DE20203712U1 - Vorrichtung zur Gewinnung von Wärmeenergie mit einer Wärmepumpe - Google Patents

Description

DE 8302 Patentanwalt

Diplom-Physiker

Reinfried Frhr. v. Schorlemer

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Marina Orth, 34308 Bad Emstal
Günter Hinrichs, 22149 Hamburg

Vorrichtung zur Gewinnung von Wärmeenergie mit einer Wärmepumpe

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Vorrichtungen dieser Art werden in Gebäuden od. dgl. vielfach zur alleinigen oder zusätzlichen Erwärmung von Brauchwasser vorgesehen, das für Heizungsanlagen, Waschmaschinen, Geschirrspüler und andere Haushaltsgeräte, aber auch zum Duschen, Baden usw. benutzt wird. Als Wärmequelle für die Wärmepumpe dienen dabei z. B. Wasser, Luft oder Erdwärme. Besonders zweckmäßig ist in diesem Zusammenhang die Nutzung der Latentwärme von Wasser bzw. die in einem Wasserspeicher beim Übergang vom Wasser auf Eis entstehende, als Latentwärme bezeichnete Umwandlungswärme, da die sich hierbei ergebende Speicherdichte mit 84,4 kWh/m³ erheblich größer als die Speicherdichte von Wasser ist (z. B. DE 26 37 784 C2, DE 27 17 075 Al, DE 198 39 867 Al, US-PS 5 207 075).

Daneben ist es bekannt, in einem Gebäude vorhandenes, insbesondere warmes Brauch-

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wasser einer mehrfachen Benutzung zuzuführen, indem es z. B. zur Toilettenspülung benutzt oder mittels eines Wärmeaustauschers zur erneuten Warmwasserbereitung verwendet wird (z. B. DE 34 27 205 Al).

Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung das technische Problem zugrunde, die im Brauchwasser eines Gebäudes gespeicherte Wärmeenergie in einer Vorrichtung der eingangs bezeichneten Gattung nutzbar zu machen.

Zur Lösung dieses Problems dienen die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Die Erfindung bringt den wesentlichen Vorteil mit sich, daß die im Brauchwasser enthaltene Wärmeenergie zur zusätzlichen Erwärmung des auf der kalten Seite einer Wärmepumpe strömenden Wärmeaustauschermediums genutzt wird. Da die Leistungszahl einer üblichen Wärmepumpe nicht nur von der Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf abhängt, sondern vor allem weitgehend linear mit der Höhe der Rücklauftemperatur ansteigt, kann verbrauchtes, aber noch warmes Brauchwasser, das andernfalls ungenutzt in den Abwasserkanal gelangen würde, zur merklichen Steigerung des Wirkungsgrades der Wärmepumpe dienen, selbst wenn es das Wärmeaustauschmedium nur um wenige Grad erwärmt. Der Überlauf des Sammelbehälters sorgt dabei für eine praktisch wartungsfreie Funktion, da überschüssiges Wasser mittels des Überlaufs automatisch direkt in den Abwasserkanal gelangt.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen an einem Ausfuhrungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Schalt- und Funktionsdiagramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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Fig. 2 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher für die Vorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 3 einen schematischen Schnitt längs der Linie &Pgr;&Igr;-&Igr;&Pgr; der Fig. 1; Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt der Fig. 3;

Fig. 5 schematisch einen erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher zur zusätzlichen Nutzung der in Brauchwasser enthaltenen Wärmeenergie; und

Fig. 6 schematisch den beispielsweisen Anschluß des Wärmeaustauschers nach Fig. 4 in einem Gebäude.

Nach Fig. 1 enthält eine Vorrichtung zur Gewinnung von Wärmeenergie unter beispielsweiser 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 Wärmeaustauschabschnitts 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, &zgr;. 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 Wandoder Fußbodenheizung 11 verwendet werden kann.

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 Wärmeaiistaiüch rmtjdfcVjumjieterMenJErdej wie'dvfrchjPffeird 12 angedeutet ist, stets

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auf einer ausreichend hohen Temperatur gehalten wird, die oberhalb von 0 ⁰C liegt und meistens größer als die Temperatur des vom Vorlauf 4 her zuströmenden Wassers ist.

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 von -10 ⁰C 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, umso 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 Al, DE 44 05 991 Cl, DE 198 39 867 Al).

Erfindungsgemäß sind zur Vermeidung der Eisbildung bzw. zur Ablösung von bereits gebildeten Eisschichten die nachfolgend erläuterten Maßnahmen vorgesehen.

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 vefbüriieji'wirdfenj A4ternafiv'kahn^:die:gosarhte Einheit aber auch

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aus einem durch Strangpressen hergestellten Aluminiumprofil durch Ablängen erhalten werden. Die Wärmeaustauschflächen 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. 5

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.

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.

Auf dem oberen Ende der in den Abschnitt 6a ragenden Teile der Wärmeleitelemente ist eine koaxiale, kreisrunde 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.

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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 Verzeigung 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 zur Wärmepumpe 1 gelangt, ist zwischen diesem und der Verzweigung 27 ein Rückschlagventil 31 vorgesehen.

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.
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Erfindungsgemäß ist weiter vorgesehen, in der Leitung zwischen dem Anschlußstutzen und dem Rücklauf 5 einen weiteren, der Wärmerückgewinnung dienenden Wärmeaustauscher 33 anzuofdQ^vdern'initt'eJi^'einer'Leihmg'ei wrrass Abw#sspr von Duschen,

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Spühnaschinen od. dgl. aus einem Gebäude od. dgl. zugeführt wird, um das der Wärmepumpe 1 zugeführte Wasser zusätzlich zu erwärmen.

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:

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 ⁰C 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 erwärmt, so daß es im Rücklauf z. B. eine Temperatur von 0 ⁰C besitzt.

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 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.

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Bei sonnigem, kaltem Wetter ist auch im Winter die Temperatur im Kreislauf des Wärmeaustauschers 26 zumindest tagsüber ausreichend groß, um bei eingeschalteter Umwälzpumpe 30 das vom Vorlauf 4 kommende Wasser durch Mischung im Bereich der Abzweigung 27 auf eine Temperatur oberhalb von 0 ⁰C 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 zweckmäßig oben offenen Speicherbehälters 2 vorzugsweise zumindest um so viel größer als die Höhe des Wärmeaustauschers 7 gewählt, daß die Wärmeaustauschflächen 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.
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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.

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Unabhängig davon, wann die Eisschicht 39 aufgetaut wird, werden die Wärmeaustauschflachen 16a weitgehend automatisch eisfrei gehalten, so daß der Wärmeübergang vom 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.

Für den beschriebenen Automatismus sind keinerlei aufwendige Regel- oder Steuennechanismen 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 entsprechender Dimensionierung der Gesamtvorrichtung praktisch nicht benötigt wird.

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 im Wasserspeicher 2 durchweg oberhalb von 0 ⁰C 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 Dimensionierung die radial äußeren Enden der Wärmeleitelemente 16 niemals erreichen.

Ein weiterer Vöfteirder effindtm^s'gem'^e'n'VoYrJbb^ig'TyestihtidaHn, daß die Wärme-

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pumpe 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 33) 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.

Im übrigen kann vorgesehen sein, dem Wärmeaustauscher 26 und dem Wasserspeicher 2 Temperaturfühler zuzuordnen und eine Steuerung derart vorzusehen, daß der Wärmeaustauscher 26 nur eingeschaltet wird, wenn das die Leitungen 25, 28 durchströmende Wasser z. B. um wenigstens 5 ⁰C wärmer als das im Wasserspeicher 2 befindliche Wasser ist.
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Da die Leistungszahl einer üblichen Wärmepumpe nicht nur von der Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf abhängt, sondern auch weitgehend linear mit der Höhe der Rücklauftemperatur ansteigt, wird der Wärmeaustauscher 33 erfindungsgemäß insbesondere zur Vergrößerung der Rücklauftemperatur der Wärmepumpe 1 verwendet. Hierzu weist der Wärmeaustauscher 33 gemäß Fig. 5 und 6 einen beispielsweise 150 1 fassenden Sammelbehälter 40 auf, in dem der Vorlauf 4 und /oder Rücklauf 5 angeordnet ist und in den alles in einem Gebäude entstehende, vor allem warme Brauchwasser gesammelt wird, das z.B. über eine Leitung 41 zugeführt wird. Dabei wird unter Brauchwasser insbesondere warmes, normalerweise ungenutzt in einem Abfluß gelangendes Leitungswasser, ferner Bade- oder Duschwasser sowie Abwasser von Waschmaschinen oder Geschirrspülern verstanden. Damit der Sammelbehälter 40 nicht überläuft, ist er am oberen Ende mit einem Überlauf 42 versehen, der über eine Leitung 43 zum Abwasserkanal 44 führt.

Zur Erzielung eines guten Wärmeaustausche ist der Vorlauf 4 und/oder der Rücklauf 5 innerhalb des Sammelbehälters 40 vorzugsweise wendel- oder schlangenlinienförmig verlegt, wodurch eine große Wärmeaustauschfläche erhalten wird. Außerdem besteht zumindest der im Sammelbehälter 40 befindliche Teil des Vor- und/oder Rücklaufs 4,5 aus einem gut y'ivrfieieitejid&i·Material*'irKbfestfnttere: einfan Metall»

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Am Boden ist der Sammelbehälter 40 zweckmäßig mit einem ebenfalls in den Abwasserkanal 44 mündenden Auslauf 45 versehen, in dem ein steuerbares Ventil 46 angeordnet ist. Hierdurch ist es möglich, den Sammmelbehälter 40 von Zeit zu Zeit zu entleeren, z.B. zum Zwecke der Reinigung bzw. Spülung oder zum Ablassen von Brauchwasser, das sich bereits zu stark abgekühlt hat. Mit besonderem Vorteil wird der Sammelbehälter 40 außerdem mit einem Temperatursensor 47 versehen, der beim Erreichen einer voreingestellten, vergleichsweise tiefen Temperatur ein elektrisches Signal abgibt, das über eine geeignete Steuervorrichtung ein automatisches Öffnen des Ventils 46 bewirkt. Dabei wird der Temperatursensor 47 vorzugsweise so eingestellt, daß das Ventil 46 zumindest dann öffnet, wenn sich das im Sammelbehälter 40 befindliche Wasser in der Nähe des Gefrierpunkts befindet. Hierdurch wird verhindert, daß das in den Sammelbehälter 40 gelangende Wasser gefriert und der Wärmeaustauscher 33 damit weitgehend unbrauchbar wird. Im übrigen ist der Sammelbehälter 40 zweckmäßig mit einer guten Wärmeisolierung, mit einem oberen Deckel bzw. Geruchsverschluß und bei Bedarf mit einer Revisionsöffnung versehen, um Reinigungs- und Wartungsarbeiten durchführen zu können.

Mit besonderem Vorteil dient der Sammelbehälter 40 zur Erwärmung des den Vorlauf 4 durchströmenden Wärmeaustauschmediums. Dadurch wird bereits das in den Wärmeaustauscher 7 nach Fig. 1 einströmende Medium in der beschriebenen Weise vorgewärmt und dadurch der Vereisung des Wassers im Wärmaustauscher 7 vorgebeugt. Außerdem ist es dann möglich, das vorgewärmte Wärmeaustauschmedium zusätzlich durch den Wärmeaustauscher 26 strömen zu lassen. Möglich wäre aber auch, nur den Rücklauf 5 im Sammelbehälter 40 anzuordnen, um dadurch gezielt die Rücklauftemperatur des Wärmeaustauschmediums anzuheben.

In jedem der beschriebenen Fälle trägt der zusätzliche, durch den Sammelbehälter 40 und den Vor- und/oder Rücklauf 4,5 gebildete Wärmeaustauscher 33 wesentlich zur Steigerung der Leistungszahl der Wärmepumpe 1 und zur Rückgewinnung der in einem Gebäude oder dgl. zur Erwärmung des Brauchwassers verwendeten Ernergie bei.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, das auf vielfache Weise abgewandelt werden könnte. Das gilt insbesondere für die spezielle Gestaltung des WSimeaustirascherii·?, Es "isf'tediglich.darauf zil aihfein, daß die Wärme-

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leitelemente 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. Abgesehen davon, kann der Wärmetauscher 7 durch einen anderen Wärmeaustauscher ersetzt werden, da die Wirkung des Sammelbehälters 40 unabhängig davon ist, mit welcher Wärmequelle die Wärmepumpe 1 betrieben wird. Auch der Wärmeaustauscher 26 kann 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.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Gewinnung von Wärmeenergie mit einer Wärmepumpe (1), die auf der kalten, von einem Wärmeaustauschmedium durchströmten Seite mit einem Vorlauf (4), einem Rücklauf (5) und einem zur Wechselwirkung mit einer Wärmequelle (2) bestimmten, zwischen dem Vorlauf (4) und dem Rücklauf (5) geschalteten Wärmeaustauschabschnitt (6) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen mit einem Überlauf (42) versehenen Sammelbehälter (40) für Brauchwasser aufweist und der Vor- und/oder Rücklauf (4, 5) mit dem Sammelbehälter (40) einen ersten Wärmeaustauscher (33) bildet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vor- und/oder Rücklauf (4, 5) wendel- oder schlangenlienienförmig im Sammelbehälter (40) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelbehälter (40) an seinem Boden einen mit einem steuerbaren Ventil (46) versehenen Auslauf (45) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ventil (46) ein im Sammelbehälter (40) angeordneter Temperatursensor (47) derart zugeordnet ist, daß das Ventil (46) öffnet, bevor das Brauchwasser im Sammelbehälter (40) den Gefrierpunkt erreicht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Überlauf (42) und der Auslauf (45) mit einem Abwasserkanal (44) verbunden sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelbehälter (40) mit einer Wärmeisolierung versehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sanimelbehälter (40) dem Vorlauf (4) zugeordnet und zwischen dem Vorlauf (4) und dem Wärmeaustauschabschnitt (6) ein zu Erwärmung des Wärmeaustauschmediums vor seinem Eintritt in den Wärmeaustauschabschnitt (6) bestimmter, zweiter Wärmeaustauscher (26) vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Wärmeaustauscher (26) ein Luft/Luft-Wärmeaustauscher oder ein Solarabsorber ist.