DE102011109882B4

DE102011109882B4 - Anordnung zum Gewinnen von Wärmeenergie und Verfahren zum Betreiben einer solchen Anordnung

Info

Publication number: DE102011109882B4
Application number: DE102011109882.1A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-08-10
Filing date: 2011-08-10
Publication date: 2015-09-10
Anticipated expiration: 2031-08-11
Also published as: DE102011109882A1

Abstract

Bei einer Anordnung zur Wärmegewinnung mittels einer Wärmepumpe und einem Absorber, der mit Wasser berieselt wird und beim Wärmeentzug durch die Wärmepumpe vereisen kann und zum Lösen des Eises periodisch kurzzeitig erwärmt wird, ist der Absorber ausserhalb der Wärmepumpe angeordnet und steht mit dem Absorber der Wärmepumpe über eine wärmeübertragende Flüssigkeit in Wärmeverbindung. Zum Abtauen des Eises wird diese Verbindung mittels Umschaltventile aufgetrennt und über die wärmeabgebende Seite der Wärmepumpe vorzugsweise mittels eines Wärmetauschers wieder geschlossen. Dadurch kann eine handelsübliche Wärmepumpe verwendet und eher in größerer Entfernung vom berieselten Absorber aufgestellt werden.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Anordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Eine derartige Anordnung ist bekannt aus der DE 44 05 991 C1 . Dabei bildet der Absorber, der mit dem Wasser im ersten Behälter in Wärmekontakt steht, einen Teil der Wärmepumpe, nämlich den wärmeaufnehmenden Teil der Wärmepumpe, und wird vom Kältemittel der Wärmepumpe durchflossen. Zum Abtauen des Eises kann die Zirkulationsrichtumg des Kältemittels in der Wärmepumpe umgeschaltet werden, so dass der Absorber kurzzeitig vom komprimierten und damit erwärmten Kältemittel durchflossen und damit erwärmt wird. Der Absorber muss daher für den Ausgangsdruck des Kompressors der Wärmepumpe ausgelegt sein und nahe bei der Wärmepumpe angeordnet sein, um größere Energieverluste während der Erwärmungsphase des Absorbers zu vermeiden.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Einschränkungen für den Absorber zu vermeiden und eine einfachere Ausführung des Absorbers zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des PA angegebenen Maßnahmen gelöst. Dadurch, dass der Absorber, der dem Wasser des Behälters Wärme entzieht, nur von dem wärmeübertragenden Medium durchflossen wird, ist er nur einem geringen Druck ausgesetzt und kann auch leichter in etwas größerer Entfernung von der Wärmepumpe angeordnet sein, da das wärmeübertragende Medium eine wesentlich geringere Temperatur hat als das Kältemittel der Wärmepumpe hinter dem Kompressor. Das Umschaltelement kann einfach als Ventil ausgebildet sein. Der mit der wärmeabgebenden Seite der Wärmepumpe gekoppelte Wärmetauscher kann von dem von der Wärmepumpe abgegebenen erwärmten Wasser durchflossen werden oder auch in einem dieses erwärmte Wasser aufnehmenden Zwischenspeicher angeordnet sein. Im einfachsten Fall, wenn der Zwischenspeicher nur dazu dient, Wärmetauscher für Heizwasser und Brauchwasser aufzunehmen, kann das dem Zwischenspeicher zugeführte wärmeübertragende Medium direkt dem Umschaltelement zugeführt und die zum kurzzeitigen Erwärmen des Absorbers notwendige Energie dem Zwischenspeicher entnommen werden.
Es ist grundsätzlich bekannt, beim Einsatz von Wärmepumpen dem Absorberteil der Wärmepumpe die beispielsweise aus dem Erdreich oder dem Grundwasser gewonnene Wärmeenergie über ein wärmeübertragendes Medium, insbesondere eine Sole oder Glykolgemisch, zuzuführen. Dabei wird jedoch kein Absorber verwendet, an dem auch im normalen Betrieb Eis entstehen kann, und die zum kurzzeitigen Erwärmen des Absorbers entstehenden Probleme treten dabei nicht auf.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Darin ist schematisch eine Wärmepumpe 9 mit einem wärmeaufnehmende Teil 11, allgemein als Verdampfer der Wärmepumpe bezeichnet, einem Kompressor 12 und einem wärmeabgebende Teil 13, allgemein auch als Kondensator bezeichnet, sowie Umwälzpumpen 10 für Wärmeenergie zuführende bzw. abführende Flüssigkeiten. Die Wärmeenergie zuführende Flüssigkeit wird über eine Leitung 14 von dem externen Absorber 3 der Wärmepumpe zugeführt und abgekühlt und mittels der Pumpe 10 über die Leitung 15 und die Umschaltventile 4 wieder zum Absorber 3 zurückgeleitet.
Die Wärmeenergie, die die Wärmepumpe 9 aus der Abkühlung der über die Leitung 14 zugführten Flüssigkeit gewinnt, wird über das Teil 13 auf eine Flüssigkeit in der Leitung 7 übertragen, die zu einem nicht dargestellten Zwischenspeicher führt und dort über Wärmetauscher insbesondere Heizwasser und Brauchwasser erwärmt und durch die Pumpe 10 zurückgeführt wird.
Der Absorber wird durch eine Pumpe 1 über Ventile 2 mit Wasser aus einem nicht dargestellten Behälter berieselt, wodurch die über die Leitung 15 zurückgeleitete Flüssigkeit erwärmt wird. Die Flüssigkeit in der Leitung 15 wird in der Wärmepumpe so stark abgekühlt, dass deren Temperatur zumindest bei bestimmten Betriebszuständen unter 0 Grad sinkt, so dass für die Flüssigkeit üblicherweise eine Sole oder Glykolgemisch verwendet wird und der Absorber 3 auf der Oberfläche Eis bildet.
Da Eis ein schlechter Wärmeleiter ist, muss es regelmäßig von Absorber 3 abgelöst werden. Dazu muss der Absorber kurzzeitig erwärmt werden. Dies geschieht dadurch, dass die Umschaltventile 4 umgeschaltet werden und die Leitung 15 mit einer Leitung 16 verbinden. Die Leitung 16 führt zu einem Wärmetauscher 6, der der Flüssigkeit darin Wärme zuführt, die über eine Leitung 17 und über nun geöffnete Ventile 5 dem Absorber 3 zugeführt wird. Das am Absorber 3 gebildete Eis wird nun abgelöst und fällt zum Beispiel in den nicht dargestellten Behälter, aus dem über die Pumpe 1 und die Ventile 2 der Absorber 3 berieselt wird, oder das Eis fällt in Freie, wenn das Berieselungswasser etwa durch Regenwasser aufgefüllt wird. Die Ventile 2 müssen während dieser Erwärmungsphase geschlossen werden, oder die Pumpe 1 wird während dieser Phase abgeschaltet, wobei dann die Ventile 2 entfallen können. Über die Ventile 2 ist es auch möglich das Eis an den Absorbern 3 einzeln zeitversetzt abzulösen.
Auf diese Weise kann für die Wärmepumpe eine handelsübliche Wärmepumpe verwendet werden, wie sie auch für die Wärmegewinnung aus der Luft oder aus Erdwärme eingesetzt wird, und der Absorber kann in größerer Entfernung von der Wärmepumpe 9 angeordnet sein, da in den Leitungen 14 und 15 zwischen Absorber 3 und Wärmepumpe kein Kältemittel fließt.

Claims

Anordnung zum Gewinnen von Wärmeenergie mit einer Wärmepumpe (9), die mit mehreren Absorbern (3) gekoppelt ist, wobei • die Absorber (3) über eine Pumpe (1) und jeweils ein Ventil (2) mit Wasser aus einem Behälter berieselbar sind und • die Absorber (3) außerhalb des Behälters angeordnet sind, • die Wärmepumpe (9) einen Wärme aufnehmenden Teil (11), welcher von einer Wärmeenergie zuführenden Flüssigkeit durchströmt wird, • einen Kompressor (12) und einen Wärme abgebenden Teil (13), welcher von einer Wärmeenergie abführenden Flüssigkeit durchströmt wird, aufweist, wobei die Anordnung weiter umfasst: • eine Leitung (14) zum Zuführen der Wärmeenergie zuführenden Flüssigkeit von den Absorber (3) zum Wärme aufnehmenden Teil (11) der Wärmepumpe (9), • eine Leitung (15) zum Zurückführen der Wärmeenergie zuführenden Flüssigkeit vom Wärme aufnehmenden Teil (11) der Wärmepumpe (9) zu den Absorber (3) mittels einer ersten Umwälzpumpe (10), • eine Leitung (7) zum Zuführen einer Wärmeenergie abführenden Flüssigkeit vom Wärme abgebenden Teil (13) der Wärmepumpe (9) zu einem Zwischenspeicher, • eine Leitung (8) zum Zurückführen der Wärmeenergie abführenden Flüssigkeit aus dem Zwischenspeicher zum Wärme abgebenden Teil (13) der Wärmepumpe (9) mittels einer zweiten Umwälzpumpe (10), • einen in der Leitung (7) zum Zuführen der Wärmeenergie abführenden Flüssigkeit zum Zwischenspeicher angeordneten Wärmetauscher (6) zum Übertragen von Wärme von der Wärmeenergie abführenden Flüssigkeit auf die Wärmeenergie zuführende Flüssigkeit, • eine Leitung (16) zum Zuführen der Wärmeenergie zuführenden Flüssigkeit zum Wärmetauscher (6), in welchem diese von der Wärmeenergie abführenden Flüssigkeit erwärmbar ist, • eine Leitung (17) zum Zuführen der erwärmten, Wärmeenergie zuführenden Flüssigkeit vom Wärmetauscher (6) über jeweils ein Ventil (5) zu den Absorbern (3) und • jeweils ein Umschaltventil (4) zum wahlweisen Verbinden der Leitung (15) zum Zurückführen der Wärmeenergie zuführenden Flüssigkeit vom Wärme aufnehmenden Teils (11) der Wärmepumpe (9) mit dem jeweiligen Absorber (3) oder mit der Leitung (16) zum Zuführen der Wärmeenergie zuführenden Flüssigkeit zum Wärmetauscher (6).
Verfahren zum Betreiben einer Anordnung zum Gewinnen von Wärmeenergie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorber (3) einzeln und zeitversetzt aus einem Betriebsmodus zur Gewinnung von Wärmeenergie in einen Erwärmungsmodus zum Zwecke des Ablösens von Eis, welches sich beim Berieseln der Absorber (3) bei bestimmten Betriebszuständen auf deren Oberfläche bilden kann, wechseln kann, wobei die jeweiligen Absorber (3) in einem Betriebsmodus zur Gewinnung von Wärmeenergie • aus einem Behälter mittels einer Pumpe (1) und jeweils über ein geöffnetes Ventil (2) mit Wasser berieselt werden, wobei die Wärmeenergie abgebende Flüssigkeit im jeweiligen Absorber (3) erwärmt wird, • die erwärmte, Wärmeenergie abgebende Flüssigkeit über die Leitung (14) zum Zuführen der Wärmeenergie zuführenden Flüssigkeit von den Absorber (3) zum Wärme aufnehmenden Teil (11) der Wärmepumpe (9) der Wärmepumpe zugeführt wird und in dieser abgekühlt wird, • die Wärmeenergie abgebende Flüssigkeit über die Leitung (15) zum Zurückführen der Wärmeenergie zuführenden Flüssigkeit vom Wärme aufnehmenden Teil (11) der Wärmepumpe (9) zu den Absorber (3) mittels der ersten Umwälzpumpe (10) zum jeweiligen Absorber (3) zurückgeleitet wird, wobei das jeweilige Umschaltventil (4) derart geschaltet wird, dass die Leitung (15) zum Zurückführen der Wärmeenergie zuführenden Flüssigkeit vom Wärme aufnehmenden Teil (11) der Wärmepumpe (9) zu den Absorber (3) mit dem jeweiligen Absorber (3) verbunden wird, wobei das jeweilige Ventil (5) in der Leitung (17) zum Zuführen der erwärmten, Wärmeenergie zuführenden Flüssigkeit vom Wärmetauscher (6) geschlossen wird; die jeweiligen Absorber (3) in einem Erwärmungsmodus kurzzeitig erwärmt erden, indem • das jeweilige Umschaltventil (4) derart umgeschaltet wird, dass die Leitung (15) zum Zurückführen der Wärmeenergie zuführenden Flüssigkeit vom Wärme aufnehmenden Teils (11) der Wärmepumpe (9) mit der Leitung (16) zum Zuführen der Wärmeenergie zuführenden Flüssigkeit zum Wärmetauscher (6) verbunden wird, wobei das jeweilige Ventil (5) in der Leitung (17) zum Zuführen der erwärmten, Wärmeenergie zuführenden Flüssigkeit vom Wärmetauscher (6) geöffnet wird, • die Berieselung des jeweiligen Absorbers (3) unterbrochen wird, indem die Pumpe (1) abgeschaltet oder das jeweilige Ventil (2) geschlossen wird, • das abgelöste Eis vom jeweiligen Absorber (3) in den Behälter fällt oder, wenn das Berieselungswasser Regenwasser ist, das Eis ins Freie fällt.