Die Erfindung betrifft eine Kältemaschine, insbesondere eine Wärmepum¬ pe, mit einem ein Kältemittel aufweisenden geschlossenen Kreislauf, in dem nacheinander ein Verdampfer, ein Verdichter, ein Verflüssiger und ein, insbesondere elektrisch betriebenes, Expansionsventil angeordnet sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Kältemaschine.

Grundsätzlich sind Kältemaschinen der eingangs genannten Art bekannt. In dem Verdampfer wird das Kältemittel verdampft und überhitzt, d.h. über seine Sättigungstemperatur hinaus erwärmt. Überhitzung des Käl¬ temittels bedeutet also eine Erhöhung der Kältemitteltemperatur bei konstantem Druck über seine Sättigungstemperatur hinaus. Die Überhit¬ zung ist definiert als die Differenz zwischen der tatsächlichen Temperatur des Kältemittels, z.B. im Bereich des Verdampferausgangs, und der Ver¬ dampfungstemperatur bzw. Sättigungstemperatur des Kältemittels.

Üblicherweise wird bei einer herkömmlichen Kältemaschine ein vorbe¬ stimmter Wert für die Überhitzung des Kältemittels vorgegeben und die Überhitzung so geregelt, dass sie - unabhängig von anderen Betriebsbe¬ dingungen - von dem vorgegebenen Wert nicht wesentlich abweicht, um einerseits einen optimalen Wirkungsgrad der Kältemaschine zu erreichen und andererseits eine vollständige Verdampfung des Kältemittels sicher- zustellen. Ein typischer Wert für die Überhitzung beträgt beispielsweise 6 K bis 10 K.

Bei bekannten Wärmepumpen hat es sich als problematisch herausge- stellt, dass die Temperatur des verdampften Kältemittels unter bestimm¬ ten Betriebsbedingungen, beispielsweise bei besonders tiefen Außentem¬ peraturen, am Ausgang des Verdichters so hohe Werte erreicht, dass eine Zersetzung von in dem Verdichter befindlichem Öl, z.B. Schmieröl, statt¬ findet und/ oder ein mechanischer Verschleiß des Verdichters verursacht wird. Dies kann zu einer Beschädigung des Verdichters führen und das Abschalten der Wärmepumpe bzw. des Verdichters erfordern. Daneben besteht bei besonders tiefen Außentemperaturen die Gefahr einer Verei¬ sung des Verdampfers, die ebenfalls ein Abschalten der Wärmepumpe oder ein Umschalten eines zu diesem Zweck zwischen dem Verdichter und dem Verflüssiger bzw. Verdampfer angeordneten Umschaltventils, insbe¬ sondere Vierwegeumschaltventils, zur Enteisung des Verdampfers erfor¬ derlich machen kann.

Sowohl das Abschalten der Wärmepumpe zur Vermeidung einer erhöhten Verdichtungsendtemperatur am Ausgang des Verdichters als auch das Abschalten der Wärmepumpe oder Umschalten des Umschaltventils zur Enteisung des Verdampfers bedeuten Standzeiten der Wärmepumpe, welche die Wirtschaftlichkeit der Wärmepumpe beeinträchtigen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kältemaschine mit einer verbesserten Wirtschaftlichkeit und ein Verfahren zum Betreiben einer solche Kältemaschine zu schaffen. Zur Lösung der Aufgabe sind ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Kältemaschine nach Anspruch 13 vorgesehen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Temperatur des Kältemittels im Bereich des Verdichters, insbesondere die Verdichtungsendtemperatur, mittels einer Überhitzungs- regeleinheit zumindest zeitweise so geregelt wird, dass sie eine kritische Temperaturobergrenze nicht übersteigt.

Unter der kritischen Temperaturobergrenze wird hier eine Temperatur verstanden, bei welcher die Gefahr einer Beschädigung des Verdichters besteht, z.B. durch eine Zersetzung von in dem Verdichter vorgesehenem Schmieröl und/ oder durch einen mechanischen Verschleiß des Verdich¬ ters.

Durch die Regelung der Kältemitteltemperatur auf eine vorgegebene Ziel¬ temperatur, die zur Berücksichtigung eines Überschwingverhaltens der Kältemitteltemperatur vorzugsweise um einen gewissen Betrag unterhalb der kritischen Temperaturobergrenze gewählt wird, kann die Kältemittel- temperatur im Bereich des Verdichters, insbesondere die Verdichtungs¬ endtemperatur, stets unterhalb der kritischen Temperaturobergrenze gehalten werden. Auf diese Weise werden eine Beschädigung des Verdich¬ ters und ein bisher zum Schutz des Verdichters erforderliches Abschalten der Kältemaschine wirksam vermieden. Standzeiten der Kältemaschine, die aus dem Abschalten der Kältemaschine oder aus einer Beschädigung des Verdichters resultieren, und der damit verbundene Verlust an Kälte¬ bzw. Heizleistung werden folglich minimiert. Gleichzeitig kann die Kältemitteltemperatur mittels der Überhitzungsre- geleinheit so geregelt werden, dass sie möglichst dicht an der Temperatur¬ obergrenze liegt, also möglichst hoch ist. Dadurch wird eine optimale Heizleistung einer als Wärmepumpe arbeitenden Kältemaschine erreicht. Dabei erfüllt die Überhitzungsregeleinheit eine Doppelfunktion: sie dient nicht nur der Regelung der Überhitzung auf einen vorbestimmten Wert, sondern gleichzeitig auch der Regelung der Kältemitteltemperatur im Bereich des Verdichters.

Sowohl die minimierten Standzeiten als auch die optimierte Heizleistung der Kältemaschine führen zu einem erhöhten Gesamtwirkungsgrad der Kältemaschine über das Jahr gesehen und somit zu einer verbesserten Wirtschaftlichkeit der Kältemaschine.

Die Regelung der Kältemitteltemperatur im Bereich des Verdichters, ins¬ besondere der Verdichtungsendtemperatur, muss nicht dauerhaft erfol¬ gen. Es kann beispielsweise ausreichend sein, die Kältemitteltemperatur lediglich bei besonders tiefen Außentemperaturen, z.B. während der Win¬ termonate, zu regeln, da unter diesen Bedingungen die Gefahr besonders hoch ist, dass die Verdichtungsendtemperatur Werte erreicht, die zu einer Beschädigung des Verdichters führen.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprü¬ chen, der Beschreibung und der Zeichnung beschrieben.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfmdungsgemäßen Verfahrens wird die Umgebungstemperatur der Kältemaschine und insbe¬ sondere die Außentemperatur gemessen. Sofern keine dauerhafte, bei- spielsweise ganzjährige, Regelung der Kältemitteltemperatur vorgesehen ist, kann die Regelung bei Messung der Umgebungs- bzw. Außentempera¬ tur aktiviert werden, wenn die Umgebungs- bzw. Außentemperatur eine vorgegebene Temperaturuntergrenze unterschreitet. Die Aktivierung der Regelung der Kältemitteltemperatur erfolgt somit also witterungsabhängig.

Vorzugsweise wird die Kältemitteltemperatur stromabwärts von dem Verdichter und insbesondere im Bereich des Verdichterausgangs gemes¬ sen. Auf diese Weise kann direkt festgestellt werden, ob die Kältemittel- temperatur am Verdichterausgang, wo die Kältemitteltemperatur am höchsten ist, die vorgegebene Zieltemperatur überschreitet. Überschreitet die Kältemitteltemperatur diese Zieltemperatur oder droht dieser Fall einzutreten, kann die Kältemitteltemperatur durch Ergreifen von Ma߬ nahmen, die weiter unten näher erläutert werden, entsprechend herunter- geregelt werden. Sobald die Kältemitteltemperatur wieder im Bereich der Zieltemperatur liegt, können die ergriffenen Maßnahmen wieder rückgän¬ gig gemacht oder gestoppt werden.

Vorteilhafterweise wird die Kältemitteltemperatur durch eine Veränderung der Überhitzung des Kältemittels in dem Verdampfer geregelt. Eine Erhö¬ hung der Überhitzung des Kältemittels führt zu einer Erhöhung der Käl¬ temitteltemperatur im Bereich des Verdichters, insbesondere der Verdich¬ tungsendtemperatur, während umgekehrt eine Verringerung der Überhit¬ zung eine Reduzierung der Kältemitteltemperatur nach sich zieht. Die Überhitzung wird mit anderen Worten nicht auf einen stets konstant bleibenden Wert geregelt, sondern der einzustellende Überhitzungswert ist variabel, wobei die variable Regelung der Überhitzung insbesondere witte¬ rungsabhängig erfolgt. Durch eine entsprechende Veränderung der Überhitzung kann die Kälte¬ mitteltemperatur im Bereich des Verdichters, insbesondere die Verdich¬ tungsendtemperatur, innerhalb gewisser Grenzen so geregelt werden, dass sie stets im Bereich der vorgegebenen Zieltemperatur liegt. Bevorzugt wird die Überhitzung gerade so gesteuert, dass die Kältemitteltemperatur im Bereich des Verdichterausgangs möglichst dicht an der kritischen Tempe¬ raturobergrenze liegt, diese aber nicht übersteigt, um eine optimale Heiz¬ leistung zu erreichen. Die Kältemitteltemperatur im Bereich des Verdich- ters bildet also die Regelgröße, während die Überhitzung eine Stellgröße und das Expansionsventil das entsprechende Stellglied darstellt.

Durch eine Verringerung der Überhitzung kann ferner die Gefahr einer Vereisung des Verdampfers vermindert werden. Auf diese Weise werden die Standzeiten noch weiter verkürzt und die Wirtschaftlichkeit der Kälte¬ maschine noch weiter verbessert.

Die Überhitzung kann verringert werden, wenn die, insbesondere im Bereich des Verdichters, gemessene Kältemitteltemperatur eine vorgege- bene Zieltemperatur übersteigt oder zu übersteigen droht. Zur Regelung der Kältemitteltemperatur wird in diesem Fall also eine direkte Überwa¬ chung der Kältemitteltemperatur, vorzugsweise am Verdichterausgang, herangezogen.

Vorteilhafterweise wird die Überhitzung in Abhängigkeit von der Umge¬ bungstemperatur der Kältemaschine, insbesondere der Außentemperatur, geregelt. Die Überhitzung wird durch den Sättigungsdruck und/ oder die Sätti¬ gungstemperatur des Kältemittels bestimmt. Ein Absinken der Sättigungs¬ temperatur bzw. des Sättigungsdrucks, z.B. aufgrund einer reduzierten Außentemperatur, führt zu einem Anstieg der Überhitzung und somit zu einem Anstieg der Kältemitteltemperatur im Verdichter, während umge¬ kehrt ein Anstieg der Sättigungstemperatur bzw. des Sättigungsdrucks, z.B. aufgrund eines Anstiegs der Außentemperatur, in einer Verringerung der Überhitzung und somit in einer Reduzierung der Kältemitteltempera¬ tur im Verdichter resultiert. Durch eine entsprechende Regelung der Überhitzung unter Berücksichtigung der Umgebungs- bzw. Außentempe¬ ratur kann einem Anstieg oder einer Reduzierung der Kältemitteltempera¬ tur im Verdichter entgegen gewirkt werden.

Vorzugsweise wird die Überhitzung durch eine entsprechende Steuerung des Expansionsventils verändert. Eine Erhöhung der Kältemittelströmung durch das Expansionsventil, d.h. eine Öffnung des Expansionsventils, führt zu einer Verringerung der Überhitzung, während umgekehrt das Schließen des Expansionsventils die Kältemittelströmung verringert und in einer Erhöhung der Überhitzung resultiert.

Alternativ oder zusätzlich zu einer Verringerung der Überhitzung kann die Kältemitteltemperatur im Bereich des Verdichters durch eine separate Kühlung des Kältemittels im Verdichter reduziert werden. Auf diese Weise kann die Kältemitteltemperatur im Verdichter selbst dann noch unterhalb der kritischen Temperaturobergrenze gehalten werden, wenn eine Verrin¬ gerung der Überhitzung zur Reduzierung der Kältemitteltemperatur im Verdichter nicht ausreicht oder nicht möglich ist. Der Verdichter kann durch Einleiten von flüssigem Kältemittel in den Verdichter gekühlt werden. Die Verwendung von flüssigem Kältemittel ist besonders günstig, da dieses eine niedrigere Temperatur aufweist als das im Verdichter verdichtete gasförmige Kältemittel.

Bevorzugt wird flüssiges Kältemittel, insbesondere im Ausgangsbereich des Verdichters, in das verdichtete Kältemittel eingeleitet. Dadurch wird direkt das Kältemittel abgekühlt und somit indirekt die Temperatur des Verdichters reduziert.

Vorteilhafterweise wird das flüssige Kältemittel stromabwärts von dem Verflüssiger aus dem Kreislauf abgezweigt und zu dem Verdichter geleitet. Nach dem Durchgang durch den Verflüssiger weist das Kältemittel eine Temperatur auf, bei der das Kältemittel zwar kondensiert ist, die also niedriger als die Verdichtungsendtemperatur ist, die aber gleichzeitig über der Temperatur des Kältemittels am Verdichtereingang liegt. Das flüssige Kältemittel kann deshalb in das verdampfte Kältemittel eingespritzt wer¬ den, ohne den Verdichter zu beschädigen.

Durch die erfindungsgemäße Kältemaschine nach Anspruch 15 und ihre vorteilhaften Ausbildungen werden die voranstehend genannten Vorteile entsprechend erreicht.

Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kältemaschine ; Fig. 2 ein Log p, H - Diagramm des Kältemittels der Kältemaschi¬ ne von Fig. 1 und einen zugehörigen Kreisprozess;

Fig. 3 das Log p, H - Diagramm von Fig. 2 bei reduzierter Sätti¬ gungstemperatur bzw. reduziertem Sättigungsdruck des Kältemittels;

Fig. 4 das Log p, H - Diagramm von Fig. 2 bei erhöhter Verflüssi- gungstemperatur des Kältemittels;

Fig. 5 das Log p, H - Diagramm von Fig. 3 bei reduzierter Überhit¬ zung; und

Fig. 6 das Log p, H - Diagramm von Fig. 3 bei erhöhter Verflüssi¬ gungstemperatur, reduzierter Überhitzung und einer Zu¬ fuhr von flüssigem Kältemittel zum Verdichter.

Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Kältemaschine, die hier in der Funktion einer Wärmepumpe beschrieben wird, umfasst einen geschlos¬ senen Kreislauf 10, der ein Kältemittel aufweist. In dem Kältemittelkreis¬ lauf 10 sind nacheinander ein Verdampfer 12, ein Verdichter 14, ein Verflüssiger 16 und ein elektrisch betriebenes Expansionsventil 18 ange¬ ordnet.

Der Verdampfer 12 und der Verdichter 14 sind durch eine Sauggasleitung 20 miteinander verbunden. Da der Verdichter 14 für eine Verdichtung ausschließlich von verdampftem Kältemittel ausgelegt ist und durch ein unbeabsichtigtes Eindringen von flüssigem Kältemittel beschädigt würde, ist dem Verdichter 14 ein in der Sauggasleitung 20 angeordneter Flüssig¬ keitsabscheider 22 vorgeschaltet, der im Verdampfer 12 nicht vollständig verdampftes und/ oder in der Sauggasleitung 20 kondensiertes flüssiges Kältemittel aus dem Kältemittelstrom entfernt und sammelt.

Dem Flüssigkeitsabscheider 22 ist ein in der Sauggasleitung 20 angeord¬ netes Vierwegeumschaltventil 24 vorgeschaltet, das gleichzeitig in einer von dem Verdichter 14 zu dem Verflüssiger 16 führenden Heißgasleitung 26 angeordnet ist. Wird die Kältemaschine - wie es hier beschrieben ist - als Wärmepumpe, d.h. im Heizbetrieb, betrieben, so kann der im Verdich¬ ter 14 erhitzte Kältemittelstrom bei einer entsprechenden Betätigung des Umschaltventils 24 zum Abtauen des Verdampfers 12 umgeschaltet und vollständig dem Verdampfer 12 zugeführt werden. Alternativ ermöglicht das Umschaltventil 24 ein Umschalten des Kältemittelstroms derart, dass die Kältemaschine im Kühlungsbetrieb arbeiten kann.

Stromabwärts von dem Verflüssiger 16 zweigt eine Bypassleitung 28 aus dem Kühlkreislauf 10 ab, die mit einer an den Verdichter 14 angeschlos- sene Einspritzleitung 29 verbunden ist. Die Bypassleitung 28 und die Einspritzleitung 29 ermöglichen die Zufuhr von flüssigem Kältemittel zu dem Verdichter 14. Zur Steuerung dieser Kältemittelzufuhr ist ein in der Bypassleitung 28 angeordnetes Magnetventil 30 vorgesehen. In der Ein¬ spritzleitung 29 kann ferner ein Drosselorgan 31 angeordnet sein, bei- spielsweise eine Düse oder ein Kapillarrohr, durch welches das in den Verdichter 14 einzuspritzende Kältemittel entspannt und dadurch zusätz¬ lich abgekühlt werden kann. Das dem Verdichter 14 durch die Bypassleitung 28 und die Einspritzlei¬ tung 29 zugeführte flüssige Kältemittel wird in das verdichtete Kältemittel eingespritzt, um auf diese Weise die Temperatur des verdichteten Kälte¬ mittels, insbesondere im Bereich des Verdichterausgangs, zu senken. Dadurch kann der Verdichter 14 vor übermäßigen Temperaturen ge¬ schützt werden, die den Verdichter 14 beschädigen würden.

Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, das dem Verdichter 14 zugeführte flüssige Kältemittel durch in dem Verdichter 14 entsprechend vorgesehene Kühlleitungen zu zirkulieren. Dies bewirkt eine Kühlung des Verdichters 14 selbst, über den dann auch das verdichtete Kältemittel gekühlt wird.

Das Magnetventil 30 ist mit einer Überhitzungsregeleinheit 32 verbunden und durch diese steuerbar. Die Überhitzungsregeleinheit 32 kann eine separate Einheit sein oder in eine zentrale Wärmepumpensteuerung integ¬ riert sein.

Darüber hinaus ist die Überhitzungsregeleinheit 32 zur Steuerung des Expansionsventils 18 auch mit diesem verbunden. Das Expansionsventil 18 ist ein elektrisch betriebenes Expansionsventil.

Dem Flüssigkeitsabscheider 22 vorgeschaltet sind an der Sauggasleitung 20 ferner ein mit der Überhitzungsregeleinheit 32 verbundener Druck- transmitter oder Drucksensor 34 und ein mit der Überhitzungsregelein¬ heit 32 verbundener Temperatursensor 36 angeordnet. Durch den Drucksensor 34 ist der Verdampfungsdruck des im Verdamp¬ fer verdampften Kältemittels messbar. Bei Kenntnis der thermodynami- schen und physikalischen Eigenschaften des Kältemittels lässt sich aus dem gemessenen Verdampfungsdruck die Sättigungstemperatur des Kältemittels errechnen. Durch den Temperatursensor 36 wird die tatsäch¬ liche Temperatur des durch die Sauggasleitung 20 strömenden über¬ hitzten Kältemittels bzw. die Sauggastemperatur bestimmt. Aus der Diffe¬ renz zwischen Sauggastemperatur und Sättigungstemperatur ermittelt die Überhitzungsregeleinheit 32 die Überhitzung des Kältemittels.

Darüber hinaus ist ein Temperatursensor 38 zur Messung der Umge¬ bungstemperatur der Wärmepumpe und insbesondere der Außentempera¬ tur mit der Überhitzungsregeleinheit 32 verbunden.

Zur Messung der Temperatur des durch den Verdichter 14 verdichteten Kältemittels ist im Bereich des Verdichterausgangs außerdem ein mit der Überhitzungsregeleinheit 32 verbundener Temperatursensor 40 vorgese¬ hen.

Nachfolgend wird der Kälteprozess der Wärmepumpe von Fig. 1 beschrie¬ ben.

Fig. 2 zeigt ein Log p, H - Diagramm eines in der Wärmepumpe von Fig. 1 verwendeten Kältemittels, wobei der Druck p des Kältemittels logarith- misch als Funktion der Enthalpie H aufgetragen ist. Eingezeichnet sind die Grenzen gesättigter Flüssigkeit 42 und gesättigten Gases 44 sowie Kurven 46 konstanter Temperatur. Der Punkt E bezeichnet den Zustand des Kältemittels nach der Expansion durch das Expansionsventil 18. In dem Verdampfer 12 findet eine Ver¬ dampfung E-A und Überhitzung A-B des Kältemittels statt.

Der Verdichter 14 sorgt für eine Verdichtung B-C des Kältemittels, die mit einer entsprechenden Temperaturerhöhung einhergeht. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Temperatur des Kältemittels von +100C am Ausgang des Verdampfers 12 durch den Verdichter 14 bis auf +900C erhöht.

Im Verflüssiger 16 erfolgt eine Verflüssigung C-D des Kältemittels, wobei die Verflüssigungstemperatur im dargestellten Beispiel +500C beträgt. Das nunmehr flüssige und nur noch 500C warme Kältemittel wird anschlie¬ ßend durch das Expansionsventil 18 entspannt (D-E), wobei es bis auf 0°C abkühlt.

Im in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die Überhitzung 10 K, nämlich gerade die Differenz zwischen den Temperaturen am Punkt B (+10°C) und am Punkt A (00C). Die Temperatur am Punkt B entspricht der tatsächlichen Temperatur des Kältemittels in der Sauggasleitung und wird durch den Temperatursensor 36 gemessen. Die Temperatur am Punkt A entspricht dagegen der Verdampfungstemperatur des Kältemittels, die aus dem durch den Drucksensor 34 gemessenen Verdampfungsdruck des Kältemittels ermittelt wird.

In Fig. 3 ist eine Situation dargestellt, bei der die Verdampfungstempera¬ tur des Kältemittels aufgrund eines reduzierten Verdampfungsdrucks im Vergleich zu der in Fig. 2 dargestellten Situation um 10 K reduziert ist, d.h. nur noch -100C beträgt. Eine solche Verringerung der Verdampfungs¬ drucks kann beispielsweise aus einer niedrigeren Außentemperatur resul¬ tieren. Die reduzierte Verdampfungstemperatur des Kältemittels führt zu einer Erhöhung der Überhitzung A-B, die ihrerseits eine Erhöhung der Kältemitteltemperatur am Ausgang des Verdichters 14 (Punkt C) bewirkt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die erhöhte Kältemitteltem¬ peratur am Verdichterausgang +1200C.

Auch eine Erhöhung der Verflüssigungstemperatur, bei welcher das Käl- temittel in dem Verflüssiger 16 verflüssigt wird, C-D, führt zu einer Erhö¬ hung der Kältemitteltemperatur am Verdichterausgang C. Wie in Fig. 4 beispielhaft dargestellt ist, resultiert eine Erhöhung der Verflüssigungs¬ temperatur von 5O0C auf 600C verglichen mit der in Fig. 2 gezeigten Situa¬ tion bei einer gleich bleibenden Verdampfungstemperatur von 00C in einem Anstieg der Kältemitteltemperatur am Verdichterausgang C von 900C auf 120°C.

Eine Erhöhung der Kältemitteltemperatur am Verdichterausgang erweist sich dann als problematisch, wenn die erhöhte Kältemitteltemperatur eine kritische Temperaturobergrenze überschreitet, oberhalb der eine Beschä¬ digung des Verdichters 14 zu erwarten ist, beispielsweise aufgrund einer Zersetzung von im Verdichter 14 vorgesehenen Schmierölen.

Erfindungsgemäß ist eine Regelung der Kältemitteltemperatur am Ver- dichterausgang durch die Überhitzungsregeleinheit 32 derart vorgesehen, dass die Kältemitteltemperatur am Verdichterausgang die voranstehend genannte kritische Temperaturobergrenze nicht überschreitet. Dazu wird die Kältemitteltemperatur am Verdichterausgang auf eine vorgegebene Zieltemperatur geregelt, die etwas unterhalb der kritischen Temperatur¬ obergrenze liegt. Als Stellgröße ist dabei die Überhitzung A-B des Kältemit¬ tels, die durch eine Änderung des Öffnungsgrades des Expansionsventils 18 variierbar ist, und alternativ oder zusätzlich die Einspritzung von flüssigem Kältemittel in den Verdichter 14 vorgesehen.

Wie dem in Fig. 5 gezeigten Diagramm zu entnehmen ist, das von der in Fig. 3 dargestellten Situation, d.h. von einer reduzierten Verdampfungs¬ temperatur von -1O0C, ausgeht, lässt sich durch eine Verringerung der Überhitzung des Kältemittels die Kältemitteltemperatur am Verdichter¬ ausgang C reduzieren. Umgekehrt ist durch eine Erhöhung der Überhit¬ zung die Kältemitteltemperatur am Verdichterausgang C anhebbar.

Durch eine entsprechende Einstellung der Überhitzung ist die Kältemittel- temperatur am Verdichterausgang C bzw. die Verdichtungsendtemperatur innerhalb bestimmter Grenzen so regelbar, dass diese einen maximalen Wert einnimmt, aber die kritische Temperaturobergrenze gerade nicht überschreitet. Dadurch wird die Heizleistung der Wärmepumpe optimiert und eine Beschädigung des Verdichters bzw. Abschaltung der Wärme- pumpe vermieden. Standzeiten der Wärmepumpe werden folglich mini¬ miert. Im Ergebnis wird eine verbesserte Wirtschaftlichkeit der Wärme¬ pumpe erreicht.

Die Einstellung der erforderlichen Überhitzung erfolgt durch eine entspre- chende Ansteuerung des Expansionsventils 18 durch die Überhitzungsre- geleinheit 32. Eine Öffnung des Expansionsventils 18, d.h. eine Erhöhung der Kältemittelströmung durch das Expansionsventil 18, führt zu einer Reduzierung der Überhitzung, während eine Drosselung des Expansions- ventils 18, d.h. eine Reduzierung des Kältemittelstroms durch das Expan¬ sionsventils 18, die Überhitzung erhöht.

Sollte die Verringerung der Überhitzung des Kältemittels zur Reduzierung der Kältemitteltemperatur am Verdichterausgang C nicht ausreichend sein, beispielsweise weil neben einer reduzierten Verdampfungstemperatur von -100C auch noch eine erhöhte Verflüssigungstemperatur von +600C vorliegt, wie es in Fig. 6 dargestellt ist, so besteht erfindungsgemäß zu¬ sätzlich die Möglichkeit, das Kältemittel im Verdichter 14 zu kühlen, wie es bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurde. Die Zufuhr von flüssigem Kältemittel zu dem Verdichter 14 am Punkt Bl bewirkt eine Reduzierung der Enthalpie des Kältemittels, wodurch die Verdichterend¬ temperatur am Verdichterausgang C von etwa 1400C auf 900C reduziert werden kann.

Die Regelung der Kältemitteltemperatur am Verdichterausgang wird bei der in Fig. 1 dargestellten Wärmepumpe folgendermaßen durchgeführt:

Während des Betriebs der Wärmepumpe überwacht die Überhitzungsre- geleinheit 32 kontinuierlich die Außentemperatur über den Temperatur¬ sensor 38. Ferner überwacht die Überhitzungsregeleinheit 32 über den Temperatursensor 36 die tatsächliche Kaltemitteltemperatur in der Saug¬ gasleitung 20 und über den Drucksensor 34 den Verdampfungsdruck des Kältemittels in der Sauggasleitung 20. Aus der gemessenen tatsächlichen Kältemitteltemperatur und dem gemessenen Verdampfungsdruck des Kältemittels ermittelt die Überhitzungsregeleinheit 32 die aktuell vorlie¬ gende Überhitzung des Kältemittels. Ggf. betätigt die Überhitzungsregel- einheit 32 das Expansionsventil 18, um einen für den Normalbetrieb der Wärmepumpe empfohlenen Überhitzungswert einzuhalten.

Sobald die Außentemperatur einen vorbestimmten Wert unterschreitet, beginnt die Überhitzungsregeleinheit 32 mit Hilfe des Temperatursensors 40 die Kältemitteltemperatur am Verdichterausgang zu überwachen. Falls die Kältemitteltemperatur am Verdichterausgang die unterhalb der kriti¬ schen Temperaturobergrenze liegende vorgegebene Zieltemperatur über¬ schreitet oder zu überschreiten droht, steuert die Überhitzungsregelein- heit 32 das Expansionsventil 18 derart, dass sich die Strömung des Käl¬ temittels durch das Expansionsventil 18 erhöht. Dadurch wird die Über¬ hitzung verringert und in der Folge die Kältemitteltemperatur am Verdich¬ terausgang auf die Zieltemperatur reduziert. Zur Verringerung der Kälte¬ mitteltemperatur am Verdichterausgang wird das Expansionsventil 18 also weiter geöffnet.

Wenn es nicht möglich ist, die Kältemitteltemperatur am Verdichteraus¬ gang durch eine Verringerung der Überhitzung im Bereich der vorgegebe¬ nen Zieltemperatur zu halten, aktiviert die Überhitzungsregeleinheit 32 zusätzlich das Magnetventil 30, um dem Verdichter 14 flüssiges Kältemit¬ tel zur Kühlung des verdichteten Kältemittels zuzuführen. Die Betätigung des Magnetventils 30 erfolgt in Abhängigkeit von der Kältemitteltempera- tur am Verdichterausgang.

Sinkt die Kältemitteltemperatur am Verdichterausgang unter die vorgege¬ bene Zieltemperatur, beispielsweise aufgrund einer erfolgten Kühlung, aufgrund eines Absinkens der Verflüssigungstemperatur und/ oder eines erhöhten Verdampfungsdrucks des Kältemittels, so wird das Magnetventil 30 durch die Überhitzungsregeleinheit 32 wieder geschlossen und die Zufuhr von flüssigem Kältemittel zum Verdichter 14 gestoppt.

Sinkt die Kältemitteltemperatur am Verdichterausgang noch weiter ab, so bewirkt die Überhitzungsregeleinheit 32 durch eine entsprechende An¬ steuerung des Expansionsventils 18 eine Verringerung der Kältemittel¬ strömung durch das Expansionsventil 18, um die Überhitzung des Kälte¬ mittels wieder auf den ursprünglichen, empfohlenen Wert zu bringen.

Durch die erfindungsgemäße Regelung der Kältemitteltemperatur am Verdichterausgang wird der Wirkungsgrad der Wärmepumpe während besonders kalter Außentemperaturen erhöht und der Arbeitsbereich der Wärmepumpe auf höhere Verflüssigungstemperaturen und höhere Wär¬ mekapazitäten ausgedehnt. Gleichzeitig werden die Gefahr einer Beschä- digung des Verdichters 14 durch Überschreitung einer kritischen Tempe¬ raturobergrenze und die Gefahr einer Vereisung des Verdampfers 12 verringert. Abschalt- und Abtauphasen der Wärmepumpe werden dadurch minimiert. Im Ergebnis resultiert die erfindungsgemäße variable und insbesondere witterungsabhängige Regelung der Überhitzung sowie die Regelung der Kältemitteltemperatur am Verdichterausgang, insbesondere der Verdichtungsendtemperatur, in einer verbesserten Wirtschaftlichkeit der Wärmepumpe. Bezugszeichenliste

IO Kältemittelkreislauf 12 Verdampfer 14 Verdichter 16 Verflüssiger 18 Expansionsventil 20 Sauggasleitung 22 Flüssigkeitsabscheider 24 Umschaltventil 26 Heißgasleitung 28 Bypassleitung 29 Einspritzleitung 30 Magnetventil 31 Drosselorgan 32 Überhitzungsregeleinheit 34 Drucksensor 36 Temperatursensor 38 Temperatur sensor 40 Temperatursensor 42 Grenze gesättigter Flüssigkeit 44 Grenze gesättigten Gases 46 Kurven konstanter Temperatur