WO2003074952A1 - Device for generating thermal energy by utilizing latent heat of water and heat exchanger suitable for said purpose - Google Patents

Device for generating thermal energy by utilizing latent heat of water and heat exchanger suitable for said purpose Download PDF

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WO2003074952A1
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Marina Orth
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Karl-Heinz Hinrichs
Marina Orth
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Definitions

  • the invention relates to a standard device according to the preamble of claim 1 and a heat exchanger suitable for such a standard device.
  • Devices for the generation of thermal energy by using the latent heat of water generally have a heat pump, the evaporator of which interacts with a water reservoir via a water circuit. Devices of this type serve the purpose of using the conversion heat which arises in the water reservoir during the transition from water to ice and is also referred to as latent heat, since the resulting storage density of 84.4 kWh / m 3 is considerably greater than the storage density of water.
  • latent heat since the resulting storage density of 84.4 kWh / m 3 is considerably greater than the storage density of water.
  • problems arise when this principle is put into practice because the ice formed on the heat-conducting elements impedes the heat flow. Numerous means are therefore already known which are intended to serve to keep the heat-conducting elements free of ice, which in the context of the present application also means the periodic removal of ice that has already formed.
  • Forming ice should take place with the help of a heated or pressurized separation fluid and / or by mechanical crushing and / or by mechanical deformation of ice carriers provided in the heat exchanger.
  • a heated or pressurized separation fluid and / or by mechanical crushing and / or by mechanical deformation of ice carriers provided in the heat exchanger.
  • such means involve considerable technical effort, are not sufficiently reliable for practical applications and have high operating and investment costs.
  • the ice is to be blasted off by a mechanical deformation of an originally elliptical flow channel into a circular shape and then removed by flushing out with water.
  • the invention is based on the technical problem of designing the device of the type described at the outset and a heat exchanger suitable for it in such a way that it functions reliably, causes low investment, assembly and operating costs and essentially automatically replaces the operation layers of ice that form.
  • FIG. 1 shows a schematic circuit and functional diagram of a device according to the invention
  • FIG. 2 shows a plan view of a heat exchanger according to the invention for the device according to FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a schematic section along the line A - A of FIG. 2;
  • Fig. 4 is an enlarged detail of Fig. 2;
  • FIG. 5 shows a schematic side view of an exhaust air duct according to the invention for the additional use of the thermal energy contained in the exhaust air;
  • FIG. 6 shows a schematic front view of the exhaust air duct according to FIG. 5; and Fig. 7 shows schematically the example connection of a heat pump in a building.
  • a device for obtaining thermal energy using the latent heat of water mainly contains a heat pump 1 and a heat source in the form of a water reservoir 2.
  • the heat pump 1 can be any conventional, e.g. B. with a compressor and a circulating pump 3 heat pump, each having an evaporator (not shown) (cold side) and condenser (warm side).
  • the heat pump 1 has a flow 4 and a return 5 on the cold side.
  • the flow 4 is connected to the inlet of a flow channel or heat exchanger section 6 of a heat exchanger 7, which is arranged at the bottom of the water reservoir 2, while the outlet of the heat exchange section 6 to the Return 5 is connected.
  • the circuit mentioned is from a suitable heat exchange medium, for. B. water flows through.
  • the heat exchanger 7 extracts thermal energy from the water reservoir 2 in the water reservoir and therefore feeds the return 5 warmer water than it flows in from the supply 4, as a result of which the required heat of vaporization for the working or refrigerant of the heat pump 1 is applied.
  • the warm side of the heat pump 1 each has a flow and return 8 or 9, both of which are connected to a hot water tank 10 and heat the water supply therein, which in a building as hot water or as heating water for a wall or floor heating 11th can be used.
  • the water reservoir 2 can in a known manner as a several cubic meters, for. B. made of concrete cistern, which is arranged in a sufficient depth of a building or in the ground, so that the water supply in it by heat exchange with the surrounding earth, as indicated by arrows 12, is always kept at a sufficiently high temperature , which is above 0 ° C and is greater than the temperature of the water flowing in from the flow 4.
  • the measures explained below are provided to avoid ice formation or to detach ice layers that have already formed.
  • the heat exchanger 7 is designed according to the invention according to FIGS. 2 and 3.
  • the heat exchange section 6 contains a first section 6a, which is preferably designed as a hollow cylindrical tube with a straight axis 14 and has a circular cross section.
  • the lower end of section 6a is liquid-tight on a stand 15 which, for. B. consists of a perpendicular to the axis 14, plane-parallel plate.
  • a plurality of heat-conducting elements 16 are fastened to the section 6a and are provided with smooth heat-exchange surfaces 16a arranged essentially radially to the axis 14 and opposite one another.
  • the individual heat-conducting elements 16 preferably consist of plane-parallel plates, which surround the axis 14 in a star shape according to FIG. 2.
  • the heat-conducting elements 16 are preferably arranged partly on the outside and partly on the inside of the jacket of the section 6a, so that they partially protrude radially outwards from this and partially protrude inwards into the section 6a.
  • the production of the heat exchanger 7 from a highly thermally conductive material such. B. aluminum can therefore z. B. done in that the plate-shaped heat-conducting elements 16 are inserted into slots of the tubular section 6a running parallel to the axis 14 and are then connected to the latter by soldering or welding.
  • the entire unit can also be obtained by cutting to length from an aluminum profile produced by extrusion.
  • the heat exchange surfaces 16a are each formed by the opposite broad sides of the plate-shaped heat-conducting elements 16, as a result of which outer and inner chambers 17a and 17b (FIG. 2) are formed.
  • Section 6a has an inlet opening 18 in its jacket surface, to which a second section 6b of the heat exchange section 6 is connected in a watertight manner from the outside.
  • Section 6b exists preferably from a hollow cylindrical tube which is curved at its lower end and inserted into the inlet opening 18. This tube is conveniently arranged in one of the chambers 17a between two of the heat-conducting elements 16 and parallel to the axis 14, so that the entire heat exchanger 7 forms a compact structural unit.
  • the heat-conducting elements 16 are preferably provided with recesses 19 in their lower and projecting regions 6a so that they face the base 15 with a certain axial distance which is greater than the axial distance of the inlet opening 18 from the base 15. This creates a distribution space, by means of which water flowing through the section 6b is distributed to the inner chambers 17b without a substantial loss of pressure.
  • a coaxial, circular-edged cover plate 20 is watertightly fastened, which covers a cylindrical space 21, on which the inner edges of the heat-conducting elements 16 are radially opposed.
  • the outer cross section of the cover plate 20 is smaller than the inner cross section of the section 6a, so that gaps 6c remain between the outer edge of the cover plate 20 and the inner jacket of the section 6a.
  • the upper end of section 6a is covered at a location above the cover plate 21 with a further cover plate 22 which has an outlet opening to which a connecting piece 23 is connected in a watertight manner.
  • an end of the section 6b of the heat exchange section 6 protruding from the heat exchanger 7 is formed as a connecting piece 24.
  • the heat exchanger 7 according to FIG. 1 described with reference to FIGS. 2 and 3 is arranged with its base 15 on the bottom of the water reservoir 2, so that the axis 14 and the heat exchange surfaces 16a are arranged vertically.
  • the heat exchange surfaces 16a thereby come into intimate heat-conducting contact with the water supply located in the water reservoir 2, which reaches up to a schematically indicated water level 2a.
  • the connecting pieces 23, 24 are connected to the return 5 or flow 4 via watertight lines. According to a further advantageous feature of the invention, it is provided to connect the feed line 4 to a second circuit which is used to heat the water flowing through the heat exchange section 6.
  • This second circuit contains a first flow line 25, which begins at the outlet of a heat exchanger 26 and ends at a branch 27, which is provided in the line leading from the inlet 4 to the connecting piece 24, and a second flow line 28, which starts from a branch 29, which is arranged in the line leading from the connecting piece 23 to the return 5 and ends at the input of the heat exchanger 26.
  • the heat exchanger 26 can be an air / air heat exchanger which interacts with the surrounding atmosphere, but preferably consists of a solar absorber or collector mounted on the roof of a building or the like. 28 heated running water, which like the water coming from the heat pump 1 is enriched with an antifreeze.
  • a circulation pump 30 is also connected in the flow line 28. To prevent the water circulating in the flow lines 25, 28 through the flow 4 to
  • Heat pump 1 arrives, a check valve 31 is provided between this and the branch 27.
  • Rainwater can be used for additional heating of the water in the water reservoir 2, which is introduced into the open-top container of the water reservoir 2 via an inlet channel 32.
  • a further heat exchanger 33 which serves for heat recovery, in the line between the connecting piece 23 and the return 5, to which warm waste water from showers, dishwashers or the like or warm exhaust air from a building or the like can be used by means of a line 34 is supplied to additionally heat the water supplied to the heat pump 1.
  • the heat pump 1 is always switched on when there is a need for thermal energy for the hot water tank 10.
  • the cold side i.e. H. on lead 4
  • e.g. B. water of -10 ° C which enters the connecting piece 24 in the section 6b, then passes through the inlet opening 18 in the section 6a, this leaves through the openings 6c and the connecting piece 23 and finally through the return 5 back to Evaporator side of the heat pump 1 flows.
  • the water in the water reservoir 2 is heated so that it is in the return z. B. has a temperature of 0 ° C. It is noteworthy that the coefficient of performance of a conventional heat pump not only depends on the temperature difference between the flow and return, but above all increases substantially linearly with the level of the return temperature.
  • an ice layer forms on the heat exchange surfaces 16a (FIG. 2), the thickness of which depends on how often the heat pump 1 is switched on.
  • the ice layer that is formed is indicated in FIG. 2 by rod-shaped ice blocks 38 that arise between the heat-conducting elements 16 or in the outer chambers 17a. Ice formation is used on the one hand to use the latent heat of 84 kWh / m 3 released during the transition from water to ice and to be able to use comparatively small water reservoirs. On the other hand, however, the ice sheet surrounding the heat exchanger 7 hinders the transfer of heat from the outside water layers into the heat exchange section 6. Normally, the heat pump 1 would therefore switch off automatically as soon as the temperature difference between the supply and return lines 4.5 is no longer sufficiently large. According to the invention, this is avoided by providing a circuit through the heat exchanger 26 parallel to the heat pump circuit.
  • Circulation pump 30 to heat the water coming from the feed 4 by mixing in the region of the branch 27 to a temperature above 0 ° C. before it enters the heat exchange section 6. This ensures that section 6a of the Heat exchange section 6 emits heat to the wall of the tube forming it and thus from the inside also to the heat-conducting elements 16. As a result, a thin water film is formed between the heat exchange surfaces 16a and the ice blocks 38, which causes the ice to be detached from the heat exchange surfaces 16 and immediately rise due to the buoyancy up to the water level 2a of the water reservoir 1, as in FIG 1 is indicated with the reference number 39.
  • the height of the storage tank 2, which is preferably open at the top, is preferably chosen at least so much greater than the height of the heat exchanger 7 that the heat exchange surfaces 16a remain largely ice-free or are automatically made ice-free when the water tank 2 is full of water do not immediately convert the ice cubes 39 formed into water again due to geothermal energy or otherwise.
  • a water supply is provided above the heat exchanger 7, which is sufficiently large and to allow all the ice formed to float above the heat exchanger 7.
  • the temperature of the water which flows through the heat exchanger 26 and also the heat exchange section 6 is normally sufficient to completely detach the ice layers that have formed, so that they rise upwards and the heat pump 1 already when it is renewed Switching on again can work with optimal efficiency.
  • the pieces of ice 39 are usually thawed again gradually by the thermal energy introduced into the water reservoir 2 by means of geothermal energy. But it would also be possible to layer the pieces of ice 39 in cold days, e.g. B. during winter, to grow more and more, then gradually eliminate them in summer with the help of geothermal energy or the heat exchanger 26. As a result, the thawing of the ice layer can be postponed to a later point in time and the heat required for this can be obtained from energy that is otherwise useless.
  • Water reservoir 2 to section 6a of the heat exchange section 6 is always sufficiently good. It is not necessary to apply the full conversion energy of 84 kWh / m 3 . Rather, a very small part of it is sufficient to thin water films form and thereby detach the ice blocks 38 where they adhere to the heat exchange surfaces 16a in the chambers 17a.
  • the entire device can be manufactured inexpensively and operated without interference.
  • the heat generated by the heat exchanger 26 can be used directly for hot water preparation via the three-way valves 35, 36 whenever it is not required to detach the ice blocks 38. This applies in particular to the warmer seasons in which the heat pump 1 is practically not required if the overall device is dimensioned accordingly.
  • the automatic detachment of the ice blocks 38 is achieved mainly by thawing them essentially only in thin zones which are arranged between them and the vertically arranged, as smooth as possible heat exchange surfaces 16a.
  • Water reservoir 2 is consistently above 0 ° C, there is no or only a short time ice formation anyway. The formation of a thin film of water is therefore sufficient to completely separate the ice blocks 38 and to allow them to rise to the top. Because of the special design of the heat exchanger 7, the ice blocks 38 also do not have any areas surrounding the heat-conducting elements 16 in a ring, and there are also no other components or the like which obstruct the rising of the ice blocks 38. This applies even if ice formation should also take place in the inner chambers 17b (FIG. 2). Finally, since the heat-conducting elements 16 are arranged radially from the inside out, the ice blocks 38 also grow from the inside out, with the result that they never reach the radially outer ends of the heat-conducting elements 16 with the appropriate dimensions.
  • the heat exchanger 26 and the water storage device 2 are assigned temperature sensors and a control system is provided in such a way that the heat exchanger 26 is only switched on when the water flowing through the lines 25, 28 z. B. is at least 5 ° C warmer than the water in the water reservoir 2.
  • Another advantage of the device according to the invention is that the heat pump 1 can usually be operated in a very favorable power range, since the temperature in the return 5 is comparatively high. This applies in particular if additional waste heat (heat exchanger 34) or rainwater (feed channel 32) is used to preheat the water supplied to the heat pump 1. But even with the exclusive use of a heat exchanger 26 in the form of a solar absorber, the heating of the water flowing in the lines 25, 28 is sufficiently large even in the absence of sunshine due to the use of diffuse radiation, rain or wind.
  • the heat exchanger 26 is e.g. 5 to 7 constructed from plate elements 41 arranged parallel to one another, which are mounted on the roof or on a house wall and have flow channels 42 which are connected in a manner not shown to the flow lines 25, 28 according to FIG. 1.
  • Each plate element 41 is e.g. made up of two flexible plates 41a, 41b arranged parallel to each other and a flexible grid, not shown, arranged between them, which acts as a spacer and leaves the flow channels 42 free between the plates 41a, 41b.
  • At least one plate 41a, 41b is provided with connecting flanges or the like for connecting the flow channels 25, 28, as indicated schematically in FIGS. 5 and 6 by two connecting channels 43, 44 attached to the ends of the flow channels 42, each of which Extend over the entire width of the plate elements 41.
  • the plates 41a, 41b are particularly advantageous for. B. from polypropylene, a soft polyvinyl chloride (soft - PVC), polyurethane, a copolymer or a synthetic rubber with a high heat exchange - efficiency against solar energy, air or wind. So-called spacer fabrics made of polyester or nylon can be used as the grid network, so that the entire heat exchanger 26 can be composed of large-area mats. Plate elements 41 of this type are generally known (for example DE 30 33 451 AI, DE 36 11 916 AI) and therefore need not be explained in more detail to the person skilled in the art.
  • the plate elements 41 are further provided to arrange the plate elements 41 at a short distance from the roof surface, the house wall or the like, in order thereby to create a hollow space 45 (FIG. 5) between the undersides of the plate elements 41 and the respective roof tile or plaster layer or the like create.
  • the thickness or depth of the space 45 can e.g. 20 mm to 200 mm and is preferably about 60 mm to 100 mm.
  • the components that can be used to assemble the plate elements 41 are known per se and are therefore not shown individually.
  • the space 45 thus formed is expediently open on all sides.
  • the building is provided with at least one manifold 46, which receives exhaust air generated in the building on an input side and releases it into the intermediate space 45 on an output side.
  • a collecting line 46 is shown schematically in FIGS. 5 and 6. With its exit end 48, it projects through a roof and / or wall contraction 47 of the building and ends in the intermediate space 45.
  • the heat exchanger 26 is on a sloping roof, e.g. a gable roof, the plate elements 41 extending from the lower eaves 49 to the higher ridge 50.
  • the collecting line 46 preferably ends in the eaves area, so that the exhaust air is drawn off in the manner of a chimney extractor and flows in the direction of the arrows along the underside of the plate elements 41 until it reaches the free atmosphere in the ridge area. In the process, the exhaust air interacts intensively with the heat exchange medium flowing in the plate elements 41.
  • FIG. 6 and 7 show that different plate elements 41 can also be supplied with different exhaust air flows.
  • four are side by side in FIG horizontal manifolds 51 to 54 leading to the intermediate space 45 are provided, which are connected to different exhaust air sources and are used, for example, for collecting and forwarding the exhaust air from a living space, any household appliance such as an extractor hood or a clothes dryer or the usual duct ventilation.
  • FIG. 7 shows how these lines 51 to 54 are installed, for example, in a building and can also flow into the space 45 at locations other than the eaves area.
  • one exhaust air fan 55 can be connected to one or more of the lines.
  • the invention is not restricted to the exemplary embodiment described, which could be modified in many ways. This applies in particular to the special design of the heat exchanger 7. It is only necessary to ensure that the heat-conducting elements 16 are constructed in such a way that they themselves or their heat exchange surfaces 16a do not form any obstacles which prevent the ice blocks 38 formed from rising. Even more must be prevented that the ice blocks 38 ring the heat-conducting elements 16 in a ring and so that they must be practically completely dissolved before the heat-conducting elements 16 are ice-free again. Furthermore, it is in principle irrelevant from which material the heat exchanger 7 is made, provided that it is only a sufficiently good heat-conducting material.
  • the heat exchanger 7 can optionally also be made of plastic and by extrusion instead of metal, in particular aluminum.
  • the cross sections of sections 6a, 6b can also be other than circular, in particular e.g. be square, rectangular or oval.
  • the sections 6a, 6b can also assume a different position in the heat exchanger 7.
  • section 6b could be arranged radially inside instead of outside section 6a, in which case inlet opening 18 would be omitted.
  • the heat exchanger 26 can be operated with a different energy source than the sun and in particular can be an air / air heat exchanger in which the water flowing in the lines 25, 28 is heated by the air of the external atmosphere. This air could also be preheated by geothermal energy by drawing it in through a pipe that is long enough and deep enough (geothermal heat exchanger).

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  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

The invention relates to a device and a heat exchanger for generating thermal energy by utilizing latent heat of water. The inventive device contains a heat pump (1) with an inflow line (4) and a return line (5) for a heat exchanging medium, particularly water, a water storage container (2), a heat exchanger (7) arranged in the bottom area thereof, which comprises a heat exchanging section (6) that is cross-flown by the heat exchanging medium and is mounted between the inflow line (4) and the return line (5), in addition to means for keeping the heat exchanger (7) ice-free. According to the invention, the heat exchanger (7) has a plurality of heat conducting elements (16) that are connected in a thermally conductive manner to the heat exchanging section (6), said heat conducting elements being provided with smooth, heat exchanging surfaces (16a) that are arranged in a substantially vertical manner in the water storage container (2) and are intended for the formation of ice. The ice formed is detached from the heat exchanging surfaces (16a) by heating the heat exchanging medium that flows through the heat exchanging section (6) and by the automatic rise of the ice pieces (39) detached as a result of heating.

Description

Vorrichtung zur Gewinnung von Wärmeenergie durch Nutzung der Latentwärme von Wasser und dafür geeigneter WärmeaustauscherDevice for obtaining thermal energy by using latent heat from water and suitable heat exchangers
Die Erfindung betrifft eine Norrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einen für eine solche Norrichtung geeigneten Wärmeaustauscher.The invention relates to a standard device according to the preamble of claim 1 and a heat exchanger suitable for such a standard device.
Vorrichtungen zur Gewinnung von Wärmeenergie durch Nutzung der Latentwärme von Wasser weisen in der Regel eine Wärmepumpe auf, deren Verdampfer über einen Wasserkreislauf mit einem Wasserspeicher zusammenwirkt. Derartige Vorrichtungen dienen dem Zweck, die im Wasserspeicher beim Übergang von Wasser auf Eis entstehende, auch als Latentwärme bezeichnete Umwandlungswärme zu nutzen, da die sich hierbei ergebende Speicherdichte mit 84,4 kWh/m3 erheblich größer als die Speicherdichte von Wasser ist. Bei der Umsetzung dieses Prinzips in die Praxis ergeben sich jedoch Probleme, da das an den Wärmeleitelementen gebildete Eis den Wärmestrom behindert. Es sind daher bereits zahlreiche Mittel bekannt geworden, die dazu dienen sollen, die Wärmeleitelemente von Eis freizuhalten, worunter im Rahmen der vorliegenden Anmeldung auch das periodische Entfernen von bereits gebildetem Eis verstanden wird.Devices for the generation of thermal energy by using the latent heat of water generally have a heat pump, the evaporator of which interacts with a water reservoir via a water circuit. Devices of this type serve the purpose of using the conversion heat which arises in the water reservoir during the transition from water to ice and is also referred to as latent heat, since the resulting storage density of 84.4 kWh / m 3 is considerably greater than the storage density of water. However, problems arise when this principle is put into practice because the ice formed on the heat-conducting elements impedes the heat flow. Numerous means are therefore already known which are intended to serve to keep the heat-conducting elements free of ice, which in the context of the present application also means the periodic removal of ice that has already formed.
Bei einer bekannten Vorrichtung der eingangs bezeichneten Gattung (DE 198 39 867 AI) enthält ein nicht näher beschriebener Wärmeaustauscher (Absorber), der im wesentlichen aus einem Schlangenlinien- bzw. mäanderförmig ausgebildeten, mit seinen langen Seiten horizontal im Wasserspeicher angeordneten Strömungskanal besteht. Die Ablösung von WIn a known device of the type described at the beginning (DE 198 39 867 AI) contains a heat exchanger (absorber), which is not described in detail and which essentially consists of a serpentine or meandering flow channel with its long sides arranged horizontally in the water reservoir. The replacement of W
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sich bildendem Eis soll mit Hilfe eines erwärmten oder mit Druck beaufschla ten Trennfluids und/oder durch mechanisches Zerkleinern und/oder durch mechanische Verformung von im Wärmeaustauscher vorgesehenen Eisträgern erfolgen. Derartige Mittel bringen allerdings einen erheblichen technischen Aufwand mit sich, sind für praktische Anwendungen nicht ausreichend betriebssicher und haben hohe Betriebs- und Investitionskosten zur Folge. Bei einer ähnlichen Vorrichtung dieser Art (CH-PS 231 449) soll das Eis durch mechanische Verformung eines ursprünglich elliptischen Strömungskanals in eine Kreisform von diesem abgesprengt und dann durch Ausschwemmen mittels Wasser entfernt werden.Forming ice should take place with the help of a heated or pressurized separation fluid and / or by mechanical crushing and / or by mechanical deformation of ice carriers provided in the heat exchanger. However, such means involve considerable technical effort, are not sufficiently reliable for practical applications and have high operating and investment costs. In a similar device of this type (CH-PS 231 449), the ice is to be blasted off by a mechanical deformation of an originally elliptical flow channel into a circular shape and then removed by flushing out with water.
Daneben sind zahlreiche Vorrichtungen bekannt, bei denen die Wärmeaustauscher zwar nicht am Boden des Wasserspeichers angeordnet sind, die aber ebenfalls Mittel zur Freihaltung der Wärmeaustauscher von Eis aufweisen. Diese bestehen entweder ebenfalls aus mechanisch wirkenden Einrichtungen zum Absprengen des sich bildenden Eises (DE 26 37 784 C2) oder aus Einrichtungen, die aufwendige oder mit sehr großenIn addition, numerous devices are known in which the heat exchangers are not arranged at the bottom of the water reservoir, but which also have means for keeping the heat exchangers free of ice. These either consist of mechanically acting devices for blasting off the ice that forms (DE 26 37 784 C2) or of devices that are complex or very large
Wasservorräten arbeitende Apparaturen (US-PS 5 207 075, DE 27 15 075 AI) erfordern.Water supplies working equipment (US-PS 5 207 075, DE 27 15 075 AI) require.
Weiterhin ist es bekannt, einen außerhalb des Wasserspeichers angeordneten Wärmeaustauscher vorzusehen (DE 44 05 991 Cl), der mit Wasser aus dem Wasserspeicher besprüht bzw. Übergossen wird und von dem die sich bildende Eisschicht dadurch abgelöst wird, daß der Wärmeaustauscher von Zeit zu Zeit mit dem Verflüssiger statt mit dem Verdampfer der Wärmepumpe verbunden wird. Auch eine solche Vorrichtung verursacht hohe Kosten, wenn ein einwandfreier Betrieb gewährleistet sein soll.Furthermore, it is known to provide a heat exchanger arranged outside the water reservoir (DE 44 05 991 Cl), which is sprayed or poured with water from the water reservoir and from which the ice layer that forms is detached by the heat exchanger being removed from time to time is connected to the condenser instead of to the evaporator of the heat pump. Such a device also causes high costs if perfect operation is to be guaranteed.
Schließlich ist es bekannt (DE 30 11 840 AI), im Wasserspeicher einen ersten Schlangenlinien- oder mäanderförmig verlegten Strömungskanal für den Verdampferkreislauf der Wärmepumpe und einen zweiten, entsprechend ausgebildeten Strömungskanal vorzusehen, der verhindern soll, daß sich die Eisschicht bis zu den Wandungen des Wasserspeichers ausdehnt und diese zum Platzen bringt. Zum Ablösen der Eisschichten muß wie bei anderen Systemen, die derartige Rohrschlangen als Strömungskanäle aufweisen, das gebildete Eis durch Anwendung von Wärmeenergie immer dann vollständig zwo. Schmelzen gebracht werden, wenn es den Wärmeübergang des Wärmeaustauschers merklich verschlechtert. Da sich die auf den Rohrschlangen bildenden und diese ringförmig bzw. zylindrisch umgebenden Eismäntel nicht selbständig lösen und nach oben aufsteigen können, erfordern derartige Anlagen praktisch einen genauso hohen Energieaufwand für das Ablösen von Eis wie für die Bildung von Eis, weshalb sie in der Praxis bisher nicht angewendet worden sind.Finally, it is known (DE 30 11 840 AI) to provide a first serpentine or meandering flow channel in the water storage for the evaporator circuit of the heat pump and a second, appropriately designed flow channel to prevent the layer of ice from reaching the walls of the water storage expands and bursts them. To remove the layers of ice, as in other systems which have such coils as flow channels, the ice formed must always be completely zwo by applying thermal energy. Melting can be brought if it significantly deteriorates the heat transfer of the heat exchanger. Since the coils forming on the coils and these ring-shaped or If the ice jackets surrounding the cylindrical shell cannot be removed independently and can rise to the top, such systems require practically the same amount of energy for the removal of ice as for the formation of ice, which is why they have not previously been used in practice.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, die Vorrichtung der eingangs bezeichneten Gattung und einen für diese geeigneten Wärmeaustauscher so auszubilden, daß sie betriebssicher arbeitet, geringe Investitions-, Montage- und Betriebskosten verursacht und eine beim Betrieb im wesentlichen automatisch erfolgende Ablösung der sich bildenden Eisschichten ermöglicht.Against this background, the invention is based on the technical problem of designing the device of the type described at the outset and a heat exchanger suitable for it in such a way that it functions reliably, causes low investment, assembly and operating costs and essentially automatically replaces the operation layers of ice that form.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.The characteristic features of claim 1 serve to solve this problem.
Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous features of the invention emerge from the subclaims.
Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below in connection with the accompanying drawings using an exemplary embodiment. Show it:
Fig. 1 ein schematisches Schalt- und Funktionsdiagramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;1 shows a schematic circuit and functional diagram of a device according to the invention;
Fig. 2 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher für die Vorrichtung nach Fig. 1; undFIG. 2 shows a plan view of a heat exchanger according to the invention for the device according to FIG. 1; and
Fig. 3 einen schematischen Schnitt längs der Linie A - A der Fig. 2;FIG. 3 shows a schematic section along the line A - A of FIG. 2;
Fig. 4 eine vergrößerte Einzelheit der Fig. 2;Fig. 4 is an enlarged detail of Fig. 2;
Fig. 5 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Abluftführung zur zusätzlichen Nutzung der in der Abluft enthaltenen Wärmeenergie;5 shows a schematic side view of an exhaust air duct according to the invention for the additional use of the thermal energy contained in the exhaust air;
Fig. 6 eine schematische Vorderansicht der Abluftführung nach Fig. 5; und Fig. 7 schematisch den beispiels weisen Anschluß einer Wärmepumpe in einem Gebäude.FIG. 6 shows a schematic front view of the exhaust air duct according to FIG. 5; and Fig. 7 shows schematically the example connection of a heat pump in a building.
Nach Fig. 1 enthält eine Vorrichtung zur Gewinnung von Wärmeenergie unter Nutzung der Latentwärme von Wasser hauptsächlich eine Wärmepumpe 1 und eine Wärmequelle in Form eines Wasserspeichers 2. Die Wärmepumpe 1 kann irgendeine herkömmliche, z. B. mit einem Kompressor und einer Umwälzpumpe 3 versehene Wärmepumpe sein, die je einen nicht dargestellten Verdampfer (kalte Seite) und Kondensator (warme Seite) aufweist. Die Wärmepumpe 1 hat auf der kalten Seite je einen Vorlauf 4 und Rücklauf 5. Der Vorlauf 4 ist mit dem Eingang eines Strömungskanals oder Wärmetauscherabschnitts 6 eines Wärmeaustauschers 7 verbunden, der am Boden des Wasserspeichers 2 angeordnet ist, während der Ausgang des Wärmeaustauschabschnitts 6 an den Rücklauf 5 angeschlossen ist. Der genannte Kreislauf wird von einem geeigneten Wärmeaustauschmedium, z. B. Wasser, durchströmt. Der Wärmeaustauscher 7 entzieht dem im Wasserspeicher 2 befindlichen Wasservorrat Wärmeenergie und führt dem Rücklauf 5 daher wärmeres Wasser zu, als ihm vom Vorlauf 4 zuströmt, wodurch die erforderliche Verdampfungswärme für das Arbeits- bzw. Kältemittel der Wärmepumpe 1 aufgebracht wird. Außerdem hat die warme Seite der Wärmepumpe 1 je einen Vor- und Rücklauf 8 bzw. 9, die beide mit einem Warmwasserspeicher 10 verbunden sind und den darin befindlichen Wasservorrat erwärmen, der in einem Gebäude als Warmwasser oder als Heizwasser für eine Wand- oder Fußbodenheizung 11 verwendet werden kann.According to FIG. 1, a device for obtaining thermal energy using the latent heat of water mainly contains a heat pump 1 and a heat source in the form of a water reservoir 2. The heat pump 1 can be any conventional, e.g. B. with a compressor and a circulating pump 3 heat pump, each having an evaporator (not shown) (cold side) and condenser (warm side). The heat pump 1 has a flow 4 and a return 5 on the cold side. The flow 4 is connected to the inlet of a flow channel or heat exchanger section 6 of a heat exchanger 7, which is arranged at the bottom of the water reservoir 2, while the outlet of the heat exchange section 6 to the Return 5 is connected. The circuit mentioned is from a suitable heat exchange medium, for. B. water flows through. The heat exchanger 7 extracts thermal energy from the water reservoir 2 in the water reservoir and therefore feeds the return 5 warmer water than it flows in from the supply 4, as a result of which the required heat of vaporization for the working or refrigerant of the heat pump 1 is applied. In addition, the warm side of the heat pump 1 each has a flow and return 8 or 9, both of which are connected to a hot water tank 10 and heat the water supply therein, which in a building as hot water or as heating water for a wall or floor heating 11th can be used.
Der Wasserspeicher 2 kann in bekannter Weise als eine mehrere Kubikmeter fassende, z. B. aus Beton hergestellte Zisterne ausgebildet sein, die in ausreichender Tiefe eines Gebäudes oder im Erdreich angeordnet ist, so daß der in ihr befindliche Wasservorrat durch Wärmeaustausch mit der umgebenden Erde, wie durch Pfeile 12 angedeutet ist, stets auf einer ausreichend hohen Temperatur gehalten wird, die oberhalb von 0 °C liegt und größer als die Temperatur des vom Vorlauf 4 her zuströmenden Wassers ist.The water reservoir 2 can in a known manner as a several cubic meters, for. B. made of concrete cistern, which is arranged in a sufficient depth of a building or in the ground, so that the water supply in it by heat exchange with the surrounding earth, as indicated by arrows 12, is always kept at a sufficiently high temperature , which is above 0 ° C and is greater than the temperature of the water flowing in from the flow 4.
Das vom Vorlauf 4 kommende Wasser, das mit einer ausreichenden Menge an Gefrier- bzw. Frostschutzmittel wie z. B. Glykol vermischt ist und z. B. eine Temperatur vonThe coming from the flow 4 water, which with a sufficient amount of antifreeze or antifreeze such. B. glycol is mixed and z. B. a temperature of
-10 °C annehmen kann, hat an denjenigen Flächen des Wärmeaustauschers 7, die mit dem im Wasserspeicher 2 befindlichen Wasservorrat in Berührung stehen, die Bildung von Eis zur Folge. Je dicker diese Eisschicht wird, um so schlechter ist der Wärmeübergang vom Wasserspeicher 2 zu dem im Wärmeaustauschabschnitt 6 fließenden Wasser, da die Eisschicht als Isolator wirkt. Es ist daher erforderlich, die Eisbildung zu vermeiden, wie dem Fachmann allgemein bekannt ist und nicht näher erläutert werden braucht (z. B. DE 30 11 840 AI, DE 44 05 991 Cl, DE 198 39 867 AI).Can assume -10 ° C, has the formation of ice on those surfaces of the heat exchanger 7 which are in contact with the water supply located in the water reservoir 2. The thicker this layer of ice becomes, the worse the heat transfer from the Water reservoir 2 to the water flowing in the heat exchange section 6, since the ice layer acts as an insulator. It is therefore necessary to avoid ice formation, as is generally known to the person skilled in the art and need not be explained in more detail (for example DE 30 11 840 AI, DE 44 05 991 Cl, DE 198 39 867 AI).
Erfindungsgemäß sind zur Vermeidung der Eisbildung bzw. zur Ablösung von bereits gebildeten Eisschichten die nachfolgend erläuterten Maßnahmen vorgesehen.According to the invention, the measures explained below are provided to avoid ice formation or to detach ice layers that have already formed.
Zunächst wird der Wärmeaustauscher 7 erfindungsgemäß entsprechend Fig. 2 und 3 ausgebildet. Danach enthält der Wärmeaustauschabschnitt 6 einen ersten Abschnitt 6a, der vorzugsweise als hohlzylindrisches Rohr mit gerader Achse 14 ausgebildet ist und einen kreisförmigen Querschnitt besitzt. Das untere Ende des Abschnitts 6a ist flüssigkeitsdicht auf einem Standfuß 15 befestigt, der z. B. aus einer senkrecht zur Achse 14 angeordneten, planparallelen Platte besteht. An dem Abschnitt 6a sind mehrere Wärmeleitelemente 16 befestigt, die mit glatten, im wesentlichen radial zur Achse 14 und einander gegenüberliegend angeordneten Wärmeaustauschflächen 16a versehen sind. Vorzugsweise bestehen die einzelnen Wärmeleitelemente 16 aus planparallelen Platten, die die Achse 14 entsprechend Fig. 2 sternförmig umgeben. Die Wärmeleitelemente 16 sind dabei vorzugsweise teils an der Außenseite und teils an der Innenseite des Mantels des Abschnitts 6a angeordnet, so daß sie von diesem teilweise radial nach außen abstehen und teilweise nach innen in den Abschnitt 6a hineinragen. Die Herstellung des Wärmeaustauschers 7 aus einem gut wärmeleitenden Material wie z. B. Aluminium kann daher z. B. dadurch erfolgen, daß die plattenförmigen Wärmeleitelemente 16 in parallel zur Achse 14 verlaufende Schlitze des rohrförmigen Abschnitts 6a eingesetzt und dann mit diesem durch Löten oder Schweißen verbunden werden. Alternativ kann die gesamte Einheit aber auch aus einem durch Strangpressen hergestellten Aluminiumprofil durch Ablängen erhalten werden. Die Warmeaustauschflachen 16a werden dabei jeweils durch die einander gegenüberliegenden Breitseiten der plattenförmigen Wärmeleitelemente 16 gebildet, wodurch äußere und innere Kammern 17a und 17b (Fig. 2) entstehen.First, the heat exchanger 7 is designed according to the invention according to FIGS. 2 and 3. Thereafter, the heat exchange section 6 contains a first section 6a, which is preferably designed as a hollow cylindrical tube with a straight axis 14 and has a circular cross section. The lower end of section 6a is liquid-tight on a stand 15 which, for. B. consists of a perpendicular to the axis 14, plane-parallel plate. A plurality of heat-conducting elements 16 are fastened to the section 6a and are provided with smooth heat-exchange surfaces 16a arranged essentially radially to the axis 14 and opposite one another. The individual heat-conducting elements 16 preferably consist of plane-parallel plates, which surround the axis 14 in a star shape according to FIG. 2. The heat-conducting elements 16 are preferably arranged partly on the outside and partly on the inside of the jacket of the section 6a, so that they partially protrude radially outwards from this and partially protrude inwards into the section 6a. The production of the heat exchanger 7 from a highly thermally conductive material such. B. aluminum can therefore z. B. done in that the plate-shaped heat-conducting elements 16 are inserted into slots of the tubular section 6a running parallel to the axis 14 and are then connected to the latter by soldering or welding. Alternatively, the entire unit can also be obtained by cutting to length from an aluminum profile produced by extrusion. The heat exchange surfaces 16a are each formed by the opposite broad sides of the plate-shaped heat-conducting elements 16, as a result of which outer and inner chambers 17a and 17b (FIG. 2) are formed.
Am unteren, dem Standfuß 15 zugeordneten Ende weist der Abschnitt 6a in seiner Mantelfäche eine Einlaßöffnung 18 auf, mit der von außen her ein zweiter Abschnitt 6b des Wärmeaustauschabschnitts 6 wasserdicht verbunden ist. Der Abschnitt 6b besteht vorzugsweise aus einem hohlzylindrischem Rohr, das an seinem unteren Ende entsprechend gekrümmt und in die Einlaßöffnung 18 eingesetzt ist. Dieses Rohr ist im übrigen zweckmäßig in einer der Kammern 17a zwischen zwei der Wärmeleitelemente 16 und parallel zur Achse 14 angeordnet, so daß der gesamte Wärmeaustauscher 7 eine kompakte Baueinheit bildet.At the lower end associated with the stand 15, the section 6a has an inlet opening 18 in its jacket surface, to which a second section 6b of the heat exchange section 6 is connected in a watertight manner from the outside. Section 6b exists preferably from a hollow cylindrical tube which is curved at its lower end and inserted into the inlet opening 18. This tube is conveniently arranged in one of the chambers 17a between two of the heat-conducting elements 16 and parallel to the axis 14, so that the entire heat exchanger 7 forms a compact structural unit.
Die Wärmeleitelemente 16 sind in ihren unteren und in den Abschnitt 6a ragenden Bereichen vorzugweise mit Ausnehmungen 19 versehen, damit sie dem Standfuß 15 mit einem gewissen axialen Abstand gegenüber stehen, der größer als der axiale Abstand der Einlaßöffnung 18 vom Standfuß 15 ist. Dadurch wird ein Verteilerraum geschaffen, mittels dessen durch den Abschnitt 6b zuströmendes Wasser ohne wesentlichen Druckverlust auf die inneren Kammern 17b verteilt wird.The heat-conducting elements 16 are preferably provided with recesses 19 in their lower and projecting regions 6a so that they face the base 15 with a certain axial distance which is greater than the axial distance of the inlet opening 18 from the base 15. This creates a distribution space, by means of which water flowing through the section 6b is distributed to the inner chambers 17b without a substantial loss of pressure.
Auf dem oberen Ende der in den Abschnitt 6a ragenden Teile der Wärmeleitelemente 16 ist eine koaxiale, kreisrande Abdeckplatte 20 wasserdicht befestigt, die einen zylindrischen Raum 21 abdeckt, an dem sich die inneren Ränder der Wärmeleitelemente 16 radial gegenüber stehen. Der Außenquerschnitt der Abdeckplatte 20 ist kleiner als der Innenquerschnitt des Abschnitts 6a, so daß zwischen dem äußeren Rand der Abdeckplatte 20 und dem Innenmantel des Abschnitts 6a Zwischenräume 6c verbleiben. Das obere Ende des Abschnitts 6a ist an einer oberhalb der Abdeckplatte 21 befindlichen Stelle mit einer weiteren Abdeckplatte 22 abgedeckt, die eine Auslaßöffnung aufweist, mit der ein Anschlußstutzen 23 wasserdicht verbunden ist. Außerdem ist ein aus dem Wärmeaustauscher 7 herausragendes Ende des Abschnitts 6b des Wärmeaustauschabschnitts 6 als Anschlußstutzen 24 ausgebildet.On the upper end of the parts of the heat-conducting elements 16 protruding into section 6a, a coaxial, circular-edged cover plate 20 is watertightly fastened, which covers a cylindrical space 21, on which the inner edges of the heat-conducting elements 16 are radially opposed. The outer cross section of the cover plate 20 is smaller than the inner cross section of the section 6a, so that gaps 6c remain between the outer edge of the cover plate 20 and the inner jacket of the section 6a. The upper end of section 6a is covered at a location above the cover plate 21 with a further cover plate 22 which has an outlet opening to which a connecting piece 23 is connected in a watertight manner. In addition, an end of the section 6b of the heat exchange section 6 protruding from the heat exchanger 7 is formed as a connecting piece 24.
Weiterhin wird der anhand der Fig. 2 und 3 beschriebene Wärmeaustauscher 7 gemäß Fig. 1 mit seinem Standfuß 15 am Boden des Wasserspeichers 2 angeordnet, so daß die Achse 14 und die Wärmeaustauschflächen 16a vertikal angeordnet sind. Die Wärmeaustauschflächen 16a kommen dadurch in innigen wärmeleitenden Kontakt mit dem im Wasserspeicher 2 befindlichen Wasservorrat, der bis zu einem schematisch angedeuteten Wasserspiegel 2a reicht. Die Anschlußstutzen 23, 24 werden über wasserdichte Leitungen mit dem Rücklauf 5 bzw. Vorlauf 4 verbunden. Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, den Vorlauf 4 mit einem zweiten Kreislauf zu verbinden, der zur Erwärmung des den Wärmeaustauschabschnitt 6 durchfließenden Wassers dient. Diese zweite Kreislauf enthält eine erste Strömungsleitung 25, die am Ausgang eines Wärmeaustauschers 26 beginnt und an einer Verzweigung 27 endet, die in der vom Vorlauf 4 zum Anschlußstutzen 24 führenden Leitung vorgesehen ist, und eine zweite Strömungsleitung 28, die von einer Verzweigung 29 ausgeht, die in der vom Anschlußstutzen 23 zum Rücklauf 5 führenden Leitung angeordnet ist und am Eingang des Wärmeaustauschers 26 endet. Der Wärmeaustauscher 26 kann ein Luft/Luft- Wärmeaustauscher sein, der mit der umgebenden Atmosphäre wechselwirkt, besteht aber vorzugsweise aus einem auf dem Dach eines Gebäudes od. dgl. montierten Solarabsorber bzw. -kollektor, der insbesondere bei Sonneneinstrahlung das in den Strömungsleitungen 25, 28 fließende Wasser erwärmt, das wie das von der Wärmepumpe 1 kommende Wasser mit einem Frostschutzmittel angereichert ist. In die Strömungsleitung 28 ist außerdem eine Umwälzpumpe 30 geschaltet. Um zu verhindern, daß das in den Strömungsleitungen 25, 28 zirkulierende Wasser durch den Vorlauf 4 zurFurthermore, the heat exchanger 7 according to FIG. 1 described with reference to FIGS. 2 and 3 is arranged with its base 15 on the bottom of the water reservoir 2, so that the axis 14 and the heat exchange surfaces 16a are arranged vertically. The heat exchange surfaces 16a thereby come into intimate heat-conducting contact with the water supply located in the water reservoir 2, which reaches up to a schematically indicated water level 2a. The connecting pieces 23, 24 are connected to the return 5 or flow 4 via watertight lines. According to a further advantageous feature of the invention, it is provided to connect the feed line 4 to a second circuit which is used to heat the water flowing through the heat exchange section 6. This second circuit contains a first flow line 25, which begins at the outlet of a heat exchanger 26 and ends at a branch 27, which is provided in the line leading from the inlet 4 to the connecting piece 24, and a second flow line 28, which starts from a branch 29, which is arranged in the line leading from the connecting piece 23 to the return 5 and ends at the input of the heat exchanger 26. The heat exchanger 26 can be an air / air heat exchanger which interacts with the surrounding atmosphere, but preferably consists of a solar absorber or collector mounted on the roof of a building or the like. 28 heated running water, which like the water coming from the heat pump 1 is enriched with an antifreeze. A circulation pump 30 is also connected in the flow line 28. To prevent the water circulating in the flow lines 25, 28 through the flow 4 to
Wärmepumpe 1 gelangt, ist zwischen diesem und der Verzeigung 27 ein Rückschlagventil 31 vorgesehen.Heat pump 1 arrives, a check valve 31 is provided between this and the branch 27.
Zur zusätzlichen Erwärmung des im Wasserspeicher 2 befindlichen Wassers kann Regenwasser dienen, das über eine Zulaufrinne 32 in den oben offenen Behälter des Wasserspeichers 2 eingeleitet wird.Rainwater can be used for additional heating of the water in the water reservoir 2, which is introduced into the open-top container of the water reservoir 2 via an inlet channel 32.
Ferner kann vorgesehen sein, in die Leitung zwischen dem Anschlußstutzen 23 und dem Rücklauf 5 einen weiteren, der Wärmerückgewinnung dienenden Wärmeaustauscher 33 anzuordnen, dem mittels einer Leitung 34 warmes Abwasser von Duschen, Spülmaschinen od. dgl. oder warme Abluft aus einem Gebäude od. dgl. zugeführt wird, um das der Wärmepumpe 1 zugeführte Wasser zusätzlich zu erwärmen.Furthermore, it can be provided to arrange a further heat exchanger 33, which serves for heat recovery, in the line between the connecting piece 23 and the return 5, to which warm waste water from showers, dishwashers or the like or warm exhaust air from a building or the like can be used by means of a line 34 is supplied to additionally heat the water supplied to the heat pump 1.
Schließlich ist es möglich, in der Strömungsleitung 25 wenigstens ein Dreiwegeventil 35, 36 vorzusehen, um das im Luft/Luft- oder Solarkreislauf erwärmte Wasser direkt einem Wärmeaustauscher 37 zuzuführen, der zur Zubereitung von Warmwasser und/oder Heizzwecken dient und im Warmwasserspeicher 10 angeordnet ist. Die beschriebene Vorrichtung arbeitet im wesentlichen wie folgt:Finally, it is possible to provide at least one three-way valve 35, 36 in the flow line 25 in order to supply the water heated in the air / air or solar circuit directly to a heat exchanger 37 which is used for the preparation of hot water and / or heating purposes and is arranged in the hot water tank 10 , The device described essentially works as follows:
Beim normalen Betrieb der Vorrichtung im Winter wird die Wärmepumpe 1 immer dann eingeschaltet, wenn Bedarf an Wärmeenergie für den Warmwasserspeicher 10 besteht. Dabei wird am Ausgang der kalten Seite, d. h. am Vorlauf 4, z. B. Wasser von -10 °C abgegeben, das beim Anschlußstutzen 24 in den Abschnitt 6b eintritt, dann durch die Einlaßöffnung 18 in den Abschnitt 6a gelangt, diesen durch die Öffnungen 6c und den Anschlußstutzen 23 hindurch verläßt und schließlich durch den Rücklauf 5 zurück zur Verdampferseite der Wärmepumpe 1 strömt. Dabei wird das Wasser im Wasserspeicher 2 erwärmt, so daß es im Rücklauf z. B. eine Temperatur von 0 °C besitzt. Dabei ist beachtlich, daß die Leistungszahl einer üblichen Wärmepumpe nicht nur von der Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf abhängt, sondern vor allem im wesentlichen linear mit der Höhe der Rücklauftemperatur ansteigt.During normal operation of the device in winter, the heat pump 1 is always switched on when there is a need for thermal energy for the hot water tank 10. At the exit of the cold side, i.e. H. on lead 4, e.g. B. water of -10 ° C, which enters the connecting piece 24 in the section 6b, then passes through the inlet opening 18 in the section 6a, this leaves through the openings 6c and the connecting piece 23 and finally through the return 5 back to Evaporator side of the heat pump 1 flows. The water in the water reservoir 2 is heated so that it is in the return z. B. has a temperature of 0 ° C. It is noteworthy that the coefficient of performance of a conventional heat pump not only depends on the temperature difference between the flow and return, but above all increases substantially linearly with the level of the return temperature.
Während des Betriebs der Wärmepumpe 1 bildet sich an den Wärmeaustauschflächen 16a (Fig. 2) eine Eisschicht, deren Dicke davon abhängt, wie häufig die Wärmepumpe 1 eingeschaltet wird. Die sich bildende Eisschicht ist in Fig. 2 durch zwischen den Wärmeleitelementen 16 bzw. in den äußeren Kammern 17a entstehende, stabförmige Eisklötze 38 angedeutet. Die Eisbildung wird einerseits dazu genutzt, die beim Übergang von Wasser zu Eis freiwerdende Latentwärme von 84 kWh/m3 zu nutzen und vergleichsweise kleine Wasserspeicher verwenden zu können. Andererseits behindert aber der den Wärmeaustauscher 7 umgebende Eispanzer den Übergang der Wärme von außen liegenden Wasserschichten in den Wärmeaustauschabschnitt 6. Normalerweise würde die Wärmepumpe 1 daher automatisch abschalten, sobald die Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf 4,5 nicht mehr ausreichend groß ist. Erfindungsgemäß wird dies dadurch vermieden, daß parallel zum Wärmepumpenkreislauf ein Kreislauf durch den Wärmeaustauscher 26 vorgesehen ist.During the operation of the heat pump 1, an ice layer forms on the heat exchange surfaces 16a (FIG. 2), the thickness of which depends on how often the heat pump 1 is switched on. The ice layer that is formed is indicated in FIG. 2 by rod-shaped ice blocks 38 that arise between the heat-conducting elements 16 or in the outer chambers 17a. Ice formation is used on the one hand to use the latent heat of 84 kWh / m 3 released during the transition from water to ice and to be able to use comparatively small water reservoirs. On the other hand, however, the ice sheet surrounding the heat exchanger 7 hinders the transfer of heat from the outside water layers into the heat exchange section 6. Normally, the heat pump 1 would therefore switch off automatically as soon as the temperature difference between the supply and return lines 4.5 is no longer sufficiently large. According to the invention, this is avoided by providing a circuit through the heat exchanger 26 parallel to the heat pump circuit.
Bei sonnigem, kaltem Wetter ist auch im Winter die Temperatur im Kreislauf des Wärmeaustauschers 26 zumindest tagsüber ausreichend groß, um bei eingeschalteterIn sunny, cold weather, even in winter, the temperature in the circuit of the heat exchanger 26 is sufficiently high, at least during the day, to be switched on
Umwälzpumpe 30 das vom Vorlauf 4 kommende Wasser durch Mischung im Bereich der Abzweigung 27 auf eine Temperatur oberhalb von 0 °C zu erwärmen, bevor es in den Wärmeaustauschabschnitt 6 eintritt. Dadurch wird erreicht, daß der Abschnitt 6a des Wärmeaustauschabschnitts 6 Wärme an die Wandung des ihn bildenden Rohrs und damit von innen her auch an die Wärmeleitelemente 16 abgibt. Als Folge davon wird zwischen den Wärmeaustauschflächen 16a und den Eisklötzen 38 ein dünner Wasserfilm gebildet, der bewirkt, daß das Eis von den Wärmeaustauschflächen 16 abgelöst bzw. abgesprengt wird und sofort aufgrund des Auftriebs bis zum Wasserspiegel 2a des Wasserspeichers 1 nach oben steigt, wie in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 39 angedeutet ist. Zu diesem Zweck wird die Höhe des vorzugsweise oben offenen Speicherbehälters 2 vorzugsweise zumindest um so viel größer als die Höhe des Wärmeaustauschers 7 gewählt, daß die Warmeaustauschflachen 16a bei voll mit Wasser gefülltem Wasserspeicher 2 auch dann weitgehend eisfrei bleiben oder automatisch eisfrei gemacht werden, wenn sich die gebildeten Eisstücke 39 nicht sofort durch die Erdwärme oder sonstwie wieder in Wasser umwandeln. Mit anderen Worten wird oberhalb des Wärmeaustauschers 7 ein Wasservorrat vorgesehen, der ausreichend groß ist und alles gebildete Eis oberhalb des Wärmeaustauschers 7 aufschwimmen zu lassen.Circulation pump 30 to heat the water coming from the feed 4 by mixing in the region of the branch 27 to a temperature above 0 ° C. before it enters the heat exchange section 6. This ensures that section 6a of the Heat exchange section 6 emits heat to the wall of the tube forming it and thus from the inside also to the heat-conducting elements 16. As a result, a thin water film is formed between the heat exchange surfaces 16a and the ice blocks 38, which causes the ice to be detached from the heat exchange surfaces 16 and immediately rise due to the buoyancy up to the water level 2a of the water reservoir 1, as in FIG 1 is indicated with the reference number 39. For this purpose, the height of the storage tank 2, which is preferably open at the top, is preferably chosen at least so much greater than the height of the heat exchanger 7 that the heat exchange surfaces 16a remain largely ice-free or are automatically made ice-free when the water tank 2 is full of water do not immediately convert the ice cubes 39 formed into water again due to geothermal energy or otherwise. In other words, a water supply is provided above the heat exchanger 7, which is sufficiently large and to allow all the ice formed to float above the heat exchanger 7.
In den Pausen zwischen aufeinander folgenden Betriebszyklen der Wärmepumpe 1 reicht normalerweise bereits die Temperatur des Wassers, das den Wärmeaustauscher 26 und auch den Wärmeaustauschabschnitt 6 durchfließt, zum vollständigen Ablösen von gebildeten Eisschichten aus, so daß diese nach oben aufsteigen und die Wärmepumpe 1 bereits beim erneuten Einschalten wieder mit optimalem Wirkungsgrad arbeiten kann. Dagegen werden die Eisstücke 39 in der Regel allmählich durch die mittels der Erdwärme in den Wasserspeicher 2 eingeführte Wärmeenergie wieder aufgetaut. Es wäre aber auch möglich, die Schicht der Eisstücke 39 in kalten Tagen, z. B. während des Winters, immer stärker anwachsen zu lassen, um sie dann im Sommer mit Hilfe der Erdwärme oder des Wärmeaustauschers 26 allmählich wieder zu beseitigen. Dadurch kann das Auftauen der Eisschicht auf einen späteren Zeitpunkt verlegt und die dazu erforderliche Wärme aus sonst nutzlos verbrauchter Energie gewonnen werden.In the pauses between successive operating cycles of the heat pump 1, the temperature of the water which flows through the heat exchanger 26 and also the heat exchange section 6 is normally sufficient to completely detach the ice layers that have formed, so that they rise upwards and the heat pump 1 already when it is renewed Switching on again can work with optimal efficiency. In contrast, the pieces of ice 39 are usually thawed again gradually by the thermal energy introduced into the water reservoir 2 by means of geothermal energy. But it would also be possible to layer the pieces of ice 39 in cold days, e.g. B. during winter, to grow more and more, then gradually eliminate them in summer with the help of geothermal energy or the heat exchanger 26. As a result, the thawing of the ice layer can be postponed to a later point in time and the heat required for this can be obtained from energy that is otherwise useless.
Unabhängig davon, wann die Eisschicht 39 aufgetaut wird, werden die Wärmeaustausch- flächen 16a weitgehend automatisch eisfrei gehalten, so daß der Wärmeübergang vomRegardless of when the ice layer 39 is thawed, the heat exchange surfaces 16a are kept largely automatically ice-free, so that the heat transfer from
Wasserspeicher 2 zum Abschnitt 6a des Wärmeaustauschabschnitts 6 stets ausreichend gut ist. Dabei ist es nicht erforderlich, die volle Umwandlungsenergie von 84 kWh/m3 aufzubringen. Vielmehr reicht ein sehr kleiner Teil davon aus, um dünne Wasserfilme zu bilden und dadurch die Eisklötze 38 dort, wo sie in den Kammern 17a an den Wärmeaustauschflächen 16a haften, abzulösen.Water reservoir 2 to section 6a of the heat exchange section 6 is always sufficiently good. It is not necessary to apply the full conversion energy of 84 kWh / m 3 . Rather, a very small part of it is sufficient to thin water films form and thereby detach the ice blocks 38 where they adhere to the heat exchange surfaces 16a in the chambers 17a.
Für den beschriebenen Automatismus sind keinerlei aufwendige Regel- oder Steuermecha- nismen erforderlich. Dadurch kann die gesamte Vorrichtung preisgünstig hergestellt und störunanfällig betrieben werden. Außerdem kann die vom Wärmeaustauscher 26 erzeugte Wärme immer dann, wenn sie nicht zum Ablösen der Eisklötze 38 benötigt wird, über die Dreiwegeventile 35, 36 direkt zur Warmwasserbereitung genutzt werden. Dies gilt insbesondere für die wärmeren Jahreszeiten, in denen die Wärmepumpe 1 bei entsprechen- der Dimensionierung der Gesamtvorrichtung praktisch nicht benötigt wird.No complex regulating or control mechanisms are required for the automatism described. As a result, the entire device can be manufactured inexpensively and operated without interference. In addition, the heat generated by the heat exchanger 26 can be used directly for hot water preparation via the three-way valves 35, 36 whenever it is not required to detach the ice blocks 38. This applies in particular to the warmer seasons in which the heat pump 1 is practically not required if the overall device is dimensioned accordingly.
Die automatisch erfolgende Ablösung der Eisklötze 38 wird hauptsächlich dadurch erreicht, daß diese im wesentlichen nur in dünnen Zonen aufgetaut werden, die zwischen ihnen und den vertikal angeordneten, möglichst glatten Wärmeaustauschflächen 16a angeordnet sind. Im unteren Bereich des Wärmeaustauschers 7, wo das Wasser imThe automatic detachment of the ice blocks 38 is achieved mainly by thawing them essentially only in thin zones which are arranged between them and the vertically arranged, as smooth as possible heat exchange surfaces 16a. In the lower area of the heat exchanger 7, where the water in
Wasserspeicher 2 durchweg oberhalb von 0 °C liegt, findet ohnehin keine oder nur eine kurzzeitige Eisbildung statt. Die Bildung eines dünnen Wasserfilms reicht daher aus, um die Eisklötze 38 völlig abzutrennen und nach oben aufsteigen zu lassen. Wegen der speziellen Gestaltung des Wärmeaustauschers 7 weisen die Eisklötze 38 außerdem keine die Wärmeleitelemente 16 ringförmig umgebenden Bereiche auf, und auch sonst sind keine das Hochsteigen der Eisklötze 38 behindernden Bauteile od. dgl. vorhanden. Das gilt selbst dann, wenn die Eisbildung auch in den inneren Kammern 17b (Fig. 2) stattfinden sollte. Da schließlich die Wärmeleitelemente 16 radial von innen nach außen angeordnet sind, wachsen die Eisklötze 38 ebenfalls von innen nach außen mit der Folge, daß sie bei passender Dimensiomerang die radial äußeren Enden der Wärmeleitelemente 16 niemals erreichen.Water reservoir 2 is consistently above 0 ° C, there is no or only a short time ice formation anyway. The formation of a thin film of water is therefore sufficient to completely separate the ice blocks 38 and to allow them to rise to the top. Because of the special design of the heat exchanger 7, the ice blocks 38 also do not have any areas surrounding the heat-conducting elements 16 in a ring, and there are also no other components or the like which obstruct the rising of the ice blocks 38. This applies even if ice formation should also take place in the inner chambers 17b (FIG. 2). Finally, since the heat-conducting elements 16 are arranged radially from the inside out, the ice blocks 38 also grow from the inside out, with the result that they never reach the radially outer ends of the heat-conducting elements 16 with the appropriate dimensions.
Im übrigen kann vorgesehen sein, dem Wärmeaustauscher 26 und dem Wasserspeicher 2 Temperaturfühler zuzuordnen und eine Steuerung derart vorzusehen, daß der Wärme- austauscher 26 nur eingeschaltet wird, wenn das die Leitungen 25, 28 durchströmende Wasser z. B. um wenigstens 5 °C wärmer als das im Wasserspeicher 2 befindliche Wasser ist. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß die Wärmepumpe 1 meistens in einem sehr günstigen Leistungsbereich betrieben werden kann, da die Temperatur im Rücklauf 5 vergleichsweise groß ist. Dies gilt insbesondere dann, wenn zusätzlich Abwärme (Wärmeaustauscher 34) oder Regenwasser (Zulaufrinne 32) genutzt werden, um das der Wärmepumpe 1 zugeführte Wasser vorzuwärmen. Aber selbst bei ausschließlicher Anwendung eines Wärmeaustauschers 26 in Form eines Solarabsorbers ist die Erwärmung des in den Leitungen' 25, 28 strömenden Wassers auch bei fehlender Sonneneinstrahlung aufgrund der Nutzung von Diffusstrahlung, Regen oder Wind ausreichend groß.For the rest, it can be provided that the heat exchanger 26 and the water storage device 2 are assigned temperature sensors and a control system is provided in such a way that the heat exchanger 26 is only switched on when the water flowing through the lines 25, 28 z. B. is at least 5 ° C warmer than the water in the water reservoir 2. Another advantage of the device according to the invention is that the heat pump 1 can usually be operated in a very favorable power range, since the temperature in the return 5 is comparatively high. This applies in particular if additional waste heat (heat exchanger 34) or rainwater (feed channel 32) is used to preheat the water supplied to the heat pump 1. But even with the exclusive use of a heat exchanger 26 in the form of a solar absorber, the heating of the water flowing in the lines 25, 28 is sufficiently large even in the absence of sunshine due to the use of diffuse radiation, rain or wind.
Zur Steigerung des Wirkungsgrades des Wärmeaustauschers 26 ist erfindungsgemäß vorgesehen, die im Gebäude unvermeidlich entstehende Abluft zur zusätzlichen Erwärmung des den Wärmeaustauscher 26 durchströmenden Wärmeaustauschmediums zu nutzen. Zu diesem Zweck wird der Wärmeaustauscher 26 z.B. gemäß Fig. 5 bis 7 aus parallel zueinander angeordneten Plattenelementen 41 aufgebaut, die auf dem Dach oder an einer Hauswand montiert werden und Strömungskanäle 42 aufweisen, die in nicht näher dagestellter Weise mit den Strömungsleitungen 25, 28 nach Fig. 1 verbunden sind. Jedes Plattenelement 41 wird z.B. aus zwei flexiblen, parallel zueinander angeordneten Platten 41a, 41b und einem zwischen diesen angeordneten, nicht näher dargestellten, flexiblen Gitternetz aufgebaut, das als Abstandhalter wirkt und zwischen den Platten 41a, 41b die Strömungskanäle 42 frei läßt. Dabei ist wenigstens je eine Platte 41a, 41b mit Anschlußflanschen oder dgl. zum Anschluß der Strömungskanäle 25, 28 versehen, wie in Fig. 5 und 6 schematisch durch zwei an den Enden der Strömungskanäle 42 angebrachte Anschlußkanäle 43, 44 angedeutet ist, die sich jeweils über die gesamte Breite der Plattenelemente 41 erstrecken.To increase the efficiency of the heat exchanger 26, it is provided according to the invention to use the exhaust air which inevitably arises in the building for additional heating of the heat exchange medium flowing through the heat exchanger 26. For this purpose the heat exchanger 26 is e.g. 5 to 7 constructed from plate elements 41 arranged parallel to one another, which are mounted on the roof or on a house wall and have flow channels 42 which are connected in a manner not shown to the flow lines 25, 28 according to FIG. 1. Each plate element 41 is e.g. made up of two flexible plates 41a, 41b arranged parallel to each other and a flexible grid, not shown, arranged between them, which acts as a spacer and leaves the flow channels 42 free between the plates 41a, 41b. At least one plate 41a, 41b is provided with connecting flanges or the like for connecting the flow channels 25, 28, as indicated schematically in FIGS. 5 and 6 by two connecting channels 43, 44 attached to the ends of the flow channels 42, each of which Extend over the entire width of the plate elements 41.
Die Platten 41a, 41b bestehen mit besonderem Vorteil z. B. aus Polypropylen, einem weichen Polyvinylchlorid (Weich - PVC), Polyurethan, einem Mischpolymerisat oder einem sythetischen Kautschuk mit einem hohen Wärmeaustausch - Wirkungsgrad gegen- über Sonnenenergie, Luft oder Wind. Als Gitternetzwerk können sogenannte Abstandsgewebe aus Polyester oder Nylon verwendet werden, so daß der gesamte Wärmeaustauscher 26 aus großflächigen Matten zusammengesetzt werden kann. Plattenelemente 41 dieser Art sind allgemein bekannt (z.B. DE 30 33 451 AI, DE 36 11 916 AI) und brauchen dem Fachmann daher nicht näher erläutert werden.The plates 41a, 41b are particularly advantageous for. B. from polypropylene, a soft polyvinyl chloride (soft - PVC), polyurethane, a copolymer or a synthetic rubber with a high heat exchange - efficiency against solar energy, air or wind. So-called spacer fabrics made of polyester or nylon can be used as the grid network, so that the entire heat exchanger 26 can be composed of large-area mats. Plate elements 41 of this type are generally known (for example DE 30 33 451 AI, DE 36 11 916 AI) and therefore need not be explained in more detail to the person skilled in the art.
Erfindungsgemäß ist weiter vorgesehen, die Plattenelemente 41 mit einem geringen Abstand von der Dachfläche, der Hauswand oder dgl. anzuordnen um dadurch einen hohlen Zwischenraum 45 (Fig. 5) zwischen den Unterseiten der Plattenelemente 41 und der jeweiligen Dachziegel- oder Putzschicht oder dgl. zu schaffen. Die Dicke bzw. Tiefe des Zwischenraums 45 kann z.B. 20 mm bis 200 mm betragen und beträgt vorzugsweise ca. 60 mm bis 100 mm. Die zur Montage der Plattenelemente 41 verwendbaren Bauteile sind an sich bekannt und daher nicht einzeln dargestellt. Im übrigen ist der dadurch gebildete Zwischenraum 45 zweckmäßig nach allen Seiten offen.According to the invention, it is further provided to arrange the plate elements 41 at a short distance from the roof surface, the house wall or the like, in order thereby to create a hollow space 45 (FIG. 5) between the undersides of the plate elements 41 and the respective roof tile or plaster layer or the like create. The thickness or depth of the space 45 can e.g. 20 mm to 200 mm and is preferably about 60 mm to 100 mm. The components that can be used to assemble the plate elements 41 are known per se and are therefore not shown individually. In addition, the space 45 thus formed is expediently open on all sides.
Das Gebäude ist zur Nutzung der Abluft mit wenigstens einer Sammelleitung 46 versehen, die im Gebäude entstehende Abluft an einer Eingangsseite aufnimmt und an einer Ausgangsseite in den Zwischenraum 45 abgibt. In Fig. 5 und 6 ist eine solche Sammellei- tung 46 schematisch dargestellt. Sie durchragt mit ihrem Ausgangsende 48 eine Dach- und/oder Wandkonstraktion 47 des Gebäudes und endet im Zwischenraum 45. Dabei ist der Wärmeaustauscher 26 im Ausführangsbeispiel auf einem Schrägdach, z.B. einem Satteldach, montiert, wobei sich die Plattenelemente 41 von der tiefer gelegenen Traufe 49 bis zum höher gelegenen First 50 erstrecken. Die Sammelleitung 46 endet in diesem Fall vorzugsweise im Traufenbereich, damit die Abluft nach Art eines Kaminabzugs abgezogen wird und in Richtung der eingezeichneten Pfeile an der Unterseite der Plattenelemente 41 entlang strömt, bis sie im Firstbereich an die freie Atmosphäre gelangt. Dabei tritt die Abluft in intensive, wärmeaustauschende Wechselwirkung mit dem in den Plattenelementen 41 strömenden Wärmeaustauschmedium.To use the exhaust air, the building is provided with at least one manifold 46, which receives exhaust air generated in the building on an input side and releases it into the intermediate space 45 on an output side. Such a collecting line 46 is shown schematically in FIGS. 5 and 6. With its exit end 48, it projects through a roof and / or wall contraction 47 of the building and ends in the intermediate space 45. In the exemplary embodiment, the heat exchanger 26 is on a sloping roof, e.g. a gable roof, the plate elements 41 extending from the lower eaves 49 to the higher ridge 50. In this case, the collecting line 46 preferably ends in the eaves area, so that the exhaust air is drawn off in the manner of a chimney extractor and flows in the direction of the arrows along the underside of the plate elements 41 until it reaches the free atmosphere in the ridge area. In the process, the exhaust air interacts intensively with the heat exchange medium flowing in the plate elements 41.
Auf diese Weise wird insbesondere in in kalten Jahreszeiten, in denen das Gebäude stärker beheizt wird und die Abluft Temperaturen von 20 °C und mehr erreicht, eine gute Vorwärmung des Wärmeaustauschmediums erreicht, bevor dieses in den Wärmeaustauscher 7 eintritt. Gleichzeitig wird dadurch erreicht, daß die Rücklauftemperatur der Wärmepumppe 1 angehoben und damit deren Leistungszahl erheblich gesteigert wird.In this way, especially in cold seasons, in which the building is heated more intensely and the exhaust air reaches temperatures of 20 ° C. and more, good preheating of the heat exchange medium is achieved before it enters the heat exchanger 7. At the same time it is achieved that the return temperature of the heat pump 1 is raised and thus the coefficient of performance is increased considerably.
Fig. 6 und 7 zeigen, daß unterschiedlichen Plattenelementen 41 auch unterschiedliche Abluftströme zugeführt werden können. So sind in Fig. 6 z.B. vier nebeneinander liegende, zum Zwischenraum 45 führende Sammelleitungen 51 bis 54 vorgesehen, die an unterschiedliche Abluftquellen angeschlossen sind und z.B. zur Sammlung und Weiterleitung der Abluft eines Wohnraums, irgendeines Haushaltsgerätes wie z.B. einer Dunstabzugshaube oder eines Wäschetrockners oder aber auch der üblichen Kanalentlüftung dienen. In ähnlicher Weise zeigt Fig. 7, wie diese Leitungen 51 bis 54 z.B. in einem Gebäude verlegt sind und auch an anderen Stellen als dem Traufenbereich in den Zwischenraum 45 münden können. Dabei kann je nach Bedarf in eine oder mehrere der Leitungen je ein Abluft- Ventilator 55 geschaltet sein.6 and 7 show that different plate elements 41 can also be supplied with different exhaust air flows. For example, four are side by side in FIG horizontal manifolds 51 to 54 leading to the intermediate space 45 are provided, which are connected to different exhaust air sources and are used, for example, for collecting and forwarding the exhaust air from a living space, any household appliance such as an extractor hood or a clothes dryer or the usual duct ventilation. Similarly, FIG. 7 shows how these lines 51 to 54 are installed, for example, in a building and can also flow into the space 45 at locations other than the eaves area. Depending on requirements, one exhaust air fan 55 can be connected to one or more of the lines.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, das auf vielfache Weise abgewandelt werden könnte. Das gilt insbesondere für die spezielle Gestaltung des Wärmeaustauschers 7. Es ist lediglich darauf zu achten, daß die Wärmeleitelemente 16 so konstruiert sind, daß sie selbst bzw. ihre Wärmeaustauschflächen 16a keine Hindernisse bilden, die das Aufsteigen der gebildeten Eisklötze 38 verhindern. Erst recht muß verhindert werden, daß die Eisklötze 38 die Wärmeleitelemente 16 ringförmig und so umschließen, daß sie praktisch vollständig aufgelöst werden müssen, bevor die Wärmeleitelemente 16 wieder eisfrei sind. Weiterhin ist es im Prinzip gleichgültig, aus welchem Material der Wärmeaustauscher 7 hergestellt wird, sofern es sich nur um ein ausreichend gut wärmeleitendes Material handelt. Daher kann der Wärmeaustauscher 7 gegebenenfalls auch aus Kunststoff und durch Extrudieren anstatt aus Metall, insbesondere Aluminium, hergestellt werden. Auch die Querschnitte der Abschnitte 6a, 6b können anders als kreisrund, insbesondere z.B. quadratisch, rechteckig oder oval sein. Dabei können die Abschnitte 6a, 6b auch eine andere Lage im Wärmeaustauscher 7 einnehmen. Insbesondere könnte der Abschnitt 6b radial innerhalb statt außerhalb des Abschnitts 6a angeordnet sein, in welchem Fall die Einlaßöffnung 18 entfallen würde. Weiter kann der Wärmeaustauscher 26 mit einer anderen Energiequelle als der Sonne betrieben werden und insbesondere ein Luft/Luft- Wärmeaustauscher sein, bei dem das in den Leitungen 25, 28 strömende Wasser durch die Luft der äußeren Atmosphäre erwärmt wird. Diese Luft könnte außerdem zusätzlich durch Erdwärme vorgewärmt werden, indem sie durch eine ausreichend lange und ausreichend tief im Erdboden verlegte Leitung angesaugt wird (Erdwärmetauscher). Schließlich versteht sich, daß die verschiedenen Merkmale auch in anderen als den dargestellten und beschriebenen Kombinationen angewendet werden können. The invention is not restricted to the exemplary embodiment described, which could be modified in many ways. This applies in particular to the special design of the heat exchanger 7. It is only necessary to ensure that the heat-conducting elements 16 are constructed in such a way that they themselves or their heat exchange surfaces 16a do not form any obstacles which prevent the ice blocks 38 formed from rising. Even more must be prevented that the ice blocks 38 ring the heat-conducting elements 16 in a ring and so that they must be practically completely dissolved before the heat-conducting elements 16 are ice-free again. Furthermore, it is in principle irrelevant from which material the heat exchanger 7 is made, provided that it is only a sufficiently good heat-conducting material. Therefore, the heat exchanger 7 can optionally also be made of plastic and by extrusion instead of metal, in particular aluminum. The cross sections of sections 6a, 6b can also be other than circular, in particular e.g. be square, rectangular or oval. The sections 6a, 6b can also assume a different position in the heat exchanger 7. In particular, section 6b could be arranged radially inside instead of outside section 6a, in which case inlet opening 18 would be omitted. Furthermore, the heat exchanger 26 can be operated with a different energy source than the sun and in particular can be an air / air heat exchanger in which the water flowing in the lines 25, 28 is heated by the air of the external atmosphere. This air could also be preheated by geothermal energy by drawing it in through a pipe that is long enough and deep enough (geothermal heat exchanger). Finally, it goes without saying that the various features can also be used in combinations other than those shown and described.

Claims

Anspräche would appeal
1. Vorrichtung zur Gewinnung von Wärmeenergie durch Nutzung der Latentwärme von Wasser, enthaltend: eine Wärmepumpe (1) mit einem Vorlauf (4) und einem Rücklauf (5) für ein Wärmeaustauschmedium, einen Wasserspeicher (2), einen in einem unteren Bereich des Wasserspeichers (2) angeordneten Wärmeaustauscher (7) mit einem vom Wärmeaustauschmedium durchströmten, zwischen den Vorlauf (4) und dem Rücklauf (5) geschalteten Wärmeaustauschabschnitt (6), um dem Wasserspeicher (2) unter Eisbildung Wärme zu entziehen, und mit einem Mittel zum Freihalten des Wärmeaustauschers (7) von Eis dadurch, daß dieses zumindest zeitweilig vom Wärmeaustauscher (7) abgelöst wird und dann im Wasserspeicher (2) nach oben steigt, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher (7) eine Vielzahl von mit dem Wärmeaustauschabschnitt (6) in wärmeleitender Verbindung stehenden Wärmeleitelementen (16) aufweist, die mit glatten, im wesentlichen vertikal im Wasserspeicher (2) angeordneten, zur Eisbildung bestimmten Warmeaustauschflachen (16a) versehen sind, und daß die Ablösung des gebildeten Eises durch Erwärmung des im Strömungskanal fließenden Wärmeaustauschmediums erfolgt.1. Apparatus for obtaining thermal energy by using the latent heat of water, comprising: a heat pump (1) with a flow (4) and a return (5) for a heat exchange medium, a water reservoir (2), one in a lower area of the water reservoir (2) arranged heat exchanger (7) with a heat exchange medium through which the heat exchange medium flows, connected between the flow (4) and the return (5), in order to extract heat from the water reservoir (2) with the formation of ice, and with a means for keeping it free of the heat exchanger (7) of ice in that this is at least temporarily detached from the heat exchanger (7) and then rises in the water reservoir (2), characterized in that the heat exchanger (7) has a plurality of heat exchangers with the heat exchange section (6) Has thermally conductive connection standing heat-conducting elements (16), which with smooth, substantially vertically arranged in the water reservoir (2), for ice formation Un certain heat exchange surfaces (16a) are provided, and that the ice formed is detached by heating the heat exchange medium flowing in the flow channel.
2. Vorrichtung nach Ansprach 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauschabschnitt (6) einen im wesentlichen vertikal im Wasserspeicher angeordneten Abschnitt (6a) aufweist und die Wärmeleitelemente (16) radial zum Abschnitt (6a) stehen.2. Device according spoke 1, characterized in that the heat exchange section (6) has a substantially vertically arranged in the water storage section (6a) and the heat-conducting elements (16) are radial to the section (6a).
3. Vorrichtung nach Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitelemente (16) aus planparallelen Platten bestehen.3. Device according spoke 1 or 2, characterized in that the heat-conducting elements (16) consist of plane-parallel plates.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt (6a) ein hohlzylindrisches Rohr mit gerader Achse (14) ist.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the section (6a) is a hollow cylindrical tube with a straight axis (14).
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitelemente teils an der Außenseite des Abschnitts (6a) angeordnet sind und teilweise in diesen hineinragen. 5. Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the heat-conducting elements are partially arranged on the outside of the section (6a) and partially protrude into this.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorlauf (4) mit einem zweiten, zur Erwärmung des Wärmeaustauschmediums vor seinem Eintritt in den Wärmeaustauschabschnitt (6) bestimmten, einen weiteren Wärmeaustauscher (26) aufweisenden Kreislauf für ein Wärmeaustauschmedium verbunden ist.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the flow (4) with a second, for heating the heat exchange medium prior to its entry into the heat exchange section (6), another heat exchanger (26) having a circuit for a heat exchange medium connected is.
7. Vorrichtung nach Ansprach 6, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Wärmeaustauscher (26) ein Luft/Luft- Wärmeaustauscher oder ein Solarabsorber ist.7. The device according spoke 6, characterized in that the further heat exchanger (26) is an air / air heat exchanger or a solar absorber.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (26) unter Bildung eines Zwischenraums (45) mit geringem Abstand von einer Wand oder einem Dach eines Gebäudes angeordnet ist und der Zwischenraum (45) mit wenigstens einer im Gebäude verlegten Sammelleitung (46, 51 bis 54) für im Gebäude entstehende Abluft in Verbindung steht.8. Device according to one of claims 6 or 7, characterized in that the heat exchanger (26) is arranged to form a space (45) at a short distance from a wall or a roof of a building and the space (45) with at least one in Building-connected manifold (46, 51 to 54) is connected for exhaust air generated in the building.
9. Vorrichtung nach Ansprach 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelleitung (46) mit einer Mehrzahl von Räumen des Gebäudes in Verbindung steht.9. The device according spoke 8, characterized in that the manifold (46) is in communication with a plurality of rooms in the building.
10. Vorrichtung nach Ansprach 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelleitung (46) mit dem Abluftausgang wenigstens eines Haushaltsgeräts in Verbindung steht.10. The device according spoke 8 or 9, characterized in that the manifold (46) is connected to the exhaust outlet of at least one household appliance.
11. Vorrichtung nach einem der Anspräche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelleitung (46) mit der Kanalentlüftung des Gebäudes in Verbindung steht.11. Device according to one of the claims 8 to 10, characterized in that the collecting line (46) is connected to the duct ventilation of the building.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelleitung (46) bei einem an einem Schrägdach verlegten Wärmeaustauscher (26) im12. Device according to one of claims 8 to 11, characterized in that the manifold (46) in a heat exchanger (26) installed on a pitched roof in
Traufenbereich (49) in den Zwischenraum (45) mündet.Eaves area (49) opens into the intermediate space (45).
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kreislauf wenigstens ein Mehrwegeventil (35, 36) aufweist, mittels dessen er wahlweise an den Vorlauf (4) oder an einen Warmwasserspeicher (10) anschließbar ist.13. Device according to one of claims 6 to 12, characterized in that the second circuit has at least one multi-way valve (35, 36), by means of which it can be connected either to the flow (4) or to a hot water tank (10).
14. Vorrichtung nach einem der Anspräche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen in den Rücklauf (5) geschalteten, der Wärmerückgewinnung dienenden Wärme- austauscher (33) aufweist.14. The device according to any one of claims 1 to 13, characterized in that it is connected to the return (5), the heat recovery serving has exchanger (33).
15. Vorrichtung nach einem der Anspräche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserspeicher (2) mit einer Zulaufrinne (32) für Regenwasser in Verbindung steht.15. Device according to one of claims 1 to 14, characterized in that the water reservoir (2) is connected to an inlet channel (32) for rainwater.
16. Wärmeaustauscher für eine Vorrichtung zur Gewinnung von Energie durch Nutzung der Latentwärme von Wasser, enthaltend einen Wärmeaustauschabschnitt (6) und mit diesem in wärmeleitendem Kontakt stehende Wärmeleitelemente (16), dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitelemente (16) mit glatten, im wesentlichen radial zum Wärmeaustauschabschnitt (6) angeordneten Wärmeaustauschflächen (16a) versehen sind.16. Heat exchanger for a device for generating energy by using the latent heat of water, comprising a heat exchange section (6) and with this in heat-conducting contact heat-conducting elements (16), characterized in that the heat-conducting elements (16) with smooth, substantially radial to the heat exchange section (6) arranged heat exchange surfaces (16a) are provided.
17. Wärmeaustauscher nach Ansprach 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauschabschnitt (6) einen rohrförmigen Abschnitt (6a) mit gerader Achse (14) und sternförmig bzw. radial zu diesem angeordnete Wärmeleitelemente (16) enthält.17. Heat exchanger according spoke 16, characterized in that the heat exchange section (6) contains a tubular section (6a) with a straight axis (14) and star-shaped or radially arranged to this heat-conducting elements (16).
18. Wärmeaustauscher nach Ansprach 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitelemente (16) aus planparallelen Platten bestehen.18. Heat exchanger according spoke 16 or 17, characterized in that the heat-conducting elements (16) consist of plane-parallel plates.
19. Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitelemente (16) teils an der Außenseite des Abschnitts (6a) angeordnet sind und teilweise in diesen hineinragen.19. Heat exchanger according to one of claims 16 to 18, characterized in that the heat-conducting elements (16) are arranged partly on the outside of the section (6a) and partly protrude into it.
20. Wärmeaustauscher nach einem der Anspräche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt (6a) wasserdicht auf einem senkrecht zu seiner Achse (14) angeordneten Standfuß (15) befestigt ist.20. Heat exchanger according to one of claims 16 to 19, characterized in that the section (6a) is watertightly mounted on a stand (15) arranged perpendicular to its axis (14).
21. Wärmeaustauscher nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt (6a) an seinem dem Standfuß (15) zugeordneten Ende mit einer Einlaßöffnung (18) versehen ist.21. Heat exchanger according to claim 20, characterized in that the section (6a) at its end associated with the stand (15) is provided with an inlet opening (18).
22. Wärmeaustauscher nach Ansprach 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauschabschnitt (6) einen Rohrabschnitt (6b) enthält, der zwischen zwei Wärmeleitelementen (16) und parallel zum Abschnitt (6a) angeordnet und wasserdicht mit der Einlaßöffnung (18) verbunden ist.22. Heat exchanger according spoke 21, characterized in that the heat exchange section (6) contains a tube section (6b) which is arranged between two heat-conducting elements (16) and parallel to the section (6a) and waterproof with the Inlet opening (18) is connected.
23. Wärmeaustauscher nach einem der Anspräche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, der Wärmeaustauschabschnitt (6) einen zweiten, innerhalb des Abschnitts (6a) verlaufenden Abschnitt (6b) enthält. 23. Heat exchanger according to one of claims 17 to 22, characterized in that the heat exchange section (6) contains a second section (6b) running within the section (6a).
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