DE7039478U

DE7039478U - Wärmepumpenanlage

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Publication number: DE7039478U
Application number: DE7039478U
Authority: DE
Original assignee: Singer Co
Current assignee: Singer Co
Priority date: 1969-10-28
Publication date: 1971-09-09
Also published as: US3608625A; NL7015404A; BE757754A; FR2066185A5; GB1266998A; DE2052429A1

Description

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W. 24 372/70 20/B G 70 39 478.4

The Singer Company
r-lizabeth, iiew Jersey (V.St.A.)

Speienerbehälter

Die ~ri indane; bezieht sich auf einen bpeicherbeuülter zur Aufnan:r.e von in einer Wärmepumpenanlage umlaufendem Wasser und zuni Steuern der !temperatur dieses Wassers, mit einem Genäuse, das einen hohlen Innenraum zum speichern des umlautenden ivassers hat, einer üenrzahl von in dem Gehäuse angeordneten eleKtrischen iaucherhitzern zum wahlweisen Erhitzen des aarin befindlichen «Vassera, und einem sich durch das Oehäuse hindurch erstrebenden Röhrenwärmeaustauscher zum wai.Iweisen kühlen des Wassers.

Line V> arme pumpenanlage mit einem geschlossenen Kreislauf ist mit einer Liehrzahl von Wärmepumpen versehen, die in verschiedenen Zonen eines Gebäudes angeordnet werden können, um diese Gebäudezonen wahlweise zu erwärmen oder zu Kühlen. In der geschlossenen ochleiie wird ein Viärmeaustauscnmedium, z.L·. »Yasser, Kontinuierlich umlaufen gelassen und durcn jede der Wärmepumpen hindurchgeführt. Die Wärmepumpenanlage mit dem geschlossenen Kreislauf ist mit dem Speicherbenälter verbunden.

üin Speichenbenälter geaäss der Erfindung ist dadurch gekennzeicnnet, dass der Röhrenwärmeaustauscher eine äussere öffnung zur Aufnahme des Wassers und eine innere Uffnung zur Abgabe des '«assers in das Innere des Gehäuses aufweist und

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dass an den Behälter eine Steuereinrichtung für die Temperatur des Wassers und zum wahlweisen betätigen der Taucherhitzer angeschlossen ist.

Eine Ausführungsform der Erfindung wira nachstehend an Hand der Zeichnung besipielsweise erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer 'Aärmepumpenanlage mit geschlossenem Kreislauf und einem Speicherbehälter gemäss der Erfindung.

Fig. 2 ist eine teilweise im Schnitt gehaltene Seitenansicht eines Speicherbehälters gemäss der Erfindung.

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer der einzelnen Wärmepumpeneinrichtungen zum Klimatisieren von Gebäudezonen durch Erwärmen oder Kühlen dieser Zonen.

In Fig. 1 ist eine allgemein mit 10 bezeichnete Wärmepumpenanlage mit geschlossenem Kreislauf dargestellt, die eine allgemein mit 12 bezeichnete geschlossene V/ärmepumpenschleife aufweist, in der ein Wärmeaustauschmedium, wie Wasser, mittels einer Umlaufpumpe 14 durch eine Mehrzahl von einzelnen Wärmepumpen 16 hindurch Kontinuierlich umlaufen gelassen wird, die in die geschlossene Wärmepumpenschleife 12 geschaltet und in den verschiedenen zu klimatisierenden Zonen eines Gebäudes angeordnet sind. Die Wassertemperatur wird zwischen einem vorbestimmten minimalen Wert und einem vorbestimmten maximalen Wert gehalten. Die Wassertemperatur kann sich während der verschiedenen Jahreszeiten ändern, jedoch liegt sie üblicherweise irgendwo innerhalb des Bereiches von etwa 15 bis 60 C.

Ein Speicherbehälter 18, auch Temperatursteuerzentrum genannt, ist in die geschlossene Wärmepumpenschleife 12 geschaltet, um die Temperatur des darin umlaufenden Wassers durch Erhitzen oder Kühlen des Wassers in gesteuerter Weise, wie es nachstehend näher beschrieben wird, aufrechtzuerhalten, so dass das Wasser, welches aus dem Speicherbehälter 18 in

Zufuhr leitungen 20 der geschlossenen Wärinepumpenschleif e 12 abgegeben wird, die gewünschte Temperatur zur Abgabe an die einzelnen Wärmepumpen 16 hat. in denen Wärme entweder aufgenommen oder abgegeben wird und aus denen das Wasser in Rückführleitungen 22 abgegeben wird, welche das V/asser zum Vervollständigen des Kreislaufs in den Speicherbehälter 18 zurückführen. Die einzelnen Wärmepumpen 16 sind, wie aus Fig. 1 ersichtlich, in der geschlossenen wärmepumpenschleife 12 in paralleler Anordnung zwischen die Zufuhrleitungen 20 und die Rückführleitungen 22 geschaltet.

Die geschlossene Wärmepumpenschleife 12 kann weiterhin Ventile enthalten, um die Strömung zu steuern und die Wartung der Anlage 10 zu ermöglichen, beispielsweise Ventile 24 auf der Seite der Zufuhrleitungen 20 und Ventile 26 auf der Seite der Rückführleitungen 22 für jede einzelne Wärmepumpe 16, wodurch das Herausnehmen irgendeiner einzelnen Einrichtung, einer einzelnen Y»'ärmepumpe 16, ermöglicht wird, ohne dass die gesamte Wärmepumpenanlage 10 stillgesetzt werden muss.

Der Speicherbehälter 18 wird in der Fabrik zreammengebaut und weist ein Gehäuse 28 auf, auf dem eine Steuertafel 30 angebracht ist. Ein Rohre enthaltender kühlender Wärmeaustauscher 32, beispielsweise ein Röhrenwärmeaustausoher, ist so angeordnet, dass er sich durch den oberen Teil des Gehäuses 28 hindurcherstreckt. Eine Mehrzahl von elektrischen Tauoherhitzem34 ist im Inneren des Gehäuses 28 nahe dessen Boden fest angeordnet, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Der Wärmeaustauscher 32 ist in eine Kühlschleife 36 geschaltet (Fig.l), in der ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser, mittels einer Umlaufpumpe 38 von der einen üeite des Wärmeaustauschers 32 so umlaufen gelassen wird, dass es zu einem Kühlturm 40 gelangt, um seine Temperatur auf eine in der Technik bekannte Weise zu verringern, bevor es auf der gegenüberliegenden Seite des Wärmeaustauschers 32 in dessen Rohrbündel 42 zum erneuten Umlauf zurückkehrt. Daa Wasser aus der geschlossenen

Wärmepumpenschleife 12 tritt in einer Gehäuseseite 44 des Wärmeaustauschers 32 an einem Gehäuseeinlass 46 ein, um in Gesenstrom-WärmeauBtauschbeziehun^ zu dem Wasser zu fliessen, das aus der Kühlschleife 36 in das Rohrbündel 42 strömt. Danach verlässt das Wasser aus der geschlossenen Wärmepumpenschleife 12 den Wärmeaustauscher 32 über eine öffnung 48 und wird in einen Speicher- oder Heizteil des üpeicherbehälters 18 abgegeben. Die in gestrichelten Linien dargestellten Pfeile in dem Speicherbehälter 18 deuten den Fliessweg des umlaufenden Wassers an, welches aus den Zufuhrleitungen 20 in den Speicherbehälter 18 eintritt und scnliesslich an einem Aus- ) lass 50 des Gehäuses 28 zum Wiederumlauf in die Zufuhrleitungen

20 abgegeben wird.

Wahrend derjenigen Zeiten, während denen eiu Kühlen des Wassers in der geschlossenen Wärmepumpenschleife 12 erforderlich ist, sind die Küi.lscnleife 36 und der Wärmeaustauscher 32 wirksam. Wenn jedoch die Temperatur des Wassers ir-nerhalb

J des gewünschtes Bereiches liegt oder dem Wasser Wärme zuge

führt werden muss, wird die XUhlschleife 36 abgeschaltet, und das Wasser fliesst aus der geschlossenen Schleife 12 lediglich durch den Wärmeaustauscher 32 hindurch, wobei im wesentlichen kein Einfluss auf seine Temperatur vorhanden ist·

Wenn eine Erwärmung des Wassers in der geschlossenen Wärmepurapenschleife 12 erforderlich ist, werden eine oder mehrere der elektrischen Taucherhitzer 34 wirksam gemacht, um dem Wasser in dem Speicherbehälter 18 Wärme zuzuführen, so dass die Temperatur des Wassers vor seinem Eintritt in die Zufuhrleitungen 20 auf aen gewünschten Wert erhöht wird. Demgemäss sind nicht dargestellte elektrische oder pneumatische Steuerungen an der Steuertafel 30 angebracht und arbeitsmässig in die Wärmepumpenanlage 10 geschaltet, um zu gewährleisten, dass die Temperatur dej 'Vassers, das in der der geschlossenen Wärmepumpenschlei: e 12 umläuft, innerhalb des gewünschten Bereiches gehalten wird, indem wahlweise ein Kühlen oder ein Erwärmen des Wassers innerhalb des Speicherbehälters

18 hervorgerufen wird. Zusätzlich kann die Steuertafel 30 mit anderen Betriebssteuerur*g.-?n und Alarmeinrichtungen ausgerüstet sein, die ein fehlerhaftes Arbeiten der Warmepumpen- ;-ohleife 12 anzeigen, welches sich durch zu niedrigen V/asserstand in dem Speicherbehälter 18, durch fehlende Wasserströmung, durch zu niedrige Wassertemperatur oder durch zu hohe Wassertemperatur ergeben kann.

Der Speicherbehälter 18 weist das zylindrische Gehäuse 28 auf, in welchem der Wärmeaustauscher 32 einstückig gebildet ist und in welchem die elektrischen Taucherhitzer 34 befestigt sind. Die Steuertafel 30 ist auf der Oberseite des ^; Gehäuses 28 angebracht, so dass alfe Betriebssteuerungen und

Alarmeinrichtungen zentral angeordnet sind. Der Speicherbehälter 3 8 kann in der Fabrik vollständig zusammengebaut und darauffolgend zum Ort des Gebäudes transportiert werden, wo er in die Wärmeanlage 10 dadurch eingebaut wird, dass einfach die elektrischen Betriebsleitungen und die Wasserrohrleitungen angeschlossen werden.

Zugang zum Inneren des Gehäuses 28 ist durcn einen abnehmbaren Mannlochdeckel 52 geschaffen.

Jede der Gebäudezonen, die klimatisiert werden sollten, enthält wenigstens eine der einzelnen Wärmepumpen 16, die von der Art sein können, wie sie in i'ig. 3 dargestellt ist, /~ und die eine allgemein mit 54 bezeichnete umkehrbare Kühleinrichtung aufweist und in einem Gehäuse 56 eingeschlossen ist, durch welches die geschlossene Wärmepumpenschleife 12 in Wärmeaustauschbeziehung mit einem Wärmeaustauscher 58 der Kühleinrichtung 54 hindurchgeht. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der Wärmeaustauscher 58 ein solcher, in dem Wärme zwischen einem Kühlmittel und Wasser ausgetauscht wird. Die Kühleinrichtung 54 umfasst weiterhin einen Verdichter 60, ein Vierwege-Umkehrventil 62, einen Wärmeaustauscher 64 mit Kohrschlangen, die der Luft ausgesetzt sind, welche durch das Arbeiten eines Gebläses 66 durch das Heizpumpengehäuse 56 umlaufen gelassen wird, ein Kapillardrossel-

rohr 68 und eine geschlossene Kühlmittelumlaufschleife 70.

Der Klimatisierkreislauf der Wärmepumpe 16 kann im Ansprechen auf eine Einrichtung, beispielsweise einen nicht dargestellten Wandthermostat automatisch gesteuert werden, der die Stellung des Ventils 62 einstellt, um den Strömungsweg des Kühlmittels in der Schleife 70 zu bestimmen, so dass ein Erwärmen oder Kühlen erhalten wird. Die in Fig. 3 in ausgezogenen Linien wiedergegebene Stellung des Ventils 62 entspricht dem Heizkreislauf. Die Kühlkreislaufstellung des Ventils 62 ist durch punktierte Linien dargestellt, und diese Stellung wird durch Drehen des Ventils um 90° erhalten.

Im Heizkreislauf pumpt der Verdichter 60 heisses komprimiertes Kühlmittelgas zu dem luftseitig angeordneten Wärmeaustauscher 64, in welchem das Kühlmittelgas zu einer Flüssigkeit kondensiert wird, indem es Wärme an die Luft abgibt, die von dem Gebläse 66 über den Wärmeaustauscher 64 gezogen wird. Auf diese Weise wird die Luft in der Wärmepumpe 16 erwärmt und zu der Zone zurückgeführt. Das flüssige Kühlmitcel fliesst durch das Kapillardrosselrohr 68 hindurch, das in ihm einen Druckabfall hervorruft, und dehnt sich zu einem Gas innerhalb des gleichachsigen Wärmeaustausches 58 aus, in dem das Kühlmittel Wärme aus dem Wasser aufnimmt, welches in der geschlossenen Wärmepumpenschleife 12 umläuft. Das Kühlmittelgas strömt nunmehr durch das Ventil 62, das sich in der in ausgezogenen Linien wiedergegebenen Stellung befindet, hindurch zur .,augseite des Verdichters 60, wonach der Kreislauf wiederholt wird.

Wenn ein Kühlen erforderlich ist, nimmt das Ventil 62 die in punktierten Linien wiedergegebene Stellung ein, so dass der Verdichter 60 heisses komprimiertes Kühlmittelgas zu dem gleichachsigen Wärmeaustauscher 58 pumpt, in welchem ein Wärmeaustausch zwischen Kühlmittel und Wasser stattfindet und in welchem das Gas zu einer Flüssigkeit Kondensiert wird, indem es seine Wärme an das in der geschlossenen V/ärmepumpenschleife 12 umlaufende Wasser abgibt. Das flüssige

"■ "limit tel fliesst durch das Kapillardrosselrohr 68 hin-

irch, das in ihm einen Druckabfall hervorruft, und aehnt sich zu einem Gas in dem luftseitigen Wärmeaustauscher 64 aus, indem es Wärme aus der wärmeren Zonenliift aufnimmt, die du^ch die Wirkung des Gebläses 66 zur Wärmepumpe 16 zurückgeführt wird. Die Luft wird abgekühlt und aus der Wärmepumpe 16 in die Zone abgegeben. Das Kühlmittelgas strömt aus dem Wärmeaustauscher 64 durch das Ventil 62, das sich in der in punktierten Linien wiedergegebenen Stellung befindet, hindurch zur Saugseite des Verdichters 60, wonach der Kreislauf wiederholt wird.

Beim Arbeiten der Anlage im Sommer führen die Wärmepumpen 16 dem in der geschlossenen Wärmepumpenschleife 12 umlaufenden Wasser Wärme zu, so dass das zu dem Speichenbehälter 18 zurückkehrende Wasser in dem Wärmeaustauscher 32 gekühlt wird, indem es in Gegenstrom-Wärmeaustauschbeziehung zu dem in der Kühlschleife 36 umlaufenden Wasser strömt. Beim Arbeiten der Anlage im Winter werden die Wärmepumpen L· im wesentlichen so betätigt, dass sie die verschiedenen Zonen erwärmen, indem dem in der geschlossenen Wärmepumpenschleife 12 umlaufenden Wasser zusätzliche Wärme entnommen wird, so dass das Wasser bei Rückkehr zum Speicherbehälter 18 durch das Arbeiten der elektrischen Taucherhitzer 34 vieder erhitzt werden kann.

Beim Arbeiten der Wärmepumpenanlage 10 im Frühling und im Herbst können einige der Wärmepumpen 16 im Heizkreislauf und andere im Kühlkreislauf betrieben werden, so dass Wärme dem in der geschlossenen Wärmepumpenschleife 12 umlaufenden Wasser zugeführt und von ihm abgenommen wird. Die Temperatur des in der geschlossenen Wärmepumpenschleife 12 umlaufenden Wassers wird am Speicherbehälter 18 gesteuert, so dass, wenn die Nettowirkung der einsielnen Wärmepumpen 16 zu einer Änderung der Temperatur des umlaufenden Wassers über oder unter den gewünschten Wert führt, die Kühleinrichtung bzw. die Heizeinrichtung zur Wirkung gebracht wird, um die gewünschte Temperatur des in der geschlossenen »Värmepumpenscnleife 12 umlaufenden Wassers aufrechtzuerhalten.

Claims

Schutzansprüche

1. Speicherbehälter zur Aufnahme von in einer Wärmepumpenanlage umlaufendem Wasser und zum Steuern der Temperatur dieses Wassers, mit einem Gehäuse, das einen hohlen Innenraum zum Speichern des umlaufenden Wassers hat, einer Mehrzahl von in dem Gehäuse angeordneten elektrischen Taucherhitzern zum wahlweisen Erhitzen des darin befindlichen Wassers, und einem sich durch das Gehäuse hindurch erstrekkenden Röhrenwärmeaustauscher zum wahlweisen Kühlen des Wassers, dadurch gekennzeichnet, daß der Röhrenwärmeaustauscher (38, 4o, 32) eine äußere öffnung (46) sw.. Aufnahme des Wassers und eiüc innert, öffnung (48) zur Abgabe des Wassers in das Innere ues Gehäuses (28) aufweist 'md daß an den Behälter (18) eine Steuereinrichtung (3o) für die Temperatur des Wassers und zum wahlweisen Betätigen der Taucherhitzer (34) angeschlossen ist.

2. Speicherbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Speicherbehälters (18) eine Heizeinrichtung, vorzugsweise eine elektrische. Heizeinrichtung, (34) angeordnet ist.

3. Speicherbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Speicherbehälter eine getrennte Kühlwasserschleife (36) zum Umlaufenlassen von Kühlwasser zugeordnet ist.

4. Speicherbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlbehälter (32) ein Röhrenbehälter ist.

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5. Speicherbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlbehälter (32) an jedem Ende ein Gehäuse mit äußeren Kopfstücken aufweist, das in die Kühlwasserschlexfe (36) geschaltet ist und ein Rohrbündel (42) enthält, welches das eine Kopfstück mit dem anderen Kopfstück verbindet.

6. Speicherbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse des Kühlbehälters (32) an dem einen Ende eine äußere Verbindung (46) mit der geschlossenen Wärmepumpenschleife (12) für den Gegenstrom des Kühlmittels aufweist.

7. Speicherbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung durch eine von der Steuerung (3o) beeinflußbare elektrische Heizeinrichtung gebildet ist.

8. Anordnung eines Speicherbehälters nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in einer Wärmepumpenanlage mit einer Mehrzahl von Wärmepumpen unter Verwendung einer geschlossenen Wärmepumpenschleife.