DE3127635A1 - Vorrichtung mit waermepumpe zum gewinnen von sonnenwaerme aus der umgebungsluft - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäß dem.
• Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Vorrichtungen dieser Art sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Bei allen besteht, wenn sie in bestimmten Klimazonen betrieben werden, das Problem einer Vereisung des Verdampfers der Wärmepumpe, wenn unterhalb bestimmter Werte der Temperatur der dem Verdampfer zugeführten Umgebungsluft die Verdampfertemperatur unter den Gefrierpünkt des Wassers sinkt und sich die in der Luft enthaltene Feuchtigkeit unter Eisbildung an ihm niederschlägt. Dieses Eis beeinträchtigt den Wärmeaustausch zwischen der Umgebungsluft und dem den Verdampfer durchströmenden Kühlmittel mit zunehmender Dicke in wachsendem Ausmaß und muß von Zeit zu Zeit mit Hilfe eines sog. Abtauvorganges entfernt werden. Gemäß dem Stande der Technik wird das Abtauen auf zweierlei Weise durchgeführt. Die eine sieht in der Aussenluftströmung vor dem Verdampf er angeordnete gesonderte Heizkörper vor, mit denen die Aussenluft vor Erreichen des Verdampfers auf die Dauer des Abtauvorganges so weit aufgeheizt wird, daß sie das Eis auf dem Verdampfer zum Schmelzen bringt. Die andere arbeitet mit einer Umkehr der Strömungsrichtung des Arbeitsmittels in der Wärmepumpe mit der Folge, daß auf die Dauer des Abtauvorgangs der Verdampfer der Wärmepumpe als deren Kondensator wirkt und so durch unmittelbare Wärmezufuhr von innen her das Eis von dem Verdampfer abtauen kann.
• Die zusätzlichen Heizkörper, die im Hinblick auf dieangestrebte kurze Dauer der Abtauphasen im Vergleich zu den normalen Arbeitsphasen eine erhebliche Leistungsfähigkeit haben müssen, stellen mit ihren Energiezuführungsleitungen und Steuervorrichtungen teuere zusätzliche Bauelemente dar und verbrauchen teuere Energie.
• Wärmepumpen mit umkehrbarer Strömungsrichtung des Arbeitsmittels sind ebenfalls erheblich teuerer als solche, bei denen denen die Strömungsrichtung nicht umkehrbar ist, und sind überdies stör- und verschleißanfälliger.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Vorrichtungen gbmäß Gattungsbegriff so zu gestalten, daß der Abtauvorgang energetisch kostengünstig und mit einem geringeren baulichen Aufwand als demjenigen, der mit den vorstehend besprochenen verschiedehen bekannten Arten des Abtauens einhergeht, durchgeführt werden kann.
• Die vorgenannte Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung bedient sich zum Abtauen des vereisten Verdampfers der vorher kostengünstig gewonnenen Wärme, die in den Warmwasserspeichern gespeichert ist. Diese Wärme heizt auch das freie Luftvolumen im Raum der Warmwasserspeicher auf. Im normalen Betrieb bedeutet dies keinen Verlust, da die Wärmekapazität dieses freien Luftvolumens gering ist. Wenn jedoch auf die Dauer des Abtauvorgangs durch das freie Luftvolumen hindurch gemäß der Erfindung eine Luftströmung hergestellt wird, die den Verdampfer in einem geschlossenen Kreislauf einbezieht, dann findet von den Warmwasser-Speichern her vorübergehend eine kontinuierliche Aufheizung dieser Luftströmung statt, die zufolge einer verhältnismäßig großen Wärmeaustauscherfläche zwischen den Warmwasserspeichern und dem Luftvolumen eine erhebliche Heizleistung aufweist und zu einem raschen Abtauen des Verdampfers führt. Zur Steuerung der Speicherraum- und Aussenluftkanäle im Sinne eines wechselweisen Öffnens und Schließens werden nur einfache Bauelemente benötigt, die störungssicher arbeiten und wesentlich kostengünstiger sind als die Maßnahmen , die der oben geschilderte'.Stand der Technik erfordert.
• Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen des des Gogenstandes des Patentanspruchs 1 und fördern diesen mit Zielsetzung optimaler Raumausnutzung, kleinstmöglicher Gesamtabmessungen der Vorrichtung, bestmöglicher Energieausnutzung und einfacher Herstellbarkeit.
• Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 ein erstes Ausfhrungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung im vertikalen Längsschnitt, bei dem der Verdampfer der Wärmepumpe in einem auf den Raum der Wärmespeicher aufgesetzten Verdampfbrraum untergebracht ist, und zwar in der normalen Arbeitsposition, bei der die Aussenluftkanäle geöffnet und die Speicherraumkanäle geschlossen sind, Fig. 2 die Ausführungsform gemäß Fig. 1 in gleicher Darstellung wie in der letzteren jedoch im Arbeitszustand "Abtauen", bei dem die Aussenluftkanäle geschlossen und die Speicherraumkanäle geöffnet sind, Fig.,3 eine zweite Ausführungsform im vertikalen Längsschnitt durch die Vorrichtung, bei der der Verdampferraum stirnseitig an den Raum der Wärmespeicher angesetzt ist, wobei sich die Vorrichtung in dem Arbeitszustand "Abtauen" befindet, und Fig. 4 den vertikalen Querschnitt der Vorrichtung gemäß Fig.
• 3 entlang der Schnittlinie IV-IV in Fig. 3, wobei die Vorrichtung im normalen Arbeitszustand wiedergegeben ist.
• Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 und Fig. 2 weist ein schrankartiges Gehäuse 1 aus wärmeisolierten Wänden 2 auf, das mit einem darauf aufgesetzten Verdampferraum 3 eine Baueinheit bildet, die einen kompakten rechteckigen Kasten ergibt.
• Das Das Gehäuse 1 umschließt den Raum 4 der Warmwasserspeicher 5 , die aus einem Brauchwasserspeicher und einem Heizwaserspeicher bestehen. Außerdem sind in dem Gehäuse 1 der Verdichter 6 und der Kondensator 7 der Wärmepumpe untergebracht.
• Zwischen den Warmwasserspeichern 5, dem Verdichter 6 und dem Kondensator 7 einerseits und dem Gehäuse 1 andererseits ist in dem Raum 4 ein freies Luftvolumen 8 vorhanden, das über einen Speicherraumkanal 9 mit dem Verdampferraum 3 vor dem Verdampfer 10 mit Gebläse 11 und über einen Speicherraumkanal 9a mit dem Verdampferraum 3 hinter dem Verdampfer 10 mit Gebläse 11 in Verbindung steht.
• Der Speicherraum 3 ist des weiteren vor dem Verdampfer 10 und dem Gebläse 11 über einen Aussenluftkanal 1% und hinter dem Verdampfer 10 mit Gebläse 11 über einen Aussenluftkanal 12a jeweils mit der Umgebungsluft verbunden. Die beiden Paare aus einem Speicherraumkanal und einem Aussenluftkanal vor bzw. hinter dem Verdampfer 10 mit Gebläse 11 sind jeweils mittels einer Verschlußklappe 14 bzw. 15 gleichsinnig im Wechsel verschließbar und zu öffnen. In Fig. 1 sind die Speicherraumkanäle 9, 9 a geschlossen und die Aussenluftkanäle 12 und 12a geöffnet, was dem normalen Arbeitszustand der Vorrichtung entspricht. Hierbei steht der Verdampfer 10 der Wärmepumpe mit Hilfe des Gebläses 11 im Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft, und die von ihm aufgenommene Wärme wird über den mit dem Wasserkreis der Wasserspeicher in Wärmeaustausch stehenden Kondensator an die Wasservolumina in den Wasserspeichern abgegeben und heizt diese auf.
• In Fig, 2 sind demgegenüber die Aussenluftkanäle 12, 12a mittels der Klappen 14 und 15 geschlossen, die nunmehr die Speicherraumkanäle 9 und 9a freigegeben haben, so daß das Gebläse 11 nunmehr einen Luftkreislauf herstellt, der das freie Luftvolumen 8 im Raum 4 der Warmwasserspeicher 5 durchsetzt und sich über den Verdampfer 10 schließt. Dadurch gelangt von den Warmwasserspeichern 5 aufgeheizte Luft zu.
• dem zu Beginn des Abtauzustands vereisten Verdampfer 10, wird wird an diesem unter Abtauen des Eises abgekühlt und danach wieder in den Raum 4 zurückgeführt,um erneut aufgeheizt zu werden, so lange, bis der Verdampfer abgetaut ist. Dann wird durch Kippen der Verschlußklappen 14 und 15 wieder der normale Arbeitszustand gemäß Fig. 1 hergestellt-Die Vorrichtung gemäß Fig. 3 und 4 , von der in Fig, 3 nur die zur Erlåuterung der Erfindung wesentliche linke Hälfte dargnstel]t ist, unterscheidet sich von derjenigen gemäß Fig. 1 und 2 im wesentlichen dadurch, daß der Verdampfer raum 3 stirnseitig an den Raum 4' der Warmwasserspeicher 5' angebaut ist.
• Eine Besonderheit dieser Ausführung besteht auch darin, daß der eine Warmwasserspeicher 5' in dem Wasservolumen.des anderen Warmwasserspeichers 5' stehend angeordnet ist, wobei eine in der Zeichnung nicht zu sehende Trennwand unterschied-11 ehe Temperaturen in dem inneren Wasserspeicher 5' gegenüber dem größten Teil des Wasservolumens des äußeren Warmwasserspeichers 5' " zlllänt. Zwischen dem äußeren Warmwasserspeicher 50, der den Speicherraum 4' weitgehend ausfüllt, und der Trennwand 2 zwischen dem Raum 4° und dem Verdampferraum 3' ist ein freies Luftvolumen 8° vorhanden, das über einen Speicherraumkanal 9' vor dem Verdampfer 10° mit Gebläse 11° und über einen Speicherraumkanal 9aD mit dem Raum 3' hinter dem Verdampfer mit Gebläse verbunden ist.
• Gemäß Fig. 4 ist der Verdampferraum 3' jeweils vor und hinter dem Verdampfer 10' mit Gebläse 11' über einen Aussenluftkanal 1?° bzw. 12a' mit der Umgebungsluft verbunden. Die I<an;llaellson der Speicherraumkanäle 90 und 9aa stehen dabei zu den Kanalachsen der Aussenluftkanäle 12', 12a' senkrecht.
• Die Kanäle 9', 9a', 12' und 12a' sind mit Druck-Jalousien versehen , die bei einem Druckgefälle gemäß den in Fig. 3 und 4 eingezeichneten Pfeilen öffnen. An den Speicherraum kanälen 9', 9a' kommen die öffnenden Druckgefälle (an 9' vom Raum 4' in den Raum 3' und an 9a' vom Raum 3' in den Raum 4°) unter der Wirkung des Gebläses 11' erst zustande, wenn die Kanäle 12', 12a' bei Vereisung des Verdampfers zwangsweise verschlossen worden sind. Hierzu ist für die zugehörigen Jalousien eine besondere Steuerung vorgesehen.
• Im übrigen ist die Wirkungsweise bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 und 4 die gleiche wie bei der Ausführungsform nach Fig. r und 2.
• Bei der Ausführung nach Fig. 3 und 4 ist der Verdampfer 10' als Trennwand zwischen dem oberen und dem unteren Teil des Raumes 3' in diesem aus Gründen der Einsparung von lhaulc-inge an der Vorrichtung in Schräglage eingebaut.

Claims (8)

1. Vorrichtung mit Wärmepumpe zum Gewinnen von Sonnenwärme aus der Umgebungsluft P a t e n t a n s p r ü c h e 1Vorrichtung mit Wärmepumpe zum Gewinnen von Sonnenwärme aus der Umgebungsluft und zur Brauch- und Heizwasserbereitung mit der gewonnenen Wärme unter Verwendung wärmeisolierter Warmwasserspeicher, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Warmwasserspeicher (5,5') für Brauch- und Heizwasser in einem gemeinsamen, schrankartigen Gehäuse (1,1') aus wärmeisolierten Wänden (2,2) so untergebracht sind, daß ein mit ihnen in Wärmekontakt stehendes freies Luftvolumen (8, 8') vorhanden ist, daß das Gehäuse (1,1') mit einem wärmeisolierten, vom Raum (4,4') der Warmwasserspeicher (5t5?) wärmeisoliert getrennten Verdampfraum (3,3') eine Baueinheit bildet, in dem der Verdampfer (10, 103) mit einem Gebläse (11,11°) untergebracht ist, und daß vor und hinter dem Verdampfer (10,10°) mit Gebläse (11,11') jeweils mindestens zwei im Wechsel verschließbare Luftkanäle in den Verdampferraum (3,30) münden, von denen mindestens einer zu dem Luftvolumen (8,80) in dem Raum (4,40) der Warmwasserspeicher (5,5') (Speicherraumkanal 9,9a; 9',9an) und mindestens einer zur Aussenluft (Aussenluftkanal 12, 12a;10, 12a0) führt.
2. 2. Vorrichtung 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Wärmepumpe mit Ausnahme des Verdampfers (10,10') - im Raum (4,4') der Warmwasserspeicher (5,5') untergebracht ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h gekennzeichnet, daß der Verdampferraum (3) auf das schrankartige Gehäuse (1) aufgesetzt ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Speicherraumkanäle (9,9a) in der Trennwand (2) zwischen dem Verdampferraum (3) und dem Raum (4) der Warmwasserspeicher (5) sowie die Aussenluftkanäle (12,12a) in den Seitenwänden des Verdampferraumes (3) so angeordnet sind, daß jeweils bei einem Paar aus einem Speicherraumkanal (9,9a) und einem Aussenluftkanal (12 bzw. 12a) durch Kippen einer gemeinsamen Verschlußklappe (14 bzw. 15) im Wechsel der eine Kanal verschlossen und der andere gleicht zeitig geöffnet wird.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h gekennzeichnet, daß der Verdampferraum (3') seitlich an das schrankartige Gehäuse angebaut ist.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, d a d u r c h gekennzeichnet, daß der Verdampferraum (30) den Verdampfer (10°) der Wärmepumpe in Schräglage aufnimmt.
7. 7- Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d ad u r c h gekennzeichnet, daß die vor bzw. hinter dem Verdampfer (10,100) mit Gebläse (11,110) befindlichen Speicherraumkanäle (9',9a') jeweils mit einer Überdruck-Jalousie verschlossen sind, von denen jede vor dem Verdampfer (10,10') mit Gebläse (11,11') angeordnete unter vom Raum (4,40) der Warmwasserspeicher (5,5') her auftretendem Überdruck und jede hinter dem Verdampfer (10,100) mit Gebläse(ll,ll0) befindliche unter vom Verdampferraum (3,30) her auftretendem Überdruck öffnet.
8. 8. Vorrichtung 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h gekennzeichnet, daß von den Aussenluftkanälen (12°,13°) einer in der einen und der andere in der anderen der einander gegenüberliegenden, zur Trennwand (2) zwischen dem Raum (4B) der Warmwasserspeicher (5°) und dem Verdampferraum (3') senkrechten Wände des Verdampferraumes (3°) vorgesehen ist.