DE19829334C1 - Anlage mit einer Wärmepumpe und einem Speicher - Google Patents
Anlage mit einer Wärmepumpe und einem SpeicherInfo
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Abstract
Es wird eine Anlage (16) mit einer Wärmepumpe (18) und einem ein Speicherfluid (32) enthaltenden Speicher (20) beschrieben. Die Wärmepumpe (18) weist einen Verdichter (22), einen Hochtemperatur-Wärmeübertrager (24), eine Expansionseinrichtung (26) und einen Niedertemperatur-Wärmeübertrager (28) auf, die in einem Kreis miteinander verbunden und von Kohlendioxid als Arbeitsmittel durchflossen sind. Der Hochtemperatur-Wärmeübertrager (24) der Wärmepumpe (18) ist im bodenseitigen Bereich (30) des temperaturgeschichteten Speichers (20) angeordnet. Der Hochtemperatur-Wärmeübertrager (24) ist ein Gegenstrom-Wärmeübertrager, der in einem Behälter (34) vorgesehen ist. An den Behälter (34) schließt oberseitig strömungstechnisch ein Steigrohr (36) an, das sich mit einem Steigrohraustritt (38) zum oberseitigen Bereich (40) des Speichers (20) erstreckt. Der Hochtemperatur-Wärmeübertrager (24) ist vorzugsweise als Lamellenrohrbündel-Wärmeübertrager (42) ausgebildet.
Description
Die Erfindung betrifft eine Anlage mit einer Wärmepumpe, die
einen Verdichter, einen Hochtemperatur-Wärmeübertrager, eine
Expansionseinrichtung und einen Niedertemperatur-
Wärmeübertrager aufweist, die in einem Kreis miteinander
verbunden und von einem Arbeitsmittel durchflossen sind, und
mit einem ein Speicherfluid enthaltenden
temperaturgeschichteten Speicher, in dessen bodenseitigem
Bereich der Hochtemperatur-Wärmeübertrager der Wärmepumpe
angeordnet ist.
Eine derartige Anlage ist bspw. aus dem Prospekt der
Fa. Blomberg-Vertriebsgesellschaft mbH, 59229 Ahlen: "WARMASSER
WÄRMEPUMPEN und WARMWASSER SPEICHER", 3. Aufl., 2/95, bekannt.
Bei dieser bekannten Anlage ist der Hochtemperatur-
Wärmeübertrager als Glattrohr-Wärmeaustauscher ausgebildet.
Desweiteren ist es bekannt, solche Glattrohre durch Rippenrohre
zu ersetzen, um die Wärmeübertragung vom Hochtemperatur-
Wärmeübertrager zum Speicherfluid zu verbessern. Bei dem
besagten Speicherfluid handelt es sich üblicherweise um Brauch-
bzw. Nutzwasser oder um Heizungswasser.
Aus der CH 524 115 ist ein Warmwasserbereiter zur Erzeugung
und Speicherung von heißem Wasser mit einem im unteren Teil des
mit einem Warmwasser- und einem Kaltwasseranschluß
ausgerüsteten Behälters innerhalb eines Steigrohres
angeordneten Heizaggregat bekannt. Durch Anordnung des
Wärmetauschers im unteren Bereich des Warmwasserbereiters, und
dadurch, daß das Steigrohr im oberen Bereich des Behälters
ausmündet, wird dort sichergestellt, daß bereits bei geringer
Wärmeleistung des Wärmetauschers möglichst frühzeitig
Warmwasser zur Verfügung steht. Der Wärmetauscher wird dabei in
seinem unteren Bereich allseitig durch das zu erwärmende Wasser
angeströmt.
Ein Warmwasserbereiter der zuletzt genannten Art zur Erzeugung
und Speicherung von heißem Wasser ist auch aus der DE 31 37 146
C2 bekannt. Bei diesem bekannten Warmwasserbereiter ist der das
Heizaggregat aufnehmende Gehäuseteil des Steigrohres zum
Inneren des Behälters hin geschlossen, die Kaltwasserzuleitung
zum Behälter in an sich bekannter Weise mit einer
Anschlußvorrichtung für einen Reinigungsschlauch ausgerüstet,
die Kaltwasserzuleitung zum Behälter in Fließrichtung des
Wassers hinter dem Reinigungsschlauchanschluß mit einer
Bypassleitung ausgerüstet, die in das Gehäuse für das
Heizaggregat mündet, eine Verschlußvorrichtung in der
Kaltwasserzuleitung zwischen dem Behälter und dem Anschluß der
Bypassleitung an die Kaltwasserzuleitung angeordnet, und an der
Abgabeseite des Steigrohres innerhalb des Behälters eine
Anschlußvorrichtung für den Anschluß eines Reinigungsschlauches
vorgesehen, die das Steigrohrinnere gegenüber dem
Behälterinnenraum bei angeschlossenem Reinigungsschlauch
abtrennt. Durch eine solche Ausbildung wird eine leichte und
schnelle Entkalkung und Reinigung des Wärmetauschers, der bspw.
eine Heizwendel aufweist, und des Steigrohres ohne großen
Materialaufwand ermöglicht.
Bei Wärmepumpen, d. h. bei Kompressionswärmepumpen kommen
bislang als Arbeitsmittel z. B. R134a, R22 oder Propan zur
Anwendung. Neuerdings werden auch Versuche mit Kohlendioxid als
Arbeitsmittel durchgeführt bzw. Kompressionswärmepumpen mit
Kohlendioxid als Arbeitsmittel zum Einsatz gebracht. Bei
solchen Kohlendioxid-Kompressionswärmepumpen liegt der
Hochdruck über dem kritischen Druck von 7,4 MPa. Bei solchen
Kohlendioxid-Kompressionswärmepumpen gibt es keinen
Kondensationsprozeß mehr. Das Kohlendioxid, das den Verdichter
mit hohem Druck und mit hoher Temperatur, z. B. mit 9 MPa und
100°C, verläßt, wird ohne zu kondensieren im Hochtemperatur-
Wärmeübertrager auf eine Temperatur von bspw. 20°C abgekühlt.
Abgesehen von der Enthitzungs- und Unterkühlungsstrecke liegt
im Hochtemperatur-Wärmeübertrager einer Wärmepumpe mit
konventionellem Arbeits- bzw. Kältemittel eine weitgehend
konstante Kondensationstemperatur vor, die über die
Dampfdruckbeziehung eindeutig mit dem Kondensationsdruck
verknüpft ist. Im Hochtemperatur-Wärmeübertrager einer
Kompressionswärmepumpe mit Kohlendioxid als Arbeitsmittel liegt
hingegen eine kontinuierliche Temperaturabnahme, d. h. ein sog.
Temperaturgleit, des Kohlendioxidgases vor.
Wärmepumpen, insbesondere mit Kohlendioxid als Arbeitsmittel
können nach dem Durchlauferhitzer-Prinzip eingesetzt werden,
bei welchem das zu erwärmende Fluid, insbes. Wasser, in dem
Augenblick erwärmt wird, in dem es benötigt wird. Es ist jedoch
auch möglich, das erwärmte Wasser in einem geeigneten Speicher
zwischenzuspeichern.
Aus der Solarenergietechnik sind Schichtenspeicher bekannt.
Diese Schichtenspeicher weisen einen internen Wärmeüberträger
auf, der in einen Strömungsbehälter mit Steigrohr eingebaut
ist. Ein solcher Schichtenspeicher ist aus dem Solvis-Prospekt:
"Stratos Integral: Warmwasser und Heizungsunterstützung in
einem Gerät", vom 25.03.97, Seiten 6 und 7, bekannt. Der interne
Wärmeübertrager dient dort dazu, die Wärmeenergie der von dem
Solarkollektor kommenden Wärmeträgerflüssigkeit an den Speicher
abzugeben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage der
eingangs genannten Art zu schaffen, die eine hohe
Leistungsziffer besitzt, wobei das zu erwärmende Speicherfluid
den Hochtemperatur-Wärmeübertrager mit einer möglichst hohen
Nutztemperatur verläßt, wobei der Hochtemperatur-
Wärmeübertrager kompakt ausgebildet ist und über ein hohes
Wärmeübertragungsvermögen verfügt, und wobei zum Antrieb des
Volumenstromes des zu erwärmenden Speicherfluids mechanische
Antriebsmittel, wie eine Pumpe, entbehrlich sind.
Diese Aufgabe wird bei einer Anlage der eingangs genannten Art
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Hochtemperatur-
Wärmeübertrager ein Gegenstrom-Wärmeübertrager ist, der in
einem zugehörigen Behälter vorgesehen ist, an den oberseitig
strömungstechnisch ein Steigrohr anschließt, das sich mit einem
Steigrohraustritt zum oberseitigen Bereich des Speichers
erstreckt, und daß das Arbeitsmittel der Wärmepumpe
Kohlendioxid ist. Dadurch, daß der Hochtemperatur-
Wärmeübertrager das Speicherfluid, vorzugsweise Brauch- bzw.
Nutzwasser oder Heizungswasser, im Gegenstrom erwärmt, ergibt
sich der Vorteil, daß - für den Fall, daß der zu erwärmende
Fluidstrom optimal ausgebildet ist - der Arbeitspunkt des
Hochtemperatur-Wärmeübertrager zwei wichtige Anforderungen
erfüllt, nämlich
- 1. das Kohlendioxid-Gas verläßt den Hochtemperatur- Wärmeübertrager mit einer relativ niedrigen Temperatur, wobei mit abnehmender Temperatur die Leistungsziffer steigt, und
- 2. das zu erwärmende Speicherfluid verläßt den Hochtemperatur-Wärmeübertrager mit einer relativ hohen Nutztemperatur.
Die speziellen Vorteile von Kohlendioxid gegenüber
konventionellen Kältemitteln liegen in der hohen
Umweltverträglichkeit. Außerdem können bei der Erwärmung eines
Fluids auf über 50°C höhere Leistungsziffern erreicht werden
als bei konventionellen Kompressionswärmepumpen. Bei zu
erzielenden Fluidtemperaturen von über 65°C können - im
Gegensatz zu Kohlendioxid - konventionelle Kältemittel nicht
mehr sinnvoll eingesetzt werden. Wie an den spezifischen
Temperaturverläufen im Hochtemperatur-Wärmeübertrager deutlich
wird, ist es für konventionelle Kältemittel thermodynamisch
günstig, das zu erwärmende Fluid mit einem geringen
Temperaturgleit zu erwärmen, da sich in diesem Fall der
Temperaturverlauf des zu erwärmenden Fluids besser an den
weitgehend konstanten Temperaturverlauf des kondensierten
konventionellen Kältemittels anpaßt. Wegen des hohen
Temperaturgleits von Kohlendioxid ist entsprechend ein hoher
Temperaturgleit des zu erwärmenden Fluids thermodynamisch
günstig.
Erfindungsgemäß kann der Hochtemperatur-Wärmeübertrager ein
Kreuzgegenstrom-Wärmeübertrager sein. Der Hochtemperatur-
Wärmeübertrager kann in einem unterseitig offenen,
glockenförmigen Behälter vorgesehen sein. Der besagte Behälter
kann unterseitig auch geschlossen sein.
Das zu erwärmende Speicherfluid kommt aus dem unter- d. h.
bodenseitigen Bereich des temperaturgeschichteten Speichers und
das erwärmte Speicherfluid wird im davon entfernten
oberseitigen Bereich des Speichers wieder eingeschichtet.
Durch die Ausbildung des Speichers mit dem zugehörigen Behälter
im bodenseitigen Bereich des Speichers und durch das an den
Behälter oberseitig strömungstechnisch anschließende Steigrohr
wird erreicht, daß der Antrieb des Volumenstromes des zu
erwärmenden Speicherfluides thermosiphonisch erfolgt, so daß
zum besagten Antrieb des Volumenstromes des zu erwärmenden
Speicherfluides kein mechanisches Antriebsmittel wie eine Pumpe
o. dgl. erforderlich ist.
Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn bei der
erfindungsgemäßen Anlage der Hochtemperatur-Wärmeübertrager als
Lamellenrohrbündel-Wärmeübertrager ausgebildet ist. Ein solche
Lamellenrohrbündel-Wärmeübertrager kann in vorteilhafter Weise
kleinvolumig, d. h. kompakt dimensioniert bzw. ausgebildet sein,
um ein entsprechend hohes Wärmeübertragungsvermögen zu
realisieren. Die Lamellen eines solchen Lamellenrohrbündel-
Wärmeübertragers verursachen in vorteilhafter Weise im
durchströmenden, zu erwärmenden Speicherfluid nur einen relativ
geringen Druckabfall, so daß der thermosiphonische Antrieb
nicht gestört wird. Andererseits ist es wichtig, daß der
Volumenstrom des zu erwärmenden Speicherfluides nicht zu stark
ansteigt, da sich sonst das zu erwärmende Speicherfluid nicht
auf die notwendige Nutz- bzw. Speicherendtemperatur erwärmt.
Andererseits muß der thermosiphonische Volumenstrom des zu
erwärmenden Speicherfluides groß genug sein, um das das
Arbeitsmittel der Wärmepumpe bildende Kohlendioxid hinreichend
tief abzukühlen.
Erfindungsgemäß besitzt das Steigrohr vorzugsweise einen
derartigen lichten Innenquerschnitt und eine derartige axiale
Längenabmessung, daß sein thermosiphonischer Strömungs-
Druckabfall einen Volumenstrom mit niedriger Hochtemperatur-
Wärmeübertrager-Austrittstemperatur des Wärmepumpen-
Antriebsmittels und mit hoher Austrittstemperatur des zu
erwärmenden Speicherfluids am Steigrohraustritt des Steigrohres
aufweist. Hierdurch wird eine entsprechend hohe
Speichertemperatur und eine hohe Leistungsziffer erzielt.
Zur weiteren Verbesserung bzw. Optimierung des
thermosiphonischen Antriebs und zur materialsparenden
Vergrößerung der Gegenstrom- bzw.
Kreuzgegenstromwärmeübertragungsfläche zwischen dem
Kohlendioxid der Wärmepumpe und dem zu erwärmenden
Speicherfluid im mit der Wärmepumpe verbundenen Speicher kann
der Verdichter der Wärmepumpe mittels einer Anschlußleitung mit
dem Hochtemperatur-Wärmeübertrager verbunden sein, die sich vom
Steigrohraustritt axial durch das im Speicher vorgesehene
Steigrohr nach unten erstreckt.
Bei einer solchen Ausbildung der zuletzt genannten Art ist es
bevorzugt, wenn die Anschlußleitung sich koaxial durch das
Steigrohr erstreckt.
Zur verbesserten Abkühlung des Kohlendioxids und zur
materialsparenden Vergrößerung der Wärmeübertragungsfläche des
Hochtemperatur-Wärmeübertrager kann dieser mit der
Expansionseinrichtung der Wärmepumpe mittels einer Rückleitung
verbunden sein, die eine Rohrschlange aufweist. Die
Rohrschlange kann im bodenseitigen Bereich des Speichers
unterhalb des Hochtemperatur-Wärmeübertrager und unterhalb des
Behälters im Speicher angeordnet sein. Die Rohrschlange kann
hierbei in mindestens einer Ebene angeordnet sein, die zum
Boden des Speichers mindestens annähernd parallel vorgesehen
ist. Die besagte Rohrschlange kann auch innerhalb des Behälters
angeordnet sein.
Ein typischer Anwendungs- bzw. Betriebsfall der
erfindungsgemäßen Anlage ist die Trinkwassererwärmung, wobei
das Wasser im temperaturgeschichteten Speicher der Anlage im
Anfangszustand eine homogene Temperatur von z. B. 15°C besitzt.
Nach Einschalten der als Arbeitsmittel Kohlendioxid
beinhaltenden Wärmepumpe wird das im Speicher befindliche
Wasser mit Hilfe des Hochtemperatur-Wärmeübertrager erwärmt.
Durch diese Erwärmung erfährt das Wasser einen
thermosiphonischen Auftrieb und fließt durch das im Speicher
vorgesehene Steigrohr in den oberseitigen Speicherbereich. Hier
bildet es aufgrund der geringen Dichte gegenüber dem kälteren
Speicherwasser eine warme Wasserschicht aus. Ohne nennenswerte
Durchmischung des warmen Wassers mit dem darunter befindlichen
kalten Wasser wird der Speicher nach und nach erwärmt, bis
schließlich die warme Wasserschicht auch den unteren Bereich
des Speichers erreicht.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung
verdeutlichten Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen
Anlage bzw. wesentlicher Einzelheiten derselben. Es zeigen:
Fig. 1 eine grafische Darstellung des
Funktionszusammenhanges im Hochtemperatur-
Wärmeübertrager zwischen der Temperatur und der
Enthalpie eines konventionellen Wärmepumpen-
Arbeitsmittels, von Kohlendioxid als Arbeitsmittel
und des zu erwärmenden Fluides im Speicher der
Anlage,
Fig. 2 schematisch in einer Schnittdarstellung eine
Ausbildung der Anlage mit einer Wärmepumpe und
einem Speicher,
Fig. 3 in einer der Fig. 2 ähnlichen Darstellung eine
bevorzugte zweite Ausbildung des Speichers der
Anlage, und
Fig. 4 in einer perspektivischen Ansicht eine Ausbildung
des Hochtemperatur-Wärmeübertragers der Anlage
gemäß Fig. 3 als Lamellenrohrbündel-
Wärmeübertrager.
Fig. 1 zeigt in einer grafischen Darstellung den
Funktionszusammenhang zwischen der Temperatur T und der
Enthalpie H im Hochtemperatur-Wärmeübertrager einer Wärmepumpe
mit einem konventionellen Kälte- bzw. Arbeitsmittel, der durch
die Linie 10 verdeutlicht ist, im Vergleich zu Kohlendioxid als
Arbeitsmitteln, das durch die strichlierte Linie 12
zeichnerisch dargestellt ist. Mit der Bezugsziffer 14 ist in
Fig. 1 der Funktionszusammenhang zwischen der Temperatur T und
der Enthalpie H des zu erwärmenden Fluides bezeichnet. Aus
Fig. 1 ist ersichtlich, daß - abgesehen von der Enthitzungs-
und Unterkühlungsstrecke - im Hochtemperatur-Wärmeübertrager
einer Wärmepumpe mit einem konventionellen Kälte- bzw.
Arbeitsmittel eine weitgehende konstante
Kondensationstemperatur TK vorliegt. Diese
Kondensationstemperatur TK ist über die Dampfdruckbeziehung
eindeutig mit dem Kondensationsdruck verknüpft. In einem
Hochtemperatur-Wärmeübertrager mit dem Arbeitsmittel
Kohlendioxid liegt hingegen - wie die strichlierte Linie 12
verdeutlicht - eine kontinuierliche Temperaturabnahme, d. h. ein
sog. Temperaturgleit, des Kohlendioxidgases vor. Die Temperatur
des zu erwärmenden Arbeits- bzw. Nutz-Fluides nimmt mit der
Enthalpie H linear proportional zu, was in Fig. 1 durch die
Linie 14 verdeutlicht ist. Die speziellen Vorteile von
Kohlendioxid gegenüber konventionellen Kältemitteln liegen in
der hohen Umweltverträglichkeit. Außerdem können bei der
Erwärmung eines Fluids auf über 50°C höhere Leistungsziffern
erreicht werden als bei konventionellen
Kompressionswärmepumpen. Bei zu erzielenden Fluidtemperaturen
von über 65°C können - im Gegensatz zu Kohlendioxid -
konventionelle Kältemittel nicht mehr sinnvoll eingesetzt
werden. Wie an den spezifischen Temperaturverläufen im
Hochtemperatur-Wärmeübertrager deutlich wird, ist es für
konventionelle Kältemittel thermodynamisch günstig, das zu
erwärmende Fluid mit einem geringen Temperaturgleit zu
erwärmen, da sich in diesem Fall der Temperaturverlauf des zu
erwärmenden Fluids besser an den weitgehend konstanten
Temperaturverlauf des kondensierten konventionellen
Kältemittels anpaßt. Wegen des hohen Temperaturgleits von
Kohlendioxid ist entsprechend ein hoher Temperaturgleit des zu
erwärmenden Fluids thermodynamisch günstig, wie bereits
ausgeführt worden ist.
Die Fig. 2 verdeutlicht in einer Block- bzw. Schnittdarstellung
schematisch eine Ausbildung der Anlage 16, die eine Wärmepumpe
18 und einen Speicher 20 aufweist. Die Wärmepumpe 18 weist
einen Verdichter 22, einen Hochtemperatur-Wärmeübertrager 24,
eine Expansionseinrichtung 26 und einen Niedertemperatur-
Wärmeübertrager 28 auf. Der Verdichter 22, der Hochtemperatur-
Wärmeübertrager 24, die Expansionseinrichtung 26 und der
Niedertemperatur-Wärmeübertrager 28 sind in einem Kreis
miteinander verbunden und von einem Arbeitsmittel durchflossen,
bei dem es sich um Kohlendioxid handelt.
Der Hochtemperatur-Wärmeübertrager 24 der Wärmepumpe 18 ist im
bodenseitigen Bereich 30 des Speichers 20 angeordnet. Der
Speicher 20 ist mit einem Speicherfluid 32 gefüllt, er weist
einen nicht gezeichneten Zu- und Ablauf für das Speicherfluid
32 auf.
Der im bodenseitigen Bereich 30 des Speichers 20 vorgesehene
Niedertemperatur-Wärmeübertrager 24 ist z. B. in einem
unterseitig offenen, glockenförmigen Behälter 34 angeordnet und
als Gegenstrom-Wärmetauscher, vorzugsweise als Kreuzgegenstrom-
Wärmetauscher, dimensioniert. An den Behälter 34 schließt
oberseitig strömungstechnisch ein Steigrohr 36 an, das sich mit
einem Steigrohrabschnitt 38 zum oberseitigen Bereich 40 des
Speichers 20 erstreckt. Bei dem mit dem Speicherfluid 32
gefüllten Speicher 20 der Anlage 16 handelt es sich um einen
temperaturgeschichteten Speicher, d. h. das erwärmte
Speicherfluid 32 wird im Steigrohr 36 thermosiphonisch nach
oben transportiert. Das erwärmte Speicherfluid 32 bildet
aufgrund seiner relativ geringen Dichte gegenüber dem am
bodenseitigen Bereich 30 befindlichen kälteren Speicherfluid 32
im oberseitigen Bereich 40 eine warme Speicherfluidschicht aus.
Ohne nennenswerte Durchmischung des warmen mit dem kalten
Speicherfluid 32 wird das Speicherfluid 32 im Speicher 20 nach
und nach von oben nach unten erwärmt, bis schließlich das warme
Speicherfluid 32 auch den bodenseitigen Bereich 30 des
Speichers 20 erreicht.
Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausbildung des Speichers 20 in
einer der Fig. 2 ähnlichen schematischen Schnittdarstellung.
Der Hochtemperatur-Wärmeübertrager 24 ist hierbei als
Lamellenrohrbündel-Wärmeübertrager 42 ausgebildet, wie er auch
in Fig. 4 in einer perspektivischen Darstellung gezeichnet ist.
Derartige Lamellenrohrbündel-Wärmetauscher sind an sich
bekannt, so daß hierauf nicht näher eingegangen zu werden
braucht.
Der als Lamellenrohrbündel-Wärmetauscher 42 ausgebildete
Hochtemperatur-Wärmeübertrager 24 ist mittels einer
Anschlußleitung 44 mit dem Verdichter 22 (sh. Fig. 2)
verbunden. Diese Anschlußleitung 44 erstreckt sich vom
Steigrohraustritt 38 axial, vorzugsweise koaxial, durch das
Steigrohr 36 nach unten in den Behälter 34 hinein und ist dort
an den Hochtemperatur-Wärmeübertrager 24 angeschlossen. Der
Hochtemperatur-Wärmeübertrager 24 ist mit der
Expansionseinrichtung 26 (sh. Fig. 2) mittels einer Rückleitung
46 verbunden, die - wie aus Fig. 3 ersichtlich ist - eine
Rohrschlange 48 aufweist. Diese Rohrschlange 48 ist in Fig. 3
in einer Seitenansicht einfach als Linie und darunter in einer
Drauf- bzw. Unteransicht als Schlangenlinie verdeutlicht. Die
Rohrschlange 48 ist bei dieser Ausbildung im bodenseitigen
Bereich 30 des Speichers 20 unterhalb des Hochtemperatur-
Wärmeübertrager 24 und unterhalb des glockenförmigen,
unterseitig offenen Behälters 34 angeordnet. Die Rohrschlange
48 kann bspw. auch im Behälter 34 vorgesehen sein.
10
Linie
12
strichlierte Linie
14
Linie
16
Anlage
18
Wärmepumpe (von
10
)
20
Speicher (von
10
)
22
Verdichter (von
18
)
24
Hochtemperatur-Wärmeübertrager (von
18
)
26
Expansionseinrichtung (von
18
)
28
Niedertemperatur-Wärmeübertrager (von
18
)
30
bodenseitiger Bereich (von
20
)
32
Speicherfluid (in
20
)
34
Behälter (in
20
)
36
Steigrohr (in
20
)
38
Steigrohraustritt (von
36
)
40
oberseitiger Bereich (von
20
)
42
Lamellenrohrbündel-Wärmetauscher (von
24
)
44
Anschlußleitung (zwischen
22
und
24
)
46
Rückleitung (zwischen
24
und
26
)
48
Rohrschlange (in
46
)
Claims (10)
1. Anlage mit einer Wärmepumpe (18), die einen Verdichter
(22), einen Hochtemperatur-Wärmeübertrager (24), eine
Expansionseinrichtung (26) und einen Niedertemperatur-
Wärmeübertrager (28) aufweist, die in einem Kreis
miteinander verbunden und von einem Arbeitsmittel
durchflossen sind, und mit einem ein Speicherfluid (32)
enthaltenden temperaturgeschichteten Speicher (20), in
dessen bodenseitigem Bereich (30) der Hochtemperatur-
Wärmeübertrager (24) der Wärmepumpe (18) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Hochtemperatur-Wärmeübertrager (24) ein
Gegenstrom-Wärmeübertrager ist, der in einem Behälter
(34) vorgesehen ist, an den oberseitig strömungstechnisch
ein Steigrohr (36) anschließt, das sich mit einem
Steigrohraustritt (38) zum oberseitigen Bereich (40) des
Speichers (20) erstreckt, und daß das Arbeitsmittel der
Wärmepumpe (18) Kohlendioxid ist.
2. Anlage nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Hochtemperatur-Wärmeübertrager (24) ein
Kreuzgegenstrom-Wärmeübertrager ist.
3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Hochtemperatur-Wärmeübertrager (24) in einem
unterseitig offenen, glockenförmigen Behälter (34)
vorgesehen ist.
4. Anlage nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Hochtemperatur-Wärmeübertrager (24) als
Lamellenrohrbündel-Wärmeübertrager (42) ausgebildet ist.
5. Anlage nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Steigrohr (36) einen derartigen lichten
Innenquerschnitt und eine derartige axiale
Längenabmessung besitzt, daß sein thermosiphonischer
Strömungs-Druckabfall einen Volumenstrom mit niedriger
Austrittstemperatur des Wärmepumpen-Arbeitsmittels und
mit hoher Austrittstemperatur des zu erwärmenden
Speicherfluides (32) am Steigrohraustritt (38) des
Steigrohres (36) aufweist.
6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Verdichter (22) mittels einer Anschlußleitung
(44) mit dem Hochtemperatur-Wärmeübertrager (24)
verbunden ist, die sich vom Steigrohraustritt (38) axial
durch das Steigrohr (36) nach unten erstreckt.
7. Anlage nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Anschlußleitung (44) sich koaxial durch das
Steigrohr (36) erstreckt.
8. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Hochtemperatur-Wärmeübertrager (24) mit der
Expansionseinrichtung (26) mittels einer Rückleitung (46)
verbunden ist, die eine Rohrschlange (48) aufweist.
9. Anlage nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rohrschlange (48) im bodenseitigen Bereich (30)
des Speichers (20) unterhalb des Hochtemperatur-
Wärmeübertrager (24) und unterhalb des Behälters (34)
angeordnet ist.
10. Anlage nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rohrschlange (48) in mindestens einer Ebene
angeordnet ist, die zum Boden des Speichers (20)
mindestens annähernd parallel vorgesehen ist.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998129334 DE19829334C1 (de) | 1998-07-01 | 1998-07-01 | Anlage mit einer Wärmepumpe und einem Speicher |
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