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Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpe mit einem Verdampfer, in welchem einem, denselben durchströmenden Gemisch von kalter Aussenluft sowie warmer Abluft eines zu beheizenden Raumes Wärme entzogen wird, und mit einem Kondensator, in welchem einem zweiten, wärmeaufnehmenden Medium Wärme zugeführt wird, wobei zwischen Verdampfer und Kondensator ein wärmeübertragendes Kühlmittel umläuft.
Bei Betrieb von Wärmepumpen bzw. auch von andern, nach dem gleichen Prinzip arbeitenden Wärme-Generatoren wird ein erstes, wärmeabgebendes Medium - beispielsweise Wasser, Luft od. dgl.durch einen Verdampfer geführt und die darin aufgenommene Wärme zum Verdampfen eines zweiten, wärmeübertragenden Mediums - des sogenannten Kältemittels-verwendet, welch'letzteres nach seiner Erwärmung sowie Erhöhung des Druckes einem Kondensator zugeführt und in demselben schliesslich unter Abgabe von Wärme an ein drittes, zu erwärmendes Medium kondensiert wird.
Bei solchen wärmeerzeugenden Aggregaten ist der durch den Wärmeübertragungs-Prozess erzielbare Wirkungsgrad umgekehrt proportional der Temperatur-Differenz einerseits der im Verdampfer und anderseits der im Kondensator herrschenden Temperatur - so dass der Wirkungsgrad bei Zunahme dieser Temperatur-Differenz abnimmt, d. h. beispielsweise bei Absinken der Temperatur des ersten, wärmeabgebenden Mediums. Beim Betrieb von kontinuierlich arbeitenden Wärmepumpen bzw.
Wärme-Generatoren zur Erzeugung von Wärme für Heizzwecke sind jedoch so grosse Mengen des ersten, wärmeabgebenden Mediums erforderlich, dass in der Praxis dafür nur natürlich vorkommende Medien verwendet werden können-vor allem also Wasser oder Aussenluft-, wobei hier das Grundprinzip der Erfindung einfachheitshalber ausschliesslich im Zusammenhang mit Aussenluft als erstes, wärmeabgebendes Medium erläutert werden soll.
Bei Wärmepumpen ergibt sich nun aus der oben ange-
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zw.0 C-schon ein merkbar niedriger Wirkungsgrad erhalten wird ; dies also gerade dann, wenn für Heizzwecke eine maximale Wärmepumpe aufgebracht werden soll ; aber auch in erheblich kälterer Aussenluft sind theoretisch noch beträchtliche Wärmeenergien enthalten, so dass bei entsprechend unter dem Gefrierpunkt liegenden Temperaturen zusätzlich eine Zufuhr von Wärme erforderlich ist.
Die bisher bekannten Ausführungsformen von Wärmepumpen bzw. Aggregaten arbeiten jedoch im allgemeinen bei Aussentemperaturen unter-5 C nicht mehr wirtschaftlich.
In der US-PS Nr. 2, 474, 304 ist eine"reversibel betreibbare Wärmepumpen beschrieben, in deren Verdampfer einem hindurchströmenden Gemisch von kalter Aussenluft sowie warmer Abluft Wärme entzogen wird. Weiters ist aus der GB-PS Nr. 811, 381 eine Wärmepumpe - an sich einer andern Gattung dieser Aggregate zugehörig - mit einem ausserhalb des Gerätes befindlichen Verdampfer bekannt, in welch 1 letzterem ein Aussenluft-Strom und ein geräte-innerer Luft-Strom zum Umlauf gebracht werden und dabei im Verdampfer direkt aus der Atmosphäre Wärme entzogen wird.
Es soll nun eine Wärmepumpe der eingangs beschriebenen Bauart, welche also mit einem Verdampfer und einem Kondensator ausgerüstet ist, zwischen welchen beiden ein wärmeübertragendes Kühlmittel umläuft, derart vorteilhaft ausgestattet werden, dass der kontinuierliche Betrieb der neuen Wärmepumpe ohne zusätzliche Zufuhr von Wärme durchführbar ist und dass gegenüber den bekannten Ausführungsformen bei diesem Aggregat trotzdem ein wesentlich höherer Wirkungsgrad erreicht wird.
Nach der Erfindung wird bei solchen Wärmepumpen diese Zielsetzung in einfacher und befriedigender Weise dadurch verwirklicht, dass im, in der Wärmepumpe eingesetzten Verdampfer das wärmeübertragende Kühlmittel durch indirekten Wärmeaustausch mit dem hindurchströmenden Aussenluft-Abluft-Gemisch erhitzt wird und dass im Verdampfer Drossel-Glieder eingesetzt sind, mittels welcher ein Auslass des Verdampfers wenigstens teilweise verschliessbar ist, wodurch einerseits wenigstens durch einen Abschnitt des Verdampfers ein Teil des ersten, wärmeabgebenden Aussenluft- - Abluft-Gemisches mehrmals hindurchgeführt wird, welcher Abschnitt somit stärker erhitzt wird als der übrige Teil des Verdampfers, und anderseits die Zufuhr von kalter Aussenluft wenigstens teilweise oder auch vollständig gedrosselt wird.
Vorzugsweise wird dabei von einer ausserhalb des Verdampfers befindlichen Wärmequelle demselben zusätzlich Wärme zugeführt, und dadurch die angestrebte, intensive Erwärmung des Verdampfers noch entsprechend unterstützt.
Beide, im Verdampfer der Wärmepumpe eingesetzten Drossel-Glieder, zweckmässig als verstell-
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erforderliche Druck-Gefälle wird in bekannter Weise mittels der bei-24 sowie 25-angedeuteten Regelorgane geregelt ; in der untersten Gehäuse-Kammer --17- - mit den darin eingesetzten Ein- zel-Geräten-wird einerseits die hindurchgeführte Frischluft erhitzt und dabei werden anderseits die Einzel-Geräte gekühlt ; allenfalls kann die Zuluft von ihrem Einleiten in die zu beheizenden Räume durch zusätzliche Zuführung von Wärme, beispielsweise mittels der Heizschlange --31-, weiter erwärmt werden.
Die neue Wärmepumpe arbeitet-wie bereits erwähnt -, wenn sich das wärmeabgebende Medium auf hoher Temperatur befindet-d. h. bei geringer Temperatur-Differenz zwischen demselben und dem zu erwärmenden Medium - mit konstantem, hohem Wirkungsgrad ; bei Absinken der Temperatur des wärmeabgebenden Mediums - hier ein Gemisch von warmer Abluft und kalter Aussenluft - nimmt auch der Wirkungsgrad beträchtlich ab ; auch bei Einfrieren des Verdampfers-20-kann der Wirkungsgrad abnehmen. Durch erfindungsgemässe Ausgestaltung von Wärmepumpen wird also, insbesondere unter Voraussetzung einer entsprechend kleinen Temperatur-Differenz, eine beträchtliche Erhöhung des Wirkungsgrades bzw.
Verbesserung des Leistungswertes erreicht ; zu diesem Zweck muss wenigstens ein Teil dieses Verdampfers --20- intensiv erwärmt werden, beispielsweise mittels separater Medien oder zusätzlicher Vorrichtungen, wie Heizschlangen, Tauch-Erhitzer od. dgl. ; beim in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird durch den wärmeabgebenden Luftstrom selbst diese intensive Erwärmung bewirkt, welcher durch wenigstens einen Teil des Verdampfers --20-- - vorzugsweise durch seinen oberen Abschnitt - mehrmals mit hoher Geschwindigkeit umgewälzt wird.
Zu diesem Zweck ist im, dem betreffenden Teil des Verdampfers -20- nach geschalteten Auslass - 21- eine - allenfalls verstellbare - Prallplatte -32- eingesetzt, über welche ein Teil des wärmeabgebenden Luftstroms umgelenkt und dadurch in diesem Verdampfer-Abschnitt in der angegebenen Weise umgewälzt wird ; durch die vorgesehene Verstellung der Prall platte --32- kann der tatsächlich umzuwälzende Anteil des den Verdampfer-20-verlassenden warmen Luftstroms ent-
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werden, beispielsweise mittels der angedeuteten Drossel-Klappe-33- ;
trotz der im Verdampfer - erfolgten Warmluft-Umwälzung kann auf diese Weise durch gleichzeitige Drosselung des Ein- lasses --19- und des Auslasses-21-die durch die andern Teile der Wärmepumpe strömende Luftmenge konstant gehalten werden ; Einlass -19- und Auslass -21- können zweckmässig auch nacheinander gleichsinnig gedrosselt werden, wobei mittels geeigneter Stell-Antriebe durchaus bekannter Art die Drossel-Klappen-32 und 33-automatisch einstellbar sind.
Bei der erfindungsgemäss ausgebildeten Wärmepumpe wurde nun überraschenderweise festgestellt, dass bei in nur einem Teil des Verdampfers --20- erfolgendem schnellem Umwälzen des wärmeabgebenden Luftstroms der Wirkungsgrad des Aggregates erheblich verbessert werden kann, u. zw. auch bei zusätzlicher Zuführung von kalter Aussenluft durch den Einlass-19-. Bei extrem niedrigen Aussentemperaturen kann jedoch, wie bereits erwähnt, diese Zufuhr von Aussenluft auch vollständig abgesperrt werden, wodurch auch bei Aussentemperaturen von-20 bis-25 C der Wirkungsgrad bzw. Leistungswert im wesentlichen konstantgehalten werden kann.
Bei dem in Fig. 2 in seiner speziellen konstruktiven Ausgestaltung dargestellten Verdampfer - sind einerseits am oberen, wärmeren Abschnitt die vorgesehenen Kühlrippen --38- in grösseren Abständen voneinander angeordnet und anderseits an seinem unteren, kälteren Abschnitt die Kühlrippen-34-wesentlich dichter angesetzt. Durch diese vorteilhafte, unterschiedliche Anordnung der Kühlrippen --34 bzw. 38-wird nun im unteren Teil des Verdampfers --20-- die Wärmekapazität der wärmeabgebenden Luft voll ausgenützt ; in seiner oberen Hälfte dagegen wird durch die entsprechend geringere Anzahl von Kühlrippen-38-die gewünschte schnellere Warmluft-Umwälzung begünstigt.
Im Verdampfer --20- sind weiters zwei getrennte Rohrschlangen-35 und 36-- eingesetzt, welche je etwa in halber Höhe des Gerätes - wie durch das Verbindungsrohr -37-- angedeutet-von einer Seite zur andern wechseln ; auf der linken Seite des Verdampfers-20-, an
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gebenden Luftstrom zum Wärmeübertragungs-Medium bzw. Kühlmittel weiter wesentlich verbessert bzw. konstant gehalten. Zur vorteilhaften Ausnutzung der im oberen Abschnitt des Verdampfers - erfolgenden, besonders intensiven Warmluft-Umwälzung soll zweckmässig das unter der Bezeichnung"R 22"bekannte Kältemittel verwendet werden, welches die chemische Formel CHCIP hat.
Bei der hier beschriebenen Wärmepumpe wird sowohl als wärmeabgebendes Medium als auch als zu erwärmendes Medium Luft verwendet. Selbstverständlich können aber auch andere Typen von Wärmepumpen, beispielsweise solche zum Erwärmen von Wasser, nach der Lehre der Erfindung ausgebildet werden ; in durchaus bekannter Weise kann aber Wasser auch als wärmeabgebendes Medium eingesetzt werden. Im Rahmen des Grundprinzips der Erfindung kann ebenso auch der konstruktive Aufbau der Wärmepumpe entsprechend abgeändert werden ; so können zur Erhöhung des Wirkungsgrades zusätzlich noch weitere bekannte Massnahmen angewendet werden, beispielsweise kann die dem Einlass -23-- zugeführte Zuluft einem vorgewärmten Raum entnommen werden, etwa einem Exdraum od. dgl.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Wärmepumpe mit einem Verdampfer, in welchem einem, denselben durchströmenden Gemisch von kalter Aussenluft sowie warmer Abluft eines zu beheizenden Raumes Wärme entzogen wird, und mit einem Kondensator, in welchem einem zweiten, wärmeaufnehmenden Medium Wärme zugeführt wird, wobei zwischen Verdampfer und Kondensator ein wärmeübertragendes Kühlmittel umläuft, dadurch gekennzeichnet, dass im Verdampfer (20) das wärmeübertragende Kühlmittel durch indirekten Wärme-Austausch mit dem hindurchströmenden Aussenluft-Abluft-Gemisch erhitzt wird und dass im Verdampfer (20) Drossel-Glieder (32,33) eingesetzt sind, mittels welcher ein Auslass (39) des Verdampfers (20) wenigstens teilweise verschliessbar ist, wodurch einerseits wenigstens durch einen Abschnitt des Verdampfers ein Teil des ersten,
wärmeabgebenden Aussenluft-Abluft-Gemisches mehrmals hindurchgeführt wird-welcher Abschnitt somit stärker erhitzt wird als der übrige Teil des Verdampfers - und anderseits die Zufuhr von kalter Aussenluft wenigstens teilweise oder auch vollständig gedrosselt wird.