DE2855926A1

DE2855926A1 - Waermepumpen-heizungsanlage

Info

Publication number: DE2855926A1
Application number: DE19782855926
Authority: DE
Inventors: Thore Abrahamsson
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-12-23
Filing date: 1978-12-23
Publication date: 1980-07-10

Description

PATENTANWÄLTE
J.RICHTER RWERDERMANN R. SPLANEMANN dr. B. REITZNER

DIPL.-ING. DIPL.-INS. DIPL.-IN©. DIPL.-CHEM. ZUSEL. VERTRETER BEIM EPA . PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE EPO · MANDATAIRES ASREES PRES L¹OEB

Hamburg München

2OOO HAMBURG 36 22.12.1978 NEUER WALU1O TEL. (O4O) 34OO45 34OO56 TELEGRAMME: INVENTIUS HAMBURG

UNSERE AKTE: 1 080- I -78681 IHR ZEICHEN:

Patentanmeldung

PRIORITÄT:

BEZEICHNUNG: Wärmepumpen-Heizungsanlage

ANMELDER: Thore Abrahamsson.421 71 Västra Frölunda/Schweden

Kaj Hansson, 444 OO Stenungsund/Schweden

030028/0221

Konten: Deutsche Bank AG Hamburg (BLZ 20070000) Konto-Nr. 6/10055 · Postscheckamt Hamburg (BLZ 20010020) Konto-Nr. 262080-201

- y-u.

Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpen-Heizungsanlage, welche aus einem als Wärmetauscher ausgebildeten Verdampfer, einem zum Verdichten eines verdampften Mediums dienenden Verdichter und einem in einem Heizkreis angeordneten Verflüssiger besteht, wobei der Verdampfer von einer zur Herstellung kleiner Eisstückchen dienenden Eismaschine gebildet und die bei der Eisbildung freiwerdende Wärme an den Verdampfer abgebbar ist.

Das allgemeine Bestreben geht heutzutage dahin, die verfügbaren Energiequellen möglichst gut zu nutzen. Für Heizzwecke stellen daher die Sonnenenergie und die Wärmepumpentechnik zwei alternative Lösungen dar, welche zunehmend an Interesse gewinnen, jedoch mit Beschränkungen behaftet sind.

Für Heizzwecke wird Sonnenenergie vermittels sogenannter Sonnenenergxekollektoren aufgefangen, und die Wärmeübertragung erfolgt dann vermittels z.B. Luft oder Wasser. Mit Sonnenenergiekollektoren läßt sich nur ein Teil der eingestrahlten Sonnenenergie gewinnen. Ihr Wirkungsgrad kann bei etwa 50 % liegen, hängt jedoch sehr.stark von mehreren Faktoren wie z.B. dem dem Temperaturüberschuß eines Kollektors gegenüber der Lufttemperatur ab. Der Wirkungsgrad nimmt mit höherer Kollektortemperatur ab und umgekehrt. Bei der Ausnutzung von Sonnenenergie für Heizzwecke ergibt sich außerdem das Problem, daß die Sonneneinstrahlung im Sommer am höchsten und im Winter am niedrigsten ist, also dem Heizbedarf genau entgegengesetzt verläuft. Aus diesem Grunde muß ein Wärmespeicher und/oder eine andere Energiequelle im Heizsystem vorhanden sein.

Bei einigen bekannten Heizungsanlagen ist auch schon versucht worden, den Heizbedarf nur anhand der aufgefangenen Sonnenenergie zu decken. In diesem Falle müssen die Kollektoren mit verhältnismäßig hohen Temperaturen betrieben

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werden und Energie muß vom Sommer bis zum Winter gespeichert werden. Aufgrund der hohen Temperaturen fällt der Wirkungsgrad der Kollektoren stark ab, was zur Folge hat, daß Kollektoren mit sehr großer Oberfläche erforderlich sind. Außerdem benötigt eine derartige Anlage ein sehr großes Speichervolumen, da sich die Temperatur nur zwischen engen Grenzwerten verändern darf (nämlich von etwa + 95 ⁰C bei voll aufgeladenem Speicher bis zu etwa + 45 ⁰C bei entladenem Speicher) . Es wurde auch bereits versucht, unterschiedliche Salzlösungen einzusetzen, um mit diesen die pro Volumeneinheit gespeicherte Energie zu steigern und dadurch das Speichervolumen senken zu können.

Zur Senkung des Speichervolumens und vorübergehenden Steigerung des Wirkungsgrads werden manchmal Sonnenenergiekollektoren mit einer Wärmepumpe kombiniert. Der Verdampfer der Wärmepumpe entnimmt Wärme aus dem System von Sonnenenergiekollektoren und Speicher und führt der Anlage über den Verflüssiger Wärmeenergie mit einer höheren Temperatur zu. Mit dieser Temperatur kann ein größerer Schwankungsbereich für die Temperatur des Speichers zugelassen werden, wobei zugleich sein Volumen verringert werden kann. Die Oberflächen der Kollektoren und das Speichervolumen müssen jedoch nach wie vor sehr groß bemessen sein, wenn der jährliche Gesamtheizbedarf eines Gebäudes auf diese Weise gedeckt werden soll.

Es ist auch schon vielfach versucht worden, den Heizbedarf nur vermittels Wärmepumpen ohne Sonnenenergiekollektoren und Speicher zu decken. Die Wärmepumpe entnimmt dann Wärme aus der Luft oder aus dem Erdreich. Der Wirkungsgrad oder der Heizfaktor der Wärmepumpe nimmt jedoch in Abhängigkeit von der Temperatur der Primärwärmequelle, in diesem Falle der Außenluft oder dem Erdreich, stark ab, und ist daher bei kalter Witterung, nämlich gerade dann, wenn der Heizbedarf am höchsten ist, besonders niedrig. Eine mit Bodenwärme betriebene Wärmepumpe weist außerdem den Nachteil auf, daß sie

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nur bei besonderen Bodenverhältnissen benutzbar ist, sowie eine große Tiefe im Erdreich und eine große Oberfläche der wärmeabsorbierenden Rohrschlangen erforderlich sind.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, unter Verringerung der vorgenannten Nachteile eine verbesserte Wärmepumpen-Heizungsanlage von höherem Wirkungsgrad der Sonnenenergiekollektoren und gesteigertem Heizfaktor der Wärmepumpe bei verringertem Speicherbedarf und höherer Speicherkapazität zu schaffen.

Die zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgeschlagene Wärmepumpen-Heizungsanlage vom eingangs genannten Typ ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer-Wärmetauscher zusammen mit einem Speicher mit einem Umwälzsystem verbunden sind, die Eisstückchen in den Speicher überführbar sind, und der Speicher einen mit einem Sammelbehälter für Abwasser und/oder Oberflächenwasser verbundenen überlauf oder dgl. aufweist und über eine zum überleiten von Wasser aus dem Sammelbehälter in den Speicher dienende Verbindungsrohrleitung mit dem Sammelbehälter verbunden ist.

Durch die schwedischen Patentschriften 120 265 und 129 679 ist zwar schon bekannt, die beim Erstarren von Wasser zu Eis freiwerdende Gefrierwärme in Verbindung mit Wärmepumpen zu nutzen, nicht jedoch, einen Speicher und einen Sammelbehälter mit dem Umwälzsystem zu verbinden, wodurch sich gleichzeitig mehrere beachtliche Vorteile erzielen lassen.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Wärmepumpen-Heizungsanlage ist im nachfolgenden anhand zwei in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung ist

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Heizungsanlage,

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Fig. 2 eine schematische Darstellung einer vereinfachten Ausführungsform und

Fig. 3 eine abgeänderte Speicherausführung.

Die Wärmepumpen-Heizungsanlage nach der Erfindung umfaßt einen Verdichter 1, einen Verflüssiger 2, welcher* seine Wärme in einem ersten Wärmetauscher 3 abgibt, eine Drossel 4 z.B. in Form eines Ventils oder eines Kapillarrohrs und entsprechend der ersten Ausführungsform die parallel zueinander geschalteten Verdampfer 5 und 6.

Der Verdampfer 5 nimmt Wärme aus einem durch den Verdampfer zwangsweise hindurchgedrückten Luftstrom auf, wohingegen der Verdampfer 6 einen Teil einer Vereisungs- oder Eismaschine 7 bildet, welcher Wasser vermittels einer Pumpe 9 und durch eine Rohrleitung 10 von einem Speicher 8 zugeführt wird. Die in der Eismaschine 7 erzeugten kleinen Eisstückchen werden über eine weitere Rohrleitung 11 dem Speicher zugeführt.

Ein zweiter Wärmetauscher 12 ist über eine Pumpe 13 und die Rohrleitungen 14 und 15 mit dem Speicher 8, sowie über eine Pumpe 16 und die Rohrleitungen 17 und 18 mit einem oder mit mehreren Wärmesammlern verbunden. Entsprechend der hier dargestellten Ausführungsform bestehen die Wärmesammler aus einem oder mehreren Sonnenenergiekollektoren 19. Anstelle oder in Verbindung mit den Sonnenenergiekollektoren können natürlich auch im Erdreich verlegte oder der freien Umgebungsluft ausgesetzte Rohrschlangen und/oder Luftverteilerelemente, in Wasserlaufen oder in Abwasser usw. eingetauchte Wärmetauscher vorgesehen sein.

Ein weiteres Umwälzsystem, das eine Pumpe 20, die Rohrleitungen 21 und 22 und einen Wärmetauscher 23 umfaßt, ist mit dem Speicher 8 verbunden. Der Wärmetauscher 23 ist mit den ausgangsseitigen Rohrleitungen 24 und 25 des Verflüssigers 2 im

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Wärmetauscher 3 verbunden, wobei eine Umwälzpumpe 26 in der Rohrleitung 25 angeordnet ist.

Im Speicher 8 erzeugte EisStückchen können über einen Überlauf 27 einem Speicherbehälter 28 für Oberflächenwasser und/ oder Abwasser zugeführt werden. Zur Aufrechterhaltung des Wasservolumens im Speicher 8 sind eine Verbindungsrohrleitung 29 und eine Pumpe 30 zwischen dem Sammelbehälter 28 und dem Speicher vorgesehen. Außerdem befindet sich innerhalb des Sammelbehälters ein überlauf 31, welcher mit den Abwasserentsorgungsleitungen eines Gebäudes verbunden ist. Die Pumpe 3 0 ist vermittels Impulsgebern 32 und 33 steuerbar, welche im oberen Bereich des Sammelbehälters in einem gegenseitigen Abstand voneinander angeordnet sind.

Die aus den Bauteilen 1 -6 gebildete Wärmepumpe, die Eismaschine 7, der Speicher 8, der Sammelbehälter 28 und die Wärmetauscher 12 und 23 können als zentrale Fernheizanlage für mehrere Gebäude 34 (von denen hier nur eines dargestellt ist) vorgesehen und über entsprechende Rohrleitungen 24 und 25 für den Wärmetransport und die zu den Wärmesammlern führenden Rohrleitungen 17 und 18 mit den einzelnen Gebäuden verbunden sein. Außerdem kann in jedem Gebäude eine kleinere Wärmepumpenanlage 3 5 vorgesehen sein, deren Verdampfer-Wärmetauscher 36 über die Rohrleitungen 24 und 25 mit Verflüssiger-Wärmetauscher 2,3 der Zentralanlage verbunden ist. Die Heizanlage des Gebäudes 34 ist mit 37, und ein Wassererhitzer mit 38 bezeichnet.

Die Eismaschine 7 kann während des Sommers als Wasser-Wärmepumpe arbeiten und Wärme durch Temperaturabsenkung des Speicherwassers erzeugen. Während der winterlich kalten Jahreszeit überführt sie jedoch das Speicherwasser zu Eis, wobei sie die Gefrier- oder Erstarrungswärme des Wassers zur Wärmeerzeugung ausnutzt. Auf diese Weise läßt sich die

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spezifische Speicherkapazität im Vergleich zu reiner Temperaturänderung des Speicherwasser um etwa 100 % steigern. Außerdem sind bei der Herstellung von Eis im Vergleich zu einer reinen Temperaturänderung des Speicherwassers die mittlere Temperatur im Speicher 8 und im Sonnenenergiekollektor 19 wesentlich niedriger, wodurch der Wirkungsgrad der Sonnenenergiekollektoren im Winter erheblich gesteigert wird. (So kann beispielsweise im Zeitraum von November bis Januar die Nutzenergie gesteigert werden im Vergleich zur üblichen Kollektorarbeitstemperatur von + 40 ⁰C.)

Aufgrund der Kombination mit dem Verdampfer 5 lassen sich erhebliche Energieeinsparungen erzielen, wobei die gespeicherte Sonnenenergie nur während kalter Perioden benutzt wird und die Umgebungsluft unter günstigen Bedingungen als Primärwärmequelle dient. Dadurch läßt sich das erforderliche Speichervolumen weiter verringern, wobei gleichzeitig der mittlere Heizfaktor der Wärmepumpe beträchtlich gesteigert werden kann.

In Fig. 2 ist eine abgeänderte Ausführungsform des Speichers 8 dargestellt, welcher aus einem Sammelbehälter für Abwasser besteht, das zugleich das Speicherwasser bildet. Dieses Abwasser umfaßt jedoch nicht das Abwasser von Toiletten, welches unmittelbar in die Siele eingeleitet wird. Der Sammelbehälter ist vermittels einer Trennwand 41 in eine erste Kammer 42 und eine zweite Kammer 43 unterteilt. In der ggf. wärmeisolierend ausgebildeten Trennwand 41 ist im unteren Bereich ein unterer Durchlaß 44 mit einem Einwegventil 45 ausgebildet, das sich zur ersten Kammer 42 hin öffnen kann. Im oberen Bereich der Trennwand 41 befindet sich ein zweiter Durchlaß 46, mit dem ein abgewinkelter Rohrstutzen 47 verbunden ist, der über eine bestimmte Strecke nach unten in die erste Kammer 42 hineinragt. Der Einlaß 48 des Sammelbehälters ist mit dem unteren Bereich der ersten Kammer 42 verbunden, während der Behälterauslaß 49 in einer etwas über

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dem Durchlaß 46 liegenden Höhe mit dem oberen Bereich der ersten Kammer verbunden ist. Der Auslaß der Eismaschine 7 steht über eine Verbindungsrohrleitung 11 mit dem Speicher-Sammelbehälter 8 in Verbindung und ist vermittels eines Ventils 50 entweder mit der ersten oder mit der zweiten Kammer 42 bzw. 43 verbindbar.

Der Eismaschine 7 wird Wasser aus der zweiten Kammer 43 des Speicher-Sammelbehälters über die Rohrleitung 10 vermittels der Pumpe 9 zugeführt. Mit der zweiten Kammer 43 des Speicher-Sammelbehälters ist eine zum Zuführen von Verdünnungswasser dienende Kaltwasser-Speiseleitung 51 verbunden.

Die Arbeitsweise der Anlage ist kurz wie folgt: Die Umwälzpumpe 26 (Fig. 1) hält die Umwälzströmung im Heizkreis aufrecht. Wenn die Temperatur in den Sonnenenergiekollektoren 19 höher ist als im Speicher 8, springen die Umwälzpumpen und 16 an, führen dem Speicher Sonnenenergiewärme zu und laden diesen auf. Wenn jedoch die Temperatur der Sonnenenergiekollektoren gleich oder niedriger ist als die Speichertemperatur, werden die Pumpen 13 und 16 abgestellt.

Wenn die Temperatur des Speichers höher ist als eine vorgeschriebene Heißwassertemperatur, wird die Pumpe 20 in Tätigkeit gesetzt, so daß das Heißwasser vermittels des Wärmetauschers 23 ohne Wärmepumpe unmittelbar erwärmt wird. Dabei handelt es sich um Sommerbetrieb.

Bei Abnahme der Speichertemperatur auf einen Wert von z.B. nur +3 ⁰C über der vorgeschriebenen Heißwassertemperatur wird die Pumpe 20 abgestellt, wobei die Wärmepumpe 1-6 und die Eismaschine 7 in Tätigkeit gesetzt werden. Wenn die Speichertemperatur z.B. nur 2 ⁰C unter der Außenlufttemperatur liegt oder auch einen etwas höheren Wert aufweist, wird gleichfalls die Pumpe 30 angeschaltet und entnimmt Wärme aus dem

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Speicher. Bei höherer Außentemperatur wird die Pumpe 30 abgeschaltet und der Verdampferlüfter 39 angeschaltet, so daß die Wärmepumpe Wärme aus der Umgebungsluft entzieht.

In größeren Heizungsanlagen kann der Außenluftverdampfer durch eine getrennte Außenluft-Wärmepumpe ersetzt werden.In diesem Falle muß jedoch der Luftverdampfer eingeschaltet und die Eismaschine abgeschaltet werden, wenn der Außenluft Wärme entzogen wird.

Das neuartige Arbeitsverfahren ermöglicht sehr günstige Arbeitsbedingungen der aus Wärmepumpe und Eismaschine bestehenden Einheit, bei verringertem Speichervolumen und kleinerer Oberfläche der Sonnenenergiekollektoren. Bekanntlich schwankt die Außentemperatur etwa entsprechend einer Sinuskurve und weist ein Maximum zwischen etwa 14 und 15 Uhr am Tage und ein Minimum zwischen etwa 2 und 3 Uhr nachts auf. Außerdem schwanken natürlich die Temperatur und die Temperaturänderungen auch zeitlich und ortsabhängig. Eine Schwankungsbreite von 5 bis 10 ⁰C zwischen Tag und Tag ist jedoch als normal anzusehen.

Das bedeutet, daß die mittlere Tagestemperatur beispielsweise bei etwa +3 ⁰C liegt, und die Temperatur in der darauffolgenden Nacht - 3 ⁰C betragen kann. Entsprechend der Erfindung arbeitet dann die Wärmepumpe mit dem Luftverdampfer tagsüber, wobei die von den Sonnenenergxekollektoren gelieferte Wärme gleichzeitig das in der Nacht zuvor im Speicher gebildete Eis zum Schmelzen bringt. Bei allmählicher Abnahme der Außentemperatur wird die Arbeitsweise geändert, indem die Eismaschine während der Nachtstunden Wärme aus dem Speicher entnimmt. Dabei arbeitet die Eismaschine mit einem wesentlich besseren Heizfaktor als beim Entziehen von Wärme aus der Außenluft (4,3 bzw. 3, 7). Mit niedrigeren Außentemperaturen ergeben sich größere Unterschiede.

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Bei der vorstehend beschriebenen Anlage wird davon ausgegangen, daß die Einheit aus Wärmepumpe und Eismaschine Wärme einem getrennten Heizsystem mit einer solchen Temperatur zuführt, die unmittelbar für Heizzwecke geeignet ist. Entsprechend einer interessanten Ausgestaltung kann eine zentrale "Gebiets- oder Nachbarschafts-Heizungsanlage" vorgesehen sein, bei der die Sonnenenergiekollektoren und der Speicher mehrere Gebäude gleichzeitig bedienen, die dann jeweils eine eigene Wärmepumpenanlage 35 aufweisen, vermittels welcher Wärme auf die erforderliche Temperatur gepumpt wird. Die gemeinsame Zentralanlage dient dann einerseits zur Energiespeicherung und weist andererseits eine Eismaschine und eine Wärmepumpe auf, vermittels welcher Wärme (von etwa + 5 bis +10 ⁰C) dem sogenannten "Primärwasser" zugeführt wird. Die Wärmepumpenanlagen 35 in den einzelnen Gebäuden können dann verhältnismäßig einfach für den Wärmeaustausch zwischen Wasser/Wasser ausgeführt sein und mit einem guten Wirkungsgrad arbeiten.

Bei der Ausführungsform entsprechend Fig. 2 wird der Speicher in der vorstehend beschriebenen Weise mit Sonnenenergie aufgeladen. Wenn die Sonne nicht scheint, kann ein Wärmeaustausch vom Speicher zu dem Niedertemperatur-Heizkreis vermittels des gleichen Wärmetauschers wie beim Aufladen erfolgen. Wenn die Speichertemperatur höher ist als die Außenlufttemperatur, wird Wärme aus dem Speicher entnommen und der Wärmepumpe zugeführt. Bei höheren Außentemperaturen wird der Verdampferlüfter 39 in Betrieb gesetzt, wobei der Außenluft Wärme entzogen wird. Wenn die Speichertemperatur niedriger ist als die Temperatur (t₂) des Rücklaufwassers, können auch die Ladepumpen 13 und 16 des Speichers in Betrieb gesetzt werden, so daß an Tagen ohne Sonneneinstrahlung der Speicher vermittels der Wärmepumpe durch aus der Umgebungsluft entzogene Wärme aufgeladen wird. Zu diesem Zweck ist der Wärmetauscher 3 über Rohrleitungen 52 und 53 mit den Rohrleitungen 17 und 18 verbunden, wobei ein Dreiwegeventil 54 zur Vorgabe

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des jeweils gewünschten Strömungsweges dient. Mit dieser Anordnung ergibt sich ein mittlerer Heizfaktor von etwa 8 bis 10 für die Zentralanlage, und von etwa 4,5 für die einzelnen Wärmepumpenanlagen 35. Außerdem ergeben sich dabei durchgehend gleichbleibende und einfache Arbeitsbedingungen für die örtlichen Wärmepumpenanlagen.

Während der kalten Wintermonate gibt es nur wenige Sonnentage, und die Anzahl der Sonnenscheinstunden ist begrenzt. Es wäre daher vorteilhaft, wenn nicht sämtliches von der Eismaschine erzeugtes Eis geschmolzen zu werden brauchte. Das läßt sich bei den beiden vorstehend 'beschriebenen Systemen dadurch erzielen, daß ein Teil der Eisstückchen in die Abwasserleitungen abgegeben und durch Frischwasser ersetzt wird. Bei dem Frischwasser kann es sich dabei entweder um Oberflächenwasser oder um Abwasser handeln, das zuvor in einem Sammelbehälter 28 aufgefangen worden ist. Das Abwasser kann dabei aus dem normalen Haushaltsabwasser bestehen. Im letzteren Falle werden jedoch die Abwässer von Toiletten getrennt abgeführt, d.h. nicht in den Sammelbehälter eingeleitet.

Die Menge an atmosphärische Niederschlägen beträgt normalerweise zwischen etwa 50 und 100 mm pro Monat. Regen oder SchneesSchmelzwasser, das von dem Dach eines Hauses kommt, kann daher einer Menge von etwa 5 m³ pro Monat entsprechen. Wenn vermittels der Eismaschine z.B. 70 % des aufgefangenen und abgeleiteten atmosphärischen Niederschlags in Eis umgewandelt werden und die Eisstückchen in die Abwasser-Sielleitungen eingeleitet werden, lassen sich entsprechend diesem Beispiel 3 25 kWh im Monat erzeugen, die etwa 15 % des Heizbedarfs entsprechen. Wenn stattdessen Abwasser benutzt wird, das normalerweise in einer Menge von etwa 0,5 m³ pro Tag für eine Familie (von 4 Personen) anfällt, läßt sich Energie sowohl aus dem reinen Temperaturabfall von einer mittleren Temperatur von etwa +20 ⁰C auf 0 ⁰C und durch Herstellen von

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Eis aus angenähert 70 % des Gesamtabwassers erzielen. Damit ergibt sich ein monatlicher Energiegewinn von etwa 1300 kWh, der etwa 60 % des Heizbedarfs entspricht. Bei Verwendung von Abwasser können sich jedoch Ablagerungsprobleme einstellen, so daß die Wärmetauscher usw. in kurzen Zeitabständen gereinigt werden müssen.

Das zuletzt beschriebene System weist die folgende Arbeitsweise auf. Die Sonnenenergiekollektoren und die Wärmepumpe arbeiten in der vorstehend beschriebenen Weise. In der Eismaschine wird während bestimmter Zeiten Eis erzeugt, das im Speicher gesammelt und später durch von den Sonnenenergiekollektoren gelieferte Sonnenenergie zum Schmelzen gebracht wird. Gleichzeitig damit wird Oberflächenwasser oder Abwasser in einem z.B. unterirdischen Sammelbehälter aufgefangen. Sobald der Sammelbehälter voll ist, wird das Abwasser über einen Überlauf selbsttätig in das öffentliche Sielleitungsnetz abgegeben.

Während einer Kaltwetterperiode mit wenigen Sonnenscheinstunden kann vermittels Sonnenenergie nicht sämtliches durch die Eismaschine erzeugtes Eis zum Schmelzen gebracht werden. Das bedeutet, daß die Eismenge im Speicher zunimmt und die Wassermenge abnimmt. Sobald die Wassermenge unter einen vorbestimmten Pegel abfällt, wird eine Pumpe 30 eingeschaltet, die Wasser vom Sammelbehälter 28 zum Speicher 8 zuführt, aus dem eine entsprechende Menge an Eisstückchen in den Sammelbehälter oder unmittelbar in die Kanalisation abgegeben wird. Eine derartige Anordnung ergänzt somit in sehr günstiger Weise das System aus Sonnenenergiekollektoren und Wärmepumpe und gestattet eine entsprechende Verringerung der Größe der Sonnenenergiekollektoren und auch des Speichervolumens. Bei Verwendung von Abwasser könnten auch die Sonnenenergiekollektoren in Fortfall kommen, wobei der ganze Heizbedarf lediglich durch die Kombination aus Eismaschine und Luftwärmepumpe gedeckt wird, indem die Luftwärmepumpe wie vorstehend beschrieben

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während einiger Zeiten auch zum Aufladen des Speichers benutzt werden kann.

Der in Fig. 2 dargestellte kombinierte Speicher-Sammelbehälter 8 wird während des Sommers in der Weise aufgeladen, daß die von den Sonnenenergiekollektoren 19 gelieferte Wärme dem Wärmetauscher 12 zugeführt wird, welcher die Wärme zur zweiten Kammer 43 des Behälters abführt. In dieser Kammer kann die Temperatur in Abhängigkeit von dem jeweils verwendeten Typ von Sonnenenergiekollektoren beispielsweise + 65 ⁰C betragen, wohingegen die normale Abwassertemperatur niedriger liegt und z.B. + 20 ⁰C in der ersten Kammer 42 des Behälters beträgt. Das Entladen des Speicher-Sammelbehälters erfolgt während der Sommermonate wie vorstehend anhand Fig. 1 beschrieben über die Rohrleitungen 21 und 22, die Pumpe 20 und den Wärmetauscher 23.

Bei niedrigeren Außentemperaturen, so z.B. im Frühjahr und im Herbst,steigt der Wärmebedarf an, so daß die Temperatur in der zweiten Kammer 43 in bezug auf die in der ersten Kammer 42 allmählich absinkt und vermittels eines Wärmesiphoneffekts eine Umwälzströmung im Behälter erhalten wird, welche die Wärmeunterschiede zwischen den beiden Kammern ausgleicht und Energie aus dem Abwasser in Kammer 42 an die Kammer 43 abgibt. Diese Umwälzströmung wird erhalten durch öffnen des am Durchlaß 44 befindlichen Einwegventils 45 in Richtung der ersten Kammer 42.

Der Höhenunterschied zwischen dem zweiten Durchlaß 46 in der Trennwand 41 und dem Auslaß 49 ist dabei so bemessen, daß Verunreinigungen geringen Gewichts wie z.B. Fett kontinuierlich zur Wasseroberfläche aufschwimmen und aus dem Behälter abgegeben werden, jedoch nicht in größerem Umfang in die zweite Kammer 43 gelangen.

Das Aufladen des Speicher-Sammelbehälters 8 im Winter erfolgt

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im wesentlichen vermittels der aus dem Abwasser entzogenen Wärme, wobei ggf. von den Sonnenenergiekollektoren gelieferte Wärme einen bestimmten Beitrag leisten kann. Die Wärmepumpe erzeugt kleine Eisstückchen, welche in die erste Kammer 42 des Behälters eingeführt werden. Wenn die Temperatur in der ersten Kammer 42 auf z.B. unter + 5 ⁰C abfällt, wird das Ventil 50 umgeschaltet, so daß die Eisstückchen an die zweite Kammer 43 abgegeben und nach und nach durch die aus Sonnenenergie und Abwasser gewonnene Wärme zum Schmelzen gebracht werden. Bei sehr hohem Heizbedarf und sehr kleiner Wärmezufuhr von den Sonnenenergiekollektoren und dem Abwasser kann sich die zweite Kammer mit so viel Eisstückchen füllen, daß keine weitere Eiszufuhr mehr möglich ist und dementsprechend das Ventil 50 wiederum umgeschaltet wird, damit die EisStückchen der ersten Kammer zugeführt werden. Gleichzeitig wird ein Ventil in der Kaltwasser-Speiseleitung geöffnet, so daß diese Wasser in die zweite Kammer 43 des Behälters abgibt. Das in dieser Kammer befindliche Wasser wird zur Eismaschine gepumpt oder gelangt durch die Durchlässe 44 und 46 zur ersten Kammer, wobei Eisstückchen zum Auslaß zugeführt und in die Kanalisation abgeführt werden.

Wenn aufgrund der örtlichen Gegebenheiten der kombinierte Speicher-Sammelbehälter 8 in einer höheren Lage als die Abwasserleitungen angeordnet ist, wird in einem Mannloch oder dgl. eine Tauchpumpe vorgesehen, vermittels welcher Abwasser in den Behälter abgegeben wird.

Da praktisch sämtliche Funktionen der Anlage temperaturabhängig sind, laß sie sich auf verhältnismäßig einfache Weise vermittels Temperaturfühlern steuern.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Wärmepumpen-Heizungsanlage ist nicht auf die vorstehend beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbexspxele beschränkt, sondern

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läßt sich vielseitig abwandeln oder weiter ausgestalten. So könnte beispielsweise die Eismaschine innerhalb des kombinierten Speicher-Sammelbehälters 8 angeordnet sein, so daß die Speisepumpe 9 mit der Rohrleitung 10 zur Eismaschine 7 in Fortfall kommen können. Auch können die Rohrschlangen des mit den Rohrleitungen 17 und 18 verbundenen Wärmetauschers 12 innerhalb des kombinierten Speicher-Sammelbehälters 8 angeordnet sein, wobei die Pumpe 13 und die Umwälz-Rohrleitungen 14 und 15 in Fortfall kommen können.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche :

* 1 Λ Wärmepumpen-Heizungsanlage, bestehend aus einem als Wärmetauscher ausgelegten Verdampfer, einem zum Verdichten eines verdampften Mediums dienenden Verdichter und einem in einem Heizkreis angeordneten Verflüssiger, wobei der Verdampfer von einer zur Herstellung kleiner Eisstückchen dienenden Eismaschine gebildet und die bei der Eisbildung freiwerdende Wärme an den Verdampfer abgebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer-Wärmetauscher (6) zusammen mit einem Speicher (8) mit einem Umwälzsystem (9, 10, 11) verbunden ist, die Eisstückchen in den Speicher überführbar sind, und der Speicher (8) einen mit einem Sammelbehälter (28) für Abwasser und/oder Oberflächenwasser verbundenen überlauf (27) oder dgl. aufweist und über eine zum Überleiten von Wasser aus dem Sammelbehälter in den Speicher dienende Verbindungsrohrleitung (29) mit dem Sammelbehälter verbunden ist.
2. Wärmepumpen-Heizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelbehälter des Speichers (8) vermittels einer gitter- oder netzartigen Trennwand (41) in zwei Kammern (42, 43) unterteilt ist.

ORIGINAL INSPECTED

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Konten: Deutsche Bank AG Hamburg (BLZ 20070000) Konto-Nr. 6/10055 · Postscheckamt Hamburg (BLZ 20010020) Konto-Nr. 262080-201

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3. Wärmepumpen-Heizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (8) und der Sammelbehälter für Abwasser oder dgl. zu einer Einheit zusammengefaßt sind, welche vermittels einer Trennwand (41) in zwei Kammern (42, 43) unterteilt ist, und die Trennwand einen mit einem Einwegventil (45) versehen unteren Durchlaß (44) , sowie einen oberen Durchlaß (46) aufweist, welche für die Umwälzung der im Behälter befindlichen Flüssigkeit in einer Richtung ausgelegt sind.
4. Wärmepumpen-Heizungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die auslaß-seitige Rohrleitung (11) der Eismaschine (7) jeweils mit einer der beiden Kammern (42, 43) verbindbar ist.
5. Wärmepumpen-Heizungsanlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (48) des Sammelbehälters (28) mit dem unteren Bereich, und dessen Auslaß (49) mit dem oberen Bereich der ersten Behälterkammer (42) verbunden, und der Auslaß (49) in einer über dem oberen Durchlaß (46) in der Trennwand (41) liegenden Höhe mit dem Behälter verbunden ist.
6. Wärmepumpen-Heizungsanlage nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eismaschine (7) innerhalb des Speichers (8) angeordnet ist.
7. Wärmepumpen-Heizungsanlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wassereinlaß der Eismaschine (7) mit der zweiten Kammer (43) des Speicherbehälters (8) verbunden ist.
8. Wärmepumpen-Heizungsanlage nach einem der Ansprüche 3 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kaltwasser-Speiseleitang (51) mit der zweiten Kammer (43) des Speicherbehälter (8) verbunden ist.

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