AT412911B - Vorrichtung zum erwärmen eines wärmeträgers - Google Patents

Description

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   Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erwärmen eines Wärmeträgers für einen Heizkreislauf mit einer Wärmepumpe, die einen über einen Kompressor, einen Kondensator, ein Expansionsventil und einen Verdampfer führenden Kältemittelkreislauf umfasst, wobei der Verdampfer einen mit Luft als Wärmequelle beheizbaren Wärmetauscher bildet. 



   Solche Vorrichtungen werden üblicherweise zum Erwärmen von Brauchwasser sowie von Wärmeträgern eines Heizkreislaufes (üblicherweise Heizwasser) über eine oder mehrere Wärmequellen verwendet. Zur Zwischenspeicherung der Wärmeenergie werden meist Wärmespeicher eingesetzt. Als Wärmequelle zur Heizung von Räumen und zur Warmwasseraufbereitung kommen neben herkömmlichen Öl- oder Holzheizkesseln auch Wärmepumpen und Solarkollektoren in Fragen. Die bekannten Wärmepumpen werden zur Aufwärmung des Wärmeträgers im Wärmespeicher auf eine geforderte Heisswassertemperatur des Brauchwassers verwendet.

   Dies führt aber beim Einsatz von Wärmepumpen wegen des erforderlichen, vergleichsweise hohen Temperaturhubes zu niedrigen Leistungsziffern, insbesondere dann, wenn der Verdampfer einen mit Luft als Wärmequelle beheizbaren Wärmetauscher bildet und eine sehr niedrige Aussentemperatur vorherrscht. Ein weiterer Nachteil mit Luft als Verdampfungsmittel betriebener Wärmepumpen liegt darin, dass die Verdampfer im Betrieb stets vereisen, was den Wirkungsgrad der Wärmepumpen allerdings verschlechtert und ein regelmässiges Abtauen des Eises erfordert. 



   Weiters werden zur Aufheizung eines   Wärmespeichers   Solarkollektoren   verwendet,   bei denen aber immer das Problem besteht, insbesondere bei kalter Witterung, dass der Wirkungsgrad des Kollektors bei hohen geforderten Heisswassertemperaturen im Wärmespeicher abnimmt. In jedem Fall ist bei kalter Witterung mit einem schlechteren Wirkungsgrad der bekannten Vorrichtungen zu rechnen. 



   Für den Fall, dass ein Wärmeträger zum Beheizen des Wärmetauschers der Wärmepumpe nicht ausreicht, ist es bekannt (DE 31 01 138   A1),   einen Dreifachwärmetauscher als Verdampfer vorzusehen, der Wärme von einem Solarkollektor und von einem Erdkollektor an das Kältemittel abgibt. Das Vorsehen zweier Kollektoren, eines Solar- und eines Erdkollektors ist allerdings mit erhöhten Installations- und Wartungskosten verbunden. 



   Eine Wärmepumpe mit einem Solarkollektor zu betreiben ist aus der EP 887 602 A1 bekannt, wobei das Wärmemittel des Solarkollektors bei ausreichender Energiemenge zur direkten Erwärmung von Brauchwasser genutzt werden kann. Ist allerdings keine Sonnenenergie vorhanden, muss auf herkömmliche Methoden zur Brauchwassererwärmung zurückgegriffen werden. 



   Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erwärmen eines Wärmeträgers für einen Heizkreislauf mit einer Wärmepumpe der eingangs geschilderten Art mit einfachen Mitteln derart auszugestalten, dass auch bei niedrigen Temperaturen bzw. bei schlechter Witterung vorteilhafte Erwärmungsbedingungen für den Wärmeträger sichergestellt werden können. 



   Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass der Wärmetauscher des Verdampfers in an sich bekannter Weise an einen Kollektorkreis, insbesondere eines Sonnenkollektors, als zusätzlicher Wärmemittelkreislauf anschliessbar ist und durch Wärmetauscherwände voneinander getrennte Strömungskanäle einerseits für das Kältemittel der Wärmepumpe und anderseits für das Wärmemittel des zusätzlichen Wärmemittelkreislaufes aufweist, wobei der Kollektorkreis über ein Umschaltventil wahlweise an den Wärmetauscher des Verdampfers oder an einen Wärmespeicher anschliessbar ist. 



   Durch das Vorsehen des an einen zusätzlichen Wärmemittelkreislauf anschliessbaren Wärmetauschers für den Verdampfer ergibt sich eine einfache Möglichkeit, neben Luft eine zweite Wärmequelle zum Erwärmen des Wärmeträgers heranzuziehen. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass die voneinander getrennten Strömungskanäle einerseits für das Kältemittel der Wärmepumpe und anderseits für das Wärmemittel des zusätzlichen Wärmemittelkreislaufes in bzw. durch einen gemeinsamen, von Luft um- und/oder durchströmten Wärmetauscher geführt werden. 



  Das Kältemittel entzieht die benötigte Wärme somit nicht nur der Luft, sondern bei Bedarf auch zusätzlich oder nur dem Wärmemittel. Der Wärmetauscher besteht aus einem gut wärmeleitenden Material und besitzt eine möglichst grosse, von Luft umströmbare Oberfläche zum Wärmeaustausch. Bei ausreichenden Temperaturen des Wärmemittels kann das zusätzliche Wärmemittel zum Enteisen des Verdampfers verwendet werden, in dem es vorzugsweise bei abgeschalteter Wärmepumpe solange durch den Verdampfer gefördert wird, bis das Eis abgetaut ist. 

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   Das zusätzliche Wärmemittel kann seine Energie aus Fluss-, Seewasser, Abwasser, einem Erdkollektor od. dgl. beziehen. Solaranlagen können bei kalter oder schlechter Witterung oft zwar keine ausreichende Temperatur zur direkten Erwärmung eines Wärmespeichers liefern, die gewonnene Energiemenge reicht jedoch ohne weiteres dazu aus, das Kältemittel im Verdampfer zu erwärmen. So kann auf einfache Art und Weise der Wirkungsgrad der gesamten Anlage erhöht werden. 



   Dazu ist der Kollektorkreis über das Umschaltventil wahlweise an den Wärmetauscher des Verdampfers oder an den Wärmespeicher anschliessbar. Der Sonnenkollektor wird bei guter Witterung bzw. bei ausreichender Temperatur des Wärmemittels zur direkten Erwärmung des Wärmespeichers eingesetzt. Bei geringeren Temperaturen wird sein Wärmemittel nach einem Umschalten des Ventils durch den Verdampfer geleitet. 



   Zum Enteisen des Verdampfers ist die Strömungsrichtung des Kältemittels vorzugsweise umkehrbar, wodurch sich besonders vorteilhafte Verhältnisse zum Enteisen des Verdampfers ergeben, da keine zusätzlichen baulichen Einrichtungen erforderlich sind. Zum Enteisen wird die Strömungsrichtung des Kältemittels umgekehrt wodurch der Verdampfer als Kondensator arbeitet und Wärme zum Schmelzen des Eises abgibt. Die zum Enteisen des Verdampfers erforderliche Wärme wird dem Pufferspeicher entnommen, wobei der Kondensator dann kurzzeitig als Verdampfer arbeitet. 



   In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt und zwar wird eine erfindungsgemässe Vorrichtung zum Erwärmen eines Wärmeträgers für einen Heizkreislauf mit einer Wärmepumpe in einem schematischen Blockschaltbild gezeigt. 



   Gemäss dem dargestellten Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Erwärmen eines Wärmeträgers ist der Wärmeträger in einem Wärmespeicher 1 zwischengespeichert. Zum Erwärmen des Wärmeträgers ist einerseits eine Wärmepumpe 2 und anderseits ein Sonnenkollektorkreis 3, als zusätzlicher Wärmemittelkreislauf vorgesehen. Die Wärmepumpe 2 umfasst einen über einen Kompressor 4, einen Kondensator 5, ein Expanisonsventil 6 und einen Verdampfer 7 führenden Kältemittelkreislauf. Der Verdampfer 7 bildet einen mit Luft als Wärmequelle beheizbaren Wärmetauscher 8, wobei die Luft, meist Aussenluft, Abluft aus dem Gebäude oder von einer konventionellen Heizung, von einem Ventilator 9 durch oder um den Wärmetauscher 8 bzw. den Verdampfer 7 gefördert wird. Der Wärmetauscher 8 des Verdampfers 7 ist an den Wärmemittelkreislauf 3 eines Sonnenkollektors 10 angeschlossen.

   Der Sonnenkollektor 10 ist über ein Umschaltventil 11 wahlweise an den Wärmetauscher 8 des Verdampfers oder direkt an den Wärmespeicher 1 anschliessbar. Zum Umwälzen des Wärmemittels des zusätzlichen Wärmemittelkreislaufes 3 ist eine Pumpe 12 vorgesehen, die das Wärmemittel wahlweise über den Wärmespeicher 1 oder über den Wärmetauscher 8 fördert. Der Wärmetauscher 8 weist durch Wärmetauscherwände von einander getrennte Strömungskanäle einerseits für das Kältemittel der Wärmepumpe 2 und anderseits für das Wärmemittel des zusätzlichen Wärmemittelkreislaufes 3 auf. Der Kondensator 5 der Wärmepumpe 2 fördert die gewonnene Wärme mittels eines von einer weiteren Pumpe 13 umgewälzten Wärmemediums über einen Wärmetauscher 16 in den Wärmespeicher 1. Der Kondensator 5 könnte aber auch direkt im Wärmespeicher angeordnet sein.

   Die Entnahme und Rückfuhr des Wärmeträgers aus bzw. in den Wärmespeicher 1 erfolgt über nur angedeutete Leitungen 14, 15. 



   Ist die Wärmemitteltemperatur im Wärmemittelkreislauf 3 hoch genug, um den Wärmespeicher 1 direkt aufzuheizen, wird das Wärmemittel von der Pumpe 12 direkt über das Umschaltventil 11 einem im Wärmespeicher 1 angeordneten Wärmetauscher 17 zugeführt, an dem es seine Wärme an den Wärmeträger abgibt. Reicht die Temperatur am Ausgang des Kollektors 10 nicht dazu aus den Wärmeträger direkt zu erwärmen, so wird das Wärmemittel über den Wärmetauscher 8 geführt, wo es Wärme an das Kältemittel abgibt. Je nach Bedarf kann die Wärmepumpe 2 somit nur mit Sonnenenergie, nur mit Luft oder kombiniert betrieben werden. 

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Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE : 1. Vorrichtung zum Erwärmen eines Wärmeträgers für einen Heizkreislauf mit einer Wärme- pumpe (2), die einen über einen Kompressor (4), einen Kondensator (5), ein Expansions- ventil (6) und einen Verdampfer (7) führenden Kältemittelkreislauf umfasst, wobei der <Desc/Clms Page number 3> Verdampfer (7) einen mit Luft als Wärmequelle beheizbaren Wärmetauscher (8) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (8) des Verdampfers (7) in an sich bekannter Weise an einen Kollektorkreis, insbesondere eines Sonnenkollektors (10), als zusätzlicher Wärmemittelkreislauf (3) anschliessbar ist und durch Wärmetauscherwände voneinander getrennte Strömungskanäle einerseits für das Kältemittel der Wärmepumpe (2) und anderseits für das Wärmemittel des zusätzlichen Wärmemittelkreislaufes (3) auf- weist,

   wobei der Kollektorkreis über ein Umschaltventil (11) wahlweise an den Wärmetau- scher (8) des Verdampfers (7) oder an einen Wärmespeicher (1) anschliessbar ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsrichtung des Kältemittels zum Enteisen des Verdampfers (7) umkehrbar ist.