-
ANWENDUNGSGEBIET
-
Die hier beschriebenen Ausführungsformen betreffen eine Vorrichtung zur Erzeugung von Brauchwarmwasser und zur Klimatisierung, d.h. zur Heizung/Kühlung, zumindest eines Raums eines Gebäudes durch zumindest ein klimatisierendes Element mit Wasserumlauf.
-
STAND DER TECHNIK
-
Auf dem Gebiet der Heizungs- und Brauchwarmwassererzeugungsanlagen ist eine Vorrichtung bekannt, die auch „Wasserofen“ genannt wird, die eine einzige Struktur umfasst, in welcher sowohl ein Ofen, üblicherweise ein Pellet- oder ein Holzofen, als auch ein Kessel für das Wasser, der an die Ofenbrennkammer angrenzt, so dass das im Kessel enthaltene Wasser durch die Ofenflamme erwärmt wird, angeordnet sind. Die oben erwähnte bekannte Vorrichtung beheizt unmittelbar den Raum, in dem sie angeordnet ist, erzeugt aber daher auch Warmwasser, das in Richtung auf einen außerhalb der Vorrichtung gelegenen Speicher zugeführt wird, so dass dieses Wasser verwendet werden kann, sowohl um das Brauchwarmwasser zu erwärmen, das seinerseits von einem Benutzer direkt verwendet werden kann, als auch um in entsprechenden, ebenfalls außerhalb der Vorrichtung gelegenen, Strahlungselementen in Umlauf gebracht zu werden, um einen oder mehrere Räume eines Gebäudes zu beheizen.
-
Die oben erwähnte bekannte Vorrichtung weist aber den Nachteil auf, dass sie, innerhalb ihrer Struktur, nur den Ofen und den Wasserkessel aufweist, während der Brauchwarmwasserspeicher sich außerhalb der Struktur selbst befindet und einekosten- und arbeitsaufwendige – hydraulische Verbindung erfordert, die ihn mit dem Ofenkessel verbindet.
-
Darüber hinaus weist die oben erwähnte bekannte Vorrichtung auch den Nachteil auf, dass, wenn es nicht erforderlich ist, die Strahlungselemente zu heizen, wie zum Beispiel im Sommer, der Ofen auf jeden Fall eingeschaltet sein muss, um das Brauchwarmwasser zu erzeugen.
-
Es besteht daher das Bedürfnis, eine Vorrichtung zur Erzeugung von Brauchwarmwasser und zur Klimatisierung eines oder mehrerer Räume eines Gebäudes zu verbessern, die zumindest einen der Nachteile des Standes der Technik überwinden kann.
-
Insbesondere liegt ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin, eine kompakte, selbständige und relativ wirtschaftliche Vorrichtung zu schaffen, die imstande ist, sowohl Brauchwarmwasser selbständig zu erzeugen, als auch einen oder mehrere Räume eines Gebäudes zu klimatisieren, und zwar durch zumindest ein klimatisierendes (strahlendes/kühlendes) Element, das außerhalb der Vorrichtung selbst liegt, aber mit ihr hydraulisch verbunden ist, ohne die Notwendigkeit, dass die Vorrichtung hydraulisch mit Teilen zur Brauchwarmwasserspeicherung verbunden sein muss, die außen liegen.
-
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zu schaffen, die imstande ist, Brauchwarmwasser zu erzeugen, auch ohne den entsprechenden Ofen einzuschalten, insbesondere in der Sommerzeit.
-
Um die Nachteile des Standes der Technik zu beheben, und um diese, sowie weitere Ziele und Vorteile zu erreichen, hat die Anmelderin die vorliegende Erfindung entwickelt, untersucht und verwirklicht.
-
ERLÄUTERUNG DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung wird in den unabhängigen Ansprüchen ausgedrückt und durch sie gekennzeichnet.
-
Die abhängigen Ansprüche legen andere Merkmale, oder Varianten, der vorliegenden Erfindung dar.
-
In Übereinstimmung mit den oben erwähnten Zielen umfasst eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, um Brauchwarmwasser zu erzeugen und zumindest einen Raum eines Gebäudes zu klimatisieren, und zwar mittels zumindest eines klimatisierenden Elementes mit Wasserumlauf, in einer einzigen Stütz- und Ummantelungsstruktur, zumindest erste Wärmeaustauschmittel, die einen befeuerten Wärmeerzeuger, zum Beispiel einen Pellet- oder einen Holzwärmeerzeuger, und einen Kessel für das Wasser aufweisen, das durch den oben genannten Wärmeerzeuger zu erwärmen ist.
-
In Übereinstimmung mit einem charakteristischen Aspekt der vorliegenden Erfindung sind in der oben erwähnten einzigen Stütz- und Ummantelungsstruktur auch zumindest ein Speichertank des Brauchwarmwassers, das entweder direkt oder indirekt von den oben genannten ersten Wärmeaustauschmitteln erzeugt wurde, und zumindest zweite Wärmeaustauschmittel vorhanden, die mit dem oben genannten zumindest einen Speichertank verbunden und dafür ausgelegt sind, um mit dem oben genannten zumindest einen klimatisierenden Element verbunden zu werden.
-
In Übereinstimmung mit einem weiteren charakteristischen Aspekt der vorliegenden Erfindung sind in der oben erwähnten einzigen Stütz- und Ummantelungsstruktur auch Ventilumschaltmittel vorhanden, die selektiv betätigbar sind, sowohl um den Fluss des Wassers, das von den oben genannten ersten Wärmeaustauschmitteln erzeugt wurde, in Richtung auf den oben genannten zumindest einen Brauchwarmwasser-Speichertank oder in Richtung auf das genannte zumindest eine klimatisierende Element umzuleiten, als auch um das Wasser aus dem oben genannten zumindest einen klimatisierenden Element in Richtung auf die oben genannten ersten Wärmeaustauschmittel oder in Richtung auf die oben genannten zweiten Wärmeaustauschmittel umzuleiten.
-
In Übereinstimmung mit einem weiteren charakteristischen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in der oben erwähnten einzigen Stütz- und Ummantelungsstruktur auch ein elektronischer Überwachungsschaltkreis vorhanden, der konfiguriert und programmiert ist, um die selektive Umschaltung der oben genannten Ventilumschaltmittel aufgrund von Temperaturfühlern zu überwachen, die zumindest dem zumindest einen Speichertank und dem zumindest einen Raum zugeordnet sind.
-
In Übereinstimmung mit einem weiteren charakteristischen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfassen die oben genannten zweiten Wärmeaustauschmittel eine erste Wärmepumpe.
-
Gemäß einem weiteren charakteristischen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die oben genannte erste Wärmepumpe des Typs mit Gasumlauf und umfasst zumindest einen Kondensator, der innerhalb des oben genannten zumindest einen Brauchwarmwasser-Speichertanks angeordnet ist.
-
In Übereinstimmung mit einem weiteren charakteristischen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auch ein weiterer Wärmetauscher des Luft-Typs vorgesehen, der dafür ausgelegt ist, um mit der oben genannten ersten Wärmepumpe zusammenzuwirken, und der sowohl mit dem oben genannten Kessel als auch mit dem Eingang des oben genannten zumindest einen klimatisierenden Elementes verbunden ist.
-
Gemäß einem weiteren charakteristischen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren zur Erzeugung von Brauchwarmwasser und zur selektiven Klimatisierung von zumindest einem Raum eines Gebäudes durch zumindest ein klimatisierendes Element mit Wasserumlauf die folgenden Schritte:
- a) Wasser durch erste Wärmeaustauschmittel erwärmen, die einen befeuerten Wärmeerzeuger und einen Kessel für das durch den oben erwähnten befeuerten Wärmeerzeuger zu erwärmende Wasser aufweisen;
- b) das im oben genannten Kessel erwärmte Wasser in zumindest einen Brauchwarmwasser-Speichertank überführen;
- c) zusätzlich zum oben genannten Schritt b), oder als Ersatz dafür, zweite Wärmeaustauschmittel aktivieren, die mit dem oben genannten zumindest einen Brauchwarmwasser-Speichertank, um dieses Wasser zu erwärmen, und mit dem zumindest einen klimatisierenden Element verbunden sind, wobei dieses letztgenannte Element als Kältequelle für die oben genannten zweiten Wärmeaustauschmittel fungiert.
-
Gemäß einem weiteren charakteristischen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das oben genannte Verfahren auch den folgenden Schritt:
- d) Ventilumschaltmittel selektiv aktivieren, sowohl um den Fluss des von den oben genannten ersten Wärmeaustauschmitteln erzeugten Wassers in Richtung auf den oben genannten zumindest einen Speichertank, oder in Richtung auf das oben genannte zumindest eine klimatisierende Element, abzuleiten, sowohl um das Wasser, das aus dem oben genannten zumindest einen klimatisierenden Element kommt, in Richtung auf die oben genannten ersten Wärmeaustauschmittel, oder in Richtung auf die oben genannten zweiten Wärmeaustauschmittel, aufgrund der Temperaturen abzuleiten, die von Temperaturerfassungsmitteln erfasst werden, die zumindest dem genannten zumindest einen Speichertank und dem genannten zumindest einen Raum zugeordnet sind und die von einem elektronischen Überwachungsschaltkreis überwacht werden.
-
Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Vorrichtung vorteilhafterweise im Winter, um Brauchwarmwasser/Heizung durch den Biobrennstoff-Ofen zu erzeugen, und im Sommer zu benutzen, um nur das Brauchwarmwasser durch eine Wärmepumpe zu erzeugen, indem also im Sommer die höhere thermische Leistungseffizienz des thermodynamischen Zyklus der Wärmepumpe ausgenutzt wird, wodurch es vermieden wird, den Ofen einzuschalten.
-
Darüber hinaus ist es, mit der vorliegenden Erfindung, wegen der Kombination eines ersten befeuerten Wärmetauschers (z.B. Wasserofens) und eines zweiten Wärmetauschers mit elektrischer Energie (z.B. einer Wärmepumpe) möglich, die bereits existierende Heizungsanlage als Kältequelle des zweiten Wärmetauschers zu verwenden.
-
Diese und andere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden mit Hilfe der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnungsfiguren und der beigefügten Ansprüche besser verstanden werden. Die Zeichnungsfiguren, die in die vorliegende Beschreibung integriert sind und dazu gehören, stellen einige Ausführungsformen des vorliegenden Gegenstands dar und, zusammen mit der Beschreibung, nehmen sich vor, die Grundsätze der Offenbarung zu beschreiben.
-
Die verschiedenen Aspekte und Merkmale, die in der vorliegenden Beschreibung beschrieben sind, können, soweit möglich, einzeln Anwendung finden. Diese einzelnen Aspekte, zum Beispiel Aspekte und Merkmale, die in der Beschreibung oder in den beigefügten abhängigen Ansprüchen vorhanden sind, können Gegenstand von Teilanmeldungen sein.
-
Es wird darauf hingewiesen, dass jeder Aspekt oder jedes Merkmal, der bzw. das sich im Laufe des Patentierungsverfahrens als bereits bekannt herausstellen sollte, als nicht beansprucht und als Gegenstand eines Verzichts zu verstehen ist.
-
ERKLÄRUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Diese und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform ersichtlich sein, die als Beispiel, aber nicht in einschränkender Weise, geliefert wird, worin auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird.
-
1 ist ein Funktionsschema einer Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, gemäß einer ersten Ausführungsform;
-
2 ist ein Schaltplan der Vorrichtung nach 1;
-
3 ist ein Funktionsschema eines Teils der Vorrichtung nach 1 während eines ersten Betriebszustands;
-
4 ist ein Funktionsschema eines Teils der Vorrichtung nach 1 während eines zweiten Betriebszustands;
-
5 ist ein Funktionsschema eines Teils der Vorrichtung nach 1 während eines dritten Betriebszustands;
-
6 ist ein Funktionsschema eines Teils der Vorrichtung nach 1 während eines vierten Betriebszustands;
-
7 ist ein Funktionsschema eines Teils der Vorrichtung nach 1 während eines fünften Betriebszustands;
-
8 ist ein Funktionsschema einer Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, gemäß einer zweiten Ausführungsform, die eine erste Variante der Vorrichtung nach 1 darstellt;
-
9 ist ein Funktionsschema einer Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, gemäß einer dritten Ausführungsform, die eine zweite Variante der Vorrichtung nach 1 darstellt;
-
10 ist ein Funktionsschema einer Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, gemäß einer vierten Ausführungsform, die eine dritte Variante der Vorrichtung nach 1 darstellt;
-
11 ist ein Funktionsschema einer Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, gemäß einer fünften Ausführungsform, die eine vierte Variante der Vorrichtung nach 1 darstellt;
-
12 ist ein Funktionsschema einer Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, gemäß einer sechsten Ausführungsform, die eine fünfte Variante der Vorrichtung nach 1 darstellt.
-
In den beigefügten Zeichnungen werden die Kaltwasserrohrleitungen mit durchgehenden Linien, die Warmwasserrohrleitungen mit gestrichelten Linien und die Flüssigkeitsrohrleitungen einer Wärmepumpe mit punktierten Linien dargestellt. Die Pfeile, die den unterschiedlichen Rohrleitungen zugeordnet sind, zeigen die Richtung des Flusses der Flüssigkeit in ihrem Inneren.
-
Darüber hinaus beziehen sich, zum Zwecke einer einfacheren Erläuterung der vorliegenden Erfindung, gleiche Bezugsnummer, in den unterschiedlichen Varianten, oder beschriebenen Ausführungsformen, auf gleiche Teile oder auf einander sehr ähnliche Teile.
-
Ergänzend dazu wird präzisiert, dass in der vorliegenden Beschreibung die Ausdrücke vertikal, hoch, niedrig, ober, unter, rechts und links nur die Aufgabe haben, die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungsfiguren besser zu erläutern, und können auf keine Weise verwendet werden, um den Umfang der Erfindung selbst oder deren Schutzbereich einzuschränken.
-
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Es soll jetzt im Einzelnen auf die verschiedenen Ausführungsformen Bezug genommen werden, von welchen ein oder mehrere Beispiele in den beigefügten Figuren gezeigt sind. Jedes Beispiel dient zur Veranschaulichung der Erfindung und ist nicht als eine Einschränkung derselben zu verstehen. Zum Beispiel können die Merkmale, die als zu einer Ausführungsform gehörend erläutert oder beschrieben sind, auf andere oder in Verbindung mit anderen Ausführungsformen angewandt werden, um eine weitere Ausführungsform zu verwirklichen. Es soll verstanden werden, dass die vorliegende Erfindung solche Abänderungen und Varianten umfasst.
-
Bevor man die Ausführungsformen beschreibt, wird ferner klargestellt, dass die vorliegende Beschreibung in ihrer Anwendung nicht auf die Konstruktions- und auf die Anordnungsdetails der Komponenten, so wie diese in der nachfolgenden Beschreibung unter Verwendung der beigefügten Figuren beschrieben sind, beschränkt ist. Die vorliegende Beschreibung kann andere Ausführungsformen vorsehen und auf andere, unterschiedliche Weisen ausgeführt oder verwirklicht werden. Darüber hinaus wird klargestellt, dass die hier verwendete Phraseologie und Terminologie zum Zwecke der Beschreibung dient und nicht als einschränkend anzusehen ist.
-
Im Hinblick auf
1 umfasst, in einer ersten Ausführungsform, eine Vorrichtung
10 gemäß der vorliegenden Erfindung, zur Erzeugung von Brauchwarmwasser und zur selektiven Klimatisierung eines oder mehrerer Räume
11 eines Gebäudes
12, zum Beispiel durch ein oder mehrere klimatisierende Elemente, im spezifischen Fall bestehend aus Heizkörpern
13, einen Wärmeerzeuger durch Biomasseverbrennung, zum Beispiel einen bekannten, mit Pellets beschickten Ofen
14, wie zum Beispiel des Typs, der in der europäischen Patentanmeldung
EP-A-2674680 im Namen der gleichen Anmelderin beschrieben ist.
-
Insbesondere umfasst der Ofen 14 eine Brennkammer 15 und einen benachbarten Kessel 16, der dazu geeignet ist, eine Wärmeübertragungsflüssigkeit, z.B. Wasser, zu fassen. Auf diese Weise ist die selektiv in der Brennkammer 15 erzeugte Flamme imstande, die Wärmeübertragungsflüssigkeit (z.B. Wasser), die im Kessel 16 enthalten ist, zu erwärmen. Die Brennkammer 15 und der Kessel 16 dienen somit als erste Wärmeaustauschmittel, in diesem Falle, um Wasser zu erwärmen.
-
Die Vorrichtung 10 umfasst auch eine hydraulische Anlage, die ihrerseits eine Vielzahl von Rohrleitungen, oder Rohren, umfasst, die später im Detail beschrieben werden sollen.
-
Im spezifischen Fall kann das kalte Wasser für die Erstbefüllung der hydraulischen Anlage der Vorrichtung 10 und der Heizkörper 13 aus einem Eingang 17 und von hier aus in den Kessel 16 durch eine erste Rohrleitung 18, eine zweite Rohrleitung 19 und eine dritte Rohrleitung 20 einlaufen. In der zweiten Rohrleitung 19 ist ein Handventil 21 angeordnet, das so gestaltet ist, um nur während der Phase der Befüllung der hydraulischen Anlage und der Heizkörper 13 geöffnet zu werden.
-
Der Eingang 17 ist so gestaltet, um mit irgendeiner externen Versorgungsquelle, zum Beispiel einem Wasserversorgungsnetz, verbunden zu werden.
-
Die dritte Rohrleitung 20 ist mit einem ersten Abschnitt versehen (dem oberen Abschnitt in 1), der mit einem ersten Weg eines ersten Elektro-Dreiwegeventils 22 (dem Weg unten in 1) verbunden ist, das von einem ersten Stellglied 23 gesteuert ist.
-
Eine erste Umlaufpumpe 24 ist in einem zweiten Abschnitt (dem unteren Abschnitt in 1) der dritten Rohrleitung 20, zwischen dem ersten Elektro-Dreiwegeventil 22 und dem Kessel 16, angeordnet.
-
Ein zweiter Weg des ersten Elektro-Dreiwegeventils 22 (der Weg rechts in 1) ist mit einer vierten Rohrleitung 25 verbunden, die aus einem ersten Wärmetauscher 26 austritt, z.B. einem Platten-Wärmetauscher, der dazu geeignet ist, ein Wasser-Wasser-Wärmetausch durchzuführen.
-
Ein dritter Weg des ersten Elektro-Dreiwegeventils 22 (der Weg links in 1) ist mit den Ausgängen der Heizkörper 13 durch eine fünfte Rohrleitung 27 verbunden.
-
Im ersten Wärmetauscher 26 kann kaltes Wasser direkt aus dem Eingang 17, durch die erste Rohrleitung 18, einlaufen, wenn die hydraulische Anlage bereits gefüllt und das Handventil 21 geschlossen ist.
-
Eine sechste Rohrleitung 28 ist an einer Seite mit dem Ausgang des Warmwassers aus dem Kessel 16 und an der anderen Seite, durch ein T-Stück 30, mit einer siebten Rohrleitung 31 verbunden, die ihrerseits mit dem ersten Wärmetauscher 26 verbunden ist.
-
Eine achte Rohrleitung 32 verbindet das T-Stück 30 mit einem ersten Weg eines zweiten Elektro-Dreiwegeventils 33 (dem Weg rechts in 1), das von einem zweiten Stellglied 34 gesteuert ist.
-
Ein zweiter Weg des zweiten Elektro-Dreiwegeventils 33 (der Weg links in 1) ist mit den Eingängen der Heizkörper 13 durch eine neunte Rohrleitung 35 verbunden.
-
Der erste Wärmetauscher 26 ist auch, durch eine zehnte Rohrleitung 36, mit dem Eingang eines ersten Brauchwarmwasser-Speichertanks 37 verbunden, der zum Beispiel vertikal angeordnet ist. Der Ausgang des ersten Brauchwarmwasser-Speichertanks 37 ist, durch eine elfte Rohrleitung 38, mit dem Eingang eines zweiten Brauchwarmwasser-Speichertanks 39, der ebenfalls vertikal angeordnet ist, verbunden, aus dessen Ausgang, durch eine zwölfte Rohrleitung 40, das von einem Benutzer angeforderte Brauchwarmwasser aus der Vorrichtung 10 durch einen Ausgang 41 auslaufen kann.
-
Der erste Brauchwarmwasser-Speichertank 37 weist, zum Beispiel, eine Kapazität von 50 Litern auf und ist mit einem ersten Temperaturfühler 42 und mit einem zweiten Temperaturfühler 43 versehen, die dazu geeignet sind, die Temperatur des Wassers im unteren Teil bzw. im oberen Teil des ersten Brauchwarmwasser-Speichertanks 37 selbst zu ermitteln.
-
Der zweite Brauchwarmwasser-Speichertank 39 weist, zum Beispiel, eine Kapazität von 30 Litern auf und ist mit einem dritten Temperaturfühler 44 und mit einem vierten Temperaturfühler 45 versehen, die dazu geeignet sind, die Temperatur des Wassers im unteren Teil bzw. im oberen Teil des zweiten Brauchwarmwasser-Speichertanks 39 selbst zu ermitteln.
-
Zwischen der ersten Rohrleitung 18 und der zwölften Rohrleitung 40 ist eine Umleitrohrleitung 46 angeordnet, die der Reihe nach eine zweite Umlaufpumpe 47 und ein erstes Elektro-Zweiwegeventil 48 aufweist, das von einem dritten Stellglied 49 gesteuert ist. Die Umleitrohrleitung 46 ist imstande, das Brauchwarmwasser aus dem zweiten Speichertank 39 zum ersten Wärmetauscher 26 selektiv in Umlauf zu setzen, wie weiter unten näher beschrieben werden soll.
-
Die Vorrichtung 10 umfasst ferner zweite Wärmeaustauschmittel 50 zum selektiven Erwärmen von Wasser, unter bestimmten Umständen und Bedingungen, wie weiter unten näher beschrieben werden soll. Im vorliegenden Fall umfassen die zweiten Wärmeaustauschmittel 50 vorteilhafterweise eine Wärmepumpe, die ihrerseits einen Verdampfer 51 und einen damit verbundenen Rohrkreislauf 52 umfasst, in welchem ein Gas, zum Beispiel Freon, strömt. Der Verdampfer 51 dient als zweiter Wärmetauscher, hier des Wasser-Freon-Typs, und ist auch, durch eine dreizehnte Rohrleitung 53, mit einem dritten Weg des zweiten Elektro-Dreiwegeventils 33 (dem Weg oben in 1) und, durch eine vierzehnte Rohrleitung 54, mit der neunten Rohrleitung 35 verbunden.
-
Die Wärmepumpe 50 umfasst auch einen Kompressor 55, ein Expansionsventil 56, ein zweites Elektro-Zweiwegeventil 57, das von einem vierten Stellglied 58 gesteuert ist, und ein drittes, von einem fünften Stellglied 60 gesteuertes Elektro-Zweiwegeventil 59.
-
Darüber hinaus umfasst die Wärmepumpe 50, zwischen dem zweiten Elektro-Zweiwegeventil 57 und dem Expansionsventil 56, einen ersten Kondensator 61, der innerhalb des ersten Brauchwarmwasser-Speichertanks 37 angeordnet ist, und, zwischen dem dritten Elektro-Zweiwegeventil 59 und dem Expansionsventil 56, einen zweiten Kondensator 62, der innerhalb des zweiten Brauchwarmwasser-Speichertanks 39 angeordnet ist.
-
Die Vorrichtung 10 umfasst ferner auch einen fünften Temperaturfühler 63, der am Ausgang des Verdampfers 51 in Richtung auf den Kompressor 55 angeordnet ist, einen sechsten Temperaturfühler 64, der am Eingang des Kessels 16 angeordnet ist, einen siebten Temperaturfühler 65, der am Ausgang des Kessels 16 angeordnet ist, und einen achten Temperaturfühler 66, oder einen Thermostat, der in einem der zu beheizenden Räume 11 angeordnet ist.
-
Die Vorrichtung 10 umfasst ferner einen elektronischen Überwachungsschaltkreis 67 (1 und 2), der seinerseits einen Mikroprozessor 68 umfasst, der sowohl mit den verschiedenen Temperaturfühlern 42 bis 45 und 63 bis 66, als auch mit den zwei Stellgliedern 23 und 34 der Elektro-Dreiwegeventile 22 und 33, als auch mit den drei Stellgliedern 49, 58 und 60 der Elektro-Zweiwegeventile 48, 57 und 59, sowie auch mit den zwei Umlaufpumpen 24 und 47, und mit dem Kompressor 55 der Wärmepumpe 50 verbunden ist. Der Mikroprozessor 68 ist auch mit einer elektrischen Überwachungsvorrichtung 69 des Ofens 14, bekannter Art, verbunden, die imstande ist, sowohl die Ein- bzw. Ausschaltung als auch die Beschickung des Ofens 14 selbst selektiv zu führen.
-
Vorteilhafterweise wird die ganze Vorrichtung 10 in einer sehr kompakten Weise innerhalb einer einzigen Stütz- und Ummantelungsstruktur aufgenommen, die zum Beispiel im Wesentlichen die Form eines Parallelepipeds aufweist, dessen Abmessungen ungefähr eine Höhe von 120 cm, eine Breite von 90 cm und eine Tiefe von 60 cm betragen können. Daher kann die Vorrichtung 10 ein Gesamtvolumen von weniger als 1 Kubikmeter haben und kann sowohl in einem bewohnbaren Raum, wie z.B. dem Wohnzimmer einer Wohnung, als auch in einem Technikraum, wie z.B. der Heizzentrale eines Gebäudes, installiert werden.
-
Gemäß einer Variante, die in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, aber für einen Fachmann leicht verständlich ist, kann ein einziger Brauchwarmwasser-Speichertank mit angemessener Kapazität, z.B. von 100–120 Litern, anstelle von den zwei Brauchwarmwasser-Speichertanks 37 und 39 vorgesehen sein, auch wenn die zwei Speichertanks die Effizienz und die Produktionsgeschwindigkeit von Brauchwarmwasser verbessern.
-
Die Arbeitsweise der bisher beschriebenen Vorrichtung 10 ist wie folgt.
-
In einem ersten Betriebszustand, zum Beispiel im Winter, wenn die Produktion von Brauchwarmwasser angefordert wird, ist der Teil der Vorrichtung 10, der in Betrieb ist, derjenige, der in 3 schematisch dargestellt ist. In diesem ersten Betriebszustand ist der Mikroprozessor 68 so programmiert, um am Anfang sowohl den dritten Weg des ersten Elektro-Dreiwegeventils 22 (links in 1), als auch den ersten Weg des zweiten Elektro-Dreiwegeventils 33 (rechts in 1) geschlossen zu halten. Auf diese Weise wird der Warmwasserumlauf in dem ganzen Zweig der Anlage, der die Heizkörper 13 betrifft, vorübergehend abgeschaltet.
-
Das Brauchwarmwasser, das in den zwei Speichertanks 37 und 39 enthalten ist, kann aus dem Ausgang 41 entnommen werden.
-
Wenn der vierte Temperaturfühler 45 ermittelt, dass die Temperatur des Brauchwarmwassers aus dem zweiten Speichertank 39 einen vorgegebenen Wert unterschreitet, z.B. 40°C, geht die Vorrichtung 10 zu einem zweiten Betriebszustand über, der dem vorhergehenden ähnlich ist, in dem der Teil der Vorrichtung 10, der in 4 schematisch dargestellt ist, in Betrieb ist. Insbesondere ist der Ofen 14 betätigt und der Umlauf von Brauchwarmwasser erfolgt durch die Aktivierung der zweiten Umlaufpumpe 47 und die Öffnung des ersten Elektro-Zweiwegeventils 48.
-
Der elektronische Überwachungsschaltkreis 67 aktiviert automatisch, in jeder beliebigen bekannten Weise, die elektrische Überwachungsvorrichtung 69 des Ofens 14, der sich einschaltet und beginnt, das Wasser, das im Kessel 16 enthalten ist, zu erwärmen. Das Brauchwarmwasser, das in den beiden Speichertanks 37 und 39 enthalten ist, wird dadurch vom Ofen 14 durch den ersten Platten-Wärmetauscher 26 erwärmt. Bei der hier gezeigten Ausführungsform ist nämlich die Leistung des Ofens 14 nicht ausreichend, um das Wasser sofort zu erwärmen, so dass es erforderlich ist, dass das Warmwasser zwischen den Tanks 37 und 39 und dem ersten Wärmetauscher 26 zirkuliert, um die gewünschte Temperatur zu erreichen. Der elektronische Überwachungsschaltkreis 67 aktiviert das erste Elektro-Zweiwegeventil 48 und setzt die zweite Umlaufpumpe 47 in Betrieb, so dass das Wasser vom Kessel 16 zum ersten Wärmetauscher 26 und von dort aus zu den zwei Speichertanks 37 und 39 strömt, bis der dritte Temperaturfühler 44 die für das Brauchwarmwasser vorgegebene Temperatur erfasst.
-
In einem dritten Betriebszustand, zum Beispiel noch im Winter, wenn es auch gefordert wird, dass der Raum bzw. die Räume 11 beheizt wird bzw. werden, ist der Teil der Vorrichtung 10, der in Betrieb ist, derjenige, der in 5 schematisch dargestellt ist.
-
Der elektronische Überwachungsschaltkreis 67 steuert die elektrische Überwachungsvorrichtung 69 des Ofens 14 und, wenn das Wasser, das im Kessel 16 enthalten ist, sich auf ungefähr 60–70°C erwärmt, steuert auch die Umschaltung sowohl des ersten Dreiwegeventils 22, damit dieses seinen ersten Weg (den Weg rechts in 5) schließt und die anderen zwei Wege öffnet, als auch des zweiten Dreiwegeventils 33, damit dieses seinen dritten Weg (den Weg oben in 5) schließt und die anderen zwei Wege öffnet: auf diese Weise kann die Zirkulation des Warmwassers, das vom Ofen 14 erzeugt wird, in Richtung auf die Heizkörper 13, durch die sechste Rohrleitung 28, die achte Rohrleitung 32, das zweite Dreiwegeventil 33 und die neunte Rohrleitung 35 strömen. Der Rücklauf des Wassers von den Heizkörpern 13 zum Kessel 16 erfolgt durch die fünfte Rohrleitung 27, das erste Dreiwegeventil 22 und die dritte Rohrleitung 20. Die Zirkulation des Wassers wird von der ersten Umlaufpumpe 24 garantiert.
-
Wenn im Raum 11 die gewünschte Temperatur erreicht wird, wird der achte Temperaturfühler 66 dem elektronischen Überwachungsschaltkreis 67 einen Befehl senden, der die Abschaltung des Ofens 14 durch die elektrische Überwachungsvorrichtung 69 steuern wird.
-
Wenn ein Benutzer Brauchwarmwasser aus dem Ausgang 41 anfordert, z.B. indem er einen Wasserhahn aufdreht, während die Vorrichtung 10 sich im dritten Betriebszustand befindet, wird die Temperatur des Wassers im Tank 39 sinken und der dritte Temperaturfühler 44 wird, über den elektronischen Überwachungsschaltkreis 67, eine neue Umschaltung des ersten Elektro-Dreiwegeventils 22 und des zweiten Elektro-Dreiwegeventils 33 im zweiten oben beschriebenen Betriebszustand (4) steuern.
-
Der Mikroprozessor 68 ist auch programmiert, um die Aus- und Einschaltung des Ofens 14, durch die elektrische Überwachungsvorrichtung 69, aufgrund der Temperaturwerte selektiv zu steuern, die er, insbesondere, aus den unterschiedlichen Temperaturfühlern 42 bis 45 und 63 bis 66 empfängt.
-
In diesen ersten drei Betriebszuständen der Vorrichtung 10 geht die Wärmepumpe 50 nicht in Betrieb.
-
In einem vierten Betriebszustand der Vorrichtung 10, zum Beispiel im Sommer, oder in allen Zeiträumen, in denen es nicht erforderlich ist, den Raum bzw. die Räume 11 zu beheizen, aber auf jeden Fall die Erzeugung von Brauchwarmwasser angefordert wird, ist der Mikroprozessor 68 programmiert, um die Wärmepumpe 50 in Betrieb zu setzen und den Ofen 14 inaktiv zu halten.
-
In diesem vierten Betriebszustand ist der Teil der Vorrichtung 10, der in Betrieb ist, derjenige, der in 6 schematisch dargestellt ist. Der Mikroprozessor 68 hält sowohl den ersten Weg des ersten Elektro-Dreiwegeventils 22 (den Weg rechts in 6), als auch den zweiten Weg des zweiten Elektro-Dreiwegeventils 33 (den Weg links in 6) geschlossen. Der Mikroprozessor 68 aktiviert die Wärmepumpe 50 und insbesondere den Verdampfer 51 und den Kompressor 55. Die Zweiwegeventile 57 und 59 sind selektiv offen, oder geschlossen, je nach dem Brauchwarmwasser-Speichertank 37 und/oder 39, den man benutzen will, um das Wasser zu erwärmen. Das in den Heizkörpern 13 enthaltene Wasser, das im Wesentlichen die Temperatur des Raums 11 aufweist, zum Beispiel von ungefähr 20°C, die vom achten Temperaturfühler 66 erfasst wird, wird von der ersten Umlaufpumpe 24 aus den Heizkörpern 13 selbst zum Eingang des Verdampfers 51, durch die fünfte Rohrleitung 27, das erste Elektro-Dreiwegeventil 22, die dritte Rohrleitung 20, den Kessel 16, die sechste Rohrleitung 28, die achte Rohrleitung 32, das zweite Elektro-Dreiwegeventil 33 und die dreizehnte Rohrleitung 53 in Umlauf gebracht. Der Rücklauf des Wassers von dem Verdampfer 51 zu den Heizkörpern 13 erfolgt durch die vierzehnte Rohrleitung 54 und die neunte Rohrleitung 35. Die erste Umlaufpumpe 24 sorgt dafür, die Zirkulation des Wassers zu sichern.
-
Zur gleichen Zeit strömt das Freon-Gas, das durch seinen eigenen Rohrkreislauf 52, im Uhrzeigersinn in 6, zirkuliert, aus dem Verdampfer 51 in Übereinstimmung mit dem fünften Temperaturfühler 63 aus, strömt in den Kompressor 55 hinein, strömt dann, von diesem komprimiert, aus und dann selektiv in den ersten Kondensator 61 oder in den zweiten Kondensator 62 hinein, indem das Wasser in einem der Brauchwarmwasser-Speichertanks 37 und 39 erwärmt wird.
-
Der Verdampfer 51, der als zweiter Wärmetauscher, wie oben beschrieben, fungiert, tauscht Wärme zwischen dem dadurch fließenden Wasser, das aus den Heizkörpern 13 kommt, und kühlt es, und dem Freon-Gas, das somit verdampft, aus.
-
Das Wasser fließt aus dem Verdampfer 51 etwas kälter, zum Beispiel mit einer Temperatur, die um ungefähr 1°C oder 2°C niedriger als die Temperatur ist, mit welcher es eingeflossen war.
-
Dadurch erzielt man vorteilhafterweise sowohl die Erwärmung des Wassers, und somit die Erzeugung von Brauchwarmwasser, als auch die Kühlung der Heizkörper 13 und daher des Raums, bzw. der Räume 11, weil die Temperatur, die in die Heizkörper selbst eintritt, um einige Grad Celsius kälter ist als das Wasser, das aus denselben Heizkörpern ausgeflossen war.
-
Der elektronische Überwachungsschaltkreis 67 ist programmiert, sowohl um die Wärmepumpe 50 selektiv dann auszuschalten, wenn der dritte Temperaturfühler 44 ermittelt, dass das den Benutzern verfügbare Brauchwarmwasser die gewünschte Temperatur erreicht hat, als auch um sie dann wieder einzuschalten, wenn diese Temperatur die gewünschte Temperatur unterschreitet.
-
In diesem vierten Betriebszustand der Vorrichtung 10 erfolgt die Zirkulation des Wassers im ersten Wärmetauscher 26 nur zwischen der ersten Rohrleitung 18, die vom Eingang 17, oder gegebenenfalls von der Rohrleitung 40, durch die Umleitrohrleitung 46 (in 6 nicht dargestellt) kommt, und der zehnten Rohrleitung 36.
-
In einem fünften Betriebszustand der Vorrichtung 10, der dem vierten, oben beschriebenen Betriebszustand ähnlich ist, zum Beispiel im Sommer, oder in allen Zeiträumen, in denen es nicht erforderlich ist, den Raum oder die Räume 11 zu beheizen, aber die Erzeugung von Brauchwarmwasser auf jeden Fall angefordert wird, ist der Teil der Vorrichtung 10, der in Betrieb ist, derjenige, der in 7 schematisch dargestellt ist.
-
Im fünften Betriebszustand ist der erste Wärmetauscher 26 faktisch nicht aktiv, weil kein Brauchwarmwasser aus der Vorrichtung 10 entnommen wird.
-
Nach einer zweiten Ausführungsform, die in 8 schematisch gezeigt wird, umfasst eine Vorrichtung 110 gemäß der vorliegenden Erfindung, im Vergleich zur Vorrichtung 10, auch einen dritten Wärmetauscher 126 zusätzlich zum ersten Wärmetauscher 26 und zum zweiten Wärmetauscher 51, während nur ein Brauchwarmwasser-Speichertank 137 vorgesehen ist. Beim dritten Wärmetauscher 126 ist eine erste Seite (die linke Seite in 8) mit der Wärmepumpe 50 verbunden und die gegenüberliegende Seite sowohl mit dem ersten Wärmetauscher 26, als auch mit dem Brauchwarmwasser-Speichertank 137 verbunden.
-
Nach einer dritten Ausführungsform, die in 9 schematisch gezeigt ist, weist eine Vorrichtung 210 gemäß der vorliegenden Erfindung, im Vergleich zur Vorrichtung 10, eine Wärmepumpe 250, mit einem eigenen Kompressor 255 und einem eigenen Expansionsventil 256, auf, die zwischen dem Kessel 16 des Ofens 14 und einem einzigen Brauchwarmwasser-Speichertank 237 angeordnet ist. Innerhalb des Kessels 16 ist eine Rohrschlange 261 vorhanden, die als Verdampfer der Wärmepumpe 250 dient, während im Brauchwarmwasser-Speichertank 237 eine Rohrschlange 262 vorhanden ist, die als Kondensator der Wärmepumpe 250 dient. Darüber hinaus ist eine Rohrschlange 270 innerhalb des Brauchwarmwasser-Speichertanks 237, an den Enden der Rohrleitungen 25 und 31, angeordnet, so dass das Brauchwarmwasser, das im Brauchwarmwasser-Speichertank 237 enthalten ist, direkt vom Wasser erwärmt wird, das aus dem Kessel 16 kommt.
-
Nach einer vierten Ausführungsform, die in 10 schematisch gezeigt wird, weist eine Vorrichtung 310 gemäß der vorliegenden Erfindung, im Vergleich zur Vorrichtung 10, eine Wärmepumpe 350, mit einem eigenen Kompressor 355 und einem eigenen Expansionsventil 356, auf, die zwischen dem Kessel 16 des Ofens 14 und einem einzigen Brauchwarmwasser-Speichertank 337 angeordnet ist.
-
Analog zur dritten Ausführungsform nach 9 ist innerhalb des Kessels 16 eine Rohrschlange 361 vorhanden, die als Verdampfer der Wärmepumpe 350 dient, während im Brauchwarmwasser-Speichertank 337 eine Rohrschlange 362 vorhanden ist, die als Kondensator der Wärmepumpe 350 dient.
-
Im Unterschied zur dritten Ausführungsform nach 9 weist bei der vierten Ausführungsform nach 10 der Brauchwarmwasser-Speichertank 337 einen Eingang, der mit der zehnten Rohrleitung 36 verbunden ist, die aus dem ersten Wärmetauscher 26 austritt, sowie einen Ausgang auf, der mit der zwölften Rohrleitung 40 verbunden ist, die ihrerseits durch eine dritte Umlaufpumpe 347 mit der ersten Rohrleitung 18 verbunden ist, die in den ersten Wärmetauscher 26 eintritt.
-
Nach einer fünften Ausführungsform, die in 11 schematisch gezeigt ist, weist eine Vorrichtung 410 gemäß der vorliegenden Erfindung, im Vergleich zur Vorrichtung 10, eine Wärmepumpe 450, mit einem eigenen Kompressor 455 und einem eigenen Expansionsventil 456, auf, die zwischen dem Kessel 16 des Ofens 14 und einem einzigen Brauchwarmwasser-Speichertank 437 angeordnet ist.
-
Analog zur dritten Ausführungsform nach 9 ist innerhalb des Kessels 16 eine Rohrschlange 461 vorhanden, die als Verdampfer der Wärmepumpe 450 dient, während im Brauchwarmwasser-Speichertank 437 eine Rohrschlange 462 vorhanden ist, die als Kondensator der Wärmepumpe 450 dient. In diesem Falle ist es nur die Wärmepumpe 450, die immer das Brauchwarmwasser erzeugt, indem das Wasser aus dem Kessel 16 als Kältequelle benutzt wird.
-
Nach einer sechsten Ausführungsform, die in 12 schematisch gezeigt ist, weist eine Vorrichtung 510 gemäß der vorliegenden Erfindung, im Vergleich zur Vorrichtung 10, eine Wärmepumpe 550, mit einem eigenen Kompressor 555 und einem eigenen Expansionsventil 556, auf, die zwischen einem einzigen Brauchwarmwasser-Speichertank 537 und einem vierten Wärmetauscher 536 angeordnet ist, der im vorliegenden Fall des Luft-Typs ist. Der vierte Wärmetauscher 536 steht in Wechselwirkung mit der Wärmepumpe 550 und ist sowohl mit dem Kessel 16, als auch mit dem Eingang der Heizkörper 13 verbunden. Ein Kondensator 562 der Wärmepumpe 550 ist innerhalb des Brauchwarmwasser-Speichertanks 537 angeordnet.
-
Selbstverständlich können an der bisher beschriebenen Vorrichtung 10, 110, 210, 310, 410, 510 zur Erzeugung von Brauchwarmwasser und zur Klimatisierung eines oder mehrerer Räume eines Gebäudes Änderungen vorgenommen und/oder Teile hinzugefügt werden, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
-
Ein Strömungsschalter könnte zum Beispiel am Kaltwasser-Eingang 17 eingefügt werden, um den Durchfluss von Kaltwasser zu erfassen.
-
Es ist ebenfalls selbstverständlich, dass, obwohl die vorliegende Erfindung im Hinblick auf einige spezifische Beispiele beschrieben wurde, ein Fachmann ohne weiteres viele andere äquivalente Formen von Vorrichtungen zur Erzeugung von Brauchwarmwasser und zur Klimatisierung eines oder mehrerer Räume eines Gebäudes verwirklichen kann, die die in den nachfolgenden Patentansprüchen festgelegten Merkmale aufweisen und somit alle in den von den Patentansprüchen definierten Schutzumfang fallen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
