DE3024097C2 - Einrichtung zum Erwärmen von Wasser in einer Heizungsanlage mit einer Wärmepumpe - Google Patents
Einrichtung zum Erwärmen von Wasser in einer Heizungsanlage mit einer WärmepumpeInfo
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- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D11/00—Central heating systems using heat accumulated in storage masses
- F24D11/02—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps
- F24D11/0214—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps water heating system
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- F25B30/00—Heat pumps
- F25B30/02—Heat pumps of the compression type
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Description
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Erwärmen von Wasser in einer Heizungsanlage mit einer
Wärmepumpe, bestehend aus einem Kolbenverdichter, einem Verflüssiger, einem Verdampfer und einem
Pufferspeicher für flüssiges Speichermedium, wobei der Verdichter und der Verflüssiger innerhalb des
Pufferspeichers und der Verdichter in einem ihn aufnehmenden Gehäuse angeordnet sind.
Die in Wärmepumpen üblicherweise verwendeten Kolbenverdichter schwingen infolge der Hin- und Herbewegung
ihres Kolbens. Diese Schwingungen sind bei der bisherigen Bauweise unerwünscht und werden dadurch
unterdrückt, daß man den Verdichter in einem Gehäuse federnd lagert und damit die Schwingungen
innerhalb des Gehäuses abfängt
Wärmepumpenverdichter mit einer thermischen Leistung in der Größenordnung von 1OkW oder kleiner,
die zur Beheizung von Einfamilienhäusern in Betracht kommen, werden in der Regel häufig an- und ausgeschaltet.
Da nun aber die Lebensdauer einer Wärmepumpe um so kürzer ist, je häufiger das Ein- und Ausschalten
erfolgt, wird es angestrebt, durch besondere Maßnahmen die Schalthäufigkeit zu verringern. Die ist
möglich durch den Einsatz eines Pufferspeichers.
Die Anbindung einer Wärmepumpe an einen Pufferspeicher hat jedoch den Nachteil, daß der Wärmeübergang
zwischen dem im wesentlichen unbewegten oder wenig bewegten Medium im Pufferspeicher und der
Oberfläche des Wärmepumpenverflüssigers schlecht ist, da das an der Oberfläche des Verflüssigers erwärmte
Medium des Pufferspeichers nicht rasch gegen kühleres Medium ausgetauscht wird.
Infolge des schlechten Wärmeübergangs wird die Leistungszahl der Wärmepumpe beeinträchtigt.
Aus der DE-OS 26 04 942 ist es bekannt, in einem Pufferspeicher mittels eines gesonderten Gestells einen
in einem Gehäuse angeordneten Verdichter zu befestigen. Das Gestell trägt gleichzeitig um den Verdichter
herum sowie darüber und darunter angeordnete Rohrschlangen für Wärmeaustausch. In diesen Rohrschlangen,
die als äußere Rohrschlangen bezeichnet sind, befinden sich innere Rohrschlangen, die ebenfalls
dem Wärmeaustausch a's Verdampfer und Verflüssiger dienen. Die inneren Rohrschlangen müssen, um Geräusch
und mechanische Schäden zu vermeiden, ihrerseits wieder anstoßfrei in den äußeren Rohrschlangen
befestigt sein. Verdichter und Rohrschlangen befinden sich im Srjeichermedium. das von den Würmcvcrlusten
des Verdichters mit aufgeheizt wird. Eine Umwälzpumpe kann das Medium im Pufferspeicher umwälzen.
Abgesehen davon, daß dieser technische Aufbau sehr schwer rationell zu erstellen ist, kann auf eine Umwälzpumpe
für das Medium nicht verzichtet werden, wenn dessen Wärme gut ausgenutzt werden soll. An sich ist
das Medium in diesem Fall allerdings mehr eine Isolierung, da sich der Wärmeübergang innerhalb der Rohre
vollzieht.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der ohne zusätzliche
Umwälzmittel der Wärmeübergang zwischen dem Medium im Verflüssiger und dem Medium im Pufferspeicher
verbessert ist
Die gestellte Aufgabe ist bei einem flüssigen Medium
im Pufferspeicher erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Verdichter und der Verflüssiger starr mit dem Verdien
icrgehäuse verbunden sind und daß diese in sich starre Einheit im Pufferspeicher derart elastisch abgestützt
ist, daß sie im Medium des Pufferspeichers schwingfähig ist, indem sie am Pufferspeicher federnd
abgestützt ist.
Der Vorteil dieses Aufbaues besteht darin, daß die Schwingungen des Kolbenverdichters nicht im Gehäuse
abgefangen werden, sondern vielmehr durch das Schwingen von Verdichtergehäuse und Verflüssiger im
Medium zürn Bewegen des Mediums dienen; dadurch wird eine Umwälzvorrichtung für das Medium überflüssig.
Der Verflüssiger trägt am Bewegen des Mediums zu mehr als 90%, das Verdichtergehäuse zu weniger als
10% bei. Das Schwingen des Verflüssigers führt darüber
hinaus zu einem innigeren Kontakt zwischen der Außenwand des Verflüssigers und dem Medium im Pufferspeicher,
weil das Medium im Pufferspeicher in Bewegung versetzt wird. Dadurch kann das Medium im Pufferspeicher
schneller bzw. mit geringerer Temperaturdifferenz zwischen Verflüssiger einerseits und dem ihn
kontaktiorenden Medium (d. h. mit einer besseren Leistungszahl) erwärmt werden. Als weiterer Vorteil
kommi hinzu, daß auch der innere Wärmeübergang zwischen Kältemittel und Innenwand des Verflüssigers
verbessert wird, da infolge der Vibration die üblicherweise stattfindende Filmkondensation in die Tropfenkondensation
mit ihrem besseren Wärmeübergang übergeht.
Bei der Verwendung eines Latentspeichermaterials entfällt darüber hinaus die Anwendung einer mechanischen
Homogenisierungsvorrichtung.
Aus der DE-AS 10 09 203 ist ein verfahrbarer Luftentfeuchter bzw. ein Kleinklimagerät bekannt, bei dem
das Gehäuse des Motorverdichters mittels Gummipuffern schwingungsdämpfend in einem Wasserbehälter
gelagert ist, in dem sich ein Verflüssiger befindet. Der Motorverdichter schwingt also im Wasser. Über die Lagerung
und Befestigung des Verflüssigers ist nichts ausgesagt; die federnde Abstützung des Verdichters dient
nach Aussagen der Beschreibung nur dazu, die Übertragung der Motorverdichterschwingungen auf den Behälter
zu verhindern.
Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargcslelllen
Ausführungsbeispiclcs näher erläutert.
Zentraler Teil der Hinrichtung ist ein großer Pufferspeicher
I, in dem beispielsweise das Wasser einer Warmwasserheizung gespeichert wird. Der Speicher
kann ein Volumen von beispielsweise 1000 I haben und ist an seiner Außenseite 3 mit einer guten Wärmedämmung
5 verschen.
In dem Wärmespeicher I befindet sich ein hermetisch
geschlossenes Gehäuse 7, in dem ein elektrisch angetriebener Kolbenverdichter 9 angeordnet isL Der Kolbenverdichter
9 ist starr mit dem Gehäuse 7 verbunden. Das Gehäuse 7 kapselt den Verdichter hermetisch und wasserdicht
ab. Das Gehäuse 7 ist seinerseits über Federn 11 am Boden 13 des Pufferspeichers 1 abgestützt
Stromabwärts ist der Verdichter an einen Verflüssiger 15 angeschlossen, der sich wendelförmig in den Pufferspeicher
1 erstreckt Der Verflüssiger, der aus einer Rohrschlange besteht, ist über Stützen 17 starr mit dem
Gehäuse 7 verbunden.
Das Kältemittel, das aus dem Verdichter 9 in den Verflüssiger 15 gelangt wird aus diesem über eine elastische
Verbindungsleitung 19 aus dem Pufferspeicher 1 herausgeführt zu einem vorzugsweise thermostatisch
geregelten Expansionsventil 21. Von dem Expansionsventil 21 gelangt das Kältemittel dann über eine Rohrleitung
23 zu einem Verdampfer 25. Übe. diesen Verdampfer wird im vorliegenden Beispiel einer bivalenten
Wärmepumpenanlage mittels eines Lüfters 27 Außenluft geblasen. Dabei verdampft das Kältemittel im Verdampfer
und strömt über die Rohrleitung 29 in den Pufferspeicher 1. Die Leitung 29 ist innerhalb des Pufferspeichers
I wieder über eine elastische Verbindungsleitung 31 mit dem Verdichter 9 verbunden.
Da das Gehäuse 7 des Verdichters 9 zusammen mit dem Verflüssiger 15 eine starre Einheit bildet, verursacht
der Kolben des Verdichters 9 Schwingungen der aus Gehäuse 7, Verdichter 9 und Verflüssiger 15 gebildeten
Einheit. Diese Schwingungen können auf das Wasser im Pufferspeicher 1 übertragen werden, da die
Federn 11 ein Schwingen der Einheit zulassen. Der Wärmeübergang
zwischen dem Verflüssiger und dem Wasser im Pufferspeicher 1 wird dadurch erhöht Er kann
noch weiter erhöht werden durch das Anbringen von Rippen 33 auf dem Verflüssiger 15. Der dadurch verbesserte
Wärmeübergang zwischen dem Verflüssiger 15 und dem Wasser im Pufferspeicher 1 gestattet ein Arbeiten
mit relativ geringen Temperaturdifferenzen zwischen Kältemittel und Wasser im Pufferspeicher.
Heizungsseitig ist der Pufferspeicher 1 mit einem Wasserauslaßrohr 35 und einem Wassereinführrohr 37
versehen. Diese Rohre können mit Hilfe eines steuerbaren Ventiles 39 verschlossen werden. Bei offenem Ventil
39 strömt das Wasser aus dem Pufferspeicher 1 zunächst durch eine Pumpe 41 und an Ven'ilen 43, 45
vorbei zu einem Mischventil 47. linisprechend der Stellung dieses Mischventiles fließt mehr oder weniger
Wasser aus dem Pufferspeicher 1 in den Heizkreislauf 49, in dem sich Heizkörper 51 befinden. Wenn beim
Betrieb als bivalente Wärmepumpenanlage die über den Ventilator 27 zugeführte Wärmemenge nicht ausreichend
ist. dann wird der Verdichter 9 stillgesetzt, und die Erwärmung des Heizwassers erfolgt nunmehr über
einen üblichen Heizkessel 53. Durch Verstellen der Ventile 43 und 45 wird der Leitungszug 55 unterbrochen,
und das Wasser aus dem Pufferspeicher 1 fließt nunmehr über die Leitung 35 durch den Kessel 53 zum
Mischventil 47 und wieder zurück zum Pufferspeicher.
Der Wärmepumpenverdichter 9 wird nun wie folgt gesteuert:
Ein innerhalb des Pufferspeichers I befindlicher Thermostat 57 läßt den Wärmepumpenverdichter 9 so lange
eingeschaltet, bis eine Solltemperatur T1,,// das Wasser
im Pufferspeicher um eine Differenz JT überschrillen wird. Diese Solltemperatur kann abhängig sein von äußeren,
die llei/last ties Hauses bestimmenden Grollen,
wie AußeniemiKTiilur und Sonneneinstrahlung. Hei l'.rreichen
der Temperatur Tsaii wird der Verdichter abgeschaltet
Er bleibt so lange ausgeschaltet, bis die Temperatur des Pufferspeichers 1 infolge Leistungsabgabe an
Hetekörper 51 wieder unter T5Ou abgesunken ist Je größer
die Speicherkapazität ist, um so geringer wird die Zahl der Schaltzyklen des Verdichters 9 sein.
Die Solltemperatur T5,,//innerhalb des Pufferspeichers
1 muß — abhängig von den Leistungsverlusten zwischen dem Pufferspeicher 1 und den Heizkörpern 15 —
ίο größer/gleich der Vorlauftemperatur 7V im Heizkreislauf
49 sein, die zur Abgabe der Heizleistung Qh erforderlich ist. Falls die Leistung des Verdichters nicht ausreicht,
die Temperatur des Wassers im Pufferspeicher der erforderlichen Vorlauftemperatur anzupassen, wird
die herkömmliche Zusatzheizung 53 unterstützend eingeschaltet
Soll infolge zu niedriger Außentemperaturen und eines zu hohen Stromverbrauches des Verdichters entsprechend
den vorhandenen Bestimmungen der Verdichter ausgeschaltet werden, dann dient die Zusatzheizung
53 allein dem Heizen, wobei der Pufferspeicher 1 weiter als Pufferspeicher auch für die Zusatzheizung
dienen kann. Die Anlage arbeitet über den Speicher aber recht träge. Deshalb können im Bedarfsfalle die
Ventile 39 geschlossen werden und Vor- und Rücklauf des Kessclwassers über eine Kurzschlußleitung vornehmen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Einrichtung zum Erwärmen von Wasser in einer Heizungsanlage mit einer Wärmepumpe, bestehend aus einem Kolbenverdichter, einem Verflüssiger, einem Verdampfer und einem Pufferspeicher für flüssiges Speichermedium, wobei der Verdichter und der Verflüssiger innerhalb des Pufferspeichers und der Verdichter in einem ihn aufnehmenden Gehäuse angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter (9) und Verflüssiger (15) starr mit dem Verdichtergehäuse (7) verbunden sind und daß diese in sich starre Einheit (7,9,15} im Medium des Pufferspeichers (1) schwingfähig ist, indem sie im Pufferspeicher (1) federnd abgenützt ist.10
Priority Applications (8)
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GB8119419A GB2079426B (en) | 1980-06-27 | 1981-06-24 | Water-heating apparatus |
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JP56099031A JPS5743179A (en) | 1980-06-27 | 1981-06-25 | Heater with heat pump |
FR8112673A FR2485706A1 (fr) | 1980-06-27 | 1981-06-26 | Dispositif de chauffage muni d'une pompe thermique |
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FR2366521A1 (fr) * | 1976-10-04 | 1978-04-28 | Cerca | Installation de chauffage et/ou de refroidissement |
DE2743023A1 (de) * | 1977-09-23 | 1979-03-29 | Haugg Gmbh Polar Luft | Anlage zur nutzung von umgebungswaerme |
DE2842893A1 (de) * | 1978-10-02 | 1980-04-17 | Kueppersbusch | Waermepumpenheizungssystem |
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Also Published As
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