DE3213992A1

DE3213992A1 - Verfahren und vorrichtung zur waermegewinnung aus der umwelt

Info

Publication number: DE3213992A1
Application number: DE19823213992
Authority: DE
Inventors: Heinz 8600 Bamberg Herbertz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-04-16
Filing date: 1982-04-16
Publication date: 1983-10-27

Description

!/erfahren und Vorrichtung zur Wärmeqeuinnunq aus der Umuelt.

Die Erfindung betrifft ein l/erfahren und eine Vorrichtung zur Uärmegeuinnung aus der Umwelt, bei welchen eine Flüssigkeit zur Entwärmung um einen Verdampfer einer Wärmepumpe geleitet und zur Erwärmung durch einen Sonnenkollektor, Luftabsorber und/oder einen Behälter im Erdreich geleitet wird.

Bei derartigen Verfahren und Vorrichtungen besteht die Schwierigkeit darin, bei längeren Kälteperioden genügend Wärme aus der Umwelt zu gewinnen, um die Wärmepumpe betreiben zu können.

Es ist bekannt, in den Sommermonaten die aus Sonnenkollektoren direkt gewonnene und die indirekt mit Hilfe einer Wärmepumpe gewonnene Wärme für den Winter zu speichern. (Deutsche Auslegeschrift 25 40 143). Weiterhin ist vorgeschlagen worden, die Wärmepumpe mit Luftabsorbern zu betreiben und bei tiefen Außentemperaturen auf einen Brunnen von z. B. 10 Meter Durchmesser und 6 Meter Tiefe umzuschalten und dem Wasser die Wärme, einschließlich der Erstarrungswärme zu entziehen. (Deutsche Patentschrift 937 353).

Ein Speicher, der in der Lage ist, die im Winter benötigte Wärmemenge bis zu 6 Monaten zu speichern muß außergewöhnlich groß und teuer sein. Bei der Gewinnung der Wärme aus der Erstarrungswärme des Wassers ergibt sich die Schwierigkeit, daß bei einer Vergrößerung des Eisblocks sich dessen Wärmedurchgang verringert,.sodaß die Verdampfertemperatur der Wärmepumpe und damit deren Leistungsziffer immer niedriger wird.

HEINZ HERHERTZ ^ TTifnVtZZ™

INGENIKUH - 4 - « OÖ51 57790

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, Wärmegewinn aus der Umwelt während der ganzen Heizperiode zu ermöglichen. Da bei längeren Kälteperioden Wärme aus Sonnenkollektoren und Luftabsorbern nicht oder nur in geringem Umfang zur Verfugung steht, soll als Wärmequelle der Wärmepumpe die Erstarrungswärme der Flüssigkeit um den Verdampfer herangezogen werden, wobei die Bildung großer Eisblöcke um den Verdampfer zu vermeiden ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Entwärmung bis zum Gefrierpunkt der Flüssigkeit und nach Erreichen desselben fortgesetzt wird bis sich auf dem Verdampfer eine Eisschicht von vorbestimmter Stärke bildet, welche durch kurzzeitiges Umkehren des Kältemittelstromes abgelöst, in einen im Erdreich befindlichen Behälter geschwemmt und dort aufgetaut wird, wobei das Schmelzwasser dem Verdampfer wieder zugeführt werden kann.

Um die Bildung einer zu dicken Eisschicht zu verhindern, befindet sich in einem bestimmten Abstand vom Verdampfer ein Fühler, der vorzugsweise durch Messung der Veränderung des elektrischen Widerstandes die Umkehrung des Kältemittelstromes bei einer bestimmten Eisdicke schaltet.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen vor allem darin, daß die Wärmepumpe monovalent arbeiten kann und dabei gute Leistungsziffern erreicht werden, da die Temperatur der Wärmequelle nicht unter dem Gefrierpunkt abfällt. Dabei kann der Erdbehälter klein gehalten werden, weil Sonnenkollektoren, Luftabsorber und die Transmission der Erdwärme dem Erdbehälter Wärme liefern und bei längeren Kältsperioden die Wärmepumpe ca. 150 KWh Heizarbeit pro Kubikmeter vereistes Wasser liefert. Bei Sonneneinstrahlung und/oder Lufttemperaturen über der Erdreichtemperatur wird die Leistungsziffer erhöht, indem Wärme direkt von den Sonnenkollektoren oder Luftabsorbern an den Verdampfer herangeführt wird.

HEIXZ HKRBERTZ INGENIKUR

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist auf den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.

Fig. I zeigt die gesamte Anlage.

Fig. II zeigt die Anordnung des Verdampfers der Wärmepumpe.

Ein Verdampfer 1 einer Wärmepumpe 2 ist in einem Behälter angeordnet, welcher über einen Kanal 4 mit einem Erdbehälter in Verbindung steht. Eine Pumpe 6 kann über ein Rückschlagventil 7 und eine Rohrleitung 8 eine Flüssigkeit vom Erdbehälter 5 in den Behälter 3 fördern. Ein Sonnenkollektor ist: durch"Rohrleitungen 10, 11, 12, 13, 14, Rückschlagventil und Dreiwegeventile 16 und 17 mit dem Behälter 3 und dem Erdbehälter 5 verbunden. Eine Pumpe 18 fördert die Flüssigkeit zum Sonnenkollektor 9. Der Kanal 4 und die Rohrleitungen und 14 sind mit einer Wärmedämmung versehen.

Der Verdampfer 1 ist im Behälter 3 mit Befestigungen 20 aufgehängt. Ein Fühler 21 befindet sich in der Nähe .des Verdampfers 1 und ist mit einer elektrischen Isolation in iH^; den Behälter 3 eingeführt, während eine elektrische Leitung mit dem Verdampfer 1 verbunden ist.

Die Wirkungsweise ist folgende:

Der Behälter 3 ist mit Wasser gefüllt, dem bei eingeschalteter Wärmepumpe 2 durch den Verdampfer 1 Wärme entzogen wird. Dieser Wärmeverlust wird durch Sonnenkollektoren 9 ausgeglichen, wenn Sonneneinstrahlung vorhanden ist. Wenn die Wärmelieferung nicht ausreicht, beginnt das Wasser um den Verdampfer 1 zu vereisen. Dabei wird die Erstarrungswärme von 93 Watt pro kg Eis gewonnen. Wächst die Eisschicht bis in die Nähe des Fühlers 21, so wird durch die Veränderung des elektrischen Widerstandes zwischen dem Verdampfer 1 und dem Fühler 21 die Umkehrung des Kältemittelstromes ausgelöst. Dadurch gibt es im Verdampfer 1 eine Druck- und Temperaturerhöhung. Da die Kraft auf den äußeren Radien der gebogenen Rohre größer ist als auf den inneren Radien, kommt es zu einem federnden Aufbiegen, welches zum Ablösen der Eisschicht führt.

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INOKXIKUK

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Die Temperaturerhöhung auf der Oberfläche des Verdampfers 1 und das Zurückfedern der gebogenen Rohre nach Beendigung der Druckerhöhung, führt zum restlosen Ablösen des Eises, das durch den Auftrieb im Uasser an die Oberfläche des Wassers im Behälter 3 getragen wird. Dann wird die Pumpe 6 eingeschaltet, die Uasser aus dem Erdbehälter 5 in den Behälter 3 pumpt, dessen Wasserstand erhöht und dadurch das Eis durch den Kanal 4 in den Erdbehälter 3 schwemmt. Das Eis wird durch die Erdwärme aufgetaut und kann dann uieder zum Verdampfer 1 gepumpt werden. Die Sonnenkollektoren können das Wasser zusätzlich erwärmen. Zu diesem Zweck wird das Wasser von der Pumpe 18 entweder über Rückschlagventil und Rohrleitung 14 aus dem Erdbehälter 5 oder über Rohrleitung 13 aus dem Behälter 3 angesaugt. Die Umschaltung erfolgt durch Dreiwegeventile 16 und 17, die durch eine nicht gezeichnete, ueil bekannte, l/orzugsschaltung gesteuert werden. Solange eine nutzbare Temperaturdifferenz zwischen dem Sonnenkollektor 9 und dem Behälter 3 vorhanden ist, wird das erwärmte Uasser in den Behälter 3 gepumpt. Die Vorzugsschaltung stellt dann fest, ob eine nutzbare Temperaturdifferenz zum ErdbBhälter 5 vorhanden ist und wenn ja wird durch die Sonnenkollektoren 9 das Eis im Erdbehälter 5 geschmolzen und das Wasser erwärmt. Der Behälter 3 kann durch ein Magnetventil 24, welches durch einen Niveauregler 25 gesteuert wird, mit Leitungswasser gefüllt werden.

Leerseite

Claims

[ 1.))Verfahren und Vorrichtung zur Uärmegeuinnung aus / der Umwelt, bei welchen eine Flüssigkeit zur Entwärmung um einen Verdampfer einer Wärmepumpe geführt und zur Erwärmung durch einen Sonnenkollektor, Luftabsorber und/oder einen Behälter im Erdreich geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Entuärmung bis zum Gefrierpunkt der Flüssigkeit und nach Erreichen desselben fortgesetzt uird, bis sich auf dem Verdampfer eine Eisschicht von vorbestimmter Stärke bildet, welche durch kurzzeitiges Umkehren des Kältemittelstromes abgelöst, in einen im Erdreich befindlichen Behälter geschwemmt und dort aufgetaut wird, wobei das Schmelzwasser dem Verdampfer wieder zugeführt werden kann.
2.) Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1.), dadurch gekennzeichnet, daß sich in einem bestimmten Abstand vom Verdampfer ein Fühler (21) befindet, der vorzugsweise durch Messung der Veränderung des elektrischen Widerstandes die Umkehrung des Kältemittelstromes bei einer bestimmten Eisdicke schaltet.
3.) Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1.), dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer aus gebogenen Rohren besteht, die an einer Seite fest eingespannt sind und sich unter dem Einfluß von Innen- und Außendruck in der zu entwärmendan Flüssigkeit verformen können.
4.) Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1.), dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre des Verdampfers spiralförmig und/oder schraubenartig geformt sind.

ο 8600 HAMBURG

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INGENIEUR S, ÜÖ51 57796
5.) Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1.), dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer in einen Behälter (3) eingebaut ist, welcher in seinem oberen Bereich einen Kanal (4) besitzt, der mit einem Erdbehälter (5) in Verbindung steht, in dessen unterem Bereich eine Rohrleitung (8) die Flüssigkeit ansaugt und mit einer Pumpe (6) in den Behälter (3) fördert.
6.) Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1.) und 5.) dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (3) von Sonnenkollektoren oder Luftabsorbern erwärmt wird.
7.) Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1.), 5.) und 6.), dadurch gekennzeichnet, daß die Sonnenkollektoren oder Luftabsorber den Behälter (3) und den Erdbehälter (5) erwärmen, wobei eine an sich bekannte Vorzugsschaltung auf den Erdbehälter (5) umschaltet, wenn keine nutzbare Temperaturdifferenz zum Behälter (3) mehr besteht.