DE3103173A1

DE3103173A1 - Waermemaschine zur aufnahme von waerme aus der umgebungsatmosphaere

Info

Publication number: DE3103173A1
Application number: DE19813103173
Authority: DE
Inventors: Johann B. 6530 Bingen Pfeifer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-01-30
Filing date: 1981-01-30
Publication date: 1982-08-26

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmemaschine zur Aufnahme von Wärme aus der Umgebungsatmosphäre mit einem der Umgebungstemperatur ausgesetztem Kältemittelkreislaufbereich, mit z.B. Freon oder Frigen als Kältemittel, sowie diesem nachgeschaltet einem mit einer Regeleinrichtung arbeitenden Verdichter und einem Verdampfer, zwischen denen ein wärmeabgebender Bereich des Kältemittelkreislaufs eingeschaltet ist.

Derartige bekannte Einrichtungen (z.B. DE-OS 29 19 524) weisen auf ihrer der Sonnenwärme bzw. der Umgebungsatmosphäre ausgesetzten und wärmeaufnehmenden Seite ihres Arbeitskreislaufs ein übliches Kältemittel als Fluid, z.B. Frigen oder Freon als fluorhaltige Methanabkömmlinge■auf. Dieses Kältemittel wird mit seiner Temperatur unterhalb der Temperatur der Außen-Umgebung gehalten und nimmt daraus Wärme auf, welche nach mechanischer Verdichtung des Kältemittels durch einen Verdichter auf mindestens den Verflüssigungsdruck des Kältemittels über einen auf der Verdichtungsseite des Kreislaufs vorgesehenen Wärmetauscher an einen mit Wasser als Wärmeträgermedium betriebenen Wärmeab-

gabekreislauf übertragen wird.

Diese bekannten Einrichtungen haben den wesentlichen Nachteil, daß sie gewichtsmäßig schwer und konstruktiv sowie insbesondere raumbedarfsmäßig aufwendig sind.

Aufgabe' der Erfindung ist die Schaffung einer Wärmemaschine der eingangs genannten Art, die räumlich kompakt sowie gewichtsmäßig leicht und konstruktiv einfach, insbesondere aber als einfaches und leicht anschließbares» Montageelement herstellbar ist und zudem noch mit einem erhöhten Wirkungsgrad arbeitet.

Demgemäß ist die Erfindung gekennzeichnet durch einen wärmeabgebenden Bereich des Kältemittelkreislaufs als unmittelbar an die zu erwärmende Innenraumatmosphäre wärmeabgebendes Heizelement.

Mit dieser erfindungsgemäßen Ausbildung wird eine hinsichtlich ihres Gewichts und konstruktiven Einfachheit mit zudem höheren Wirkungsgrad arbeitende Wärmemaschine geschaffen, bei der ein gesondertes, über einen Wärmetauscher gekoppeltes zusätzliches Wasserheizsystem vermeidbar ist. Auch entfallen gesonderte Ausdehnungsgefäße, Umwälzpumpen etc. Ein wesentlicher Vorteil besteht auch darin, daß die Wärmemaschine durch einfache Umstellung auf Kühlung der normalerweise beheizten Innenräume umgestellt werden kann.

In besonders erfinderischer Weise erfolgt die Regelung der Wärmemaschine durch ein zwischen Verdichter und Heizelement in den wärmeabgebenden Bereich des Kältemittelkreislaufs eingeschaltetes Zwei-Wege-Regelventil, dessen eine Regelstellung den Heizelementbereich des Kälte mittelkreislaufs mittels einer besonderen Überbrückungsleitung überbrückt und den Verdichter direkt mit dem Verdampfer verbindet.

Eine solche Regelung ermöglicht auch eine Heizregelung getrennt für einzelne Räume, und zwar selbst dann, wenn eine Wärmemaschine für mehrere Räume gemeinsam vorgesehen ist. Es lassen sich damit dann die Heizkreise der einzelnen Räume jeweils individuell überbrücken.

Zusätzlich kann im Kältemittel-Kreislauf vor dem Verdichter ein Druck- und/oder Temperaturfühler vorgesehen sein, mit dem der Verdichter bei Überschreitung fest einstellbarer maximaler Druck- und/oder Temperaturwerte abschaltbar und bei Unterschreitung bestimmter Mindestwerte einschaltbar ist.

Der vereinfachte Aufbau der Wärmemaschine erlaubt in erfinderischer Weise eine Ausführung, die aus einer mit einer Seite der Umgebungsatmosphäre zugewandten Wärmeaufnahmefläche mit auf ihrer anderen Seite befestigten Absorberrohren und einer mit einer Seite dem zu beheizenden Innenraum zugewandten Wärmeabgabefläche, an deren anderer Seite die wärmeabgebenden Heizelemente in Form von Heizrohren (auch für Hochdruck geeignet) befestigt sind, wobei zwischen Wärmeaufnahme- und Wärmeabgabefläche ein wärmeübergangsisolierter Abstand angeordnet ist.

In dieser Weise können z.B. ganze Häuserwände, Dächer oder Fassaden zur Umweltwärmegewinnung ausgebaut werden, wobei der wärmeisolierte Abstand zwischen der Wärmeaufnahmefläche und Wärmeabgabefläche je nach gewünschter Hauswanddicke und -Stabilität voll variabel ist, da der Abstand nach der Montage des Kühlsystems ausgeschäumt werden kann.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher ermöglicht aber vor allem die Herstellung und Verwendung - in Sandwich-Bauweise vollständig vorgefertigter Heizelemente, die als fertiges Wandelement einfach in dafür vorgesehene oder dafür geschaffene Wandbereiche eingesetzt werden, ein Vorteil, der nicht nur im Fertighausbau oder Massivhausbau auch als tragendes Element sondern bei der Althausrenovierung mittels Mauerdurchbrüchen ausnutzbar ist.

Dafür kann die erfindungsgemäße Wärmemaschine als kompaktes und selbsttragendes, in sich fest zusammengefügtes Einbaubzw. Wandelement mit vorgegebenen Flächen- und/oder Raummaßen ausgeführt sein, wobei der wärmeübergangsisolierte Abstand mit einem vorzugsweise flächen- bzw. raumstabilen Wärmeisolationsmaterial z.B. Styropor oder Polyurethan ausgefüllt ist, wobei insbesondere der aus Verdichter, Verdampfer und Regelgerät bestehende Wärmesatz innerhalb des wärmeübergangsisolierten Abstandes zwischen der Wärmeaufnahme- und der Wärmeabgabefläche angeordnet ist und das Einbau- bzw. Wandelement - vergleichbar ähnlich einem Heizgerät - allein über einen elektrischen Anschluß für den eingebauten Wärmesatz anschließbar ist.

Mit derartig vereinfachten und zudem selbsttragenden und formstabilen Heiz-Wandelementen können selbst Container, Fahrzeugwände an Güterwagen oder Lastkraftwagen, auch an Schiffen, konstruiert werden, wobei aber auch die Absorber- und Heizrohre auch zu einem festen Kastenrahmen verschweißt werden können und ihr Abstand voneinander nach Anbringung der Wärmeflächen ausgeschäumt werden.

In besonderer erfindungsgemäßer Anwendung kann ein Merkmal der Erfindung aber auch dahingehend ausgenutzt werden, daß im wärmeaufnehmenden Kältemittel-Kreislaufbereich mindestens eine auf den Druck und/oder die Temperatur in der Kältemittelleitung ansprechende Verstelleinrichtung, z.B. ein Druckzylinder, angeordnet ist, welche bei Druck- und/oder Temperaturabfall Durchlüftungsöffnungen für die Konvektionswärme-Verwertung der Raum-Be- und Entlüftung, insbesondere in Kombination mit der Verwertung der Fenster- und/oder Türenabstrahlungsverluste nach Patentanmeldung P 30 22 522 schließt.

Die Erfindung ist nachstehend anhand von Zeichnungen in einem kombinierten Ausführungsbeispiel beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Wärmemaschine und

Fig. 2 einen ausschnittsweisen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Wandelement.

Gemäß den Figuren 1 und 2 weist die Wärmemaschine (Fig. 1) einen wärmeaufnehmenden Kältemittel-Kreislaufbereich 22 auf, der mit der Umweltatmosphäre in Berührung steht, und zwar mittels einer Wärmeaufnahmefläche 1 (Fig. 2), die auch mit Dekorations- oder anderen Verwirbelungselementen 27, beispielsweise auch zum langsameren Abfließen von Regenwasser versehen sein kann. An der Innenseite der Wärmeaufnahmefläche 1 sind Absorberrohre 2 angeschweißt. In einem wärmeübergangsisolierten Abstand 2 3 davon sind auf ähnliche Weise Heizrohre 5 vorgesehen, welche an einer Wärmeabgabefläche 4 angeschweißt sind, welche ebenfalls Elemente bzw. eine Struktur zur erleichterten Wärmeabgabe besitzen können. Die Wärmeaufnahme- und die Wärmeabgabefläche 1; 4 sowie die Absorber und die Heizrohre 2;5 bestehen vorzugsweise aus Aluminium oder einer Al-Legierung.

Der Abstand 2 3 ist mit einem Wärmeisolationsmaterial 3 aus Styropor oder dergleichen ausgefüllt bzw. ausgeschäumt.

Bereich
Zwischen dem wärmeaufnehmenden _% 22 und dem wärmeabgebenden Bereich 25 des Kältemittelkreislaufs, der'die lediglich aus Heizrohren 5 und Wärmeabgabefläche 4 bestehenden Heizelemente 24 bildet, ist ein Kältemittelverdichter 8 geschaltet, dessen Leistung von einem Druck- und/oder Temperaturfühler 7 geregelt wird., entweder beim über- bzw. Unterschreiten vorgegebener Testwerte oder auch kontinuierlich.

Dem Bereich 25 nachgeschaltet ist ein Verdampfer 9 bzw. ein Entspannungsventil, über welches sich das Kühlmittel, beispielsweise Frigen oder Freon, abkühlt und von dort wieder in den wärmeaufnehmenden Kältemittel-Kreislaufbereich 22 gelangt.

Geregelt wird der Kältemittelkreislauf durch ein Zweiwege-Ventil 6, welches als Heizkörperregulierung wirkt und bei entsprechender Verstellung über eine Überbrückungsleitung 26 'entweder - bei voller Heizleistung - das Kältemittel in die Heizrohre 5 leitet oder - bei Abschaltung der ■ Heizleistung - die Heizrohre 5 überbrückt und das Kühlmittel direkt zum Verdampfer 9 weiterleitet. Damit wird derKältemittelkreislauf nicht beeinträchtigt. Er heizt sich bei Überbrückung der Heizrohre zunächst jedoch verstärkt auf, bis bei überschreiten maximal eingestellter Druck- und/oder Temperaturwerte der Verdichter 8 vom Fühler 7 abgeschaltet wird. Bei teilweiser Verstellung des Zweiwege-Ventils 6 erfolgt ein anteiliger Kältemittelfluß durch die Heizrohre 5 und die Überbrückungsleitung 26. Die Wärmeaggregate können innerhalb des wärmeübergangsisolierenden Abstands 23 angeordnet sein, so daß nur ein elektrischer Anschluß zu erfolgen braucht.

Wahlweise können in die Wärmemaschine auch zusätzliche wärmeaufnehmende Elemente wie beispielsweise ein oberhalb eines Fensters 10 (oder ebenso auch einer Tür) in einer Lufteintrittsöffnung 11 angeordneter gesonderter Absorber 12 vorhanden sein. Mit abnehmender Temperatur im Kreislaufbereich 22 sinkt der Druck in dieser Leitung, wodurch ein Druckzylinder 14 betätigt wird und die Lufteintrittsöffnungen 11 schließt, so daß der Luftaustritt an die Atmosphäre unterbrochen wird.

Zur Sicherung der Wärmemaschine gegen größere Leckagen im Kältemittelsystem sind an beide Kreislaufbereiche 22 und 25 Absaugleitungen 30 bzw. 31 angeschlossen, über ein Leckverlust-Messgerät 32 wird laufend festgestellt, ob

irgendwelche größeren Leckagen vorliegen. Das Leckverlust-Meßgerät 32 betätigt im Falle einer Leckage ein Sicherheitsventil 33, mittels welchem über die Absaugleitungen
30 bzw. 31 das gesamte Kältemittel in ein Sicherheitsreservoir 34 abgezogen werden kann/ und zwar beispielsweise
durch eine schnell laufende Pumpe oder ein genügend großes vorgehaltenes Vakuumvolumen innerhalb des Reservoirs.

Bezugszeichenliste Wärmemaschine

1 Wärmeaufnahmeflache

2 Absorberrohr

3 Wärmeisolationsmaterial (Dämmstoff)

4 Wärmeabgabefläche

5 Heizrohr

6 Zwei-Wege-Regelventil *

7 Druck- und/oder Temperaturfühler

8 Verdichter

9 Entspannungsventil (Verdampfer)

10 Fenster

11 Lufteintrittsöffnung - bzw. Durchlüftungsöffnung

12 Absorber

13 Schieber

14 Druckzylinder

22 wärmeaufnehmender Kältemittel-Kreislaufbereich

23 wärmeübergangsisolierter Abstand

24 Heizelement

25 wärmeabgebender Bereich des Kältemittelkreislaufs

26 Überbrückungsleitung

27 Wärmeaufnahme-verstärkende Verwirbelungselernente

30 ) im Wärmeaufnahme-Kältemittel-Kreislaufbereich

₃₁ « Absaugleitungen

im wärmeabgebenden Bereich

32 Leckverlust-Meßgerät

33 Sicherheitsventil

34 Sicherheitsreservoir

it

Leerseite

Claims

Wärmemaschine zur Aufnahme von Wärme aus der Umgebungsatmosphäre

Patentansprüche

Wärmemaschine zur Aufnahme von Wärme aus der Umgebungsatmosphäre mit einem der Umgebungstemperatur ausgesetztem Kältemittelkreislaufbereich, mit z.B. Freon oder Frigen als Kältemittel/ sowie diesem nachgeschalteten einem mit einer Regeleinrichtung arbeitenden Verdichter und einem Verdampfer, zwischen denen ein wärmeabgebender Bereich des Kältemittelkreislaufs eingeschaltet ist, dadurch gekennzeich-. net, daß der wärmeabgebende Bereich (25) des Kältemittelkreislaufes als unmittelbar an die zu erwärmende Innenraumatmosphäre wärmeabgebendes Heizelement (24) ausgebildet ist.
2. Wärmemaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein zwischen Verdichter (8) und Heizelement (24) in den wärmeabgebenden Bereich des Kältemittelkreislaufs eingeschaltetes Zwei-Wege-Regelventil (6), dessen eine Regelstellung den Heizelementbereich (24) des Kältemittelkreislaufs mittels einer besonderen Überbrückungsleitung (26) überbrückt und den

Verdichter (8) direkt mit dem Verdampfer (9) verbindet.
3. Wärmemaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß im Kältemittelkreislauf,'vorzugsweise vor dem Verdichter (8) ein Druck- und/oder Temperaturfühler (7) vorgesehen ist, mit dem der Verdichter bei Überschreitung fest einstellbarer maximaler Druck- und/oder Temperaturwerte abschaltbar und bei Unterschreitung bestimmter Mindestwerte einschaltbar ist.
4. Wärmemaschine nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Leistung des Verdichters (8) durch den Druck- und/oder Temperaturfühler (7) kontinuierlich regelbar ist.
5. Wärmemaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß sie aus einer mit einer Seite der Umgebungsatmosphäre zugewandten Wärmeaufnahmefläche (1) mit auf ihrer anderen Seite befestigten Absorberrohren (2) und einer mit einer Seite dem zu beheizenden Innenraum zugewandten Wärmeabgabefläche (4), an deren anderer Seite die wärmeabgebenden Heizelemente in Form von Heizrohren (5) befestigt sind, wobei zwischen Wärmeaufnahme- und Wärmeabgabefläche (1;4) ein wärmeübergangsisolierter Abstand (23) angeordnet ist.
6. Wärmemaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß sie als kompaktes und selbsttragendes, in sich fest zusammengefügtes Einbau- bzw. Wandelement mit vorgegebenen Flächen und/oder Raummaßen ausgeführt ist, wobei der wärmeübergangsisolierte Abstand (23) mit einem vorzugsweisen flächen- bzw. raumstabilen Wärmeisolationsmaterial (3) z.B. Styropor oder Polyurethan ausgefüllt ist.

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7. Wärmemaschine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß der insbesondere aus Verdichter (8), Verdampfer (9) und Regelgerät (6) bestehende Wärmesatz innerhalb des wärmeübergangsisolierten Abstands (23) zwischen der Wärmeaufnahme- und der Wärmeabgabefläche (1;4) angeordnet ist und das Einbau- bzw. Wandelement allein über einen elektrischen Anschluß für den eingebauten Wärmesatz anschließbar ist.
8. Wärmemaschine/ insbesondere nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet , daß im wärmeaufnehmenden Kältemittel-Kreislaufbereich (22) mindestens eine auf den Druck und/oder die Temperatur in der Kältemittelleitung ansprechende Verstelleinrichtung, z.B. ein Druckzylinder (14), angeordnet ist, welche bei Druck- und/oder Temperaturabfall Durchlüftungsöffnungen (11) für die Konvektionswärmeverwertung der Raum-Be- und Entlüftung insbesondere in Kombination mit der Verwertung der Fenster (10) und/oder Türen-Abstrahlungsverlustennach Patentanmeldung P 30 22 522 schließt.
9. Wärmemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

/gesamten

dadurch gekennzeichnet , daß an den Kältemittelkreislauf ein Leckverlustmeßgerät (32) angeschaltet ist, welches bei überschreiten eines festeingestellten Leckverlust-Maximalwertes ein Sicherheitsventil (33) öffnet und ein schnelles Abziehen des gesamten Kältemittels in ein Sicherheitsreservoir (34) einleitet.
10. Wärmemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß an der Innenseite der Wärmeaufnahmefläche (1) Abwasserrohre angeordnet werden.