AT506812A4 - Wärmepumpenanlage, insbesondere sole-erdwärmepumpenanlage - Google Patents

Description

  ./8.6.08 

  
Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpenanlage, insbesondere SoleErdwärmepumpenanlage, für einen Wärmepumpenkreisprozess, bei der ein Verdichter, ein Kondensator, gegebenenfalls ein Sammler, ein Expansionsventil und ein Verdampfer zu einem Kreisprozess mit einem Wärmeträgermedium zusammengeschaltet sind, wobei der Verdampfer einen Sole-Kreislauf zur Aufnahme von Wärme aus der Umgebung, beispielsweise Erdwärme, aus Grundwasser, Brunnenwasser oder einem See, zum Verdampfen des Kältemittels aufweist. 

  
Die derzeitigen Wärmepumpen sind überwiegend elektrische KompressionsWärmepumpen, das heisst, sie nutzen den physikalischen Effekt der Verdampfungswärme. Dabei zirkuliert ein Kältemittel in einem Kreislauf, der von einem Kompressor angetrieben wird und die Aggregatzustände flüssig und gasförmig abwechselnd zur Aufnahme und Abgabe der Wärme, der Verdampfungswärme, nutzt. Dabei wird Wärme vom niedrigeren Temperaturniveau der Umgebung auf die höhere Vorlauftemperatur in der Heizanlage, beispielsweise einer Fussbodenheizung, eines Heizkörper oder einem Raumluftheizer, transportiert. Dafür muss Arbeit, nämlich für den elektrischen Antrieb des Kompressors, aufgewendet werden. 

  
Wie ja bekannt, wird das Erdreich als Wärmequelle genutzt. Dabei fungiert das Erdreich als Speicher für jene Wärmemengen, die durch Sonneneinstrahlung auf die Erdoberfläche gespeichert wurden. Diese gespeicherte Wärme wird aus dem Erdreich herausgeholt. 

  
Die Wärme kann technisch auf verschiedenste Art aus dem Erdreich geholt werden. Eine bevorzugte Form ist die Sole-Wärmepumpe. Der Wärmeentzug findet dabei über das Trägermittel Sole, das vorzugsweise eine Mischung aus Wasser und Glykol ist, statt. Die gewonnene Wärme wird in der Wärmepumpe durch einen Wärmetauscher übertragen. Bekannt sind auch Wärmepumpen, die ihr Wärmereservoir in Seen, Flüssen, Grundwasser usw. haben. 

  
Wie alle technischen Einrichtungen haben auch Wärmepumpen je nach Ausführung unterschiedliche Schwachstellen. Neben dem Problem des Wärmetransports im Erdreich bei Erdwärmepumpen ist ganz generell die Leistungsregelung bei Wärmepumpen eine Schwachstelle. Den besten Wirkungsgrad erreichen Wärmepumpen unter den Normbetriebsbedingungen, das heisst bei den Auslegungsbedingungen. Sobald die tatsächlichen Betriebsbedingungen von den Normbetriebsbedingungen abweichen, wie zum Beispiel weniger oder mehr Heizwärmebedarf sinkt der Wirkungsgrad. 

  
Es sind Wärmepumpenanlagen der eingangs zitierten Art bekannt. So ist es auch Stand der Technik, dass eine Wärmepumpe auf Grund ihrer Auslegung nur in einem bestimmten Betriebszustand die maximale Wärmeleistung bringt. Dabei ist es nachteilig, dass bei steigendem Nutzwärmebedarf aber gleichzeitig die Soletemperatur und damit auch die Sauggastemperatur sinken. Durch das Absinken der Temperatur sinkt der Dampfdruckkurve entsprechend auch der Sauggasdruck. Die Folge dieses Zustandes ist eine Leistungsabnahme zu einem Zeitpunkt in dem eigentlich mehr Leistung erforderlich ist. Abhilfe wird derzeit durch eine entsprechende Überdimensionierung der Wärmepumpenanlage erreicht. Eine Überdimensionierung ist natürlich wirtschaftlich gesehen äusserst nachteilig. 

  
Aus der WO 1997/32168 A1 ist eine Wärmepumpenanlage für einen Wärmepumpenkreisprozess, bei der ein Verdichter, ein Kondensator, ein Expansionsventil und ein Verdampfer zu einem Kreisprozess mit einem Wärmeträgermedium zusammengeschaltet sind, bekannt. Vor dem Verdichter ist ein, vorzugsweise Drehzahl geregelter, Vorverdichter zum Einstellen des Eingangsdruckes am Verdichter vorgesehen. 

  
Ferner ist aus der DE 101 59 892 A2 eine Wärmepumpenanlage für einen Wärmepumpenkreisprozess, bei der ein Verdichter, ein Kondensator, ein Expansionsventil und ein Verdampfer zu einem Kreisprozess mit einem Wärmeträgermedium zusammengeschaltet sind, bekannt. 

  
Weiters ist in der DE 101 59 892 A2 ein Verfahren für einen thermodynamischen Kreisprozess, vorzugsweise Wärmepumpenkreisprozess, beschrieben, bei dem ein Wärmeträgermedium in einem Verdichter durch Komprimieren von einem Ausgangs-Druck- und Temperaturniveau auf ein höheres Druck- und Temperaturniveau gebracht wird und Nutzwärme in einem Kondensator abgegeben wird und das abgekühlte Wärmeträgermedium anschliessend in einem Expansionsventil auf das Ausgangs-Druckniveau expandiert wird und das Wärmeträgermedium anschliessend in einem Verdampfer durch die aufgenommene Umgebungswärme auf das Ausgangs-Temperaturniveau erwärmt wird. 

  
Die oben angeführten Wärmepumpenanlagen weisen den Nachteil auf, dass die im Wärmepumpenkreisprozess vorhandenen Kondensatwärmetauscher die Wärme aus dem Kondensat des Kältemittelkreislaufes im Wärmepumpenkreislauf belassen. 

  
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Wärmepumpenanlage der eingangs zitierten Art zu schaffen, die einerseits die obigen Nachteile vermeidet und die anderseits eine bessere Leistungszahl erreicht. 

  
Die Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst. 

  
Die erfindungsgemässe Wärmepumpenanlage, insbesondere SoleErdwärmepumpenanlage, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer mindestens zwei, vom Wärmeträgermedium hintereinander durchflossene, Wärmetauscher bzw. Wärmetauscherstrecken aufweist, wobei die Wärmetauscher bzw. Wärmetauscherstrecken von einem Sole-Kreislauf-Vorlauf gespeist sind. Mit der Erfindung ist es erstmals möglich, eine entsprechende Erhöhung der Leistungszahl der Gesamtanlage zu erreichen. Bei Anordnung nur eines Wärmetauschers bzw. einer Wärmetauscherstrecke wird die Sole durch die Temperaturabnahme über die Länge der Wärmetauscherstrecke zähflüssiger. Durch die Anordnung mindestens eines zweiten Wärmetauschers bzw. einer zweiten Wärmetauscherstrecke und der Anspeisung von jedem der beiden Wärmetauscher bzw.

   Wärmetauscherstrecken mit dem Sole-Kreislauf-Vorlauf, kann ein hydraulischer Ausgleich stattfinden, so dass die gesamte Solemenge besser für die Leistung heran gezogen werden kann. 

  
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Sole-Kreislauf in den Wärmetauschern bzw. Wärmetauscherstrecken in gleicher oder gegensinniger Richtung zur Flussrichtung des Wärmetauschermediums geführt. Dadurch können konstruktionstechnische Vereinfachungen erreicht werden. 

  
Gemäss einem besonderen Merkmal der Erfindung weist der Verdampfer mindestens zwei, vom Wärmeträgermedium hintereinander durchflossene, Wärmetauscher bzw. Wärmetauscherstrecken auf, wobei in einem, als Verdampferteil betriebenen, Wärmetauscher bzw. Wärmetauscherstrecke der Sole-Kreislauf und das Wärmeträgermedium gleichsinnig und im anderen, als Überhitzerteil betriebenen, Wärmetauscher bzw. Wärmetauscherstrecke gegensinnig geführt sind und dass die Wärmetauscher bzw. Wärmetauscherstrecken von einem Sole-Kreislauf-Vorlauf gespeist sind. Durch die Anordnung von zwei Wärmetauschern bzw. Wärmetauscherstrecken wird nicht nur ein hydraulischer Ausgleich erzielt, sondern es wird auch die Temperaturdifferenz des Wärmeträgermediums zwischen dem Eintritt in den Verdampfer und dem Austritt aus dem Verdampfer vergrössert.

   Durch diese höhere Temperaturdifferenz ergibt sich ein Enthalpiegewinn, wodurch ein besserer Wirkungsgrad erzielt wird. Entsprechend der Erfindung wird der erste Wärmetauscher bzw. die Wärmetauscherstrecke als Verdampfer und der zweite Wärmetauscher bzw. die Wärmetauscherstrecke als Überhitzer betrieben. 

  
Nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist bei einer Anordnung von mehreren Wärmetauschern bzw. Wärmetauscherstrecken der Sole-Kreislauf in abwechselnder Richtung zur Flussrichtung des Wärmetauschermediums geführt. Entsprechend der Auslegung der Wärmetauscher bzw. der Wärmetauscherstrecken kann die Temperaturdifferenz optimiert werden. 

  
Gemäss einem besonderen Merkmal der Erfindung sind die Wärmetauscher bzw. Wärmetauscherstrecken mit einem zentralen Sole-Kreislauf-Vorlauf und gegebenenfalls einem zentralen Sole-Kreislauf-Rücklauf verbunden, wobei die einzelnen Wärmetauscher bzw. Wärmetauscherstrecken über parallele Abzweigungen mit dem Sole-Kreislauf-Vorlauf bzw. dem Sole-Kreislauf-Rücklauf verbunden sind. Es hat sich gezeigt, dass sich die Viskosität der Sole mit der Temperatur ändert. Je tiefer die Temperatur umso dickflüssiger wird die Sole. Durch die grosse Zähigkeit der Sole bei tiefen Temperaturen wird der Soledurchfluss verringert und die Leistung wird dadurch auch kleiner. Durch die Verbindung von den Wärmetauschern bzw.

   Wärmetauscherstrecken mit einem zentralen Sole-Kreislauf-Vorlauf wird durch die kinematische Viskosität der Sole ein Durchfluss-Ausgleich in den einzelnen Wärmetauschern bzw. Wärmetauscherstrecken erreicht. Dadurch kann eine optimale Temperaturdifferenz erzielt werden. 

  
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist im zentralen Sole-Kreislauf-Vorlauf ein Regelventil für die Regelung und/oder Steuerung der Durchflussmenge zu den einzelnen Wärmetauschern bzw. Wärmetauscherstrecken vorgesehen. Wie bereits oben kurz angesprochen, kann dadurch die Durchflussmenge der Sole durch den Verdampfer reguliert werden. 

  
Die Erfindung betrifft auch einen thermodynamischer Kreisprozess, vorzugsweise Wärmepumpenkreisprozess einer Sole-Erdwärmepumpenanlage, bei dem ein Wärmeträgermedium in einem Verdichter durch Komprimieren von einem Ausgangs- Druck- und Temperaturniveau auf ein höheres Duck- und Temperaturniveau gebracht wird und Nutzwärme in einem Kondensator abgegeben wird und das abgekühlte Wärmeträgermedium gegebenenfalls in einem Sammler aufgefangen wird und anschliessend in einem Expansionsventil auf das Ausgangs-Druckniveau expandiert wird und das Wärmeträgermedium anschliessend in einem Verdampfer durch einen, die aufgenommene Umgebungswärme führenden, Sole-Kreislauf auf das AusgangsTemperaturniveau erwärmt wird. 

  
Es ist also auch Aufgabe der Erfindung einen Wärmepumpenkreisprozess zu schaffen, mit dem eine bessere Leistungszahl erreicht wird. 

  
Auch diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst. 

  
Der erfindungsgemässe thermodynamische Kreisprozess ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung im Verdampfer mindestens über zwei Prozess-Sch ritte erfolgt und dass die Wärmetauscher bzw. Wärmetauscherstrecken von einem Sole-Kreislauf-Vorlauf gespeist werden. Dadurch ist es erstmals möglich, eine optimale Aufteilung der Sole entsprechend den Strömungswiderständen zwischen den beiden Prozess-Schritten zu erreichen, wodurch eine bessere Ausnützung des Sole-Kreislaufs gegeben ist. 

  
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Erwärmung im Verdampfer mindestens über zwei Prozess-Schritte, wobei das Wärmeträgermedium gleichsinnig oder gegensinnig zum Sole-Kreislauf geführt wird und die Wärmetauscher bzw. Wärmetauscherstrecken von einem Sole-Kreislauf-Vorlauf gespeist werden. 

  
Gemäss einem besonderen Merkmal der Erfindung erfolgt die Erwärmung im Verdampfer mindestens über zwei Prozess-Schritte, wobei in einem Verdampfungs-Prozess-Schritt das Wärmeträgermedium gleichsinnig und im weiteren Überhitzungs-Prozess-Schritt gegensinnig zum Sole-Kreislauf geführt wird und dass die Wärmetauscher bzw. Wärmetauscherstrecken von einem SoleKreislauf-Vorlauf gespeist werden. Durch diesen Verfahrensschritt ist es erstmals möglich, eine enorme Steigerung - bis etwa 25 % - der Anlagenleistung zu erreichen. Wie bereits erwähnt, wird dadurch die Temperaturdifferenz zwischen dem des Wärmeträgermedium und dem Sole-Kreislauf erhöht, wodurch ein besserer Wirkungsgrad erzielt wird. Nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung wird bei einer Anordnung von mehreren Wärmetauschern bzw.

   Wärmetauscherstrecken der Sole-Kreislauf in abwechselnder Richtung zur Flussrichtung des Wärmetauschermediums geführt. Die optimale Temperaturdifferenz kann durch die Auslegung der einzelnen Wärmetauscher bzw. Wärmetauscherstrecke erreicht werden. 

  
Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung wird der Sole-Kreislauf für die einzelnen Wärmetauscher bzw. Wämnetauscherstrecken geregelt. Die Durchflussmenge der Sole durch den Verdampfer wird dadurch reguliert. 

  
Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert. 

  
Fig. 1 zeigt eine Wärmepumpenanlage mit zwei, gleichsinnig durchflossenen, 

  
Verdampfern 

  
Fig. 2 zeigt eine Wärmepumpenanlage mit zwei, gegensinnig durchflossenen, 

  
Verdampfern 

  
Fig. 3 eine Wärmepumpenanlage mit zwei Verdampfern, wobei einer gleich- und der andere gegensinnig durchflössen sind und 

  
Fig. 4 eine Wärmepumpenanlage gemäss Fig. 3 mit einem zweistufigen 

  
Verdampfer. 

  
Gemäss der Fig. 1 ist ein Wärmepumpenkreisprozess einer Wärmepumpenanlage gezeigt, wobei ein Verdampfer 1 , ein Verdichter 2, ein Kondensator 3 und ein Expansionsventil 4 einer konventionellen Wärmepumpenanlage zu einem Kreisprozess mit einem Wärmeträgermedium oder Kältemittel zusammengeschaltet sind. 

  
Der Verdampfer 1 weist einen Sole-Kreislauf-Vorlauf 5 und einen Sole-KreislaufRücklauf 6 auf, wobei über diesen Kreislauf Wärme aus der Umgebung, beispielsweise aus der Erdwärme, dem Grundwasser, einem Brunnen oder einem See, zum Verdampfen des Wärmeträgermediums entnommen wird. Ferner ist der Verdampfer 1 über eine Sauggasleitung 7 mit dem Verdichter 2 verbunden. 
 <EMI ID=8.1> 
 

  
Der Verdichter 2 ist über eine Druckgasleitung 8 mit dem Kondensator 3 verbunden. Der Kondensator 3 weist einen Heizungskreislauf mit einem Heizungsvorlauf 9 und einem Heizungsrücklauf 10 auf, der zur Entnahme von Nutzwärme dienen kann. 

  
Der Kondensator 3 ist über eine Kondensateingangsleitung 11 , gegebenenfalls über einen Sammler 12 und einem Filter 13 und die Kondensatausgangsleitung 14 mit dem Expansionsventil 4 vor dem Verdampfer 1 verbunden. 

  
Zur besseren Steuerung bzw. Regelung des Kreisprozesses wird ein Sauggastemperaturfühler 22 angeordnet, der mit dem Expansionsventil 4 verbunden ist. 

  
Der Verdampfer 1 umfasst zwei Wärmetauscher 15, 16, wobei das Wärmeträgermedium mit einer Leitung 21 durch beide Wärmetauscher 15, 16 geführt wird. Für den Sole-Kreislauf-Vorlauf 5 ist eine zentrale Zuleitung vorgesehen, die parallele Abzweigungen 17, 18 für die beiden Wärmetauscher 15, 16 aufweist. Im zentralen Sole-Kreislauf-Vorlauf 5 ist ein Regelventil 23 für die Regelung und/oder Steuerung der Durchflussmenge zu den einzelnen Wärmetauschern 15, 16 bzw. Wärmetauscherstrecken vorgesehen 

  
Ebenso ist für den Sole-Kreislauf-Rücklauf 6 eine zentrale Leitung mit parallelen Abzweigungen 19, 20 für die beiden Wärmetauscher 15, 16 vorgesehen. 

  
Durch diese Anordnung wird in beiden Prozess-Schritten das Wärmeträgermedium gleichsinnig zum Sole-Kreislauf geführt. Wird nun der SoleKreislauf im Wärmetauscher 15 durch die Temperaturabnahme zähflüssiger, so erfolgt über den Sole-Kreislauf mit seiner Abzweigung 18 in den zweiten Wärmetauscher 16 ein hydraulischer Ausgleich. Dadurch kann der Wärmeinhalt der gesamten Sole-Kreislaufmenge besser genützt werden und der Wirkungsgrad wird verbessert. 
 <EMI ID=9.1> 
 

  
Gemäss der Fig. 2 ist im Prinzip die Wärmepumpenanlage entsprechend der Fig. 1 konzipiert, wobei wieder der Verdampfer 1 , der Verdichter 2, der Kondensator 3 und das Expansionsventil 4 zu einem Kreisprozess mit einem Wärmeträgermedium oder Kältemittel zusammengeschaltet sind. 

  
Der Verdampfer 1 umfasst zwei Wärmetauscher 15, 16, wobei das Wärmeträgermedium mit einer Leitung 21 durch beide Wärmetauscher 15, 16 geführt wird. Für den Sole-Kreislauf- Vorlauf 5 ist eine zentrale Zuleitung vorgesehen, die parallele Abzweigungen 17, 18 für die beiden Wärmetauscher 15, 16 aufweist. Die Abzweigungen 17, 18 des Sole-Kreislauf-Vorlaufes 5 sind konstruktiv derart angeordnet, dass beide Wärmetauscher 15, 16 vom SoleKreislauf gegensinnig zur Durchflussrichtung des Wärmeträgermediums durchflössen sind. Natürlich sind die Abzweigungen 19, 20 des Sole-KreislaufRücklaufs 6 entsprechend dieser Betriebsweise angeordnet. 

  
Entsprechend dieser Ausführung der Wärmepumpenanlage ist ebenfalls ein hydraulischer Ausgleich des Sole-Kreislauf-Vorlaufes 5 zu erreichen, der den Wirkungsgrad gegenüber herkömmlichen Anlagen verbessert. 

  
Gemäss der Fig. 3 ist wieder die Grundkonzeption der Wärmepumpenanlage entsprechend der Fig. 1 und Fig. 2 gezeigt, wobei der Verdampfer 1 , der Verdichter 2, der Kondensator 3 und das Expansionsventil 4 zu einem Kreisprozess mit einem Wärmeträgermedium oder Kältemittel zusammengeschaltet sind. 

  
Der Verdampfer 1 umfasst wieder zwei Wärmetauscher 15, 16, wobei das Wärmeträgermedium mit einer Leitung 21 durch beide Wärmetauscher 15, 16 geführt wird. Für den Sole-Kreislauf-Vorlauf 5 ist eine zentrale Zuleitung vorgesehen, die parallele Abzweigungen 17, 18 für die beiden Wärmetauscher 15, 16 aufweist. Die Abzweigungen 17, 18 des Sole-Kreislauf-Vorlaufes 5 sind konstruktiv derart angeordnet, dass der Wärmetauscher 15 zur Durchflussrichtung des Wärmeträgermediums gleichsinnig und der Wärmetauscher 16 vom SoleKreislauf gegensinnig zur Durchflussrichtung des Wärmeträgermediums durchflössen sind. Natürlich sind wieder die Abzweigungen 19, 20 des SoleKreislauf-Rücklaufs 6 entsprechend dieser Betriebsweise angeordnet. 

  
Durch diese Anordnung wird in einem Prozess-Schritt das Wärmeträgermedium gleichsinnig und im weiteren Prozess gegensinnig zum Sole-Kreislauf geführt. 

  
Aufgrund dieser Konzeption weist der Verdampfer 1 einen Wärmetauscher 15 als Verdampferteil und den Wärmetauscher 16 als Überhitzerteil auf, wobei das Wärmeträgermedium mit einer Leitung 21 durch beide Wärmetauscher 15,16 geführt wird 

  
Im ersten Wärmetauscher 15, im Verdampferteil, wird das Wärmeträgermedium vom gleichsinnig fliessenden Sole-Kreislauf vom flüssigen in den gasförmigen Zustand geführt. Durch die Wärmeabgabe des Sole-Kreislaufes kann die Sole aufgrund der niederen Temperatur zähflüssiger werden. Eine geringere Leistung ohne dem zweiten Wärmetauscher 16 - wäre die Folge. Durch den zweiten Wärmeträger 16, dem Überhitzerteil, der gegensinnig durchflössen wird, wird das Wärmeträgermedium weiter erhitzt. Durch die parallele Zuführung über die Abzweigung 18 des Sole-Kreislauf-Vorlaufes 5 wird auch der zweite Wärmetauscher 16 mit einer Sole gespeist, deren Eingangstemperatur der der Abzweigung 17 entspricht. 

  
Nachstehend wird in einem Zahlenbeispiel die dynamische Viskosität der Sole bei verschiedenen Temperaturen aufgezeigt: 

  
Sole Temperatur - 10[deg.]C -> dynamische Viskosität 7,33 mPa*s 

  
0[deg.]C -> 4,61 mPa<*>s 

  
Es ist also klar zu ersehen, dass die kinematische Viskosität bei niederer Temperatur grösser wird. Eine höhere Zähigkeit und eine geringere Leistung ist die Folge. Im gleichsinnig durchflossenen, als Verdampferteil betriebenen Wärmetauscher 15 wird das Wärmeträgermedium im flüssigen Zustand mit seiner Eintrittstemperatur von etwa + 25[deg.]C auf vor dem Expansionsventil 4 auf etwa - 12[deg.]C im dampfförmigen Zustand beim Austritt aus dem Wärmetauscher 15 gebracht. 

  
Im gegensinnig, als Überhitzerteil, betriebenen Wärmetauscher 16 wird das Wärmeträgermedium von den etwa - 12[deg.]C auf etwa - 2[deg.]C erhitzt. 

  
Die Temperatur des Sole-Kreislauf-Vorlaufes 5 beträgt beim Eintritt in die Wärmetauscher etwa + 2[deg.]C. Beim Austritt aus dem Wärmetauscher 15, also Abzweigung 19 etwa - 10[deg.]C und beim Austritt aus dem Wärmetauscher 16, Abzweigung 20 etwa 0[deg.]C. 

  
Entsprechend einem Zahlenbeispiel wird die Enthalpie im Wärmeträgermedium, beispielsweise 134a, gezeigt: im flüssigen Zustand mit seiner Eintrittstemperatur von etwa + 25[deg.]C hat das Wärmeträgermedium eine Enthalpie von 234,67 kJ/kg. Beim Austritt aus dem Wärmetauscher 15, bei -12[deg.]C eine dampfförmige Enthalpie von 391 ,38 kJ/kg. Beim Austritt aus dem Wärmetauscher 16, also vor dem Verdichter 2, weist das Wärmeträgermedium eine dampfförmige Enthalpie von 397,32 kJ7kg auf. Diese Differenz, aufgrund des als Überhitzer betriebenen Wärmetauschers 16, ergibt den Enthalpiegewinn von 5,94 kJ7kg. 

  
Gemäss der Fig. 4 ist eine weitere konstruktive Bauweise des Verdampfers 1 aufgezeigt. Die Grundkonzeption der Wärmepumpenanlage entspricht wieder der, die in Fig. 3 gezeigt ist. 

  
Der Verdampfer 1 ist - statt mit zwei Wärmetauschern 15, 16 - mit zwei Wärmetauscherstrecken 24, 25 ausgeführt, wobei die Wärmetauscherstrecke 24 als Verdampferteil und die Wärmetauscherstrecke 25 als Überhitzerteil betrieben wird. Das Wärmeträgermedium wird mit einer Leitung 21 durch beide Strecken geführt. Für den Sole-Kreislauf-Vorlauf 5 ist eine zentrale Zuleitung vorgesehen, die parallele Abzweigungen 17, 18 für die beiden Wärmetauscherstrecken 24, 25, dem Verdampferteil und dem Überhitzerteil aufweist. Wie bereits erwähnt, wird durch die fallende Temperatur der Sole, die Sole zähflüssiger im Verdampferteil, wodurch die Gesamtleistung der Anlage sinken würde. Durch die Anordnung des Überhitzerteiles mit der Anspeisung von nur einem Sole-Kreislauf-Vorlauf 5 erfolgt ein hydraulischer Ausgleich.

   Durch die kinematische Viskosität der Sole wird also ein Durchfluss-Ausgleich in den einzelnen Wärmetauschern 15, 16 bzw. Wärmetauscherstrecken 24, 25 erreicht, der schon zur Verbesserung des Wirkungsgrades beiträgt. Ferner wird durch die Anordnung von zwei Wärmetauschern 15, 16 bzw. Wärmetauscherstrecken 24, 25 eine optimalere Temperaturdifferenz zwischen dem Wärmeträgermedium und dem Sole-Kreislauf erzielt, das zu einem Enthalpiegewinn führt. Im dargelegten Zahlenbeispiel wird somit durch den Enthalpiegewinn eine Steigerung - bis etwa 25 % - der Anlagenleistung erreicht. 

  
Der Ordnung halber wird noch bemerkt, dass bei einer alternativen Ausführung die Anordnung von mehr als zwei Wärmetauschern bzw. Wärmetauscherstrecken vorgesehen werden kann, wobei der Sole-Kreislauf in entsprechend gewünschter Richtung zur Flussrichtung des Wärmetauschermediums geführt werden kann.

Claims (6)

../8.6.08 Patentansprüche:

1. Wärmepumpenanlage, insbesondere Sole-Erdwärmepumpenanlage, für einen Wärmepumpenkreisprozess, bei der ein Verdichter, ein Kondensator, gegebenenfalls ein Sammler, ein Expansionsventil und ein Verdampfer zu einem Kreisprozess mit einem Wärmeträgermedium zusammengeschaltet sind, wobei der Verdampfer einen Sole-Kreislauf zur Aufnahme von Wärme aus der Umgebung, beispielsweise Erdwärme, aus Grundwasser, Brunnenwasser oder einem See, zum Verdampfen des Kältemittels aufweist und der Verdampfer mindestens zwei, vom Wärmeträgermedium hintereinander durchflossene, Wärmetauscher bzw. Wärmetauscherstrecken aufweist, wobei die Wärmetauscher bzw. Wärmetauscherstrecken von einem Sole-Kreislauf-Vorlauf gespeist sind, dadurch gekennzeichnet, dass in einem, als Verdampferteil betriebenen, Wärmetauscher (15) bzw.

Wärmetauscherstrecke (24) der Sole-Kreislauf und das Wärmeträgermedium gleichsinnig und im anderen, als Überhitzerteil betriebenen, Wärmetauscher (16) bzw. Wärmetauscherstrecke (25) gegensinnig geführt sind.

1. Wärmepumpenanlage, insbesondere Sole-Erdwärmepumpenanlage, für einen Wärmepumpenkreisprozess, bei der ein Verdichter, ein Kondensator, gegebenenfalls ein Sammler, ein Expansionsventil und ein Verdampfer zu einem Kreisprozess mit einem Wärmeträgermedium zusammengeschaltet sind, wobei der Verdampfer einen Sole-Kreislauf zur Aufnahme von Wärme aus der Umgebung, beispielsweise Erdwärme, aus Grundwasser, Brunnenwasser oder einem See, zum Verdampfen des Kältemittels aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (1) mindestens zwei, vom Wärmeträgermedium hintereinander durchflossene, Wärmetauscher (15, 16) bzw. Wärmetauscherstrecken (24, 25) aufweist, wobei die Wärmetauscher (15, 16) bzw. Wärmetauscherstrecken (24, 25) von einem Sole-Kreislauf-Vorlauf (5) gespeist sind.

2. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Anordnung von mehreren Wärmetauschern (15, 16) bzw. Wärmetauscherstrecken (24, 25) der Sole-Kreislauf in abwechselnder Richtung zur Flussrichtung des Wärmetauschermediums geführt ist.

2. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sole-Kreislauf in den Wärmetauschern (15, 16) bzw. Wärmetauscherstrecken (24, 25) in gleicher oder gegensinniger Richtung zur Flussrichtung des Wärmetauschermediums geführt ist.

3. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscher (15, 16) bzw. Wärmetauscherstrecken (24, 25) mit einem zentralen Sole-Kreislauf-Vorlauf (5) und gegebenenfalls einem zentralen Sole-Kreislauf-Rücklauf (6) verbunden sind, wobei die einzelnen Wärmetauscher (15, 16) bzw. Wärmetauscherstrecken (24, 25) über parallele Abzweigungen (17, 18, 19, 20) mit dem Sole-Kreislauf-Vorlauf (5) bzw. dem Sole-Kreislauf-Rücklauf (6) verbunden sind.

NACHGEREICHT

3. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (1) mindestens zwei, vom Wärmeträgermedium hintereinander durchflossene, Wärmetauscher (15, 16) bzw. Wärmetauscherstrecken (24, 25) aufweist, wobei Tn einem, als Verdampferteil betriebenen, Wärmetauscher (15) bzw. Wärmetauscherstrecke (24) der Sole-Kreislauf und das Wärmeträgermedium gleichsinnig und im anderen, als Überhitzerteil betriebenen, Wärmetauscher (16) bzw. Wärmetauscherstrecke (25) gegensinnig geführt sindjund dass die Wärmetauscher (15, 16) bzw. Wärmetauscherstrecken (24, 25) von einem Sole-Kreislauf-Vorlauf (5) gespeist sind.

-->4. Wärmepumpenanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im zentralen Sole-Kreislauf-Vorlauf (5) ein Regelventil (23) für die Regelung und/oder Steuerung der Durchflussmenge zu den einzelnen Wärmetauschern (15, 16) bzw. Wärmetauscherstrecken (24, 25) vorgesehen ist.

-->4. Wärmepumpenanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Anordnung von mehreren Wärmetauschern (15, 16) bzw. Wärmetauscherstrecken (24, 25) der SoleKreislauf in abwechselnder Richtung zur Flussrichtung des Wärmetauschermediums geführt ist.

5. Thermodynamischer Kreisprozess, vorzugsweise Wärmepumpenkreisprozess einer Sole-Erdwärmepumpenanlage, nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, bei dem ein Wärmeträgermedium in einem Verdichter durch Komprimieren von einem Ausgangs- Druck- und Temperaturniveau auf ein höheres Duck- und Temperaturniveau gebracht wird und Nutzwärme in einem Kondensator abgegeben wird und das abgekühlte Wärmeträgermedium gegebenenfalls in einem Sammler aufgefangen wird und anschliessend in einem Expansionsventil auf das Ausgangs-Druckniveau expandiert wird und das Wärmeträgermedium anschliessend in einem Verdampfer durch einen, die aufgenommene Umgebungswärme führenden, Sole-Kreislauf auf das Ausgangs-Temperaturniveau erwärmt wirdjund die Wärmetauscher bzw.

Wärmetauscherstrecken von einem Sole-Kreislauf-Vorlauf gespeist werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung im Verdampfer (1) mindestens über zwei Prozess-Schritte erfolgt, wobei in einem Verdampfungs-Prozess-Schritt das Wärmeträgermedium gleichsinnig und im weiteren Überhitzungs-Prozess-Schritt gegensinnig zum Sole-Kreislauf geführt wird.

5. Wärmepumpenanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscher (15, 16) bzw. Wärmetauscherstrecken (24, 25) mit einem zentralen Sole-Kreislauf-Vorlauf (5) und gegebenenfalls einem zentralen Sole-Kreislauf-Rücklauf (6) verbunden sind, wobei die einzelnen Wärmetauscher (15, 16) bzw. Wärmetauscherstrecken (24, 25) über parallele Abzweigungen (17, 18, 19, 20) mit dem Sole-Kreislauf-Vorlauf (5) bzw. dem Sole-Kreislauf-Rücklauf (6) verbunden sind.

6. Wärmepumpenanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im zentralen Sole-Kreislauf-Vorlauf (5) ein Regelventil (23) für die Regelung und/oder Steuerung der Durchflussmenge zu den einzelnen Wärmetauschern (15, 16) bzw. Wärmetauscherstrecken (24, 25) vorgesehen ist.

7. Thermodynamischer Kreisprozess, vorzugsweise Wärmepumpenkreisprozess einer Sole-Erdwärmepumpenanlage, nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, bei dem ein Wärmeträgermedium in einem Verdichter durch Komprimieren von einem Ausgangs- Druck- und Temperaturniveau auf ein höheres Duck- und Temperaturniveau gebracht wird und Nutzwärme in einem Kondensator abgegeben wird und das abgekühlte Wärmeträgermedium gegebenenfalls in einem Sammler aufgefangen wird und anschliessend in einem Expansionsventil auf das Ausgangs-Druckniveau expandiert wird und das Wärmeträgermedium anschliessend in einem Verdampfer durch einen, die aufgenommene Umgebungswärme führenden, Sole-Kreislauf auf das Ausgangs-Temperaturniveau erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass * ...

. die Erwärmung im Verdampfer (1) mindestens über zwei Prozess-Schritte erfolgt und dass die Wärmetauscher (15, 16) bzw. Wämnetauscherstrecken (24, 25) von einem Sole-Kreislauf-Vorlauf (5) gespeist werden.

8. Thermodynamischer Kreisprozess nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung im Verdampfer (1) mindestens über zwei Prozess-Schritte erfolgt, wobei das Wärmeträgermedium gleichsinnig oder gegensinnig zum Sole-Kreislauf geführt wird und dass die Wärmetauscher (15, 16) bzw. Wämnetauscherstrecken (24, 25) von einem Sole-Kreislauf-Vorlauf (5) gespeist werden

9. Thermodynamischer Kreisprozess nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung im Verdampfer (1) mindestens über zwei Prozess-Schritte erfolgt, wobei in einem Verdampfungs-ProzessSchritt das Wärmeträgermedium gleichsinnig und im weiteren Überhitzungs-Prozess-Schritt gegensinnig zum Sole-Kreislauf geführt wird und dass die Wärmetauscher (15, 16) bzw. Wärmetauscherstrecken (24, 25) von einem Sole-Kreislauf-Voriauf (5) gespeist werden.

10. Thermodynamischer Kreisprozess nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Anordnung von mehreren Wärmetauschern (15, 16) bzw. Wämnetauscherstrecken (24, 25) der Sole-Kreislauf in abwechselnder Richtung zur Flussrichtung des Wärmetauschermediums geführt wird.

11.Thermodynamischer Kreisprozess nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass, dadurch gekennzeichnet, dass der Sole-Kreislauf für die einzelnen Wärmetauscher (15, 16) bzw. Wärmetauscherstrecken (24, 25) geregelt wird.

EIDLER Johann Manfred id&J ^ i^ [tau]^ <EMI ID=15.1> ../24.6.09 Neue Patentansprüche:

6. Thermodynamischer Kreisprozess nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Anordnung von mehreren Wärmetauschern (15, 16) bzw. Wärmetauscherstrecken (24, 25) der Sole-Kreislauf in abwechselnder Richtung zur Flussrichtung des Wärmetauschermediums geführt wird.

NACHGEREICHT Thermodynamischer Kreisprozess nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass, der Sole-Kreislauf für die einzelnen Wärmetauscher (15, 16) bzw. Wärmetauscherstrecken (24, 25) geregelt wird.

EIDLER Johann

HOFLEITNER Manfred

<EMI ID=18.1> ^ fok&vv^ <EMI ID=18.2>

NACHGEREICHT