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Die
Erfindung betrifft ein Wärmepumpensystem gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die
Nutzung von fossilen Energien gewinnt in der Bundesrepublik Deutschland
immer mehr an Bedeutung, da der Treibhauseffekt der Atmosphäre im
wesentlichen auf das Verbrennen fossiler Primärenergieträger
(Kohle, Erdöl, Erdgas) zurückzuführen ist.
Durch den verstärkten Einsatz regenerativer und geothermischer
Energien kann eine Verminderung der Kohlendioxidemission in die
Atmosphäre erreicht werden.
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Die
Bundesrepublik Deutschland verwendet für Raumheizungen
30,9% ihrer gesamten Endenergie in einem Temperaturbereich unter
100°C. In diesem Temperaturbereich ist die Arbeitsfähigkeit
der Wärme, der so genannte Exergiegehalt gering. Das führt
dazu, dass herkömmliche Verbrennungsheizungen auf Erdgas-
bzw. Erdölbasis eine erhebliche Entwertung der als Exergie
gespeicherten chemischen Brennstoffenergie durch Verbrennung und
anschließenden Wärmeübergang auf die
genannten tieferen Temperaturen vornehmen, was zu exergetischen
Primärenergie-Nutzungsgraden von nur ca. 6% führt.
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Kesselsysteme,
beispielsweise im Betrieb mit Heizöl oder Erdgas sind praktisch
am Ende ihrer technischen Entwicklung angekommen. Derartige Systeme
erreichen einen Nutzungsgrad, der geringfügig unter dem
physikalischen Maximum liegt.
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Wärmepumpen
als thermodynamische Heizung können exergetische Primärenergienutzungsgrade
von etwa dem vierfachen erreichen, da sie Wärme aus der
Umgebung aufnehmen und diese auf die für die Beheizung
erforderliche Temperatur pumpen. Als Energieträger kommen
dabei beispielsweise die Energie der Umgebungsluft, der Oberflächengewässer
oder Oberflächen naher Bodenschichten in Frage. Geothermische
Energie zur Beheizung von Gebäuden kann durch Nutzung warmer
hydrothermaler Tie fengewässer direkt verwendet werden,
bei der Anwendung von Erdwärmesonden bis ca. 300 m Tiefe
jedoch nur indirekt mit Wärmepumpenanlagen, die Erdwärme
im Temperaturbereich von 10°C bis 20°C auf ein
für die Gebäudebeheizung nutzbares Temperaturniveau
(35°C oder höher) anheben.
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Etwa
52% aller in Deutschland im Jahr 2006 installierten Heizungswärmepumpen
nutzen Erdwärme als Wärmequelle, wobei bei ca.
35% der Anlagen vertikale Erdwärmesonden zur Nutzung der
Erdwärme verwendet wurden.
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Als
Wärmeträger für diese Erdwärmetauscher
werden gegenwärtig häufig einphasige Arbeitsstoffe,
wie Wasser-Glykol oder Wasser-Salzmischungen verwendet, die durch
die Sonden zum Verdampfer der Wärmepumpe gepumpt werden
(Solesonden). Nachteilig bei derartigen Sonden ist, dass diese Soleflüssigkeiten
in die Wassergefährdungsklasse 1 eingestuft sind, was eine
wasserrechtliche Genehmigung erforderlich macht. Des weiteren ist
bei diesen Anlagen eine Pumpe zum Umwälzen der einphasigen
Flüssigkeit erforderlich, wodurch der Energiebedarf und
der vorrichtungstechnische Aufwand der Anlage erheblich erhöht
ist. Eine derartige Solesonde ist beispielsweise aus www.hakagerodur.ch bekannt.
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Aus
der
DE 42 115 76 A1 sind
auch zweiphasige Systeme bekannt, bei denen ein Wärmeträger verwendet
wird der in einer Heizzone verdampft und in einer Kühlzone
kondensiert wird. Derartige zweiphasige Systeme weisen eine höhere
energetische Effizienz auf, da keine Umwälzpumpe benötigt
wird. Bei der Wärmeübertragung vom Wärmeträger
der Erdwärmesonde auf das Kältemittel einer Wärmepumpe
haben die einphasigen Wärmeträger des weiteren
den Nachteil, dass in Folge der nicht kongruenten Temperaturverläufe
des Wärmeträgers und eines Kältemittels
mit Einstoffverhalten im Kältemittelverdampfer der Wärmepumpen
Wärmetauscherverluste entstehen, da das Kältemittel
bei im wesentlichen konstanter Temperatur verdampft und der Wärmeträger
von der Eintrittstemperatur auf die Austrittstemperatur abgekühlt
wird. Dieser Nachteil besteht bei zweiphasigen Wärmeträgern
nicht.
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In
der
DE 298 24 676
U1 der Anmelderin wird eine Erdwärmesonde beschrieben,
bei der als Wärmeträger CO2 verwendet wird. Der
wesentliche Vorteil dieses Wärmeträgers liegt
in der guten Umweltverträglichkeit, so dass bei einer Leckage
des Erdwärmerohres keine Umweltgefährdung zu befürchten ist.
Des weiteren weist CO2 gegenüber den herkömmlichen
Kältemitteln ein vernachlässigbares Treibhauspotential
auf. Diese Erdwärmesonde ist thermodynamisch mit einem
Verdampfer eines Wärmepumpensystems verbunden, das darüber
hinaus eine Verdichteranordnung, einen Kondensator und eine Entspannungseinrichtung
für das im Kreislauf geführte Kältemittel
hat.
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In
der
DE 31 15 743 A1 ist
ein Wärmepumpensystem gezeigt, bei dem ebenfalls die Kondensationswärme
aus dem Kreislaufprozess der Erdwärmesonde zum Verdampfen
des Kältemittels einer Wärmepumpe ausgenutzt wird.
Bei dieser bekannten Lösung ist die Wärmepumpe
im Abstand zur Erdwärmesonde angeordnet, so dass die thermodynamische
und mechanische Ankopplung insbesondere im Hinblick auf Wärmeverluste
problematisch ist.
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In
der
DE 20 2004
015 819 U1 ist ein Wärmepumpensystem gezeigt,
bei dem die Bauelemente der Wärmepumpe, d. h. eine Verdichteranordnung, ein
Kondensator, eine Entspannungseinrichtung und ein Verdampfer in
einem kompakten Wärmepumpenkopf aufgenommen sind, der thermisch
und mechanisch mit der CO2-Erdwärmesonde gekoppelt ist. Dieser
Wärmepumpenkopf lässt sich vergleichsweise einfach
im Werk vormontieren und kann dann vor Ort mit geringem Montageaufwand
mit der in den Erdboden eingesetzten Erdwärmesonde verbunden werden.
Aufgrund der kompakten Ausführung lassen sich auch die
Wärmeverluste der Wärmepumpe auf ein Minimum reduzieren.
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Bei
dieser bekannten Lösung ist der Verdampfer des Kältemittelkreislaufs
als Rohrwärmetauscher in einem Druckbehälter ausgebildet,
dessen Rohrwendel aus Kupfer hergestellt sind. Die Fertigung derartiger
Kupferrohrwendeln ist äußerst aufwändig,
darüber hinaus ist der Kupferpreis in jüngster Zeit übermäßig
gestiegen.
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Demgegenüber
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Wärmepumpensystem
kostengünstiger und einfacher auszuführen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Wärmepumpensystem mit dem Merkmal
des Anspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird
als Verdampfer für den Kältemittelkreislauf ein
in einem Drucktopf angeordneter Plattenwärmeaustauscher
verwendet. Ein derartiger Wärmetauscher ist aufgrund seines
einfachen Aufbaus sehr günstig herzustellen und kann mit unterschiedlichen
Geometrien als Standardapparat bezogen werden.
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Der
vorrichtungstechnische Aufwand zur Herstellung des Drucktopfs lässt
sich weiter verringern, wenn der Wärmeträger-Kondensatauslass
des Plattenwärmeaustauschers frei in den Drucktopf einmündet.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel ist der Wärmeträgereinlass
des Plattenwärmeaustauschers über ein Rohr mit
der Erdwärmesonde verbunden. Alternativ kann der gasförmige
Wärmeträger auch über ein Standrohr frei
in den oberen Bereich des Drucktopfes und von dort in den Plattenwärmeaustauscher eintreten.
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Die
Verfahrensparameter werden vorzugsweise so eingestellt, dass im
Drucktopf und im Plattenwärmeaustauscher sowohl kältemittelseitig
als auch wärmeträgerseitig etwa der gleiche Druck herrscht,
so dass der Plattenwärmeaustauscher in erster Näherung
druckausgeglichen ist. Dadurch wird es ermöglicht, Plattenwärmeaustauscher
einzusetzen, die eigentlich für Drücke unterhalb
des im Drucktopf auftretenden Systemdrucks ausgelegt sind.
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In
dem Fall, in dem eine vergleichsweise lange Erdwärmesonde
verwendet wird, muss entsprechend auch die Wärmeaustauschfläche
im Verdampfer größer ausgelegt werden. Erfindungsgemäß werden
in diesem Fall zwei Plattenwärmeaustauscher in einem kompakten
Drucktopf parallel angeordnet, so dass die Einheit mit äußerst
geringen Abmessungen kostengünstig herstellbar ist und
auch eine Maßnahme zur Verkleinerung des Drucktopfes bei
Standardlänge des Wärmerohres darstellt.
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Insbesondere
bei der Verwendung von zwei parallel geschalteten Plattenwärmeaustauschern wird
es bevorzugt, wenn deren Anschlüsse für das Kältemittel
und den Wärmeträger seitlich, vorzugsweise an
einander zuweisenden Seitenflächen angeordnet sind.
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Bei
einem einzigen, vergleichsweise großen Plattenwärmeaustauscher
kann der Durchmesser des Drucktopfs minimiert werden, wenn die Wärmeträger-
und Kältemittelanschlüsse stirnseitig ausgebildet
sind.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind in einem Kopf
des Drucktopfs Anschlüsse oder Durchlässe zur
Niederdruck- und Hochdruckseite des Verdichters vorgesehen.
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Erfindungsgemäß wird
es bevorzugt, wenn der Plattenwärmeaustauscher stehend
angeordnet ist, wobei die Kondensatanschlüsse in Schwerkraftrichtung
unten und die Gasanschlüsse in Schwerkraftrichtung oben
angeordnet sind.
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Das
erfindungsgemäße Wärmepumpensystem wird
vorzugsweise mit CO2 als Wärmeträger verwendet.
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Sonstige
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer
Unteransprüche.
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Im
Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
stark vereinfachtes Schaltschema eines erfindungsgemäßen
Wärmepumpensystems;
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2 einen
Schnitt durch einen Wärmepumpenkopf eines Wärmepumpensystems
gemäß 1;
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3 eine
Schnittdarstellung eines in einem Drucktopf aufgenommenen Verdampfers;
und
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4 und 5 Varianten
des Verdampfers aus 3.
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In 1 ist
schematisch ein Wärmepumpensystem 1 dargestellt,
wie es beispielsweise für eine Heizanlage eines Wohnhauses
eingesetzt werden kann. Bei einem derartigen Wärmepumpensystem 1 wird
ein Kältemittel, beispielsweise CO2, R134a, R407C, über
einen Verdichter 2 isentrop verdichtet und einem Kondensator 4 zugeführt.
In diesem wird das verdichtete Kältemittel kondensiert,
wobei die Kondensationswärme im Wärmeaustausch
zum Aufheizen eines Mediums, beispielsweise dem Wasser eines Heizkreislaufs
oder der Umgebung ausgenutzt wird. Das kondensierte Kältemittel
wird in einer Drossel 6 oder einer anderen geeigneten Expansionseinrichtung
entspannt und in einem Verdampfer 8 verdampft, so dass
an dessen Ausgang des Kältemittel entspannt und gasförmig
vorliegt. Die für die Verdampfung des Kältemittels
erforderliche Verdampfungswärme muss dem Verdampfer 8 extern
zugeführt werden. Erfindungsgemäß erfolgt
dies über eine CO2-Erdwärmesonde 10,
die in das Erdreich eingesetzt ist und mit einem Wärmepumpenkopf 12 verbunden
ist, in den die Verdichteranordnung 2, der Kondensator 4,
die Drossel 6 und der Verdampfer 8 integriert
sind.
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2 zeigt
einen Schnitt durch den Wärmepumpenkopf 12. Demgemäß hat
dieser ein etwa zylinderförmiges Gehäuse 14,
das von einer Kopfplatte 16 abgedeckt ist.
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In
dieses Gehäuse
14 taucht von unten her (Ansicht
nach
2) die Erdwärmesonde
10 ein,
die in eine Erdbohrung
18 eingesetzt ist. Ein aus der Erdbohrung
18 hervorstehender
Endabschnitt der Erdwärmesonde
10 ist über
einen Anschluss
20 mit einem von einem Drucktopf
22 umgebenen
Kondensationsraum
24 verbunden. In diesem Kondensationsraum
24 wird
das gasförmig aus der Erdwärmesonde
10 austretende
CO2 kondensiert und strömt als Kondensatfilm an den Innenumfangswandungen
der Erdwärmesonde
10 zurück nach unten
zu deren Fuß. Dieser Kreislauf ist im Detail in der
DE 289 24 676 U1 und
der
DE 103 27 602
A1 des Erfinders offenbart, so dass hinsichtlich der Funktion
der Erdwärmesonde
10 auf diese Ausführungen
verwiesen werden kann.
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Im
Drucktopf 22 ist der Verdampfer 8 aufgenommen,
der beim dargestellten Ausführungsbeispiel als Plattenwärmeaustauscher 26 ausgeführt
ist. Ein Eingangsanschluss 28 des Plattenwärmeaustauschers 26 ist
kopfseitig aus dem Drucktopf 22 herausgeführt
und an eine nach unten verlaufende Verbindungsleitung 30 angeschlossen,
in der ein die Expansionseinrichtung ausbildendes Regelventil (Drosselventil) 32 und
ein Rückschlagventil 34 angeordnet sind. Dieses
Rückschlagventil 34 ermöglicht eine Kältemittelströmung
nach oben zum Eingangsanschluss 28 des Plattenwärmeaustauschers 26.
Die Verbindungsleitung 30 ist stromaufwärts des
Regelventils mit dem Kondensator 4 verbunden, der bei dem
dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine schlangenrohrförmige
Rohrwicklung 36 gebildet ist, die im Inneren eines Wendels 38 geführt
ist, das vom Heizwasser eines Heizkreislaufs durchströmt
wird, das über einen Heizwassereintritt 40 zuströmt
und über einen Heizwasseraustritt 42 abgeführt
wird. Das heißt, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind
der Wärmetauscher des Heizkreislaufs und der Kondensator 4 des
Wärmepumpensystems 1 durch ein wendelförmiges
Doppelrohrsystem ausgebildet, wobei das Innenrohr durch die Rohrwicklung 36 gebildet
ist, die von der schlangenförmigen Wendel 38 des
Heizwasserkreislaufs umgeben ist. Heizwasser strömt somit
im Ringraum zwischen der Wendel 38 und der Rohrwicklung 36,
das kondensierende CO2 im Innenraum der Rohrwicklung 36.
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Wie
in 2 angedeutet, sind der Drucktopf 22 und
die Doppelrohrwendel in einem isolierten Raum 44 aufgenommen.
Die Verdichteranordnung 2 ist auf der Kopfplatte 16 montiert
und besteht im Wesentlichen aus drei Verdichtern 50, 52, 54,
deren Eingangs- und Ausgangsanschlüsse derart miteinander verbunden
sind, dass sie gemeinsam oder in Teilkombination CO2 verdichten
können. Ein mit einem Kondensatoreingang des Kondensators 46 verbundener
Druckanschluss 48 der Verdichteranordnung ist über
eine Ringleitung 62 sowie jeweils einer Druckleitung 56, 58, 60 mit
den jeweiligen Druckanschlüssen der Verdichter 50, 52, 54 verbunden.
Deren Sauganschlüsse sind über Saugleitungen 64, 66, 68 mit
einer Saugringleitung 70 verbunden, die in einem Sauganschluss 72 der
Verdichter anordnung 2 mündet. Die drei Verdichter 50, 52, 54 sind
beispielsweise handelsübliche Hubkolbenverdichter, die
für CO2 geeignet sind. Diese werden mittels Öl
gekühlt/geschmiert, das über eine ringförmige,
die Ölsümpfe verbindende Ölleitung 74 zirkuliert.
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Die
drei Verdichter 50, 52, 54 sind an der Oberseite
der Kopfplatte 16 angeflanscht. An der in 2 sichtbaren
unteren Großfläche der Kopfplatte 16,
d. h. im Inneren des Gehäuses sind Regel- und Elektrostarteinheiten 76, 78, 80 der
drei Motor-Verdichter 50, 52, 54 befestigt.
Durch das Anbringen der Verdichter 50, 52, 54 außerhalb
des Wärmepumpenkopfs 11 wird deren Überhitzung
verhindert, die vergleichsweise empfindliche Elektronik ist jedoch
im Inneren des Gehäuses 14 gegen Umwelteinflüsse
geschützt.
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Der
Sauganschluss 72 der Verdichteranordnung 2 ist über
eine Rohrleitung mit einem Ausgangsanschluss 82 des Plattenwärmeaustauschers 26 des
Verdampfers 8 verbunden.
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Das
aus diesem Verdampfer 8 über Kopf abströmende
gasförmige oder sonstige Kältemittel tritt über
den Sauganschluss 72 in die Verdichteranordnung 2 ein,
wird dort auf den erforderlichen Systemdruck verdichtet und über
den Druckanschluss 48 zurück in den Wärmepumpenkopf 12 geführt.
Das verdichtete, gasförmige Kältemittel tritt
dann über den Kondensatoreingang 46 in den Kondensator 4 ein, der
durch die innen liegende Rohrwicklung 36 gebildet ist.
Durch Wärmeaustausch mit dem die Wendel 38 durchströmenden
Heizwasser wird das Kältemittel kondensiert. Das Kondensat
tritt dann von unten in die Verbindungsleitung 30 ein,
durchströmt das Rückschlagventil 34 und
wird über das Regelventil 32 entspannt. Das entspannte,
flüssige Kältemittel strömt dann durch
den Eingangsanschluss 28 in das Innere des Drucktopfs 22 und
tritt in den Plattenwärmeaustauscher 26 ein.
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Im
Kondensationsraum 24 befindet sich das über die
Erdwärmesonde 10 verdampfte CO2, das auch dem
Plattenwärmeaustauscher 26 zugeführt wird
und durch Wärmeaustausch mit dem den Plattenwärmeaustauscher 26 durchströmenden
Kältemittel kondensiert wird und nach Austreten aus dem Plattenwärmeaustauscher 26 als
Kondensatfilm wieder nach unten abströmt.
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Die
frei werdende Kondensationswärme verdampft das im Plattenwärmeaustauscher 26 strömende
flüssige Kältemittel, so dass dieses gasförmig über
den Ausgangsanschluss 82 des Verdampfers 8 zum
Sauganschluss 72 der Verdichteranordnung 2 zurückströmt – der
Kreislauf beginnt von Neuem.
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Anhand
der 3 bis 5 werden unterschiedliche Plattenwärmeaustauschertypen 26 erläutert.
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3 zeigt
eine Seitenansicht, eine Vorderansicht und eine Draufsicht auf einen
Drucktopf 22 aus 1, in dem
ein Plattenwärmeaustauscher 26 aufgenommen ist.
Der Drucktopf 22 hat ein zylinderförmiges Mittelteil 88,
das mit einem Kopfteil 90 und einem Fußteil 92 druckdicht
verschweißt ist.
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Im
Kopfteil 90 sind der in 2 beschriebene
Ausgangsanschluss 82 für das aus dem Verdampfer 8 abströmende
verdampfte Kältemittel, ein Anschluss für die
Füllleitung 86 und der Eingangsanschluss 28 für
das entspannte Kondensat ausgebildet. Der Ausgangsanschluss 82 ist über
eine Leitung 94 mit einem Kältemittel-Dampfauslass 96 des
Plattenwärmeaustauschers 26 verbunden. Der Aufbau derartiger
Plattenwärmeaustauscher 26 ist aus dem Stand der
Technik bekannt, so dass detaillierte Erläuterungen entbehrlich
sind. Ein derartiger Plattenwärmeaustauscher 26 hat
eine Vielzahl von in einem Paket zusammengesetzte wellenförmig
profilierte Platten, wobei in den aufeinanderfolgenden Zwischenräumen
einmal das Kältemittel und danach der wärmeabgebende
Wärmeträger, im vorliegenden Fall das CO2 der
Erdwärmesonde 10, strömt. Das Plattenpaket
ist nach außen und zwischen den wärmeaustauschenden
Medien abgedichtet und mittels Spannschrauben oder dergleichen zusammengehalten.
Aufgrund der besonderen Bauweise können derartige Plattenwärmeaustauscher 26 sehr
gut durch setzen weiterer Platten erweitert werden und können flexibel
an die jeweils vorliegende Geometrie angepasst werden.
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Die
PWT können auch verschweißt oder verlötet
sein, was für den Einbau in einen auch verschweißten
Druckbehälter sinnvoll ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der Plattenwärmeaustauscher 26 stehend in
dem Drucktopf 22 angeordnet, so dass dieser relativ schmal,
mit kleinem Radius ausgeführt werden kann.
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Die
Zufuhr des Kältemittels erfolgt ausgehend vom Eingangsanschluss 28 über
eine Kältemittel-Kondensatleitung 98 zu einem
fußseitig angeordneten Kältemittel-Kondensatzufluss 100.
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Die
Erdwärmesonde 10 ist – wie bereits anhand 2 erläutert – an
einen am Fußteil 92 angeordneten Stutzen 102 angeschlossen,
so dass der verdampfte Wärmeträger, im vorliegenden
Fall das CO2-Gas in den Kondensationsraum 24 eintreten kann.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ragt vom Kondensationsraum 24 her
ein Rohr 104 in den Stutzen 102, über
das das CO2-Gas zu einem Wärmeträgereinlass 106 geleitet
wird. Das im Plattenwärmeaustauscher 26 kondensierte
CO2-Kondensat wird über einen fußseitigen Wärmeträgerauslass 108 über
einen Konus- oder Klöpperboden und ein kleines Standrohr 110 hin
zur Innenumfangswandung des Drucktopfs 22 geleitet, so
dass das Kondensat entlang dieser Innenumfangswandung zum Stutzen 102 und
von dort als Kondensatfilm an den Innenumfangswandungen der Erdwärmesonde 10 zum
Sondenfuß abfließt und in Wärmeaustausch
mit der Erde tritt.
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Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel mündet das
Rohr 104 in den Wärmeträgereinlass 106 ein.
Prinzipiell ist es auch möglich, die gasförmige
Phase aus der Erdwärmesonde 10 über ein
kürzeres Standrohr nach oben in den Kondensationsraum 24 zu
leiten und dort frei ausströmen zu lassen. Die Gasphase
tritt dann über den Wärmeträgereinlass 106 in
den Plattenwärmeaustauscher 26 in dem Maße
ein, wie innerhalb dessen eine Kondensation stattfindet, so dass
das dabei abströmende Kondensat durch die Gasphase ersetzt
wird.
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Beim
zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel wird ein großer
Standard-Plattenwärmeaustauscher 26 verwendet. 4 zeigt
eine Variante, bei der anstelle eines großen, relativ lang
bauenden Plattenwärmeaustauschers 26 zwei kleinere,
kürzer bauende Plattenwärmeaustauscher 26a, 26b verwendet werden.
Der Grundaufbau ist im Prinzip der gleiche. Jeder der Plattenwärmeaustauscher 26a, 26b hat
die Anschlüsse 96, 100, 106, 108,
wobei die zueinander gehörenden Anschlüsse 96a,
b; 100a, b; 106a, b und 108a, b durch Verbindungsleitungen
miteinander verbunden sind, in die die jeweiligen Anschlussleitungen einmünden.
So erstreckt sich zwischen den beiden Wärmeträgereinlässen 106a, 106b eine
Verbindungsleitung 30, die mit dem in den Stutzen 102 eintauchenden
Rohr 104 verbunden ist. Entsprechend mündet die
Kondensatleitung 98 in eine Kondensatverbindungs leitung 114,
die Leitung 94 in eine nicht dargestellte Auslassverbindungsleitung
zwischen den Dampfauslässen 96a, 96b und
das Standrohr 110 ist über einen etwa U-förmig
ausgebildeten Rohrleitungsabschnitt 116 mit den beiden
Wärmeträgerauslässen 108a, 108b verbunden.
Das Standrohr 110 ist wie beim vor beschriebenen Ausführungsbeispiel
wieder so positioniert, dass das Kondensat in Richtung auf die Innenumfangswandung
des Drucktopfs 22 abströmt und von dort zur Erdwärmesonde 10 abfließt.
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Auch
bei diesen kleinen, kompakten Plattenwärmeaustauschern 26 handelt
es sich um Standardbauteile, die auch hinsichtlich der Druckfestigkeit den
Anforderungen genügen. Wie bereits eingangs erwähnt,
sind die den oder die Plattenwärmetauscher 26 durchströmenden
Medien und auch der Kondensationsraum 24 etwa mit dem gleichen
Druck beaufschlagt, so dass die Plattenwärmeaustauscher 26 aufgrund
dieser Druckausgeglichenheit auch bei Systemdrücken einsetzbar
sind, die höher als der nominell zulässige Betriebsdruck
liegt.
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Der
Vorteil bei der in 4 dargestellten Ausführungsform
besteht darin, dass diese relativ kurz gebaut ist – dies
wird jedoch mit dem Nachteil eines etwas größeren
Durchmessers als beim eingangs beschriebenen Ausführungsbeispiel
erkauft. Bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen sind
die Anschlüsse 96, 100, 106, 108 jeweils
an den deutlichen Großflächen der Plattenwärmeaustauscher 26 angeordnet.
Eine derartige Anordnung ist insbesondere bei Konstruktionen gemäß 4 miteinander
gegenüberliegenden Plattenwärmeaustauschern 26 vorteilhaft.
Bei Verwendung eines einzelnen Plattenwärmeaustauschers 26 kann
es vorteilhaft sein, diese Anschlüsse 96, 100, 106, 108 stirnseitig,
d. h. an den oben- und untenliegenden Seitenflächen vorzusehen. 5 zeigt
ein derartiges Ausführungsbeispiel, das allerdings eine
Sonderanfertigung ist. Die Geometrie dieses Plattenwärmeaustauschers 26 ist
in optimaler Weise an diejenige des Drucktopfs 22 angepasst,
wobei der Plattenwärmeaustauscher 26 sowohl in
Axialrichtung als auch in Radialrichtung den Abmessungen des Drucktopfs 22 angepasst
ist. Die Anschlüsse 96, 100, 106, 108 münden
jeweils etwa Achsparallel an den oben- und untenliegenden Stirnflächen 118, 120,
so dass die entsprechenden Leitungen ebenfalls stirnseitig angeschlossen
werden. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, einen einzelnen
Plattenwärmeaustauscher 26 mittig entlang der
Längsachse des Drucktopfs 22 anzuordnen. Beim
Ausführungsbeispiel gemäß 3 mit
einem einzelnen Plattenwärmeaustauscher 26 ist dieser
seitlich versetzt, da die genannten Leitungen von der Seitenfläche
her angeschlossen werden müssen. Durch die zentrale Anordnung
des Plattenwärmeaustauschers 26 gemäß 5 ist
die Temperaturverteilung im Kondensationsraum 24 optimal,
so dass der Wirkungsgrad des Plattenwärmeaustauschers 26 gegenüber
den vorbeschriebenen Lösungen erhöht sein dürfte.
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Dieser
Vorteil wird etwa dadurch aufgebraucht, dass beispielsweise das
Rohr 104 und die Kondensatleitung 98 im Stirnflächenbereich
zu den Anschlüssen hin relativ stark umgelenkt werden müssen.
Dieser Nachteil kann jedoch zumindest teilweise dadurch aufgehoben
werden, indem – wie vorstehend ausgeführt, anstelle
des Rohrs 104 ein Standrohr 110 in den Stutzen 102 eingesetzt
wird, durch das hindurch die aus der Erdwärmesonde 10 nach oben
aufsteigende Gasphase nach oben in den Kondensationsraum 24 hineingeleitet
und dort frei austritt. Das über das Standrohr 110 aus
dem Plattenwärmeaustauscher 26 abströmende
CO2-Kondensat wird dann durch die aus dem Kondensationsraum 24 in
den Wärmeträgereinlass 106 nachströmenden CO2-Gasphase
ersetzt. Ansonsten spricht auch dieses Ausführungsbeispiel
demjenigen aus 3, so dass weitere Erläuterungen
entbehrlich sind.
-
- 1
- Wärmepumpensystem
- 2
- Verdichteranordnung
- 4
- Kondensator
- 6
- Drossel
- 8
- Verdampfer
- 10
- Erdwärmesonde
- 12
- Wärmepumpenkopf
- 14
- Gehäuse
- 16
- Kopfplatte
- 18
- Erdbohrung
- 20
- Anschluss
- 22
- Drucktopf
- 24
- Kondensationsraum
- 26
- Plattenwärmetauscher
- 28
- Eingangsanschluss
- 30
- Verbindungsleitung
- 32
- Regelventil
- 34
- Rückschlagventil
- 36
- Rohrwicklung
- 38
- Wendel
- 40
- Heizwassereintritt
- 42
- Heizwasseraustritt
- 44
- Raum
- 46
- Kondensatoreingang
- 48
- Druckanschluss
- 50
- Verdichter
- 52
- Verdichter
- 54
- Verdichter
- 56
- Druckleitung
- 58
- Druckleitung
- 60
- Druckleitung
- 62
- Ringleitung
- 64
- Saugleitung
- 66
- Saugleitung
- 68
- Saugleitung
- 70
- Saugringleitung
- 72
- Sauganschluss
- 74
- Ölleitung
- 76
- Antriebseinheit
- 78
- Antriebseinheit
- 80
- Antriebseinheit
- 82
- Ausgangsanschluss
- 84
- CO2-Füllventil
- 86
- Füllleitung
- 88
- Mittelteil
- 90
- Kopfteil
- 92
- Fußteil
- 94
- Leitung
- 96
- Dampfauslass
- 98
- Kondensatleitung
- 100
- Kondensatzufluss
- 102
- Stutzen
- 104
- Rohr
- 106
- Wärmeträgereinlass
- 108
- Wärmeträgerauslass
- 110
- Standrohr
- 112
- Verbindungsleitung
- 114
- Kondensatverbindungsleitung
- 116
- Rohrleitungsabschnitt
- 118
- Stirnfläche
- 120
- Stirnfläche
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 4211576
A1 [0008]
- - DE 29824676 U1 [0009]
- - DE 3115743 A1 [0010]
- - DE 202004015819 U1 [0011]
- - DE 28924676 U1 [0033]
- - DE 10327602 A1 [0033]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - www.hakagerodur.ch [0007]