DE202009008908U1

DE202009008908U1 - Wärmepumpe

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Publication number: DE202009008908U1
Application number: DE202009008908U
Authority: DE
Original assignee: Remko GmbH and Co KG Klima und Waermetechnik
Current assignee: Remko GmbH and Co KG Klima und Waermetechnik
Priority date: 2009-06-29
Filing date: 2009-06-29
Publication date: 2009-09-03
Anticipated expiration: 2019-06-30

Abstract

Wärmepumpe (1) für Heizzwecke mit einer Außeneinheit (6) zum Wärmetausch mit der Umgebung, und einer über einen ein Kältemittel führenden Kältemittelkreislauf (4) mit der Außeneinheit (6) verbundenen Inneneinheit, die einen Wärmetauscher (14) zum Wärmetausch zwischen dem Kältemittel und einem Wärmeträgermedium aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine weitere Außeneinheit (10) über (jeweils) einen weiteren getrennten, ein Kältemittel führenden Kältemittelkreislauf (8) mit der Inneneinheit (2) verbunden ist, wobei der Wärmetauscher (14) zum Wärme tausch zwischen dem Wärmeträgermedium einerseits und den Kältemitteln andererseits ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpe für Heizzwecke mit einer Außeneinheit zum Wärmetausch mit der Umgebung und einer über einen ein Kältemittel führenden Kältemittelkreislauf mit der Außeneinheit verbundenen Inneneinheit, die einen Wärmetauscher zum Wärmetausch zwischen dem Kältemittel und einem Wärmeträgermedium aufweist.
Derartige Wärmepumpen werden beispielsweise zur Beheizung von Wohnhäusern eingesetzt und nutzen als Wärmequelle meist die Außen- bzw. Umgebungsluft oder die im Erdreich enthaltene Wärme. Aufgrund der von Einsatzort zu Einsatzort unterschiedlichen geforderten Wärmeleistung, den unterschiedlichen lokalen klimatischen Bedingungen und in Abhängig keit von zahlreichen weiteren Faktoren muss herstellerseitig eine relativ breite Produktpalette vorgehalten werden, um den Marktanforderungen einigermaßen gerecht zu werden.
Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine gattungsgemäße Wärmepumpe dahingehend zu verbessern, dass auf Rahmenbedingungen wie angeforderte Heizlast, geforderte Vorlauftemperaturen, schwankende Umgebungstemperaturen usw. flexibel reagiert werden kann, ohne dass eine große Zahl unterschiedlicher Ausführungen bereitgehalten werden muss.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer gattungsgemäßen Wärmepumpe durch die Maßnahme gelöst, dass mindestens eine weitere Außeneinheit über (jeweils) einen weiteren getrennten, ein Kältemittel führenden Kältemittelkreislauf mit der Inneneinheit verbunden ist, wobei der Wärmetauscher zum Wärmetausch zwischen dem Wärmeträgermedium einerseits und den Kältemitteln andererseits ausgebildet ist.
Durch diese Maßnahme erreicht man ein erhöhtes Maß an Flexibilität und Anpassungsfähigkeit hinsichtlich der erforderlichen Heizleistungen und Vorlauftemperaturen. Die technische Umsetzung kann im Falle von zwei Außeneinheiten mit einem Duo-Plattenwärmetauscher als Verflüssiger erfolgen, wobei als Wärmeträgermedium Heizwasser eingesetzt wird und ein Heizwasserkanal von zwei Kältemittelkanälen unter Gewährleistung der Systemtrennung (Trennung der Kältemittelkreisläufe) umspült wird.
Die Erfindung sieht bevorzugt vor, dass mindestens eine Außeneinheit als Verdampfereinheit ausgebildet ist. Mindestens eine Außeneinheit kann zum Wärmetausch mit Umgebungsluft, Bodenmaterial oder Grundwasser ausgebildet sein.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, dass die Inneneinheit als Verflüssigereinheit ausgebildet ist.
Bevorzugt ist weiter vorgesehen, dass der Wärmetauscher zum Wärmetausch mit einem Heizmedium, insbesondere Heizwasser, einer Heizungsanlage ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Wärmetauscher zum Wärmetausch mit einem Kühlmedium, insbesondere Kühlwasser, einer Klimaanlage ausgebildet ist. Die Wärmepumpe kann umschaltbar ausgebildet sein, so dass das Wärmeträgermedium entweder als Heizmedium oder als Kühlmedium wirkt.
Die Erfindung sieht bevorzugt vor, dass mindestens eine Außeneinheit leistungsgeregelt oder moduliert ist.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, dass die Außeneinheiten für unterschiedliche Heiz- oder Vorlauftemperaturen am Wärmetauscher ausgebildet sind. Hierfür können die Kältemittel der Außeneinheiten unterschiedlich sein, bzw. es können unterschiedliche Kältemittel in den jeweiligen Kältemittelkreisläufen enthalten sein, beispielsweise bei einer ersten Außeneinheit ein Kältemittel für Mitteltemperaturen (Vorlauftemperaturen bis ca. 55°C) und bei einer zweiten Außeneinheit ein Kältemittel für Hochtemperaturen (Vorlauftemperaturen bis ca. 75°C).
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Wärmetauscher mehrere erste Kanäle für die Kältemittel der getrennten Kältemittelkreisläufe und einen mit den ersten Kanälen in Wärmetauschkontakt stehenden zweiten Kanal für das Wärmeträgermedium aufweist.
Hierbei kann vorgesehen sein, dass der Wärmetauscher für zwei Außeneinheiten als Duo-Plattenwärmetauscher ausgebildet ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels weiter erläutert, wobei auf eine Zeichnung Bezug genommen ist, in der
1 schematisch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wärmepumpe zeigt,
2 eine schematische perspektivische Ansicht eines Mehrfach-Wärmetauschers zeigt, und
3 eine schematische Schnittansicht des Mehrfach-Wärmetauschers nach 2 zeigt.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Heizsystem für ein Gebäude mit einer erfindungsgemäßen Wärmepumpe, die im Ganzen mit 1 bezeichnet ist. Eine Inneneinheit 2 ist über einen ersten Kältemittelkreislauf 4 mit einem ersten Außenmodul 6 und über einen zweiten Kältemittelkreislauf 8 mit einer zweiten Außeneinheit 10 verbunden, wobei die beiden Kältemittelkreisläufe 4, 8 vollständig getrennt voneinander verlaufen, so dass die beiden darin geführten Kältemittel, die stofflich unterschiedlich sein können und unterschiedliche Drücke und Temperaturen aufweisen können, nicht unmittelbar miteinander in Kontakt kommen.
Jeder Kältemittelkreislauf weist eine Leitung 4a, 8a für gasförmiges Kältemittel und eine Leitung 4b, 8b für flüssiges Kältemittel auf.
Jede Außeneinheit umfasst in an sich bekannter Weise einen Wärmetauscher zur Aufnahme von Wärme aus der Umgebung, beispielsweise aus Umgebungsluft, Bodenmaterial oder Grundwasser, sowie einen Kompressor und eine Entspannungseinheit.
Die Inneneinheit zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass die Kältemittel von mehreren Kältemittelkreisläufen in Wärmetauschkontakt mit einem separat geführten Wärmeträgermedium wie etwa Heizwasser gebracht werden können, wofür ein Wärmetauscher 14 in Form eines Mehrfachwärmetauschers vorgesehen ist. Der Wärmetauscher 14 weist zwei erste Kanäle 16 zur Durchleitung der Kältemittel der Kältemittelkreisläufe 4, 8 auf, zwischen denen ein zweiter Kanal 18 zur Durchleitung von Heizwasser als Wärmeträgermedium angeordnet ist. Die Medien werden vorzugsweise im Gegenstrom geführt, d. h. das Wärmeträgermedium (Heizwasser) strömt entgegengesetzt zu den Kältemitteln, so dass eine optimale Wärmeüber tragung gewährleistet ist. Eine Kreuzstromanordnung ist ebenfalls denkbar, wobei die Kältemittel quer zu dem Wärmeträgermedium strömen.
Der Wärmetauscher 14 könnte auch modular aufgebaut sein, d. h. in Form eines einfachen Wärmetauschers für jedes Außenmodul, wobei die einzelnen Wärmetauscher in Reihe bezüglich der Strömungsrichtung des sie durchsetzenden Wärmeträgermediums angeordnet sein können.
Bei mehr als zwei Außenmodulen kommen andere Bauarten als die des dargestellten Wärmetauschers 14 in Betracht, wobei 2 und 3 schematisch einen Sechsfachwärmetauscher 24 erläutern. Innerhalb eines ersten Kanals 16 sind mehrere, in diesem Falle sechs, zweite Kanäle 18 angeordnet, in denen Kältemittel von voneinander unabhängigen Kältemittelkreisläufen zirkulieren und Wärme mit einem innerhalb des ersten Kanals geführten Wärmeträgermedium austauschen.
Das Wärmeträgermedium wird durch eine Rücklaufleitung 28 dem Wärmetauscher 14 zugeführt und verlässt diesen über eine Vorlaufleitung 30. Die Vorlaufleitung 30 ist mit einer an sich bekannten Überwachungs- und Sicherheitseinheit 32 versehen und weist ferner einen Volumenstromsensor 34, eine Umwälzpumpe 36, eine elektrische Heizpatrone 38 zur Zusatzheizung, einen Temperaturfühler 40, ein Ablassventil 42 sowie ein Absperrventil 44 in Form eines Kugelhahns auf. Die Rücklaufleitung ist ebenfalls mit einem Temperaturfühler 40 versehen und mit einem Ausdehnungsgefäß 46 verbunden. Ferner sind Absperrventile 44 in Form von Kugelhähnen sowie dazwischen ein Sieb bzw. Schmutzfänger 48 angeordnet.
Ein Regler 50 erfasst in Abhängigkeit von Vor- und Rücklauftemperatur und ggf. von Außen- und Innentemperatur den Wärmebedarf und gibt einen Modulationsgrad für die Außenmodule vor, d. h. deren Leistung (z. B. 10%, 30%, 50%, 80% oder 100% der maximalen Leistung). Hierfür ist der Regler 50 mit den Außeneinheiten 6, 10 jeweils über ein Buskabel verbunden, um die benötigte Daten auszutauschen. Je nach Wärmebedarf und benötigter Vorlauftemperatur kann das eine oder das andere Außenmodul oder beide Außenmodule gemeinsam arbeiten. Vorteilhaft ist eine Kombination unterschiedlicher Außeneinheiten für unterschiedliche Umgebungs- und Vorlauftemperaturen, beispielsweise bei der Außeneinheit 6 mit einem Kältemittel für Mitteltemperaturen, d. h. Vorlauftemperaturen bis ca. 55°C, und bei der Außeneinheit 10 mit einem Kältemittel für Hochtemperaturen, d. h. Vorlauftemperaturen bis ca. 75°C. Je nach Außentemperatur und Wärmebedarf arbeitet eines der Außenmodule oder beide gemeinsam mit einem bestmöglichen Einzel- oder Gesamtwirkungsgrad.
Die erfindungsgemäße Wärmepumpe kann selbstverständlich auf der Seite der Inneneinheit mit weiteren Wärmeerzeugern gekoppelt werden, beispielsweise zur Wärmeeinspeisung von Gas- oder Ölkesseln oder einer solarthermischen Anlage.
Mindestens ein Außenmodul kann umschaltbar sein, um für Kühlzwecke verwendet zu werden, wobei dann die Inneneinheit als Wärmequelle und die Außeneinheit als Wärmesenke dient. Das in diesem Falle gekühlte Wärmeträgermedium kann dann zur Klimatisierung von Räumen eingesetzt werden.

1: Wärmepumpe
2: Inneneinheit
4: erster Kältemittelkreislauf
4a, 4b: Leitung
6: erste Außeneinheit
8: zweiter Kältemittelkreislauf
8a, 8b: Leitung
10: zweite Außeneinheit
14: Wärmetauscher
16: erster Kanal
18: zweiter Kanal
24: Sechsfachwärmetauscher
28: Rücklaufleitung
30: Vorlaufleitung
32: Überwachungs- und Sicherheitseinheit
34: Volumenstromsensor
36: Umwälzpumpe
38: Heizpatrone
40: Temperaturfühler
42: Ablassventil
44: Absperrventil
46: Ausdehnungsgefäß
48: Sieb
50: Regler

Claims

Wärmepumpe (1) für Heizzwecke mit einer Außeneinheit (6) zum Wärmetausch mit der Umgebung, und einer über einen ein Kältemittel führenden Kältemittelkreislauf (4) mit der Außeneinheit (6) verbundenen Inneneinheit, die einen Wärmetauscher (14) zum Wärmetausch zwischen dem Kältemittel und einem Wärmeträgermedium aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine weitere Außeneinheit (10) über (jeweils) einen weiteren getrennten, ein Kältemittel führenden Kältemittelkreislauf (8) mit der Inneneinheit (2) verbunden ist, wobei der Wärmetauscher (14) zum Wärme tausch zwischen dem Wärmeträgermedium einerseits und den Kältemitteln andererseits ausgebildet ist.
Wärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Außeneinheit (6, 10) als Verdampfereinheit ausgebildet ist.
Wärmepumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Außeneinheit (6, 10) zum Wärmetausch mit Umgebungsluft, Bodenmaterial oder Grundwasser ausgebildet ist.
Wärmepumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Inneneinheit als Verflüssigereinheit ausgebildet ist.
Wärmepumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (14) zum Wärmetausch mit einem Heizmedium, insbesondere Heizwasser, einer Heizungsanlage ausgebildet ist.
Wärmepumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (14) zum Wärmetausch mit einem Kühlmedium, insbesondere Kühlwasser, einer Klimaanlage ausgebildet ist.
Wärmepumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe umschaltbar ist, wobei der Wärmeträgermedium entweder als Heizmedium oder als Kühlmedium wirkt.
Wärmepumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Außeneinheit (6, 10) leistungsgeregelt ist.
Wärmepumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außeneinheiten (6, 10) für unterschiedliche Heiztemperaturen am Wärmetauscher (14) ausgebildet sind.
Wärmepumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kältemittel der Außeneinheiten unterschiedlich sind.
Wärmepumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (14) mehrere erste Kanäle (16) für die Kältemittel der getrennten Kältemittelkreisläufe (4, 8) und einen mit den ersten Kanälen (16) in Wärmetauschkontakt stehenden zweiten Kanal (18) für das Wärmeträgermedium aufweist.
Wärmepumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (14) für zwei Außeneinheiten (6, 10) als Duo-Plattenwärmetauscher ausgebildet ist.