DE3019471A1

DE3019471A1 - Heating system using heat pump - extracts heat from low temp. source at night to heat water forming heat source by day

Info

Publication number: DE3019471A1
Application number: DE19803019471
Authority: DE
Inventors: Hellmut 7413 Gomaringen Dinkel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-05-21
Filing date: 1980-05-21
Publication date: 1981-11-26

Abstract

The heating system for e.g. radiators, using a heat pump, uses a circuit formed by an evaporator, a compressor and a condenser with an expansion valve. This is connected between a low temperature heat source and the radiators. A hot water storage tank has a heat exchanger at one end connected to the evaporator and another heat exchanger at the other end, connected to the condenser. The heat pump is operated so that heat is extracted from the low temperature source during the night to heat the water in the tank. During the day, heat is no longer extracted from the low temperature source, but is extracted from the water in the storage tank. The heat pump then circulates water through the radiators at a still higher temperature level.

Description

HOFPMANN - isiTLE ■& PARTNER 3 0 1 9 A 7HOFPMANN - isiTLE ■ & PARTNER 3 0 1 9 A 7

PATENTANWÄLTEPATENT LAWYERS

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) · DIPL.-I NG.W. EITLE · D R. RER. NAT. K. HOFFMAN N · D IPL.-ING. W. LEH NDR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) DIPL.-I NG.W. EITLE · D R. RER. NAT. K. HOFFMAN N · D IPL.-ING. W. LEH N

DIPL.-ING. K.FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 (STERN HAUS) · D-8000 MD NCH EN 81 · TELEFON (089) 911087 · TELEX 05-29619 (PATH E)DIPL.-ING. K.FOCHSLE DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 (STERN HAUS) D-8000 MD NCH EN 81 TELEFON (089) 911087 TELEX 05-29619 (PATH E)

Hellmut DINKEL, 7413 Gomaringen-StockachHellmut DINKEL, 7413 Gomaringen-Stockach

Verfahren zum Anheben von Wärmeenergie auf ein höheres Temperaturniveau sowie Vorrichtung zur Durchführung des VerfahrensMethod of raising thermal energy to a higher one Temperature level and device for carrying out the process

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anheben von einer Umwelt-Wärmequelle niedrigen Temperaturniveaus entzogenen Wärmeenergie auf ein höheres Temperaturniveau durch Energieaufnahme.The present invention relates to a method of raising a low temperature level environmental heat source withdrawn thermal energy to a higher temperature level through energy absorption.

Bei bekannten Verfahren dieser Art ist die Anlage meist derart ausgelegt, daß sie bei Nennlast die vom Verbraucher benötigte Wärmeenergie mit dem geforderten Temperaturniveau liefert. Diese Auslegung auf den Volllastbereich hat jedoch den Nachteil, daß die Anlage unter Betriebsbedingungen, die unter dem Vollastbereich liegen, nicht optimal genutzt werden kann. Andererseits ist eine Auslegung für Betriebsbedingungen unterhalb des Nennlastbereiches nicht möglich, da dann in diesem Bereich nicht die notwendige Leistung erbracht werden kann.In known methods of this type, the system is usually designed in such a way that at nominal load it is the load from the consumer supplies the required thermal energy at the required temperature level. This design for the full load range has the disadvantage, however, that the system under operating conditions that are below the full load range, cannot be used optimally. On the other hand, it is designed for operating conditions below the nominal load range not possible, because then the necessary service cannot be provided in this area.

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Aufgrund dieser Problematik müssen Anlagen dieser Art stets größer ausgelegt werden als dies an sich bezogen auf mittlere Betriebsbedingungen theoretisch notwendig wäre.Due to this problem, systems of this type must always be designed larger than this per se would theoretically be necessary based on average operating conditions.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein vollkommen neuartiges Verfahren zu schaffen, bei dem eine Auslegung der Anlage nicht wie bisher nach dem Nennlastbetrieb, sondern vielmehr nach mittleren Betriebsverhältnissen erfolgen kann.The object of the present invention is to provide a perfect to create a novel process in which the system is not designed according to nominal load operation, as was previously the case, but rather can take place according to average operating conditions.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Wechselbetrieb zuerst die der Wärmequelle niedrigen Temperaturniveaus entzogene Wärmeenergie unter Energieaufnahme einem Wärmespeicher und im Anschluß daran die im Wärmespeicher gespeicherte Wärmeenergie höheren Temperaturniveaus diesem entzogen und unter Energieaufnahme einem Verbraucher zugeführt wird.This object is achieved according to the invention in that in alternating operation, first the heat energy withdrawn from the heat source at a low temperature level while absorbing energy a heat accumulator and then the higher thermal energy stored in the heat accumulator Temperature level is withdrawn from this and supplied to a consumer while absorbing energy.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist erstmalig ein Verfahren geschaffen, bei dem die Anlage stets unter optimalen Bedingungen arbeitet. So wird bei Betriebsbedingungen, bei denen der Verbraucher keine oder nur wenig Wärmeenergie benötigt, die von der kontinuierlich arbeitenden Anlage erzeugte Wärmeenergie in einen Wärmespeicher eingespeist. Dadurch wird erreicht, daß die Anlage zu einem späteren Zeitpunkt, wenn der Verbraucher im Nennlastbetrieb arbeiten muß, von einem höheren Temperaturniveau aus arbeiten kann. Dies hat zur Folge,, daß die Anlage niedriger ausgelegt und die Leistungszahl verbessert werden kann, wodurch die Anlagekosten verringert werden. Mit anderen Worten: Die Anlage kann aufgrund der erfindungsgemäßen Verfahrensweise kleiner als nach bekannten Verfahren arbeitende Anlagen aus-The measures according to the invention are the first time a Process created in which the system always works under optimal conditions. So under operating conditions, where the consumer needs little or no heat energy, which is continuously supplied by the working system, generated thermal energy is fed into a heat accumulator. This ensures that the System at a later point in time, when the consumer has to work in nominal load operation, from a higher one Temperature level can work from. As a result, the system can be designed lower and the coefficient of performance can be improved, thereby reducing the system costs be reduced. In other words: the system can be smaller due to the procedure according to the invention than systems that work according to known processes

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gelegt werden, weil sie zu Zeiten eines gestoppten oder stark verringerten Wärmebedarfes am Verbraucher nicht reduziert arbeitet, sondern vielmehr eine bestimmte Wärmeenergie in einen Wärmespeicher fördert, so daß dann im Nennlastbetrieb zu einem späteren Zeitpunkt auf die im Wärmespeicher gespeicherte Wärmeenergie zurückgegriffen werden kann, d.h. die Anlage bei Nennlast von einem höheren Temperaturniveau aus arbeitet.are placed because they are not at times of a stopped or greatly reduced heat demand at the consumer works reduced, but rather promotes a certain thermal energy in a heat storage, so that then the thermal energy stored in the heat accumulator is used at a later point in time in nominal load operation i.e. the system works from a higher temperature level at nominal load.

In besonders vorteilhafter Weise eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren im Zusammenwirken mit einer Wärmepumpe.In a particularly advantageous manner, that according to the invention is suitable Process in conjunction with a heat pump.

Erfindungsgemäß wird dabei durch ein und dieselbe Wärmepumpe im Wechselbetrieb jeweils unter Anhebung des Temperaturniveaus zuerst die der Wärmequelle niedrigen Temperaturniveaus entzogene Wärmeenergie dem Wärmespeicher, und im Anschluß daran die im Wärmespeicher gespeicherte Wärmeenergie höheren Temperaturniveaus diesem entzogen und dem Verbraucher zugeführt. Aufgrund der erfindungsgemäßen Verfahrensweise kann die Wärmepumpe dabei erheblich kleiner ausgelegt werden, wodurch die Anlagekosten erheblich reduziert werden.According to the invention, one and the same heat pump in alternating operation, the temperature level of the heat source is raised first, with the temperature level being increased Thermal energy withdrawn from the heat storage unit at the temperature level, and then that stored in the heat storage unit Thermal energy of higher temperature levels is withdrawn from this and fed to the consumer. Because of the procedure according to the invention, the heat pump can be designed to be considerably smaller, as a result of which the investment costs are significantly reduced.

Ein mit einer Wärmepumpe arbeitendes Verfahren der erfindungsgemäßen Art eignet sich insbesondere für den Betrieb von Heizanlagen, bei denen nachts ein geringerer oder kein Wärmebedarf gegenüber dem Tag vorhanden ist.A heat pump method of the invention Art is particularly suitable for the operation of heating systems, where at night a lower or there is no heat demand compared to the day.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ferner, eine besonders einfache und zweckmäßige Vorrichtung zur Durchführung des mit einer Wärmepumpe arbeitenden erfindungsgemäßen Verfahrens zu schaffen.The object of the present invention is also to provide a particularly simple and practical device for Implementation of the method according to the invention which works with a heat pump.

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— O ~- O ~

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wärmespeicher ein Flüssigkeitsbehälter ist, in dem zwei Wärmetauscher angeordnet sind, wobei der eine Wärmetauscher mit dem Verdampfer und der andere Wärmetauscher mit dem Verflüssiger der Wärmepumpe in Verbindung steht.This object is achieved according to the invention in that the heat accumulator is a liquid container in which two heat exchangers are arranged, one of which Heat exchanger with the evaporator and the other heat exchanger with the condenser of the heat pump in connection stands.

Als Flüssigkeit kann jede Flüssigkeit verwendet werden, die sich als Wärmeträger eignet. Derzeit ist hierzu besonders Wasser wegen seiner hohen spezifischen Wärmeaufnahme geeignet.Any liquid that is suitable as a heat transfer medium can be used as the liquid. Currently this is particularly suitable for water because of its high specific heat absorption.

Bei einer erfindungsgemäß arbeitenden Vorrichtung entnimmt die Wärmepumpe in an sich bekannter Weise Wärmeenergie einer Wärmequelle niedrigen Temperaturniveaus, wie beispielsweise dem Erdreich, dem Grund- und Flußwasser, der Luft oder dergleichen. Die entnommene Wärmeenergie wird durch die Wärmepumpe dann unter Anhebung des Temperaturniveaus dem Flüssigkeitsbehälter zugeführt.With a device operating according to the invention removes the heat pump in a manner known per se, heat energy from a heat source at a low temperature level, such as the soil, the groundwater and river water, the air or the like. The removed Thermal energy is then transferred to the liquid container by the heat pump, raising the temperature level fed.

Zu einem späteren Zeitpunkt entnimmt dann dieselbe Wärmepumpe dem Flüssigkeitsbehälter die dort gespeicherte Wärmeenergie und führt sie unter Anhebung des Temperaturniveaus dem Verbraucher zu. Durch das stufenweise Anheben von einem niedrigen in ein höheres Temperaturniveau kann in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung eine relativ kleine Wärmepumpe verwendet werden. Würde eine vergleichbare Wärmemenge (Wärmeenergie) in herkömmlicher Weise in einem Schritt auf dasselbe Temperaturniveau gebracht werden, wäre eine erheblich größere und leistungsfähigere und. deshalb teurere Wärmepumpe einschließlich ihres Zubehörs notwendig.At a later point in time, the same heat pump removes the one stored there from the liquid container Thermal energy and feeds it to the consumer while raising the temperature level. Through that gradually Raising from a low to a higher temperature level can be done in a device according to the invention a relatively small heat pump can be used. Would a comparable amount of heat (thermal energy) conventionally brought to the same temperature level in one step would be significant bigger and more powerful and. therefore more expensive heat pumps including their accessories are necessary.

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Im folgenden ist zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der Erfindung ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemllssen Vorrichtung unter Bezugnahme auf die beigefügte schematische Darstellung näher erläutert.In the following, for further explanation and for a better understanding of the invention, an exemplary embodiment is shown in FIG inventive device with reference to the attached schematic representation explained in more detail.

Eine in bekannter Weise einen Verdampfer 1, einen Kompressor 2, einen Verflüssiger 3 und ein Expansionsventil 4 umfassende Wärmepumpe W ist in herkömmlicher Weise verdampferseitig mit einer Wärmequelle 5 niedrigen Temperaturniveaus und verflüssigerseitig mit einem Verbraucher 6 über Rohrleitungen verbunden.One in a known manner an evaporator 1, a compressor 2, a condenser 3 and an expansion valve 4, the heat pump W is conventionally on the evaporator side with a heat source 5 low temperature levels and on the condenser side with a consumer 6 via pipelines tied together.

Erfindungsgemäss ist ferner ein Wärmespeicher in Form eines Flüssigkeitsbehälters 7 vorgesehen, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit Wasser gefüllt ist. In dem Flüssigkeitsbehälter 7 sind zwei Wärmetauscher 8 und 9 angeordnet, wobei der Wärmetauscher 8 mit dem Verdampfer 1 und der Wärmetauscher 9 mit dem Verflüssiger 3 über Rohrleitungen verbunden ist.According to the invention, a heat accumulator in the form of a liquid container 7 is also provided, which in the present case Embodiment is filled with water. In the liquid container 7 are two heat exchangers 8 and 9 arranged, the heat exchanger 8 with the evaporator 1 and the heat exchanger 9 with the condenser 3 via pipelines connected is.

Erfindungsgemäss arbeitet die Vorrichtung nun in folgender Weise.According to the invention, the device now works as follows Way.

Die Wärmepumpe W entzieht der Wärmequelle 6 niedrigen Temperaturniveaus in herkömmlicher Weise eine Wärmemenge, beispielsweise mit einer Temperatur von O⁰C. Bei entsprechend ausgelegtem Wärmespeicher wird dadurch das Wasser im Flüssigkeitsbehälter 7 erwärmt, im vorliegenden Fall beispielsweise auf 20 C. Dieser Vorgang erfolgt während der Nacht.The heat pump W draws an amount of heat from the heat source 6 at a low temperature level in a conventional manner, for example with a temperature of ⁰ ° C. With an appropriately designed heat storage device, this heats the water in the liquid container 7, in the present case, for example, to 20 C. This process takes place during the Night.

Am darauffolgenden Tage wird dann die Vorrichtung derartThe device then becomes like this on the following day

— 8 —- 8th -

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geschaltet, daß der Verdampfer 1 der Wärmepumpe W nicht mehr der Wärmequelle 5., sondern über den Wärmetauscher dem Flüssigkeitsbehälter 7 die dort gespeicherte Wärme entzieht. Dies bedeutet, daß die Wärmepumpe tagsüber von einem höheren Tmeperaturniveau aus arbeitet (im vorliegenden Fall ausgehend von einem Temperaturniveau von 2o°C). Aufgrund dieses bereits relativ hohen Ausgangstemperaturniveaus ist die vergleichweise kleine Wärmepumpe W in der Lage, dem Verbraucher 6 eine Wärmemenge sehr hohen Temperaturniveaus zuzuführen (im vorliegenden Beispiel 50⁰C).switched so that the evaporator 1 of the heat pump W no longer draws the heat stored there from the heat source 5, but rather from the liquid container 7 via the heat exchanger. This means that the heat pump works from a higher temperature level during the day (in the present case based on a temperature level of 20 ° C). Because of this already relatively high starting temperature level, the comparatively small heat pump W is able to supply the consumer 6 with an amount of heat at a very high temperature level (in the present example 50 ^° C.).

Berechnungen haben ergeben, daß der mit der Anordnung und Installation des WärmeSpeichers verbundene Aufwand relativ gering ist, so daß die durch den Einsatz einer wesentlich kleineren Wärmepumpe mögliche Reduzierung " der Anlagekosten noch sehr bedeutend ist.Calculations have shown that the effort associated with the arrangement and installation of the heat storage is relatively small, so that the reduction possible through the use of a much smaller heat pump " the investment costs is still very significant.

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Claims

HOFFMANN · EITLE & PARTNER 3 Π 1 9 A 7

PATENT LAWYERS

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) Dl PL.-I NG. W.EITIE DR. RER. NAT. K. HOFFMAN N · Dl PL.-ING. W. LEHN

DIPL.-ING. K. FDCHSLE DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE ^ (STErNHAUS). D-8000 MÖNCHEN 81 TELEFO N (089) 911087. TELEX 05-29619 (PATH E)

Hellmut DINKEL, 7413 Gomaringen-Stockach

Method for raising thermal energy to a higher temperature level and device for carrying out the Procedure

Claims

M.J method of lifting from an environmental heat source Thermal energy withdrawn from low temperature levels to a higher temperature level through energy absorption, characterized in that in. Alternating operation first the low heat source Thermal energy extracted from temperature levels while absorbing energy in a heat storage unit and then afterwards then the thermal energy stored in the heat accumulator is withdrawn from the higher temperature level and below it Energy consumption is supplied to a consumer.

2. The method of claim 1, wherein the energy consumption is carried out by means of a heat pump, characterized in that by the same Heat pump in alternating operation, each time increasing

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of the temperature level, the heat energy withdrawn from the heat source of the low temperature level first the heat accumulator, and then the one in the T'7ärmespeicher Stored thermal energy of higher temperature levels is withdrawn from this and the consumer is fed.

3. Device for performing the method according to claim 2, characterized in that that the heat accumulator is a liquid container (7) in which two heat exchangers (8, 9) are arranged, wherein the one heat exchanger (8) with the evaporator (1) and the other heat exchanger (9) with the condenser (3) the heat pump (W) is in communication.

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