AT517021A1 - Wärmetausch-Einrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine neue Wärmetauscheinrichtung 100, wobei entweder zwei von einem aus unterschiedlichen Wärmeenergiequellen, wie Erdreich 60 oder Umgebungsluftreservoir 70, mit Wärmeenergie versorgbaren Kältemittel 9 durchströmbare Wärmetauscher bzw. Verdampfer W2/1 oder W2/2 vorgesehen sind oder aber ein Kombinations-Wärmetauscher W2K mit vom Kältemittel 9 durchströmbaren Rohren R9, welche jeweils von Rohren R6 begleitet sind, die von Erdwärme-Sole 6 durchströmbar sind, und vice versa oder welche von Umgebungsluft 7 umströmbar sind oder mit mehreren Rohr-in-Rohr-Rohren 69 mit von der Erdwärme-Sole 6 durchströmten Innenrohren R6' und dieselben vollumfänglich umringenden, vom Kältemittel 9 durchflossenen Ring-Rohren R9', welche ihrerseits von Umgebungsluft 7 umströmbar sind, angeordnet ist.

Description

Wärmetau sch-Einrichtunq

Basis der vorliegenden Erfindung bilden an sich herkömmliche Wärmepumpen, insbesondere Luft- bzw. Wasser-Wärmepumpen. Für Luft- bzw. Wasser-Wärmepumpen gibt es die verschiedensten Anwendungs- und Einsatzgebiete. Der wesentliche Grund dafür besteht darin, dass Luft/Wasser-Wärmepumpen aufgrund ihrer kältetechnischen Eigenschaften bei tiefen Temperaturen an Heizleistung verlieren, wobei aber zugleich der COP (Coefficient Of Performance) erheblich abnimmt. Aus diesem Grund kommen heutzutage die verschiedensten Kombinationen in Gebrauch.

Solche Kombinationen von Wärmepumpen können sein: Luft/Wasser-, Sole/Wasser-, Wasser/Wasser-Wärmepumpen. Die soeben genannten Kombinationen weisen verschiedene Zusatz-Aggregate zu den Wärmepumpen auf, wie insbesondere Biomassekessel, also beispielsweise Stückholzkessel, Pelletskessel oder Hackschnitzelanlagen, Öl- bzw. Gasbrennwertgeräte, Elektroheizanlagen, u. dgl. Für diese an sich durchaus unterschiedlichen Systeme existieren die unterschiedlichsten Regelungssysteme, also Systeme, welche regeln, welches Gerät jeweils in Betrieb ist oder simultan mit einem anderen Gerät aktiv ist. Nachteil solcher Kombinationen ist, dass sie immer einen erheblichen Mehraufwand erfordern, insbesondere Systeme, die einen Kaminanschluss benötigen, der sich vor allem auf die jährlichen Kosten niederschlägt.

Kombinationen von Wärmepumpen mit einem Elektroeinsatz haben den Vorteil, dass sie zwar keinen Kamin benötigen, dass jedoch der Stromverbrauch steigt, weil das Verhältnis von Heizleistung zu Strombedarf beim Einsatz von Elektroheizstäben bei 1:1 liegt. Bei einer Wärmepumpe erreicht man immer, egal in welchem Zustand die Aggregate u. dgl. sind, immer ein Verhältnis von mehr als 1:1.

Bei Kombination einer Sole/Wasser-Wärmepumpe mit einer Brauchwasserwärmepumpe erfolgt die Warmwasserbereitung ausschließlich mit der Brauchwasserwärmepumpe. Eine Sole/Wasser-Wärmepumpe deckt ausschließlich den Wärmebedarf für die Heizung ab, benötigt aber genauso eine große Grundstücksfläche für den Erdkollektor.

Der schematische Aufbau einer herkömmlichen Luft/Wasser-Wärmepumpe kann der Fig. 1 entnommen werden. Sie stellt den aktuellen Stand der Technik bei konventionellen Luft/Wasser-Wärmepumpen, COP = 2,5 bis 3,3, dar.

Der Betrieb einer konventionellen, derartigen Wärmepumpe sei im Folgenden kurz beschrieben:

Heizbetrieb: Im Heizbetrieb gelangt gasförmiges, mittels Kompressionseinrichtung komprimiertes Kältemittel über ein Prozessumkehrventil zu einem Kondensator. In diesem, der meist als Plattenwärmetauscher ausgebildet ist, wird die vom Kältemittel aufgenommene Wärmeenergie an das Wasser für die Heizung abgegeben und das Kältemittel wechselt hierbei seinen Aggregatzustand von gasförmig auf flüssig. Über einen Kältemittelsammler, einen Filtertrockner, meist mit Schauglas, gelangt das jetzt flüssige Kältemittel zu einem elektronischen Einspritzventil. Dieses Einspritzventil regelt in Abhängigkeit von der Überhitzung die jeweils einzuspritzende Kältemittelmenge in einen Lamellenwärmetauscher, in welchem das Kältemittel seinen Aggregatzustand infolge plötzlicher Expansion von flüssig auf gasförmig ändert und stark abkühlt und dadurch imstande ist, Wärmeenergie aus einer Wärmequelle zu entnehmen. Danach gelangt das nun gasförmige und niedrigen Druck aufweisende Kältemittel über das

Prozessumkehrventil zur fluid-verdichtenden Kompressionseinrichtung und der Kreislauf beginnt von vorne. Kühlbetrieb: Im Gegensatz zum Heizbetrieb wird im Kühlbetrieb das komprimierte Kältemittel über den Verdampfer geführt. Dies gewährleistet, dass entweder im Abtaubetrieb der Verdampfer eisfrei gemacht wird oder im aktiven Kühlfall die erzeugte Wärme an die Umgebung abgegeben wird.

Zum Stand der Technik ist anzumerken, dass auf dem Markt bereits Wärmepumpen mit zwei Verdampfern angeboten werden, was in der Fig. 2 der Zeichnung näher erläutert wird.

Wesentlicher Nachteil dieser Anlagen ist, dass ein großes Grundstück für den Sole/Erd-Kollektor benötigt wird. Der Sole-Verdampfer hat den eklatanten Nachteil, dass es sich hierbei um ein nur indirektes System handelt. Damit ist gemeint, dass es hier zu keiner direkten Verdampfung des Kältemittels kommt, sondern der Verdampfer in der Wärmepumpe fördert das Medium Sole, also ein Wasser-Glykol-Gemisch, zum Soleverdampfer, in welchem Verdampfer die Wärmeübertragung stattfindet. Diese Wärmeübertragung von Luft und Sole und erst anschließend von Sole auf Kältemittel ist keineswegs so effizient, wie ein direkter Übergang der Wärmeenergie von Luft auf das Kältemittel.

Im Gegensatz zu dem soeben beschriebenen konventionellen Prozess existieren, wie gefunden wurde, einige Möglichkeiten, die Leistung von Luft/Wasser-Wärmepumpe zu steigern und diese bilden die drei Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung.

Gegenstand einer ersten Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist eine neue Wärmepumpeneinrichtung mit in einem geschlossenen Kreislauf geführtem Kältemittel, wobei ein, vorzugsweise über ein Prozessumkehrventil geführtes, mit Wärme beaufschlagtes, gasförmiges Kältemittel mittels Kompression hoch verdichtet und durch eine erste Wärmetauscheinrichtung geführt wird, wo dasselbe unter Kondensation, also Überführung in eine Flüssigphase, die ihm innewohnende Wärme an ein wärmeaufnehmendes System, beispielsweise Heizsystem, abgibt, wonach das weiterhin hoch komprimiert bleibende Kältemittel in flüssiger Phase, vorzugsweise nach Durchlaufen eines Kältemittelsammler und einer Trocknungsstufe, mittels Druckentspannungseinrichtung, insbesondere -ventils, unter rapidem Abbau seines komprimierten Zustands, also Entspannung und dadurch erfolgte Abkühlung als gasförmige Phase durch eine von einer externen Wärmequelle, wie beispielsweise Boden oder Umgebungsluft, gespeiste zweite Wärmetauscheinrichtung geführt und von dort als mit Wärme beaufschlagtes gasförmiges Kältemittel wieder der Kompression zugeführt wird, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass sie an Stelle von nur einer, wie eben genannten, zweiten Wärmetausch-Einrichtung zwei unterschiedliche mit dem nach Durchtritt durch die Druckentspannungs-Einrichtung druck-entspannten, stark abgekühlten bzw. unterkühlten, in Gasphase vorliegenden Kältemittel über zwei getrennte, mit jeweils einer offen- oder schließbaren Sperreinrichtung, insbesondere Magnetventile, ausgestattete Zweigleitungen versorgbare und somit individuell einzeln zuschaltbare zweite Wärmetausch-Einrichtungen aufweist, wobei eine Wärmetausch-Einrichtung unabhängig von der anderen Wärmetausch-Einrichtung einer ersten Wärmeenergiequelle, insbesondere Boden, Grund- und/oder Oberflächenwasser, und wobei die andere einer zweiten Wärmequelle, insbesondere Umgebungsluft, jeweils Wärmeenergie zu entziehen und dieselbe jeweils individuell an das im Kreislauf geführte, dort sich im unterkühlten Zustand in Gasphase befindliche Kältemittel abzugeben vorgesehen ist, oder vice versa, wobei bevorzugter Weise entweder nur der eine Wärmetauscher oder nur der andere Wärmetauscher in Betrieb gehalten ist.

Hier besteht also die Möglichkeit, dass die Energie auf zwei Arten genutzt werden kann. Das Kältemittel wird in diesem Prozess mittels einem Lamellenwärmetauscher oder Plattenwärmetauscher verdampft - siehe hierzu Fig. 3 der Zeichnung.

Dieser neuartige Prozesskreislauf bietet also die Möglichkeit, Energie auf zwei Arten aus der Umgebung aufzunehmen.

Variante 1: Es wird die Umgebungsluft zur Energiegewinnung genutzt, indem das Kältemittel über einen Verdampfer, also z.B. über einen Lamellenwärmetauscher, verdampft wird, was so an sich Stand der Technik wäre.

Variante 2: Bei dieser Variante wird die Energie dem Erdreich und/oder Grundwasser entnommen und das Kältemittel wird über einen anderen Verdampfer, also z.B. über einen Plattenwärmetauscher, geführt und zum Verdampfen gebracht.

Die beiden Regelungskomponenten, z.B. Magnetventile, des Kältemittelkreislaufs werden regelungstechnisch so angesteuert, dass der entsprechende Verdampfer, welcher die jeweils höchste Verdampfungstemperatur erzielt, durchströmt wird. Dies bedeutet, dass die Umschalttemperatur bei einer definierten Quelleneintrittstemperatur von z.B. etwa +2 °C liegt. Dies lässt sich so bestimmen, dass die Komponenten für Luft/Wasser-Wärmepumpen bei +2 °C ausgewählt und herangezogen werden, im Gegensatz zum Einsatz der Komponenten der Sole/Wasser-Wärmepumpe, welche im Regelfall auf eine Quelleneintrittstemperatur von 0 °C ausgelegt wird.

Die zweite Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung hat eine an sich analoge Wärmetausch-Einrichtung zum Gegenstand, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass sie - an Stelle von zwei unabhängig voneinander betreibbaren unterschiedlichen Wärmetausch-Einrichtungen - als zweite Wärmetauscheinrichtung nur eine

Kombinations-Wärmetausch-Einrichtung aufweist, bei welcher innerhalb eines Hüllmantels ein mit zwei unterschiedlichen Sub-Rohrbündeln gebildetes Bündel von - von, vorzugsweise komprimierter, Umgebungsluft als zweites Wärmeträgermedium umströmten, vorzugsweise zueinander parallelen und im Abstand voneinander angeordneten Rohren angeordnet ist, wobei ein erstes Subbündel von Rohren individuell zu- und abschaltbar von dem in der Druckentspannungs-Einrichtung druckentspannten unterkühlten, in Gasphase (ge) vorliegenden Kältemittel durchströmbar ist, während das zweite Subbündel von Rohren, ebenfalls individuell zu- und abschaltbar, von einem -einer ersten Wärmeenergiequelle, insbesondere Boden-, Grund- und/oder Oberflächenwasser, Wärmeenergie entziehenden - ersten Wärmeträgermedium, insbesondere Sole, durchströmbar ist, wobei innerhalb der Kombinations- Wärmetauscheinrichtung die von den unterschiedlichen Medien Kältemittel und Wärmeträgermedium durchströmbaren Rohre so angeordnet sind, dass jedes der vom Kältemittel durchströmbaren Rohre in seinem Nahbereich von vom ersten Wärmeträgermedium durchflossenen Rohren umgeben ist und vice versa, und wobei bevorzugter Weise die vom Kältemittel durchströmten Rohre entweder von komprimierter Umgebungsluft umströmbar sind, während die vom ersten Wärmeträgermedium durchströmbaren Rohre von derselben nicht durchströmt sind oder aber diese Rohre von dem ersten Wärmeträgermedium durchströmt sind und keine Umströmung dieser Rohre erfolgt.

Die Vorteile dieser Variante liegen insbesondere darin, dass damit ein Jahresnutzungsgrad von mindestens 4 erreicht werden kann und dass durch höhere und konstante Quelleneintrittstemperaturen eine Geräuschminimierung erzielbar ist.

Bei der zweiten Ausführungsvariante wird also bloß ein Kombinationsverdampfer für das Kältemittel benötigt. Auch hier wird wiederum die Wärmeenergie entweder nur aus der Luft oder nur aus dem Erdreich gewonnen. Der Kältekreislauf dieser zweiten

Ausführungsvariante unterscheidet sich von der ersten Ausführungsvariante dadurch, dass in einem Behälter od. dgl. parallel zu den Kältemittelleitungen im Verdampfer von Erd-Wärmeenergieübertragungs-Sole durchströmbare Kupferrohre angeordnet sind. Dies ist in der Fig. 4a näher erläutert.

Gegenstand der dritten Ausführungsvariante der Erfindung ist eine Wärmetauscheinrichtung, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass sie - an Stelle von zwei unabhängig voneinander betreibbaren unterschiedlichen Wärmetausch-Einrichtungen - als zweite Wärmetauscheinrichtung nur eine Kombinations-Wärmetausch-Einrichtung aufweist, bei welcher innerhalb eines Hüllmantels ein Bündel von, vorzugsweise zueinander parallelen und im Abstand voneinander von, vorzugsweise komprimierter, Umgebungsluft als zweites Wärmeübertragungsmedium umströmten, Doppel (= Rohr in Rohr)-Rohren angeordnet ist, wobei jeweils die Innenrohre individuell zu- und abschaltbar von einem -einer ersten Wärmeenergiequelle, insbesondere Boden-, Grund- und/oder Oberflächenwasser, Wärmeenergie entziehenden - ersten Wärmeübertragungsmedium, insbesondere Sole, durchströmbar sind, während die die Innenrohre umschließenden Ringrohre, ebenfalls individuell ab- und zuschaltbar, von dem in der Druckentspannungs-Einrichtung druckentspannten, unterkühlten, in Gasphase vorliegenden Kältemittel durchströmbar sind, und wobei bevorzugter Weise entweder nur die Umströmung der die Innenrohre umschließenden Ringrohre mit Umgebungsluft erfolgt, während die Innenrohre vom Wärmeträgermedium nicht durchströmt sind oder aber nur die Innenrohre vom Wärmeträgermedium durchströmt sind, jedoch die Ringrohre von Umgebungsluft nicht umströmt sind. Diese Variante der Erfindung illustriert die Fig. 4b.

Wurden bei der vorangegangenen zweiten Variante die Kupferrohre mit dem dieselben durchströmenden Kältemittel nebeneinander und die Rohre mit der Sole jeweils zwischen ihnen angeordnet, so wendet diese dritte Methode ein Rohr-in-Rohr-System an. Dabei wird das innere Rohr mit einer Sole, z.B. Wasser-Glykol-Gemisch, durchflossen und das das innere Rohr umschließende äußere Rohr von dem Kältemittel durchströmt.

Es erfolgt also eine andere Art der Übertragung der von der Sole aufgenommenen Erdwärme von innen direkt an das entspannte, stark abgekühlte, gasförmige Kältemittel im Ringrohr und von Luftwärme von außen ebenfalls direkt auf das Kältemittel im Ringrohr.

Auch hier wird die Energie entweder nur aus der Luft oder nur aus dem Erdreich gewonnen. Vorteil zur zweiten Ausführungsvariante ist, dass bei dieser Methode das Wasser-Glykol-Gemisch direkt mit dem Kältemittel im Energietausch steht.

Durch diese drei neuen Varianten der Bauweise des Kältekreislaufs ist es ermöglicht, dass auch Grundstücke mit kleiner Verlegefläche genutzt werden können. Als Wärmeübertragungsmedium auf der Primärseite, also auf der Erdreich-gebundenen Seite, dient üblicherweise ein Wasser-Glykol-Gemisch.

Wichtig hierbei ist, dass jeweils jenes System zum Einsatz kommen kann, welches aktuell den besten COP-Wert zu liefern imstande ist. Im Gegensatz zum aktuellen Wirkungsgrad der Anlage (COP), kann man die Jahresarbeitszahl, kurz JAZ, also den Gesamtwirkungsgrad der Anlage bezogen auf ein Jahr, verbessern, indem man dafür sorgt, dass die Luft/Wasser-Wärmepumpe so wenig wie möglich abtaut. Damit ist gemeint, dass man die Regelung der Wärmepumpe so intelligent ausführt, dass das System erkennt, wann die Wärmepumpe abzutauen ist und kurz vor dem Abtauzyklus auf Sole-Betrieb umschaltet. Eine genaue Abschätzung, wie sich die JAZ im Vergleich zu konventionellen Luft/Wasser-Wärmepumpen ändert, ist aufgrund der Vielzahl an

Einflussmöglichkeiten nicht exakt möglich, jedoch ist die JAZ bei sonst gleichbleibender Hydraulik und bei gleichbleibendem Betrieb um mindestens 30 % steigerungsfähig.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung näher erläutert:

Es zeigen die Fig. 1 das Schema einer konventionellen Wärmepumpe mit nur einem Verdampfer für das entspannte Kältemittel, die Fig. 2 eine ebenfalls bekannt gewordene Wärmepumpe mit zwei Verdampfern, die mit Wärmeenergie aus unterschiedlichen Quellen betrieben werden, die Fig. 3 eine erste und die Fig. 4 jeweils mit den Fig. 4a und 4b eine zweite und eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmepumpe.

Bei der in Fig. 1 gezeigten, bekannten Wärmepumpe 100 mit im Kreislauf K geführtem, gasförmigem Kälte- bzw. Wärmeübertragungsmedium 9, das Wärme aus einer Wärmeenergie abgebenden Quelle, wie z.B. Erdwärme, aufgenommen hat, wird mittels Kompressionseinrichtung 11 hoch verdichtet, wobei das Kältemittel erhitzt und als komprimiertes Heißgas 9, gv über ein Prozessumkehrventil 12 durch eine Kondensationseinrichtung W geführt wird, in welcher das Heißgas 9, gv die von ihm aufgenommene Wärme- und die Kondensationsenergie beispielsweise an das Umlaufwasser einer Heizanlage H abgibt.

Das Kältemittel 9 verlässt den Kondensator W als hochverdichtete Flüssigkeit fv, welche durch den Sammler 30 und den Filtertrockner 31 mit Schauglas 32 der von einer Steuerungseinheit 51 kontrollierten Druck-Entspannungseinrichtung 5 (EEV) zugeführt wird, wo das hochkomprimierte, flüssige fv Kältemittel 9 spontan entspannt wird, infolge dieses Entspannens sehr stark abkühlt und in entspanntem, kaltem, gasförmigem Zustand ge in einem Verdampfer V als Wärmetauscher dem mit einem implizit Wärmeenergie, z.B. Erdwärme, aus dem Boden entnommen habenden Medium, meist Sole 6, in Kontakt kommt, selbst infolge seines Kältezustands dem genannten Medium

Sole 6 Wärme entzieht und mit dementsprechend erhöhter Temperatur den Verdampfer V verlässt und als erwärmtes, entspanntes, gasförmiges ge Kältemittel 9 über das Prozessumkehrventil 12 wieder der Kompressionseinrichtung 11 zugeführt wird, von wo aus sich der eben geschilderte Kältemittelkreislauf K wiederholt.

Bei der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsvariante der neuen Wärmetauscheinrichtung 100 gemäß Fig. 3 folgt nach dem Entspannungsventil 5 (EEV) eine sich teilende Entweder/Oder-Möglichkeit der Weiterführung des entspannten, stark abgefühlten, gasförmigen ge Kältemittels 9, wobei der Fluss desselben in jeder der beiden Leitungen jeweils mittels ebenfalls von der Steuereinrichtung 51 individuell kontrollierter Magnetventile 52, 53 ein- oder ausschaltbar ist, wobei weiters, immer, wenn das eine Ventil 52 geöffnet ist, das andere Ventil 53 geschlossen ist und vice versa.

Bei geöffnetem Magnetventil 52 gelangt das entspannte, stark abgekühlte, gasförmige ge Kältemittel 9 in den beispielsweise mit Erdwärme-Sole 6 gespeisten Platten-Wärmetauscher W2/1 und entnimmt dort der Sole 6 die von ihr aufgenommene Erdwärmeenergie.

Wenn beispielsweise die Umgebungsluft-Temperatur über 2 °C beträgt, schließt die Steuerungseinrichtung 51 das Magnetventil 52 und öffnet das andere Magnetventil 53, sodass das entspannte, stark abgekühlte, gasförmige ge Kältemittel 9 durch den von der Umgebungsluft 7 mit der ihr innewohnenden Luftwärmeenergie versorgten Lamellen-Wärmetauscher W2/2 strömt und dort Wärmeenergie aus der Umgebungsluft 7 aufnimmt.

Das mit "Solewärme" oder mit "Luftwärme" beaufschlagte, also erwärmte, weiterhin entspannte, gasförmige ge Kältemittel 9 gelangt über ein Rückschlagventil 54 und über das Prozessumkehrventil 12 zurück in die Kompressionseinrichtung 11, letztlich in gleicher Weise, wie das den Wärmetauscher W2/1 verlassende, dort mit Wärmeenergie beaufschlagte, gasförmige ge Kältemittel 9, wenn derselbe in Betrieb und der andere Wärmetauscher W2/2 nicht in Betrieb ist.

Bei der in der Fig. 4 - mit sonst gleichbleibenden Bezugszeichen - gezeigten, erfindungsgemäßen Wärmepumpe 100 ist der Vorgang vom Kompressor 11 bis zum Steuerungs-geregelten Entspannungsventil 5 (EEV) völlig analog zu dem in Fig. 1 dargestellten Vorgang.

Allerdings kommt es in der Leitung nach der Entspannungseinrichtung 5 (EEV) nicht zu einer Verzweigung der Leitung für das stark abgekühlte, entspannte, gasförmige ge Kältemittel 9, sondern dasselbe gelangt in einen Röhren-Wärmetauscher W2K und wird dort gemäß der zweiten Ausführungsvariante der Erfindung, welche die Fig. 4a erläutert, durch ein System S9 von nebeneinander angeordneten Rohren R9 geleitet.

In dem Röhren-Wärmetauscher W2K ist weiters ein eigenes, mit von der Steuerungseinheit 51 gesteuertem Ventil 61 ausgestattetes System S6 von Rohren R6 eingebaut, welche beispielsweise von einer mit Wärmeenergie aus einer Erdwärmequelle 60 beladenen Sole 6 durchströmbar sind, wobei beispielsweise jeweils jedes der vom abgekühlten Kältemittel 9 durchströmten Rohre R9 von von der Erdwärme-Sole 6 durchströmten Rohren R6 umgeben ist und vice versa.

Beide Anordnungen von Rohren R6, R9 sind beispielsweise quer zur Erstreckung der eben genannten Rohre von über ein ebenfalls von der Steuereinrichtung 51 gesteuertes Ventil 71 geführter Umgebungsluft 7 aus dem Luftreservoir 70 umströmbar, welche ihr innewohnende Wärmeenergie an das die Rohre R9 durchströmende Kältemittel 9 abgibt.

Nach Durchlaufen des Röhren-Wärmetauschers W2K gelangt das nun mit Wärmeenergie beladene, gasförmige Kältemittel 9 letztlich wieder zur Kompressionseinrichtung 11.

Die durch die Fig. 4b erläuterte dritte Ausführungsvariante der neuen Wärmetauscheinrichtung sieht nicht nebeneinander geführte Rohre R6, R9, welche von wärmeabgebender Umgebungsluft 7 umspülbar sind, vor, sondern eine Mehrzahl von Doppelmantelrohren 69, wobei jeweils im Innenrohr R6' beispielsweise die mit Erdwärmeenergie beaufschlagte Sole 6 geführt wird, während im das eben genannte Innenrohr R6' umgebenden Ringrohr R9' das entspannte, stark abgekühlte, gasförmige ge Kältemittel 9 geführt ist und dieses Ringrohr R9' bei geeigneter Quellen-Temperaturlage von der ihre Wärmeenergie abgebenden Umgebungsluft 7 umspülbar ist. Grundsätzlich wird von der Steuerungseinheit 51 dafür gesorgt, dass entweder das Ventil 61 für die Erdwärme-Sole 6 oder aber das Ventil 71 für die Zuführung von Umgebungsluft geschlossen oder geöffnet ist.

Der Grundaufbau der zweiten und dritten Ausführungsvariante einer Wärmetauscheinrichtung und ihrer Kreislaufführung des Wärmeträgermediums, also des Kältemittels 9, ist derselbe wie ihn die Fig. 1 und 3 zeigen.

Zuletzt sei ergänzend auf eine schon bekannt gewordene, also Stand der Technik darstellende Wärmetauscheinrichtung 100 mit zwei Wärmeenergiequellen gemäß Fig. 2 hingewiesen:

Sie ist im Wesentlichen analog zu der in Fig. 1 gezeigten bzw. erläuterten Wärmetauscheinrichtung 100 aufgebaut, hat aber nur einen Wärmtauscher WX, welcher ausschließlich mit Sole 6 als indirektem Wärmeenergielieferanten beliefert wird, wobei die Sole 6 entweder von z.B. einer Erdwärmequelle 60 oder aber von einem mit Umgebungsluft 7 als Wärmeenergiequelle zu betreibenden, eigenen Wärmetauscher W7 mit Wärmeenergie beaufschlagt wird.

Nachteil einer solchen Anlage ist, dass ein großes Grundstück für den Soleerdkollektor benötigt wird. Der Soleverdampfer hat den eklatanten Nachteil, dass es sich hierbei um ein nur indirektes System handelt. Damit ist gemeint, dass es hier zu keiner direkten Verdampfung kommt, sondern der Verdampfer in der Wärmepumpe das Medium Sole 6 über das Wasser-Glykol-Gemisch zum Soleverdampfer WX fördert und in diesem Verdampfer die Wärmeübertragung stattfindet. Diese Wärmeübertragung von Luft 7 auf Sole 6 und erst anschließend von Sole 6 auf Kältemittel 9 ist keineswegs so effizient wie der direkte Übergang der Wärmeenergie von Luft auf das Kältemittel.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   1. Wärmepumpeneinrichtung (100) mit in einem geschlossenen Kreislauf (K) geführtem Kältemittel (9), wobei ein, vorzugsweise über ein Prozessumkehrventil (12) geführtes, mit Wärme beaufschlagtes, gasförmiges (ge) Kältemittel (9) mittels Kompression (11) hoch verdichtet und durch eine erste Wärmetauscheinrichtung (W1) geführt wird, wo dasselbe unter Kondensation, also Überführung in eine Flüssigphase (fv), die ihm innewohnende Wärme an ein wärmeaufnehmendes System, beispielsweise Heizsystem (H), abgibt, wonach das weiterhin hoch komprimiert bleibende Kältemittel (9) in flüssiger Phase (fv), vorzugsweise nach Durchlaufen eines Kältemittelsammlers (30) und einer Trocknungsstufe (31), mittels Druckentspannungseinrichtung (5), insbesondere -ventils, unter rapidem Abbau seines komprimierten Zustands, also Entspannung und dadurch erfolgte Abkühlung als gasförmige Phase (ge) durch eine von einer externen Wärmequelle, wie beispielsweise Boden (60) oder Umgebungsluft (70), gespeiste zweite Wärmetauscheinrichtung (W2) geführt und von dort als mit Wärme beaufschlagtes gasförmiges (ge) Kältemittel wieder der Kompression zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass sie an Stelle von nur einer, wie eben genannten, zweiten Wärmetausch-Einrichtung (W2) zwei unterschiedliche - mit dem nach Durchtritt durch die Druckentspannungs-Einrichtung (5) druck-entspannten, stark abgekühlten bzw. unterkühlten, in Gasphase (ge) vorliegenden Kältemittel (9) über zwei getrennte, mit jeweils einer offen- oder schließbaren Sperreinrichtung (51, 52), insbesondere Magnetventile, ausgestattete Zweigleitungen versorgbare und somit individuell einzeln zuschaltbare zweite Wärmetausch-Einrichtungen (W2/1, W2/2) aufweist, - wobei eine Wärmetausch-Einrichtung (W2/1) unabhängig von der anderen Wärmetausch-Einrichtung (W2/2) einer ersten Wärmeenergiequelle (60), insbesondere Boden, Grund- und/oder Oberflächenwasser, und - wobei die andere (W2/2) einer zweiten Wärmequelle (70), insbesondere Umgebungsluft (7), jeweils Wärmeenergie zu entziehen und dieselbe jeweils individuell an das im Kreislauf (K) geführte, dort sich im unterkühlten Zustand in Gasphase (ge) befindliche Kältemittel (9) abzugeben vorgesehen ist, oder vice versa., wobei bevorzugter Weise entweder nur der Wärmetauscher (W2/1) oder nur der Wärmetauscher (W2/2) in Betrieb gehalten ist.
2. 2. Wärmetausch-Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie - an Stelle von zwei unabhängig voneinander betreibbaren unterschiedlichen Wärmetausch-Einrichtungen (W2/1, W2/2) - als zweite Wärmetauscheinrichtung nur eine Kombinations-Wärmetausch-Einrichtung (W2K) aufweist, bei welcher innerhalb eines Hüllmantels (20) ein mit zwei unterschiedlichen Sub-Rohrbündeln (S6, S9) gebildetes Bündel von - von, vorzugsweise komprimierter, Umgebungsluft (70) als zweites Wärmeträgermedium (7) umströmbaren, vorzugsweise zueinander parallelen und im Abstand voneinander angeordneten Rohren (R6, R9) angeordnet ist, wobei ein erstes Subbündel (S9) von Rohren (R9) von dem in der Druckentspannungs-Einrichtung (5) druckentspannten unterkühlten, in Gasphase (ge) vorliegenden Kältemittel (9) durchströmbar ist, während das zweite Subbündel (S6) von Rohren (R6), individuell zu- und abschaltbar, von einem - einer ersten Wärmeenergiequelle (60), insbesondere Boden-, Grund- und/oder Oberflächenwasser, Wärmeenergie entziehenden - ersten Wärmeträgermedium (6), insbesondere Sole, durchströmbar ist, wobei innerhalb der Kombinations-Wärmetauscheinrichtung (W2K) die von den unterschiedlichen Medien Kältemittel (9) und Wärmeträgermedium (6) durchströmbaren Rohre (R9, R6) so angeordnet sind, dass jedes der vom Kältemittel (9) durchströmbaren Rohre (R9) in seinem Nahbereich von vom ersten Wärmeträgermedium (6) durchflossenen Rohren (R6) umgeben ist und vice versa, und wobei bevorzugter Weise die vom Kältemittel durchströmten Rohre (R9) entweder von komprimierter Umgebungsluft (70) umströmbar sind, während die Rohre (R6) nicht durchströmt sind oder aber die Rohre (R6) von dem ersten Wärmeträgermedium (6) durchströmt sind, und keine Umströmung der Rohre (R9) erfolgt.
3. 3. Wärmetausch-Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie - an Stelle von zwei unabhängig voneinander betreibbaren unterschiedlichen Wärmetausch-Einrichtungen (W2/1, W2/2) - als zweite Wärmetauscheinrichtung nur eine Kombinations-Wärmetausch-Einrichtung (W2K) aufweist, bei welcher innerhalb eines Hüllmantels (20) ein Bündel von, vorzugsweise zueinander parallelen und im Abstand voneinander von, vorzugsweise komprimierter, Umgebungsluft (70) als zweites Wärmeträgermedium (7) umströmten, Doppel (= Rohr in Rohr)-Rohren angeordnet ist, wobei jeweils die Innenrohre (R6') individuell zu- und abschaltbar von einem - einer ersten Wärmeenergiequelle (60), insbesondere Boden-, Grund- und/oder Oberflächenwasser, Wärmeenergie entziehenden - ersten Wärmeträgermedium (6), insbesondere Sole, durchströmbar ist, während die die Innenrohre (R6') umschließenden Ringrohre (R9'), ebenfalls individuell zu- und abschaltbar, von dem in der Druckentspannungs-Einrichtung (5) druckentspannten, unterkühlten, in Gasphase (ge) vorliegenden Kältemittel (9) durchströmbar sind, und wobei bevorzugter Weise entweder nur die Umströmung der die Innenrohre (R61) umschließenden Ringrohre (R9') mit Umgebungsluft erfolgt, während die Innenrohre (R6') vom Wärmeträgermedium (6) nicht durchströmt sind oder aber nur die Innenrohre (R6') vom Wärmeträgermedium (6)durchströmt sind, jedoch die Ringrohre (R9') von Umgebungsluft (70) nicht umströmt sind.