DE3209107A1

DE3209107A1 - Integrierte waermepumpen- und waermespeicheranordnung

Info

Publication number: DE3209107A1
Application number: DE19823209107
Authority: DE
Inventors: Ami Ramat Gan Katz
Original assignee: Electra Israel Ltd
Current assignee: Electra Israel Ltd
Priority date: 1981-03-13
Filing date: 1982-03-12
Publication date: 1982-12-09
Also published as: GB2096305B; FR2501836B1; FR2501836A1; IL62355A; IL62355A0; GB2096305A

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Heizeinrichtung, und zwar insbesondere auf eine Heizeinrichtung, in der eine oder mehrere Wärmepumpen vorgesehen sind, nämlich auf eine integrierte Wärmepumpen- und Wärmespeicheranordnung.

Die Verwendung von Wärmepumpen für die Raumheizung der Luft ist an sich bekannt. Eine konventionelle Wärmepumpenart, nämlich die Luft-zu-Luft-Wärmepumpe arbeitet in der Weise, daß sie normalerweise der Luft außerhalb einer Umschließung Wärme entzieht und diese Wärme dazu benutzt, die Temperatur der Luft innerhalb der Umschließung zu erhöhen. Es ist in diesem Zusammenhang zu beachten, daß der Betriebskoeffizientund infolgedessen der Wirkungsgrad der Wärmepumpe eine positive Funktion der Temperatur des wärmeliefernden Mediums ist, d<. h. dec Außenluft.

Die Verwendung von Phasenänderüngsiqaterialien als Wärmespeichermedium wurde in der Literatur vorgeschlagen. Ein Beispiel einer Wärmespeicheranordnung, in der Phasenänderungsmaterialien verwendet werden, ist in der anhängigen israelischen Patentanmeldung Ser. No. 62355 der Anmelderin beschrieben.

Mit der Erfindung soll eine integrierte Wärmepumpen- und Wärmespeicheranordnung zur Verfugung gestellt werden, in der Phasenänderungsmaterialie'ri angewandt werden, die in vorteilhafter Weise als Wärmespeichermedium in Kombination mit einer Wärmepumpe, die unter Bedingungen relativ hohen Wirkungsgrads betrieben werden kann, verwendet werden.

Infolgedessen wird gemäß einer Ausführungsform der Erfin-

dung eine integrierte Wärmepumpen- und Wärmespeicheranordnung zur Verfugung gestellt, die folgendes umfaßt: eine Wärmepumpe/ eine erste Leitung zum Zuführen von Rückluft von einer Einschließung zu der Wärmepumpe/ eine zweite Leitung zum Zuführen von erwärmter Luft von der Wärmepumpe zu der Einschließung, eine Wärmespeichereinrichtung, eine erste Ventil- bzw. Klappeneinrichtung, die in einer ersten Stellung bzw. Ausrichtung dahingehend wirksam ist, daß sie den Eintritt von Rückluft von der Einschließung in die erste Leitung ermöglicht und das Hindurchgehen von Rückluft du^rch die Warmespeichereinrichtung verhindert, und die in einer zweiten Stellung bzw. Ausrichtung dahingehend arbeitet, daß sie das Hindurchgehen von Rückluft durch die Wärmespeichereinrichtung zu deren Erwärmung durch dieselbe bewirkt, bevor diese in die erste Leitung eintritt; eine Zweite Ventil- bzw. Klappeneinrichtung, die in einer ersten Stellung bzw. Ausrichtung dahingehend arbeitet, daß sie bewirkt, daß erwärmte Luft von der zwei-, ten Leitung durch die Warmespeichereinrichtung zum Abgeben eines Teils ihrer Wärme zur Speicherung hindurchgeht, und die in einer zweiten Stellung bzw. Ausrichtung dahingehend wirksam ist, daß sie verhindert, daß erwärmte Luft von der zweiten Leitung durch die Wärmespeichereinrichtung hindurchgeht, und daß sie es ermöglicht, daß erwärmte Luft von der zweiten Leitung die Einschließung erreicht.

Weiter ist gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die erste Ventil- bzw. Klappeneinrichtung in ihrer ■zweiten Stellung bzw. Ausrichtung dahingehend wirksam, daß sie ein direktes Eintreten von Rückluft in die erste Leitung verhindert, und die zweite Ventil- bzw. Klappeneinrichtung ist in ihrer ersten Stellung bzw. Ausrichtung dahingehend wirksam, daß sie ein direktes Strömen von erwärmter Luft von der zweiten Leitung zur Einschließung, ohne daß diese erst durch die Wärmespeichereinrichtung hin-

durchgeht, verhindert. ' . . . .

Außerdem umfaßt die Wärmespeichereinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein oder mehrere Phasenänderungsmaterialien.

Die Erfindung sei zu ihrem vollständigeren Verständnis anhand einer in den Fig. 1 bis 3 der Zeichnung im Prinzip dargestellten, besonders bevorzugten Ausführungsform näher 10· erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufgebauten und betreibbaren integrierten Wärmepumpen- und Wärmespeicheranordnung, wobei sich die Klappen in

ihren jeweiligen ersten Stellungen bzw. Ausrichtungen befinden; ■

Fig. 2 eine schematische Darstellung der integrierten Wärmepumpen- und Wärmespeicheranordnung nach

Fig. 1, wobei sich die Klappen in ihren jeweiligen zweiten Stellungen bzw. Ausrichtungen befinden; und

Fig. 3 eine schematische. Darstellung einer Wärmespeicheranordnung, in der Phasenänderungsmaterialien verwendet werden und die in der erfindungsgemäßen Anordnung verwendbar ist.

Die Erfindung sei nun in näheren Einzelheiten unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 erläutert, in denen die erfindungsgemäße Anordnung dargestellt ist, wobei sich die entsprechenden Klappen in jeweiligen ersten und zweiten Stellungen befinden, und zwar entsprechend des Betriebs während des Tages bzw. der Nacht.

Wie aus den Fig.. 1 und 2 ersichtlich ist, umfaßt die Einrichtung nach dpr vorliegenden Erfindung eine Wärmepumpe 10, die vorliegend als vom Luft-zu-Luft-Typ ausgewählt ist. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß gemäß einer alternativen Auisführungsform der Erfindung andere Arten von Wärmeaustauschern verwendet werden können. Eine typische Wärmepumpe;, die in der erfindungsgemäßen Anordnung verwendbar ist, ist das von der Firma ELECTRA (Israel) Ltd. hergestellte Modell ERU oder EHN.

Die Wärmepumpe 10 steht über Luftumwälzkanäle, die aus Gründen der Vereinfachung und Klarheit der Darstellung weggelassen sind, mit der Außenatmosphäre in Verbindung. Eine erste Leitung 12 führt Rückluft von einer Einschließung zu der Wärmepumpe 10 zu, und eine zweite Leitung 14 führt erwärmte Luft von der Wärmepumpe 10 zur Einschließung zu. Eine Wärmespeichereinrichtung 16 ist zum wahlweisen Verbinden mit der ersten und zweiten Leitung und mit den Luftströmen zu und von der Einschließung vorgesehen.

Die Wärmespeichereinrichtung 16 kann jede geeignete Wäritespeichereinrichtung sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Wärmespeichereinrichtung Phasenänderungsmaterial, wie beispielsweise CaI-ciuirichloridhexahydrat mit geeigneten Additiven zur Verbesserung ihrer Betriebslebensdauer und -kenndaten. Eine Wärmespeichereinrichtung die'ser Art ist in der folgenden Veröffentlichung beschrieben: "HEAT TRANSFER PROPERTIES OF A HEAT-OF-FUSION STORE BASED ON CaCl₂-OH₂O" von R.

Carlson und G. Wettermark, Solar Energy, Vol. 24, Seiten 239 bis 247 (1979).

Eine geeignete Wä'rmespeicheranlage kann eine Mehrzahl von modularen Elementen der Art umfassen, wie aus Fig. 3

ersichtlich. Jedes modulare Element umfaßt eine Mehrzahl von Elementen 20, welche Phasenänderungsmaterial enthalten, vorzugsweise Calciumchloridhexahydrat. Die Elemente sind in einer parallelen regelmäßigen Anordnung innerhalb einer Einschließung 22 angeordnet und längs wenigstens eines Teils ihrer Oberfläche derart im Abstand voneinander vorgesehen, daß Luftströmungskanäle 24 längs derselben begrenzt werden, die eine Wärmeaustausch-Lüftströmung durch dieselben ermöglichen.

■ ,

Eine wahlweise Verbindung zwischen den Luftströmungen zu und von der Wärmepumpe und Einschließung wird durch eine erste und zweite Klappenanordnttng30 und 32 erzielt. Die erste Klappenanordnung 30 umfaßt eiben ersten und zweiten Flügel 34 und 36. Der Flügel 34 steuert den Zutritt von Rückluft von der Einschließung und .!bestimmt, ob diese direkt über die erste Leitung zur Wärmepumpe strömt, oder . ob sie erst durch die Wärmespeichereinrichtung 16 hindurchgeht. Der Flügel 36 steuert die Verbindung zwischen der Wärmespeichereinrichtung .16 und der ersten Leitung.

Eine zweite Klappenanordnung umfaßt einen dritten und vierten Flügel 38 und 40. Der dritte Flügel 38 steuert die Zufuhr von geheizter Luft von der Wärmepumpe über die zweite Leitung 14 und bestimmt, ob diese direkt zur Einschließung strömt oder ob sie alternativ erst durch die Wärmespeichereinrichtung 16 hindurchgeht. Ein vierter Flügel 40 steuert die Verbindung zwischen der Wärmespeichereinrichtung 16 und der Einschließung für Luftströmungen in die Einschließung.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Flügel auch als "Klappen" bezeichnet werden können.

Es sei nun speziell auf die Fig. 1 Bezug genommen, in der

die erste und zweite Klappenanordnung in ihrer jeweiligen ersten Stellung für den Betrieb während des Tages angeordnet sind. In dieser Anordnung wird, wenn die Wärmepumpe 10 mit einem hohen Betriebskoeffizienten und infolgedessen mit einem hohen Wirkungsgrad arbeitet und infolgedessen wirtschaftlich mehr Wärme erzeugen kann, als im Augenblick in der Einschließung erforderlich ist, eine Wärmespeicherung durchgeführt. Die Durchführung der Wärmespeicherung wird dadurch bewirkt, daß die geheizte Luft von der Wärmepumpe über die zweite Leitung 14 und über den dritten Flügel 38 zu der Warmespeichereinrichtung geleitet wird. Die erhitzte Luft gibt einen Teil ihrer Wärme an das Wärmespeichermedium zum Zwecke der Speicherung ab und strömt dann über den Flügel 40 zur Einschließung.

In dieser Anordnung wird die Rückluft direkt von der Einschließung über den ersten Flügel 34 und den zweiten Flügel 36, welche die Warmespeichereinrichtung 16 von der Rückluftströmung isolieren, zugeführt.

In der in Fig. 1 dargestellten und vorstehend beschriebenen Anordnung befinden sich die Flügel 34, 36, 39 und 40 in ihrer ersten Stellung bzw. Ausrichtung.

Es sei nun auf Fig. 2 Bezug genommen, in der die erste und zweite Klappenanordnung in ihren jeweiligen zweiten Stellungen bzw. Ausrichtungen zum Betrieb während der Nacht dargestellt sind. In dieser Anordnung erfolgt, wenn die Wärmepumpe mit einem relativ niedrigen Betriebskoeffizienten arbeitet und nicht in der Lage ist, alle in der Einschließung erforderliche Wärme zuzuführen, die Verwendung von gespeicherter Wärme. Die Verwendung von gespeicherter Wärme wird dadurch bewirkt, daß die Rückluft von der Einschließung über die Warmespeichereinrichtung 16 zum Aufnehmen von gespeicherter Wärme aus letzterer ge-

leitet wird.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, wird die Rückluft von der Einschließung über den Flügel 34 zur Warmespeichereinrichtung 16 zugeführt, und die Luft geht durch die Wärmespeichereinrichtung 16 hindurch und wird dadurch geheizt, und diese geheizte Luft wird über den Flügel 36 und die erste Leitung 12 zur Wärmepumpe zugeführt. Die geheizte Ausgangsluft der Wärmepumpe 10 wird der Einschließung über die zweite Leitung 14 und die Flügel 38 und 40, welche die Wärmespeichereinrichtung von der geheizten Luftströmung isolieren, direkt zugeführt.

Es sei darauf hingewiesen, daß das Entnehmen von gespeicherter Wärme aus der Wärmespeichereinrichtung 16 dazu angewandt werden kann, den erforderlichen Betrieb der Wärmepumpe unter Bedingungen eines niedrigen Betriebswirkungsgrads zu vermindern und daß dadurch das Erfordernis eines zusätzlichen Aufheizens, wie es beispielsweise mittels einer elektrischen oder einer anderen Wärmequelle geschehen kann, vermindert wird. Auf diese Weise können beträchtliche wirtschaftliche Vorteile erzielt werden.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern sie läßt sich im Rahmen des Gegenstands der Erfindung, wie er sich aus den Ansprüchen ergibt, sowie im Rahmen des allgemeinen Erfindungsgedankens, wie er sich aus den gesamten Unterlagen entnehmen läßt, mit Erfolg in der verschiedensten Weise ausführen.

AO

Leerseite

Claims

PATENTANWÄLTE

UND ZUGELASSENE VERTRETER VOR DEM EUROPÄISCHEN PATENTAMT

DR₁WALTER KRAUS D IPLO M C H EM IKER · DR.-IN Ö. ANN EKÄTE WEISERT DIPL.-ING. FACHRICHTUNG CHEMIE JRMGARDSTRASSE 15 · D-ΘΟΟΟ MÜNCHEN 71 · TELEFON O89/7B7O77-7O7O78 . TELEX O5-2T2 156 kpat d

TEtEGRAMM KRAUSPATENT _{Case 32}54 JS/BR

ELECTRA (ISRAEL) LTD. Tel Aviv/Israel

Integrierte Wärmepumpen- und Wärine spei eher anordnung

PATENTANSPRÜCHE

Integrierte Wärmepumpen- und Wärmespeieheranordnung mit einer Wärmepumpe, dadurch gekennzeichnet , daß sie folgendes.umfaßt: eine erste Leitung (12) zum Zuführen von Rückluft von ei-' ner Einschließung zu der Wärmepumpe (10); eine zweite Leitung (14) zum Zuführen von erwärmter Luft von der Wärmepumpe (10) zu'der Einschließung;

eine Wärmespeichereinrichtung (16), die wahlweise mit der ersten und zweiten Leitung (12, 14.) verbindbar ist; eine.erste Ventil- bzw. Klappeneinrichtung (30), die in ,'-,W'einer ersten Stellung bzw. Ausrichtung dahingehend wirksam ist, daß sie den Eintritt von Ruckluft von der Umschließung in die erste Leitung (12) ermöglicht und verhindert, daß Rückluft durch die Wärmespeichereinrichtung (16) hindurchgeht, und die in einer zweiten Stellung bzw. Ausrichtung dahingehend wirkt, daß sie ein Hindurchgehen von Rückluft durch die Wärmespeichereinrichtung (16) zu

deren Erwärmung durch dieselbe bewirkt, bevor diese in die erste Leitung (12) eintritt; und eine zweite Ventil- bzw. Klappeneinrichtung (32), die in einer ersten Stellung bzw. Ausrichtung dahingehend arbeitet, daß sie bewirkt, daß erwärmte Luft von der zweiten Leitung (14) durch die Wärmespeichereinrichtung (16) zum Abgeben eines Teils ihrer Wärme zum Zwecke der Speicherung hindurchgeht, und die in einer zweiten Stellung bzw. Ausrichtung dahingehend wirksam ist, daß sie verhindert, daß erwärmte ,Luft· von der zweiten Leitung (14) durch die Wärmespeichereinrichtung (16) hindurchgeht, sowie dahingehend, daß erwärmte Luft von der zweiten Leitung (14) die Einschließung erreichen kann.
2. Integrierte Wärmepumpen- und Wärmespeicheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ventil- bzw. Klappeneinrichtung (30) in ihrer zweiten Lage bzw. Ausrichtung dahingehend wirksam ist, daß sie ein direktes Eintreten von Rückluft in die erste Leitung (12) verhindert, und daß die zweite Ventil- bzw. Klappeneinrichtung (32) in ihrer ersten Stellung bzw. Ausrichtung dahingehend wirksam ist, daß sie ein direktes Strömen von erwärmter Luft von der zweiten· Leitung (14) zu der Einschließung, ohne daß diese Luft erst durch die Wärmespeichereinrichtung (16) hindurchgeht, verhindert.
3. Integrierte Wärmepumpen- und Wärmespeicheranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmespeichereinrichtung (16) Phasenänderungsmaterial bzw. -materialien enthält.