DE102009024304A1

DE102009024304A1 - Wärmepumpenheizung mit Entnahmemischer

Info

Publication number: DE102009024304A1
Application number: DE102009024304A
Authority: DE
Inventors: Peter Gebhardt
Original assignee: Individual
Current assignee: Koehler Industrie Holding & Co Kg De GmbH
Priority date: 2009-06-05
Filing date: 2009-06-05
Publication date: 2010-12-09
Anticipated expiration: 2029-06-06
Also published as: WO2010139580A3; WO2010139580A2; DE102009024304B4

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 Kondensators (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 ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpenheizung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In einer Wärmepumpe, der zentralen Energiequelle der Wärmepumpenheizung, 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 entspannt 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 Kondensationsenergie, 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 abzugeben. 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 Temperaturschichtung 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 angetrieben, 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 Entnahmetemperatur deutli chen Schwankungen unterworfen. Dies ist jedoch im Hinblick auf die Steuerung der Heizungs- und Warmwasserbereitungseinrichtungen 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 ermöglicht.
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, insbesondere 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 Verbindungsleitung, 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 Warmwasserbereitungs einrichtungen (beispielsweise Heizkörper, Fußbodenheizung, Warmwasserbereiter, Durchlauferhitzer). Warme Flüssigkeit wird entnommen und durch eine Heizungseinrichtung und/oder eine Warmwasserbereitungseinrichtung 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 Verbindungsleitung 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 Speichererhitzer 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 Veränderungen 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. Warmwasserbereitungseinrichtungen 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 Heizungs- bzw. 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 Tem peratur das zu entnehmende Wasser ab. Dass die für den zweiten Kreislauf entnommene Flüssigkeit immer die vorgesehene 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. Warmwasserbereitungseinrichtungen 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 Speichererhitzers. 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 Flüssigkeitsschicht 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 Flüssigkeitsleitung 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 Mischung 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 stromaufwärts 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
1 schematisch eine Wärmepumpenheizung gemäß der Erfindung, und
2 als schematischen Teilausschnitt die Entnahmeeinrichtung im Speichererhitzer der Wärmepumpenheizung gemäß 1.
Einander entsprechende Teile und Komponenten in den Figuren sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt schematisch eine Wärmepumpenheizung 1 gemäß der Erfindung. 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 komprimiert 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 durchstömenden 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 Speicher erhitzers 7 angeordnetes Steigrohr 11 übergeht, das eine Vielzahl an Austrittsöffnungen 12 (in der Figur sind lediglich einige wenige schematisch 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 1 ist in 2 in einer teilweisen Seitenansicht (Blick von rechts in 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 2 gestrichelt) in einer ersten Flüssigkeitsschicht des Speichererhitzers 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 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 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 eingeleitet.
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 Entnahmetemperatur) 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.

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

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 Sekundärseite 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 Temperaturschichtung 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) angetrieben 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) aufweist, 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.
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.
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 (16c) in einer dritten Flüssigkeitsschicht des Speichererhitzers (7) endet, die unterhalb der ersten Flüssigkeitsschicht und der zweiten Flüssigkeitsschicht liegt.
Wärmepumpenheizung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass auch der Rücklauf des zweiten Flüssigkeitskreislaufs zusätzlich zur Entnahme über das Mischventil (14) erfolgt.
Wärmepumpenheizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwälzpumpe (10) des ersten Kreislaufs in der oberen Verbindungsleitung (8a) oder in der unteren Verbindungsleitung (8b) zwischen Kondensator (9) und Speichererhitzer (7) angeordnet ist
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 stromaufwärts zum Expansionsventil (5) durchströmt wird.