Wärmepumpenanlage für Heizzwecke. Für Wärmepumpenanlagen, die für Heiz zwecke zu dienen haben, kommen in der Regel als wärmespendende Mittel Grundwas ser, Flusswasser, Wasser von Seen, Industrie- Abwasser und dergleichen in Betracht. Häu fig stehen aber diese Mittel nur in grosser Entfernung und bei einer wesentlichen Ni veaudifferenz in bezug auf die Stelle zur Verfügung, wo geheizt werden soll, bezw. auf den Aufstellungsort der Wärmepumpen anlage.
In derartigen Fällen erfordert dann das Hinaufpumpen des wärmespendenden Wassers nach dem Aufstellungsort der Wärmepumpenanlage einen unwirtschaftlich hohen Energieaufwand. Dies hängt einmal mit der zu überwindenden Niveaudifferenz und sodann mit dem Umstand zusammen, dass bei Verwendung von Fluss- oder Seewasser als wärmespendende Quelle bei strenger Kälte nur geringe Abkühlungen, das heisst in der Grössenordnung von 1 bis 2 C des Wassers im Verdampfer zulässig sind, weil sonst die Gefahr besteht, dass der Verdampfer einfriert.
Es besteht allerdings die Möglichkeit, einen Teil der Pumparbeit dadurch zurückzugewin nen, dass das aus der Wärmepumpenanla,ge abfliessende Wasser seine Energie in einer Wasserturbine abgibt, wobei dann zweck mässig die Wasserpumpe und die Wassertur bine direkt mechanisch gekuppelt werden können, um Energieverluste in der Übertra gung auf ein Minimum zu reduzieren. Die Fernleitung, in welcher das hinaufzupum- pende Wasser gefördert wird, ist dann durch eine ausreichend bemessene Isolierung noch gegen Wärmeverluste zu schützen.
Dies ist ganz besonders notwendig bei Verwendung von Industrie-Abwassern für Heizzwecke, die in der Regel mit hoher Temperatur zur Ver fügung stehen. Trotz der Isolierung sind jedoch gewisse Wärmeverluste gleichwohl nicht zu vermeiden. Anstatt die Wasserfern leitung zu isolieren, kann sie in gewissen Fällen, zum Beispiel bei Verwendung von Flusswasser, auch so tief in den gewachsenen Boden hinein verlegt werden, dass die Was- sertemperatur selbst bei strenger Kälte nicht unter die Bodentemperatur sinkt.
In diesem Falle sind aber die Zubringerleitung und die Rückleitung genügend weit voneinander ent fernt anzuordnen, damit nicht durch den Boden eine merkbare Wärmeströmung statt findet.
Stellt man dagegen die Wärmepumpen anlage bei grosser Entfernung des wärme spendenden Mittels von der Stelle, wo geheizt werden soll. zur Hauptsache in der Nähe die ses Mittels auf, so müssen die Fernleituiiben für den durch die Wärmepumpenanlage ge heizten und nach der genannten Stelle zu fördernden Wärmeträger besonders gut iso liert werden, soll die Wirtschaftlichkeit der ganzen Anlage nicht durch einen zu grossen Wärmeaustausch an diesen Fernleitungen in Frage gestellt werden.
Um die vorstehend erwähnten \Ta.chteile in den Fällen zu vermeiden, wo das wärme spendende Wasser nur in grösserer Entfer nung und bei einer wesentlichen Niveaudif ferenz (mindestens 10 m) in bezug auf den mittels der Wärmepumpenanlage zu erhitzen den Wärmeträger zur Verfügung steht, ist gemäss vorliegender Erfindung der Verdamp fer der Wärmepumpenanlage unmittelbar in das wärmespendende Wasser eingebaut, so dass zwischen dem Orte, wo sich dieses Was ser befindet, bezw. dem Verdampfer und dem übrigen Teil der Wärmepumpenanlage nur Fernleitungen vorgesehen sind, die ausschliess lich zum Führen des den geschlossenen Kreis lauf durch den Verdampfer,
den Verdichter und den Verflüssiger der Wärmepumpen- anla.ge beschreibenden Wärmeträgers dienen. Die Durchmesser solcher Fernleitungen kön nen wesentlich kleiner gewählt werden, als wenn durch dieselben Wasser zu fördern wäre. Ferner brauchen sie nicht isoliert zu werden, da im Gegenteil ein gewisser Wärme- austausch zwischen der L?mgebung, z.
B. dem Erdreich, und dem diese Leitungen durch strömenden Wärmeträger erwünscht ist, in dem die einfallende Wärme in der Saug leitung des Verdichters der Wärmepumpen anlage eine leichte L'bei-hitzung des Dampfes erzeugt, wodurch Flüssigkeitsschläge im Ver dichter vermieden werden. Die in die zum Saugstutzen des Verdichters führende Fern leitung und die in die vom Verflüssiger zum Verdampfer der Wärmepumpenanlage füh rende Fernleitung einfallende Wärme ver ringern die Verdampferleistung, und zwar ohne die nützliche Heizleistung zu beein flussen. Der Verdampfer kann in einem sol chen Falle demzufolge kleiner ausgeführt -erden.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungs gegenstandes ist. auf der Zeichnung schema tisch dargestellt.
1 ist ein Maschinenraum. in welchem der grösste Teil der Wärmepumpe nanlage un tergebracht ist, u. a. ein Verdichter 2, ein Verflüssiger 3, eine Heisswasserpumpe 4 und ein Expansionsventil 5. Durch die Pumpe 4 wird im Verflüssiger 3 erwärmtes Wasser einer Verteilvorrichtung 6 eines im übrigen nicht gezeigten Heizsystems zugeführt, des sen Rücklaufleitungen mit. dem Bezugs zeichen 7 belegt sind.
Als wärmespendendes Wasser für die Wärmepumpenanlage steht das Wasser eines Kanals 8 zur Verfügung, der sieh in grosser Entfernung, im Minimum etwa 50 m, von dem Raum 1 und zudem auf einem wesentlich tieferen Niveau als dieser Raum befindet. Der Verdampfer 9 der Wärmepumpenanlage ist unmittelbar in das den Kanal 8 durchströmende Wasser ein gebaut, und er ist ferner durch eine Fern leitung 10 an den Verflüssiger 3 und durcli eine Fernleitung 11 an den Saugstutzen des Verdichters 2 angeschlossen. Die Fernleitun gen 10 und 11 sind zum grösseren Teil in den gewachsenen Boden 12 ohne Isolierung ver legt.
Zwischen dem Orte, wo sich das wärme spendende Wasser befindet, also dem Kanal 8 bezw. dem Verdampfer 9 und den Teilen ?, 3 der Wärmepumpenanlage sind somit aus schliesslich zum Führen des den geschlossenen Kreislauf durch die Teile 2. 3, 5 und 9 be schreibenden Wärmeträgers dienende Fern leitungen 10 und 11 vorgesehen. Es wird also keine Pumpe benötigt, die aus dem Kanal 8 Wasser nach irgendeiner Stelle der Wärme pumpenanlage zu fördern hat.
Die bei der Entspannung der Wärme trägerflüssigkeit im Expansionsventil 5 ent stehenden Dämpfe können unmittelbar nach diesem Ventil von der Flüssigkeit in einem Abscheider 13 getrennt und nahe beim Ver dichter 2 durch eine Leitung 14 in die Lei tung 11, das heisst die Saugleitung des Ver dichters übergeführt werden. Es brauchen in einem solchen Falle die erwähnten Dämpfe nicht durch den Verdampfer 9 und die Fern leitungen 10 und 11 geführt zu werden, so dass die Durchmesser dieser Leitungen ent sprechend kleiner gewählt werden können.
Dadurch, dass das Drosselventil 5, in wel chem die Expansion des den Kreislauf der Wärmepumpe beschreibenden Wärmeträgers vom Verflüssigerdruck auf den Verdampfer druck erfolgt, nahe dem Verflüssiger 3 an geordnet ist, wird der Vorteil erreicht, dass alle Organe, die einer Wartung und Bedie nung bedürfen, im Maschinenraum 1 ange ordnet sind. In der Leitung 10, in welcher der verflüssigte Wärmeträger des Wärme pumpenkreislaufes nach dem Verdampfer 9 strömt, herrscht hinter dem Expansionsventil 5 eine verhältnismässig niedrige Temperatur. Die infolge dieses Umstandes aus dem ge wachsenen Boden 12 in die Leitung 10 ein fallende Wärme hat eine Entlastung des Ver dampfers 9 zur Folge, so dass dieser kleiner ausgeführt werden kann.
Für die Strömung in der Fernleitung 10 steht ein nach Wunsch wählbarer Teil der Druckdifferenz zwischen dem Verflüssiger 3 und dem Verdampfer 9 zur Überwindung der Strömungswiderstände zur Verfügung. Demzufolge kann für diese Fernleitung 10 eine verhältnismässig hohe Ge schwindigkeit und ein kleiner Leitungsdurch messer gewählt werden. Flüssigkeits- und Gassäcke sind in der Leitung 10 ohne wei teres zulässig. Man ist also in dieser Lei tungsführung durch keinerlei strömungstech nische Rücksichten eingeschränkt.
Um zu verhindern, da.ss bei einem Bruche einer der Fernleitungen von dem im Verdamp fer aufgespeicherten Wärmeträger mehr oder weniger in den Boden oder sogar durch die sen in die Atmosphäre entweichen kann, kön nen nahe jeder Anschlussstelle der Fernleitun gen an den Verdampfer Absperrorgane, bei spielsweise in Abhängigkeit vom Druck in den Fernleitungen elektrisch gesteuerte Ven tile, vorgesehen werden.
Heat pump installation for heating purposes. For heat pump systems that have to be used for heating purposes, groundwater, river water, water from lakes, industrial wastewater and the like are usually considered as heat-donating agents. Frequently, however, these funds are only available at a great distance and when there is a substantial difference in level with respect to the point where the heating is to take place, respectively. on the installation site of the heat pump system.
In such cases, the pumping up of the heat-giving water to the installation site of the heat pump system then requires an uneconomically high expenditure of energy. This is due to the level difference to be overcome and then to the fact that when using river or lake water as a source of heat in severe cold, only slight cooling, i.e. of the order of 1 to 2 C of the water in the evaporator, is permissible, otherwise there is a risk that the vaporizer will freeze.
There is, however, the possibility of recovering part of the pumping work in that the water flowing out of the heat pump system emits its energy in a water turbine, in which case the water pump and the water turbine can be mechanically coupled directly to avoid energy losses in the Reduce transmission to a minimum. The pipeline in which the water to be pumped is conveyed must then be protected against heat loss by means of sufficiently dimensioned insulation.
This is particularly necessary when using industrial wastewater for heating purposes, which are usually available at a high temperature. Despite the insulation, however, certain heat losses cannot be avoided. Instead of insulating the water pipeline, in certain cases, for example when using river water, it can also be laid deep enough into the natural soil that the water temperature does not drop below the soil temperature even in extreme cold.
In this case, however, the feeder line and the return line are to be arranged far enough away from each other so that there is no noticeable heat flow through the ground.
If, on the other hand, the heat pump system is set up when the heat-releasing agent is far away from the point where it is to be heated. mainly in the vicinity of this medium, the transmission lines for the heat transfer medium heated by the heat pump system and to be conveyed according to the point mentioned must be particularly well insulated, if the economic efficiency of the entire system is not to be achieved by excessive heat exchange on these transmission lines to be questioned.
In order to avoid the aforementioned problems in cases where the heat-giving water is only available at a greater distance and with a significant level difference (at least 10 m) in relation to the heat transfer medium to be heated by the heat pump system, According to the present invention, the evaporator fer the heat pump system is built directly into the heat-generating water, so that between the places where this water is located, BEZW. only long-distance lines are provided for the evaporator and the rest of the heat pump system, which are used exclusively to guide the closed circuit through the evaporator,
the compressor and the condenser of the heat pump system are used to describe the heat transfer medium. The diameter of such pipelines can be chosen to be much smaller than if water were to be pumped through them. Furthermore, they do not need to be insulated, since, on the contrary, a certain amount of heat exchange between the environment, e.g.
B. the ground, and these lines through flowing heat transfer medium is desired in which the incident heat in the suction line of the compressor of the heat pump system produces a slight L'bei-heating of the steam, whereby liquid slugs are avoided in the United denser. The heat falling into the long-distance line leading to the suction nozzle of the compressor and the heat entering the long-distance line leading from the condenser to the evaporator of the heat pump system reduce the evaporator output without influencing the useful heating output. In such a case, the evaporator can therefore be made smaller.
An embodiment of the subject invention is. shown schematically on the drawing.
1 is an engine room. in which most of the heat pump system is housed, u. a. a compressor 2, a condenser 3, a hot water pump 4 and an expansion valve 5. By the pump 4 heated water in the condenser 3 is supplied to a distributor 6 of a heating system, otherwise not shown, with the return lines of the sen. the reference character 7 are occupied.
The water of a channel 8 is available as heat-giving water for the heat pump system, which is located at a great distance, at least about 50 m, from room 1 and also at a much lower level than this room. The evaporator 9 of the heat pump system is built directly into the water flowing through the channel 8, and it is also connected by a long-distance line 10 to the condenser 3 and a long-distance line 11 to the suction port of the compressor 2. The Fernleitun gene 10 and 11 are for the most part in the grown soil 12 without insulation ver.
Between the place where the heat-giving water is, so the channel 8 respectively. the evaporator 9 and the parts?, 3 of the heat pump system are thus provided from finally to lead the closed circuit through the parts 2, 3, 5 and 9 be writing heat transfer medium lines 10 and 11. So there is no need for a pump that has to pump water from the channel 8 to any point in the heat pump system.
The vapors ent during the relaxation of the heat carrier liquid in the expansion valve 5 can be separated from the liquid in a separator 13 immediately after this valve and transferred close to the Ver poet 2 through a line 14 in the Lei device 11, that is, the suction line of the Ver poet will. In such a case, the vapors mentioned do not need to be passed through the evaporator 9 and the remote lines 10 and 11, so that the diameter of these lines can be selected accordingly smaller.
The fact that the throttle valve 5, in wel chem the expansion of the heat transfer medium describing the circuit of the heat pump from the condenser pressure to the evaporator pressure takes place, is arranged near the condenser 3, the advantage is achieved that all organs that require maintenance and operation require, are arranged in engine room 1. In line 10, in which the liquefied heat carrier of the heat pump circuit flows after the evaporator 9, there is a relatively low temperature behind the expansion valve 5. As a result of this fact from the ge grown soil 12 in the line 10 a falling heat has a relief of the Ver evaporator 9 result, so that it can be made smaller.
For the flow in the long-distance line 10, a selectable part of the pressure difference between the condenser 3 and the evaporator 9 is available to overcome the flow resistance. Accordingly, a relatively high speed Ge and a small line diameter can be selected for this pipeline 10. Liquid and gas bags are permitted in line 10 without any further information. So you are not restricted in this line routing by any aerodynamic considerations.
In order to prevent the heat transfer medium stored in the evaporator from escaping more or less into the ground or even through it into the atmosphere if one of the long-distance lines breaks, shut-off devices can be installed near each connection point of the long-distance lines to the evaporator, for example, depending on the pressure in the trunk lines electrically controlled valves are provided.