DE3875006T2

DE3875006T2 - Waermepumpensystem.

Info

Publication number: DE3875006T2
Application number: DE8888112126T
Authority: DE
Inventors: Koji Arita; Mitsuhiro Ikoma; Kazuo Nakatani; Takeshi Tomizawa; Yuji Yoshida
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1987-07-31
Filing date: 1988-07-27
Publication date: 1993-02-25
Anticipated expiration: 2008-07-28
Also published as: EP0301503A2; US4840042A; EP0301503A3; EP0301503B1; KR930000852B1; KR890002623A; DE3875006D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wärmepumpensystem, das mit einem nicht-azeotropischen Kühlmittelgemisch betrieben werden und die Zusammensetzung des nicht-azeotropischen Kühlmittelgemisches verändern kann, während getrennt vom nicht-azeotropischen Kühlmittelgemisch ein Kühlmittel mit hohem Siedepunkt gespeichert wird.
In US-A-2 938 362 wird ein Kühlsystem mit mehreren Fluids beschrieben, das einen Kompressor, einen Kondensator, ein Expansionsventil als Drosselvorrichtung und einen Verdampfer enthält. Außerdem ist eine Rektifiziervorrichtung vorgesehen, die an ihrem oberen Ende eine Fluidverbindung zur Ausgangsseite des Kondensators aufweist. Unter der Rektifiziervorrichtung ist ein Reservoirabschnitt angeordnet, der am unteren Ende eine Fluidverbindung, die mit einem Ventil versehen ist, zur Eingangsseite des Verdampfers aufweist. Weiterhin ist eine Heizvorrichtung zum Erwärmen des Kühlmittels im Reservoir vorgesehen.
Das bekannte, wie beschrieben aufgebaute Wärmepumpensystem ist wahlweise in einer von zwei Betriebsarten zu betreiben; im nicht-fraktionierenden Modus, bei dem das System mit dem eingefüllten Kühlmittelgemisch ohne Änderung der Zusammensetzung des Kühlmittelgemisches betrieben wird, und im fraktionierenden Modus, bei dem, während ein Kühlmittel mit hohem Siedepunkt gespeichert wird, das System mit einer Zusammensetzung betrieben wird, die reich an Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt ist. Nachfolgend wird das aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren zum Verändern der Zusammensetzung des im System enthaltenen nicht-azeotropischen Kühlmittelgemisches beschrieben.
Während des Betriebes im nicht-fraktionierenden Modus und wenn die Heizquelle abgeschaltet ist, lagert im Reservoir lediglich ein Kühlmittelüberschuß und, ist das Ventil geschlossen, lagert im Reservoir das Kühlmittel. Während das Ventil geöffnet ist, wird das Kühlmittel jedoch teilweise gespeichert und teilweise über den Druckverminderer an den Verdampfer geleitet. Der Fluid-Hauptkreislauf arbeitet also mit dem Kühlmittelgemisch, das einen hohen Anteil des in dem System vorhandenen Kühlmittels mit hohem Siedepunkt hat.
Andererseits wird während des Betriebes im fraktionierenden Modus und wenn das Ventil geschlossen und die Heizquelle abgeschaltet ist, ein Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt, das in dem im Reservoir gespeicherten Kühlmittel enthalten ist, verdampft, um das darüber angeordnete Innere des Fraktionierseparators zu passieren. Zu diesem Zeitpunkt wird vom Ausgang des Kondensators über eine Leitung flüssiges Kühlmittel an die Rektifiziervorrichtung geleitet. In dieser Vorrichtung findet mit Hilfe eines Gas-Flüssigkeit-Kontaktes eine Fraktionierung statt, so daß das aufsteigende gasförmige Medium reich an Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt ist, während das nach unten fallende gasförmige Medium reich an Kühlmittel mit hohem Siedepunkt ist; so ist es möglich, das Kühlmittel mit hohem Siedepunkt in Form einer kondensierten Flüssigkeit in dem Reservoir zu speichern. Das aufsteigende gasförmige Medium mit einem hohen Anteil an Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt fließt in den Fluid- Hauptkreis, der dann mit der reichlich Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt enthaltenden Zusammensetzung betrieben wird.
Das mit solcherart veränderbarer Zusammensetzung arbeitende Wärmepumpensystem wird beispielsweise in Heißwasser liefernden Systemen verwendet und wird im allgemeinen mit einer Zusammensetzung betrieben, die einen hohen Anteil an Kühlmittel mit hohem Siedepunkt enthält, damit bei dessen Verwendung heißes Wasser zur Verfügung steht. Wird das heiße Wasser nur für möglichst kurze Zeit gespeichert, so kann das Wärmepumpensystem mit einer Kühlmittelzusammensetzung betrieben werden, die einen hohen Anteil an Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt hat, das eine große Heizkapazität besitzt.
Das Wärmepumpensystem der oben beschriebenen, bekannten Art weist jedoch ein Problem auf; da das Fraktionieren unter Verwendung der Heizquelle durchgeführt wird, ist die Energiekonversionseffizienz zum Zeitpunkt der Änderung der Zusammensetzung tendenziell verringert. Mit anderen Worten, die von der Heizquelle erzeugte Wärme wird lediglich zur Erzeugung des gasförmigen Mediums für den Fraktioniervorgang verwendet und es findet beispielsweise keine Nutzbarmachung der gewonnenen Wärme dort statt, wo Heißwasser tatsächlich angewendet wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kühlzyklussystem vorzuschlagen, bei dem der für die Erzeugung des gasförmigen Mediums verwendete Wärmebetrag effektiv nutzbar gemacht werden und das Fraktionieren gefördert werden kann.
Um diese Aufgabe zu erfüllen, schlägt die vorliegende Erfindung ein Wärmepumpensystem vor mit einem Hauptwärmepumpenkreis, der mit einem nicht-azeotropischen gemischten Kühlmittel gefüllt ist und einen Kompressor, einen nutzseitigen Wärmetauscher, eine Drosselanordnung, einen quellenseitigen Wärmetauscher enthält; mit einem fraktionierenden Separator, dessen oberes Ende gleichmäßig mit der Auslaßseite des nutzseitigen Wärmetauschers verbunden ist; und mit einem Reservoir, das unterhalb des fraktionierenden Separators angeordnet ist und dessen Boden fluidmäßig über ein Sperrventil mit der Einlaßseite des quellenseitigen Wärmetauschers verbunden ist; gekennzeichnet durch ein Niederdruck-Leitungssystem, das zwischen dem Sperrventil und der Einlaßseite des quellenseitigen Wärmetauschers angeordnet ist; und einen Kühlmittel-Ejektor, der zwischen dem Kompressor und dem nutzseitigen Wärmetauscher angeordnet ist, wobei ein Gasmedium, das vom fraktionierenden Separator erzeugt wird, wenn das Reservoir aufgeheizt wird, zu einem Sauganschluß des Kühlmittel-Ejektors geleitet wird, um in den Hauptwärmepumpenkreis zu fließen.
Nach der vorliegenden Erfindung ist der Kühlmittel-Ejektor gegenüber dem nutzseitigen Wärmetauscher (Kondensator) und in Flußrichtung des Kühlmittels stromaufwärts angeordnet und weist eine Saugöffnung auf, die für ein Fluid mit dem oberen Ende des Fraktionierseparators verbunden ist, so daß während des Betriebes im Fraktioniermodus das im Kühlmittel des Reservoirs enthaltene Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt hauptsächlich von der Heizquelle verdampft werden kann und das entstandene gasförmige Medium mit einem hohen Anteil an Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt, das durch das Innere des Fraktionierseparators aufsteigt, an eine Saugöffnung eines Kühlmittel-Ejektors geleitet wird, der oberhalb, d. h. stromaufwärts, des Kondensators angeordnet ist. So kann die von der Heizquelle erzeugte Wärme effektiv nutzbar gemacht werden, wenn das gasförmige Medium zur Kondensation an den Kondensator zurückgeführt wird.
Diese und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden Beschreibung von vorteilhaften Ausführungsformen und beigefügten Zeichnungen verdeutlicht. Es zeigt:
Fig. 1 ein schematisiertes Fluidkreislaufdiagramm eines Wärmepumpensystems, bei dem gemäß der Erfindung ein Kühlmittel-Ejektor stromaufwärts von dem nutzseitigen Wärmetauscher (Kondensator) angeordnet ist;
Fig. 2 ein schematisiertes Fluidkreislaufdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmepumpensystems, das nach der Erfindung selektiv zum Wärmen und Kühlen verwendet werden kann;
Fig. 3 ein schematisiertes Fluidkreislaufdiagramm einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäß selektiv zum Wärmen oder Kühlen einsetzbaren Wärmepumpensystems;
Fig. 4 ein schematisiertes Fluidkreislaufdiagramm einer weiteren Ausführungsform des gemäß der Erfindung selektiv zum Wärmen und Kühlen betreibbaren Wärmepumpensystems und
Fig. 5 ein schematisiertes Fluidkreislaufdiagramm einer weiteren Ausführungsform des nach der Erfindung selektiv zum Wärmen und Kühlen betreibbaren Wärmepumpensystems.
Nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält das in Fig. 1 dargestellte Wärmepumpensystem einen Hauptfluidkreis mit einem Kompressor 11, einen nutzseitigen Wärmetauscher (Kondensator) 12, eine Drosselanordnung 13 und einen quellenseitigen Wärmetauscher (Verdampfer) 14, die alle durch Fluidverbindungen miteinander verbunden sind. Ein fraktionierender Separator 15 weist am oberen Ende eine Fluidverbindung an einen Ausgang des nutzseitigen Wärmetauschers 12 und auch an eine Saugöffnung eines Kühlmittelejektors 16 auf, der, in Flußrichtung des Fließmediums gesehen, oberhalb des nutzseitigen Wärmetauschers 12 angeordnet ist, d. h. an einer Seite angrenzend an einen Einlaß des nutzseitigen Wärmetauschers 12. Unter dem fraktionierenden Separator 15 ist ein Reservoir 18 angeordnet, in dem eine Heizvorrichtung 17 vorgesehen ist. Der Boden des Reservoirs 18 weist eine Fluidverbindung zum quellenseitigen Wärmetauscher 14 auf, und zwar über ein Sperrventil 19 und einen Druckverminderer 20.
Nachfolgend wird ein Verfahren zum Verändern der Zusammensetzung des im Wärmepumpensystem vorhandenen nichtazeotropischen Kühlmittelgemisches beschrieben. Während des Betriebes im nichtfraktionierenden Modus, wenn die Heizvorrichtung 17 abgeschaltet und das Sperrventil 19 geöffnet ist, wird überschüssiges Kühlmittel im Reservoir 18 gespeichert, wobei ein Teil davon über einen Druckverminderer 20 an den quellenseitigen Wärmetauscher 14 fließt; dementsprechend arbeitet das Wärmepumpensystem mit einer Zusammensetzung des Kühlmittelgemisches, das einen hohen Anteil des im System vorhandenen Kühlmittels mit hohem Siedepunkt enthält.
Während des Betriebes im fraktionierenden Modus, wenn die Heizvorrichtung 17 eingeschaltet und das Sperrventil 19 geschlossen ist, wird ein im Kühlmittel des Reservoirs 18 enthaltenes Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt im wesentlichen verdampft und steigt im Innern des fraktionierenden Separators 15 nach oben. Zu diesem Zeitpunkt wird von einem Ausgang des nutzseitigen Wärmetauschers 12 ein flüssiges Kühlmittel an das obere Ende des fraktionierenden Separators 15 gegeben, was dazu führt, daß im fraktionierenden Separator 15 durch die Wirkung eines Gas- Flüssigkeit-Kontaktes das Fraktionieren stattfindet. Die Folge dieses Fraktionierens ist, daß das aufsteigende gasförmige Medium reich an Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt ist, während das nach unten fallende gasförmige Medium reich an Kühlmittel mit hohem Siedepunkt ist; das Kühlmittel mit hohem Siedepunkt wird im Reservoir 18 in Form einer kondensierten Flüssigkeit gespeichert. Das an Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt reiche aufsteigende gasförmige Medium wird an die Saugöffnung des Kühlmittelejektors 15 geleitet, der stromaufwärts von dem nutzseitigen Wärmetauscher 12 angeordnet ist. Darum kann die von der Heizvorrichtung erzeugte Wärme effektiv genutzt werden, während das an Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt reiche gasförmige Medium in den nutzseitigen Wärmetauscher 12 zur Bereitstellung für die folgende Kondensation fließt. So kann der Hauptfluidkreis mit einem Kühlmittelgemisch betrieben werden, das einen hohen Anteil an Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt aufweist.
Soll die Kühlmittelzusammensetzung im Hauptfluidkreis wieder der ursprünglichen Zusammensetzung entsprechen, so muß die Heizvorrichtung 17 abgeschaltet und das Sperrventil 19 geöffnet werden. Dann fließt das Kühlmittel mit hohem Siedepunkt, das sich im Reservoir 18 befindet, in den Hauptfluidkreis und reichert damit das Kühlmittelgemisch des Hauptfluidkreises mit Kühlmittel mit hohem Siedepunkt an. Es wird angemerkt, daß anstelle einer Heizvorrichtung 17 eine Heizquelle, die in einem Kühlkreis hohe Temperaturen liefert, beispielsweise Ausgangsrohre des Kompressors 11, verwendet werden kann.
Die in der Fig. 2 dargestellte Ausführungsform des Wärmepumpensystems enthält einen Hauptwärmepumpenkreis mit einem Kompressor 31, eine Vierwegeventilanordnung 32, einen nutzseitigen Wärmetauscher 33 (der während eines Aufheizvorganges als Kondensator wirkt), eine Drosselanordnung 34 und einen quellenseitigen Wärmetauscher 35 (der während des Aufheizbetriebes als Verdampfer wirkt), die alle auf in der Zeichnung dargestellte Weise durch Fluidverbindungen verbunden sind. Mit 36 ist ein fraktionierender Separator bezeichnet, der mit einem Füllmaterial gefüllt ist. Dieser fraktionierende Separator 36 weist am oberen Ende eine Fluidverbindung, über ein erstes Rückschlagventil 37, mit einer Leitung auf, die die Drosselanordnung 34 und den nutzseitigen Wärmetauscher 33 verbindet; unter dem Separator 36 ist ein Reservoir 39 mit einer eingebauten Heizvorrichtung 38 vorgesehen. Der Boden des Reservoirs 39 hat eine Fluidverbindung, über ein Sperrventil 40 und einen Druckverminderer 41, mit einer Leitung, die den quellenseitigen Wärmetauscher 35 und die Drosselanordnung 24 miteinander verbindet. Das obere Ende des fraktionierenden Separators 36 weist ebenfalls, über ein zweites Rückschlagventil 42, eine Fluidverbindung mit einer Saugöffnung eines Kühlmittelejektors 43 auf, der zwischen dem Kompressor 31 und der Vierwegeventilanordnung 32 angeordnet ist. Bei dieser Anordnung kann der fraktionierende Separator 36 während des Aufheizbetriebes mit einer Hochdruckseite des Hauptfluidkreises verbunden werden und während des Kühlbetriebes mit einer Niederdruckseite des Hauptfluidkreises.
Nachfolgend wird ein Verfahren zum Verändern der Kühlmittelzusammensetzung des nichtazeotropischen Kühlmittelgemisches im Wärmepumpensystem beschrieben. Während des Betriebes im nichtfraktionierenden Modus, wenn die Heizung 38 abgeschaltet und das Sperrventil 40 geöffnet ist, wird ein Teil des im nutzseitigen Wärmetauscher 33 kondensierten Kühlmittels während des Aufheizbetriebes geteilt; eine Komponente fließt durch den fraktionierenden Separator 36 in das Reservoir, wo es als überschüssiges Kühlmittel gespeichert wird, und die andere Komponente fließt durch das Sperrventil 40 und dann durch den Druckverminderer 41 an den quellenseitigen Wärmetauscher 35. Das Wärmepumpensystem arbeitet dann mit einer Kühlmittelzusammensetzung, die einen hohen Anteil des im Kühlmittelgemisch enthaltenen Kühlmittels mit hohem Siedepunkt enthält. Während der Kühlphase wird jedoch ein Teil des im quellenseitigen Wärmetauscher 35 kondensierten Kühlmittels getrennt, wobei eine Komponente durch den Druckverminderer 41 und dann das Sperrventil 40 in das Reservoir 39 fließt, um darin als überschüssiges Kühlmittel gespeichert zu werden, und die andere Komponente aufwärts aus dem fraktionierenden Separator 36 an den nutzseitigen Wärmetauscher 33 fließt. Das Wärmepumpensystem arbeitet also mit einer Kühlmittelzusammensetzung, die einen hohen Anteil von dem in der Kühlmittelmischung enthaltenen Kühlmittel mit hohem Siedepunkt aufweist.
Während des Betriebes im fraktionierenden Modus während des Aufheizbetriebes, wenn die Heizung 38 eingeschaltet und das Sperrventil 40 geschlossen ist, wird ein im Kühlmittel des Reservoirs 39 enthaltenes Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt von der Heizung 38 im wesentlichen verdampft und steigt nach oben in das Innere des fraktionierenden Separators 36. Jetzt wird ein Teil des im nutzseitigen Wärmetauscher 33 kondensierten flüssigen Kühlmittels getrennt und aus einem Ausgang des nutzseitigen Wärmetauschers 33 dem oberen Ende des fraktionierenden Separators 36 zugeführt. Als Folge davon findet das Fraktionieren im Separator 36 aufgrund eines Gas-Flüssigkeit-Kontaktes statt. Das führt dazu, daß das aufsteigende gasförmige Medium reich an Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt ist, während das herabfallende gasförmige Medium reich an Kühlmittel mit hohem Siedepunkt ist. Das Kühlmittel mit hohem Siedepunkt wird im Reservoir 39 in Form einer kondensierten Flüssigkeit gespeichert. Andererseits wird das aufsteigende gasförmige Medium, das reich an Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt ist, durch ein zweites Rückschlagventil 42 an die Saugöffnung des Kühlmittelejektors 43 geleitet, der zwischen dem Kompressor 31 und der Vierwegeventilanordnung 32 vorgesehen ist. Durch die vom Kühlmittelejektor 43 erreichte Saugwirkung kann das Fraktionieren gefördert und die von der Heizung 38 erzeugte Wärme wirksam genutzt werden, während das einen hohen Anteil an Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt aufweisende gasförmige Medium in den nutzseitigen Wärmetauscher 33 fließt, um anschließend kondensiert zu werden. Auf die Weise kann der Hauptfluidkreis mit einem Kühlmittelgemisch betrieben werden, das reich an Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt ist.
Während der im Kühlbetrieb stattfindenden fraktionierenden Betriebsart wird, wenn die Heizung 38 eingeschaltet und das Sperrventil 40 geschlossen ist, das im Kühlmittelgemisch des Reservoirs 39 enthaltene Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt von der Heizung 38 im wesentlichen verdampft und steigt nach oben in das Innere des fraktionierenden Separators 36. Jetzt wird ein Teil des im quellenseitigen Wärmetauschers 35 kondensierten flüssigen Kühlmittels von der Drosselanordnung 34 auf einen Dampfdruck expandiert, bei dem Verdampfung stattfindet und getrennt und dem oberen Ende des fraktionierenden Separators 36 zugeführt. Als Folge findet im fraktionierenden Separator 36 über einen Gas-Flüssigkeit-Kontakt das Fraktionieren statt mit der Wirkung, daß das aufsteigende gasförmige Medium reich an Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt ist, während das abwärtsfließende gasförmige Medium reich an Kühlmittel mit hohem Siedepunkt ist, das im Reservoir 39 als kondensierte Flüssigkeit gespeichert wird. Das aufsteigende gasförmige Medium, das einen hohen Anteil an Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt aufweist, wird durch das erste Rückschlagventil 37 geleitet, um in das durch den Hauptfluidkreis zu der Zeit fließende Kühlmittel eingeleitet zu werden und fließt dann in den nutzseitigen Wärmetauscher 33. Auf diese Weise kann der Hauptfluidkreis mit einem Kühlmittelgemisch betrieben werden, das reich an Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt ist. Der fraktionierende Separator 36 ist somit während des Kühlbetriebes mit der Niederdruckseite des Hauptfluidkreises verbunden; die von der Heizvorrichtung 38 zu erbringende Temperatur kann also verhältnismäßig niedrig sein.
Ist es erwünscht, die Kühlmittelzusammensetzung im Hauptfluidkreis wieder in den ursprünglichen Zustand zu bringen, so muß die Heizung 38 abgeschaltet und das Sperrventil 40 geöffnet werden. Dann fließt das Kühlmittel mit hohem Siedepunkt, das sich im Reservoir 18 befindet, in den Hauptfluidkreis und reichert damit das dort befindliche Kühlmittel zu einem Kühlmittelgemisch mit einem hohen Anteil an Kühlmittel mit hohem Siedepunkt an.
Es ist zu bemerken, daß anstelle der Heizung 38 eine Wärmequelle in einem Kühlkreis, die hohe Temperaturen liefert, wie z. B. Ausgangsleitungen des Kompressors 31, verwendet werden kann. In diesem Fall kann die Belastung des quellenseitigen Wärmetauschers, der während des Kühlbetriebes als Kondensator wirkt, auf vorteilhafte Weise verringert werden.
Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform eines Wärmepumpensystems enthält einen Hauptwärmepumpenkreis mit einem Kompressor 51, einer Vierwegeventilanordnung 52, einem nutzseitigen Wärmetauscher 53 (der bei Aufheizbetrieb als Kondensator wirkt), einer Drosselanordnung 54 und einem quellenseitigen Wärmetauscher 55 (der bei Aufheizbetrieb als Verdampfer wirkt), die alle auf in der Zeichnung dargestellte Weise über Fluidverbindungen verbunden sind.
Mit 56 ist ein fraktionierender Separator bezeichnet, der mit einem Füllmaterial gefüllt ist. Das obere Ende dieses fraktionierenden Separators 56 weist eine Fluidverbindung zu einer Leitung auf, und zwar über einen ersten Druckverminderer 57, die die Drosselanordnung 54 und den nutzseitigen Wärmetauscher 53 miteinander verbindet, und außerdem über ein erstes Sperrventil 58 mit einer Leitung, die den quellenseitigen Wärmetauscher 55 und die Drosselanordnung 54 miteinander verbindet. Ein Reservoir 60 mit einer eingebauten Heizvorrichtung 59 ist unterhalb des fraktionierenden Separators 56 angeordnet. Der Boden des Reservoirs 60 weist über einen zweiten Druckverminderer 61 und ein zweites Sperrventil 62 eine Fluidverbindung zu der Leitung auf, die den quellenseitigen Wärmetauscher 55 und die Drosselanordnung 54 miteinander verbindet. Ein Kühlmittelejektor 63 ist zwischen dem Kompressor 51 und der Vierwegeventilanordnung 52 angeordnet und weist eine Saugöffnung auf, die über ein erstes Rückschlagventil 64 eine Fluidverbindung mit dem oberen Ende des fraktionierenden Separators 56 aufweist. Parallel zu dem ersten Druckverminderer 57 ist ein zweites Rückschlagventil, 65, angeschlossen, das so betätigbar ist, daß Kühlmittel in Richtung auf den fraktionierenden Separator 56 durchfließen kann.
Nachfolgend wird ein Verfahren zum Verändern der Kühlmittelzusammensetzung des im Wärmepumpensystem vorhandenen nichtazeotropischen Kühlmittelgemisches beschrieben. Während des Betriebes im nichtfraktionierenden Modus, wenn die Heizvorrichtung 59 abgeschaltet, das Sperrventil 58 geöffnet und das zweite Sperrventil 62 geöffnet ist, wird ein Teil des im nutzseitigen Wärmetauscher 53 kondensierten Kühlmittels während des Aufheizbetriebes getrennt, wobei eine Komponente durch das zweite Rückschlagventil 65 und den fraktionierenden Separator 56 in das Reservoir 60 fließt, um darin als überschüssiges Kühlmittel gespeichert zu werden, und die andere Komponente durch den zweiten Druckverminderer 61 und das zweite Sperrventil 62 an den quellenseitigen Wärmetauscher 55 fließt. Somit wird der Hauptfluidkreis mit der Kühlmittelzusammensetzung betrieben, die reich an dem im System enthaltenen Kühlmittel mit hohem Siedepunkt ist. Während des Kühlbetriebes wird jedoch ein Teil des im quellenseitigen Wärmetauscher 55 kondensierten Kühlmittels getrennt, wobei eine Komponente durch das zweite Sperrventil 62 und den zweiten Druckverminderer 61 in das Reservoir 60 fließt und darin als überschüssiges Kühlmittel gespeichert wird und die andere Komponente aus dem fraktionierenden Separator 56 nach oben durch den ersten Druckverminderer 57 an den nutzseitigen Wärmetauscher 53 fließt; somit wird der Hauptfluidkreis mit einer Zusammensetzung des im System vorhandenen Kühlmittelgemisches betrieben, die reich an Kühlmittel mit hohem Siedepunkt ist.
Während des Betriebes im fraktionierenden Modus während des Aufheizvorganges, wenn die Heizvorrichtung 59 eingeschaltet und das erste und zweite Sperrventil, 58 und 62, geschlossen sind, wird ein im Kühlmittel des Reservoirs 60 enthaltenes Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt mit Hilfe der Heizvorrichtung 59 im wesentlichen verdampft und steigt nach oben in das Innere des fraktionierenden Separators 56. Jetzt wird ein Teil des im nutzseitigen Wärmetauscher 53 kondensierten flüssigen Kühlmittels getrennt und ein Teil davon über das zweite Rückschlagventil 65 an das obere Ende des fraktionierenden Separators 56 geleitet; als Folge des Gas-Flüssigkeit-Kontaktes beginnt im fraktionierenden Separator 56 das Fraktionieren. Dieser Vorgang bewirkt, daß das aufsteigende gasförmige Medium sich mit dem Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt anreichert, während das nach unten fallende gasförmige Medium sich mit Kühlmittel mit hohem Siedepunkt anreichert; das Kühlmittel mit dem hohen Siedepunkt wird im Reservoir 60 als kondensierte Flüssigkeit gespeichert. Das an Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt reiche gasförmige, nach oben steigende Medium wird dagegen an die Saugöffnung des Kühlmittelejektors 63 geleitet, der zwischen dem Kompressor 51 und der Vierwegeventilanordnung 52 vorgesehen ist. Durch den vom Kühlmittelejektor 63 ausgeübten Saugeffekt kann das Fraktionieren gefördert und die von der Heizvorrichtung 59 erzeugte Wärme wirksam genutzt werden, während das an Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt reiche gasförmige Medium in den nutzseitigen Wärmetauscher 53 fließt, um anschließend kondensiert zu werden. Auf diese Weise kann der Hauptfluidkreis mit einem Kühlmittelgemisch betrieben werden, das reich an Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt ist.
Wenn während des Kühlvorganges der Betrieb im fraktionierenden Modus stattfindet, die Heizvorrichtung 59 also eingeschaltet und das erste und zweite Sperrventil, 58 und 62, geöffnet bzw. geschlossen sind, wird das im Kühlmittel des Reservoirs 60 enthaltene Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt mit Hilfe der Heizvorrichtung 59 im wesentlichen verdampft und steigt im Innern des fraktionierenden Separators 56 nach oben. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Teil des im quellenseitigen Wärmetauscher 55 kondensierten flüssigen Kühlmittels getrennt und über das erste Sperrventil 58 an das obere Ende des fraktionierenden Separators 56 geleitet. Als Folge des Gas-Flüssigkeit-Kontaktes findet im fraktionierenden Separator 56 ein Fraktioniervorgang statt, als dessen Folge das aufsteigende gasförmige Medium sich mit Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt anreichert, während das nach unten fallende gasförmige Medium sich mit Kühlmittel mit hohem Siedepunkt anreichert, wobei das Kühlmittel mit hohem Siedepunkt im Reservoir 60 als kondensierte Flüssigkeit gespeichert wird. Das aufsteigende, an Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt reiche gasförmige Medium wird dagegen durch den ersten Druckverminderer 57 in den nutzseitigen Wärmetauscher 53 geleitet. Auf diese Weise kann der Hauptfluidkreis mit einem Kühlmittelgemisch betrieben werden, das reich an Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt ist.
Soll die Zusammensetzung im Hauptfluidkreis in den Originalzustand zurückversetzt werden, so wird die Heizvorrichtung 59 abgeschaltet und sowohl das erste als auch das zweite Sperrventil, 58 und 62, geöffnet. Dann fließt das im Reservoir 60 vorhandene Kühlmittel mit hohem Siedepunkt in den Hauptfluidkreis und reichert das Kühlmittelgemisch im Hauptfluidkreis mit Kühlmittel mit hohem Siedepunkt an.
Es wird angemerkt, daß anstelle der Heizvorrichtung 59 eine Vorrichtung des Kühlkreises, die hohe Temperaturen liefert, wie z. B. eine Ausgangsleitung des Kompressors 51, als Heizquelle eingesetzt werden kann. Damit kann die Belastung des quellenseitigen Wärmetauschers 55, der während des Kühlbetriebes als Kondensator wirkt, auf vorteilhafte Weise reduziert werden.
Bei der in Fig. 3 dargestellten und im Zusammenhang damit beschriebenen Ausführungsform wird das zweite Rückschlagventil 65 parallel mit dem ersten Druckverminderer 57 eingesetzt und verbunden, so daß der fraktionierende Separator 56 während des Aufheizbetriebes unter hohem Druck (Kondensationsdruck) gehalten werden und der Druck des in den Kühlmittelejektor 63 einzusaugenden Gases mit Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt erhöht werden kann, so daß ohne das Rückschlagventil 64 auszukommen ist. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es ebenfalls möglich, kein zweites Rückschlagventil 65 einzusetzen; in dem Falle kann das in den Kühlmittelejektor 63 einzusaugende gasförmige Kühlmittel einen mittleren Druck erreichen, und das System nach der vorliegenden Erfindung arbeitet zufriedenstellend.
Ebenso kann das erste Sperrventil, 58, durch einen Druckverminderer und ein Rückschlagventil gebildet werden, und durch die Saugkraft des Kühlmittelejektors 63 kann das während des Aufheizbetriebes im fraktionierenden Modus erzeugte gasförmige Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt in ausreichendem Maße in Richtung einer Ausgangsseite des Kompressors gesaugt werden.
In Fig. 4 wird eine dritte vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform enthält das Wärmepumpensystem einen Hauptwärmepumpenkreis mit einem Kompressor 71, eine Vierwegeventilanordnung 72, einen nutzseitigen Wärmetauscher 73 (der während eines Aufheizbetriebes als Kondensator wirkt), eine Drosselanordnung 74 und einen quellenseitigen Wärmetauscher 75 (der während des Aufheizbetriebes als Verdampfer wirkt), die alle durch Fluidverbindungen auf in der Zeichnung dargestellte Weise verbunden sind. Mit 76 ist ein fraktionierender Separator bezeichnet, der mit einem Füllmaterial gefüllt ist. Dieser fraktionierende Separator 76 weist an seinem oberen Ende eine Fluidverbindung mit einer Leitung auf, die die Drosselanordnung 74 und den nutzseitigen Wärmetauscher 73 verbindet, und unter dem Separator ist ein Reservoir 78 mit einer eingebauten Heizvorrichtung 77 angeordnet. Der Boden des Reservoirs 78 ist über eine Fluidverbindung, die ein Sperrventil 79 und einen Druckverminderer 80 aufweist, mit einer Leitung verbunden, welche den quellenseitigen Wärmetauscher 75 und die Drosselanordnung 24 miteinander verbindet. Das obere Ende des fraktionierenden Separators 76 ist ebenfalls über eine Fluidverbindung, die ein erstes Rückschlagventil, 81, aufweist, mit einer Saugöffnung eines Kühlmittelejektors 82 verbunden, der zwischen der Vierwegeventilanordnung 72 und dem nutzseitigen Wärmetauscher 73 angeordnet ist. Mit 83 ist ein zweites Rückschlagventil bezeichnet, mit dem es während des Kühlbetriebes möglich ist, den Kühlmittelejektor 82 zu umgehen. Nachfolgend wird ein Verfahren zum Verändern der Zusammensetzung des im Wärmepumpensystem vorhandenen nichtazeotropischen Kühlmittelgemisches beschrieben. Während des Betriebes im nichtfraktionierenden Modus, wenn die Heizvorrichtung 77 abgeschaltet und das Sperrventil 79 geöffnet ist, wird während des Aufheizbetriebes ein Teil des im nutzseitigen Wärmetauscher 73 kondensierten Kühlmittels getrennt; eine Komponente fließt durch den fraktionierenden Separator 76 in das Reservoir 78, um darin als überschüssiges Kühlmittel gespeichert zu werden, und die andere Komponente fließt durch das Sperrventil 79 und anschließend durch den Druckverminderer 80 an den quellenseitigen Wärmetauscher 75. Somit wird das Wärmepumpensystem mit einer Kühlmittelzusammensetzung betrieben, die reich an Kühlmittel mit hohem Siedepunkt ist. Während des Kühlbetriebes wird jedoch ein Teil des im quellenseitigen Wärmetauscher 75 kondensierten Kühlmittels getrennt; eine Komponente fließt durch den Druckverminderer 80 und anschließend durch das Sperrventil 79 in das Reservoir 78, um darin als überschüssiges Kühlmittel gespeichert zu werden, und die andere Komponente fließt nach oben aus dem fraktionierenden Separator 76 heraus an den nutzseitigen Wärmetauscher 73. Somit arbeitet das Wärmepumpensystem mit einer Zusammensetzung des im Wärmepumpensystem vorhandenen Kühlmittelgemisches, die reich an Kühlmittel mit hohem Siedepunkt ist.
Während des im Aufheizbetrieb stattfindenden Betriebes im fraktionierenden Modus, wenn die Heizvorrichtung eingeschaltet und das Sperrventil 79 geschlossen ist, wird ein im Kühlmittel des Reservoirs 78 enthaltenes Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt mit Hilfe der Heizvorrichtung 77 im wesentlichen verdampft und steigt im Innern des fraktionierenden Separators 76 nach oben. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Teil des im nutzseitigen Wärmetauscher 73 kondensierten flüssigen Kühlmittels getrennt und dem oberen Ende des fraktionierenden Separators 76 zugeführt. Als Folge davon findet im fraktionierenden Separator 76 durch die Wirkung des Gas-Flüssigkeit-Kontaktes das Fraktionieren statt. Dieser Vorgang bewirkt, daß das aufsteigende gasförmige Medium reich an Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt ist, während das nach unten fallende gasförmige Medium reich an Kühlmittel mit hohem Siedepunkt ist, wobei das Kühlmittel mit hohem Siedepunkt im Reservoir 78 in Form einer kondensierten Flüssigkeit gespeichert wird. Das an Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt reiche aufsteigende gasförmige Medium wird andererseits an die Saugöffnung des Kühlmittelejektors 82 geleitet, der zwischen dem Kompressor 71 und der Vierwegeventilanordnung 72 angeordnet ist. Die vom Kühlmittelejektor 82 ausgehende Saugwirkung kann das Fraktionieren fördern und die von der Heizvorrichtung 77 erzeugte Wärme kann wirksam genutzt werden, während das an Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt reiche gasförmige Medium in den nutzseitigen Wärmetauscher 73 zur späteren Kondensation fließt. Auf diese Weise kann der Hauptfluidkreis mit einem Kühlgemisch betrieben werden, das reich an Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt ist.
Während des im Kühlbetrieb stattfindenden Betriebes im fraktionierenden Modus, wenn die Heizvorrichtung 77 eingeschaltet und das Sperrventil 79 geschlossen ist, wird das im Reservoir 78 enthaltene Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt mit Hilfe der Heizvorrichtung 77 im wesentlichen verdampft und steigt im Innern des fraktionierenden Separators 76 nach oben. Zu dieser Zeit wird ein Teil des im quellenseitigen Wärmetauscher 75 kondensierten flüssigen Kühlmittels, das von der Drosselanordnung 74 auf einen Dampfdruck expandiert wird, bei dem Verdampfung stattfindet, getrennt und dem oberen Ende des fraktionierenden Separators 76 zugeführt. Als Folge davon findet im fraktionierenden Separator 76, bewirkt durch den Gas-Flüssigkeit-Kontakt, das Fraktionieren statt. Dieser Vorgang bewirkt, daß das aufsteigende gasförmige Medium reich an Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt ist, während das nach unten fallende gasförmige Medium reich an Kühlmittel mit hohem Siedepunkt ist. Das Kühlmittel mit hohem Siedepunkt wird im Reservoir 78 als kondensierte Flüssigkeit gespeichert. Das an Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt reiche aufsteigende gasförmige Medium wird dagegen über das erste Sperrventil, 81, an die Saugöffnung des Kühlmittelejektors 82 geleitet, um dann in das Kühlmittel eingeleitet zu werden, das zu der Zeit durch den Hauptfluidkreis fließt, um endlich in den Kompressor 71 zu fließen. Auf diese Weise kann der Hauptfluidkreis mit einem Kühlmittelgemisch betrieben werden, das reich an Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt ist. Soll die Kühlmittelzusammensetzung des Hauptfluidkreises wieder in den ursprünglichen Zustand gebracht werden, dann wird die Heizvorrichtung 77 abgeschaltet und das Sperrventil 79 geöffnet. Dann fließt das im Reservoir 78 vorhandene Kühlmittel mit hohem Siedepunkt in den Hauptfluidkreis und reichert das darin fließende Kühlmittelgemisch mit Kühlmittel mit hohem Siedepunkt an.
Bei der anhand der Fig. 4 beschriebenen Ausführungsform wird der Kühlmittelejektor 82 zum Zwecke der fraktionierenden Separation nur während des Aufheizbetriebes, wenn die Wiedergewinnung der von der Heizvorrichtung 77 aufgenommenen Wärme effektive Resultate erzielen kann, betrieben. Während des Kühlbetriebes, wenn die von der Heizvorrichtung 77 aufgenommene Wärmemenge nicht wiedergewonnen zu werden braucht, dann wird das vom oberen Ende des fraktionierenden Separators 76 abfließende gasförmige Kühlmittel, das reich an Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt ist, so geleitet, daß es an dem als Verdampfer wirkenden nutzseitigen Wärmetauscher 73 vorbeifließt und in die Saugseite des Kompressors 71 gelangt. Auf diese Weise kann eine mögliche Zunahme eines Druckverlustes im Verdampfer minimiert werden; da das durch den Hauptfluidkreis fließende Kühlmittel den Kühlmittelejektor 82 umgeht, wird verhindert, daß der Kühlmittelejektor 82 als Ursache für einen Druckverlust in Frage kommt.
In Fig. 5 ist die vierte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Wärmepumpensystem enthält einen Hauptwärmepumpenkreis mit einem Kompressor 91, einer Vierwegeventilanordnung 92, einem nutzseitigen Wärmetauscher 93 (der während eines Aufheizbetriebes als Kondensator wirkt), einer zweiten Drosselanordnung, 94, einer ersten Drosselanordnung, 95, und einem quellenseitigen Wärmetauscher 96 (der während des Aufheizbetriebes als Verdampfer wirkt), die alle auf in der Zeichnung dargestellte Weise durch Flüssigkeitsverbindungen miteinander verbunden sind. Mit 97 ist ein mit einem Füllmaterial gefüllter fraktionierender Separator bezeichnet. Das obere Ende dieses fraktionierenden Separators 97 weist eine Flüssigkeitsverbindung mit einer Leitung auf, die die zweite und erste Drosselanordnung, 94 und 95, miteinander verbindet. Weiterhin ist das obere Ende dieses Separators über eine Flüssigkeitsverbindung, die ein Sperrventil 98 aufweist, mit einer Saugöffnung eines Kühlmittelejektors 99 verbunden. Dieser Ejektor ist zwischen der Vierwegeventilanordnung 92 und dem nutzseitigen Wärmetauscher 93 angeordnet. Unter dem fraktionierenden Separator 97 ist ein Reservoir 101 vorgesehen, das eine eingebaute Heizvorrichtung 100 enthält. Der Boden des Reservoirs 101 ist durch eine Flüssigkeitsverbindung, die ein Sperrventil 102 und einen Druckverminderer 103 enthält, mit einer Leitung verbunden, die den quellenseitigen Wärmetauscher 96 und die zweite Drosselanordnung 95 verbindet. Parallel zum Kühlmittelejektor 99 ist ein Rückschlagventil 104 angeordnet, um den Kühlmittelejektor 99 während des Kühlmittelbetriebes zu umgehen.
Nachfolgend wird ein Verfahren zum Verändern der Zusammensetzung des im Wärmepumpensystem vorhandenen nichtazeotropischen Kühlmittelgemisches beschrieben. Während des Betriebes im nichtfraktionierenden Modus, wenn die Heizvorrichtung 100 abgeschaltet und die Sperrventile 98 und 102 geschossen bzw. offen sind, wird ein Teil des im nutzseitigen Wärmetauscher 93 kondensierten Kühlmittels von der zweiten Drosselanordnung, 94, während des Aufheizvorganges im Druck auf einen mittleren Druckwert reduziert, wird getrennt, und eine Komponente fließt durch den fraktionierenden Separator 97 in das Reservoir 101, um darin als überschüssiges Kühlmittel gespeichert zu werden, während die andere Komponente durch das Sperrventil 102 und den Druckverminderer 103 an den quellenseitigen Wärmetauscher 96 fließt. Der Hauptfluidkreis wird also mit einer Zusammensetzung des Kühlmittelgemisches betrieben, die reich an dem darin enthaltenen Kühlmittel mit hohem Siedepunkt ist. Während des Kühlbetriebes wird dann ein Teil des im quellenseitigen Wärmetauscher 96 kondensierten Kühlmittels getrennt; eine Komponente fließt durch den Druckverminderer 103 und das Sperrventil 102 in das Reservoir 101, um darin als überschüssiges Kühlmittel gespeichert zu werden, und die andere Komponente fließt nach oben aus dem oberen Ende des fraktionierenden Separators 97 heraus und durch die zweite Drosselanordnung, 94, an den nutzseitigen Wärmetauscher 93. Der Hauptfluidkreis wird also mit einer Zusammensetzung des Kühlmittelgemisches betrieben, die reich an dem darin enthaltenen Kühlmittel mit hohem Siedepunkt ist.
Während des Betriebes im fraktionierenden Modus, wenn die Heizvorrichtung 100 eingeschaltet und die Sperrventile 102 und 98 geschlossen bzw. offen sind, wird ein im Kühlmittel des Reservoirs 101 enthaltenes Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt mit Hilfe der Heizvorrichtung 100 verdampft und steigt im Innern des fraktionierenden Separators 97 nach oben. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Teil des im nutzseitigen Wärmetauscher 93 kondensierten flüssigen Kühlmittels nach einer von der zweiten Drosselanordnung, 94, bewirkten Druckverringerung auf einen mittleren Wert getrennt und dem oberen Ende des fraktionierenden Separators 97 zugeführt. Das bewirkt, daß im fraktionierenden Separator 97 aufgrund des Gas-Flüssigkeit-Kontaktes das Fraktionieren stattfindet. Als Folge dieses Vorganges reichert sich das aufsteigende gasförmige Medium mit Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt an, während das nach unten fallende gasförmige Medium sich mit dem Kühlmittel mit hohem Siedepunkt anreichert. Das Kühlmittel mit hohem Siedepunkt wird in dem Reservoir 101 als kondensierte Flüssigkeit gespeichert.
Das an Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt reiche, nach oben steigende gasförmige Medium wird hingegen an die Saugöffnung des Kühlmittelejektors 99 geleitet, der zwischen der Vierwegeventilanordnung 92 und dem nutzseitigen Wärmetauscher 93 angeordnet ist. Die vom Kühlmittelejektor 99 ausgehende Saugwirkung kann das Fraktionieren fördern, und die von der Heizvorrichtung 100 erzeugte Wärme kann, während das an Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt reiche gasförmige Medium in den nutzseitigen Wärmetauscher 93 fließt, effektiv genutzt werden. Das in den nutzseitigen Wärmetauscher fließende Kühlmittel ist dann für eine nachfolgende Kondensation bereit. So kann der Hauptfluidkreis mit einem Kühlmittelgemisch betrieben werden, das reich an Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt ist.
Während des Kühlbetriebes wird das im Kühlmittel des Reservoirs 101 vorhandene Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt mit Hilfe der Heizvorrichtung 100 im wesentlichen verdampft und steigt im Innern des fraktionierenden Separators 97 nach oben. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Teil des im quellenseitigen Wärmetauscher 96 kondensierten flüssigen Kühlmittels, nachdem sein Druck von der ersten Drosselanordnung, 95, auf einen mittleren Wert reduziert wurde, getrennt und dem oberen Ende des fraktionierenden Separators 79 zugeführt. Als Folge des Gas-Flüssigkeit-Kontaktes findet im Separator 97 ein Fraktioniervorgang statt, der bewirkt, daß das aufsteigende gasförmige Medium sich mit Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt anreichert, während sich das nach unten fallende gasförmige Medium mit Kühlmittel mit hohem Siedepunkt anreichert. Das Kühlmittel mit hohem Siedepunkt wird im Reservoir 101 als kondensierte Flüssigkeit gespeichert. Das an Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt reiche gasförmige Medium wird an die Saugöffnung des Kühlmittelejektors 99 geleitet, der zwischen der Vierwegeventilanordnung 92 und dem nutzseitigen Wärmetauscher 93 angeordnet ist. Es wird weiter über die Vierwegeventilanordnung 92 an die Saugseite des Kompressors 91 geleitet. Es entsteht also kein Druckverlust, der entstehen würde, wenn es in den als Verdampfer wirkenden nutzseitigen Wärmetauscher 93 flösse. Auf diese Weise kann der Hauptfluidkreis mit einem Kühlmittelgemisch betrieben werden, das reich an Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt ist.
Außerdem fällt der Kühlmittelejektor 99 als Ursache für einen Druckverlust während des Kühlbetriebes aus, weil das Rückschlagventil 104 parallel zu diesem Ejektor eingesetzt und verbunden ist und dadurch eine Umgehung dieses Kühlmittelejektors ermöglicht.
Soll die Zusammensetzung des Kühlmittels im Hauptfluidkreis in den ursprünglichen Zustand gebracht werden, wird die Heizvorrichtung 100 abgeschaltet und die Sperrventile 98 und 102 werden geschlossen bzw. geöffnet. In diesem Fall fließt das an Kühlmittel mit hohem Siedepunkt reiche Kühlmittel im Reservoir 101 in den Hauptfluidkreis und reichert damit das Kühlmittelgemisch des Hauptfluidkreises mit dem im Gesamtsystem vorhandenen Kühlmittel mit hohem Siedepunkt an.
Anstelle der Heizvorrichtung 100 kann in einem Kühlzyklus eine Wärmequelle hoher Temperatur, z. B. Ausgangsleitungen des Kompressors 91, verwendet werden. In diesem Fall kann die Belastung des als Kondensator wirkenden quellenseitigen Wärmetauschers 96 während des Kühlbetriebes auf vorteilhafte Weise reduziert werden, und in dem Fall, wo es wünschenswert ist, den fraktionierenden Separator 97 auf dem mittleren Druck zu halten, kann die von der Heizvorrichtung 100 abgegebene Heiztemperatur vorteilhafterweise niedriger sein.

Claims

1. Wärmepumpensystem

mit einem Hauptwärmepumpenkreis, der mit einem nichtazeotropischen gemischten Kühlmittel gefüllt ist und einen Kompressor (11; 31; 51; 71; 91), einen nutzseitigen Wärmetauscher (12; 33; 53; 73; 93), eine Drosselanordnung (13; 34; 54; 74; 95), einen quellenseitigen Wärmetauscher (14; 35; 55; 75; 96) enthält;

mit einem fraktionierenden Separator (15; 36; 56; 76; 97), dessen oberes Ende gleichmäßig mit der Auslaßseite des nutzseitigen Wärmetauschers (12; 33; 53; 73; 93) verbunden ist; und

mit einem Reservoir (18; 39; 60; 78; 101), das unterhalb des fraktionierenden Separators (15; 36; 56; 76; 97) angeordnet ist und dessen Boden fluidmäßig über ein Sperrventil (19; 40; 62; 79; 102) mit der Einlaßseite des quellenseitigen Wärmetauschers (14; 35; 55; 75; 96) verbunden ist; gekennzeichnet durch ein Niederdruck-Leitungssystem (20; 41; 61; 80; 103), das zwischen dem Sperrventil (19; 40; 62; 79; 102) und der Einlaßseite des quellenseitigen Wärmetauschers (14; 35; 55; 75; 96) angeordnet ist; und

einen Kühlmittel-Ejektor (16; 43; 63; 82; 99), der zwischen dem Kompressor (11; 31; 51; 71; 91) und dem nutzseitigen Wärmetauscher (12; 33; 53; 73; 93) angeordnet ist, wobei ein Gasmedium, das vom fraktionierenden Separator (15; 36; 56; 76; 97) erzeugt wird, wenn das Reservoir (18; 39; 60; 78; 101) aufgeheizt wird, zu einem Sauganschluß des Kühlmittel-Ejektors (16; 43; 63; 82; 99) geleitet wird, um in den Hauptwärmepumpenkreis zu fließen.

2. Wärmepumpensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

eine Vierwegeventilanordnung (32; 52) vorgesehen ist, die zwischen je einem des nutzseitigen Wärmetauschers (33; 53) und des quellenseitigen Wärmetauschers (35; 55) und dem Kompressor (31; 51) geschaltet ist; und

daß der Kühlmittel-Ejektor (43; 63) zwischen dem Kompressor (31; 51) und der Vierwegeventilanordnung (32; 52) angeordnet ist, wobei der Sauganschluß des Kühlmittel-Ejektors fluidmäßig mit dem oberen Ende des fraktionierenden Separators (36; 56) derart verbunden ist, daß beim Heizbetrieb des Hauptwärmepumpenkreises der nutzseitige Wärmetauscher (33; 53) als Kondensator und beim Kühlbetrieb als Verdampfer wirkt.

3. Wärmepumpensystem nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Rückschlagventil (42; 64), das zwischen dem oberen Ende des fraktionierenden Separators (36; 56) und dem Kühlmittel-Ejektor (43; 63) angeordnet ist.

4. Wärmepumpensystem nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein erstes Rückschlagventil (37), durch das das obere Ende des fraktionierenden Separators (36) fluidmäßig mit einem Leitungssystem zwischen der Drosselanordnung (34) und dem nutzseitigen Wärmetauscher (33) verbunden ist; und

ein zweites Rückschlagventil (42), durch das das obere Ende des fraktionierenden Separators (36) fluidmäßig mit dem Sauganschluß des Kühlmittel-Ejektors (43) verbunden ist;

wobei eine Verbindung zwischen dem ersten Rückschlagventil (37) und der Drosselanordnung (34) mit dem oberen Ende des fraktionierenden Separators (36) und das Reservoir (39) fluidmäßig über das Sperrventil (40) mit einem Leitungssystem verbunden ist, das zwischen dem quellenseitigen Wärmetauscher (35) und der Drosselanordnung (34) geschaltet ist.

5. Wärmepumpensystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

ein paralleler Fluidkreis vorgesehen ist, der ein Rückschlagventil (65) und einen Druckverminderer (57) aufweist;

daß das obere Ende des fraktionierenden Separators (56) durch den parallelen Fluidkreis mit dem Leitungssystem verbunden ist, das zwischen der Drosselanordnung (54) und dem nutzseitigen Wärmetauscher (53) angeordnet ist;

daß das obere Ende des fraktionierenden Separators (56) über ein Rückschlagventil (64) mit dem Sauganschluß des Kühlmittel-Ejektors (63) und über ein Sperrventil (58) mit einem Leitungssystem gekoppelt ist, das sich zwischen dem quellenseitigen Wärmetauscher (55) und der Drosselanordnung (54) erstreckt; und

daß das Reservoir (60) fluidmäßig über das Sperrventil (62) mit einem Leitungssystem verbunden ist, das sich zwischen dem quellenseitigen Wärmetauscher (55) und der Drosselanordnung (54) erstreckt.

6. Wärmepumpensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

eine Vierwegeventilanordnung (72; 92) vorgesehen ist, die zwischen je einem des nutzseitigen Wärmetauschers (73; 92) und des quellenseitigen Wärmetauschers (75; 96) und dem Kompressor (71; 91) geschaltet ist; und

daß der Kühlmittel-Ejektor (82; 99) zwischen dem nutzseitigen Wärmetauscher (73; 93) und der Vierwegeventilanordnung (72; 92) angeordnet ist, wobei der Sauganschluß des Kühlmittel-Ejektors fluidmäßig mit dem oberen Ende des fraktionierenden Separators (76) verbunden ist.

7. Wärmepumpensystem nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein Rückschlagventil (83; 104), das parallel zu dem Kühlmittel-Ejektor (82, 99) angeordnet ist.

8. Wärmepumpensystem nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein Rückschlagventil (81), das zwischen dem Sauganschluß des Kühlmittel-Ejektors (82) und dem oberen Ende des fraktionierenden Separators (76) angeordnet ist.

9. Wärmepumpensystem nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine zweite Drosselanordnung (94), die zwischen dem nutzseitigen Wärmetauscher (93) und einer Verbindung zwischen der Drosselanordnung (95) und dem fraktionierenden Separator (97) angeordnet ist; und

ein Leitungssystem, das sich zwischen beiden Drosselanordnungen (94, 95) erstreckt und fluidmäßig mit dem oberen Ende des fraktionierenden Separators (97) verbunden ist.