DE3024097C2

DE3024097C2 - Einrichtung zum Erwärmen von Wasser in einer Heizungsanlage mit einer Wärmepumpe

Info

Publication number: DE3024097C2
Application number: DE3024097A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dr.-Ing. Eupen Knabben
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1980-06-27
Filing date: 1980-06-27
Publication date: 1984-11-15
Also published as: DE3024097A1; JPS5743179A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Erwärmen von Wasser in einer Heizungsanlage mit einer Wärmepumpe, bestehend aus einem Kolbenverdichter, einem Verflüssiger, einem Verdampfer und einem Pufferspeicher für flüssiges Speichermedium, wobei der Verdichter und der Verflüssiger innerhalb des Pufferspeichers und der Verdichter in einem ihn aufnehmenden Gehäuse angeordnet sind.

Die in Wärmepumpen üblicherweise verwendeten Kolbenverdichter schwingen infolge der Hin- und Herbewegung ihres Kolbens. Diese Schwingungen sind bei der bisherigen Bauweise unerwünscht und werden dadurch unterdrückt, daß man den Verdichter in einem Gehäuse federnd lagert und damit die Schwingungen innerhalb des Gehäuses abfängt

Wärmepumpenverdichter mit einer thermischen Leistung in der Größenordnung von 1OkW oder kleiner, die zur Beheizung von Einfamilienhäusern in Betracht kommen, werden in der Regel häufig an- und ausgeschaltet. Da nun aber die Lebensdauer einer Wärmepumpe um so kürzer ist, je häufiger das Ein- und Ausschalten erfolgt, wird es angestrebt, durch besondere Maßnahmen die Schalthäufigkeit zu verringern. Die ist möglich durch den Einsatz eines Pufferspeichers.

Die Anbindung einer Wärmepumpe an einen Pufferspeicher hat jedoch den Nachteil, daß der Wärmeübergang zwischen dem im wesentlichen unbewegten oder wenig bewegten Medium im Pufferspeicher und der Oberfläche des Wärmepumpenverflüssigers schlecht ist, da das an der Oberfläche des Verflüssigers erwärmte Medium des Pufferspeichers nicht rasch gegen kühleres Medium ausgetauscht wird.

Infolge des schlechten Wärmeübergangs wird die Leistungszahl der Wärmepumpe beeinträchtigt.

Aus der DE-OS 26 04 942 ist es bekannt, in einem Pufferspeicher mittels eines gesonderten Gestells einen in einem Gehäuse angeordneten Verdichter zu befestigen. Das Gestell trägt gleichzeitig um den Verdichter herum sowie darüber und darunter angeordnete Rohrschlangen für Wärmeaustausch. In diesen Rohrschlangen, die als äußere Rohrschlangen bezeichnet sind, befinden sich innere Rohrschlangen, die ebenfalls dem Wärmeaustausch a's Verdampfer und Verflüssiger dienen. Die inneren Rohrschlangen müssen, um Geräusch und mechanische Schäden zu vermeiden, ihrerseits wieder anstoßfrei in den äußeren Rohrschlangen befestigt sein. Verdichter und Rohrschlangen befinden sich im Srjeichermedium. das von den Würmcvcrlusten des Verdichters mit aufgeheizt wird. Eine Umwälzpumpe kann das Medium im Pufferspeicher umwälzen.

Abgesehen davon, daß dieser technische Aufbau sehr schwer rationell zu erstellen ist, kann auf eine Umwälzpumpe für das Medium nicht verzichtet werden, wenn dessen Wärme gut ausgenutzt werden soll. An sich ist das Medium in diesem Fall allerdings mehr eine Isolierung, da sich der Wärmeübergang innerhalb der Rohre vollzieht.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der ohne zusätzliche Umwälzmittel der Wärmeübergang zwischen dem Medium im Verflüssiger und dem Medium im Pufferspeicher verbessert ist

Die gestellte Aufgabe ist bei einem flüssigen Medium im Pufferspeicher erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Verdichter und der Verflüssiger starr mit dem Verdien icrgehäuse verbunden sind und daß diese in sich starre Einheit im Pufferspeicher derart elastisch abgestützt ist, daß sie im Medium des Pufferspeichers schwingfähig ist, indem sie am Pufferspeicher federnd abgestützt ist.

Der Vorteil dieses Aufbaues besteht darin, daß die Schwingungen des Kolbenverdichters nicht im Gehäuse abgefangen werden, sondern vielmehr durch das Schwingen von Verdichtergehäuse und Verflüssiger im Medium zürn Bewegen des Mediums dienen; dadurch wird eine Umwälzvorrichtung für das Medium überflüssig. Der Verflüssiger trägt am Bewegen des Mediums zu mehr als 90%, das Verdichtergehäuse zu weniger als 10% bei. Das Schwingen des Verflüssigers führt darüber hinaus zu einem innigeren Kontakt zwischen der Außenwand des Verflüssigers und dem Medium im Pufferspeicher, weil das Medium im Pufferspeicher in Bewegung versetzt wird. Dadurch kann das Medium im Pufferspeicher schneller bzw. mit geringerer Temperaturdifferenz zwischen Verflüssiger einerseits und dem ihn kontaktiorenden Medium (d. h. mit einer besseren Leistungszahl) erwärmt werden. Als weiterer Vorteil kommi hinzu, daß auch der innere Wärmeübergang zwischen Kältemittel und Innenwand des Verflüssigers verbessert wird, da infolge der Vibration die üblicherweise stattfindende Filmkondensation in die Tropfenkondensation mit ihrem besseren Wärmeübergang übergeht.

Bei der Verwendung eines Latentspeichermaterials entfällt darüber hinaus die Anwendung einer mechanischen Homogenisierungsvorrichtung.

Aus der DE-AS 10 09 203 ist ein verfahrbarer Luftentfeuchter bzw. ein Kleinklimagerät bekannt, bei dem das Gehäuse des Motorverdichters mittels Gummipuffern schwingungsdämpfend in einem Wasserbehälter gelagert ist, in dem sich ein Verflüssiger befindet. Der Motorverdichter schwingt also im Wasser. Über die Lagerung und Befestigung des Verflüssigers ist nichts ausgesagt; die federnde Abstützung des Verdichters dient nach Aussagen der Beschreibung nur dazu, die Übertragung der Motorverdichterschwingungen auf den Behälter zu verhindern.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargcslelllen Ausführungsbeispiclcs näher erläutert.

Zentraler Teil der Hinrichtung ist ein großer Pufferspeicher I, in dem beispielsweise das Wasser einer Warmwasserheizung gespeichert wird. Der Speicher kann ein Volumen von beispielsweise 1000 I haben und ist an seiner Außenseite 3 mit einer guten Wärmedämmung 5 verschen.

In dem Wärmespeicher I befindet sich ein hermetisch

geschlossenes Gehäuse 7, in dem ein elektrisch angetriebener Kolbenverdichter 9 angeordnet isL Der Kolbenverdichter 9 ist starr mit dem Gehäuse 7 verbunden. Das Gehäuse 7 kapselt den Verdichter hermetisch und wasserdicht ab. Das Gehäuse 7 ist seinerseits über Federn 11 am Boden 13 des Pufferspeichers 1 abgestützt

Stromabwärts ist der Verdichter an einen Verflüssiger 15 angeschlossen, der sich wendelförmig in den Pufferspeicher 1 erstreckt Der Verflüssiger, der aus einer Rohrschlange besteht, ist über Stützen 17 starr mit dem Gehäuse 7 verbunden.

Das Kältemittel, das aus dem Verdichter 9 in den Verflüssiger 15 gelangt wird aus diesem über eine elastische Verbindungsleitung 19 aus dem Pufferspeicher 1 herausgeführt zu einem vorzugsweise thermostatisch geregelten Expansionsventil 21. Von dem Expansionsventil 21 gelangt das Kältemittel dann über eine Rohrleitung 23 zu einem Verdampfer 25. Übe. diesen Verdampfer wird im vorliegenden Beispiel einer bivalenten Wärmepumpenanlage mittels eines Lüfters 27 Außenluft geblasen. Dabei verdampft das Kältemittel im Verdampfer und strömt über die Rohrleitung 29 in den Pufferspeicher 1. Die Leitung 29 ist innerhalb des Pufferspeichers I wieder über eine elastische Verbindungsleitung 31 mit dem Verdichter 9 verbunden.

Da das Gehäuse 7 des Verdichters 9 zusammen mit dem Verflüssiger 15 eine starre Einheit bildet, verursacht der Kolben des Verdichters 9 Schwingungen der aus Gehäuse 7, Verdichter 9 und Verflüssiger 15 gebildeten Einheit. Diese Schwingungen können auf das Wasser im Pufferspeicher 1 übertragen werden, da die Federn 11 ein Schwingen der Einheit zulassen. Der Wärmeübergang zwischen dem Verflüssiger und dem Wasser im Pufferspeicher 1 wird dadurch erhöht Er kann noch weiter erhöht werden durch das Anbringen von Rippen 33 auf dem Verflüssiger 15. Der dadurch verbesserte Wärmeübergang zwischen dem Verflüssiger 15 und dem Wasser im Pufferspeicher 1 gestattet ein Arbeiten mit relativ geringen Temperaturdifferenzen zwischen Kältemittel und Wasser im Pufferspeicher.

Heizungsseitig ist der Pufferspeicher 1 mit einem Wasserauslaßrohr 35 und einem Wassereinführrohr 37 versehen. Diese Rohre können mit Hilfe eines steuerbaren Ventiles 39 verschlossen werden. Bei offenem Ventil 39 strömt das Wasser aus dem Pufferspeicher 1 zunächst durch eine Pumpe 41 und an Ven'ilen 43, 45 vorbei zu einem Mischventil 47. linisprechend der Stellung dieses Mischventiles fließt mehr oder weniger Wasser aus dem Pufferspeicher 1 in den Heizkreislauf 49, in dem sich Heizkörper 51 befinden. Wenn beim Betrieb als bivalente Wärmepumpenanlage die über den Ventilator 27 zugeführte Wärmemenge nicht ausreichend ist. dann wird der Verdichter 9 stillgesetzt, und die Erwärmung des Heizwassers erfolgt nunmehr über einen üblichen Heizkessel 53. Durch Verstellen der Ventile 43 und 45 wird der Leitungszug 55 unterbrochen, und das Wasser aus dem Pufferspeicher 1 fließt nunmehr über die Leitung 35 durch den Kessel 53 zum Mischventil 47 und wieder zurück zum Pufferspeicher.

Der Wärmepumpenverdichter 9 wird nun wie folgt gesteuert:

Ein innerhalb des Pufferspeichers I befindlicher Thermostat 57 läßt den Wärmepumpenverdichter 9 so lange eingeschaltet, bis eine Solltemperatur T₁,,// das Wasser im Pufferspeicher um eine Differenz JT überschrillen wird. Diese Solltemperatur kann abhängig sein von äußeren, die llei/last ties Hauses bestimmenden Grollen, wie AußeniemiKTiilur und Sonneneinstrahlung. Hei l'.rreichen der Temperatur T_saii wird der Verdichter abgeschaltet Er bleibt so lange ausgeschaltet, bis die Temperatur des Pufferspeichers 1 infolge Leistungsabgabe an Hetekörper 51 wieder unter T_5Ou abgesunken ist Je größer die Speicherkapazität ist, um so geringer wird die Zahl der Schaltzyklen des Verdichters 9 sein.

Die Solltemperatur T₅,,//innerhalb des Pufferspeichers 1 muß — abhängig von den Leistungsverlusten zwischen dem Pufferspeicher 1 und den Heizkörpern 15 —

ίο größer/gleich der Vorlauftemperatur 7V im Heizkreislauf 49 sein, die zur Abgabe der Heizleistung Qh erforderlich ist. Falls die Leistung des Verdichters nicht ausreicht, die Temperatur des Wassers im Pufferspeicher der erforderlichen Vorlauftemperatur anzupassen, wird die herkömmliche Zusatzheizung 53 unterstützend eingeschaltet

Soll infolge zu niedriger Außentemperaturen und eines zu hohen Stromverbrauches des Verdichters entsprechend den vorhandenen Bestimmungen der Verdichter ausgeschaltet werden, dann dient die Zusatzheizung 53 allein dem Heizen, wobei der Pufferspeicher 1 weiter als Pufferspeicher auch für die Zusatzheizung dienen kann. Die Anlage arbeitet über den Speicher aber recht träge. Deshalb können im Bedarfsfalle die Ventile 39 geschlossen werden und Vor- und Rücklauf des Kessclwassers über eine Kurzschlußleitung vornehmen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Einrichtung zum Erwärmen von Wasser in einer Heizungsanlage mit einer Wärmepumpe, bestehend aus einem Kolbenverdichter, einem Verflüssiger, einem Verdampfer und einem Pufferspeicher für flüssiges Speichermedium, wobei der Verdichter und der Verflüssiger innerhalb des Pufferspeichers und der Verdichter in einem ihn aufnehmenden Gehäuse angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter (9) und Verflüssiger (15) starr mit dem Verdichtergehäuse (7) verbunden sind und daß diese in sich starre Einheit (7,9,15} im Medium des Pufferspeichers (1) schwingfähig ist, indem sie im Pufferspeicher (1) federnd abgenützt ist.

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