[发明专利]用于使用环境兼容的制冷剂的热泵

说明书

本发明涉及一种热泵和在该热泵中的制冷剂的使用。

迄今为止在热泵中使用的制冷剂要么是毒性的要么是对环境有害的，就是说这些制冷剂具有较高的使全球暖化的可能。其它的能燃烧或者至少问题在于，至少是对健康有害的。迄今为止已知的对无毒性的环境兼容的制冷剂的使用仍未成功，因为这种工作介质不能保证热泵的相应的效率或者不能被使用在传统的热泵结构中。

在热泵中使用制冷剂的特征在于所谓的温度升高或者说温升(Temperaturlift)。所述温升是凝结温度和蒸发温度之间的差。所述温升描述了能在散热片上使用的热源在温度上的提升量。为了清楚地说明所述问题，在图1中示出合适的对环境友好的制冷剂的相界线，其特点是强烈突出的冷凝曲线。额外地还示出从蒸发温度为75℃到凝结温度为125℃的50开尔文的温升的热泵过程。为了能用这种制冷剂驱动热泵，必须保持压缩终点到冷凝曲线的最小间距，以继续保持在气相区域中。如图3中所示，要是温升例如只有20开尔文、就是说凝结温度仅为95℃左右，压缩终点就会在相界线内、也就是说在混合相区域中。这会导致在压缩机中的液体并且阻止热泵稳定运行。

迄今为止仅已知这种具有该特殊热力学性质的新的工作流体的应用的尝试，所述尝试成果在于热泵的不稳定的启动过程。在德国申请102013203243.9中对一种具有内置的热交换器的热泵，如图2所示所述热交换器通过从状态4向状态5凝结物的过冷却把这种情况下产生的热传导到状态7上并且如此在压缩前就加热吸入的气体。从状态4向状态5的距离和从状态7向状态1的距离为相同的热焓差，如压焓图1至4所示。如图3再次看到，所述用内置的热交换器的尝试并不是对每个温升都合适。例如在20开尔文的温升情况下，内置的热交换器的提供用于加热吸入的气体的热量不足并且问题在于压缩终点再次位于相界线的内部。

至此，在热泵和制冷机中使用的流体、例如R134a(1,1,1,2-四氟乙烷)根本不会有压缩终点位于中间相区域中的问题并且因此能以现有技术中已知的热泵和制冷机驱动。

专利文献US 2010/0192607 A1说明了一种空调装置和一种具有注入式循环的热力泵和一种该注入式循环的自动控制。该注入式循环用于将热力泵的工作流体的一部分借助膨胀阀冷却并且然后在热交换器中用于将工作流体在工作流体的循环中在注入式循环分支之前的冷却。

专利文献EP 2 752 627 A1说明了一种制冷器，其中，制冷器的工作流体在压缩器的入口侧在液体/气体热交换器中过热，其中，借助工作流体的一部分进行过热，其由布置在蒸气凝结器的出口处的液体/气体分离器提供。

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种热泵和该热泵的运行方法，其允许使用对环境友好的工作流体并且确保稳定的静态运行，其中，工作流体在进入压缩机之前能够以特别有效的方式过热。

该技术问题借助按照权利要求1所述的热泵和按照权利要求6所述的热泵运行方法以及通过按照本发明地应用按照权利要求5所述的新的工作流体解决。本发明的设计方案是从属权利要求的内容。

按照本发明的热泵包括压缩机、冷凝器、内部的热交换器、膨胀阀、蒸发器以及调节装置，所述调节装置设计用于使压缩机的出口处的工作流体的温度处于露点之上的能预先给定的最小间距处。所述温度最小间距涉及在压力保持不变的情况下的工作流体并且尤其是最少1开尔文、优选最少5开尔文。这样的优点在于，可以使用对环境友好的无毒性的安全介质并且实现静态的稳定的热泵运行，所述介质的特点通常是非常特殊的热力学性质，例如可能是在温熵图中的非常小的低于1000(kgK²)/kJ的冷凝曲线斜率。

调节装置是温度调节装置，其设计用于提高在压缩机的入口处的工作流体的温度。例如，该温度调节装置包括管路加热装置，其如此地布置在内置热交换器和压缩机之间，使得从内置热交换器向压缩机流动的工作流体能通过管路加热装置过热。在此，温度调节装置设计为，使得其通过压缩机出口处的工作流体温度调节管路加热装置。根据由温度调节装置在压缩机出口处测量到的温度启动或者关闭管路加热装置或者使其温度变化。所述管路加热装置因此例如可以在热源或者吸热件温度波动的情况下短时间地启动或者持续运行。这样的优点在于，可以过小的温升进行补偿。对于温升的极限温度取决于所使用的制冷剂或者工作流体。所述温升取决于热泵的不同性质和参数。