DE2502046A1

DE2502046A1 - Verfahren und aggregat zur herstellung einer waermepumpenanlage

Info

Publication number: DE2502046A1
Application number: DE19752502046
Authority: DE
Inventors: Marc Dipl Ing Fordsmand
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-01-21
Filing date: 1975-01-20
Publication date: 1975-07-24
Also published as: DK30474A; FR2258596A1; SE7500240L; FR2258596B3; JPS50113857A

Description

DR. E. WIEGAND DlFL-ING- W. NIEMANN DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C. GERNHARDT

MÖNCHEN HAMBURG

2000 HAMBURG 50, 17, Januar- 1975

KDNIGSTRASSE28 TELEFON: 381233 TELEGRAMME: KARPATENT TELEX: 212979 KARP D

Vi. 266o6/75 12/Co

Marc Fordsmand ' Charlottenlund (Dänemark)

Verfahren und Aggregat zur Herstellung einer Wärmepumpenanlage.

Wärrnepumpenanlagen zum Heizen von Wohnungen bestehen "bekanntlich aus einem Kompressorkreislauf zur Umwälzung eines zur Wärmeaufnahme und Wärmeabgabe geeigneten Mediums, beispielsweise Preon, einem in den Kreislauf eingeschalteten Verdampfer zur Aufnahme von Wärme aus dem Boden, aus Wasser oder der Luft, sowie einem Kondensator zur Abgabe von Wärme an eine Heizungsanlage.

Der in den Kompressorkreislauf eingeschaltete Verdampfer ist üblicherweise als eine im Boden verlegte oder im Wasser versenkte, vom Wärmemedium durchströmte Rohrschlange gestaltet, die als Wärmetaucher zwischen dem Wärmemedium und dem umgebenden Erdreich oder Wasser wirkt. . '

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BANK: DEUTSCHE BANK AG, HAMBURG (BLZ 20070000),KONTO NR. «5/18823 · POSTSCHECK! HAMBURG 1428*5-205

INSPECTED

. 2S02Ü46

Der sehr große Aufwand bei der Erstellung bekannter Wärmepumpenanlagen dieser Art ist im wesentlichen darauf zurückzuführen, daß bisher alle zum Aufbau der Anlage erfoderlichen Bauteile am Erstellungsort von speziell geschulten Monteuren montiert werden mußten. Wenn zur Aufnahme von Wärme aus dem Boden eine im Erdreich vergrabene Rohrschlange benutzt wird, wie dies normalerweise der Fall ist, müssen die Enden der Rohrschlange an den Kompressorkreislauf der Wärmepumpenanlage angeschlossen werden, was große Sorgfalt und Fachkunde erfordert. Das gleiche gilt bezüglich der in den Kompressorkreislauf einzuschaltenden übrigen Bauteile. Solche sozusagen "maßgeschneiderte" .Wärmepumpenanlagen, die in jedem einzelnen FaIl den Verhältnissen am Erstellungsort angepaßt werden müssen, sind daher verhältnismäßig 'kostspielig, was wesentlich dazu beiträgt, daß die Rentabilität von Wärmepumpenanlagen zur Wohnungsbeheizung im Vergleich zu der von ölfeuerungsanlagen entsprechender Kapazität ungünstig ist.

Die vorliegende Erfindung bezweckt eine wesentliche Herabsetzung der Erstellungskosten für Wärmepumpenanlagen dieser Art, was erfindungsgemäß dadurch erreicht wird, daß in Serienfertigung ein Aggregat mit einem Kompressor hergestellt wird, der mit seiner Saug- und Druckseite an einen geschlossenen Kreislauf zur Zirkulation eines zur Wärmeaufnahme und Wärmeabgabe geeigneten Mediums angeschlossen ist, und der zwei Wärmetauscher mit Organen zum Anschluß an die übrigen Teile der Anlage aufweist, und" daß dann das Aggregat am Benutzungsort angeordnet wird, wo die Anschlußorgane des in die Saugleitung des Kompressors eingeschalteten einen Wärmetauschers an einen Wärmetauscher zur Aufnahme von Wärme aus dem'Bpden, aus Wasser oder der Luft und die Anschlußorgane des in die Druckleitung des Kompressors eingeschalteten anderen Wärmetauschers an eine Wasser- oder Luftheizanlage angeschlossen werden.

Aus der erfindungsgemäßen Aufteilung der Herateilung der Wärmepumpenanlage in zwei Etappen, nämlich 1) die Herstellung des-Hauptteils der Anlage in Serienfertigung in industriellem

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Maßstab, und 2) das Aufstellen dieses Hauptteils am Benutzungsort und das Anschließen der Anschlußorgane des Hauptteils an die dort befindlichen, permanenten Installationen zur Wärmeaufnahme und Wärmeabgabe ergeben sich folgende Yorteile:

a) Die Fertigungskosten für die vitalen Teile der Anlage (Hauptteil) werden durch die fabrikmäßige Herstellung in industriellem Maßstab beträchtlich vermindert.

b) Die speziell geschulte Arbeitskraft erfordernde kritische Montierarbeit, hierunter insbesondere die Herstellung und das Pullen des geschlossenen Kompressorkreislaufs, erfolgt in einer Fabrik, wo sowohl hinsichtlich der Produktion als auch der Überprüfung der Qualität der ausgeführten Arbeit fachmännisch geschultes Personal zur Verfugung steht.

c) Die am Erstellungsort auszuführende Arbeit erfordert keine speziell geschulten Fachkräfte, sondern kann von Personen ohne fachliche Qualifikationen, beispielsweise beim Selbstbau ausgeführt werden. Diese Arbeit besteht hauptsächlich darin, daß eine Rohrschlange verlegt wird, die erfahrungsgemäß durch Extrusion aus thermoplastischem Material herstellbar ist, und daß die beiden Rohrschlangenenden mit zwei der Anschlußorgane des Hauptteils gekuppelt werden, während die übrigen Ahschlußorgane an eine vorhandene Heizanlage angeschlossen werden, die entweder als Zentralheizanlage mit Warmwasserzirkulation oder als Luftheizanlage ausgebildet sein kann, falls der eine Wärmetauscher des Hautteils entsprechend eingerichtet ist.

Die Erfindung ermöglicht des weiteren in denkbar einfacher Weise die Anpassung der Kapazität der Wärmepumpenanlage an den jeweiligen Heizbedarf. Dies kann erfindungsgemäß dadurch erfolgen, daß die Wärmepumpenanlage aus zwei oder mehreren der beschriebenen Hauptteile bzw. Aggregate durch gegenseitiges Ver-

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binden entsprechender Anschlußorgane der Wärmetauscher dieser Aggregate aufgebaut wird zur Bildung eines Aggregats, dessen Kapazität ein Vielfaches der Kapazität eines einzelnen Aggregats ist, und daß dieses Aggregat gemäß vorstehender Beschreibung an die übrigen Teile der Wärmepumpenanlage angeschlossen wird. In diesem Fall ist die Anlage aus einer, zwei oder mehreren als genormte Einheiten ausgeführten Aggregate aufbaubar, die in der Fabrik zu einem Aggregat mit einer dem Wärmebedarf am Benutzungsort entsprechenden Kapazität zusammengebaut werden. Die Fabrikation kann in dieser Weise auf einen Standardtyp begrenzt werden, wodurch sich der Anschaffungspreis für den einzelnen Verbraucher wesentlich billiger stellt, als wenn für jede einzelne Anlage ein dieser speziell angepaßter Kompressortyp erforderlich wäre.

Die Erfindung betrifft außerdem ein zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Wärmepumpenaggregat, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es aus einem Kompressor und zwei mit diesem zusammengebauten Wärmetauschern besteht, von denen der eine in die Kompressorsaugleitung eingeschaltet ist und Organe zum Anschluß an einen Wasserkreislauf mit einem im Boden verlegten oder in Wasser versenkten Wärmetauscher aufweist, während der andere mit dem Kompressor zusammengebaute Wärmetauscher in die Kompressordruckleitung eingeschaltet und mit Organen zum Anschluß an eine Wasser- oder Luftheizanlage versehen ist. Ein solches Aggregat ist zur Herstellung in industriellem Maßstab gut geeignet und läßt sich als kompakte Einheit gestalten, die leicht zum Erstellungsort transportierbar, an diesem aufstellbar und an die dort befindlichen permanenten Installationen zur Wärmeaufnahme und Wärmeabgabe anschließbar ist.

Diese Einheit kann erfindungsgemäß aus zwei identischen, gegeneinander wärmeisolierten Wärmetauschern bestehen, welche zusammen mit dem Kompressor in eine wärmeisolierende Umhüllung eingebettet sind. Bei dieser Ausführungsform genügt die Herstellung eines einzigen Wärmetauschertyps, wobei zwei Wärme-

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tauscher mit dem Kompressor zusammengebaut und in."der.Fabrik in die wärmeisolierende Umhüllung eingeschlossen werden. Eine sinfache und preisbillige Wärmetauscherkonstruktion ist erfind ungs gemäß dadurch erreichbar, daß jeder Wärmetauscher aus einem Wasserbehälter mit Rohrstutzen zum Anschluß an einen Wasserkreislauf, und mit im Wasser im Behälter versenkten ν Rohrschlangen besteht, die in den Kompressorkreislauf eingeschaltet sind.

Schließlich kann zur Erzielung des größtmöglichen Wärmeleitvermögens erfindungsgemäß jeder Wärmetauscher aus einer von einer äußeren Rohrschlange umgebenen inneren Rohrschlange mit Anschlußstutζen für einen durch die innere Rohrschlange fließenden Wasserstrom bestehen, wobei der zwischen den beiden Rohrschlangen gebildete Kanal über Stutzen an der äußeren Rohrschlange in den Kompressorkreislauf eingeschaltet ist. Auf der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 ein Prinzipschema eines Kompressorkreislaufs als

Bestandteil einer traditionellen Wärmepumpenanlage, Fig. 2 in Seitenansicht und teilweise im Schnitt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmepumpenaggregats,
Fig. 3 die Ausführungsform gemäß Fig. 2 in Oberansicht mit Anschlußorganen zum Anschließen des Aggregats an permanente Kreisläufe zur Wärmeaufnahme und Wärmeabgabe,

Fig. 4 in abgeänderter Ausführungsform einen zum Wärmepumpenaggregat gehörenden Wärmetauscher, Fig. 5 das Schaltschema eines aus zwei Aggregaten gemäß .

Fig. 2 und 3 bestehenden Aggregats,

Fig. 6 einen Wärmetauscher in geänderter Ausführungsform¹, Fig. 7 in Seitenansicht eine geänderte Version des erfindungsgemäßen Wärmepumpenaggregats mit zwei Wärmetauschern gemäß Fig. 6,

Fig. 8 einen Schnitt nach Linie VIII-VIII in Fig. 7, Fig. 9 schematisch eine aus drei Aggregaten gemäß Fig. 7

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und 8 aufgebaute Ausführung, und

Fig.io schematisch in geänderter Ausführungsform die Rohrverbindungen des in Fig. 9 dargestellten Aggregats.

Der in Fig. 1 veranschaulichte Kompressorkreislauf CC ist Bestandteil des nachstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Wärmepumpenaggregats und enthält einen Kompressor C mit einem Saugstutzen S und einem Druckstutzen P. In den Kreislauf sind des weiteren eingeschaltet ein Verdampfer y.., dessen Enden mit C₁ und d₁ bezeichnet sind, ein Expansionsventil oder Kapillarrohr e sowie ein Kondensator y₂» dessen beiden Enden mit Cp und dp bezeichnet sind.

Im Kompressorkreislauf CC zirkuliert ein zur Wärmeaufnahme im Verdampfer y.. und zur Wärmeabgabe im Kondensator y₂ geeignetes Medium, wie es normalerweise in Kühlanlagen benutzt wird, beispielsweise Freon. Beim Umlauf dieses Mediums im Kompressorkreislauf CC, Fig. 1, in Richtung P-Cp-yp-^-e-Cj-y..-d..-S befindet sich das Medium beim Durchlauf durch e und y.. bis S in Dampf form und nimmt dabei im Verdampfer y₁ Wärme auf, wonach es im Kompressor 0 verflüssigt wird und beim Durchströmen des Kondensators y„ an dessen Umgebung Wärme abgibt.

Bei den bekannten Wärmepumpenanlagen wird dies Prinzip dadurch angewendet, daß der Verdampfer als eine im Boden verlegte oder in Wasser versenkte Rohrschlange ausgebildet ist, während der Kondensator Bestandteile einer Heizungsanlage ist.

Bei dem in den Figuren 2 und 3 veranschaulichten erfindungsgemäßen Wärmepumpenaggregat sind der Verdampfer y^ und der Kondensator j2 dagegen in zwei identische Wärmetauscher X.. bzw. X₂ eingeschlossen, die, mit dem Kompressor C zu einer kompakten, in eine wärmeisolierende Umhüllung H eingebetteten Einheit U zusammengebaut sind. Jeder der beiden Wärmetauscher X- und Xp ist als Wasserbehälter mit Anschlußstutzen a.., b.. bzw. a_, bp ausgeführt, die bei am Benutzungsort aufgestelltem Wärmepumpenaggregat an entsprechende Stutzen A-, B- bzw. A₂, Bp anschließbar sind, welche die Wärmetauscher X₁ und X₂ mit jeweils einer

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Rohrschlange R- zur Aufnahme von Wärme aus dem Boden oder dem Wasser, bzw. mit einem Umlaufkreislauf IU einer Heizungsanlage verbunden sind. Mittels einer Umlaufpumpe P₁ bzw. P₉ /wird in beiden Kreisläufen ein Wasserstrom W₁ bzw. w^ in Umlauf gehalten, der den Wärmetauscher X₁ bzw. X₂ durchströmt. Im Wärmetauscher X₁ wird aus dem Wasserstrom W₁ Wärme aufgenommen, während im Wärmetauscher Xp an den in der Heizungsanlage umlaufenden Wasserstrom W₂ Wärme abgegeben wird.

Pig. 4 zeigt den Wärmetauscher X₂ in geänderter Ausführung, der hier als Luftwärmetauscher ausgebildet ist und ein Zentrifugalgebläse CB zur förderung eines Luftstroms L durch einen den Kondensator y₂ enthaltenden Luftkanal D aufweist, der über ein Kupplungsorgan S an einen Einlaßkanal P einer Luftheizanlage angeschlossen ist. Der durch den Kanal D geförderte Luftstrom wird vom Kondensator y₂ erwärmt und gibt seine Wärme an die Luftheizanlage ab.

Pig. 5 zeigt schematisch eine Ausführung bestehend aus zwei Wärmepumpenaggregaten U₁ und U₂ des in Pig. 2 und 3 veranschaulichten Typs. Bei dieser Ausführungsform sind die entsprechenden Stutzen a₁ und b.. der Wärmetauscher X-. und entsprechende Stutzen a₁ und b₁ an den Wärmetauschern Xp über Sammelleitungen Aa₁ Bb₁ bzw. Aa₂ und Bb₂ miteinander verbunden, die mittels Kupplungsorganen an den in Pig. 3 gezeigten Wasserkreislauf anschließbar sind.

Der in Pig. 6 dargestellte Wärmetauscher besteht aus einer äußeren Rohrschlange χ und einer von dieser umgebenen inneren Rohrschlange, die an ihren beiden Enden Stutzen a und b zum Anschluß an einen Wasserkreislauf aufweist. Die äußere Rohrschlange χ ist mit in den Kompressorkreislauf eingeschalteten Stutzen c und d versehen, so daß der Zwischenraum y zwischen den beiden Rohrschlangen vom Wärmemedium durchströmt wird, das an einen die Rohrschlange ζ durchfließenden Wasserstrom Wärme, abgibt oder von diesem Wärme aufnimmt.

Pig. 7 und 8 zeigen ein aus zwei Wärmetauschern X₁ und X₂ gemäß Pig. 3 aufgebaute Wärmepumpenaggregat U. Der Wärme-

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tauscher X- ist über dem Wärmetauscher Xp angeordnet. Die beiden Wärmetauscher sind zusammen mit dem Kompressor C in eine Umhüllung H aus wärmeisolierendem Material zur Bildung einer kastenförmigen Einheit eingebettet. Die Verbindungen zwischen den Kompressorstutzen s und ρ und den Wärmetauscherstutzen C₁, d₁ und Cp, d₂ zur Bildung des in Fig. 1 veranschaulichten Kreislaufs sind in Fig. 7 und 8 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt

Fig. 9 zeigt in einer der Fig. 5 entsprechenden Darstellung eine aus drei Aggregaten U₁, Up, U, gemäß Fig. 7 und 8 aufgebaute Ausführung bei der entsprechende Stutzen a/, .b- und a₂, bp in Parallelschaltung durch Anschluß an Sammelleitungen Aa₁, Bb₁ und Aa₀ Bb₀ miteinander verbunden sind, deren Enden Kupplungsorgane zum Anschluß an die in Fig. 3 gezeigten Stutzen A₁, B₁ und A₀, Bp aufweisen.

Statt in der in Mg. 9 veranschaulichten Parallelschaltung können die Rohrleitungen der drei Aggregate U₁, Up und U~ auch in Serie geschaltet sein, wie dies in Fig. 1o schematisch dargestellt ist.

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Claims

Patentansprüche

M J Verfahren zur Herstellung einer Wärmepumpenanlage, dadurch gekennzeichnet, daß in Serienfertigung ein Aggregat hergestellt wird, mit einem Kompressor, welcher mit seiner. Saug- und Druckseite in einen geschlossenen Kreislauf zur Zirkulation eines zur Wärmeaufnahme und Wärmeabgäbe geeigneten Mediums eingeschaltet ist, und mit zwei Wärmetauschern mit Organen zum Anschluß an die übrigen Teile der Anlage, und daß dann das Aggregat am Benutzungsort angeordnet wird, wo die Anschlußorgane des in die Saugleitung des Kompressors eingeschalteten einen Wärmetauschers an einen Wärmetauscher zur"Aufnahme von Wärme aus dem Boden, aus Wasser oder der Luft, und die Anschlußorganedes in die Druckleitung des Kompressors eingeschalteten anderen Wärmetauschers an eine Wasser- oder Luftheizan-. lage angeschlossen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmepumpenanlage aus zwei oder mehreren der im Anspruch 1 gekennzeichneten Aggregate durch gegenseitiges Verbinden entsprechender Anschlußorgane der Wärmetauscher dieser Aggregate aufgebaut wird zur Bildung eines Aggregats, dessen Kapazität ein Vielfaches der Kapazität eines einzelnen Aggregats beträgt, und daß dieses Aggregat wie im Anspruch 1 angegeben an die übrigen Teile der Wärmepumpenanlage angeschlossen wird.
3. Wärmepumpenaggregat zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Kompressor (C) und zwei mit diesem zusammengebaute Wärmetauscher (X-,Xp) aufweist, von denen der eine (X-) in die Kompressorsaugleitung eingeschaltet ist und Organe (a" , b..)^; zum Anschluß an einen Wasserkreislauf (R₁) mit einem^lmBoden verlegten oder in/Wasser versenkten Wärmetauscher aufweist, während der andere mit dem Kompressor zusammengebaute Wärmetauscher (Xp) in die Kompressordruckleitung eingeschaltet und mit Organen (a₂* ^₂) zum Anschluß an eine Wasser- oder Luftheizanlage versehen ist.

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4. Wärmepumpenaggregat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es aus zwei identischen, gegeneinander wärmeisolierten Wärmetauschern besteht, welche zusammen mit dem'Kompressor in eine wärmeisolierende Umhüllung (H) eingebettet sind. ..
5. Wärmepumpenaggregat nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wärmetauscher aus einem Wasserbehälter mit Rohrstutzen zum Anschluß an einen Wasserkreislauf, und mit im Wasser im Behälter versenkten Rohrschlangen besteht, die in den Kompressorkreislauf eingeschaltet sind.
6. Wärmepumpenaggregat nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wärmetauscher (X. und X₂) aus einer von einer äußeren Rohrschlange (x) umgebenen inneren Rohrschlange (z) mit Anschlußstutzen (a und b) für einen durch die innere Rohrschlange (z) fließenden Wasserstrom besteht, und daß der zwischen den beiden Rohrschlangen gebildete Kanal (y) über Stutzen (c, d) an der äußeren Rohrschlange, (x)- in den Kompressorkreislauf (CC, Fig. 1) eingeschaltet ist.

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