DE1102187B - Waermepumpenanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpenanlage mit Kompressor, bei welcher die Kondensator-Rohrschlange für das Kältemittel in und koaxial mit einer von dem zu erwärmenden Wasser in Gegenstromrichtung zu dem Kältemittel in der Kondensator-Rohrschlange durchflossenen Rohrschlange angeordnet und das Motor-Kompressor-Aggregat der Anlage in gekapselter Bauart ausgeführt ist.

Es sind Wärmepumpenanlagen der in Frage stehenden Art bekannt, bei denen das zu erwärmende Wasser zunächst durch einen um das in gekapselter Bauart ausgeführte Motor-Kompressor-Aggregat herum vorgesehenen Mantel hindurchgeführt und von dort aus in die äußere Rohrschlange eingeleitet wird, die koaxial mit der Rohrschlange zum Durchfluß des komprimierten Kältemittels ist. Bei diesen bekannten Vorrichtungen geht jedoch der Wärmeaustausch zwischen den wärmeführenden Medien und dem zu erwärmenden Wasser relativ langsam und nicht intensiv vor .sich, so daß das zu erwärmende Wasser einen verhältnismäßig großen Weg an Wärmetauschflächen entlang zurücklegen muß und aus diesem Grunde Pumpen zum Umwälzen des Wassers erforderlich sind. Es sind weiterhin Wärmepumpen bekannt, bei denen das in gekapselter Bauart ausgeführte Motor-Kompressor-Aggregat in ein mit öl gefülltes Gehäuse eingetaucht ist, das in einen Wasserbehälter hineinragt, dessen Inhalt infolgedessen durch Wärmeaustausch durch die Wände des Ölbehälters hindurch und mit Hilfe von Kondensator-Rohrschlangen erwärmt wird. In diesem Falle ist jedoch die Anordnung ebenfalls so getroffen, daß nicht der optimale Wärmeaustausch zwischen den wärmeführenden Medien und dem Wasser stattfinden kann. Bei anderen bekannten Wärmepumpenanlagen wird darüber hinaus der Motor durch Eintauchen in Wasser gekühlt, was ebenfalls nicht wünschenswert ist. Ziel der Erfindung ist, die obigen Nachteile zu vermeiden.

Gemäß der Erfindung ist das Motor-Kompressor-Aggregat in an sich bekannter Weise in eine elektrisch isolierende Kühlflüssigkeit in einem Gehäuse eingetaucht, und die Anordnung der Rohrschlange für das zu erwärmende Wasser gegenüber dieser Kühlflüssigkeit im Gehäuse macht den an sich bekannten Austausch von Wärme zwischen der Kühlflüssigkeit und dem zu erwärmenden Wasser möglich.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird dem zu erwärmenden Wasser Wärme sowohl durch dieAußenwand als auch durch die Innenwand des Kanals mit ringförmigem Querschnitt zugeführt, durch den es beim Durchlauf durch den Kondensator hindurchfließt. Dies hat zur Folge, daß bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Weg des zu erwärmenden Wassers wegen des intensiveren Wärmeaustausches kürzer als Wärmepumpenanlage

Anmelder:

Heat Pump & Refrigeration Limited, London

Vertreter: Dr.-Ing. W. Höger, Dr.-Ing. E. Maier

und Dipl.-Ing. M. Sc. W. Stellrecht, Patentanwälte,

Stuttgart S, Uhlandstr. 16

Beanspruchte Priorität: Großbritannien vom 5. März 1957

Mieczyslaw Komedera, High Wycombe, Buckingham

(Großbritannien), ist als Erfinder genannt worden

bei den bekannten Vorrichtungen ist, so daß man keine Pumpe zum Umwälzen des Wassers braucht.

Weil bei der neuen Anlage die gesamte in der Anlage erzeugte Wärme besser ausgenutzt und zur Beheizung des Wassers herangezogen wird als bei den bekannten Vorrichtungen vergleichbarer Art, eignet sich der Erfindungsgegenstand besonders gut für die Erzeugung von Wärme zur Warmwasserbereitung im Haushalt. Außerdem eignet sich die Anordnung gemäß der Erfindung z. B. auch für Raumkühlanlagen in Bierkellern od. dgl., weil die im Motor-Kompressor-Aggregat erzeugte Wärme ganz von der isolierenden Kühlflüssigkeit aufgesaugt wird und nicht nach außen dringen kann, so daß der Motor-Kompressor und der Kondensator in unmittelbarer Nähe des die Wärme aus der Kelleratmosphäre aufnehmenden Verdampfers angeordnet sein können.

In der Zeichnung ist eine Wärmepumpenanlage gemäß der Erfindung in einer Seitenansicht in schematischer Darstellung und teilweise im Schnitt gezeigt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind das Motor-Kompressor-Aggregat und der Kondensator unterhalb des Beckens einer Spültischeinheit eingebaut, und unter dem Ablaufbrett der Spültischeinheit ist außerdem ein isolierter Schrank für Kühlzwecke angeordnet. Das Motor-Kompressor-Aggregat und die Kondensatoreinheit können jedoch auch in den Sockel

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eines Kühlbehälters nach Art der üblichen Haushaltkühlschränke eingebaut sein.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein isolierter Behälter 1 vorgesehen, der mit Öl oder einer anderen wärmeleitenden (und gegen Elektrizität isolierenden) Flüssigkeit gefüllt ist, unter deren Spiegel ein gekapseltes Motor-Kompressor-Aggregat 2 bekannter Bauart eingebaut ist. Der Kältemittel-Kondensator hat die Form einer im Behälter 1 um das Motor-Kompressor-Aggregat herum angeordneten Rohrschlange 3, wobei -das komprimierte Kältemittel am oberen Ende der Rohrschlange 3 durch das Rohr 4 eintritt und am unteren Ende der Rohrschlange auf eine weiter unten beschriebene Art und Weise abgezogen wird. Die Kondensator-Rohrschlange 3 liegt gleichachsig in einer äußeren Rohrschlange 5 für das zu erwärmende Wasser, das vorzugsweise durch Thermo-Siphon-Wirkung aufwärts steigt. Die beiden Enden des Rohres 5 werden in üblicher Weise durch die Seite oder am oberen Teil des Gehäuses heraus und zu einem (nicht dargestellten) Warmwasserbehälter geführt. Das durch die Rohrschlange 5 in Berührung mit der Kondensator-Rohrschlange 3 geführte Wasser kann direkt vom Warmwasserbehälter oder von einer geschlossenen, in diesen Behälter eingetauchten Rohrschlange kommen. In letzterem Falle kann die Rohrschlange mit irgendeiner anderen Flüssigkeit als Wasser gefüllt werden, obgleich die thermischen Eigenschaften des Wassers es für diesen Zweck sehr geeignet machen.

Im Betrieb wird die ganze im gekapselten Motor-Kompressor-Aggregat durch Reibung und durch im Kompressor geleistete Arbeit erzeugte und die im Motor selbst entstehende Wärme von dem Öl im Gehäuse 1 aufgenommen. Da jedoch das Gehäuse 1 gegen Wärmeverlust isoliert ist, wird die Hauptmenge dieser Wärme wieder aus dem Öl aufgenommen von dem Wasser, das durch die Rohrschlange 5 fließt.

Die Kondensator-Rohrschlange 3 für das Kältemittel und die Rohrschlange 5 für das zu erwärmende Wasser sind so angeordnet, daß die Entüberhitzung des Kältemittels oben in der Kondensator-Rohrschlange stattfindet und der flüssige Niederschlag sich unten ansammelt. Der Kondensator ist so angeordnet, daß er sich stets selbst entleert, so daß kein Kältemittel oder Öl im Kondensator zurückgehalten werden kann.

Die Flüssigkeitsleitung für das vom unteren Ende der Kondensator-Rohrschlange kommende Kältemittel wird nach oben geführt durch einen Trockner 7 zu einer Hauptdrossel 8. Das von der Drossel 8 austretende Kältemittel kann den Hauptverdampf er 9, der vorzugsweise in der Speisekammer des Hauses untergebracht wird, auf zwei verschiedenen Wegen erreichen. Auf dem ersten, dem Hauptweg, wird es durch eine Leitung 10 (die einen sehr geringen Druckabfall ergibt) und durch ein. Solenoid-Absperrventil 11 zum Hauptverdampfer 9 geführt. Auf dem zweiten oder Umgehungsweg durchfließt es eine zweite Drossel 12, eine Umgehungsleitung 17 und einen Flüssigkeitssammler 14 zu einem Nebenverdampfer 15, der in einem isolierten Kühlschrank 16 der Einrichtung untergebracht ist. Nach dem Durchgang durch den Nebenverdampf er 15 vereinigt sich die Umgehungsleitung 17 wieder mit der Hauptleitung 10 hinter dem Solenoid-Absperrventil 11. Das Solenoid-Absperrventil 11 wird mittels eines Thermostaten 18 gesteuert, der im Kühlschrank untergebracht ist, so daß das Absperrventil geschlossen wird, wenn die Temperatur im Kühlschrank ein vorher festgelegtes Maximum erreicht hat, und es wird dadurch das Kältemittel auf der Umgehungsleitung durch den Nebenverdampfer 15 geführt, ehe es den Hauptverdampfer 9 erreicht. Wenn, das Ventil 11 offen ist, dann ist die Kältemittelmenge, die durch den Nebenverdampfer im Kühlschrank 16 geht, ganz geringfügig, und zwar infolge der zwischengeschalteten Drossel 12. Das Endstück 10' der Hauptleitung für das Kältemittel ist von dem Punkt an, wo die Leitung wieder mit der Kältemittel-Umgehungsleitung 17 zusammentrifft, vorzugsweise ein elastisches oder halbelastisches Rohr mit geringem Strömungswiderstand und guter Isolierung, um das Kondensieren von Wasser auf dem Rohr zu verhindern.

Der Hauptverdampfer 9 ist groß dimensioniert mit vorzugsweise großer Oberfläche. Ein kleiner Ventilator 19 kann dicht daneben angebracht werden, um einen Luftstrom über die Verdampferschlange 9 zu treiben. Die Rückleitung 20 vom Hauptverdampfer zum Motor-Kompressor-Aggregat 2 kann ebenfalls ein elastisches oder halbelastisches Rohr sein. Beide Rohre 10' und 20, die den Apparat mit dem Verdampfer verbinden, sollten gut isoliert sein, um eine Kondensation zu verhindern, und die Länge dieser Rohre sollte die Länge der Verdampferschlange 9 nicht überschreiten und der Strömung des Kältemittels durch sie hindurch wenig Widerstand bieten.

Der Antriebsmotor 21 für den Ventilator 19, der den Luftstrom über den Hauptverdampf er 9 treibt, kann von einem Thermostaten 22, der am Eingang der Rohrschlange 5 für das zu erwärmende Wasser angebracht ist, gesteuert werden, so daß der Ventilator 19 in Betrieb gesetzt wird, wenn die Temperatur des in die Rohrschlange eintretenden Wassers unter eine vorher bestimmte Temperatur fällt. Umgekehrt wird, wenn die Temperatur des Wassers steigt, die Wärmeaufnahme durch Ausschalten des Ventilators verringert.

Wenn dem Warmwassersystem kein oder wenig Wasser entnommen wird, wie z. B. an Wochenenden, dann entsteht die Tendenz, daß die Temperatur des Wassers in der Rohrschlange 5 noch weiter steigt, wodurch der Drack im Kondensator auf einen abnormen Stand gebracht und der Motor überhitzt werden würde. Um über diese Schwierigkeiten hinwegzukommen, wird ein zweiter Thermostat 23 in das Ausgangsende der Rohrschlange für das zu erwärmende Wasser eingebaut, und dieser steuert ein Solenoid-Ventil 24 als Wärmeablaßventil, welches Warmwasser als Abwasser abläßt, wodurch dem Kaltwasser Zugang zur Rohrschlange verschafft wird. Der Thermostat 23 reagiert auf den Eintritt von Kaltwasser in die Rohrschlange 5 und schließt das Wärmeablaßventil 24. Das Ventil öffnet sich wieder, wenn das Wasser in der Rohrschlange auf 60° C aufgeheizt ist, so daß dann weiteres Kaltwasser in die Rohrschlange einfließt. Dadurch ist die Gewähr gegeben, daß nur überschüssiges Warmwasser aus dem System abgelassen und die Wirksamkeit des Systems aufrechterhalten wird.

Um ein Abtauen des Verdampfers durch Heißgas zu ermöglichen, kann eine Verbindung vom Ausgangsende des Kompressors her durch ein (nicht dargestelltes) Ventil, das entweder von Hand oder thermostatisch gesteuert wird, bis zur Hauptleitung 10 jenseits der Drossel 8 hergestellt werden. Wenn ein solenoidbetriebenes Ventil in der Heißgas-Abtauungsleitung verwendet wird, dann kann dieses mittels eines Thermostaten gesteuert werden, der am Ausgangsende des Hauptverdampfer 9 angebracht wird; der Thermostat bewirkt die öffnung des Ventils, wenn die Tem-

peratur des aus dem Hauptverdampfer herauskommenden Kältemittels unter eine vorher bestimmte Temperatur fällt.

Die gegenseitige Verbindung von Thermostaten und solenoidbetriebenen Ventilen ist so gut bekannt, daß es nicht notwendig erschien, solche Verbindungen in der Zeichnung darzustellen.

Bei einer abgewandelten Bauart kann die Größe des Gehäuses 1 verringert sein, so daß es nur eben zur Aufnahme einer angemessenen Kältemittelmenge für das Motor-Kompressor-Aggregat genügt. Die kombinierten Rohrschlangen für das Kältemittel und für das zu erwärmende Wasser werden in diesem Fall unmittelbar um die Außenseite des Behälters herumgewunden und daran angelötet, so daß die Rohrschlange für das zu erwärmende Wasser mit der Behälterwand in Wärmeaustausch steht und von ihr Wärme abnehmen kann.

Diese Bauart bedingt einen geringen Verlust an Heizwirkung. Andererseits gestattet sie, den Apparat gedrängter zu bauen, und macht es auch unnötig, die Rohrschlange für das zu erwärmende Wasser durch die Seite des Kondensators hereinzubringen.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Wärmepumpenanlage mit Kompressor, bei welcher die Kondensator-Rohrschlange für das Kältemittel in und koaxial mit einer von dem zu erwärmenden Wasser in Gegenstromrichtung zu dem Kältemittel in der Kondensator-Rohrschlange durchflossenen Rohrschlange angeordnet und das Motor-Kompressor-Aggregat der Anlage in gekapselter Bauart ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Motor-Kompressor-Aggregat (2) in an sich bekannter Weise in eine elektrisch isolierende Kühlflüssigkeit in einem Gehäuse (1) eingetaucht ist und die Anordnung der Rohrschlange (5) für das zu erwärmende Wasser gegenüber dieser Kühlflüssigkeit im Gehäuse den an sich bekannten Austausch von Wärme zwischen der Kühlflüssigkeit und dem zu erwärmenden Wasser möglich macht.

2. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrschlange (5) für das zu erwärmende Wasser in der Kühlflüssigkeit im Gehäuse (1) eingetaucht ist.

3. Wärmepumpenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrschlange (5) für das zu erwärmende Wasser an der Außenfläche des Gehäuses (1) so angebracht ist, daß ein Wärmeaustausch möglich ist.

4. Wärmepumpenanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Steuerung, bei der Heißwasser von dem äußeren Rohr (5) des Kondensators (3, 5) bei einer vorher bestimmten Temperatur abgelassen wird, wobei dieses Ablassen mittels eines Thermostaten (23) am Ausgangsende des äußeren Rohrs (5), der ein Freigabeventil (24) in Tätigkeit setzt, steuerbar ist.

5. Wärmepumpenanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen durch eine Kältemittel-Hauptleitung (ΙΟ, 10') mit dem Kondensator verbundenen Hauptverdampfer (9) und einen in einem isolierten Schrank (16) untergebrachten Nebenverdampfer (15), der das Kältemittel durch eine von der Kältemittel-Hauptleitung abzweigende Umgehungsleitung (17) empfängt, wobei die Umgehungsleitung einen viel höheren Strömungswiderstand hat als die Hauptleitung, in die ein Ventil (11) eingebaut ist, das geeignet ist, den Strömungswiderstand zu erhöhen, und das gesteuert wird durch einen in dem isolierten Schrank (16) untergebrachten Thermostaten (18), wodurch das Kältemittel durch die Umgehungsleitung geführt wird, wenn die Temperatur im Schrank einen vorherbestimmten Mindestwert überschreitet.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 941 485, 947 246;
USA.-Patentschriften Nr. 2 632 306, 2 696085,
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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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