C und mehr angehoben, und nach 40 Minuten weiter auf 100°C. Unabhängig vom starken Anstieg der Heißwasserversorgungstemperatur wurde der COP-Wert stabil, ohne Reduktion, auf hohen Werten gehalten.As can be seen from Table 1, the Continuous heat pump on the condenser side the local water temperature of 20 ° C after 6 minutes immediately raised to 80 ° C and more, and after 40 minutes further to 100 ° C. Regardless of the strong Increase in the hot water supply temperature was the  COP value stable, without reduction, at high levels held.

Im Gegensatz dazu war es bei der Umlaufwärmepumpe nicht möglich, Heißwasser von mehr als 75°C zu erzeugen, wobei der COP mit dem Anstieg der Heißwasserversorgungstemperatur abnimmt. Als versucht wurde, Heißwasser mit einer Temperatur von über 75°C zu erhalten, stieg der Kondensationsdruck des Kühlmittels im Kondensator außergewöhnlicherweise so hoch an (über 30 kg/cm2), daß ein Sicherheitsschalter zum Abschalten bei hohem Druck in Funktion trat und die Wärmepumpe außer Betrieb setzte.In contrast, with the recirculating heat pump, it was not possible to produce hot water in excess of 75 ° C, with the COP decreasing as the hot water supply temperature rises. When trying to obtain hot water at a temperature of over 75 ° C, the condensation pressure of the refrigerant in the condenser exceptionally increased so much (over 30 kg / cm 2 ) that a high pressure shutdown safety switch and the heat pump functioned put out of service.

Andererseits zeigt die obige Tabelle 2 für die Verdampferseite deutlich, daß bei der Einmaldurchlaufwärmepumpe Wasser von 18°C nach 2 Minuten unmittelbar auf 7°C abgekühlt wird, wobei anschließend Kaltwasser von 6°C ständig geliefert wurde. Der COP wurde während der Betriebszeit dauernd auf hohen Werten gehalten.On the other hand, the above Table 2 shows for the Evaporator side clearly that at the One-time heat pump water from 18 ° C to 2 minutes immediately cooled to 7 ° C, wherein then cold water of 6 ° C constantly delivered has been. The COP was continuous during the operating time held at high levels.

Bei der Umlaufwärmepumpe hingegen kann zwar die Versorgungsausgangstemperatur des Kaltwassers durch Zwangsumlauf des Wassers in den Kaltwassertank abgesenkt werden, aber mit dem Abfallen der Ausgangstemperatur nimmt auch der COP-Wert ab. Als die Kaltwasserausgangstemperatur 5°C erreichte, wurde der Betrieb unterbrochen, um das Wasser im Verdampfer vor dem Einfrieren zu bewahren. With the circulating heat pump, however, the Supply outlet temperature of the cold water through Forced circulation of water in the cold water tank be lowered, but with the falling of the Output temperature also decreases the COP value. As the Cold water outlet temperature reached 5 ° C, was the Operation interrupted to prevent the water in the evaporator to freeze.  

Aus dem obigen Vergleich geht hervor, daß eine Umwälzwärmepumpe allgemein folgende Mängel besitzt:From the above comparison shows that a Circulating heat pump generally has the following defects:

  • i) Um eine geforderte Kaltwasser- und eine geforderte Heißwassertemperatur zu erreichen, wird eine lange Aufbauzeit (Anstiegszeit) benötigt.i) For a required cold water and a required To reach hot water temperature will be a long time Construction time (rise time) needed.
  • ii) Heißwasser mit einer Versorgungsaustrittstemperatur von 75°C oder mehr kann nicht gewonnen werden.ii) hot water with a Supply outlet temperature of 75 ° C or more can not be won.
  • iii) Ein Kalt- und ein Heißwassertank sind zum Einspeisen von Frischwasser, zum Liefern und Speichern des Umlaufwassers und zur Wärmespeicherung unerläßlich.iii) A cold and a hot water tank are for Feeding fresh water, delivering and Saving the circulating water and to Heat storage indispensable.
  • iv) Je größer der Temperaturunterschied zwischen den Austrittstemperaturen der Heißwasser- oder Kaltwasserversorgung der anfänglichen Wassereintrittstemperatur ist, um so mehr nimmt der COP ab.iv) The larger the temperature difference between the outlet temperatures of the hot water or Cold water supply of the initial Water inlet temperature is, more so the COP decreases.

Die Einmaldurchlaufwärmepumpe gemäß der vorliegenden Erfindung ist hinsichtlich der folgenden Merkmale von Vorteil:The disposable heat pump according to the present The invention is in terms of the following features of Advantage:

  • 1) Die Anstiegszeit zum Erreichen einer geforderten Heißwasser- oder Kaltwassertemperatur ist sehr kurz. Wenn die Anstiegszeit abgelaufen ist, steht das geforderte Heißwasser oder Kaltwasser unmittelbar zur Verfügung. 1) The rise time to reach a required Hot water or cold water temperature is very high short. When the rise time has expired, stands the required hot water or cold water immediately available.  
  • 2) Es kann Heißwasser mit einer Versorgungsaustrittstemperatur von 90°C oder mehr bereitgestellt werden.2) It can be hot water with a Supply outlet temperature of 90 ° C or be provided more.
  • 3) Ein Kaltwasser- oder ein Heißwassertank zum Speichern des Durchlaufwassers sind nicht notwendige Bestandteile der Wärmepumpe, so daß auf sie verzichtet werden kann, je nach den Verbrauchsabsichten.3) A cold water or hot water tank for Saving the flow water are not necessary components of the heat pump, so that they can be waived, depending on the Consumption intentions.
  • 4) Kaltwasser und Heißwasser können im Laufe der Betriebszeit stetig geliefert werden, wobei der COP stabil auf hohen Werten gehalten wird.4) Cold water and hot water can over the course of Operating time to be delivered steadily, with the COP is kept stable at high levels.

Dementsprechend erlaubt es die Einmaldurchlaufwärmepumpe gemäß der vorliegenden Erfindung, alle Mängel der konventionellen Umlaufwärmepumpen zu überwinden und zu bessern. Weiter kann hochtemperiertes Wasser gewonnen werden, so daß der Anwendungs- und Nutzungsbereich der Pumpe erweitert wird, was zu bedeutenden, großen Nutzeffekten führt.Accordingly, it allows the Disposable heat pump according to the present Invention, all the shortcomings of the conventional To overcome and improve circulation heat pumps. Continue can be recovered high-temperature water, so that the area of application and use of the pump is expanded, resulting in significant, large Beneficial effects leads.

Die obige Beschreibung bezieht sich auf eine Ausführungsform, bei der gleichzeitig Kaltwasser und Heißwasser geliefert wird. Aber es ist natürlich gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, nur eine einzige Wasserart zu liefern. Wie beschrieben, schafft die vorliegende Erfindung eine Wärmepumpe, bei der ein Flüssigkeits-Gas-Wärmetauscher für das Kühlmittel zur Herbeiführung des Wärmeaustausches zwischen einem flüssigen Kühlmittel hoher Temperatur an der Austrittsseite des Kondensators und einem gasförmigen Kühlmittel niedriger Temperatur an der Austrittsseite des Verdampfers in den Kühlmittelkreislauf eingeschaltet ist. Im Kondensator werden das im Einmaldurchlaufverfahren zugeführte zu erhitzende Wasser und das Kühlmittel dem Wärmeaustausch im Gegenstrom geführt, während im Verdampfer das im Einmaldurchlaufverfahren zugeführte abzukühlende Wasser und das Kühlmittel dem Wärmeaustausch im Parallelstrom geführt werden. Dementsprechend erzeugen diese so kombinierten Merkmale einen Synergieeffekt, so daß eine deutliche Verbesserung des COP erreicht wird.The above description refers to a Embodiment in which simultaneously cold water and Hot water is delivered. But it is of course according to the present invention possible, only a single To deliver water type. As described, the creates present invention, a heat pump, in which a Liquid-gas heat exchanger for the coolant for Inducing the heat exchange between one  liquid coolant of high temperature at the Exit side of the condenser and a gaseous Low temperature coolant at the exit side of the evaporator in the coolant circuit is turned on. In the condenser, the im One-pass process dispensed to be heated Water and the coolant heat exchange in the Countercurrent, while in the evaporator, the in One-shot procedure dispensed Water and the coolant heat exchange in the Parallel current can be performed. Create accordingly these so combined features a synergy effect, so that a significant improvement in the COP achieved becomes.

Genauer gesagt erhöht die Zunahme des Enthalpie­ unterschiedes zwischen dem Unterkühlungsbereich und dem Überhitzungsbereich, und die Sicherung der logarithmischen mittleren Temperaturdifferenz den COP, so daß die Heißwasserausgangstemperatur höher wird. Das Einmaldurchlaufverfahren ermöglicht die Lieferung von hochtemperiertem und von kaltem Wasser in sehr kurzer Zeit.Specifically, the increase in enthalpy increases difference between the subcooling area and the overheating area, and securing the logarithmic mean temperature difference the COP, so that the hot water outlet temperature becomes higher. The one-time process enables delivery of high temperature and cold water in very short time.

Die Sicherung der logarithmischen mittleren Temperaturdifferenz verhindert den Anstieg des Verdichtungsverhältnisses des Kompressors, so daß die Kompressorkapazität klein dimensioniert werden kann. Dadurch werden die Betriebskosten weiter gesenkt.The protection of the logarithmic middle Temperature difference prevents the increase of the Compression ratio of the compressor, so that the Compressor capacity can be small. This further reduces operating costs.

Die gleichzeitig kaltes und heißes Wasser liefernde Wärmepumpe gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht es also, ein derart tieftemperiertes Kaltwasser und ein derart hochtemperiertes Heißwasser zu erzeugen, wie bisher in einer so extrem kurzen Zeit nicht möglich war. Beispielsweise kann Heißwasser sofort auch um Mitternacht, bei billigem Nachttarif, erzeugt werden. Weiter kann es sofort verwendet oder aber in einem Tank gespeichert werden, um den Elektrizitäts­ verbrauch zu verringern.The simultaneously supplying cold and hot water  Heat pump according to the present invention allows So it, such a low tempered cold water and to produce such a high-temperature hot water, as so far in such an extremely short time not was possible. For example, hot water can be instant also at midnight, at a cheap night tariff become. Next it can be used immediately or in A tank will be stored to the electricity reduce consumption.

Die Wärmepumpe ist somit den heutigen Anforderungen und Bestrebungen nach niedrigen Kosten und sauberer Energie angepaßt und besitzt einen inherenten umweltschonenden Charakter.The heat pump is thus the current requirements and aspirations for low cost and cleaner Energy adapted and has an inherent environmentally friendly character.

Claims (6)

1. Wärmepumpe zur gleichzeitigen Lieferung kalter und heißer Fluids, mit einem Kühlkreislauf, der einen Kompressor, einen Kondensator, Entspannungsventile und einen Verdampfer besitzt,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkreislauf folgende Komponenten aufweist:
einen Wärmetauscher zur Herbeiführung eines Wärmetauschers zwischen einem flüssigen Kühlmittel, das vom Austritt des Kondensators zu den Entspannungsventilen fließt, und einem gasförmigen Kühlmittel, das vom Verdampfer zum Kompressor strömt, wobei der Wärmetauscher in der Mitte zwischen einer Verbindungsstrecke vom Kondensator zu den Entspannungsventilen und einer Verbindungsstrecke vom Verdampfer zum Kompressor angeordnet ist und dazu dient, das flüssige Kühlmittel und das gasförmige Kühlmittel einem Wärmeaustausch im Gegenstrom zu unterziehen;
einen Einmaldurchflußweg für das zu erhitzende Fluid, der den Speiseeintritt der Fluidquelle über den Kondensator mit dem Versorgungsaustritt des heißen Fluids verbindet; und
einen Einmaldurchflußweg für das zu kühlende Fluid, der den Speiseeintritt der Fluidquelle über den Verdampfer mit dem Versorgungsaustritt des kalten Fluids verbindet;
wobei der Kondensator so beschaffen ist, daß ihn das Kühlmittel und das zu erhitzende Fluid im Gegenstrom passieren.
A heat pump for simultaneously supplying cold and hot fluids, comprising a refrigeration circuit having a compressor, a condenser, expansion valves and an evaporator,
characterized in that the cooling circuit comprises the following components:
a heat exchanger for effecting a heat exchanger between a liquid refrigerant flowing from the outlet of the condenser to the expansion valves and a gaseous refrigerant flowing from the evaporator to the compressor, the heat exchanger being in the middle between a connection path from the condenser to the expansion valves and a communication path from the evaporator to the compressor and serves to countercurrently heat exchange the liquid refrigerant and the gaseous refrigerant;
a disposable flow path for the fluid to be heated, which connects the feed inlet of the fluid source via the condenser with the supply outlet of the hot fluid; and
a disposable flow path for the fluid to be cooled, which connects the feed inlet of the fluid source via the evaporator with the supply outlet of the cold fluid;
wherein the condenser is such that the coolant and the fluid to be heated pass it in countercurrent.
2. Wärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer und der Kondensator jeweils eine Wärmeaustauschkapazität besitzen, die mehr als zweimal so groß ist wie im Falle, daß ein normaler Kühlkreislauf mit einem Temperaturunterschied zwischen dem Kühlmittel und jedem Fluid von 10°C bis 20°C unter Benutzung des Kompressors betrieben wird.2. Heat pump according to claim 1, characterized in that the Evaporator and the condenser one each Have heat exchange capacity more than twice as large as in the case that one normal cooling circuit with a Temperature difference between the coolant and any fluid from 10 ° C to 20 ° C below Operation of the compressor is operated. 3. Wärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer so beschaffen ist, daß ihn das abzukühlende Fluid und das Kühlmittel im Parallelstrom passieren.3. Heat pump according to claim 1, characterized in that the Evaporator is designed so that it to be cooled fluid and the coolant in Pass parallel current. 4. Wärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer so beschaffen ist, daß ihn das abzukühlende Fluid und das Kühlmittel im Gegenstrom passieren. 4. Heat pump according to claim 1, characterized in that the Evaporator is designed so that it to be cooled fluid and the coolant in Pass countercurrent.   5. Wärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Versorgungsaustritte des heißen Fluids und des kalten Fluids aus einem Auslaßorgan besteht.5. Heat pump according to claim 1, characterized in that each of the supply outlets of the hot fluid and the cold fluid from an outlet member consists. 6. Wärmepumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsaustritte des heißen Fluids und des kalten Fluids einen Versorgungstank umfassen, der parallel zum Versorgungsorgan angeordnet ist.6. Heat pump according to claim 5, characterized in that the Supply outlets of the hot fluid and the cold fluids include a supply tank, which is arranged parallel to the supply organ.
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