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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Temperieren eines Innenraums.
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Bekannt ist es, Innenräume durch separat verbaute Heizungen und Klimaanlagen zu temperieren. Handelt es sich insbesondere um bewegte Innenräume, wie sie z. B. durch Wohnmobile, Wohnwagen oder Boote gegeben sind, so ist zu beachten, dass nur ein begrenzter Bauraum gegeben und auf ein möglichst geringes Gewicht der verwendeten Geräte zu achten ist.
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Die Kombination von unterschiedlichen Geräten wird bereits im Stand der Technik diskutiert. So ist beispielweise aus der
DE 20 2004 003 914 U1 bekannt, dass eine Warmluftheizung über ein Fluid auch zum Betreiben einer Warmwasserheizung Verwendung findet. Aus der
DE 23 50 508 A1 ist bekannt, ein Heizgerät und eine Kältemaschine in einem gemeinsamen Leitungssystem zu integrieren.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Anordnung zur Temperierung eines Innenraums vorzuschlagen, die eine möglichst vorteilhafte Alternative zum Stand der Technik darstellt.
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Die Erfindung löst die Aufgabe durch eine Anordnung zum Temperieren eines Innenraums, mit einem Grundgerät und einer räumlich vom Grundgerät abgesetzten Klimaanlage, wobei das Grundgerät eine Wärmequelle und einen Grundgerät-Wärmetauscher aufweist, wobei der Grundgerät-Wärmetauscher dazu dient, eine von der Wärmequelle erzeugte thermische Energie auf eine Überträgerkomponente zu übertragen, wobei der Klimaanlage ein Klimaanlage-Wärmetauscher zugeordnet ist, wobei der Klimaanlage-Wärmetauscher eine thermische Energie der Überträgerkomponente auf Luft überträgt, und wobei die Klimaanlage die Luft, auf die der Klimaanlage-Wärmetauscher die thermische Energie der Überträgerkomponente überträgt, in den Innenraum einbringt.
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Die Anordnung verfügt über eine Wärmequelle und zwei Wärmetauscher. Die Wärmetauscher übertragen die thermische Energie der Wärmequelle auf eine Überträgerkomponente und von der Überträgerkomponente auf Luft, die über die Klimaanlage in den zu temperierenden Innenraum eingebracht wird. Somit ergibt sich über die Klimaanlage eine Raum-Heizung für den Innenraum. Dies erlaubt es, Komponenten der Klimaanlage - z. B. Gehäuse, Luftführung, Gebläse, Temperaturregelung, Temperaturfühler usw. - auch für die Raumheizung zu verwenden. Somit reduzieren sich die Kosten, aber auch der Raumbedarf und das Gewicht der Anordnung.
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Umgekehrt ergeben sich auch Vorteile für das Funktionieren der Klimaanlage. Somit kann beispielweise elektrisch sehr energieeffizient über den Reverse Cycle / Wärmepumpenfunktion der Klimaanlage geheizt werden. Dies hat im Stand der Technik den Nachteil, dass in bestimmten Temperaturbereichen der Wärmetauscher der Klimaanlage vereist, wodurch der Wärmepumpeneffekt zum Erliegen kommt. Über ein Zuheizen bei geringer Leistung mit dem Grundgerät kann das Vereisen verhindert werden. Damit ergibt sich der Vorteil eines effizienten Wärmepumpenbetriebs auch außerhalb des „normalen“ Betriebsfensters.
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Durch die Trennung in ein Grundgerät und die Klimaanlage ergibt sich zudem der Vorteil, dass der zur Verfügung stehende Raum optimal ausgenutzt werden kann, indem das Grundgerät und die Klimaanlage optimal positioniert werden können.
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Eine Ausgestaltung besteht darin, dass die Anordnung ferner eine Warmwasservorrichtung zum Erwärmen von Wasser aufweist.
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In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die von der Wärmequelle erzeugte thermische Energie dem Erwärmen von Wasser durch die Warmwasservorrichtung dient. Das Grundgerät liefert somit die thermische Energie für eine Vorrichtung zum Erwärmen von Wasser und für eine Raum-Heizung, die sich aus der Anbindung des Grundgeräts an die Klimaanlage ergibt. Die Warmwasservorrichtung ist beispielsweise als Boiler oder als Durchlauferhitzers ausgeführt und erzeugt beispielsweise Wasser für den Sanitärbereich.
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Die Warmwasservorrichtung kann räumlich vom Grundgerät abgesetzt, also separat dazu sein. Alternativ ist die Warmwasservorrichtung in dem Grundgerät integriert.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Klimaanlage thermische Energie auf die Überträgerkomponente überträgt. In dieser Ausgestaltung dient die Klimaanlage als Wärmequelle. Dies geschieht in einer Ausgestaltung über die Ausnutzung des Reverse Cycle der Klimaanlage, sodass die thermische Energie insbesondere auf elektrischem Weg erzeugt wird. Es wird also die Überträgerkomponente elektrisch durch die Klimaanlage erhitzt.
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In einer Ausgestaltung überträgt die Klimaanlage die - vorzugsweise elektrisch erzeugte - thermische Energie über den Klimaanlage-Wärmetauscher auf die Überträgerkomponente. Alternativ ist ein zusätzlicher Wärmetauscher vorgesehen, der die thermische Energie der Klimaanlage auf die Überträgerkomponente überträgt.
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In einer Ausgestaltung dient die von der Klimaanlage auf die Überträgerkomponente übertragene thermische Energie dem Erwärmen von Wasser durch die Warmwasservorrichtung. Die Warmwasservorrichtung erhält somit thermische Energie je nach Ausgestaltung von der Wärmequelle des Grundgeräts und/oder von der Klimaanlage. Die Warmwasservorrichtung ist dabei in einer Ausgestaltung in der Art eines Boilers ausgeführt und befindet sich in einer Ausgestaltung weiterhin in dem Grundgerät als Teil des Grundgeräts.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Anordnung ferner einen räumlich vom Grundgerät abgesetzten Zusatzwärmetauscher aufweist, und dass der Zusatzwärmetauscher dazu dient, eine thermische Energie der Überträgerkomponente auf ein weiteres Medium zu übertragen. Der Zusatzwärmetauscher gehört in einer Ausgestaltung beispielweise zu einer weiteren Raumheizung. In einer alternativen Ausgestaltung dient der Zusatzwärmetauscher der Erwärmung z. B. von Brauchwasser.
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Eine Ausgestaltung besteht darin, dass der Klimaanlage-Wärmetauscher und der Zusatzwärmetauscher über eine Innenzirkulation thermisch miteinander gekoppelt sind. Die Innenzirkulation ist eine thermische Verbindung zwischen zwei Wärmetauschern und ist ergänzend zu einer Zirkulation, wie sie in einer Ausgestaltung beispielsweise in Verbindung mit der Überträgerkomponente gegeben ist.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Wärmequelle als Brenner zum Verbrennen von gasförmigen oder in einen gasförmigen Zustand versetzten Brennstoffen und/oder als elektrische Heizquelle ausgestaltet ist. Die Wärmequelle ist somit in einer Ausgestaltung mit einem Brenner zum Verbrennen von Brennstoffen ausgestaltet. Alternativ oder ergänzend wird die thermische Energie durch elektrischen Strom erzeugt.
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Eine Ausgestaltung besteht darin, dass die Überträgerkomponente in einer Leitung zwischen dem Grundgerät-Wärmetauscher und dem Klimaanlage-Wärmetauscher geführt ist, und dass die Leitung einen Wärmeaustausch zwischen der Überträgerkomponente und einer Umgebung der Leitung erlaubt. Die - beispielsweise gewendelt ausgeführte - Leitung für die Überträgerkomponente selbst ist somit in dieser Ausgestaltung wärmeabstrahlend oder wärmeabführend ausgeführt. Beispielsweise handelt es sich um einen Konvektor oder um einen Strahlungswärmetauscher. Die Leitung ist in einer beispielhaften Ausgestaltung ein Teil einer Fußbodenheizung. Alternativ oder ergänzend ist die Leitung durch Wände oder Möbel usw. geführt. Dadurch werden die jeweils über die Leitung mittelbar durchströmten Flächen oder Volumen erwärmt und geben die Wärme in den zu beheizenden Raum ab.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Überträgerkomponente eine Flüssigkeit ist. Die Überträgerkomponente oder Überträgerflüssigkeit wird dabei je nach Ausgestaltung in Leitungen mit oder ohne Wärmeübertragung geführt.
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Eine Ausgestaltung besteht darin, dass die als Flüssigkeit ausgestaltete Überträgerkomponente zwischen dem Grundgerät-Wärmetauscher und der Klimaanlage zirkuliert. Für die Überträgerkomponente, die in dieser Ausgestaltung auch als Überträgermedium oder Überträgerflüssigkeit bezeichnet werden kann, besteht hier somit ein geschlossener Kreislauf, in dem das Überträgermedium die thermische Energie transportiert.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Überträgerkomponente ein Wasser-Glykol-Gemisch ist.
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Eine Ausgestaltung besteht darin, dass die Überträgerkomponente eine Heatpipe ist. Eine Heatpipe erlaubt passiv eine sehr schnelle Wärmeübertragung.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Klimaanlage zum Kühlen des Innenraums und/oder zum Reduzieren einer Luftfeuchtigkeit des Innenraums ausgestaltet ist. Die Klimaanlage erfüllt somit die üblichen Aufgaben eines solchen Geräts.
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Eine Ausgestaltung besteht darin, dass der Klimaanlage-Wärmetauscher in der Klimaanlage integriert ist. Dies ermöglicht einen kompakten Aufbau, der sich auf wenige Einheiten beschränkt.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Klimaanlage-Wärmetauscher und die Klimaanlage räumlich abgesetzt voneinander sind, und dass eine Luftleitungsverbindung zwischen dem Klimaanlage-Wärmetauscher und der Klimaanlage besteht. In dieser Ausgestaltung lassen sich kleinere Komponenten erzeugen, die ggf. auch im Innenraum an unterschiedlichen Orten platziert werden.
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Eine Ausgestaltung besteht darin, dass die Klimaanlage ferner ein Gebläse aufweist, und dass das Gebläse dazu dient, die Luft, auf die die thermische Energie der Überträgerkomponente übertragen worden ist, in den Innenraum zu transportieren. Ein Gebläse der Klimaanlage transportiert somit die erwärmte Luft in den Innenraum. In einer Ausgestaltung ist das vorgenannte Gebläse auch dasjenige Gebläse, welches dafür dient, die gekühlte Klimaanlagenluft in den Innenraum zu transportieren. Das Gebläse kann zum Regulieren der Heizleistung bzw. der Kühlleistung über eine - gestufte oder alternativ stufenlos variabel - einstellbare Drehzahl bzw. einstellbare Gebläseleistung verfügen. Die Einstellbarkeit ermöglicht es, insbesondere im Fall eines geringen Leistungsbedarfs die Erzeugung von Geräuschen oder von Zugluft zu reduzieren.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Innenraum ein beweglicher Innenraum ist, und dass die Anordnung zur Verwendung in einem Wohnwagen, einem Wohnmobil oder einem Boot ausgestaltet ist. Die Anordnung und deren Komponenten sind somit in Bezug auf Gewicht und äußere Abmessungen so ausgestaltet, dass ein Einbau in Campingfahrzeugen (also z. B. in Wohnwagen oder Wohn-/Reisemobilen) möglich ist.
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In einer Ausgestaltung ist die Klimaanlage eine Dach-Klimaanlage, die auf oder in dem Dach des zu temperierenden Innenraums montiert werden kann.
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Im Einzelnen gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Anordnung auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die folgende Beschreibung von einem Ausführungsbeispiel in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigen die:
- 1 eine schematische Darstellung eines Wohnwagens mit der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß einer ersten Ausgestaltung im Schnitt,
- 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung gemäß einer zweiten Ausgestaltung und
- 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung gemäß einer zweiten Ausgestaltung.
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Die 1 zeigt einen Schnitt durch einen schematisch dargestellten Wohnwagen, der einen beweglichen Innenraum 100 umfasst.
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Für die Temperierung des Innenraums 100 ist die Anordnung 1 vorgesehen, die über ein Grundgerät 2 und eine davon separate Klimaanlage 3 verfügt.
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Das Grundgerät 2 sorgt dafür, dass eine Überträgerkomponente 22, die somit der Übertragung von thermischer Energie dient, Wärme zu der Klimaanlage 3 transferiert. Die Überträgerkomponente 22 ist hier eine Flüssigkeit, die durch ein Leitungssystem geführt wird. In der dargestellten Ausführung der Anordnung 1 zirkuliert die als Flüssigkeit ausgestaltete Überträgerkomponente 22 von dem Grundgerät 2 über die Klimaanlage 3 zurück zu dem Grundgerät 2 und gibt dabei jeweils thermische Energie ab. In der dargestellten Ausgestaltung passiert die Überträgerkomponente 22 nach der Klimaanlage 3 eine separate Raum-Heizung 32.
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In der Klimaanlage 3 befindet sich ein Klimaanlage-Wärmetauscher 30, der die thermische Energie von der Überträgerkomponente 22 auf Luft und hier insbesondere auf die Raumluft des Innenraums 100 überträgt. Alternativ wird Luft aus der Umgebung angesaugt, erwärmt und in den Innenraum 100 eingebracht. Die erwärmte Luft wird über ein Gebläse 31 in den Innenraum 100 eingebracht. Das Gebläse 31 bringt weiterhin als Teil der Klimaanlage 3 die gekühlte Luft in den Innenraum 100 ein.
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Die Klimaanlage 3 dient somit also Raum-Heizung, die die thermische Energie, die durch das abgesetzte und an einem anderen Ort befindliche Grundgerät 2 erzeugt worden ist, für die Erwärmung des Innenraums 100 verwendet. Dabei dient die Klimaanlage 3 weiterhin den üblichen Aufgabe einer Klimaanlage: Kühlung und Reduzierung der Luftfeuchtigkeit.
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Somit können also auch die üblichen Komponenten der Klimaanlage 3 für den Zweck des Heizens verwendet werden. Umgekehrt unterstützt die Wärme des Grundgeräts 2 bei den Funktionen der Klimaanlage 3.
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Die grundlegenden und hier für die Übersichtlichkeit nicht dargestellten Komponenten einer Klimaanlage seien kurz wiederholt:
- Für den Kälteprozess verdichtet ein Kompressor (eine alternative Bezeichnung ist Verdichter) ein gasförmiges Kältemittel, das über eine Kältemittelleitung zu einem Verflüssiger (alternative Bezeichnung: Kondensator) transportiert wird. Der Verflüssiger dient als Wärmetauscher, indem die Wärme des Kältemittels an die kühlere Umgebungsluft abgegeben wird. Die Umgebungsluft wird dabei über ein Verflüssiger-Gebläse angesaugt und nach der Wechselwirkung mit dem Kältemittel wieder ausgeblasen. Infolge der Abgabe der Wärme verflüssigt sich das verdichtete Kältemittel. Das flüssige und weiterhin unter hohem Druck stehende Kältemittel wird in einer Expansionseinrichtung auf einen niedrigeren Druck entspannt. Das dabei abgekühlte Kältemittel gelangt zu einem Verdampfer, durch den die Luft des zu kühlenden Raumes mittels eines Verdampfer-Gebläses geführt wird. Die Luft überträgt dabei ihre Wärme auf das Kältemittel, welches in den gasförmigen Zustand übergeht. Das gasförmige Kältemittel gelangt zurück zu dem Kompressor.
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Das Grundgerät 2 der Anordnung 1 ist ergänzend so ausgestaltet, dass eine Warmwasservorrichtung 4 ebenfalls mit thermischer Energie versorgt werden kann.
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Das Grundgerät 2 versorgt somit als Wärmequelle zwei getrennte Wärmesenken (Warmwasservorrichtung 4 und Klimaanlage 3) mit thermischer Energie. Somit lässt sich die Anordnung 1 auch so beschreiben, dass das Grundgerät 2 als Wärmequelle mit mindestens einem vom Grundgerät 2 räumlich abgesetzten Satelliten als Wärmesenke thermisch kontaktiert ist. In der gezeigten Ausgestaltung sind sogar drei Wärmesenken als Satelliten vorhanden: die Wasservorrichtung 4, die Klimaanlage 3 (oder genauer: der Klimaanlage-Wärmetauscher 30) und die Raum-Heizung 32.
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In einer alternativen - nicht dargestellten - Ausgestaltung ist die Wasservorrichtung 4 in dem Grundgerät 2 integriert.
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Im Reverse Cycle ist es möglich, dass die Klimaanlage 3 thermische Energie erzeugt. Diese Wärme kann dann über den Klimaanlage-Wärmetauscher 30 auf die Überträgerkomponente 22 übertragen werden, sodass die Klimaanlage 3 somit auch als - elektrisch betriebene - Wärmequelle fungieren kann.
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Bei der Ausgestaltung der Anordnung 1 der 1 ist der Wärmetauscher, der als Klimaanlage-Wärmetauscher 30 der Klimaanlage 3 zugeordnet ist, in der Klimaanlage 3 selbst integriert.
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Die Ausgestaltung der Anordnung 1 der 2 sieht vor, dass der Klimaanlage-Wärmetauscher 30 und die Klimaanlage 3 räumlich voneinander getrennt sind.
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Der Klimaanlage-Wärmetauscher 30 überträgt die vom Grundgerät 2 stammende Wärme von der Überträgerkomponente 22 auf die Luft, die durch eine Luftleitungsverbindung 33 der Klimaanlage 3 zugeführt wird. In der Klimaanlage 3 wird die erwärmte Luft über das Gebläse 31 ausgeblasen, sodass der umgebende Raum erwärmt wird. Der Klimaanlage-Wärmetauscher 30 ist dabei je nach Ausgestaltung der Klimaanlage 3 bzw. dem Gebläse 31 vor- oder nachgeschaltet.
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Der Erwärmung des Raumes dient weiterhin, dass die Überträgerkomponente 22 sich hier in einer solchen Leitung 24 befindet, die eine direkte Übertragung der Wärme nach außen ermöglicht. So ist die Leitung 24 beispielsweise Teil einer Fußbodenheizung.
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In einer alternativen Ausgestaltung ist die Überträgerkomponente 22 in Form einer Heatpipe realisiert. Eine sog. Heatpipe ist ein passiver Wärmeübertrager, der unter Nutzung von Verdampfungswärme eines Mediums eine hohe Wärmestromdichte erlaubt. Somit ist es möglich, auf kleiner Querschnittsfläche große Wärmemengen zu transportieren.
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Die Anordnung der 3 zeigt Komponenten des Grundgeräts 2.
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Dies sind eine Wärmequelle 20 und ein Grundgerät-Wärmetauscher 21, der die thermische Energie der Wärmequelle 20 auf die Überträgerkomponente 22 überträgt. Beispielsweise handelt es sich bei dem Grundgerät-Wärmetauscher 21 um einen Wärmetauscher, der die Wärme von Rauchgas, das die Wärmequelle 20 erzeugt, auf eine Flüssigkeit als Überträgerkomponente 22 überträgt.
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Die Überträgerkomponente 22 überträgt ihre thermische Energie in der dargestellten Ausgestaltung auf zwei Wärmetauscher, die hier quasi in Reihe geschaltet sind: ein Zusatzwärmetauscher 23 und der Klimaanlage-Wärmetauscher 30. In alternativen - nicht dargestellten - Ausgestaltungen ist nur ein Wärmetauscher vorhanden oder sind mehr als zwei Wärmetauscher vorgesehen.
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Der Klimaanlage-Wärmetauscher 30 ist - wie in der Ausgestaltung der 2 - über die Luftleitungsverbindung 33 mit der Klimaanlage 3 verbunden, sodass das Gebläse 31 die erwärmte Luft ausblasen kann.
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Zwischen dem Zusatzwärmetauscher 23 und dem Klimaanlage-Wärmetauscher 30 besteht ergänzend eine Innenzirkulation 25, über die die beiden Wärmetauscher 23, 30 miteinander thermische Energie austauschen. Die Innenzirkulation 25 befindet sich somit zwischen zwei Wärmetauschern 23, 30 und ist getrennt von der Zirkulation, die sich über die Überträgerkomponente 22 ergibt. Damit kann die Wärme noch einmal verteilt werden. So ist für eine gezielte Verteilung in einer Ausgestaltung eine - hier nicht dargestellte - Regelung zum Wärmefluss über die Innenzirkulation 25 vorhanden.
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In einer alternativen Ausgestaltung sind zwei Kreisläufe gebildet, durch die unterschiedlich temperierte Medien als Überträgerkomponenten bzw. Überträgermedien zirkulieren. So ist in einer Ausführung vorgesehen, dass in einem Kreislauf ein heißes Fluid zum Heizen durch zwei in Reihe geschaltete Wärmetauscher zirkuliert. Dieser Kreislauf ist entsprechend mit dem Grundgerät gekoppelt. In einem weiteren Kreislauf zirkuliert ein kaltes Fluid durch dieselben zwei Wärmetauscher zum Kühlen. Dieser weitere oder zweite Kreislauf ist mit der Klimaanlage gekoppelt. Die Wärmetauscher sind je nach Ausgestaltung als Zweikreis-Wärmetauscher ausgeführt oder es sind zwei separate und in Reihe zueinander angeordnete Wärmetauscher. Es handelt sich somit um einen unabhängigen Heizkreis und einen unabhängigen Kühlkreis, die über zwei Wärmetauscher mittelbar miteinander verbunden sind. Die beiden Kreise befinden dabei beispielsweise in einem Gehäuse und stehen in Wirkverbindung mit einem gemeinsamen Gebläse.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anordnung
- 2
- Grundgerät
- 3
- Klimaanlage
- 4
- Warmwasservorrichtung
- 20
- Wärmequelle
- 21
- Grundgerät-Wärmetauscher
- 22
- Überträgerkomponente
- 23
- Zusatzwärmetauscher
- 24
- Leitung
- 25
- Innenzirkulation
- 30
- Klimaanlage-Wärmetauscher
- 31
- Gebläse
- 32
- Raum-Heizung
- 33
- Luftleitungsverbindung
- 100
- Innenraum
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202004003914 U1 [0003]
- DE 2350508 A1 [0003]
