DE3543072A1 - Als heizung und/oder als kuehlsystem betreibbare, nach dem prinzip der waermepumpe arbeitende vorrichtung mit integrierter warmwasserbereitung - Google Patents

Als heizung und/oder als kuehlsystem betreibbare, nach dem prinzip der waermepumpe arbeitende vorrichtung mit integrierter warmwasserbereitung

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DE3543072A1 DE19853543072 DE3543072A DE3543072A1 DE 3543072 A1 DE3543072 A1 DE 3543072A1 DE 19853543072 DE19853543072 DE 19853543072 DE 3543072 A DE3543072 A DE 3543072A DE 3543072 A1 DE3543072 A1 DE 3543072A1
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Description

Anmelder: Yutaka Takahashi
115, 5-chome, Chuo 2 Jhyo Shiraishi-ku, Sapporo-shi
Hokkaido / Japan
Bezeichnung: Als Heizung und /oder als Kühlsystem
betreibbare, nach dem Prinzip der Wärmepumpe arbeitende Vorrichtung mit integrierter Warmwasserbereitung
ORIGINAL !NSPEGTED
Beschreibung ^~ ^&
Die Erfindung betrifft eine als Heizung oder als Kühlsystem vorzugsweise wahlweise als Heizung oder als Kühlsystem betreibbare, nach dem Prinzip der Wärmepumpe arbeitende Vorrichtung mit integrierter Warmwasserbereitung.
Solche Vorrichtungen bestehen im Prinzip aus einem Kompressor, einem Heizkessel bzw. einem Wärme an die Umgebung abgebenden Aggregat einerseits, einem Heizkörper bzw. einem Kühler andererseits und einer Drosselstelle zwischen Heizkessel bzw. Wärme abgebendem Aggregat und Heizkörper bzw. Kühler, wobei das Medium bei einer als Heizung ausgelegten Vorrichtung ausgehend vom Heizkessel oder dergleichen dem Kompressor zugeleitet wird, von dort in den Heizkörper gelangt und vom Heizkörper zurück in den Heizkessel überführt wird. Wird die Vorrichtung als Kühlsystem betrieben, gelangt das Medium aus dem Wärme abgebenden Aggregat zunächst in den Kühler, von dort gelangt es über den Kompressor zurück in das Wärme abgebende Aggregat. Im einen wie im anderen Fall ist bei integrierter Warmwasserbereitung in der Ableitung hinter dem Kompressor im Falle des Betreibens der Vorrichtung als Heizung vor den Heizkörper und im Falle des Be-
treibens der Vorrichtung als Kühlsystem vor dem Wärme an die Umgebung abgebenden Aggregat ein Wärmeaustauscher zur Erwärmung von Speise- bzw. Brauchwasser eingefügt.
Ausgehend vom im Vorausgehenden umrissenen Stand der Technik liegt der Erfindung in erster Linie die Aufgabe zugrunde, im System befindliche Restwärme zusätzlich für die Warmwasserbereitung auszunutzen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß in der Weise gelöst, daß dem System d.h. dem Arbeitsmedium, Restwärme entzogen wird, und zwar im Falle des Betreibens der Vorrichtung als Heizung nach dem Austritt des Mediums aus dem Heizkörper und beim Betreiben der Vorrichtung als Kühlung nach dem Austritt des Mediums aus dem Kühlmittel an die Umgebung abgebende Aggregat. Hierfür wird in der Verbindungsleitung zwischen Heizkörper und Heizkessel bzw. zwischen dem Wärme abgebenden Aggregat und dem Kühler ein zusätzlicher Wärmeaustauscher eingefügt, in dem das zu erwärmende Speisebzw. Brauchwasser vorgewärmt wird, das anschließend dem bereits im System, und zwar in der vom Kompressor abgehenden Ableitung vorgesehenen Wärmeaustauscher zur weiteren Erwärmung zugeleitet wird.
OBiGINAL INSPECTED
Zweckmäßiger Weise wird der Wärmeaustauscher in Strömungsrichtung hinter der bei solchen Systemen in die Verbmdungsleitung zwischen Heizkörper bzw. Kühler einerseits und Heizkessel bzw. Wärme abgebendem Aggregat andererseits eingefügten Drossel in die Verbindungsleitung eingefügt. Die Erfindung ist selbstverständlich auch bei wahlweise als Heizung oder als Kühlanlage zu betreibenden Vorrichtungen realisierbar. Die dabei erforderlich werdenden Schaltungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
Da sowohl im Falle des Heizens als auch im Falle des Kühlens dem Arbeitsmedium, auch wenn es als Kondensat vorliegt, sei es nach dem Austritt aus dem Heizkörper, sei es nach dem Austritt aus dem Wärme an die Umgebung abgebenden Aggregat zumal nach Durchströmen der jeweils nachgeschalteten Drossel noch eine ausnutzbare Restwärme innewohnt, die zumindest teilweise über den nach der Erfindung in der Verbindungsleitung zwischen dem Heizkessel bzw. dem Wärme an die Umgebung abgebenden Aggregat einerseits und dem Heizkörper bzw. dem Kühler andererseits eingefügten Wärmeaustauscher vorab an das zu erwärmende Speise- bzw. Brauchwasser im Sinne einer Vorwärmung des Wassers abgegeben wird, bevor das zu erwärmende Wasser dem in an sich bekannter Weise in die Anleitung hinter dem Kompressor eingefüg-
ten Wärmeaustauscher zur weiteren Erwärmung zugeleitet wird, resultiert aus der erfindungsgemäßen Lösung eine größere Ausnutzung der dem System innewohnenden Wärme bzw. Energie mit dem Ergebnis eines größeren Angebots an warmem Speise- bzw. Brauchwasser . Im Falle des Betreibens der Vorrichtung als Kühlanlage wird darüber hinaus auf diese Weise der Kühleffekt gesteigert.
Die Warmwasserbereitung kann auch dann betrieben werden, wenn eine Klimatisierung, das heißt eine Erwärmung bzw. Kühlung über das verbraucherseitig Wärme abgebende bzw. Warme aufnehmende Aggregat nicht vorgesehen ist. Dann wird die Wärmeabgabe bzw. Wärmeaufnahme durch das verbraucherseitige, Wärme abgebende bzw. Wärme aufnehmende Aggregat unterbunden, etwa durch Stillsetzen eines dem Aggregat zugeordneten Gebläses. Gleichermaßen ist natürlich auch ein Betreiben der Vorrichtung unter Abwerfen der Warmwasserbereitung möglich, wozu es lediglich des Schließens eines in der Wasserleitung befindlichen Absperrorgangs bedarf.
In der Zeichnung ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen weitergehend erläutert. Es zeigen:
ORIGINAL INSPECTED
Figur 1 eine wahlweise dem Heizen oder
der Kühlung dienende Vorrichtung nach der Erfindung,
Figur 2 eine abgewandelte Ausführungsform der Vorrichtung nach Figur 1,
Figur 3 eine Ausgestaltung des verbraucherseitigen Bereichs der Vorrichtung,
Figur 4 ein die verbesserte Wärmeausnutzung demonstrierendes Diagramm.
Bei der Vorrichtung in Figur 1 handelt es sich um eine wahlweise zum Heizen oder Kühlen einsetzbare Vorrichtung. Die wesentlichen Bauteile dieser Vorrichtung sind der Kompressor 1, das wahlweise als Heizkörper oder als Kühler einsetzbare Aggregat 4 und das wahlweise als Heizkessel oder Wärme an die Umgebung abgebendes Aggregat einsetzbare Aggregat 5, die durch das dargestellte Leitungssystem verbunden sind, in das ein 4/2-Wegeventil 3 eingefügt ist.
Heizkörper bzw. Kühler 4 können von einem Gebläse bzw. Ventilator 13 beaufschlagt werden, gleichermaßen das Wärme in das System überführende bzw. Wärme aus dem System abführende Aggregat 5 durch ein Gebläse 14. Mit 16 ist der Einsatz der Vorrichtung zur Klimati-
ORlGlNAL INSPECTED
sierung von Gebäuden bzw. Räumen angedeutet. 15 bezeichnet einen Behälter für erwärmtes Brauch- bzw. Speisewasser, das in an sich bekannter Weise mittels eines in die vom Kompressor 1 abgehende Ableitung vor dem 4/2-Wegeventil 3 eingefügten Wärmeaustauschers 2 erwärmt wird. Nach der Erfindung ist dem Wärmeaustauscher 2 zur Erwärmung des Brauch- bzw. Speisewassers ein Wärmeaustauscher 9 vorgelagert, der in die Verbindungsleitung zwischen den Aggregaten 4 und 5 eingefügt ist. Dem Wärmeaustauscher 9 ist in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums eine Drossel vorgelagert. Da der Wärmeaustauscher, je nachdem, ob die Vorrichtung zur Kühlung oder zur Heizung eingesetzt wird, in der einen oder anderen Richtung durchströmt wird, ist zu beiden Seiten des Wärmeaustauschers 9 je eine Drossel 6a und 6b mit durch je ein Rückschlagventil 10a bzw. 10b abgesicherten Umgehungen 11a und 11b dergestalt vorgesehen, daß jeweils nur die in Strömungsrichtung des Mediums vor dem Wärmeaustauscher 9 liegende Drossel 6a (im Falle des Betreibens der Vorrichtung als Heizung) und die Drossel 6b (im Falle des Betreibens der Vorrichtung zur Kühlung) durchströmt wird.
Über den Wärmeaustauscher 9 wird die dem Arbeitsmedium innewohnende Restwärme dem zu erwärmenden Brauchbzw. Speisewasser zugeführt und das so vorgewärmte
ORIGINAL [fiSPECTEd
354307
Speisewasser sodann dem bereits vorhandenen, in die Ableitung hinter dem Kompressor 1 eingefügten Wärmeaustauscher 2 zugeführt, in dem das Wasser weiter erwärmt wird. Das auf Temperatur gebrachte Wasser wird sodann in den Wasserbehälter 15 überführt.
Figur 2 unterscheidet sich von der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform lediglich dadurch, daß dem Wärmeaustauscher 9 in der Verbindungsleitung zwischen den Aggregaten 4 und 5 lediglich eine Drossel 6 zugeordnet ist, wobei ein Durchflußrichtungsventil 12 sicherstellt, daß unabhängig von der Strömungsrichtung des Arbeitsmediums zunächst die Drossel 6 und dann der Wärmeaustauscher 9 vom Arbeitsmedium durchströmt wird.
Nach Figur 3 liegen die verbraucherseitigen Aggregate 17, also Heizkörper bzw. Kühler, in einem gesonderten, über das in diesem Fall die Funktion eines Wärmeaustauschers erfüllende Aggregat 4 mit dem Vorrichtungskreislauf verbundenen Kreislauf.
Die nach der Erfindung verwertbare Restenergie bzw. Restwärme ergibt sich aus dem Molliere-Diagramm in Figur 4. Dem Standartkreislauf entspricht der Kurvenzug A-B-C-D-E-A. Beim Betreiben der Vorrichtung als Kühlsystem in Verbindung mit der Warmwasserbereitung
ORIGINAL INSPECTED
unter Ausnutzung der Restwärme kommt der Kurvenzug A'-B'-B-C-D-E-A-A' zustande. Verglichen mit dem Standartbetrieb ist die Kapazität der Kühlung um den Betrag i1-i2. Der Enthalpiezuwachs i1-i2 steht für die Vorwärmung des zu erwärmenden Gebrauch- bzw. Speisewassers zur Verfügung.
In Abwandlung kann die Zuordnung der Drossel(n) zum nach der Erfindung zusätzlich vorgesehenen Wärmeaustauscher dergestalt vorgesehen sein, daß der Wärmeaustauscher zunächst vom Restwärme· an den Wärmeaustauscher abgebenden Medium beaufschlagt wird und das Medium die Drossel(n) erst dann durchströmt.

Claims (5)

Patentansprüchef/1 '
1. Als Heizung zu betreibende, nach dem Prinzip der Wärmepumpe arbeitende Vorrichtung mit integrierter Warmwasserbereitung, bestehend aus einem Kompressor mit nachgeordnetem, als Kondensator wirkendem Heizkörper in der vom Kompressor abgehenden Ableitung und dem Heizkörper nachgeordnetem, als Verdampfer wirkenden Heizkessel oder dergleichen, dessen Ableitung in den Kompressor zurück verläuft, wobei in die Ableitung zwischen Kompressor und Heizkörper ein Wärmeaustauscher zur Warmwasserbereitung eingefügt ist, dadurch gekennzeichnet, daß in die Verbindungsleitung zwischen Heizkörper (4) und Heizkessel (5) ein weiterer Wärmeaustauscher (9) zur Vorwärmung des anschließend den ersten Wärmeaustauscher (2) zur Warmwasserbereitung durchlaufenden Wassers eingefügt ist.
2. Als Kühlsystem zu betreibende, nach dem Prinzip der Wärmepumpe arbeitende Vorrichtung mit integrierter Warmwasserbereitung, bestehend aus einem Kompressor mit nachgeordnetem, Wärme an die Umgebung abgebenden, als Kondensator wirkenden Aggregat in der vom Kompressor abgehenden Ablei-
tung und diesem Aggregat nachgeordnetem, als Verdampfer wirkenden Kühler, dessen Ableitung in den Kompressor zurückverläuft, wobei in die Ableitung zwischen Kompressor und Kondensator ein Wärmeaustauscher zur Warmwasserbereitung eingefügt ist, dadurch gekennzeichent, daß in die Verbindungsleitung zwischen dem Wärme an die Umgebung abgebenden Aggregat (5) und dem Kühler (4) ein weiterer Wärmeaustauscher (9) zur Vorwärmung des anschließend den ersten Wärmeaustauscher (2) zur Warmwasserbereitung durchlaufenden Wassers eingefügt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Verbindungsleitung zwischen dem Heizkörper (4) bzw. dem Wärme an die Umgebung abgebenden Aggregat (5) und dem Heizkessel (5) bzw. dem Kühler (4) eine Drossel (6) vorgesehen ist und der zusätzliche Wärmeaustauscher (9) in der Verbindungsleitung in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums hinter der Drossel (6) eingefügt ist.
4. Wahlweise als Heizung oder als Kühlsystem betreibbare Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitung vom Kompressor (1) hinter dem in die Ableitung eingefügten Wärmeaustauscher (2) in ein 4/2-Wegeventil
(3) mit Anschlüssen für Verbindungsleitungen zum Heizkessel bzw. das Wärme an die Umgebung abgebende Aggregat (5) sowie zum den Heizkörper bzw. den Kühler bildenden Aggregat (4) sowie für eine Rücklaufleitung zum Kompressor (1) dergestalt eingefügt ist, daß beim Betreiben der Vorrichtung als Heizung das Medium ausgehend vom Kompressor (1) zunächst den Heizkörper
(4) und anschließend den Heizkessel (5) durchläuft und sodann in den Kompressor (1) zurückverläuft, und beim Betreiben der Vorrichtung als Kühlsystem das Medium ausgehend vom Kompressor (1) zunächst das die Wärme an die Umgebung abgebende Aggregat (5) und anschließend den Kühler (4) durchläuft und sodann in den Kompressor (1) zurückverläuft, wobei zu beiden Seiten des in die Verbindungsleitung zwischen dem Heizkessel bzw. dem Wärme an die Umgebung abgebenden Aggregat (5) und dem Heizkörper bzw. dem Kühler (4) eingefügten Wärmeaustauschers (9) für das zu erwärmende Wasser Drosseln (6a, 6b) mit durch Rückschlagventile (10a, 10b) abgesicherten Umgehungen (11a, 11b) dergestalt eingefügt sind, daß jeweils die vor dem Wärmeaustauscher (9) liegende Drossel (6a bzw. 6b) durchflossen wird.
5. Wahlweise als Heizung oder als Kühlsystem betreibbare Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2,
ORIGINAL WSPEGTED
dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitung vom Kompressor (1) hinter dem in die Ableitung eingefügten Wärmeaustauscher (2) in ein 4/2-Wegeventil (3) mit Anschlüssen für Verbindungsleitungen zum Heizkessel bzw. das Wärme an die Umgebung abgebende Aggregat (5) sowie zum den Heizkörper bzw. den Kühler bildenden Aggregat (4) sowie für eine Rücklaufleitung zum Kompressor (1) dergestalt eingefügt ist, daß beim Betreiben der Vorrichtung als Heizung das Medium ausgehend vom Kompressor (1) zunächst den Heizkörper (4) und anschließend den Heizkessel (5) durchläuft und sodann in den Kompressor (1) zurückverläuft, und beim Betreiben der Vorrichtung als Kühlsystem das Medium ausgehend vom Kompressor (1) zunächst das die Wärme an die Umgebung abgebende Aggregat (5) und anschließend den Kühler (4) durchläuft und sodann in den Kompressor (1) zurückverläuft, wobei der dem in die Verbindungsleitung zwischen dem Heizkessel bzw. dem Wärme an die Umgebung abgebenden Aggregat (5) und dem Heizkörper bzw. dem Kühler (4) eingefügten Wärmeaustauscher (9) vorgelagerten Drossel (6) ein Durchflußrichtungsventil (12) zugeordnet ist. Abwandlung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel/n {6 bzw. 6a,6b)dem zusätzlich vorgesehenen Wärmeaustauscher (9) dergestalt zugeordnet sind,daß zunächst der
Wärmeaustauscher (9) und sodann die Drossel/n (6 bzw. 6a,6b) vom Medium durchströmt werden.
DE19853543072 1984-12-05 1985-12-05 Als heizung und/oder als kuehlsystem betreibbare, nach dem prinzip der waermepumpe arbeitende vorrichtung mit integrierter warmwasserbereitung Granted DE3543072A1 (de)

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