Erforderliche Sauggasüberhitzung bei einer R600-Hochtemperaturwärmepumpe - Nutzung der Motorabwärme

摘要

Im Zuge der Entwicklung einer Hochtemperatur-Wärmepumpe (Nutztemperaturen bis zu 110°C) wurden unterschiedliche Kältemittel und Kreislaufmodifikationen betrachtet. Speziell Kältemittel für Hochtemperaturanwendungen, darunter auch R600, weisen häufig ein sogenanntes überhängendes Nassdampfgebiet auf. Bei bestimmten Betriebsbedingungen kann diese Eigenschaft zum Auskondensieren von Flüssigkeit während der Verdichtung des Kältemittels führen. Dies kann Schäden am Kompressor zur Folge haben. Um eine sogenannte „nasse Kompression" zu vermeiden, muss eine ausreichend hohe Kältemittelüberhitzung saugseitig vorhanden sein. Die erforderliche Überhitzung ist jedoch stark vom Kältemittel sowie von der Verdampfungs- und Kondensationstemperatur abhängig und kann relativ hohe Werte (bis zu 18 K) erreichen. Damit diese hohe Überhitzung nicht zur Gänze im Verdampfer bereitgestellt werden muss, wurde die Möglichkeit einer Umrüstung eines luftgekühlten semihermetischen Kolbenkompressors auf Sauggaskühlung untersucht. Basierend auf einer bestehenden Sauggaswärmeübertragerkonstruktion und den Herstellerdaten des Kompressors wurde ein Simulationsmodell der Kompressorkühlung und des Stators der elektrischen Maschine erstellt. Aus dem Simulationsmodell konnte das Betriebsverhalten des adaptierten Kolbenkompressors sowie die Überhitzung und maximale Statortemperaturen abgeschätzt werden. Die Ergebnisse zeigten, dass die erhaltenen Werte für die Überhitzung in den meisten Fällen einen signifikanten Beitrag zur erforderlichen Mindestüberhitzung leisten. Zusätzlich zeigten die Ergebnisse, dass eine ausreichende Kühlfunktion trotz hoher Sauggastemperaturen bei Hochtemperaturanwendung gegeben ist.