DE2540813A1 - Waermepumpe - Google Patents

Description

12. September 1975 74- 30 985

AMOUR PLORIDE NIETO 18 rue de la Republique, 82100 Castelsarräsin, Frankreich

GASTON WIEL
60 Bid. Emile Augier, 75016 Paris, Prankreich

Wärmepumpe

Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen, die als Wärmepumpen oder thermodynamische Generatoren bezeichnet werden und besonders solche Wärmepumpen, deren Verdampfer oder Wärmeempfänger die aufgenommene Wärmemenge durch eine Luftumwälzung erhält.

Bei derartigen Wärmepumpen tritt, wenn die Temperatur der Luft, welche man die Wärme entzieht, sich (vor Durchtritt durch den Kessel) auf einer Temperatur unterhalb näherungsweise von +3° C bis +7° C befindet, eine Kondensation des in dieser Luft enthaltenen Wassers und eine Vereisung der Rippen des Verdampfers oder Warmeempfangers.Vom Auftreten dieser Vereisung an verringert sich die Qualität des thermischen Wärmeaustausches erheblich und die Wärmepumpe arbeitet nicht mehr.

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Bis jetzt wurde keine befriedigende Lösung vorgeschlagen, um diesem Umstand abzuhelfen.

Praktisch werden gegenwärtig folgende Lösungen verwendet:

a) Der Zyklus der Wärmepumpe wird periodisch umgeschaltet, wobei der Verdampfer als Kondensator eingesetzt wird und umgekehrt. Auf diese Weise enteist sich der Verdampfer bei seiner erneuten Erwärmung, wonach die Wärmepumpe erneut ihre normale Funktion aufnimmt, bis sie wieder vereist und der Zyklus sich wiederholt.

b) Die Wärmepumpe oder der thermodynamische Generator wird ausser Betrieb gesetzt, sobald eine Vereisung auftritt und elektrische Widerstände heizen unmittelbar das Eluid, welches durch die thermodynamische Kesselanlage beheizt werden soll.

c) Eine dritte Lösung besteht schliesslich darin, dass die Austauschfläche des Verdampfers und der Rippenabstand desselben in solcher Weise vergrössert wird, dass eine Verdampfung von Arbeitsfluid bei einer negativen Temperatur und insbesondere einer tieferen Temperatur möglich ist und auf diese Weise die Wärme der durch den Verdampfer hindurchtretende Luft wiedergewonnen wird (wenn auch auf einer sehr tiefen Temperatur). Dabei ist es offensichtlich notwendig, den Verdampfer stark überzudimensionieren und einen stärkeren Verdichter einzusetzen, wodurch sich die Herstellungs- und Betriebskosten erhöhen.

Was die Lösungen a) und b) betrifft, so werden sie, falls sie nicht bei der Herstellung sehr viel kostspieliger sind als die klassischen Wärmepumpen, während des Betriebs unwirksam oder sehr teuer, und zwar zu einem Zeitpunkt, wo die Wärmepumpe am dringendsten benötigt wird, d. h. wenn die Temperatur der atmosphärischen Luft, der Wärme entzogen werden soll, unterhalb des bereits erwähnten Bereichs von +3° C bis +7° C fällt.

Die erfindungsgemässe Wärmepumpe beseitigt diese Nachteile.

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Sie zeichnet sich dadurch aus, dass die umgewälzte Luft, aus welcher die Wärme entzogen wird, vor ihrem Eintritt in den Verdampfer oder Wärmeempfänger durch einen Wärmetauscher tritt, welcher dazu dient, die Lufttemperatur auf einen solchen Wert zu erhöhen, dass keine Vereisung des Wärmeempfängers eintreten kann und somit das Wärmewiedergewinnungsvermögen des Verdampfers erhalten bleibt. Der Wärmetauscher wird durch ein Fluid beheizt, welches von der von der Wärmepumpe abgegebenen Wärme Gebrauch macht.

Die Erfindung wird anschliessend anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Wärmepumpe, und

Fig. 2 eine sch.ematisehe Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemässen Wärmepumpe.

In Fig. Λ ist im Innern eines gestrichelt gezeichneten Kästchens 1 eine klassische Wärmepumpe eingetragen, welche ihre Wärme aus einer durch Pfeile 2 angedeuteten Luftströmung entnimmt, die durch den Wärmeempfänger 3 oder Verdampfer der Kesselanlage tritt. Die Luftströmung, welche durch den Verdampfer hindurchgetreten ist, und dort ihre Wärme abgegeben hat, ist durch Pfeile 2¹ angedeutet und kehrt zur Umgebungsatmosphäre zurück. Die thermodynamische Kesselanlage enthält ferner einen Verdichter 4· und einen Kondensator 5> wo das gemäss dem Pfeil 6 umgewälzte Arbeitsmedium bei seiner Kondensation die Wärme abgibt, die es vom Verdampfer J erhalten hat (sowie jene, die auf das Arbeitsmedium durch den Betrieb des Verdichters 4- übergegangen ist). Die Kondensationswärme des Arbeitsmediums "wird mittels des Fluids wiedergewonnen, welches mit Hilfe der Umwälzvorrichtung 8 in einem nicht dargestellten Kreislauf 7 gemäss dem Pfeil 9 umgewälzt wird und welcher beispielsweise ,jedoch nicht ausschliesslich, aus Warmwasserheizkörpern für eine Wohnraumheizung besteht.

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Erfindungsgemäss ist zur Vermeidung einer Vereisung des Verdampfers 3 ein Wärmetauscher 10 in der Strömung der Heizluft angeordnet, und zwar bezogen auf die Luftströmung stromaufwärts des Verdampfers 3. Die Aufgabe des Wärmetauschers 10 besteht darin, die Luftströmung 2 aufzuheizen, bis sie eine ausreichende Temperatur erreicht, die höher als +3° C bis +7° C liegt, um eine Vereisung des Wärmeempfängers 3 zu vermeiden und einen Wärmeaustausch zu ermöglichen. Der Wärmetauscher 10 wird durch ein Fluid beheizt, welches die Wärme ausnützt, die von der. Wärmepumpe geliefert wird. Im vorliegenden Falle besteht dieses Fluid aus dem von der Kesselanlage aufgeheizten Fluid, welches im Kreislauf 7 umgewälzt wird und welches mit einer Abzweigung 11 ausgestattet ist, die zur Versorgung des Wärmetauschers 10 mit erwärmter Flüssigkeit dient, wobei die erwärmte Flüssigkeit in der Abzweigung gemäss den Pfeilen 9¹ zirkuliert.

Ein in der Luftströmung 2 angeordnetes, durch einen Wärmefühler gesteuertes Ventil 15 öffnet sich, sobald die Temperatur der Luftströmung 2 unter einen vorgegebenen Wert (beispielsweise +7° C) abfällt und setzt die erfindungsgemässe Anlage in Betrieb, indem erwärmtes Fluid in der Abzweigung 11 entsprechend den Pfeilen 9¹ in solcher Weise zirkuliert, dass eine Eisbildung am Verdampfer 3 vermieden wird. Bei einer Temperatur der Luftströmung 2, die höher liegt als der vorausgehend genannte Wert, bleibt das Ventil 15 geschlossen, um in diesem Falle eine Umwälzung 9¹ zu vermeiden.

In dem Fall, wo gemäss Fig. 2 das aufzuheizende Fluid nicht in dem geschlossenen Kreislauf 7 umläuft, sondern aus einer Luftströmung 12 bestehen kann, welche zu ihrer Aufheizung durch den Kondensator 5 hindurchtritt, wird die aus dem Kondensator austretende Strömung 12' einem Verbraucher zugeführt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind zwei gleichwertige Ausführungsformen möglich.

Eine Ausführungsform besteht darin, im Kreislauf der Arbeitsfluid der Wärmepumpe eine Abzweigung 13 vorzusehen, um das

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Arbeitsmedium entsprechend dem Pfeil 6' dem Wärmetauscher 10 zuzuführen, so dass der Wärmetauscher aufgeheizt wird (diese Ausführungsform ist in I¹Ig. 2 dargestellt).

Die andere Ausführungsform besteht darin, in der Luftströmung 12',die bei ihrem Eintritt in den Kondensator 5 erwärmt wird, eine Abzweigung 14 vorzusehen, welche einen Teil der erzeugten erwärmten Luft mittels nicht dargestellter Leitungen in die Strömung 2 leitet, welche dadurch vergrössert und auf eine Temperatur zwischen +3° C und +7° C erwärmt" wird, welche erforderlich ist, um bei ihrer Strömung durch den Verdampfer 3 eine Vereisung zu verhindern. In diesem Falle arbeitet der Kondensator 5 als Wärmetauscher 10 für den Anteil 14 der Strömung 12'.

Wie aus der vorausgehenden Beschreibung ersichtlich ist, beseitigt die erfindungsgemässe Wärmepumpe alle Fachteile der Lösungen a), b) und c) gemäss dem Stand der Technik. Die Kosten sind dabei sowohl in der Herstellung wie im Betrieb dank der zusätzlichen Verwendung lediglich eines einfachen Wärmetauschers - uJiä. des wirtschaftlichen Einsatzes der von der thermodynamischen Kesselanlage gelieferten Wärme sehr niedrig.

Die vorliegende Erfindung besitzt ferner den zusätzlichen Vorteil, das Arbeitsmedium in einer Temperaturzone zu halten, wo der Verdichter beim Stand der gegenwärtigen Verdichtertechnik mit dem besten Wirkungsgrad arbeitet.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht sehr wichtige und neue Anwendungsbereiche für Wärmepumpen, die der Luft oder einer beliebigen Gasmischung, welche durch einen Verdampfer hindurchtritt, Wärme entziehen. Daher können mit Verbrennung oder in anderer Weise arbeitende Kesselanlagen sowie die vorhandenen Warmluftgeneratoren mit Vorteil durch Wärmepumpen ersetzt werden, die mit einer erfindungsgemäss arbeitenden Einrichtung versehen sind, was bei Wärmepumpen, die nicht mit der erfin-

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dungsgemässen Vorrichtung versehen sind, wegen der Vereisung ihrer Verdampfer nicht möglich ist. Ferner ist es im Falle der Vorrichtung gemäss Fig. 1 im Rahmen der Erfindung möglich, im Kreis 9 eine nicht dargestellte Vorrichtung zur erneuten Erwärmung vorzusehen, die mit elektrischen Tauchsiedern geringer Leistung ausgestattet ist, um die Ausgangstemperatur der Anlage rascher zu erzielen und ferner ein Abkühlen der im Kreis 9 umgewälzten Strömung zu kompensieren, wenn die auftretende Temperatur niedriger liegt als jene, die bei der Berechnung der Vorrichtung zugrundegelegt wurde.

Ein Fühler 16, welcher in das Fluid des Kreises 9 eintaucht, steuert die Einschaltung der Vorrichtung zum erneuten Aufheizen, wenn die iEBiigserstTir d-es Fluids des Kreises 9 einen bei der Berechnung der afenlage Tnorgesehenen und am Fühler angegebenen Wert unterschreitet. Eine derartige Anordnung ermöglichte in Verbindung mit einer Umwälzvorrichtung 8 und einem Expansionsgefäss den Entwurf und die Ausführung einer thermodynamischen Monoblock-Kesselanlage, die bisher nicht verfügbar war. Diese Anlage kann in jeder vorhandenen Heizungsinstallation die Stelle des Kessels einnehmen, durch welchen die Anlage gespeist wird, indem ein einfacher Anschluss an die vorhandenen Rohrleitungen und an eine einzige Steckdose erfolgt.

Die vorliegende Erfindung gestattet es ferner, Wärmepumpen für alle Anwendungen, sei es einzeln oder in Kombination zwischen denselben vorzusehen, nämlich für eine Heizung, Trocknung, Entfeuchtung oder Klimatisierung oder eine beliebige andere Verwendung. Dabei verliert die durch den Verdampfer hindurchtretende Luft ganz oder teilweise ihren Wassergehalt.

Die vorliegende Erfindung ist ferner in allen Fällen brauchbar, wo eine durch den Verdampfer hindurchtretende gasförmige Mischung einen kondensierfähigen Bestandteil enthält.

Die Erfindung ist nicht auf die vorausgehend beschriebenen Ausführung sb ei spiele beschränkt, vielmehr sind weitere Abänderungen im Bah men der anliegenden Ansprüche möglich.

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Claims (8)

2B4Ü813 74· 30 985 i2· September 1975 Patentansprüche

1. Wärmepumpe, deren Verdampfer oder Wärme emp fänger Wärme mittels einer umgewälzten Luftströmung aufnimmt, dadurch, gekennzeichnet, dass die genannte Luftströmung vor ihren Eintritt in den Wärme emp fänger in eine* Wärmetauscher eintritt, damit die Temperatur der Luftströmung auf einen solchen Wert erhöht wird, bei welchem eine Vereisung des Wärmeempfängers nicht eintreten kann, wobei der Wärmeaustauscher mittels eines Fluids beheizt wird, welches die von der Kesselanlage abgegebene Wärme verwendet.

2. Wärmepumpe nach Anspruch 1, welche eine Kesselanlage aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das den Wärmetauscher aufheizende Fluid aus dem Arbeitsmedium der Kesselanlage besteht, wobei die Beheizung erfolgt, wenn das Fluid durch den Verdichter der Kesselanlage tritt.

3· Wärmepumpe mit thermodynamischer Kesselanlage nach einem der Ansprüche Λ oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher parallel zum Kondensator der Kesselanlage mit Arbeitsmedium beschickt wird.

4. Thermodynamische Kesselanlage nach einem der Ansprüche

1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass, falls der Kondensator der Kesselanlage seine Wärme an die Luft abgibt, ein Teil der auf diese Weise beheizten Luft stromaufwärts des Verdampfers in die genannte Luftzirkulation eingeführt und verdünnt wird, aus welcher die Wärme entzogen wird, wobei der Kondensator in diesem Falle die Rolle des Wärmetauschers übernimmt.

5. Thermodynamische Kesselanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass, falls der Kondensator der Kesselanlage seine Wärme an einem Fluid abgibt, ein Teil des Fluids zur Beheizung des Wärmetauschers verwendet wird.

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6. Thermodynamische Kesselanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher ,die Temperatur der Luftströmung auf einen Wert erhöht, der grosser als 0° und zwischen +3⁰C und +7⁰C liegt.

7. Kesselanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Monoblockanlage eine erfindungsgemässe aufgebaute Wärmepumpe, eine Vorrichtung zum erneuten Aufheizen des umlaufenden Fluids, Umwälzvorrichtungen, Expansionsgefässe, Sicherheitsventile und eine Isolation vorgesehen sind.

8. Vorrichtung zur Wärmewiedergewinnung, gekennzeichnet durch einen oder mehrere Wärmetauscher, die vorzugsweise aus Rohren aus Polyvinylchlorid bestehen, in Jauche oder Kompost tierischen oder pflanzlichen Ursprungs eintauchen, dass die Wärmetauscher in einem geschlossenen Kreislauf von einem Fluid durchströmt werden, welche die durch die Fermentation der Jauche oder des Komposts erzeugten Kalorien aufnimmt, wobei das Fluid beim Durchtritt durch den Wärmetauscher des Verdampfers am Verdampfer die in der Jauche aufgenommenen Kalorien abgibt, wobei diese auf den Wärmetauscher des Kondensators der Wärmepumpe oder der thermodynamischen Kesselanlage gemäss einem der Ansprüche 1 bis 7 übertragen werden, so dass der Wirkungsgrad der Wärmepumpe bzw. der thermodynamischen Kesselanlage beträchtlich erhöht wird und somit im Einklang mit der Erfindung die Wirtschaftlichkeit der genannten Vorrichtungen vergrössert wird.

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