WO2010139580A2 - Wärmepumenheizung mit entnahmemischer - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a heat pump heater according to the preamble of claim 1.
  • the central energy source of plantepumpenhei- tion flows through a working medium (refrigerant, heat transfer medium) in a closed circuit an evaporator, a compressor (compressor), the primary side of a designed as a heat exchanger condenser (condenser) and an expansion valve.
  • a working medium refrigerant, heat transfer medium
  • the working medium is evaporated and thereby absorbs energy from a heat source, such as the outside air on.
  • the compressor the working medium is compressed and heated.
  • the condenser the liquefaction of the pressurized working medium, while there is energy in the form of heat to a liquid, especially water from. Subsequently, the liquid working medium in the expansion valve is expanded and returned to the evaporator at low pressure and low temperature in order to run through the circuit again.
  • the already mentioned liquid flows in a first closed circuit through a device for heating and storing liquid, hereinafter called storage heater, as well as the secondary side of the formed as a heat exchanger capacitor.
  • the storage heater and condenser are connected to one another to realize the first fluid circuit via at least two connecting lines, at least one upper connecting line and at least one lower connecting line.
  • the heat pump's condenser transfers heat, in particular the condensate released during condensation. onsenergy, from the working medium to the liquid in the storage heater.
  • This heated liquid is used, if required, to heat the heating and / or hot water preparation devices of a household, ie to at least partially release the heat supplied there.
  • the liquid flows in a second closed circuit through the storage heater and one or more heating and / or hot water preparation facilities.
  • the starting point for the invention is a storage heater in which the liquid forms a temperature stratification in the direction of gravity. Higher-lying liquid layers have a higher temperature than in relation to lower-lying liquid layers. For the most efficient operation of the storage heater and thus the total heat pump heating, it is necessary that the temperature stratification is maintained as constant as possible. This ideal condition is impaired in practice by the required circulation of the liquid.
  • the task of the first liquid circuit is to supply heated liquid to the storage heater in order to maintain the liquid stratification as constant as possible during operation of the second liquid circuit.
  • the second liquid circuit is driven by a circulating pump, and the heated liquid is supplied via an upper connecting line which opens directly at the storage heater at only one level of the storage heater, the liquid initially flows into only one liquid layer and initially heats only this liquid.
  • the liquid stratification in the condenser is significantly impaired, depending on the removal amount through the second circuit, this leads to significant temperature fluctuations in each arranged at a certain height in the condenser liquid layers, the storage heater is far from its ideal state of a constant temperature stratification.
  • the invention has for its object to provide a heat pump heating of the aforementioned type, which keeps as low as possible on circulation of the first circuit with a circulation pump, the impairment of the constancy of the temperature stratification and on the other, even when occurring impairment of the constancy of temperature stratification, a constant discharge temperature for the second fluid circuit.
  • the heat pump heater comprises a working medium (refrigerant, heat transport medium) which flows in a closed circuit an evaporator, a compressor (compressor), the primary side of a heat exchanger designed as a condenser (condenser) and an expansion valve. It also comprises a liquid, in particular water (but it is also any other medium suitable for heat transport), which flows in a first closed circuit a storage heater (device for heating and storing liquid) and the secondary side of the formed as a heat exchanger condenser ,
  • the storage heater and the condenser are connected via at least two connecting lines, at least one upper connecting line and at least one lower connecting line. connection line, interconnected.
  • the upper connecting line is connected to the upper end of the condenser and the lower connecting line to the lower end of the condenser.
  • the condenser transfers energy (heat) from the working medium to the liquid in the storage heater.
  • the liquid in the storage heater forms a temperature stratification in the direction of gravity, wherein higher liquid layers have a higher temperature than in relation to lower-lying liquid layers.
  • the liquid flows through the storage heater and one or more heating and / or hot water preparation devices (for example radiators, underfloor heating, water heaters, instantaneous water heaters).
  • Warm liquid is withdrawn and passed back to the storage heater by a heating device and / or a hot water preparation device, where it cools down again into the storage heater.
  • the heated liquid is used in particular for heating purposes or for heating water.
  • the invention further provides that the first fluid circuit is driven by a circulation pump.
  • a circulation pump This can be arranged, for example, in or on the upper connection line or in or on the lower connection line between the condenser and the storage heater.
  • This circulating pump conveys the liquid from the storage heater through the secondary side of the formed as a heat exchanger condenser and then back into the storage heater.
  • the upper connecting line between the condenser and storage heater, through which the heated liquid is conveyed from the condenser back into the storage heater, does not open directly on the outer wall of the storage heater and is there with the liquid in the storage heater rather, the upper connecting line merges into a riser pipe arranged in the interior of the storage heater, which has a plurality of outlet openings at different heights in the storage heater, via which the liquid exchange takes place between the riser pipe and the remaining storage heater. Accordingly, the connecting line does not enter into the upper end of the storage heater, but at a height that still allows the arrangement of the upwardly oriented, in particular the vertically upwardly oriented riser pipe in the storage heater.
  • the riser expediently has an open, free upper end.
  • this riser pipe with outlet openings is, in particular, that the liquid heated by the condenser is not only supplied to it at a level of the storage heater and thus only flows into a liquid layer of the storage heater, which leads to significant changes in the temperature stratification in the storage heater.
  • the riser tube allows the parallel supply of the heated liquid in numerous liquid layers of the storage heater, the liquid coming from the condenser in the riser mixes over the arranged at different heights in the storage heater outlet openings over the entire length of the riser with the liquid in the storage heater, i. it interacts with numerous layers of liquid in the storage heater. Accordingly, the consistency of the temperature stratification in the storage heater is far less affected by this type of supply of the heated liquid by means of the riser with numerous outlet openings as in a mere initiation by opening out at a level of the storage heater connecting line.
  • the storage heater has a removal device for the removal of liquid having a desired or predetermined temperature for the second liquid circuit, wherein the removal device for obtaining the liquid temperature from the liquid to be removed at least two different heights in the storage heater picks up and mixes.
  • This removal mixer has the advantage that a disturbance of the constancy of the temperature stratification in the storage heater and a deviation from the optimal temperature stratification does not adversely affect the second fluid circuit with the heating or hot water preparation devices.
  • the liquid When the liquid is withdrawn at only one level of the storage heater, for example at the upper end or in its upper region, the withdrawn liquid always has the temperature which is just present at the take-off point. If the consistency of the temperature stratification is impaired, liquid of different temperature is correspondingly taken from the storage heater and the heating medium. Hot water preparation facilities supplied. This affects their function, control and regulation.
  • the removal mixer provided according to the invention eliminates this problem. The mixer reaches from different heights in the storage heater and thus from liquid layers of different temperature from the water to be removed.
  • the heating or hot water preparation devices are supplied with liquid whose temperature corresponds to the predetermined or desired value, so that the heating or hot water preparation devices at least in terms of liquid temperature under optimal conditions operate.
  • the removal device comprises a mixing valve (also: mixer), in particular a motor-controlled mixing valve, with at least two ports (paths), ie in the mixing valve is at least a two-way valve.
  • a mixing valve also: mixer
  • a motor-controlled mixing valve with at least two ports (paths), ie in the mixing valve is at least a two-way valve.
  • the first port terminates via a first liquid line open at the opposite end in a first liquid layer of the storage heater.
  • the second connection ends via a second liquid line open at the opposite end in a second liquid layer of the storage heater.
  • the first liquid layer is arranged higher in the memory than the second liquid layer.
  • at least one temperature sensor for determining the temperature of the first liquid layer and at least one temperature sensor for determining the temperature of the second liquid layer are provided.
  • the temperature does not necessarily have to be measured in the respective liquid layer, it is sufficient and also expedient if the temperatures in the mixing valve are measured during the aspiration from the respective liquid layers.
  • a control and / or regulating device of the mixing valve controls or regulates the mixing ratio between the liquid to be taken from the first liquid layer and from the second liquid line and thus the temperature of the withdrawal liquid. This makes it possible to always set or adjust the intended or desired extraction temperature.
  • the mixing valve allows stepless or even graduated settings between the extreme cases, that only liquid from the first or only liquid is taken from the second liquid layer.
  • the mixing valve has a third connection, which ends via a third liquid line open at the opposite end in a third liquid layer of the storage heater, which lies below the first liquid layer and the second liquid layer.
  • the return of the second fluid circuit can be done in addition to the removal via the mixing valve.
  • the mixing valve is then adjusted so that the withdrawal and return streams are fed separately from the intended liquid lines.
  • the returning liquid is supplied to the third port and thus the lowest lying third liquid layer, the removal is then carried out by Mi Schung from the first and second port or the liquid from the first and second liquid layer.
  • a hot water tank for heating and storage of hot water is arranged in the storage heater.
  • a part of this hot water tank forms the secondary side of a hot water heat exchanger, the primary side of this hot water heat exchanger is flowed through by the working medium downstream to the condenser and upstream to the expansion valve.
  • the at least partially already condensed working medium is thereby completely condensed or further cooled. This increases the efficiency and the coefficient of performance of the heat pump heating.
  • FIG. 1 shows schematically a heat pump heating according to the invention
  • FIG 2 as a schematic partial section of the removal device in
  • the heat pump heater 1 shows schematically a heat pump heater 1 according to the invention PHg.
  • the heat pump heater 1 has a working medium 2 which, in a closed circuit (dashed line), contains an evaporator 3 (in which the liquid working medium is vaporized by the heat of the outside air), a compressor 4 (in which the gaseous working medium is compressed). is), the primary side of a heat exchanger designed as a condenser 9 (in which the gaseous working fluid is liquefied) and an expansion valve 5 (through which the liquid working fluid is expanded) flows through.
  • the circuit is shown only schematically, there may be other components such as shut-off valves, also may be coupled as another circuit an air conditioning circuit, which may optionally be operated as an alternative to the relevant for the invention, described here and shown in the figure heat pump cycle.
  • the heat pump heater 1 also has a liquid 6, in particular water, which flows through a storage heater 7 and the secondary side of the condenser 9 designed as a heat exchanger in a first closed circuit.
  • the storage heater 7 and the condenser 9 are connected to each other to realize this first liquid circuit via an upper connecting line 8a and a lower connecting line 8b.
  • a circulating pump 10 is arranged, which drives the first liquid circuit, the flow direction of the liquid 6 is indicated by arrows.
  • the condenser 9 transfers energy from the working medium flowing through to the liquid 6 flowing through it, thereby heating it.
  • the liquid 6 forms a temperature stratification in the direction of gravity, wherein higher-lying liquid layers have a higher temperature than in relation thereto lower-lying liquid layers, i. a horizontal liquid layer arranged higher in the storage heater 7 is warmer than a horizontal liquid layer arranged deeper in the storage heater 7.
  • a key aspect of the invention is that the upper connecting line 8a between the condenser 9 and the storage heater 7 merges into a riser 11 arranged in the interior of the storage heater 7, which has a multiplicity of outlet openings 12 (only a few schematics are shown in the figure). drawn in table) at different heights in the storage heater 7, via which the fluid exchange 6 between riser 11 and residual storage heater 7 takes place.
  • FIG 2 Another key aspect of the invention is the provision of a removal device 13 for the removal of liquid 6 with a desired or predetermined temperature for the second liquid circuit from the storage heater 7.
  • the removal device 13 of the heat pump heater according to FIG 1 is shown in FIG 2 in a partial side view (view from shown on the right in FIG. 1).
  • the central element of the removal device 13 shown is a mixing valve 14, in particular a motor-controlled mixing valve 14, with three ports 15a, 15b, 15c.
  • the first connection 15a terminates via a first liquid line 16a open at the opposite end (dashed line in FIG. 2) in a first liquid layer of the storage heater 7.
  • the liquid line 16a points vertically upwards into a region near the upper end of the storage heater 7.
  • FIG. second connection 15b terminates via a second liquid line 16b open at the opposite end (dash-dotted line in FIG. 2) in a second liquid layer of the storage heater 7.
  • the liquid line 16b is merely a short horizontal line section.
  • the third port 15c terminates via a third liquid line 16c open at the opposite end (shown in solid lines in FIG. 2) in a third liquid layer of the storage heater 7.
  • the liquid line 16c points vertically downwards into a region near the lower end of the storage heater 7. Accordingly, FIG For example, the first liquid layer is located higher in the storage heater 7 than the second liquid layer, and this in turn is located higher than the third liquid layer.
  • the first connection 15a and the second connection 15b are usually used by the control device of the mixing valve 14 for mixing the withdrawal liquid for the second circulation.
  • temperature sensors at a suitable point in the mixing valve 14, for example on or provided near the terminals, temperature sensors (not shown), the adjustment or regulation of the mixing valve is based on the measured temperature values.
  • the temperature sensors can also be arranged at suitable other locations, for example in the liquid lines 16a, 16b, 16c or indirectly in the respective liquid layers.
  • the third connection 15c is generally used for the return of the liquid 6 from the second liquid circuit, ie the cooled return liquid 6 is reintroduced into the latter near the lower end of the storage heater 7 via the liquid line 16c.
  • a hot water tank 17 for the heating and storage of hot water for hot water supply of the household is arranged in the storage heater 7. This is an optional device.
  • the lower part of the hot water tank 17 forms the secondary side of a hot water heat exchanger 18, whose primary side is flowed through by the working medium 2 downstream to the condenser 9 and upstream to the expansion valve 5.
  • the already in the condenser 9 at least partially condensed working fluid 2 is here more energy to the hot water in the hot water tank 17 and thereby heats the water contained in the hot water tank 17.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpenheizung (1) mit einem Arbeitsmedium (2), das in einem geschlossenen Kreislauf einen Verdampfer (3), einen Kompressor (4), die Primärseite eines als Wärmetauscher ausgebildeten Kondensator (9) und ein Expansionsventil (5) durchströmt, mit einer Flüssigkeit (6), die in einem ersten geschlossenen Kreislauf einen Speichererhitzer (7) und die Sekundärseite des Kondensators (9) durchströmt, wobei Speichererhitzer (7) und Kondensator (9) zur Verwirklichung des ersten Flüssigkeitskreislaufs über mindestens zwei Verbindungsleitungen (8a, 8b) miteinander verbunden sind, wobei der Kondensator (9) Energie vom Arbeitsmedium (2) an die Flüssigkeit (6) überträgt, wobei die Flüssigkeit (6) im Speichererhitzer (7) eine Temperaturschichtung in Schwerkraftrichtung ausbildet, wobei die Flüssigkeit (6) die in einem zweiten geschlossenen Kreislauf den Speichererhitzer (7) und eine oder mehrere Heizungs- und/oder Warmwasserbereitungseinrichtungen durchströmt, Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der erste Flüssigkeitskreislauf von einer Umwälzpumpe (10) angetrieben wird, dass die obere Verbindungsleitung (8a) zwischen Kondensator (9) und Speichererhitzer (7) in ein im Inneren des Speichererhitzers (7) angeordnetes Steigrohr (11) übergeht, das eine Vielzahl an Austrittsöffnungen (12) in unterschiedlicher Höhe im Speichererhitzer (7) aufweist, über die der Flüssigkeitsaustausch (6) zwischen Steigrohr (11) und restlichem Speichererhitzer (7) erfolgt, dass der Speichererhitzer (7) eine Entnahmeeinrichtung (13) für die Entnähme von Flüssigkeit (6) mit einer gewünschten oder vorgegebenen Temperatur für den zweiten Flüssigkeitskreislauf aufweist, wobei die Entnahmeeinrichtung (13) zur Erzielung der Entnahmetemperatur die zu entnehmende Flüssigkeit aus mindestens zwei verschiedenen Höhen im Speichererhitzer (7) abgreift und mischt.

Description

WARMEPUMPENHEIZUNG MIT ENTNAHMEMISCH ER
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpenheizung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In einer Wärmepumpe, der zentralen Energiequelle der Wärmepumpenhei- zung, durchströmt ein Arbeitsmedium (Kältemittel, Wärmetransport- Medium) in einem geschlossenen Kreislauf einen Verdampfer, einen Kompressor (Verdichter), die Primärseite eines als Wärmetauscher ausgebildeten Kondensators (Verflüssiger) und ein Expansionsventil. Im Verdampfer wird das Arbeitsmedium verdampft und nimmt dabei Energie aus einer Wärmequelle, beispielsweise der Außenluft, auf. Im Kompressor wird das Arbeitsmedium komprimiert und dabei erwärmt. Im Kondensator erfolgt die Verflüssigung des unter Druck stehenden Arbeitsmediums, dabei gibt es Energie in Form von Wärme an eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, ab. Anschließend wird das flüssige Arbeitsmedium im Expansionsventil ent- spannt und gelangt bei niedrigem Druck und niedriger Temperatur wieder in den Verdampfer, um den Kreislauf erneut zu durchlaufen.
Die bereits angesprochene Flüssigkeit durchströmt in einem ersten geschlossenen Kreislauf eine Vorrichtung zum Erwärmen und Speichern von Flüssigkeit, nachfolgend Speichererhitzer genannt, sowie die Sekundärseite des als Wärmetauscher ausgebildeten Kondensators. Speichererhitzer und Kondensator sind zur Verwirklichung des ersten Flüssigkeitskreislaufs über mindestens zwei Verbindungsleitungen, mindestens eine obere Verbindungsleitung und mindestens eine untere Verbindungsleitung, miteinander verbunden.
In dem Speichererhitzer überträgt der Kondensator der Wärmepumpe Wärme, insbesondere die bei der Kondensation frei werdende Kondensati- onsenergie, vom Arbeitsmedium an die Flüssigkeit im Speichererhitzer. Diese erwärmte Flüssigkeit wird dazu verwendet, bei Bedarf die Heizungs- und/oder Warmwasserbereitungseinrichtungen eines Haushalts zu erwärmen, d.h. dort die zugeführte Wärme zumindest teilweise wieder ab- zugeben. Hierzu strömt die Flüssigkeit die in einem zweiten geschlossenen Kreislauf durch den Speichererhitzer und eine oder mehrere Heizungs- und/oder Warmwasserbereitungseinrichtungen.
Den Ausgangspunkt für die Erfindung bildet ein Speichererhitzer, in dem die Flüssigkeit eine Temperaturschichtung in Schwerkraftrichtung ausbildet. Höher gelegene Flüssigkeitsschichten weisen eine größere Temperatur auf als in Relation hierzu niedriger gelegene Flüssigkeitsschichten. Für einen möglichst effizienten Betrieb des Speichererhitzers und damit der Wärmepumpenheizung insgesamt ist es erforderlich, dass die Temperatur- Schichtung möglichst konstant aufrechterhalten wird. Dieser Idealzustand wird in der Praxis durch die erforderliche Umwälzung der Flüssigkeit beeinträchtigt.
Aufgabe des ersten Flüssigkeitskreislaufs ist die Zuführung von erwärmter Flüssigkeit zum Speichererhitzer, um dort die Flüssigkeitsschichtung bei Betrieb des zweiten Flüssigkeitskreislaufes möglichst konstant aufrecht zu erhalten.
Wird jedoch der zweite Flüssigkeitskreislauf von einer Umwälzpumpe ange- trieben, und wird die erwärmte Flüssigkeit über eine direkt am Speichererhitzer mündende obere Verbindungsleitung in lediglich einer Höhe des Speichererhitzers zugeführt, so strömt die Flüssigkeit zunächst in lediglich eine Flüssigkeitsschicht und erwärmt zunächst nur diese. Dadurch wird die Flüssigkeitsschichtung im Kondensator erheblich beeinträchtigt, je nach Entnahmemenge durch den zweiten Kreislauf führt dies zu deutlichen Temperaturschwankungen in den jeweils in bestimmter Höhe im Kondensator angeordneten Flüssigkeitsschichten, der Speichererhitzer ist weit von seinem Idealzustand einer konstanten Temperaturschichtung entfernt. Bei der Entnahme von Flüssigkeit für den zweiten Kreislauf, die bei bekannten Anlagen in einer definierten Höhe des Speichererhitzers erfolgt, in der Regeln am oberen Ende oder an einem oberen Bereich, ist damit keine konstante Temperatur der entnommenen Flüssigkeit gegeben, vielmehr ist die Ent- nahmetemperatur deutlichen Schwankungen unterworfen. Dies ist jedoch im Hinblick auf die Steuerung der Heizungs- und Warmwasserbereitungs- einrichtungen unerwünscht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmepumpenheizung der vorgenannten Art zu schaffen, die zum einen bei Umwälzung des ersten Kreislaufes mit einer Umwälzpumpe die Beeinträchtigung der Konstanz der Temperaturschichtung möglichst gering hält und die zum anderen auch bei auftretender Beeinträchtigung der Konstanz der Temperaturschichtung eine konstante Entnahmetemperatur für den zweiten Flüssigkeitskreislauf er- möglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Wärmepumpenheizung gemäß der Erfindung umfasst ein Arbeitsmedium (Kältemittel, Wärmetransport-Medium), das in einem geschlossenen Kreislauf einen Verdampfer, einen Kompressor (Verdichter), die Primärseite eines als Wärmetauscher ausgebildeten Kondensators (Verflüssiger) und ein Expansionsventil durchströmt. Sie umfasst ferner eine Flüssigkeit, ins- besondere Wasser (es eignet sich aber auch jedes andere zum Wärmetransport geeignete Medium), die in einem ersten geschlossenen Kreislauf einen Speichererhitzer (Vorrichtung zum Erwärmen und Speichern von Flüssigkeit) und die Sekundärseite des als Wärmetauscher ausgebildeten Kondensators durchströmt.
Zur Verwirklichung des ersten Flüssigkeitskreislaufs sind der Speichererhitzer und der Kondensator über mindestens zwei Verbindungsleitungen, mindestens eine obere Verbindungsleitung und mindestens eine untere Ver- bindungsleitung, miteinander verbunden. Üblicherweise ist die obere Verbindungsleitung am oberen Ende des Kondensators angeschlossen und die untere Verbindungsleitung am unteren Ende des Kondensators.
Der Kondensator überträgt Energie (Wärme) vom Arbeitsmedium an die Flüssigkeit im Speichererhitzer.
Die Flüssigkeit im Speichererhitzer bildet eine Temperaturschichtung in Schwerkraftrichtung aus, wobei höher gelegene Flüssigkeitsschichten eine größere Temperatur aufweisen als in Relation hierzu niedriger gelegene Flüssigkeitsschichten.
Die Flüssigkeit durchströmt in einem zweiten geschlossenen Kreislauf den Speichererhitzer und eine oder mehrere Heizungs- und/oder Warmwasser- bereitungseinrichtungen (beispielsweise Heizkörper, Fußbodenheizung, Warmwasserbereiter, Durchlauferhitzer). Warme Flüssigkeit wird entnommen und durch eine Heizungseinrichtung und/oder eine Warmwasserberei- tungseinrichtung zurück zum Speichererhitzer geführt, dort tritt sie abgekühlt wieder in den Speichererhitzer ein. Die erwärmte Flüssigkeit wird insbesondere zu Heizzwecken oder zur Warmwasserbereitung genutzt.
Die Erfindung sieht ferner vor, dass der erste Flüssigkeitskreislauf von einer Umwälzpumpe angetrieben wird. Diese kann beispielsweise in bzw. an der oberen Verbindungsleitung oder in bzw. an der unteren Verbindungslei- tung zwischen Kondensator und Speichererhitzer angeordnet sein. Diese Umwälzpumpe fördert die Flüssigkeit aus dem Speichererhitzer durch die Sekundärseite des als Wärmetauscher ausgebildeten Kondensators und anschließend zurück in den Speichererhitzer.
Die obere Verbindungsleitung zwischen Kondensator und Speichererhitzer, über die die erwärmte Flüssigkeit vom Kondensator zurück in den Speichererhitzer gefördert wird, mündet nicht direkt an der Außenwand des Speichererhitzers und wird dort mit der Flüssigkeit im Speichererhitzer vermischt, vielmehr geht die obere Verbindungsleitung in ein im Inneren des Speichererhitzers angeordnetes Steigrohr über, das eine Vielzahl an Austrittsöffnungen in unterschiedlicher Höhe im Speichererhitzer aufweist, über die der Flüssigkeitsaustausch zwischen Steigrohr und restlichem Spei- chererhitzer erfolgt. Die Verbindungsleitung tritt dementsprechend nicht am oberen Ende des Speichererhitzers in diesen ein, sondern in einer Höhe, die noch die Anordnung des nach oben orientierten, insbesondere des senkrecht nach oben orientierten Steigrohres im Speichererhitzer erlaubt. Zweckmäßigerweise weist das Steigrohr ein offenes freies oberes Ende auf.
Der Vorteil dieses Steigrohrs mit Austrittsöffnungen liegt insbesondere darin, dass die vom Kondensator erwärmte Flüssigkeit nicht nur in einer Höhe des Speichererhitzers diesem zugeführt wird und damit nur in eine Flüssigkeitsschicht des Speichererhitzers einströmt, was zu deutlichen Verände- rungen der Temperaturschichtung im Speichererhitzer führt. Vielmehr ermöglicht das Steigrohr die parallele Zuführung der erwärmten Flüssigkeit in zahlreiche Flüssigkeitsschichten des Speichererhitzers, die vom Kondensator kommende Flüssigkeit im Steigrohr vermischt sich über die in unterschiedlichen Höhen im Speichererhitzer angeordneten Austrittsöffnungen über die gesamte Länge des Steigrohres mit der Flüssigkeit im Speichererhitzer, d.h. es besteht Wechselwirkung mit zahlreichen Flüssigkeitsschichten im Speichererhitzer. Dementsprechend wird durch diese Art der Zufuhr der erwärmten Flüssigkeit mittels des Steigrohres mit zahlreichen Austrittsöffnungen die Konstanz der Temperaturschichtung im Speichererhitzer weit weniger beeinträchtigt als bei einer bloßen Einleitung durch eine in einer Höhe des Speichererhitzers mündende Verbindungsleitung.
Bei der erfindungsgemäßen Wärmepumpenheizung ist ferner vorgesehen, dass der Speichererhitzer eine Entnahmeeinrichtung für die Entnahme von Flüssigkeit mit einer gewünschten oder vorgegebenen Temperatur für den zweiten Flüssigkeitskreislauf aufweist, wobei die Entnahmeeinrichtung zur Erzielung der Flüssigkeitstemperatur die zu entnehmende Flüssigkeit aus mindestens zwei verschiedenen Höhen im Speichererhitzer abgreift und mischt.
Dieser Entnahmemischer hat den Vorteil, dass eine Störung der Konstanz der Temperaturschichtung im Speichererhitzer und ein Abweichen von der optimalen Temperaturschichtung sich nicht nachteilig auf den zweiten Flüssigkeitskreislauf mit den Heizungs- bzw. Warmwasserbereitungseinrich- tungen auswirkt. Bei einer Entnahme der Flüssigkeit in nur einer Höhe des Speichererhitzers, beispielsweise am oberen Ende oder in dessen oberen Bereich, weist die entnommene Flüssigkeit immer die an der Abnahmestelle gerade vorhandene Temperatur auf. Ist nun die Konstanz der Temperaturschichtung beeinträchtigt, so wird entsprechend Flüssigkeit unterschiedlicher Temperatur aus dem Speichererhitzer entnommen und den Heizungsbzw. Warmwasserbereitungseinrichtungen zugeführt. Dies Beeinträchtigt deren Funktion, Steuerung und Regelung. Der gemäß der Erfindung vorgesehene Entnahmemischer beseitigt diese Problematik. Der Mischer greift aus verschiedenen Höhen im Speichererhitzer und damit aus Flüssigkeitsschichten unterschiedlicher Temperatur das zu entnehmende Wasser ab. Dass die für den zweiten Kreislauf entnommene Flüssigkeit immer die vor- gesehene bzw. gewünschte Temperatur aufweist, stellt der Entnahmemischer dadurch sicher, dass er das Mischungsverhältnis zwischen den aus verschiedenen Höhen entnommenen Flüssigkeiten entsprechend einstellt. Der zweite Flüssigkeitskreislauf wird damit unabhängig von der Konstanz der Temperaturschichtung, die Heizungs- bzw. Warmwasserbereitungsein- richtungen werden mit Flüssigkeit versorgt, deren Temperatur dem vorgegebenen bzw. gewünschten Wert entspricht, so dass die Heizungs- bzw. Warmwasserbereitungseinrichtungen zumindest hinsichtlich der Flüssigkeitstemperatur unter optimalen Bedingungen betrieben werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfasst umfast die Entnahmeeinrichtung ein Mischventil (auch: Mischer), insbesondere ein motorgesteuertes Mischventil, mit mindestens zwei Anschlüssen (Wegen), d.h. bei dem Mischventil handelt es sich um mindestens ein Zwei-Wege-Ventil. Der erste Anschluss endet über eine am gegenüberliegenden Ende offene erste Flüssigkeitsleitung in einer ersten Flüssigkeitsschicht des Speichererhitzers. Der zweite Anschluss endet über eine am gegenüberliegenden Ende offene zweite Flüssigkeitsleitung in einer zweiten Flüssigkeitsschicht des Spei- chererhitzers. Hierbei ist die erste Flüssigkeitsschicht höher im Speicher angeordnet ist als die zweite Flüssigkeitsschicht. Ferner sind mindestens ein Temperatursensor zur Ermittlung der Temperatur der ersten Flüssigkeitsschicht und mindestens ein Temperatursensor zur Ermittlung der Temperatur der zweiten Flüssigkeitsschicht vorgesehen. Die Temperatur muss hierbei nicht zwingend in der jeweiligen Flüssigkeitsschicht gemessen werden, es ist ausreichend und auch zweckmäßig, wenn die Temperaturen im Mischventil beim Ansaugen aus den jeweiligen Flüssigkeitsschichten gemessen wird. Eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung des Mischventils steuert bzw. regelt das Mischverhältnis zwischen der aus der ersten Flüs- sigkeitsschicht und aus der zweiten Flüssigkeitsleitung zu entnehmenden Flüssigkeit und damit die Temperatur der Entnahmeflüssigkeit. Dadurch wird es möglich, immer die vorgesehene bzw. gewünschte Entnahmetemperatur einzustellen bzw. einzuregeln. Das Mischventil ermöglicht stufenlos oder auch abgestuft Einstellungen zwischen den Extremfällen, dass nur Flüssigkeit aus der ersten bzw. nur Flüssigkeit aus der zweiten Flüssigkeitsschicht entnommen wird.
Gemäß einer Weiterbildung weist das Mischventil einen dritten Anschluss auf, der über eine am gegenüberliegenden Ende offene dritte Flüssigkeits- leitung in einer dritten Flüssigkeitsschicht des Speichererhitzers endet, die unterhalb der ersten Flüssigkeitsschicht und der zweiten Flüssigkeitsschicht liegt. Insbesondere kann bei dieser Ausbildung auch der Rücklauf des zweiten Flüssigkeitskreislaufs zusätzlich zur Entnahme über das Mischventil erfolgen. Das Mischventil wird dann derart eingestellt, dass die Entnahme- und Rücklaufströme getrennt voneinander den jeweils vorgesehenen Flüssigkeitsleitungen zugeführt werden. Üblicherweise wird die rücklaufende Flüssigkeit dem dritten Anschluss und damit der am tiefsten liegenden dritten Flüssigkeitsschicht zugeführt, die Entnahme erfolgt dann durch Mi- schung aus dem ersten und zweiten Anschluss bzw. der Flüssigkeit aus erster und zweiter Flüssigkeitsschicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Wärmepumpenheizung gemäß der Erfindung ist im Speichererhitzer ein Warmwasserspeicher für die Erwärmung und Speicherung von Warmwasser angeordnet. Ein Teil dieses Warmwasserspeichers bildet die Sekundärseite eines Warmwasser- Wärmetauschers aus, die Primärseite dieses Warmwasser-Wärmetauschers wird vom Arbeitsmedium stromabwärts zum Kondensator und stromauf- wärts zum Expansionsventil durchströmt. Das zumindest teilweise bereits kondensierte Arbeitsmedium wird dadurch vollständig kondensiert bzw. weiter abgekühlt. Dadurch wird die Effizienz und die Leistungszahl der Wärmepumpenheizung gesteigert.
Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
FIG 1 schematisch eine Wärmepumpenheizung gemäß der Erfindung, und
FIG 2 als schematischen Teilausschnitt die Entnahmeeinrichtung im
Speichererhitzer der Wärmepumpenheizung gemäß FIG 1.
Einander entsprechende Teile und Komponenten in den Figuren sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
FIG 1 zeigt schematisch eine Wärmepumpenheizung 1 gemäß der Erfin- düng. Die Wärmepumpenheizung 1 weist ein Arbeitsmedium 2 auf, das in einem geschlossenen Kreislauf (gestrichelte Linie) einen Verdampfer 3 (in dem das flüssige Arbeitsmedium durch die Wärme der Außenluft verdampft wird), einen Kompressor 4 (in dem das gasförmige Arbeitsmedium kompri- miert wird), die Primärseite eines als Wärmetauscher ausgebildeten Kondensators 9 (in dem das gasförmige Arbeitsmedium verflüssigt wird) und ein Expansionsventil 5 (durch das das flüssige Arbeitsmedium entspannt wird) durchströmt. Der Kreislauf ist nur schematisch dargestellt, es können weitere Komponenten wie Absperrventile vorgesehen sein, auch kann als weiterer Kreislauf ein Klimaanlagen-Kreislauf angekoppelt sein, der gegebenenfalls alternativ zu dem für die Erfindung relevanten, hier beschriebenen und in der Figur dargestellten Wärmepumpenkreislauf betrieben werden kann.
Die Wärmepumpenheizung 1 weist ferner eine Flüssigkeit 6, insbesondere Wasser, auf, die in einem ersten geschlossenen Kreislauf einen Speichererhitzer 7 und die Sekundärseite des als Wärmetauscher ausgebildeten Kondensators 9 durchströmt. Der Speichererhitzer 7 und der Kondensator 9 sind zur Verwirklichung dieses ersten Flüssigkeitskreislaufs über eine obere Verbindungsleitung 8a und eine untere Verbindungsleitung 8b miteinander verbunden. In der oberen Verbindungsleitung 8a ist eine Umwälzpumpe 10 angeordnet, die den ersten Flüssigkeitskreislauf antreibt, die Strömungsrichtung der Flüssigkeit 6 ist durch Pfeile angegeben. Der Kondensator 9 überträgt Energie vom durchströmenden Arbeitsmedium auf die durchströmende Flüssigkeit 6 und erwärmt diese dadurch.
Im Speichererhitzer 7 bildet die Flüssigkeit 6 eine Temperaturschichtung in Schwerkraftrichtung aus, wobei höher gelegene Flüssigkeitsschichten eine größere Temperatur aufweisen als in Relation hierzu niedriger gelegene Flüssigkeitsschichten, d.h. eine im Speichererhitzer 7 höher angeordnete, horizontale Flüssigkeitsschicht ist wärmer als eine im Speichererhitzer 7 tiefer angeordnete, horizontale Flüssigkeitsschicht.
Ein Kernaspekt der Erfindung ist, dass die obere Verbindungsleitung 8a zwischen Kondensator 9 und Speichererhitzer 7 in ein im Inneren des Speichererhitzers 7 angeordnetes Steigrohr 11 übergeht, das eine Vielzahl an Austrittsöffnungen 12 (in der Figur sind lediglich einige wenige Schema- tisch eingezeichnet) in unterschiedlicher Höhe im Speichererhitzer 7 aufweist, über die der Flüssigkeitsaustausch 6 zwischen Steigrohr 11 und restlichem Speichererhitzer 7 erfolgt.
Weiterer Kernaspekt der Erfindung ist das Vorsehen einer Entnahmeeinrichtung 13 für die Entnahme von Flüssigkeit 6 mit einer gewünschten oder vorgegebenen Temperatur für den zweiten Flüssigkeitskreislauf aus dem Speichererhitzer 7. Die Entnahmeeinrichtung 13 der Wärmepumpenheizung gemäß FIG 1 ist in FIG 2 in einer teilweisen Seitenansicht (Blick von rechts in FIG 1) dargestellt. Zentrales Element der dargestellten Entnahmeeinrichtung 13 ist ein Mischventil 14, insbesondere ein motorgesteuertes Mischventil 14, mit drei Anschlüssen 15a, 15b, 15c. Der erste Anschluss 15a endet über eine am gegenüberliegenden Ende offene erste Flüssigkeitsleitung 16a (in FIG 2 gestrichelt) in einer ersten Flüssigkeitsschicht des Speicher- erhitzers 7. Die Flüssigkeitsleitung 16a weist hierzu senkrecht nach oben in einen Bereich nahe dem oberen Ende des Speichererhitzers 7. Der zweite Anschluss 15b endet über ein eine am gegenüberliegenden Ende offene zweite Flüssigkeitsleitung 16b (in FIG 2 strichpunktiert) in einer zweiten Flüssigkeitsschicht des Speichererhitzers 7. Die Flüssigkeitsleitung 16b ist hierbei lediglich ein kurzes waagrechtes Leitungsstück. Der dritte Anschluss 15c endet über eine am gegenüberliegenden Ende offene dritte Flüssigkeitsleitung 16c (in FIG 2 durchgezogenen Linien dargestellt) in einer dritten Flüssigkeitsschicht des Speichererhitzers 7. Die Flüssigkeitsleitung 16c weist hierzu senkrecht nach unten in einen Bereich nahe dem unteren Ende des Speichererhitzers 7. Demnach ist die erste Flüssigkeitsschicht höher im Speichererhitzer 7 angeordnet als die zweite Flüssigkeitsschicht, und diese wiederum ist höher angeordnet als die dritte Flüssigkeitsschicht.
Der erste Anschluss 15a und der zweite Anschluss 15b werden von der Regel- bzw. Steuereinrichtung des Mischventils 14 üblicherweise zur Mischung der Entnahmeflüssigkeit für den zweiten Kreislauf herangezogen. Hierzu sind an geeigneter Stelle im Mischventil 14, beispielsweise an oder nahe der Anschlüsse, Temperatursensoren vorgesehen (nicht dargestellt), die Einstellung bzw. Regelung des Mischventils erfolgt auf Basis der gemessenen Temperaturwerte. Die Temperatursensoren können auch an geeigneten anderen Stellen, beispielsweise in den Flüssigkeitsleitungen 16a, 16b, 16c oder indirekt in den jeweiligen Flüssigkeitsschichten angeordnet sein. Der dritte Anschluss 15c wird in der Regel für den Rücklauf der Flüssigkeit 6 aus dem zweiten Flüssigkeitskreislauf verwendet, d.h. die abgekühlte rücklaufende Flüssigkeit 6 wird nahe dem unteren Ende des Speichererhitzers 7 über die Flüssigkeitsleitung 16c wieder in diesen eingelei- tet.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist im Speichererhitzer 7 ein Warmwasserspeicher 17 für die Erwärmung und Speicherung von Warmwasser für die Warmwasserversorgung des Haushalts angeordnet. Hierbei handelt es sich um eine fakultative Einrichtung. Der untere Teil des Warmwasserspeichers 17 bildet die Sekundärseite eines Warmwasser-Wärmetauscher 18, dessen Primärseite vom Arbeitsmedium 2 stromabwärts zum Kondensator 9 und stromaufwärts zum Expansionsventil 5 durchströmt wird. Das bereits im Kondensator 9 zumindest teilweise kondensierte Arbeitsmedium 2 gibt hier weitere Energie an das Warmwasser im Warmwasserspeicher 17 ab und erwärmt dadurch das im Warmwasserspeicher 17 enthaltene Wasser.
Die vorbeschrieben beiden Kernaspekte der Erfindung, das Vorsehen des Steigrohres mit Austrittsöffnungen im Speichererhitzer, im Anschluss an die obere Verbindungsleitung zwischen Kondensator und Speichererhitzer, und das Vorsehen des Entnahmemischers (Entnahmeeinrichtung mit Entnahmeabgriff in mindestens zwei verschiedenen Höhen des Speichererhitzers und Mischung der Flüssigkeiten zur Erzielung der gewünschten Entnahmetem- peratur) werden auch getrennt voneinander beansprucht. Der Anmelder behält sich ausdrücklich vor, in Teil- oder Nachanmeldungen Gegenstände zu beanspruchen, die lediglich durch die Kombination der Merkmale a) bis h) sowie die Kombination der Merkmale a) bis g) und i) definiert sind. Wie bereits ausgeführt, ist auch jeder dieser Gegenstände für sich vorteilhaft. An diese Gegenstände können sich die fehlenden Merkmale i) bzw. h) und die Merkmale der Unteransprüche wiederum als Unteransprüche anschließen, sie bilden jeweils die genannten Gegenstände fort.
Bezugszeichenliste
1 Wärmepumpenheizung
2 Arbeitsmedium
3 Verdampfer
4 Kompressor
5 Expansionsventil
6 Flüssigkeit
7 Speichererhitzer
8a obere Verbindungsleitung
8b untere Verbindungsleitung
9 Kondensator, ausgebildet als Wärmetauscher
10 Umwälzpumpe
11 Steigrohr
12 Austrittsöffnung
13 Entnahmeeinrichtung
14 Mischventil
15a erster Anschluss
15b zweiter Anschluss
15c dritter Anschluss
16a erste Flüssigkeitsleitung
16b zweite Flüssigkeitsleitung
16c dritte Flüssigkeitsleitung
17 Warmwasserspeicher
18 Warmwasser-Wärmetauscher

Claims

Patentansprüche
1. Wärmepumpenheizung (1) a) mit einem Arbeitsmedium (2), das in einem geschlossenen Kreislauf einen Verdampfer (3), einen Kompressor (4), die Primärseite eines als
Wärmetauscher ausgebildeten Kondensator (9) und ein Expansionsventil (5) durchströmt, b) mit einer Flüssigkeit (6), insbesondere Wasser, die in einem ersten geschlossenen Kreislauf einen Speichererhitzer (7) und die Sekundär- seite des als Wärmetauscher ausgebildeten Kondensators (9) durchströmt, c) wobei Speichererhitzer (7) und Kondensator (9) zur Verwirklichung des ersten Flüssigkeitskreislaufs über mindestens zwei Verbindungsleitungen (8a, 8b), mindestens eine obere Verbindungsleitung (8a) und mindestens eine untere Verbindungsleitung (8b), miteinander verbunden sind, d) wobei der Kondensator (9) Energie vom Arbeitsmedium (2) an die Flüssigkeit (6) überträgt, e) wobei die Flüssigkeit (6) im Speichererhitzer (7) eine Temperatur- Schichtung in Schwerkraftrichtung ausbildet, wobei höher gelegene
Flüssigkeitsschichten eine größere Temperatur aufweisen als in Relation hierzu niedriger gelegene Flüssigkeitsschichten, f) wobei die Flüssigkeit (6) die in einem zweiten geschlossenen Kreislauf den Speichererhitzer (7) und eine oder mehrere Heizungs- und/oder Warmwasserbereitungseinrichtungen durchströmt,
dadurch gekennzeichnet,
g) dass der erste Flüssigkeitskreislauf von einer Umwälzpumpe (10) an- getrieben wird, h) dass die obere Verbindungsleitung (8a) zwischen Kondensator (9) und Speichererhitzer (7) in ein im Inneren des Speichererhitzers (7) angeordnetes Steigrohr (11) übergeht, das eine Vielzahl an Austrittsöffnungen (12) in unterschiedlicher Höhe im Speichererhitzer (7) auf- weist, über die der Flüssigkeitsaustausch (6) zwischen Steigrohr (11) und restlichem Speichererhitzer (7) erfolgt, i) dass der Speichererhitzer (7) eine Entnahmeeinrichtung (13) für die Entnahme von Flüssigkeit (6) mit einer gewünschten oder vorgegebenen Temperatur für den zweiten Flüssigkeitskreislauf aufweist, wobei die Entnahmeeinrichtung (13) zur Erzielung der Entnahmetemperatur die zu entnehmende Flüssigkeit aus mindestens zwei verschiedenen Höhen im Speichererhitzer (7) abgreift und mischt.
2. Wärmepumpenheizung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Entnahmeeinrichtung (13) ein Mischventil (14), insbesondere ein motorgesteuertes Mischventil (14), mit mindestens zwei Anschlüssen (15a, 15b, 15c) umfasst, b) wobei der erste Anschluss (15a) über eine am gegenüberliegenden Ende offene erste Flüssigkeitsleitung (16a) in einer ersten Flüssigkeitsschicht des Speichererhitzers (7) endet, c) wobei der zweite Anschluss (15b) über eine am gegenüberliegenden Ende offene zweite Flüssigkeitsleitung (16b) in einer zweiten Flüssigkeitsschicht des Speichererhitzers (7) endet, d) wobei die erste Flüssigkeitsschicht höher im Speicher angeordnet ist als die zweite Flüssigkeitsschicht, e) wobei mindestens ein Temperatursensor zur Ermittlung der Temperatur der ersten Flüssigkeitsschicht und mindestens ein Temperatursensor zur Ermittlung der Temperatur der zweiten Flüssigkeitsschicht vorgesehen sind, f) wobei eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung des Mischventils (14) das Mischverhältnis zwischen der aus der ersten Flüssigkeitsschicht und aus der zweiten Flüssigkeitsleitung zu entnehmenden Flüssigkeit und damit die Temperatur der Entnahmeflüssigkeit steuert und/oder regelt.
3. Wärmepumpenheizung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass a) das Mischventil (14) einen dritten Anschluss (15c) aufweist, b) wobei der dritte Anschluss (15c) über eine am gegenüberliegenden Ende offene dritte Flüssigkeitsleitung 816c) in einer dritten Flüssigkeitsschicht des Speichererhitzers (7) endet, die unterhalb der ersten Flüssigkeitsschicht und der zweiten Flüssigkeitsschicht liegt.
4. Wärmepumpenheizung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass auch der Rücklauf des zweiten Flüssigkeitskreislaufs zusätzlich zur Entnahme über das Mischventil (14) erfolgt.
5. Wärmepumpenheizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwälzpumpe (10) des ersten Kreislaufs in der oberen Verbin- dungsleitung (8a) oder in der unteren Verbindungsleitung (8b) zwischen Kondensator (9) und Speichererhitzer (7) angeordnet ist
6. Wärmepumpenheizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass a) im Speichererhitzer (7) ein Warmwasserspeicher (17) angeordnet ist für die Erwärmung und Speicherung von Warmwasser, b) wobei ein Teil des Warmwasserspeichers (17) die Sekundärseite eines Warmwasser-Wärmetauschers (18) ausbildet, dessen Primärseite vom Arbeitsmedium (2) stromabwärts zum Kondensator (9) und stromauf- wärts zum Expansionsventil (5) durchströmt wird.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011050731A1 (de) * 2011-05-30 2012-12-06 Kermi Gmbh Wärmespeicher
PL229382B1 (pl) * 2011-12-05 2018-07-31 Kurzawski Pawel Sposób podnoszenia sprawności cieplnej wyposażonej w podgrzewacz zasobnikowy instalacji centralnego zaopatrzenia w ciepłe medium buforowane, w której źródłem ciepła jest niskotemperaturowy kocioł grzewczy i instalacja centralnego zaopatrzenia w ciepłe medium buforowane
US11280557B2 (en) 2016-06-03 2022-03-22 A. O. Smith Corporation Stratifier for tank-type water heater

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19608405B4 (de) * 1995-03-07 2006-04-13 Bernhard Miller Wärmespeicher
DE19812792C2 (de) * 1998-03-24 2001-12-13 Gerhard Neumeier Speicheranordnung
DE10025318C1 (de) * 2000-05-22 2001-07-05 Hurler Gmbh Schichtspeicher
DE10126916B4 (de) * 2001-06-01 2004-12-09 Norbert Geerkens Warmwasserspeichervorrichtung
DE202006009009U1 (de) * 2006-06-08 2007-10-18 Dietz, Erwin Wärmeübertrager
EP2051016B1 (de) * 2007-10-18 2017-09-27 Mitsubishi Electric Corporation Speicherartiges Heißwasserversorgungssystem

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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None

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Publication number Publication date
DE102009024304A1 (de) 2010-12-09
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