DE2737971A1 - Waermepumpe mit einer brennmaterialbefeuerten hilfsheizvorrichtung - Google Patents

Waermepumpe mit einer brennmaterialbefeuerten hilfsheizvorrichtung

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DE2737971A1
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    • Y02B30/13—Hot air central heating systems using heat pumps

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpe und insbesondere eine Wärmepumpe mit einer zusätzlichen, brennstoffbefeuerten Heizvorricntaiig.
Eine Wärmepumpe ist eine Anlage, mit deren Hilfe sich ein Innenraum während der Winter- und Sommermonate erwärmen bzw. abkühlen läßt. Allgemein gesprochen besteht eine Wärmepumpe aus einem Kompressor und zwei Wärmeaustauscherschlangen, die über ein geeignetes Ventilsystem an den Kompressor angeschlossen sind. Einer der Wärmeaustauscher ist im Inneren und der andere außen angeordnet. Während des Sommers soll der Innenraum gekühlt werden; für diese Aufgabe wird der Innenwärmeaustauscher als Verdampfer für das flüssige Kühlmittel betrieben, während der Außenwärmeaustauscher für die Kühlmitteldämpfe als Kondensator eingesetzt wird. Um während der Wintermonate die Innenräume zu erwärmen, wird der Innenwärmeaustauscher als Kondensator betrieben, während der Außenwärmeaustauscher als Verdampfer eingesetzt ist.
In gemäßigten Klimazonen ist gewöhnlich die Heizbelastung im Winter größer als die Energiebelastung durch das Abkühlen im Sommer. Um die gewünschte Erwärmung der Innenräume zu erreichen, muß der Kompressor der Wärmepumpe angepaßt an den Wärmeverbrauch relativ groß oder leistungsstark sein, oder es muß ein zusätzliches Heizsystem vorgesehen werden. Um die Notwendigkeit eines großen und teuren Kompressors hoher Leistung zu vermeiden, wurden bis jetzt Hilfsheizsysteme verwendet.
Normalerweise werden als Hilfswärmequellen elektrische Widerstandeheizer verwendet, die in den Innenkondensator (in bezug auf die Winterzeit) eingebaut sind. Immer, wenn aufgrund niedriger Außentemperaturen zusätzliche Wärme benötigt wurde, wurde der Widerstandsheizer eingeschaltet. Bis jetzt war man mit einer derartigen Anlage im allgemeinen zufrieden. Hit steigenden
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Energiekosten jedoch und insbesondere mit der Aussicht darauf, daß für elektrische Energie bei Spitzenbedarf Zuschläge gezahlt werden müssen, sind derartige Widerstandsheizer wahrscheinlich nicht mehr ökonomisch tragbar, besonders dadurch, daß derartige Heizer einen Verteilfaktor besitzen, der im wesentlichen gleich flull ist; damit ist gemeint, daß sie während der Zeiten des elektrischen Spitzenbedarfs (z.B. während der Abendstunden) nicht abgedreht und während der Zeiten niedrigen Bedarfs (z.B. während der Macht) nicht angedreht werden können.
Die Alternative dazu, nämlich mit Brennmaterial, z.B. fossilen Brennstoffen befeuerte Hilfsheizvorrichtungen einzusetzen, läßt sich nicht einfach verwirklichen, da es tatsächlich unmöglich ist, eine rußfreie Verbrennung zu erhalten; dies trifft besonders auf kompakte, große Hitze abgebende Brenner zu, die beispielsweise für den Einbau in den Innenkondensator der Wärmepumpe benötigt würden. Um die Innenluft rein zu halten, müßte deshalb dafür tesorgt werden, daß die Verbrennungsgase des mit Brennmaterial befeuerten Hilfsheizgerätes an die Außenatmosphäre abgegeben werden. Bei einer derartigen Bauweise ist jedoch nur ungenügend Platz zum Einbau des Hilfsheizgeräts in den Kondensator vorhanden; dies trifft besonders dann zu, wenn die Konstruktionsweise so ausgeführt wird, daß keine Störung des normalen Betriebs der Wärmepumpe im allgemeinen und des Kondensators im besonderen auftreten soll. Eine außen ausgeführte Installation des mit Brennmaterial befeuerten Hilfsheizers kann jedoch nur abseits von der Wärmepumpe ausgeführt werden, benötigt separate Steuervorrichtungen, Leitungen usw. und wird in gleichem Maße wie der Betrieb und der Unterhalt des Hilfsheizers teuer, nimmt zuviel Raum in Anspruch und ist deshalb nicht von Vorteil.
Deshalb soll durch die Erfindung eine Wärmepumpe mit einem mit Brennmaterial befeuerten Hilfsheizer geschaffen werden, der
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in das Wärmepumpensystem einbezogen ist und mit einer einfachen Kühlmittelleitungsanlage installiert werden kann. Der erfindungsgemäße Hilfsheizer kann dabei so gebaut sein, daß er mit demjenigen Brennmaterial betrieben werden kann, das verfügbar und/oder am billigsten ist. Der Heizer selbst wird außen installiert und kann so verwendet werden, daß sich verschiedene andere Aspekte des Betriebs einer Wärmepumpe leichter durchführen lassen, was im einzelnen weiter unten beschrieben wird.
Allgemein gesehen besteht eine Wärmepumpe, die mit einem erfindungsgemäßen Hilfsheizer wirksam verbunden ist, aus einer Kompressoreinheit, einem Innenwärmeaustauscher, der zum Erwärmen eines Innenraums als Kondensator betrieben wird, aus einem Außenwärmeaustauscher, der beim Erwärmen des Innenraums als Verdampfer betrieben wird, und aus geeigneten Leitungen, die für das Fließen eines Kühlmittels zwischen Kompressor und Wärmeaustauschern angeordnet sind. Der Hilfsheizer besitzt einen Dampferzeuger für ein flüssiges Kühlmittel, das von der Auslaßseite des Kondensators über eine Flüssigkeitsdosierpumpe vom Dampferzeuger zugeführt wird. Der Kühlmitteldampf, der sich im Dampferzeuger bildet, strömt über ein geeignetes Rohrsystem der Ansaugseite bzw. Einlaßöffnung des Kondensators zu. Auf diese Weise liefert die Befeuerung des Brenners zusätzlichen aufgeheizten Kühlmitteldampf, der im Kondensator kondensiert wird und so die gewünschte Wärmeenergie an den Innenraum,welcher erwärmt werden soll, abgibt.
Der Dampferzeuger kann ein einfacher Rohrschlangen-Wärmeaustauscher sein, der in Flußrichtung des Kühlmittels unterhalb des Brenners so angeordnet ist, daß die heißen Gase vom Brenner den Wärmeaustauscher erwärmen und das flüssige Kühlmittel verdampfen können. Alternativ dazu kann der Wärmeaustauscher innerhalb eines Behälters wie beispielsweise eines konventionellen Haushaitsheißwassererhitzers angeordnet sein, so daß die Wärme vom Brenner zum Dampferzeuger über ein geeignetes Wärmeübertragungsmittel
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(beispielsweise Wasser oder bei einer Außeninstallation des Dampferzeugers ein Frostschutzmittel wie beispielsweise Äthylenglykol) übertragen werden kann.
Der erfindungsgemäße Kühlmitteldampferzeuger kann neben der Eigenschaft, daß er zusätzliche Wärme liefert, auch dazu verwendet werden, den Außenverdampfer abzutauen. Pur diese Aufgabe ist ein geeignetes Ventilsystem vorgesehen, so daß der erhitzte Kühlmitteldampf durch die Wärmeaustauscher des Verdampfers fließen kann, dabei die Temperatur der Wärmeaustauscher erhöht und das sich darauf gebildete Eis abschmilzt.
In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Brenner ein Vormischbrenner für Flüssig-Petroleum-Gas (LPG), bei dem 40 bis 60 % der notwendigen Verbrennungsluft mit dem Brennstoff vorgemischt wird, bevor dieser entzündet wird. Damit läßt sich die Effektivität des Brenners erhöhen. Weiterhin ist der erfindungsgemäße Dampferzeuger vorzugsweise innerhalb de« Außenverdempfers installiert, so daß die durch den Dampferzeuger freigegebene Hitze zur Unterstützung des Verdampfungsvorgangs verwendet werden kann. Zusätzlich kann dadurch, daß der erfindungsgemäße Dampferzeuger im Außenverdampfer eingebaut ist, der für den Verdampfer eingesetzte Zugluft-Ventilator dazu verwendet werden, für den Brenner den nötigen Zug zu erzeugen. Alternativ dazu kann der erfindungsgemäße Dampferzetiger getrennt vom Wärmepumpenverdampfer installiert sein, und das Heißgasausströmrohr kann an den Zugluftventilator für den Verdampfer angeschlossen werden, oder es kann im Dampferzeuger ein separates Gebläse für den Brenner installiert werden.
Aus dem oben Gesagten läßt sich klar erkennen, daß die Erfindung sowohl die Wirkungsweise von Wärmepumpen fördert als auch den Einbau zusätzlicher Heizer für die Wärmepumpe ökonomisch
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attraktiver dadurch macht, daß leicht lagerbare und sofort verfügbare Brennstoffe wie beispielsweise LPG-Brennstoffe, Benzin, Methanol, Kerosin bzw. Petroleum, Heizöl und ähnliches verwendet werden können. Die Anlage wird im Freien installiert und nimmt keinen wertvollen Innenraum in Anspruch. Weiterhin verunreinigt eine Außeninstallation des Hilfsheizers nicht die Innenluft; außerdem werden für den erfindungsgemäßen Hilfsheizer neben einer relativ billigen zweiten Kühlmittelschleife zwischen Verdampfer und Kondensator, die gegenüber dem Kompressor der Wärmepumpe einen Nebenschluß bildet, wenig zusätzliche Bauteile benötigt. Damit werden die Anfangskosten einer Wärmepumpe nicht übermäßig erhöht.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beispielsweise näher beschrieben; in dieser zeigt:
ii'ig. 1 ein schematisches Diagramm einer Wärmepumpe, die mit einem brennstoffbefeuerten Hilfsheizer ausgestattet ist, der erfindungsgemäß gebaut ist, und
Fig. 2 eine fragmentarische schematische Zeichnung ähnlich derjenigen nach Fig. 1, wobei jedoch eine alternative Installationsausführung des erfindungsgemäßen Flüssigkeitskühlmittel-Dampferzeugers gezeigt wird, der in Verbindung mit dem Wärmepumpenverdampfer steht.
Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Wärmepumpe 2 besteht aus einem Kompressor 4, einem mit Gebläse ausgestatteten Innenwärmeaustauscher 6, der innerhalb eines Gehäuses 8 angeordnet ist, aus einem mit Gebläse ausgestatteten Außenwärmeaustauscher 10 und einem Rohrsystem, das für das Strömen eines geeigneten Kühlmittels zwischen Kompressor und Wärmeaustauscher
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vorgesehen ist, wie es später genauer noch beschrieben wird. Pur die Erfindung wird die Wärmepumpe in ihrer Funktionsweise so dargestellt, als ob sie innerhalb des Gebäudes einen Innenraum 12 erwärmt. In dieser Arbeitsweise wirkt der Innenwärmeaustauscher als Kondensator, während der Außenwärmeaustauscher für das Kühlmittel als Verdampfer arbeitet.
Im folgenden wird genauer auf Punktionsweise und Rohrleitungssystem der Wärmepumpe eingegangen; eine Hochdruckseite 14 des Kompressors steht mit einer Eingabeseite 16 des Innenwärmeaustauschers 6 (der im folgenden als Kondensator bezeichnet wird) über ein Hochdruckrohr 18 in Verbindung. Eine Auslaßseite 20 des Kondensators steht mit einem Rohr 22 für flüssiges Kühlmittel in Verbindung, wobei das Rohr 22 zu einem Flüssigkeitswärmeaustauscher 23 in einem Sammler 24 über eine Sperrventilanordnung 26 verläuft, die so angeordnet ist, daß flüssiges Kühlmittel vom Kondensator zur Sammlerrohrschlange fließt. Von der Sammlerrohrschlange wird das flüssige Kühlmittel abgenommen und fließt über ein Expansionsventil 28, die Sperrventilanordnung und über ein Zuführungsrohr 30 zu einer Einlaßseite 32 eines Außenwärmeaustauschers 10 (der im folgenden Verdampfer genannt wird). Im Verdampfer wird flüssiges Kühlmittel dadurch verdampft, daß Wärme aus der Umgebungsluft zugeführt wird; Verdampftes Kühlmittel fließt vom Verdampferauslaß 34 über eine Rohrleitung 36 Oberteil des Sammlers 24. Verdampftes Kühlmittel wird über eine Versorgungsleitung 40 vom Sammler einer Kompressorsaugseite 38 zugeführt.
Der Kondensator ist mit einem konventionellen Gebläse 42 ausgestattet, das am Kondensator vorbei einen Innenluftstrom erzeugt und damit auf diese Luft Wärme überträgt, die bei der Kondensation von Kühlmittel, das unter hohem Druck und hohen Temperaturen steht und vom Kompressor zugeführt wird, abgegeben wird. In ähnlicher Hinsicht ist auf der Oberseite eines Ver-
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dampfers 10 ein Durchzugsventilator 44 angeordnet, der über einem Kanal 45 (welcher in der Zeichnung scheinatirch gezeigt ist) mit diesem verbunden ist, so daß damit ein Luftstrom am Verdampfer vorbei erzeugt wird und dadurch der Verdampfer mit der notwendigen Wärme zur Verdampfung eines flüssigen Kühlmittels versorgt wird, das ihm über ein Rohr 30 zugeführt wird.
Die Wirkungsweise der Wärmepumpe zur Erwärmung eines Innenraums 12 sollte nun leicht einzusehen sein. Der Kompressor wird so betrieben, daß er Kühlmitteldämpfe, die vom Sammler 24 abgenommen werden, komprimiert und erwärmt. Der unter hohem Druck stehende, erwärmte Kühlmitteldampf strömt zum Kondensator 6, wo er kondensiert und dadurch Wärmeenergie freigibt, die daraufhin über die Luft, die mit Hilfe des Gebläses 42 zirkulierend durch den Kondensator gedrückt wird, auf den Innenraum übertragen wird. Das flüssige Kühlmittel, das vom Kondensator abgezogen wird, strömt auf seinem Umlauf durch die Sammlerrohrschlange 23, das Expansionsventil 28 und durch das Rohr 30 zum Außenverdampfer, von dem Kühlmitteldampf abgenommen und zur Oberseite des Sammlers zurückgeschickt wird. Eine Wirkungsweise der Wärmepumpe als Innenraumabkühlvorrichtung während der Sommerzeit läßt sich dadurch erreichen, daß ein Vierwege-Ventil 47 gedreht wird und dam^t der Kühlmittelfluß umgekehrt wird, während der Innenwärmeaustauscher 6 als Verdampfer und der Außenwärmeaustauscher 10 als Kondensator verwendet werden. Da diese Arbeitsweise der Wärmepumpe die Erfindung nicht betrifft, wird sie hier nicht weiter beschrieben.
Um dem Kondensator 6 zusätzliche Wärme zuzuführen, ist erfindungsgemäß ein Kühlmittelflussigkeits-Dampferzeuger 46 vorgesehen, der im allgemeinen einen Wärmeaustauscher 48 zur Dampferzeugung und einen Brennstoffbrenner 50 umfaßt, der zur Aufheizung des Wärmeaustauschers dient. Der Brenner ist ein Vormischbrenner, der über ein magnetgesteuertes Brennstoffzu-
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führungsventil 52, das hier als Beispiel angeführt werden soll, mit einem geeigneten Brennstoff, wie beispielsweise LPG - Brennstoff versorgt wird. Der Wärmeaustauscher zur Dampferzeugung nimmt von einem Speiserohr 54, das mit einer Flüssigkeitsleitung 22 vom Kondensator 6 verbunden ist, flüssiges Kühlmittel auf. Eine hermetisch dichte Flüssigkeitsdosierpumpe 56 ist in der Speiseleitung eingebaut, so daß das Strömen des flüssigen Kühlmittels zum Wärmeaustauscher für die Dampferzeugung gesteuert werden kann. Das im Dampferzeuger verdampfte flüssige Kühlmittel wird in eine Dampfleitung 58 abgegeben, die in eine Hochdruckleitung 18 vom Kompressor 4 zum Kondensator 6 hineinführt.
Wenn im Innenraum 12 zusätzliche Wärmeenergie benötigt wird, wird der Brenner 50 bevorzugt mit einem elektrischen Anzünder, der nicht separat gezeigt wird, oder dergl. angezündet, und die Dosierpumpe 56 wird so betätigt, daß flüssiges Kühlmittel durch den Dampferzeuger fließt. Der im Dampferzeuger erhitzte Kühlmitteldampf wird dem Kondensator zugeführt, wo er kondensiert und die gewünschte zusätzliche Wärme freigibt.
Um sicherzustellen, daß der Wärmeaustauscher des Dampferzeugers lokal nicht überhitzt werden kann (was zu einer Zersetzung des Kühlmittels führen würde), wird vorzugsweise die Dosierpumpe so gewählt, daß sie flüssiges Kühlmittel mit einer Geschwindigkeit zuführt, welche die Geschwindigkeit übersteigt, mit der das Kühlmittel verdampft wird. Auf diese Weise wird ein nasser Kühlmitteldampf gebildet und dem Kondensator zugeführt. Gegenwärtig wird bevorzugt, daß die Dosierpumpe ein Quantum des flüssigen Kühlmittels zuführt, welche die Verdampfungskapazität des Brenners und des Dampferzeugers um 10-50 % und vorzugsweise um etwa 30 % übersteigt. Zusätzlich wird die Dosierpumpe so gewählt, daß sie Flüssigkeit mit einer Geschwindigkeit zuführt, die um etwa 20-60 % und vorzugsweise um etwa 50 % größer als der Kühlmittelfluß in der Wärmepumpe selbst
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während eines normalen Wintertagbetriebs ist. Auf diese Weise kann der Kompressor so gewählt werden, daß er in gemäßigten Klimazonen während normaler Sommerzeittemperaturen das gewünschte Abkühlen des Innenraums bewirkt, während der Hilfsheizer diejenige notwendige zusätzliche Wärme zuführen kann, die normalerweise in gemäßigten Klimazonen erforderlich ist, um die gewünschte Erwärmung zur Winterzeit zu bewirken.
Ein (nicht gezeigtes) Gebläse oder ein Ansaugventilator 60 können vorgesehen sein, um den gewünschten Zug durch den Dampferzeuger 48 hindurch zu erzeugen. Alternativ dazu kann das Abzugsende des Dampferzeugers mit einem Kanal 45 des Verdampfers über ein passend angeordnetes Abzugsrohr 62, das mit durchbrochenen Linien in der Fig. 1 gezeigt wird, verbunden sein.
In der Fig. 2 wird eine alternative Ausführungsform der Erfindung gezeigt, wo der Dampferzeuger 46 innerhalb einer Außenverdampf ereinheit 64 eingebaut ist, d.h., innerhalb des Kanals 66 so angeordnet ist, daß der Durchzugsventilator 44 der Verdampfereinheitcten notwendigen Zug auch durch den Dampferzeuger hindurch erzeugt. Stromaufwärts des Wärmeaustauschers 10 können Einlaßluftschlitze 67 vorgesehen sein, so daß ein Luftfluß erzeugt wird, der den Dampferzeuger umgeht.
In Fig. 2 wird auch eine alternative Ausführungsform des Dampferzeugers selbst gezeigt. Der Wärmeaustauscher 48 zur Dampferzeugung ist innerhalb eines in Haushalten üblichen konventionellen Heißwasserbereiters 68 angeordnet, der konventionelle, senkrecht angeordnete Flammrohre 70 besitzt, während der Wärmeaustauscher 48 zur Dampferzeugung innerhalb desjenigen Behälters angeordnet ist, der durch das Heizgerät bestimmt wird. Das Innere des Behälters ist mit einem geeigneten Mittel zur Warme-
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übertragung gefüllt, das normalerweise ein Frostschutzmittel bzw. kältebeständiges Mittel wie beispielsweise Athylenglykol ist, so daß ein Frieren und eine mögliebe Beschädigung des Heißwasserbereiters und/oder dem darin vorgesehenen Wärmeaustauscher verhindert wird. Diese Bauweise des Dampferzeugers besitzt den Vorteil, daß ein direkter Eontakt zwischen den heißen Gasen des Brenners und dem Wärmeaustauscher und damit ein resultierendes mögliches lokales Überhitzen des Wärmeaustauschers verhindert werden. Demgegenüber kann der Wärmeaustauscher sogar durch die Flüssigkeit innerhalb des Behälters erhitzt werden.
Natürlich kann der Heißwasserbereiter 68 ein elektrischer Wassererhitzer sein, wobei ein großer Erhitzer des Typs vorgezogen wird, der außerhalb der Belastungsspitzen arbeitet und damit Energiekosten verringert. Die Funktion eines derartigen Wassererhitzers kann sowohl darin bestehen, die Heißwasserversorgung für das Haus, in dem die Wärmepumpe installiert ist, zu übernehmen, als auch darin bestehen, während den Zeiten, bei denen die Wärmepumpe zusätzliche Wärme, wie oben beschrieben, benötigt, eine Wärmeversorgung zu übernehmen.
Wiederum nach Fig. 1 kann der eri'indungsgemäße Dampferzeuger 46 so verwendet werden, daß der Außenverdampfer 10 rasch enteist wird. Für diese Aufgabe ist ein erstes Sperrventil 72 in der Hochdruckleitung 18 vom Kompressor 4 eingebaut. Weiterhin ist eine Nebenleitung 74 vom Boden des Sammlers 24 zur Saugseite der Dosierpumpe 56 im Speiserohr 54 für flüssiges Kühlmittel vorgesehen. Die Nebenleitung enthält ein Sperrventil 76, das einen Rückfluß von flüssigem Kühlmittel von der Speiseleitung 54 in das Innere des Sammlers verhindert.
Für ein Enteisen des Verdampfers 10 mit Hilfe des erfindungsgemäßen Dampferzeugers 46 werden Kompressor 4 und
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Außenventilator 44 stillgelegt. Das Vierwege-Ventil 47 wird so gedreht, daß es die Heißdampfleitung 58 vom Dampferzeuger mit einer Dampfleitung 36 vom Verdampfer 12 verbindet, wie es mit den durchbrochenen Linien gezeigt wird.
Der Brenner 50 wird nun entzündet und die Dosierpumpe 56 so betätigt, daß flüssiges Kühlmittel durch den Dampferzeuger fließt. Der daraus entstehende Dampf wird über das Rohr 58, das Vierwege-Ventil 47 und das Rohr 36 zur Oberseite des Verdampfers 10 geführt, wo die Temperatur des Verdampfers erhöht und damit das sich auf dem Äußeren des Verdampfers gebildete Eis abgeschmolzen wird. Das flüssige Kühlmittel, das durch den Verdampfer zirkuliert, wird über ein Rohr 30 und eine Sperrventilanordnung 26 zur Ansaugseite der Dosierpumpe zurückgebracht. Auf diese Weise kann der Entfrosterzyklus, der normalerweise, und insbesondere bei relativ niedrigen Außentemperaturen, beachtliche Zeit in Anspruch nimmt, rasch durchgeführt werden. Darüberhinaus werden heftige Strömungs- und Druckübergangserscheinungen, die mit dem konventionellen Abtauen bei umgedrehten Zyklus verbunden sind, ausgeschaltet, so daß die Betriebssicherheit des Kompressors vergrößert wird.
Nachdem der Entfrosterzyklus beendet ist, werden Brenner und Dosierpumpen abgeschaltet; das Vierwege-Ventil 47 wird in seine Heizposition (die in Fig. 1 mit durchgezogenen Linien gezeigt wird) zurückgedreht, und der Kompressor 4 und der Außenventilator 44 werden so betätigt, daß der Betrieb der Wärmepumpe in ihrer Innenraumerwärmphase fortgesetzt wird. Falle zusätzliche Wärme benötigt wird, wird natürlich der Brenner 50 wiederum in Betrieb gesetzt, damit er, wie oben bereits beschrieben, funktioniert.
Damit wird durch die Erfindung eine Wärmepumpe geschaffen, die einen Kompressor, einen Innenkondensator (für das Heizen im
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Winter), einen Außenverdampfer (für das Heizen im Winter) und ein Rohrsystem besitzt, damit ein Kühlmittel zwischen Kompressor, Kondensator und Verdampfer fließen kann. Ein zweiter Kühlmittelkreis wird gebildet, der den Kompressor umgeht bzw. für ihn einen Nebenschluß darstellt und mit dem Auslaß und dem Einlaß des Kondensators in Verbindung steht. Eine Flüssigkeitsdosierpumpe drückt flüssiges Kühlmittel vom Auslaß des Kondensators über einen Kühlmitteldampferzeuger, der mit Brennstoff wie beispielsweise Flüssig-Petroleum-Gas befeuert wird, zurück zur Eingabeöffnung des Kondensators, so daß zusätzliche Hitze vom Brenner zum Erwärmen des Innenraum dadurch erhalten wird, daß zusätzlich zum Kühlmitteldampf, der dem Kondensator durch den Kompressor zugeführt wird, in den Kondensator erhitzter Kühlmitteldampf eingespeist wird.
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•iff
Leerse ite

Claims (1)

  1. 2/37971
    MANITZ, FINSTERWALD & GRÄMKOW
    Electric Power Hesearch Institute, Inc. München, den 23.8.77 Box 10412, PaIo Alto, Kalifornien, USA p/4/ri - E 2137
    Wärmepumpe mit einer brennmaterialbefeuerten Hilfsbeizvorricbtung
    P a t e η t a ns ρ r ü c b e
    11.J Wärmepumpe zur Erwärmung und Abkühlung eines Innenraums während relativ kalter bzw. heißer Außentemperaturen, mit einer Kompressoreinheit, einem Innenwärmeaustauscher, einem Außenwärmeaustauscher, einem ersten Leitungssystem, das ermöglicht, daß ein Kühlmittel zwischen der Kompressoreinheit und den Wärmeaustauschern fließt, und einer Hilfsheizvorricbtung, die dazu vorgesehen ist, für den Raum zusätzliche Wärme zu liefern, dadurch gekennzeichnet , daß ein zweites Leitungssystem in Fluidverbindung mit dem Innenwarmeaustauscber steht und einen Webenschluß für die Kompressoreinheit bildet, so daß Kühlmittel durch das zweite Leitungssystem zum Innenwärmeaustauscher und von diesem weg zirkuliert, und daß Vorrichtungen vorgesehen sind, die das Kühlmittel im zweiten Leitungssystem erhitzen und dadurch zusätzliche Wärme zum Innenwärmeaustauscher liefern.
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    DR. C. MANIT2 · DIFU-INC. M. FINSTERWAtD DIPL.-INC. W. CIlAMICOW ZENTRALKASSE «AVER. VOLKS» ANKEN
    β MÖNCHEN 99. ROSERT-KOCH-STRASSE I 7 STUTTGART SO IMD CANNSTATTI MÖNCHEN. KONTO-NUMMER 7*70
    TEL. IO89I 99 49 11. TELEX OS ■ 39679 PATMF SEELBEkGSTR. 93/95. TEL.<07ll>S6 73 Al POSTSCHECK: MÖNCHEN 77069 - βθβ
    2. Wärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung außen bzw. im Freien angeordnet ist.
    3. Wärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung zur Erwärmung eines Teils des zweiten Leitungssystems einen Gasbrenner besitzt.
    4. Wärmepumpe nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Teil des zweiten Leitungssystems aus einem Kühlmitteldampferzeuger besteht, daß das zweite Leitungssystem eine Vorrichtung besitzt, die flüssiges Kühlmittel vom Innenwärmeaustauscher dem Dampferzeuger zuführt, und daß Vorrichtungen vorgesehen sind, die ein Strömen des Kühlmitteldampfs vom Dampferzeuger zum Innenwärmeaustauscher ermöglichen.
    5. Wärmepumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssiges Kühlmittel zuführende Vorrichtung eine Dosierpumpe für flüssiges Kühlmittel enthält, die in Fluidverbindung mit dem zweiten Leitungssystem steht und zwischen Dampferzeuger und Innenwärmeaustauscher angeordnet ist.
    6. Wärmepumpe nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß ein Behälter ein wärmeübertragendes Fluid enthält, daß der Teil des zweiten Leitungssystems innerhalb des Behälters angeordnet ist, und daß der Gasbrenner so positioniert ist, daß er das wärmeübertragende Fluid im Behälter erwärmt und damit das Verdampfen des flüssigen Kühlmittels bewirkt, während die Bildung von Heißstellen an dem Teil der zweiten Leitungseinrichtung verhindert wird.
    7. Wärmepumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter im Freien angeordnet ist, und daß das wärmeübertragende Fluid Äthylen-Glykol umfaßt.
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    ö. Wärmepumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter einen konventionellen Haushaltsheißwasserbereiter umfaßt.
    9. Wärmepumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeübertragende Fluid Wasser umfaßt.
    10. Wärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein drittes Leitungssystem eine Fluidverbindung zwischen der Vorrichtung, die das Kühlmittel aufheizt, und dem Außenwärmeaustauscher herstellt, und daß Ventileinrichtungen vorgesehen sind, um alternativ den Teil des zweiten Leitungesystems mit dem Außenwärmeaustauscher bzw. mit dem Innenwärmeaustauscher zu verbinden, wodurch die im zweiten Leitungeteil erzeugte Wärme selektiv so verwendet werden kann, daß erwärmtes Kühlmittel durch den Außenwärmeaustauscher fließt und dessen rasches Abtauen bewirkt.
    11. Wärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung einen im Freien angeordneten Flammenbrenner besitzt, und daß das zweite Leitungssystem einen Kühlmitteldampferzeuger besitzt, der so angeordnet ist, daß er durch den Brenner erwärmt werden kann, eine erste Rohranlage besitzt, die eine Dosierpumpe für flüssiges Kühlmittel enthält, damit flüssiges Kühlmittel vom Auslaß des Innenwärmeaustauschere zu einem Einlaß des Dampferzeugers strömen kann, und eine zweite Rohranlage besitzt, die ermöglicht, daß erhitzter Kühlmitteldapmf vom Auslaß des Dampferzeugers zu einem Einlaß des Innenwärmeaustauschers fließen kann, und daß weiterhin Vorrichtungen vorgesehen sind, welche ausströmende Gase vom Brenner an die Atmosphäre abgeben, wodurch zusätzliche Hitze, die erforderlich ist, den Raum auf die gewünschte Temperatur zu erwärmen, durch den Brenner über ein im Dampferzeuger verdampftes und erhitztes Kühlmittel geliefert wird.
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    12. Wärmepumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventilator vorgesehen ist, der einen Zug erzeugt und an den Außenwärmeaustauscher so angeschlossen ist, daß ein Luftstrom an dem Außenwärmeaustauscher vorbei erzeugt wird, und daß Vorrichtungen vorgesehen sind, die ermöglichen, daß die ausströmenden Gase in den durch den Ventilator erzeugten Luftstrom hineinströmen.
    15· Wärmepumpe zur Erwärmung und Abkühlung eines Innenraums, gekennzeichnet durch einen Kühlmitteldampfkompressor, durch einen Verdampfer für flüssiges Kühlmittel, durch einen Kühlmitteldampf kondensator, durch Leitungen für den Kühlmittelfluß zwischen Kompressor, Verdampfer und Kondensator, durch einen Dampferzeuger für flüssiges Kühlmittel mit einem Wärmeaustauscher zur Verdampfung von Kühlmittel und einem Brenner zur Erwärmung des Wärmeaustauschers, durch ein erstes Rohr, das eine Einlaßseite des Dampferzeugungswärmeaustauschers mit einer Auslaßseite des Kondensators verbindet, durch eine Vorrichtung im ersten Rohr, das ein Strömen bewirkt und damit ermöglicht, daß flüssiges Kühlmittel zur Einlaßseite des DampferZeugungswärmeaustauschers strömt, und durch ein zweites Rohr, das eine Fluidverbindung einer Auslaßseite des Dampferzeugungswärmeaustauschers mit einer Dampfeinlaßseite des Kondensators herstellt, so- daß der Fluß von erhitztem, verdampftem Kühlmittel vom Dampferzeugungswärmeaustauscher zum Kondensator ermöglicht wird und damit der Kondensator mit zusätzlicher Wärmeenergie, welche bei der Kondensation des vom Dampferzeugungswärmeaustauscher herrührenden Dampfs freigegeben wird, versorgt wird.
    14. Wärmepumpe nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner in seiner Größe so bemessen ist, daß er eine gegebene Menge an flüssigem Kühlmittel, welche der Dampferzeugungswärmeaustauscher vom Kondensator erhält, verdampft, und daß die Vorrichtung, die eine Strömung bewirkt, in
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    ihrer Größe so bemessen ist, daß der Dampfe"zeugungswärmeaustauscher mit einem Quantum an flüssigem Kühlmittel versorgt wird, welche die gegebene Menge an flüssigem Kühlmittel, die vom Brenner verdampft wird, übersteigt.
    15. Wärmepumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung, die eine Fluidströmung bewirkt, dem Dampferzeugungswärmeaustauscher ein Flüssigkeitsquantum zuführt, welches die Menge an flüssigem Kühlmittel, die vom Brenner verdampft wird, um 10 - 50 % übersteigt.
    16. Wärmepumpe nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß das Quantum die Menge um angenähert 30 % übersteigt.
    17. Wärmepumpe nach Anspruch 13* dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erzeugung einer Fluidströmung durch die Rohre und den Dampferzeugungswärmeaustauscher ein Quantum an flüssigem Kühlmittel fließen läßt, welches die Meng· an Kühlmittel, welche durch den Kompressor verarbeitet wird, um etwa 20 - 60 % übersteigt.
    18. Wärmepumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Behälter den Wärmeaustauscher zur Dampferzeugung umgibt, und daß ein flüssiges wärmeübertragendes Mittel im Behälter so angeordnet ist, daß Wärme vom Brenner über das wärmeübertragende Mittel zum Wärmeaustauscher für die Dampferzeugung übertragen wird.
    19· Verfahren zur Versorgung einer Wärmepumpe mit zusätlicher Hilfswärme bei Betrieb der Wärmepumpe für die Erwärmung eines Innenraums, wenn für ein Erwärmen des Raumes auf gewünschte Temperatur die Außentemperatur zu niedrig ist, wobei die Wärmepumpe einen Kompressor, einen Innenkondensator, einen Außenverdampfer und ein Rohrleitungssystem besitzt, so daß
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    Kühlmittel zwischen Kompressor, Kondensator und Verdampfer fließen kann, dadurch gekennzeichnet t daß der Kompressor so hetriehen wird, daß er Kühlmitteldampf mit hohem Druck und hoher Temperatur zum Kondensator drückt, daß im Kondensator der Dampf von hohem Druck und hoher Temperatur kondensiert und flüssiges Kühlmittel bildet, daß ein erster Kühlmittelfluß gebildet wird, in dem das flüssige Kühlmittel zum Verdampfer und von dort verdampftes Kühlmittel zurück zum Kompressor zirkuliert, daß ein zweiter, in bezug auf den Kompressor einen Nebenschluß darstellender Kühlmittelfluß gebildet wird, indem ein Teil des flüssigen Kühlmittels vom Kondensator genommen wird, das flüssige Kühlmittel im zweiten Strömungsverlauf erhitzt wird und vom zweiten Strömungsverlauf zurück zum Kondensator geleitet wird, und daß Wärme vom erhitzten Kühlmittel des zweiten Strömungsverlaufs im Kondensator freigegeben wird und dadurch der Baum auf die gewünschte Temperatur erwärmt wird.
    20. Verfahren nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt des Erhitzens aus dem Erhitzen und aus wenigstens einem teilweise erfolgenden Verdampfen des flüssigen Kühlmittels des zweiten StrömungsverlauJfe besteht.
    21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt der Freigabe von Wärme ein Kondensieren des verdampften Kühlmittels des zweiten Strömungsverlaufs beinhaltet.
    22. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt des Erhitzens und Verdampfens des Kühlmittels im zweiten Strömungsverlauf beinhaltet, daß das flüssige Kühlmittel so erhitzt wird, daß es nassen Kühlmitteldampf bildet.
    23. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß man erhitztes und verdampftes Kühlmittel des zweiten Strömungsverlaufs nach einer Bildung von Eis bzw. Reif am Verdampfer durch den Verdampfer strömen läßt, um so das rasche Abtauen des Verdampfers zu bewirken.
    24. Verfahren nach Anspruch 23« dadurch gekennzeichnet, daß Kühlmittel des zweiten Strömungsverlaufs zeitweilig daran gehindert wird, durch den Kondensator zu strömen.
    25. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichne t , daß der Verfahrensschritt des Erhitzens und Verdampfens des flüssigen Kühlmittels im zweiten Strömungsverlauf das Erhitzen des flüssigen Kühlmittels mit einem im Freien angeordneten Flammenbrenner beinhaltet.
    26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß vom Brenner stammende Wärme über ein dazwischenliegendes flüssiges Wärmeübertragungsmittel dem flüssigen Kühlmittel übertragen wird.
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