EP2920520A1 - Ventil zur umschaltung der wärmeströme einer wärmepumpe unter berücksichtigung der flussrichtungsumkehr in einem, im heizbetrieb mit der quellenseite der wärmepumpe verbundenen wärmetauscher - Google Patents

Ventil zur umschaltung der wärmeströme einer wärmepumpe unter berücksichtigung der flussrichtungsumkehr in einem, im heizbetrieb mit der quellenseite der wärmepumpe verbundenen wärmetauscher

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EP2920520A1
EP2920520A1 EP13789339.2A EP13789339A EP2920520A1 EP 2920520 A1 EP2920520 A1 EP 2920520A1 EP 13789339 A EP13789339 A EP 13789339A EP 2920520 A1 EP2920520 A1 EP 2920520A1
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EP
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heat
heat pump
valve
housing
heating
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EP13789339.2A
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Hansjürg Leibundgut
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Bs2 AG
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Definitions

  • the present invention relates to a valve arrangement for differently operating a heat pump
  • Heat pump cycle instead.
  • the heat pump changes the mode of operation by the evaporator to the condenser and the condenser to the evaporator. This way of
  • valve should give the opportunity to bypass the heat pump if necessary, to short-circuit the source and sink side directly and, for. in combination with a ground probe, a direct cooling, so-called “free cooling" of the building and / or a direct regeneration of the soil, for example with a thermal collector to allow.
  • Figures 3 and 4 show two exemplary embodiments of the inventive changeover valve schematically in section, also with a connected heat exchanger, which in Heating operation is connected to the source side of the heat pump;
  • Heat exchanger (e.g., ground probe) connected to the valve device.

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Abstract

Eine Ventilanordnung besteht aus einem Umschaltventil, aufweisend ein Gehäuse (7) mit mindestens vier Anschlussstutzen (8), verbunden mit einer Wärmepumpe, mindestens vier Anschlussstutzen (9), je mindestens zwei verbunden mit einer Wärmequelle und einer Wärmesenke, mit mindestens einem Ventilkörper (10) und einem Antriebselement, um den Ventilkörper relativ bezüglich der verschiedenen Anschlussstutzen im Gehäuse zu bewegen und aus einem im Heizbetrieb mit der Quellenseite der Wärmepumpe verbundenen Wärmetauscher (2), in welchem eine Flussrichtungsumkehr des Wärmeträgermediums erzeugbar ist, wenn zwischen Heizbetrieb und Kühlbetrieb umgeschaltet wird.

Description

Ventil zur Umschaltung der Wärmeströme einer Wärmepumpe unter Berücksichtigung der Flussrichtungsumkehr in einem, im Heizbetrieb mit der Quellenseite der Wärmepumpe
verbundenen Wärmetauscher
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilanordnung zum unterschiedlichen Betreiben einer Wärmepumpe durch
Umschaltung der Wärmeströme gemäss dem Oberbegriff nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum unterschiedlichen
Betreiben einer Wärmepumpe.
Mit Wärmepumpen können Gebäude sowohl beheizt. als auch gekühlt werden. Der Übergang vom Heizmodus zum Kühlmodus des Gebäudes kann auf unterschiedliche Weise erfolgen, erfordert aber eine aktive Umstellung entweder innerhalb der Wärmepumpe oder ausserhalb der Wärmepumpe bei der hydraulischen Verschaltung . Nur durch diese Umschaltung ist es möglich, dass z.B. im Kühlfall dem Gebäude Wärme entzogen werden kann, wo vorher im Heizfall Wärme abgegeben wurde.
In typischen Wärmepumpen-Anlagen, sowie bei den weit verbreiteten Klimageräten, welche für den Heiz- und
Kühlbetrieb ausgelegt sind, findet die Umschaltung im
Wärmepumpenkreislauf statt. Die Wärmepumpe wechselt dabei den Betriebsmodus, indem der Verdampfer zum Kondensator und der Kondensator zum Verdampfer wird. Diese Weise der
Umschaltung ist nicht ideal und führt zu Effizienzverlusten in einem der beiden Betriebsmodi, weil die Komponenten Verdampfer und Kondensator nicht identisch sind. Zudem verkompliziert sich der Kältemittelkreislauf um zusätzliche Ventiltechnik, welche für das Umschalten notwendig ist.
Aus Gründen der genannten Nachteile ist es wünschenswert, andere Möglichkeiten der Umschaltung zu verwenden. Eine weitere Möglichkeit ist beim Wechsel von einem
Betriebsmodus, z.B. Heizen in den anderen Modus, z.B.
Kühlen, den Wärmepumpenkreislauf unverändert zu belassen aber auf der Installationsseite, wie z.B. auch in DE
2542728 AI beschrieben, Wärmequelle und -senke zu
vertauschen. Dieses Vertauschen führt allerdings zu einer Vermischung der Medien zwischen Wärmequelle und -senke. Demnach eignet sich diese Art der äusseren Umschaltung nur, wenn quellen- und senkenseitig das gleiche Medium verwendet wird. Dadurch sind z.B. Luft-Wasser- und Sole-Wasser- Wärmepumpen ausgeschlossen, es sei denn, es werden
zusätzliche Wärmetauscher verwendet, welche die Vermischung der Medien verhindern.
Heute erstellte Wärmepumpen-Anlagen werden häufig mit
Erdsonden betrieben. Aufgrund des in gemässigten Klimazonen herrschenden natürlichen Temperaturgradienten im Erdreich ist es aus Effizienzgründen für das Heizen mittels
Wärmepumpen interessant, tiefe Erdsonden > 300 m zu
verwenden. Mit den heute standardmässig verwendeten U- /Doppel-U-Rohrsonden ist der Druckverlust für die
Medienzirkulation bei diesen grossen Tiefen erheblich. Zudem entsteht bei diesem Sondentyp ein thermischer
Kurzschluss, so dass das Potential tiefer
Erdsondenbohrungen nicht ausgenutzt werden kann. Als alternativer Sondentyp bieten sich z.B. sog. Koaxial- Erdsonden an. Bei solchen Sonden durchströmt das
Wärmeträgermedium ein aussenliegendes Rohr, sowie ein innenliegendes, idealerweise thermisch isoliertes
Zentralrohr geringeren Durchmessers. Zur besseren
Ausnutzung des Potentials hoher Temperaturen im Heizbetrieb der Wärmepumpe strömt das entwärmte Wärmeträgermedium in der Erdsonde im aussenliegenden Rohr in die Tiefe und wärmt sich kontinuierlich auf. Am Grund der Erdsonde ist die maximale Temperatur erreicht und das Wärmeträgermedium strömt im innenliegenden Zentralrohr zurück zur Wärmepumpe. Im Kühlbetrieb der Wärmepumpe werden die Wärmequelle und - Senke vertauscht und die Flussrichtung in der Erdsonde wird umgekehrt. Dadurch wird die abzuführende Wärme aus dem Kondensator der Wärmepumpe bei maximaler Temperatur am tiefsten Punkt der Erdsonde ins Erdreich zurückgebracht und dort effektiv eingespeichert. Das erwärmte
Wärmeträgermedium strömt also im Zentralrohr nach unten und im aussenliegenden Rohr zurück. Die Flussrichtungsumkehr in dem im Heizbetrieb quellenseitig mit der Wärmepumpe
verbundenen Wärmetauscher (Erdsonde) beim Wechsel vom Heiz- zum Kühlbetrieb wird nachfolgend mit Bezug auf Figur 1 näher erläutert.
Die Umschaltung der Wärmeströme auf der Installationsseite, anstelle der Kältemittelumschaltung in der Wärmepumpe, wird heute nur selten eingesetzt und mit heute verfügbaren
Ventiltypen (4-Weg, 3-Weg, Absperrventil, etc.) ergibt sich bei dieser Art der Umschaltung eine aufwändige Hydraulik mit mindestens 2 einzelnen Ventilen für die einfache
Umschaltung Heizen/Kühlen, mindestens 3 Ventilen für die Umschaltung inklusive Flussrichtungsumkehr der Erdsonde und einer hohen Anzahl Verbindungen, welche mit hohem
Installationsaufwand und entsprechenden Kosten verbunden ist. Der erhöhte Material- und Installationsaufwand für die Realisierung der äusseren Umschaltung und der zusätzlichen Flussrichtungsumkehr bremst die Verbreitung dieser Lösung. Es besteht aus diesem Grund ein Bedarf an technischen
Lösungen für eine Umschaltung der Wärmeströme inkl.
Flussrichtungsumkehr, welche einfach sind und mit einem reduzierten Material- und Installationsaufwand einhergehen.
Ein möglicher Lösungsansatz, wie z.B. in EP 0 967 447 AI beschrieben, bewirkt das Vertauschen von Wärmequelle und - senke mit einem einzelnen Ventil, bewerkstelligt aber keine Flussrichtungsumkehr in einer z.B angeschlossenen Koaxial- Erdsonde. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Möglichkeit der Umschaltung der Wärmeströme mit Flussrichtungsumkehr in einem, im Heizbetrieb mit der Quellenseite der Wärmepumpe verbundenen Wärmetauscher wie z.B. einer Erdsonde, vorzuschlagen, welche einfach ist und mit einem reduzierten Material- und Installationsaufwand ermöglicht wird. Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist es, wie ebenfalls in EP0967447 AI beschrieben, mit einem einzelnen Ventil eine einfache äussere Umschaltung für Wärmepumpen zu erreichen, welche sowohl auf der Quellen- als auch auf der Senkenseite das gleiche, flüssige Medium verwenden.
Das Ventil soll so beschaffen sein, dass in
unterschiedlichen Ausführungen nebst der einfachen
Umschaltung der Quellen- und Senkenseite auch eine
Flussrichtungsänderung, beispielsweise in einer Erdsonde, bewirkt werden kann. Zudem soll das Ventil die Möglichkeit geben, die Wärmepumpe bei Bedarf zu umgehen, um Quellen- und Senkenseite direkt kurzzuschliessen und z.B. im Verbund mit einer Erdsonde eine direkte Kühlung, sog. „free cooling" des Gebäudes und/oder eine direkte Regeneration des Erdreichs z.B. mit einem thermischen Kollektor zu ermöglichen .
Erfindungsgemäss vorgeschlagen wird eine Ventilanordnung zum unterschiedlichen Betreiben einer Wärmepumpe, wie zum Umschalten der Wärmeströme einer Wärmepumpe, gemäss dem Wortlaut nach Anspruch 1.
Vorgeschlagen wird, dass die Ventilanordnung aus einem Umschaltventil und einem Wärmetauscher besteht. Das
Umschaltventil weist ein Gehäuse auf mit mindestens vier Anschlussstutzen, verbunden mit der Wärmepumpe sowie mindestens vier Anschlussstutzen, je zwei davon verbunden mit einer Wärmequelle und einer Wärmesenke, mit mindestens einem Ventilkörper und einem Antriebselement, um den
Ventilkörper relativ bezüglich der verschiedenen
Anschlussstutzen im Gehäuse zu bewegen. Der Wärmetauscher ist derartig an das Ventil angeschlossen, dass er im
Heizbetrieb der Wärmepumpe mit dessen Quellenseite
verbunden ist und dass beim Übergang der Wärmepumpe vom Heizbetrieb in den Kühlbetrieb, die Flussrichtüng des Wärmeträgermediums in diesem Wärmetauscher umgekehrt wird. Beispielshaft wird als Wärmetauscher eine Koaxial-Erdsonde eingesetzt .
Gemäss einer Ausführungsvariante wird vorgeschlagen, dass der Ventilkörper des Umschaltventils Durchdringungen wie hohlraumartige Durchgänge aufweist, von welchen mindestens ein Teil, davon je mindestens zwei Anschlussstutzen im Gehäuse, je nach Betriebsmodus unterschiedlich miteinander verbindet .
Wiederum gemäss einer Ausführungsvariante wird
vorgeschlagen, dass der Ventilkörper rotations-symmetrisch ausgebildet ist, wie beispielsweise zylindrisch oder kugelförmig, und bezüglich des den Ventilkörper
mantelförmig umgebenden Gehäuses rotierbar ist, um die Anschlussstutzen unterschiedlich miteinander zu verbinden.
Gemäss einer weiteren Ausführungsvariante wird
vorgeschlagen, dass der Ventilkörper linear zum Gehäuse bewegbar ist, womit durch eine translatorische Bewegung die Anschlussstutzen je nach Betriebsmodus unterschiedlich miteinander verbindbar sind. Weitere Ausführungsvarianten der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen
charakterisiert.
Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zum
unterschiedlichen Betreiben einer Wärmepumpe durch
Umschaltung der Wärmeströme der Wärmepumpe gemäss dem
Wortlaut nach Anspruch 11.
Wiederum weitere Ausführungsvarianten des erfindungs- gemässen Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen charakterisiert .
Die Erfindung wird nun beispielsweise unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
Figuren la und lb ein Beispiel einer hydraulischen
Verschaltung eines Wärmepumpen-Systems mit der
erfindungsgemässen Ventilanordnung;
Figur 2 schematisch im Schnitt ein erfindungsgemässes Umschaltventil mit angeschlossenem Wärmetauscher, welcher im Heizbetrieb mit der Quellenseite der Wärmepumpe
verbunden ist;
Figuren 3 und 4 zwei beispielhafte Ausführungen des erfindungsgemässen Umschaltventils schematisch im Schnitt, ebenfalls mit angeschlossenem Wärmetauscher, welcher im Heizbetrieb mit der Quellenseite der Wärmepumpe verbunden ist ;
und Figur 5 schematisch verschiedene Betriebsmodi mit
Verbindungen zwischen den verschiedenen Anschlüssen des Umschaltventils und der Durchströmungsrichtung des
angeschlossenen Wärmetauschers, welcher im Heizbetrieb mit der Quellenseite der Wärmepumpe verbunden ist.
Die Figuren la und lb zeigen ein Beispiel einer
hydraulischen Verschaltung eines Wärmepumpensystems mit
Wärmepumpe 1, Koaxial-Erdsonde 2, thermischem Kollektor 3, Raumabgabesystem 4, Zirkulationspumpen 5 und
Ventilvorrichtung 6 der Ventilanordnung gemäss Erfindung. Figur la zeigt das System im Heizbetrieb resp. Figur lb das System im Kühlbetrieb mit jeweils beispielhaften
Betriebstemperaturen. Im Heizfall ist der Kreislauf des thermischen Kollektors ausgeschaltet und die Koxial- Erdsonde wird von aussen nach innen durchströmt (von α nach ß) . Im Kühlfall ist der Kreislauf des Kollektors
eingeschaltet, die Flussrichtung in der Koaxial-Erdsonde wird umgekehrt und die Durchströmung findet von innen nach aussen statt (von ß nach a) . Die Umkehrung der
Flussrichtung verhindert resp. begünstigt den
Wärmeaustausch zwischen Sondenfluid und dem Erdreich entlang der Sondenlänge selektiv.
Die äussere Umschaltung erlaubt einen konstanten und gleichsinnigen Betrieb des Kältekreislaufs der Wärmepumpe und erhöht dadurch die mittlere Effizienz der Wärmepumpe über beide Betriebsmodi Heizen und Kühlen betrachtet.
Die Erfindung reduziert die Komplexität der hydraulischen Installation, die sich bei der äusseren Umschaltung mit
Flussrichtungsumkehr mit klassischer Ventiltechnik ergibt, indem die Komplexität der Verschaltung innerhalb eines einzigen Ventils zu liegen kommt. Es reduziert sich dadurch der Installationsaufwand und es besteht das Potential, eine günstigere Lösung zu realisieren. Die Reduktion von
mindestens drei 4-Weg oder vier 3-Weg Ventilen für die Umschaltung Heizen/Kühlen inklusive Umkehr der
Flussrichtung in der Sonde auf ein einzelnes Ventil
verbessert durch den Platzgewinn auch die Möglichkeit der Integration der äusseren Umschaltung ins Gehäuse der
Wärmepumpe .
Des Weiteren erlaubt das Umschaltventil der Ventilanordnung eine einfache Integration von zusätzlichen Funktionen, wie z.B. das Umgehen der Wärmepumpe für einen „free cooling"-
Betrieb oder für die direkte Regeneration des Erdreichs mit einem thermischen Kollektor oder das Vertauschen der
Reihenfolge für die Durchströmung von Erdsonde und
thermischem Kollektor in Verbindung mit einer
Flussrichtungsumkehr bei der Koaxial-Erdsonde oder
sonstige . Erfindungsgemäss setzt sich das Umschaltventil der
Ventilanordnung wie in Figur 2 gezeigt, zusammen aus einem Gehäuse 7 mit Anschlussstutzen für die Wärmepumpe 8 und für die Quellen/Senken 9, einem Ventilkörper 10 und einem
Antriebselement 11 mit möglichen Erweiterungen der
Anschlussstutzen für die direkte Anbindung von z.B. einem thermischen Kollektor.
Der Ventilkörper 10 enthält Hohlräume resp.
Durchdringungen, welche die Anschlussstutzen der
Wärmepumpenseite 8 in einer bestimmten Weise mit den
Anschlussstutzen der Quellen-/Senkenseite 9 verbinden.
Welche Anschlussstutzen miteinander verbunden sind, hängt von dem jeweiligen Betriebsmodus (Heizen/Kühlen, „free cooling", Regeneration Erdreich, etc.) ab. Zudem ist es entgegen der Darstellung in Figur 2 möglich, dass die
Anschlüsse der Wärmepumpe und der Quellen-/Senken-Seite je beidseitig des Ventilkörpers angeordnet sein können.
Allenfalls können die Anschlüsse allseitig angeordnet sein.
Für die Ventilanordnung wie in Figur 2 gezeigt, sind für die Umschaltung der Wärmeströme gemäss beschriebener
Erfindung unterschiedliche Ausführungen möglich. Zwei mögliche Ausführungen werden durch eine rotative Bewegung um die x- respektive y-Achse umgeschaltet und basierend auf einem zylindrischen Ventilkörper mit Durchdringungen auf der Manteloberfläche respektive auf den Stirnseiten.
Weitere rotationssymmetrische Geometrien, wie z.B. eine Kugel, sind als Ventilkörper ebenfalls denkbar. Eine weitere Ausführung basiert auf einem Linearschieber, welcher durch eine translatorische Bewegung entlang der x- Achse oder quer dazu die Umschaltung bewirkt.
Charakteristisch für die Erfindung ist, dass die äussere Umschaltung und die Flussrichtungsumkehr in einem, im
Heizbetrieb mit der Quellenseite der Wärmepumpe verbundenem Wärmetauscher wie z.B. einer Erdsonde, innerhalb eines einzelnen Elements (Ventil) passiert und lediglich ein Stellelement für die Umschaltung erforderlich ist. Als alternative Ausführung zu jener in Figur 2 dargestellt, kann die Verschaltung der Anschlüsse auch im Gehäuse 7 definiert sein und statt des Ventilkörpers 10 auch eine einfache Steuerscheibe verwendet werden, welche selektiv gewisse Verbindungen im Gehäuse freigibt und andere trennt.
In Figur 3 und Figur 4 sind zwei beispielhafte Ausführungen der erfindungsgemässen Ventilanordnung dargestellt. Das Umschaltventil als Bestandteil dieser Ventilanordnung ist einerseits als Zylinder mit Rotation um die x-Achse (Figur 3) und als axialer Schieber mit Verschiebung entlang der x- Achse (Figur 4) im Schnitt dargestellt. Der Wärmetauscher, welcher im Heizbetrieb mit der Quellenseite der Wärmepumpe verbunden ist in beiden Ausführungen an das Umschaltventil angeschlossen. In beiden Ausführungen wird zwischen der Quellen- und Senkenseite umgeschaltet sowie die
Flussrichtung in dem angeschlossenen Wärmetauscher
umgekehrt . Die Stellung des zylindrischen Umschaltventils in Figur 3 oben zeigt den Heizbetrieb, so dass i mit A, ii mit C, ii mit B, und iv mit D verbunden sind. Der angeschlossene Wärmetauscher wird von Anschluss in Richtung Anschluss durchströmt. Im Kühlbetrieb (Figur 3 unten) sind die
Anschlüsse i mit C, ii mit A, iii mit D, und iv mit B, miteinander verbunden. Der angeschlossene Wärmetauscher wird von Anschluss ß in Richtung Anschluss durchströmt.
In Figur 4 oben ist das Ventil in der axialen Ausführung in der Stellung für den Heizbetrieb gezeigt, so dass ebenfalls i mit A, ii mit B, iii mit C und iv mit D verbunden sind. Bei dieser Ausführung wird die Verbindung zwischen iv und D im Heizfall nicht alleine durch den Ventilkörper, sondern über den Ventilkörper und den Gehäusehohlraum erreicht. Der angeschlossene Wärmetauscher wird von Anschluss in
Richtung Anschluss ß durchströmt. Im Kühlbetrieb (Figur 4 unten) sind die Anschlüsse i mit B, ii mit D, iii mit A, und iv mit C, miteinander verbunden. Die Verbindungen zwischen der Wärmepumpe und der Quelle/Senke sind im
Kühlfall für die gezeigte Anordnung wieder alleine durch den Ventilkörper hergestellt. Der angeschlossene
Wärmetauscher wird von Anschluss ß in Richtung Anschluss durchströmt .
Beispielhafte Darstellung der Verbindungen zwischen Wä pumpe und der Quellen-/Senkenseite, sowie
Durchströmungsrichtung des im Heizbetrieb mit der Quellenseite der Wärmepumpe verbundenen Wärmetauschers für unterschiedliche Betriebsmodi.
In Figur 5 sind für verschiedene Betriebsmodi die
Verbindungen zwischen den verschiedenen Anschlüssen der Ventilvorrichtung, sowie die Durchströmungsrichtung des angeschlossenen Wärmetauschers schematisch dargestellt. Für die äussere Umschaltung der Quellen- und Senkenseite inklusive Flussrichtungsumkehr (Figur 5, Stellung a-c) werden die Wärmepumpe, das Abgabesystern und ein
Wärmetauscher (z.B. Erdsonde) an die Ventilvorrichtung angeschlossen. Bei einer möglichen Erweiterung der
Ventilvorrichtung wird zusätzlich ein thermischer Kollektor an die Ventilvorrichtung angeschlossen (Figur 5, Stellung d-f) . Mit dieser Erweiterung ist es möglich, die
Reihenfolge für die Durchströmung von Erdsonde und
thermischem Kollektor beizubehalten, resp. zu . ertauschen, bei gleichzeitiger Umkehrung der Flussrichtung in der Erdsonde .
Bei den verschiedenen Betriebsmodi in Figur 5 handelt sich um die folgenden:
Stellung a: Heizen
Stellung b: Kühlen mit Umkehrung der Flussrichtung in der Erdsonde
Stellung c: Free cooling
Stellung d: mögliche Erweiterung; Heizen mit thermischem
Kollektor und Koaxial-Erdsonde Stellung e: mögliche Erweiterung; Kühlen mit thermischem Kollektor und Koaxial-Erdsonde
Stellung f: mögliche Erweiterung: Regeneration des
Erdreichs mit thermischem Kollektor
Legende
i Kondensator OUT
ii Verdampfer IN
iii Verdampfer OUT
iv Kondensator IN
A Raum VL
B ärmetauscheranschluss ß
C Wärmetauscheranschluss α
D Raum RL
E VL Therm. Kollektor
F RL Therm. Kollektor
Bei den in den Figuren 1 bis 5 dargestellten möglichen Ausführungsvarianten einer erfindungsgemässen Ventilanordnung sowie der beschriebenen Verfahren handelt es sich selbstverständlich nur um Beispiele für das bessere
Verständnis der vorliegenden Erfindung.
Insbesondere die dargestellten Ventilanordnungen sind lediglich Beispiele, und andere Ausführungsvarianten sind möglich. Beispielsweise denkbar ist, dass der Ventilkörper als Kugel ausgebildet ist und durch Rotation des Ventilkörpers innerhalb eines mantelförmig den Körper umgebenden Gehäuses, die verschiedenen Anschlüsse, wie unter Bezug auf Figur 5 dargestellt, miteinander verbunden werden können. Statt eines Schiebers kann
selbstverständlich auch ein Zylinder innerhalb eines
Gehäuses linear bewegt werden und gegebenenfalls können auch bereits Teile der Verbindungen innerhalb des Gehäuses vorgesehen sein. Ebenfalls denkbar ist eine Lösung als Linearschieber, welcher quer zur x-Achse verschoben wird und im Ventilkörper jeweils pro Position Durchdringungen entsprechend der Zahl der äusseren Anschlüsse enthält. Auf die Materialwahl für die Herstellung von Gehäuse und
Ventilkörper wird in der vorliegenden Erfindung nicht speziell eingegangen, da sowohl metallene Werkstoffe wie auch Polymer-, keramische - oder andere Werkstoffe, je nach Anforderung, verwendet werden können. Auch auf den Antrieb und die Steuerung des Ventils wird in der vorliegenden Erfindung nicht speziell eingegangen, da den Möglichkeiten keine Grenzen gesetzt sind.

Claims

Patentansprüche
1. Ventilanordnung, bestehend aus einem Umschaltventil aufweisend ein Gehäuse (7) mit mindestens vier
Anschlussstutzen (8), verbunden mit einer Wärmepumpe, mindestens vier Anschlussstutzen (9), je mindestens zwei verbunden mit einer Wärmeguelle und einer Wärmesenke, mit mindestens einem Ventilkörper (10) und einem
Antriebselement, um den Ventilkörper relativ bezüglich der verschiedenen Anschlussstutzen im Gehäuse zu bewegen und einem im Heizbetrieb mit der Quellenseite der Wärmepumpe verbundenen Wärmetauscher (2), in welchem eine
Flussrichtungsumkehr des Wärmeträgermediums erzeugbar ist, wenn zwischen Heizbetrieb und Kühlbetrieb umgeschaltet wird.
2. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (10) Durchdringungen oder hohlförmige Durchgänge aufweist, von welchen
mindestens einige je mindestens zwei Anschlussstutzen je nach Betriebsmodus unterschiedlich miteinander verbinden.
3. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper rotations- symmetrisch, wie zylindrisch oder kugelförmig ausgebildet ist und bezüglich des den Ventilkörper umgebenden Gehäuses rotierbar ist, um die Anschlussstutzen unterschiedlich miteinander zu verbinden.
4. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper linear zum Gehäuse bewegbar ist, womit durch eine translatorische Bewegung die Anschlussstutzen je nach Betriebsmodus
unterschiedlich miteinander verbindbar sind.
5. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement durch einen mechanischen Antrieb gebildet wird, wobei die
Steuerung manuell oder basierend bspw. auf elektrischer Energie erfolgt.
6. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Anschlüsse für einen Kondensator, mindestens zwei Anschlüsse für einen
Verdampfer, mindestens zwei Anschlüsse für einen Kühl- bzw. Wärmekreislauf und mindestens zwei Anschlüsse für eine. Wärmequelle/-senke und/oder -Speicher-Vorrichtung, wie z.B. Erdsonde, vorgesehen sind.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussstutzen derart
unterschiedlich verbindbar sind, dass die Wärmequelle und - senke der Wärmepumpe vertauscht werden und damit sowohl Heiz- wie Kühlbetrieb ermöglichen.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlüsse derart verbindbar sind, dass die Anschlussstutzen von Wärmequelle und Wärmesenke direkt miteinander verbindbar sind.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Anschlüsse im Gehäuse
vorgesehen sind für das Anschliessen von Zusatzgeräten wie thermische Kollektoren, weitere Kühl- oder Wärmekreisläufe,
Wärmespeicher, etc.
10. Wärmepumpen-System mit Wärmepumpe, Koaxial-Erdsonde, Raumabgabe-System, Zirkulationspumpen und gegebenenfalls thermischem Kollektor mit einer Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
11. Verfahren zum unterschiedlichen Betreiben einer
Wärmepumpe durch Umschaltung der Wärmeströme einer
Wärmepumpe, sowie zum Erreichen einer Flussrichtungsumkehr in einem im Heizbetrieb mit der Quellenseite der Wärmepumpe verbundenen Wärmetauscher, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe mit mindestens vier Anschlüssen an einem Gehäuse einer Ventilanordnung verbunden ist, sowie mindestens eine Wärmequelle und mindestens eine Wärmesenke ebenfalls mit mindestens je zwei Anschlüssen an demselben Gehäuse
verbunden sind und der unterschiedliche Betrieb erfolgt, indem die Anschlüsse mittels einem im Gehäuse angeordneten Ventilkörper durch Bewegen desselben in Bezug auf das
Gehäuse unterschiedlich miteinander verbunden werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, zum Beheizen oder Kühlen, eines Gebäudes unter Verwendung mindestens je einer
Wärmequelle/Wärmesenke wie z.B. ein Wärmeaufnahme/
Wärmeabgabesystem sowie eine Erdsonde, dadurch
gekennzeichnet, dass durch die Ventilkörper angeordnete
Durchdringungen oder hohlförmige Durchgänge die Anschlüsse von Wärmepumpe und Wärmequelle/Wärmesenke derart vertauscht werden, so dass eine unterschiedliche Nutzung der
Wärmepumpe (Heizen/Kühlen) ohne Umkehrung der inneren
Kältemittel-Ströme möglich wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch
gekennzeichnet, dass durch unterschiedliches Verbinden der Anschlüsse eine Umkehr der Flussrichtung, insbesondere in einer Koaxial-Erdsonde, erfolgt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass durch Anordnen weiterer Anschlüsse bei Verwendung eines oder mehrerer thermischer Kollektoren durch unterschiedliches Verbinden der Anschlüsse die
Beibehaltung der Reihenfolge der Durchströmung von
thermischen Kollektoren und Erdsonde gegebenenfalls bei gleichzeitiger Flussrichtungsumkehr der Erdsonde ermöglicht wird.
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