DE3117965A1

DE3117965A1 - Warmwasservorrichtung mit waermepumpe

Info

Publication number: DE3117965A1
Application number: DE19813117965
Authority: DE
Inventors: George Albert Apolonia 5621 Eindhoven Asselman; Albertus Peter Johannes 21014 Laveno Mombello Varese Michels
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1980-05-12
Filing date: 1981-05-07
Publication date: 1982-02-18
Also published as: IT8021983A0; FR2482274B1; FR2482274A1; US4373343A; IT1131171B; JPS572960A; GB2076140B; NL8102252A; GB2076140A; AU535867B2

Description

U.V.Philips'eioeilampenfabrieken, Gndhevon .-—«*- _«_ .- 3117965

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¥armwasservorrichtung mit Wärmepumpe

Die Erfindung bezieht sich auf eine Warmwasser— vorrichtung mit Wärmezufuhr mittels einer Wärmepumpe. Derartige Warnvwasservorrichtungen weisen ein Gefäss mit dem zu erwärmenden Wasser und eine Wärmepumpe auf, die mindestens einen Kondensatorteil umfasst, der derart mit dem Gefäss verbunden ist, dass die durch die Pumpe umlaufende Heizflüssigkeit ihre Kondenswärme dem Wasser abgibt, sowie mindestens eine kapillare oder eine andere Restriktion, einen Verdampferteil, in dem die Heizflüssigkeit Wärme aus der Umgebung aufnimmt, in der dieser Teil angeordnet ist und eine Motorverdichtereinheit, die in einem geschlossenen Gehäuse angeordnet ist und die Heizflüssigkeit verdichtet und umlaufen lässt. Eine derartige Vorrichtung ist in der italienischen Patentanmeldung I7609 A/78 vom 13.September 1978 beschrieben worden.

Im Betrieb erzeugt die Motorverdichtereinheit Wärme, die über die Wände des geschlossenen Gehäuses, in dem diese Einheit angeordnet ist, wegstrbmt. Damit auch diese durchaus nicht zu vernachlässigende Wärmemenge zum Erwärmen des Wassers benutzt werden kann, wurde bereits vorgeschlagen, die Wärmepumpe mit zwei Kondensatorteilen zu versehen, die beide mit dem Wasser in Verbindung stehen und derart in Reihe miteinander geschaltet sind, dass die Heizflüssigkeit nach Abkühlung in den ersten Teil über die Motorverdichtereinheit (wo sie das Schmieröl kühlt, das sich unten in dem Gehäuse ansammelt) zurückströmt und danach zu dem zweiten Kondensatorteil strömt, wo dem Wasser Wärme abgegeben wird. Diese Ausführungsform weist jedoch den Nachteil auf, dass, wenn die Temperatur des zu erwärmenden Wassers noch niedrig ist, die Motorverdichter— einheit auf einer derart niedrigen Temperatur arbeitet, dass ihre mechanischen Elemente ungenügend geschmiert werden, wodurch diese Teile festlaufen können. Die Heiz-

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flüssigkeit in dem zweiten Kondensatorteil ist ja äusserst kalt und verringert dadurch die Viskosität des 01s.

Ein weiterer Versuch, die von der Motorverdichtereinheit erzeugte Wärme zum Erwärmen des Wassers in einer derartigen Vorrichtung zu benutzen, ist in der U.S.-Patentschrift 2 516 09^ beschrieben worden. Dabei ist die Motorverdichtereinheit in einem Gehäuse angeordnet, das teilweise von dem zu erwärmenden Wasser und teilweise von Wärmeisolierung umgeben ist. Jn diesem Gehäuse ist ein Elektromotor angeordnet, der ein Schaufelrad antreibt, das die Luft in dem Gehäuse zum Bewegen bringt und auf diese Weise die Wärmeübertragungsverhältnisse zwischen der Motorverdichtereinheit und dem Wasser verbessert. Abgesehen von der Tatsache, dass es einen Elektromotor gibt, der Energie verbraucht und der unter ungünstigen Verhältnissen arbeitet, weil er in dem Gehäuse angeordnet ist, kann es passieren, dass die Betriebstemperatur der Motorverdichtereinheit in der betreffenden Vorrichtung zu hoch ist, wenn die Wassertemperatur hoch ist oder zu niedrig, wenn das Wasser noch kalt ist.

Die Erfindung hat nun zur Aufgabe, eine verbesserte Warmwasservorrichtung mit Wärmezufuhr mittels einer Wärmepumpe zu schaffen, so dass die in der Motorverdichtereinheit erzeugte Wärme zum Erwärmen des Wassers benutzt wird, jedoch ohne dass die Schmierung der mechanischen Teile der Motorverdichtereinheit dadurch beeinträchtigt wird, wenn die Temperatur des zu erwärmenden Wassers niedrig ist, beispielsweise zwischen 8° und 15°C.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass die in der Motorverdichtereinheit erzeugte Wärme mittels eines Wärmerohrs dem Wasser zugeführt wird, welches Rohr mindestens teilweise isoliert zwischen einem Punkt in dem Verdichtergehäuse und einem Punkt in dem Wasserbehälter angeordnet und mit einem Inertgas und einem Medium gefüllt ist, das im Bereich von 20 bis 100°C eine derartige Dampfspannung aufweist, dass die Front zwischen Inertgas und Arbeitsmedium sich in dem in dem Wasserbehälter liegenden Teil des Wärmerohrs befindet.

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Wärmerohre in Form geschlossener Rohre mit

einer bestimmten Gas- oder Flüssigkeitsfüllung sind bekanntlich äusserst einfache und wirksame Vorrichtungen, mit denen die Temperatur eines Gegenstandes dadurch konstant

B gehalten werden kann, dass die darin erzeugte Wärme abgeführt wird.

Die Erfindung bezieht sich jedoch nicht so sehr auf eine einfache Verwendung eines Wärmerohres zum Übertragen der Abwärme der Motorverdichtereinheit zu dem zu erwärmenden Wasser, sondern viel mehr auf die Verwendung einer spezifischen Füllung um Wärmeübertragung zu ermöglichen, wenn die Temperatur der Heizflüssigkeit in dem Motorverdichtergehäuse so hoch 1st, dass die Oltemperatur ausreicht um eine gute Schmierung der mechanischen Teile zu

^ gewährleisten.

Um zu vermeiden, dass die in der Motorverdichtereinheit erzeugte Abwärme durch das geschlossene Gehäuse hindurch nach aussen abgeführt wird, wird das Gehäuse nach der Erfindung auf bekannte Weise thermisch isoliert.

Die Füllung des Wärmerohres kann durch jedes

Medium gebildet sein, das als Heizflüssigkeit in Wärmepumpen (oder in Verdichtungskühlkreisen) geeignet ist, beispielsweise halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie Dichlordifluormethan. Es ist jedoch auch möglich, Wasser oder ein anderes Medium zu benutzen, deis bei einer Temperatur zwischen 20° und 100⁰C eine ausreichende Dampfspannung hat um als Arbeitsmedium in dem Wärmerohr wirksam sein zu können. Das verwendete Inertgas kann Stickstoff, Kohlendioxid oder Helium sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch die Warmwasservorrxchtung nach der Erfindung beim Starten der Wärmepumpe,

Fig. 2 einen teilweisen Schnitt, wenn die Motorverdichtereinheit ihre Betriebstemperatur erreicht hat.

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In der Figur· ist das BezugszeicJitin 1 der Behälter mit der zu erwärmenden Wassermasse. Das kalte Wasser wird über ein Rohr 2 zugeführt, das in dem Boden des Gefässes 1 mündet, während warmes Wasser von der Oberseite über das Rohr 3 abgeführt wird.

Die Wassermasse in dem Behälter 1 wird durch

den Kondensator h einer Wärmepumpe erwärmt; der Kondensator ist in Form einer Spule dargestellt, kann Jedoch auch jede beliebige geeignete Form aufweisen, wie diese beispiels— ^ weise in der berei t.s genaxinten Anmeldung beschrieben worden ist.

Der Kondensator h wix'd von der Heizflüssigkeit, beispielsweise e Lnerii halogenior ten Kohlenwasserstoff derjenigen Art, die für Kompx'essorkühlkreise benutzt wird, wie '** Freon 12, durchströmt, welche Flüssigkeit durch eine normale Motorverdichtereinheit 5 in Umlauf gebracht wird, die auf bekannte Weise in einem geschlossenen Gehäuse 6 angeordnet ist in einem Bad, das durch ein Gemisch der Heizflüssigkeit und Schmieröl gebildet wird. Die Heizflüssigkeit tritt in das Gehäuse 6 durch ein Rücklaufrohr 7 ein, welches Rohr mit dem Ausgang eines Verdampfers 8 in Form eines normalen Wärmeaustauschers verbunden lsi, dessen Eingang über eixie Drosselklappe ') in L L dom Au-SfVaJi₁", des Kondensators k verbunden ist.
Das geschlossene Gehäuse 0 LsL mit einer· wäx'ine— isolierenden Schicht K) verseilen, die vermeidet, dass die in der Motorverdichtex'eixihei t 5 erzeugte Wärme in die Umgebung abgeführt wird.

Um die in dem Motorverdichter j erzeugte Wärme zum Erwärmen des Wassers zu benutzen, ohne dass die mechanischen Teile dieser Einheit der Gefahr einer ungenügenden Schmierung beim Anlaufen Infolge tibermäsüiger Kühlung ausgesetzt werden, wird diese Abwärme dem Wasser mittels eines Wärmerohres 11 zugeführt, welches Rohr beispielsweise aus Kupfer besteht und dessen Endteile sich bis in den Wasserbehälter 1, vorzugsweise bis in den unteren Teil des Gefässes bzw. bis in das darunterliegende Gehäuse 6, das die Motorverdichtereinheit 3 umgibt, erstrecken. Derjenige Teil

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des Wärmerohr es 1 1 , der sich, zwischen dem Gehäuse 6 und dem Behälter 1 erstreckt, ist mit einer isolierenden Schicht 12, beispielsweise in Form einer isolierenden Muffe aus Steinwolle versehen. Das Wärmerohr 11 ist mit einem Inertgas, beispielsweise Stickstofi¹, Helium oder Kohlendioxid, sowie einem Arbeitsmedium zur Wärmeübertragung mit einer Dampfspannung, die über den Ternpei'aturbex'eich von 20 bis 100°C hoch genug ist um dafür zu sorgen, dass die Front zwischen dem Inertgas und dem Arbeitsmedium den Endteil des Wärmerohres erreicht, der in den Behälter 1 ragt;, mit der Folge, dass Wärme nur von dem Gehäuse ö zu dem Wasser in dem Behälter 1 übertragen werden kann, wenn eine Temperatur innerhalb des genannten Bereiches erreicht wird. Geeigne be Arbeitsflüssigkeiten sind die Erwärmungsflussigkeil selbst, (d.h. ein halogßiiierLer Kohlenwasserstoff, wie D i eh J. oi'd i fluorine than ) , Wasser oder Ammoniak.

Durch die Verwendung «ines Wärmerohres mit der beschriebenen Füllung kann die in dem Verdichter erzeugte Wärme zu dem zu erwärmenden Wasser übertragen werden, ohne

*® dass dabei ilLe Mo torvux-dieh fcereiiihei t eine Temperatur erreicht, die derart niedx-ig ist, dass die Schmierung derselben gefährdet wird.

Wenn die Tumjjeratur des zu erwärmenden Wassers niedrig ist, beispielsweise etwa 10⁰C und die Motorverdichtereinheit 16 gerade gestartet ist, so dass ihre Temperatur der Umf;ebungstemperatur, beispielsweise etwa 15°C nahezu entspricht, wix'd bei dieser niedrigen Temperatur die Front Λ noch nicht LmiurhaLb des Dehäitex's 1 liegen. Weil das (iehäiise 0 (das ilLu Mo torvex'diehterelnhei t 3 umgibt)

und der zw.i sehonliogende Teil des Wäx'merohres 11 isoliert sind, geht aus dem genannten Gehäuse keine Wärme zu der Umgebung verlox'en, so dass die Temperatur der Motorverdich tereinhel t ansteigt. Jo nachdem die Tempux'atur und folglich der Druck iiixiex-halb d^es Wärmerohres 11 zunimmt, steigt die Front A und erreicht (Fig. 2) die Innenseite des Behälters 1, d.h. die Zone, die das zu erwärmende Wasser aufweist, so dass übex" die Wände des Wärmerohrs 11 dem Wasser Wäx'rne abgegeben wird. Die Lage der Front A stabilisiert

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sich., wenn die Motorverdich tere i nhei t ihre Be ti· Lebstemperatur erreiche und die abgegebene Wärmemenge der erzeugten Wärmemenge entsprichl.

Obsclion nur ein Aus I uhrungsbeiypiel nach der

5 Erfindung beschrieben worden in»-, .sind Tür den Fachmann im Rahmen der Eri'indung viele Abwandlungen möglich.

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Leerseite

Claims

PHI 80 005 J/ 22.4.1$)8i PATENTANSPRÜCHE

1. J Eine Varmwasservorrichtung mit einem Wasserbehälter und einer Wärmepumpe mit einer Motorverdichtereinheit, die in einem geschlossenen Gehäuse angeordnet ist, das auch die Heizflüssigkeit und das Schmiermittel aufweist, wobei die in der Motorverdichtereinheit erzeugte Wärme zu dem Wasser übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass diese Wärmeübertragung mit Hilfe eines Wärmerohres erfolgt, das sich zwischen einem Punkt in dem Wasserbehälter und einem Punkt in dem Verdichtergehäuse erstreckt und wobei der zwischen dem Behälter und dem Gehäuse liegende Teil wenigstens teilweise isoliert ist und welches Rohr mit einem Inertgas und einem Arbeitsmedium gefüllt ist, das in dem Bereich von 20° bis 100⁰C einen derartigen Dampfdruck aufweist, dass die Front zwischen dem Inertgas und dem Arbeitsmedium sich in dem in dem Wasserbehälter liegenden Teil des Wärmerohres befindet.

2. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Inertgas aus Stickstoff, Kohlendioxid oder Helium besteht. 3· Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Arbeitsmedium entweder dasselbe ist wie die Heizflüssigkeit oder Wasser bzw. Ammoniak.

h. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das

geschlossene Gehäuse thermisch isoliert ist.

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