DE1229558B

DE1229558B - Waermepumpenanlage zur gleichzeitigen Erzeugung von speicherfaehiger Nutzwaerme und -kaelte, mit Luft als Arbeitsmittel

Info

Publication number: DE1229558B
Application number: DEB68627A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Herbert Bachl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1962-08-30
Filing date: 1962-08-30
Publication date: 1966-12-01

Description

Wärmepumpenanlage zur gleichzeitigen Erzeugung von speicherfähiger Nutzwärme und -kälte, mit Luft als Arbeitsmittel Es ist bekannt, in einer Wärmepumpenschaltung Kälte oder Wärme oder Kälte und Wärme zugleich mit Hilfe eines elektromotorischen Antriebs zu erzeugen. Als Arbeitsmittel des in F i g. 1 dargestellten Kreislaufs dient meist ein kondensierender Stoff, so daß Umlaufmenge und Heizflächenaufwand klein gehalten werden können. Das Arbeitsmittel wird gasförmig in der Maschine a komprimiert, es gibt Wärme in b (Kondensator) nach außen ab, wird verflüssigt, im Rekuperator c abgekühlt, im Drosselorgan d entspannt und durch Wärmeaufnahme von außen in e (Verdampfer) wieder verdampft. In einem Kompressorkühlschrank kann in dieser Schaltung z. B. Nutzkälte bei im Mittel - 10' C erzeugt und Verlustwärme mit im Mittel +40' C an die Umg ebung abgegeben werden.
.Bei Klimaanlagen werden die Temperaturgrenzen noch enger gewählt, um eine hohe Leistungsziffer und niedrigen Stromverbrauch zu erzielen. Um bei Heiz- und Kühlbetrieb die gleichen Wärmetauscher für den Wärmetransport mit der Innen- bzw. Außenluft verwenden zu können, ist es üblich, die Arbeitsmittelwege umschaltbar auszuführen. In F i g. 11 sind die Schalter g und h so gestellt, daß die Raumluft an den Wärinetauscherflächen e bei z. B. 5' C gekühlt und die Verlustwärme in b bei 25' C nach außen abgegeben wird (Sommerbetrieb). Im gleichen Apparat kann in der Schaltung F i g. III in dem jetzt mit e bezeichneten Wärmetauscher, der mit b der Schaltung II identisch ist, Wärme bei z. B. 5' C von außen aufgenommen und mit 251 C nach innen abgegeben werden (Winterbetrieb).
Anlagen dieser Art sind für den jeweiligen Verwendungszweck weitgehend perfektioniert entwickelt worden. Will man jedoch die Verluste im Betrieb noch weiter herabsetzen und Wärme und Kälte gleichzeitig erzeugen, so daß nur noch die Differenz der Wärme und Kälteleistung von außen zugeführt werden muß, dann ist es erforderlich, das Temperaturniveau der Wärmeabgabe so weit zu erhöhen, daß zumindest eine wirtschaftliche Heißwassererzeugung möglich wird.
Zu diesem Zweck muß das kondensierende Arbeitsmittel durch ein gasförmiges z. B. Luft - und das Drosselorgan d durch eine Entspannungsmaschine ersetzt werden, die zweckmäßig mit dem Verdichter a und dem Motor f, der den Zusatzenergiebedarf liefert, mechanisch gekoppelt wird (vgl. F i g. IV).
Die Erfindung geht nun von der Tatsache aus, daß zur Zeit in einem vollelektrifizierten Haushalt eine Vielzahl von Geräten Verwendung findet, die in ihrer Summe relativ hohe Anschaffungskosten und einen hohen Platzbedarf und Stromverbrauch erfordern, da der Wirkungs- und der Ausnutzungsgrad der einzelnen Geräte meist recht niedrig sind. Diese vielen Geräte bauen sich jedoch aus fast gleichartigen Elementen - Motoren, Ventilatoren, Wärmetauscherflächen, Heizdrähten usw. - auf. Man kann daher erfindungsgemäß die Anschaffung vieler dieser Einzelgeräte vermeiden und den monatlichen Strombedarf des gesamten Haushalts erheblich senken, wenn man als Energieumformerzelle des Haushalts eine Wärmepumpenanlage mit Luft als Arbeitsmittel wählt und den Kreislauf nur zeitweise geschlossen zur gleichzeitigen Wärme- und Kältererzeugung betreibt, während man ihm zu anderen Zeiten Luft verschiedener Druck- und Temperaturstufen zuführt oder entnimmt.
Zu diesem Zweck werden. an mindestens einer Stelle Umschalter eingebaut, die aber nicht - wie in F i g. II/III - zum Umschalten der Wege, sondern zur Herstellung von Verbindungen mit der Umgebung dienen. Als Beispiele sind in F i g. V die Schalter g, h und i eingezeichnet. Die Anlage arbeitet, z. B. nachts, mit geschlossenem Kreislauf und erzeugt gleichzeitig nutzbare Wärme und Kälte, die in b und e für den Tagesbedarf gespeichert werden. Der Druckpegel kann durch eine Verbindung mit der Außenluft, z. B. bei h auf 1 ata gehalten werden. Bei Tag kann z. B. bei g vorübergehend heiße Druckluft zu Heiz- oder Trockenzwecken (Waschmaschinen, Geschirrtrockner) oder zum Antrieb ortsbeweglicher Kleinstturbinen entnommen werden. In diesem Fall wird die Wärme- und Kälteerzeugung vorübergehend unterbrochen. Man kann sie aber auch - wenigstens teilweise - aufrechterhalten, wenn die Abgabe und Zufuhr an der gleichen Stelle des Kreislaufs erfolgen. Mit Hilfe des Schalters h kann z. B. Luft über die Filter eines Staubsaugers angesaugt und die aus e austretende überschußluft nach außen ausgestoßen werden. Es ist aber auch möglich, an der gleichen Stelle Kaltluft zur Klimatisierung von Räumen oder von Behältern auszustoßen und Ersatzluft von außen anzusaugen. Mit Hilfe des Schalters i kann Warmluft mit geringem überdruck - z. B. zum Geschirr-, Haar- oder Wäschetrocknen oder zum Klimatisieren von Räumen oder Behältern - abgegeben und Ersatzluft von außen angesaugt werden. In diesem Fall verschiebt sich allerdings der Druckpegel, d. h., die Entspannung erfolgt auf Vakuum und die Verdichtung anschließend auf den Außendruck, und die Wärmeerzeugung wird vermindert. Wärme- und Kälteerzeugung werden aber grundsätzlich während dieser Nebenfunktion aufrechterhalten. Man kann außerdem die Lieferung von Luft bzw. von potentieller und Strömungsenergie mit der zeitgleichen Lieferung von kalorischer Energie dadurch verbinden, daß man die abgegebene bzw. angesaugte Luftmenge zusätzlich durch den* Wärme- oder den Kältespeicher leitet. Im Normalbetrieb wird die Anlage so betrieben, daß die benötigte Kälteleistung mit Sicherheit erzeugt wird. Wärmebedarfspitzen können bei Tag zusätzlich durch Widerstandsheizung gedeckt werden. Damit die Förderhöhe des Kompressors in offener Schaltung zum Ansaugen und Ausstoßen der Zusatzluft ausreicht, werden in den geschlossenen Kreislauf zweckmäßig Strömungswiderstände eingebaut, die beim öffnen der Schalter ausgeschaltet werden, sofern man es nicht vorzieht, die Drehzahl der Maschinen zu erhöhen.

Claims

Patentansprüche: 1. Wärmepumpenanlage zur gleichzeitigen Erzeugung von speicherfähiger Nutzwärme und -kälte, mit Luft als Arbeitsmittel, d a d u r c h g e - kennzeichnet, daß an mindestens einer Stelle des Kreislaufs Schaltorgane eingebaut sind, mit deren Hilfe der geschlossene Kreislauf ganz oder teilweise unterbrochen und Luft auf mindestens zwei verschiedenen Wegen dem Kreislauf zugeführt und abgegeben werden kann.
2. Wärmepumpenanlage nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem öffnen der Schaltorgane gleichzeitig ein im geschlossenen Kreislauf wirksamer Strömungswiderstand ausgeschaltet wird, damit die Förderhöhe des Verdichters zum Ansaugen und Ausstoßen der Zusatzluft ausreicht. 3. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Stelle des Kreislaufs ein Schaltorgan eingebaut ist, durch das ihr zeitweise heiße Druckluft zu Heiz- oder Trockenzwecken oder zum Antrieb von Kleinstturbinen entnommen werden kann. 4. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Stelle des Kreislaufs ein Schaltorgan eingebaut ist, durch das zeitweise Luft - z. B. über Staubfilter zu Entstaubungszwecken - von außen angesaugt werden kann. 5. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Stelle des Kreislaufs ein Schaltorgan eingebaut ist, durch das zeitweise Warmluft mit geringem überdruck zu Trocknungs- oder zu Klimatisierungszwecken entnommen werden kann. 6. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Stelle des Kreislaufs ein Schaltorgan eingebaut ist, durch das zeitweise Kaltluft zu Klimatisierungszwecken entnommen werden kann. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 2 903 862, 2 992 542, 2997862.