DE2552753A1 - Heat pump and refrigeration system - uses additional sources which include sub-soil water and deep water source - Google Patents
Heat pump and refrigeration system - uses additional sources which include sub-soil water and deep water sourceInfo
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Abstract
Description
3353 Bad Gandersheim, 24. November 19753353 Bad Gandersheim, November 24, 1975
Postfach 129P.O. Box 129
Hohenhölen 5Hohenhölen 5
Telefon: (05382) 2842Telephone: (05382) 2842
Telegramm-Adresse: Siedpatent BadgandershslmTelegram address: Siedpatent Badgandershslm
Unsere Akten-Nr. 2506/57Our file no. 2506/57
MESSIERMESSIER
Patentgesuch, vom 24. November. 1975Patent application, dated November 24th. 1975
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38, Avenue Pierre ler de Serbie 75008 Paris/ FRANKREICH38, Avenue Pierre ler de Serbie 75008 Paris / FRANCE
Verfahren und Anordnung zum Heizen unter Verwendung einer Wärmepumpe Method and arrangement for heating using a heat pump
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Heizverfahren unter Verwendung einer Wärmepumpe, und sie betrifft ferner eine Anordnung zur Durchführung eines solchen Heiζverfahrens.The present invention relates to a heating method using a heat pump, and it also relates to an arrangement for carrying out such a heating process.
Heizanordnungen mit sogenannten Wärmepumpen sind bekannt. Hierbei pumpt ein Kältekompressor eine Kälteträgerflügsigkeit in einen Kondensatorj anschließend strömt die Kälteträger« flüssigkeit durch einen Verdampfer, ehe sie wieder zum Kompressor gelangt. Die zur Raumheizung dienende Flüssigkeit strömt von den Heizkörpern zum Kondensator, ehe sie wieder zu den Heizkörpern gelangt. Der Verdampfer erhält die zur Verdampfung erforderliche Wärmemenge durch Kühlung einer Wärmequelle, welche entweder die Außenluft, die Entlüftungsluft, Wasser oder der Erdboden, also eine geothermische Wärmequelle, sein kann.Heating arrangements with so-called heat pumps are known. Here, a refrigeration compressor pumps a refrigerant fluid the coolant then flows into a condenser « liquid through an evaporator before returning to the compressor. The liquid used for space heating flows from the radiators to the condenser before returning to the radiators. The vaporizer receives the for Evaporation required amount of heat by cooling a heat source, which is either the outside air, the ventilation air, water or the ground, i.e. a geothermal one Heat source, can be.
Man hat zwar bei den bekannten Heizanordnungen dieser Art die Wärmepumpe theoretisch eingehend untersucht, hat aber die Umwelt, in der ein solches System arbeiten muß, bislang noch nie sorgfältig in die Betrachtungen einbezogen, also den Übergang von der Wärmequelle durch Ausnutzung der tiefsten Bankkonto: Norddeutsche Landesbank, Filial« Bad Gandersheim, Kto.-Nr. 22.118.970 · Postscheckkonto: Hannover 66715In the case of the known heating arrangements of this type, the heat pump has been examined in detail in theory, but the environment in which such a system has to work has never been carefully considered, i.e. the transition from the heat source by using the deepest bank account: North Germans Landesbank, branch " Bad Gandersheim, account no. 22.118.970 Postal checking account: Hannover 66715
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Temperatur des Systems, um zusammen mit Wasser, Luft, dem Boden sowie den bei der Umwandlung anfallenden thermischen "Abfallprodukten" einen Erzeuger-Speicher zu schaffen.Temperature of the system to be combined with water, air, the soil as well as those resulting from the conversion thermal "waste products" a producer store to accomplish.
Die vorliegende Erfindung geht also von der Zielsetzung aus, ein Verfahren bzw. eine Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, das bzw. die einen derartigen Erzeuger-Speicher verwendet, der von einer Gesamtheit natürlicher Elemente gebildet wird und in einer Anordnung vom Wärmepumpentyp als Wärmequelle für die Karteträgerflüssigkeit dienen kann.The present invention is therefore based on the objective of creating a method or an arrangement of the type mentioned, which uses such a generator memory, which is formed by a set of natural elements and in an arrangement of the heat pump type as a heat source can serve for the card carrier liquid.
Nach der Erfindung wird dies erreicht durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen. Nach der Erfindung kann also z.B. als Wärmequelle die kettenartig zusammenwirkende Gesamtheit folgender Elemente dienen, welche einzeln oder in Kombination verwendet werden können; Die Umgebungsluft und ihr Wassergehalt; die Wassertemperatur in wenig tiefen Bodenschichten; die Wärmemenge, die in den oberflächennahen Erdschichten während der warmen oder sonnenbeschienenen Perioden gespeichert wird; und schließlichAccording to the invention, this is achieved by the measures specified in claim 1. According to the invention can For example, the chain-like co-operation of the following elements serve as a heat source, which individually or can be used in combination; The ambient air and its water content; the water temperature in shallow soil layers; the amount of heat in the near-surface layers of the earth during warm or sunlit periods is saved; and finally
die thermische Energie der im System verwendeten Antriebsorgane, also die nicht in mechanische Energie umgewandelte "Abfallwärme11.the thermal energy of the drive elements used in the system, ie the "waste heat 11 that is not converted into mechanical energy".
Man erkennt, daß diese Gesamtheit von Elementen unabhängig von den äußeren atmosphärischen Bedingungen mit großem Vorteil verwendet werden kann.It can be seen that this set of elements is independent of the external atmospheric conditions can be used to great advantage.
Bei einer solchen Heizanordnung erreicht man in vorteilhafter Weise die Kombination der natürlichen Elemente und der Antriebsorgane, welche Kombination den Erzeuger-Speicher bildet, mithilfe eines hydraulischen Kreislaufs, der mit der Wärmepumpe über einen Wärmetauscher gekoppelt ist, welch letzterer auf der Abströmseite des Entspannungsventils dieser Wärmepumpe angeordnet ist.With such a heating arrangement, the combination of the natural ones is achieved in an advantageous manner Elements and the drive elements, which combination forms the generator storage, with the help of a hydraulic Circuit, which is coupled to the heat pump via a heat exchanger, the latter on the downstream side of the Expansion valve of this heat pump is arranged.
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Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung weist dieser hydraulische Kreislauf im wesentlichen folgende Bestandteile auf: Eine Pumpe, welche das Wasser aus einem wenig tiefen Bodenbrunnen ansaugt und es in den Wärmetauscher pumpt, der auf der Abströmseite des Entspannungsventils der Wärmepumpe angeordnet ist, und zwar mittels zweier paralleler Kreise, von denen der eine direkt ist und der andere zur Kühlung der Motor-Kompressor-Gruppe dient, wobei mindestens eine Leitung im wenig tiefen Boden eingegraben ist und dazu dient, das Wasser vom Ausgang des Wärmetauschers einem Springbrunnen und/oder einer Sickergrube zuzuführen, und ferner ein das Wasser des Springbrunnenes auffangendes Becken, welches einen zur Sickergrube führenden Überlauf aufweist, so daß das in die Sickergrube abgeleitete Wasser unter Annahme der Bodentemperatur zum Brunnen zurückströmen kann.According to a first embodiment of the invention, this hydraulic circuit essentially the following components: A pump, which sucks the water from a shallow ground well and it pumps into the heat exchanger, which is arranged on the downstream side of the expansion valve of the heat pump, and by means of two parallel circuits, one of which is direct and the other for cooling the motor-compressor group serves, with at least one line is buried in the shallow soil and serves to keep the water from To feed the outlet of the heat exchanger to a fountain and / or a septic tank, and also to the water of the fountain collecting basin, which has an overflow leading to the septic tank, so that the Water diverted into the septic tank can flow back to the well, assuming the soil temperature.
Das Wasser aus dem Brunnen zirkuliert also in zahlreichen Leitungen aus wärmeleitendem Werkstoff, also gewöhnlich aus Stahl oder einer Stahllegierung, sowie in dem genannten Wärmetauscher und in dem Kühlsystem der Antriebsorgane der Wärmepumpe.The water from the well circulates in numerous pipes made of thermally conductive material, that is usually made of steel or a steel alloy, as well as in said heat exchanger and in the cooling system of Drive elements of the heat pump.
bekanntlich enthält dieses Wasser, das aus relativ wenig tiefen phreatischen Schichten stammt, meistens zahlreiche Mineralien in gelöster Form, und zwar in Form von Hydroxiden, Karbonaten, Sulfaten ... verschiedener chemischer Stoffe (Kationen), darunter ein relativ hoher Eisenanteil in Form löslicher Zusammensetzungen (Eisensalze). Im Gebrauch hat es sich gezeigt, daS dieses eisenhaltige Wasser auf die Stahlrohre stark korrodierend wirkte, wodurch es bei Versuchen erforderlich wurde, insbesondere die Wärmetauscher, die ja besonders teuer sind recht häufig auszuwechseln.As is well known, this water, which comes from relatively shallow phreatic layers, mostly contains numerous minerals in dissolved form, namely in the form of hydroxides, carbonates, sulfates ... various chemical substances (cations), including a relatively high proportion of iron in the form of soluble compounds (Iron salts). In use it has been shown that this iron-containing water is highly corrosive to the steel pipes worked, which made it necessary in experiments, especially the heat exchangers, which are particularly expensive to be changed quite often.
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Man hat deshalb Überlegungen angestellt, diese Nachteile dadurch zu vermeiden, daß man chemische Verfahren verwendet, um die Eisenverbindungen aus dem Wasser zu entfernen, aber die hohen Kosten hierfür geeigneter Geräte sowie ihr komplexer Aufbau machen sie für eine Heizanordnung der eingangs genannten Art weitgehend ungeeignet, was freilich ihre Anwendung im Rahmen der Erfindung in Sonderfällen nicht ausschließt.Considerations have therefore been made to avoid these disadvantages by using chemical processes, to remove the iron compounds from the water, but the high costs of suitable devices and their complex structure make them suitable for a heating arrangement The type mentioned at the beginning is largely unsuitable, which of course makes its use within the scope of the invention in special cases does not exclude.
Mit der Erfindung wird deshalb ferner angestrebt, diese vorstehend beschriebenen Nachteile zu vermeiden oder jedenfalls weitgehend zu vermeiden, und zwar unter weitgehender Beibehaltung der vorstehend beschriebenen vorteilhaften Maßnahmen.The invention therefore also seeks to avoid or avoid these disadvantages described above in any case largely to be avoided, while largely maintaining the advantageous described above Measures.
In überraschender Weise gelingt dies durch einfache Abwandlung bzw» Umkehrung in der Reihenfolge der Verwendung der natürlichen Elemente, welche den genannten Erzeuger-Speicher bilden.Surprisingly, this is achieved by simple modification or reversal in the order of use of the natural elements that make up the aforementioned producer store.
Man geht hierzu nach der Erfindung so vor, daß zur Kombination der genannten natürlichen Elemente ein hydraulischer Kreislauf vorgesehen ist, welcher wenigstens einen Brunnen aufweist, der z.B. mittels einer Pumpe einen Springbrunnen speist, welcher sich in ein Becken ergießt, das zum Abziehen der unter der Wirkung des Springbrunnens ausgefällten Substanzen ausgebildet ist, z.B. durch Dekantieren, Flottieren und/oder Filtrieren, ferner einen auf der Abströmseite des Entspannungsventils angeordneten Wärmetauscher, wobei der Springbrunnen direkt oder indirekt mit dem Wasser des Brunnens gespeist wird, während der genannte Wärmetauscher mit filiriertem oder dekantiertem Wasser aus dem Becken gespeist wird. Es hat sich nämlich in überraschender Weise gezeigt, daß es mithilfe eines Springbrunnens möglich ist, insbesondere die verschiedenen im Wasser gelösten Eisensubstanzen zum Ausfällen oder Ausflocken zu bringen. Dies wird zurückgeführt auf die physikalischen und chemischen Veränderungen bei diesem Vorgang, also auf die Abkühlung, die Druck-To do this, according to the invention, one proceeds in such a way that the natural elements mentioned are combined hydraulic circuit is provided, which has at least one well, which for example by means of a pump feeds a fountain, which pours into a basin that is used to draw off the under the action of the Fountain precipitated substances is formed, e.g. by decanting, floating and / or filtering, furthermore a heat exchanger arranged on the downstream side of the expansion valve, wherein the fountain is fed directly or indirectly with the water of the well, while the said heat exchanger with filirated or decanted water is fed from the pool. It has been shown in a surprising way that it is possible with the help of a fountain, in particular the various iron substances dissolved in the water To bring about precipitates or flocculations. This is attributed to the physical and chemical changes during this process, i.e. on the cooling, the pressure
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miuderung und vor allem die Oxidation in Form von Eisenhydroxid. Man kann dann anschließend diese Eisensubstanzen abscheiden, z.B. durch Flottieren oder Dekantieren im Becken, da die so ausgefällten Partikel ein höheres Artgewicht haben als das Wasser, oder aber Luftblasen festhalten und dadurch aufschwimmen. Durch die Erfindung wird also dieses Phänomen ausgenützt, um zu erreichen, daß in den Wärmetauschern etc. nur Wasser umläuft, welches weitgehend enteisend ist.Mud and, above all, oxidation in the form of iron hydroxide. These iron substances can then be separated out, e.g. by floating or decanting in the Basin, as the particles precipitated in this way have a higher species weight than the water, or they hold on to air bubbles and thereby float up. The invention thus exploits this phenomenon in order to achieve that in the heat exchangers etc. only circulates water, which is largely de-icing.
Insbesondere geht man dabei mit großem Vorteil so vor, daß der hydraulische Kreis, welchem das gefilterte und/oder dekantierte Wasser aus dem Becken zufuhrbar ist, eine Pumpe aufweist, welche dieses Wasser zu diesem Wärmetauscher pumpt, und zwar mittels zweier paralleler Kreise, von denen der eine direkt ist und der andere zur Kühlung der Motor-Kompressor-Gruppe der Wärmepumpe dient, wobei die beiden Kreise Regeleinrichtungen zum Regeln der Durchström-* menge und der Temperatur des dem Wärmetauscher zugeführten Wassers als Funktion der Temperatur des aus diesem Wärmetauscher austretenden Wassers aufweisen, und ferner eine Leitung zum Zuführen des aus diesem Wärmetauscher austretenden Wassers zu einem zweiten Springbrunnen und/oder einer Sickergrube, so daß das in die Sickergrube abgeleitete Wasser unter Annahme der Bodentemperatur zum Brunnen zurückströmen kann.In particular, one proceeds with great advantage so that the hydraulic circuit to which the filtered and / or decanted water can be supplied from the basin, has a pump which pumps this water to this heat exchanger by means of two parallel circles, one of which is direct and the other is used to cool the motor-compressor group of the heat pump, the control devices for regulating the flow rate and the temperature of the heat exchanger supplied to both circuits Have water as a function of the temperature of the water emerging from this heat exchanger, and further a conduit for supplying the water exiting this heat exchanger to a second fountain and / or a septic tank, so that the water diverted into the septic tank assuming the soil temperature for Well can flow back.
Die Leitung, welche das Becken mit der genannten Pumpe verbindet, kann eingegraben sein, so daß das Wasser die Temperatur relativ wenig tiefer Bodenschichten annehmen kann. Diese Leitung kann ferner in Wärmeverbindung mit dem aus dem Brunnen gepumpten Wasser auf der Zuströmseite des Springbrunnens stehen, oder auch mit dem Wasser im Brunnen selbst.The line connecting the basin to said pump can be buried so that the water the temperature of relatively little deeper soil layers can assume. This line can also be in thermal communication with the Water pumped from the fountain stand on the upstream side of the fountain, or with the water in the fountain self.
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Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen, sowie aus den übrigen Unteransprüchen Es zeigtFurther details and advantageous developments of the invention emerge from those described below and shown in the drawing, in none Embodiments to be understood as a restriction of the invention, as well as from the remaining subclaims It shows
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Heizanordnung,1 shows a schematic representation of a heating arrangement according to the invention,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Heizanordnung nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.Fig. 2 is a schematic representation of a second Heating arrangement according to a preferred embodiment of the invention.
Fig. 1 zeigt eine Heizanordnung zur Heizung von Räumen. Diese weist eine Wärmepumpe auf, die dazu dient, einer Wärmequelle Wärme (Kalorien) zu entnehmen, sie auf eine Wärmeträgerflüssigkeit zu übertragen und dann mittels dieser die Wärme den zu beheizenden Räumen zuzuführen.Fig. 1 shows a heating arrangement for heating rooms. This has a heat pump, which is used to take heat (calories) from a heat source and transfer it to a To transfer heat transfer fluid and then use this to supply the heat to the rooms to be heated.
Diese Wärmepumpe kann in üblicher Weise eine Motor-Kompressor-Gruppe 1 (im folgenden abgekürzt als MK-Gruppe 1) aufweisen, welche die Kühlflüssigkeit einem Kodensator 2 zuführt, welcher Wärme mittels eines Wärmetauschers 4 zu einem Zentralheizungskreis 3 überträgt. Die Drehzahl der Motoren der MK-Gruppe 1 wird mittels eines Reglers 5' geregelt, und zwar abhängig vom Zustand der Kühlflüssigkeit am Ausgang des Kondensators 2. Dieser Zustand wird mittels eines Sensorglieds 5 erfaßt. Die MK-Gruppe 1 kann ζ..B. von einem in der Drehzahl verstellbaren Elektromotor oder von einer Brennkraftmaschine angetrieben sein, deren Kühlwasser in der im folgenden beschriebenen Weise zirkuliert.This heat pump can usually be a motor-compressor group 1 (hereinafter abbreviated as MK group 1), which the cooling liquid to a capacitor 2 supplies which heat transfers to a central heating circuit 3 by means of a heat exchanger 4. The speed the motors of MK group 1 is controlled by a controller 5 ' regulated, depending on the state of the cooling liquid at the outlet of the condenser 2. This state is by means of a sensor member 5 is detected. MK group 1 can ζ..B. be driven by an adjustable speed electric motor or by an internal combustion engine, whose Cooling water circulates in the manner described below.
Vom Ausgang des Kondensators 2 kommt die. kondensierte Kühlflüssigkeit zu einem zweiten Wärmetauscher 6, in dem sie weitere Wärme abgibt, und sie kommt dann in einen Wasserabscheider bzw. Entfeuchter 7 und dann in ein Druckreduzier- bzw. Entspannungsventil 8, nach dessen Durchlaufen die Flüssigkeit verdampft und dabei in einemFrom the output of the capacitor 2 comes the. condensed cooling liquid to a second heat exchanger 6, in which it gives off more heat, and it then comes into a water separator or dehumidifier 7 and then into a Pressure reducing or relaxation valve 8, after which the liquid evaporates after passing through it and thereby in one
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Wärmetauscher 9 Wärme aufnimmt, und zwar aus einer Erzeuger-Speicher-Gruppe, welche als Wärmequelle dient. Das Gas aus dem Wärmetauscher 9 wird dann im Wärmetauscher 6 überhitzt, gegebenenfalls getrocknet und dann der MK-Gruppe 1 zugeführt.Heat exchanger 9 absorbs heat, from a generator-storage group, which serves as a heat source. The gas from the heat exchanger 9 is then superheated in the heat exchanger 6, optionally dried and then the MK group 1 supplied.
Mit Vorteil kann dieser Kreis wie dargestellt zwischen dem Entfeuchter 7 und dem Glied 8 mit einem FlÜssigkeitsschauglas 10 und einem Magnetventil 11 versehen sein.This circle can advantageously be between the dehumidifier 7 and the member 8 can be provided with a liquid sight glass 10 and a solenoid valve 11.
Im Zentralheizungskreis 3 strömt, angetrieben von einer Förderpumpe 17, eine Heizflüssigkeit. Ihre Durchströmmenge und damit auch ihre Temperatur und ihre Wärmemenge können an Bin- und Ausgang des Wärmetauschers 4 gesteuert werden, und zwar einerseits mittels zweier in Reihe geschalteter Schieber 12, 13 und eines parallel geschalteten S hiebers 14, und andererseits mittels eines Dreiwegeschiebers 15 (Rücklaufbeimischung), der von einem Temperaturfühler 16 gesteuert wird, welcher eine geeignete Temperatur erfaßt, z.B. die in einem der zu heizenden Räume. Die Pumpe 17 liegt wie dargestellt zwischen den Schiebern 13 und 15.A heating fluid flows in the central heating circuit 3, driven by a feed pump 17. Your flow rate and thus also their temperature and their amount of heat can be supplied to the input and output of the heat exchanger 4 be controlled, on the one hand by means of two slides 12, 13 connected in series and one in parallel switched valve 14, and on the other hand by means of a three-way valve 15 (return admixture), which is operated by a Temperature sensor 16 is controlled, which detects a suitable temperature, for example that in one of the to be heated Spaces. As shown, the pump 17 is located between the slides 13 and 15.
Die Gesamtheit der natürlichen Erzeuger-Speicher-Einheit setzt sich wie bereits erwähnt zusammen aus einer Reihenschaltungsanordnung, welche in Kombination enthält die Umgebungsluft, das Wasser in relativ wenig unter der Erdoberfläche liegenden Erdschichten und/oder den nahe bei der Erdoberfläche liegenden Schichten, und schließlich den im Heizsystem verwendeten Motoren, jedenfalls soweit sie verwertbare Wärmemengen abgeben.As already mentioned, the totality of the natural producer-storage unit consists of one Series circuit arrangement, which in combination contains the ambient air, the water in relatively little below the Earth layers lying on the earth's surface and / or the layers lying close to the earth's surface, and finally the motors used in the heating system, at least insofar as they emit usable amounts of heat.
Die Kombination dieser Elemente, welche die Wärmequelle der Wärmepumpe bilden, wird erreicht mittels eines hydraulischen Kreislaufs, der als geschlossene oder halbgeschlossene Schleife arbeitet und der diese Elemente sozusagen zusammenbindet und dadurch als Gesamtheit verwertbar macht.The combination of these elements, which form the heat source of the heat pump, is achieved by means of a hydraulic circuit that works as a closed or semi-closed loop and which includes these elements binds together, so to speak, and thus makes it usable as a whole.
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Dieser hydraulische Kreislauf weist einen Saugkreis zum Ansaugen von Wasser aus einem relativ wenig tiefen Bodenbrunnen 19 auf, an den eine Pumpe 20 angeschlossen ist.This hydraulic circuit has a suction circuit for drawing in water from a relatively shallow depth Floor well 19 to which a pump 20 is connected.
Diese Pumpe 20 führt das Wasser, das die Temperatur des Erdreichs hat, einerseits dem Eingang des Wärmetauschers 9 zu, andererseits dem Eingang eines Kühlkreises 21 der HK-Gruppe 1. Der Ausgang dieses Küblkreises 21 ist mit dem Eingang des Wärmetauschers 9 verbunden, so daß die Temperatur und die Wärmemenge, die vom Wasser dem Eingang des Wärmetauschers 9 zugeführt werden, eine Funktion ist vonThis pump 20 leads the water, which has the temperature of the ground, on the one hand to the inlet of the heat exchanger 9 to, on the other hand the input of a cooling circuit 21 of HK group 1. The output of this Küblkreises 21 is with the Input of the heat exchanger 9 connected, so that the temperature and the amount of heat drawn from the water to the input of the heat exchanger 9, a function is of
a) dem Wasseranteil, der direkt von der Pumpe 20 zum Wärmetauscher 9 strömt unda) the proportion of water that is sent directly from the pump 20 to the Heat exchanger 9 flows and
b) dem Anteil von erwärmtem Wasser, der über den Kühlkreis für die MK-Gruppe 1 zum Wärmetauscher 9 strömt.b) the proportion of heated water that flows to heat exchanger 9 via the cooling circuit for MK group 1.
Diese Wärmemenge kann eingestellt werden, indem man motorgesteuerte Steuerschieber 22 und 23 vorsieht. Der Schieber 22 ist wie dargestellt auf der Abströmseite der Pumpe 20 und zwischen Ein- und Auslaß des Kühlkreises 21 angeordnet, ermöglicht es also, diesen ganz, teilweise oder gar nicht zu überbrücken, und der Schieber 23 ist als Dreiwegeschieber ausgebildet, direkt am Ausgang der Pumpe angeordnet und ermöglicht es mit seinem dritten Ausgang, diese teilweise zu überbrücken. Beide Schieber 22 und 23 können wie dargestellt von einem gemeinsamen Stellmotor betätigt werden, der seinerseits von einem Temperaturfühler 24 gesteuert wird, welcher Fühler die Wassertemperatur am Ausgang des Wärmetauschers 9 erfaßt.This amount of heat can be adjusted by providing motorized control spools 22 and 23. Of the As shown, the slide 22 is on the outflow side of the pump 20 and between the inlet and outlet of the cooling circuit 21 arranged, so it makes it possible to bridge this completely, partially or not at all, and the slide 23 is as Three-way slide valve, arranged directly at the outlet of the pump and with its third outlet, to bridge this partially. Both slides 22 and 23 can be operated as shown by a common servomotor, which in turn is operated by a temperature sensor 24 is controlled, which sensor detects the water temperature at the outlet of the heat exchanger 9.
Das Wasser vom Wärmetauscher 9 strömt dann durch eine Leitung 25, die in relativ geringer Tiefe im Boden eingegraben ist, und es kann so einen Teil der Wärmemenge aufnehmen, die z.B. während Perioden der SonneneinstrahlungThe water from the heat exchanger 9 then flows through a line 25 which is buried at a relatively shallow depth in the ground and it can absorb part of the amount of heat that e.g. during periods of solar radiation
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im Boden gespeichert worden ist. .has been stored in the ground. .
Diese Leitung 25 führt zu einem Dreiwegeschieber 26, der wie dargestellt einerseits mit dem Wasserstrahl eines Springbrunnens 27 verbunden ist, welcher in einem Becken angeordnet ist, und der andererseits mit einer Sickergrube 29 verbunden ist. Hierbei ist darauf hinzuweisen, daß der Wärmeaustausch zwischen dem Wasser in der Leitung 25 und dem Boden beeinflußt werden kann, indem man parallel zur Leitung 25 eine zweite, z.B. schlangenförmige Leitung 31 anordnet, und zwar in einer tieferen Bodenschicht, welche deshalb in der kälteren Jahreszeit wärmer ist, wobei der Durchfluß durch die Leitungen 25 bzw. 31 durch einen motorisch angetriebenen Dreiwegeschieber 32 steuerbar ist, welch letzterer gesteuert wird von einem Temperaturfühler 33, der die Temperatur der Außenluft in der Nähe der zu heizenden Räume erfaßt.This line 25 leads to a three-way slide valve 26 which, as shown, is connected on the one hand to the water jet of a fountain 27 which is arranged in a basin and which on the other hand is connected to a septic tank 29. It should be pointed out that the heat exchange between the water in the line 25 and the ground can be influenced by arranging a second, for example serpentine, line 31 parallel to the line 25 , namely in a deeper soil layer, which is therefore used in the colder season is warmer, the flow through the lines 25 and 31 can be controlled by a motor-driven three-way slide valve 32, the latter being controlled by a temperature sensor 33 which detects the temperature of the outside air in the vicinity of the rooms to be heated.
Ebenso ist der Schieber 26 motorisch angetrieben und wird ebenfalls von dem Temperaturfühler 33 gesteuert.The slide 26 is also driven by a motor and is also controlled by the temperature sensor 33.
Das vom Springbrunnen 27 hochgespritzte Wasser fällt also in Form von Tropfen in das Becken 28 zurück und läuft durch einen Überlauf 34 in die Sickergrube 29.The water sprayed up by the fountain 27 falls back into the basin 28 in the form of drops and runs through an overflow 34 into the septic tank 29.
Hierbei ist darauf hinzuweisen, daß dann, wenn die Außenluft einen hohen Feuchtigkeitsgehalt hat, im Bereich des tropfenförmig aufgelösten Springbrunnenstrahls eine Kondensation erfolgt, welche zu einer Erhöhung des im Becken 28 aufgefangenen Wasservolumens führt, wodurch dieses Volumen also größer wird als das vom Springbrunnen 27 abgegebene Wasservolumen.It should be noted that if the outside air has a high moisture content, in the area of the fountain jet, which is dissolved in the form of drops, condensation occurs, which leads to an increase in the im Basin 28 trapped water volume leads, so that this volume is greater than that given off by the fountain 27 Water volume.
Diese Erhöhung der Menge des aufgefangenen Wassers stellt also ein nicht gering zu schätzendes Nebenprodukt dar, besonders in trockenen Gebieten oder während Trockenperioden. This increase in the amount of water collected is therefore a by-product that should not be underestimated especially in arid areas or during dry periods.
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Selbstverständlich strömt das in die Sickergrube 29 abgeleitete Wasser wieder zum Brunnen 19 zurück, und zwar über einen Weg, in dessen Verlauf es wieder die Temperatur des Erdreichs annimmt. Vom Brunnen 19 wird es dann wieder in den Kreislauf zurückgepumpt. Das Überschußwasser, das man durch das oben beschriebene Kondensationsphänomen erhalten hat, kann außerdem entnommen und anderen Verwendungszwecken zugeführt werden.Of course, the water diverted into the septic tank 29 flows back to the well 19, and although via a path in the course of which it takes on the temperature of the ground again. From well 19 it will be then pumped back into the circulation. The excess water obtained by the condensation phenomenon described above can also be taken out and others Uses are supplied.
Es ist besonders darauf hinzuweisen, daß das Regelsystem, welches gebildet wird vom Dreiwegeschieber 23, dem Schieber 22 und dem Temperaturfühler 24, es ermöglicht, durch Dosieren der Mischung von direkt von der Pumpe 20 kommendem Wasser mit aus dem Kühlkreislauf 21 kommendem Wasser, sowie durch Einstellung der gesamten Wasser-Durchströmmenge am Einlaß des Wärmetauschers 9, die Temperatur am Auslaß des Wärmetauschers 9 auf einer kritischen Temperatur t zu halten, welche z.B. kleiner oder gleich 2° C sein kann.It should be pointed out that the control system, which is formed by the three-way slide valve 23, the slide valve 22 and the temperature sensor 24, makes it possible, by metering the mixture of water coming directly from the pump 20 with water coming from the cooling circuit 21, as well as through Adjustment of the total water flow rate at the inlet of the heat exchanger 9, to keep the temperature at the outlet of the heat exchanger 9 at a critical temperature t, which can be, for example, less than or equal to 2 ° C.
Es wird also klar, daß dieses bevorzugte Regelsystem eine Funktion des Drucks am Einlaß des Verdampfers ist, und deshalb im Zusammenwirken mit der Drehzahlregelung der MK-Gruppe 1 und folglich der Gesamtheit der Wärmepumpe arbeitet. Ebenso hat .eine Änderung der Temperatur im Verbraucherkreis eine Druckänderung am Auslaß des Kodensators zur Folge und bewirkt folglich eine Änderung der Drehzahl der MK-Gruppe 1. Es ist also klar ersichtlich, daß die Gesamtheit der Heizanordnung in optimaler Weise auf jede Veränderung eines oder mehrerer ihrer Parameter reagiert.It is thus clear that this preferred control system is a function of the pressure at the inlet of the evaporator, and therefore in cooperation with the speed control of the MK group 1 and consequently the entirety of the Heat pump is working. Likewise, a change in the temperature in the consumer circuit has a change in pressure on the Outlet of the capacitor and consequently causes a change in the speed of the MK group 1. So it is It can be clearly seen that the entirety of the heating arrangement is optimally adapted to any change in one or the other several of its parameters respond.
Eine derartige Regelung ermöglicht es zusammen mit der Rückgewinnung der Wärmeenergie aus den verschiedenen Quellen, sowie den Nebenprodukten des Heizsystems, den energetischen Gesamtwirkungsgrad der Anordnung um ca. 50% zu erhöhen, bezogen auf eine herkömmliche Heizanordnung, welche eine Wärmepumpe verwendet.Such a control, together with the recovery of thermal energy from the various sources and the by-products of the heating system, makes it possible to increase the overall energetic efficiency of the arrangement by approx. 50% , based on a conventional heating arrangement which uses a heat pump.
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Wenn man z.B. die Gesamtenergie, welche für die Heizung der zu erwärmenden Räume die Wärmepumpe durchlaufen muß, auf 24 000 kcal/h schätzt, ist ein Drittel dieser Energie erforderlich für den mechanischen Energiebedarf, und die beiden übrigen Drittel entsprechen der Wärme, die in den verschiedenen Kreisläufen ausgetauscht wird.If, for example, the total energy that is used for heating of the rooms to be heated the heat pump has to run through, estimates at 24,000 kcal / h, is a third of this energy required for the mechanical energy demand, and the other two thirds correspond to the heat that is in the is exchanged in different cycles.
Wenn das Wasser aus dem Brunnen 19 8° C hat, kann man die Pumpe 20 für eine Fördermenge von 3m /h auslegen. Die kritische Temperatur am Auslaß des Wärmetauschers 9 wird man z.B. auf 20C festlegen, und man kann den Wasserrücklauf durch den Dreiwegeschieber 23 zu Null machen.When the water from the well 19 has 8 ° C, the pump 20 can be designed for a flow rate of 3m / h. The critical temperature at the outlet of the heat exchanger 9 is to specify, for example, 2 0 C, and one can make the water return through the three-way slider 23 to zero.
Die Wassermenge, die den Schieber 22 durchströmt, ist dann 1,2 m /h bei einer Temperatur von 8°C.The amount of water that flows through the slide 22 is then 1.2 m / h at a temperature of 8 ° C.
Die Wassermenge im Kühlkreis 21 beträgt 1,8 m /h, und seine Auslaßtemperatur liegt bei etwa 11,5°CrThe amount of water in the cooling circuit 21 is 1.8 m / h and its outlet temperature is about 11.5 ° Cr
Dem Wärmetauscher 9 strömt also eine Wassermenge von 3 m /h und mit einer Temperatur von ca. 10°C zu.A quantity of water of 3 m / h and at a temperature of approx. 10 ° C. therefore flows to the heat exchanger 9.
Der Druck der Pumpe 20 beträgt etwa 2 bar effektiv und wirkt in seiner Gesamtheit auf den Springbrunnen 27 (der Dreiwegeschieber 26 ist in Richtung zum Boden geschlossen) .The pressure of the pump 20 is approximately 2 bar effective and acts in its entirety on the fountain 27 (the three-way valve 26 is closed towards the bottom).
Wenn die Umgebungstemperatur 15°C beträgt, erhält man durch den oben beschriebenen Effekt bei einer hygrometrischen Feuchtigkeit der umgebenden Luft von 60 bis 70% etwa 6 gWhen the ambient temperature is 15 ° C, one obtains due to the above-described effect with a hygrometric humidity of the surrounding air of 60 to 70% about 6 g
•5
Wasser pro m ausgespritztes Wasser.• 5
Water per m of water sprayed.
Fig. 2 zeigt ein zweites, bevorzugtes Ausführungrsbeispiel der Erfindung. Dort sind von der verwendeten Wärmepumpe 41 (welche derjenigen nach Fig. 1 entsprechen kann) nur die beiden Haupt-Wärmetauscher dargestellt, nämlich der Wärmetauscher 45 am Auslaß des Entspannungsventils und der Wärmetauscher 44 am Auslaß des Kondensators. Ferner ist von dieser Wärmepumpe der Kühlkreis 61 der MK-Gruppe 42 dargestellt. Kurz gesagt kann diese Wärmepumpe 41 in üblicher Weise eine Motor-Kompressor-Gruppe 42 Fig. 2 shows a second, preferred embodiment of the invention. There, of the heat pump 41 used (which can correspond to that of FIG. 1), only the two main heat exchangers are shown, namely the heat exchanger 45 at the outlet of the expansion valve and the heat exchanger 44 at the outlet of the condenser. Furthermore, the cooling circuit 61 of the MK group 42 of this heat pump is shown. In short, this heat pump 41 can be a motor-compressor group 42 in the usual way
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(im folgenden: MK-*Gruppe 42) aufweisen, welche die Kühlflüssigkeit einem Kondensator zuführt, der Wärme an einen Heizkreis 43 über einen Wärmetauscher 44 abgibt. Am Ausgang des Kondensators wird die Kühlflüssigkeit gegebenenfalls gekühlt und einem Entspannungsventil (vgl. 8 in Fig. 1) zugeführt, dem der Wärmetauscher 45 nachgeschaltet ist, wo die Kühlflüssigkeit Wärme aus dem Wasser eines hydraulischen Kreislaufs öaufnimmt, welch letzterer verschiedene natürliche Elemente kombiniert, um einen Erzeuger-Speicher zu bilden, der als Wärmequelle für die Wärmepumpe 41 dient. Das Gas aus dem Wärmetauscher 45 wird gegebenenfalls überhitzt und der MK-Gruppe 42 zugeführt. (in the following: MK- * Group 42), which is the coolant a condenser which gives off heat to a heating circuit 43 via a heat exchanger 44. At the exit the condenser, the cooling liquid is optionally cooled and a relief valve (see. 8 in Fig. 1) fed, which the heat exchanger 45 is connected downstream, where the cooling liquid heat from the water of a hydraulic circuit, which latter different natural elements combined to form a producer store that acts as a heat source for the Heat pump 41 is used. The gas from the heat exchanger 45 is possibly overheated and fed to the MK group 42.
Ebenso wie bei dem System nach Fig» 1 kann die Durchströmmenge im Zentralheizimgskreis 4-3 - und folglich auch Temperatur und Wärmemenge der dort umlaufenden Flüssigkeit - am Ein- und Auslaß des Wärmetauschers 44 eingestellt werden. Dies ist zum einen möglich mittels zweier in Reihe geschalteter Schieber 46, 47 und eines hierzu parallelen Schiebers 48, andererseits mittels eines Dreiwegeschiebers 49 (Rücklaufbeimischung), welcher gesteuert wird von einem Temperaturfühler 50, der z.B. in einem der zu heizenden Räume angeordnet sein kann. Ferner ist eine Umwälzpumpe 51 vorgesehen.As with the system according to FIG. 1, the flow rate in the central heating circuit can be 4-3 - and consequently also the temperature and amount of heat of the liquid circulating there - at the inlet and outlet of the heat exchanger 44 can be set. This is possible on the one hand by means of two slides 46, 47 and one connected in series slide 48 parallel to this, on the other hand by means of a three-way slide 49 (return admixture), which is controlled by a temperature sensor 50, which can e.g. be arranged in one of the rooms to be heated. A circulation pump 51 is also provided.
Der im Wärmetauscher 45 zugeordnete hydraulische Kreis weist eine Saugleitung 52 auf, die dazu dient, mittels einer Pumpe 54 V/asser aus einem wenig tiefen Brunnen 53 anzusaugen.The hydraulic circuit assigned in the heat exchanger 45 has a suction line 52 which is used by means of a 54 V / water pump from a shallow well 53 suck in.
Die Pumpe 54 führt dieses Wasser, das die Temperatur des Erdreichs hat, einem Springbrunnen 55 zu, der sich in ein Becken 56 ergießt. Wie zuvor erwähnt, erfährt das aus der Düse 55 austretende Wasser physikalische und chemische Änderungen, also z.B. eine Abkühlung, eine Entspannung und eine Oxidation, wodurch die ursprünglich darin gelösten Eisensubstanzen ausgefällt und ausgeflocktThe pump 54 leads this water, which has the temperature of the ground, to a fountain 55, which is in a basin 56 pours out. As previously mentioned, the water exiting the nozzle 55 experiences physical and chemical changes, e.g. a cooling, a relaxation and an oxidation, whereby the originally The iron substances dissolved in it are precipitated and flocculated
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werden. Das in feine Tropfen verteilte Wasser, dessen Volumen durch Kondensation der in der umgebenden Luft enthaltenen Feuchtigkeit gegebenenfalls erhöht ist, fällt zusammen mit den Ausfällungen in das Becken 56. Diese Ausfällungen, deren Artgewicht größer als das des Wassers ist, setzen sich am Boden des Beckens 56 ab, so daß es möglich ist, am Überlauf 57 das enteisente Wasser abzunehmen.will. The water, which is distributed in fine droplets, whose volume is due to condensation in the surrounding air Moisture contained is possibly increased, falls together with the precipitates in the basin 56. This Precipitations, the species weight of which is greater than that of the water, settle on the bottom of the basin 56, so that it is possible to take off the de-iced water at the overflow 57.
Das Wasser vom Überlauf 57 wird von einer Pumpe 58 angesaugt, und zwar über eine eingegrabene Leitung 59, in der es die Bodentemperatur annimmt, oder gegebenenfalls auch die Temperatur des Wassers im Brunnen 53* letzteres durch Wärmeaustausch mit der Förderleitung der Pumpe (Block 60), oder auch direkt mit dem Wasser des Brunnens, also diesem Wasser selbst. Im letzteren Fall kann die Leitung 59 als Schlange o.dgl. ausgebildet sein, die direkt in das kühle Brunnenwasser eintaucht.The water from the overflow 57 is sucked in by a pump 58 via a buried pipe 59, in which it assumes the temperature of the soil, or possibly also the temperature of the water in the well 53 * the latter by heat exchange with the delivery line of the pump (block 60), or also directly with the water of the well, so this water itself. In the latter case, the Line 59 as a snake or the like. be trained that directly immersed in the cool well water.
Das Wasser aus der Leitung 59 wird von der Pumpe zum einen direkt dem Einlaß des Wärmetauschers45 zugeführt, andererseits dem Einlaß eines Kühlkreises 61 für die MK-Gruppe 42. Der Auslaß dieses Kühlkreises 61 ist seinerseits ebenfalls mit dem Einlaß des Wärmetauschers verbunden, so daß Temperatur und Wärmemenge, welche durch das Wasser dem Einlaß des Wärmetauschers 45 zugeführt werden, eine Funktion des jeweiligen Anteils sind, also einmal eine Funktion der Wassermenge direkt aus der Leitung 59 und zum anderen eine Funktion der jeweiligen - erwärmten - Wassermenge aus dem Kühlkreis 61 der MK-Gruppe 42.On the one hand, the water from the line 59 is fed directly to the inlet of the heat exchanger 45 by the pump, on the other hand the inlet of a cooling circuit 61 for the MK group 42. The outlet of this cooling circuit 61 is in turn also connected to the inlet of the heat exchanger, so that temperature and amount of heat, which through the water are fed to the inlet of the heat exchanger 45, are a function of the respective proportion, that is on the one hand a function of the amount of water directly from the line 59 and on the other hand a function of the respective - heated - amount of water from cooling circuit 61 of MK group 42.
Ebenso wie beim ersten Ausführungsbeispiel kann diese Durchflußmenge eingestellt bzw. geregelt werden mittels eines Schiebers 62 und eines motorgesteuerten Dreiwegeschiebers 63, der von einem Temperaturfühler 64 gesteuert wird.As in the first embodiment, this flow rate can be set or regulated by means of a slide 62 and a motor-controlled three-way slide 63 controlled by a temperature sensor 64 will.
ο C 3 8 2 3 / 0 6 9 Sο C 3 8 2 3/0 6 9 p
Das Wasser aus dem Wärmetauscher 45 wird dann in den Boden geleitet, und zwar entweder direkt mittels einer Sickergrube 66 oder über einen zweiten Springbrunnen ähnlich dem dargestellten ersten Springbrunnen 55,. um so die Wassermenge noch weiter zu erhöhen, die aus der Umgebungsluit durch Kondensation gewonnen wird, wobei eine temperatur-oder feuchtigkeitsabhängige Umschaltung vorgesehen werden kann.The water from the heat exchanger 45 is then directed into the ground, either directly by means of a Septic tank 66 or a second fountain similar to the first fountain 55 shown. so to further increase the amount of water that is recovered from the surrounding air by condensation, whereby a temperature or humidity-dependent switchover can be provided.
Pate ntan walte Dipl.-Inj. Horst Rose Oipl.-Infl. Peter KoselGodfather walte Dipl.-Inj. Horst Rose Oipl.-Infl. Peter Kosel
60 9 823/069860 9 823/0698
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,1 *j Heizverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmequelle N
, 1 * j heating method, characterized in that as a heat source
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WO1984002766A1 (en) * | 1982-12-30 | 1984-07-19 | Martinell Rudolf Haokan | Method for storing thermal energy for a heat pump installation |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |