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Vorrichtung zum Erwärmen von flüssigen oder
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gasförmigen Medien
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Erwärmen von flüssigen oder gasförmigen Medien, insbesondere von Wasser, in
einem Speicherbehälter mit Hilfe einer Wärmepumpe, deren Puupenkreislauf einen Verdichter
und einen Verdampfer aufweist, wobei im Speicherbehälter ein mit einer Wärmepunipe
verbundener Primär-Tauscherkreislauf vorgesehen ist.
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Mit der genannten Vorrichtung sollen gespeicherte flüssige oder auch
gasförmige Medien erwärmt werden, um sie für bestimmte Zwecke, z.B. bei Wasser zum
Waschen, Duschen, Baden, Heizen u. dgl. geeignet zu machen. Solche Vorrichtungen
einschließlich des Speicherbehälters müssen an irgendeiner Stelle eines Gebäudes
aufstellbar sein und sollen die Umgebung möglichst wenig beeinflussen.
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Es ist bekannt, den Pumpenkreislauf einer Ärärmepumpe durch einen
Primärtauscher mit einem durch den Speicherbehälter geführten Primär-Tauscherkreislauf
auszustatten, um die I"ärme vom Pumpenkreislauf über den Primär-Tauscherkreislauf
in das aufzuheizende Medium, beispielsweise das Wasser, zu übertragen. Der Verdampfer
steht dabei mit der Umgebung in Kontakt, um aus dieser, z.B. aus der Luft oder aus
,'Srasser, die Wärme zu entziehen. Hierfür ist es notwendig, daß ausreichende Mengen
von Luft oder Wasser zugeleitet werden. Dies bedingt besondere Vorkehrungen, wie
z.B. Leitungen und/oder Raumöffnungen, die insbesondere bei Luft als Wärmeträger
große A'-messungen aufweisen müssen. Aus diesem Grund entstehen bei der Aufstellung
eines solchen Speichers in Kellerräumen Schwierigkeiten, wenn nicht durch unzureichende
Wärmezufuhr
der Heizeffekt und damit die Wirkungsweise der Wärmepumpe
empfindlich herabgesetzt werden soll. Zusätzlich kann noch eine unerwünschte Unterkühlung
des Aufstellungsraumes eintreten.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, das Erwärmen von flüssigen oder
gasförmigen Medien mit Hilfe einer Wärmepumpe von der Umgebung unabhängig zu machen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein zweiter
durch den Speicherbehälter geführter Sekundär-Tauscherkreislauf vorgesehen ist,
der mit dem Verdampfer der Wärmepumpe durch einen Sekundärtauscher verbunden ist.
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Um einen intensiven Tauscheffekt innerhalb des Speicherbehälters zu
erreichen, ist nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung der Priinär-Tauscherkreislauf
im Speicherbehälter mit einem hohlzylinderförmigen Primar-Tauscherbehälter ausgestattet,
an dessen mindestens einer Unifangsfläche ein hohlzylinderförmiger Sekundär-auscherbehälter
für den Sekundar-Tauscherkreislauf angeordnet ist, Die mit der Erfindung erzielten
Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Vorrichtung einen inneren Wärmekreislauf
besitzt, durch den eine ständige Wärmeumwälzung stattfindet, wobei die Temperatur
ständig gesteigert wird, so daß auch das jeweilige Medium ständig aufgeheizt wird.
Durch wärmeübertragungsgünstige Ausbildung der Tauscherbehälter im Speicherbehälter
kann so ein intensiver Wärmeübergang und damit eine schnelle Aufheizung erreicht
werden. Unabhängig vom Aufstellungsort und den dort vorhandenen Bedinsungren kann
so aufgeheizt werden. Die Vorrichtung nach der Erfindung stellt daher ein vielseitig
einsetzbares, steckerfertiges Gerät dar, das unabhängig von der Umgebung ständig
ein Medium erwärmt, um es für bestimmte Zwecke geeignet zu machen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
beschrieben.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden im folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1 eine Schnittansicht durch einen Speicherbehälter
mit der Vorrichtung; Fig. 2 und 3 Schnittansichten durch schemaiisch dargestellte
weitere Ausführungen der Vorrichtung.
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Nach Fig. 1 ist ein Speicherbehälter 1 für ein flüssiges oder gasförmiges
Medium, insbesondere für Wasser, innerhalb einer Isolierung 2 in einem Gehäuse 3
angeordnet. Der Speicherbehält er 1 ruht auf mehreren Stützen 4, von denen nur eine
dargestellt ist, so daß unterhalb der Isolierung 2, jedoch innerhalb des Gehäuses
3 ein freier Raum 5 vorhanden ist. In diesem ist eine Värinepumpe 6 mit einem Verdichter
7 und einem Verdampfer 8 vorgesehen, die von einem Pumpenkreislauf 9 in Pfeilrichtung
durchströmt werden. Am Verdichter 7 ist ein Primärtauscher 10 vorgesehen, durch
den ein Primär-Tauscherkreislauf 11 wärmeleitend mit dem Pumpenkreislauf 9 verbunden
ist. Der Primär-Tauscherkreislauf 11 ist durch eine Rohrleitung 12 oben in den Speicherbehälter
1 eingeführt und mündet in diesem mit einer Zuleitung 12 stirnseitig in einen hohlzylinderförmigen
Primär-Tauscherbehälter 13, an dessen unterer Stirnseite der Primär-Tauscherkreislauf
11 durch eine Ableitung 14 zurück zum Primärtauscher 10 geführt ist. Der Primär-Tauscherbehälter
13 dient als Wärmetauscher zur Abgabe von im Primär-Tauscherkreislauf 11 herangeführter
Wärme.
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Mit dem Primär-Tauscherbehälter 13 ist wärmeleitend ein vorzugsweise
als hohlzylinderförmiger Körper ausgebildeter Sekundär-Tauscherbehälter 15 verbunden.
Letzterer ist unmittelbar an der Umfangsfläche des Primär-Tauscherbehälters 13 befestigt,
so daß beide Tauscherbehälter 13 und 15 koaxial
zueinander angeordnet
sind und vorzugsweise eine gemeinsame Zwischenwand aufweisen. Zweckmäßigerweise
ist ferner an beiden Umfangsflächen des Primär-Tauscherbehälters 13 je ein Sekundär-Tauscherbehälter
15' außen und ein Sekundär-Tauscherbehälter 15" innen vorgesehen, die an einem Stirnende
durch einen Uberlauf 22 miteinander gekoppelt sind. Mit dem Verdampfer 8 ist durch
einen Sekundärtauscher 16 wärmeleitend ein Sekundär-Tauscherkreislauf 17 verbunden.
Dieser führt durch eine Zuleitung 18 in den Sekundär-Tauscherbehälter 15 und durch
eine Ableitung 19 wieder zurück. Vorzugsweise ist die Zuleitung 18 an die untere
Stirnseite des äußeren Sekundär-Tauscherbehälters 159 und die Ableitung 19 an die
untere-Stirnseite des inneren Sekundär-Tauscherbehälters 15" angeschlossen. Selbstverständlich
sind sowohl im Primär-Tauscher-11 als auch im Sekundär-Tauscherkreislauf 17 nicht
dargestellte Pumpen vorgesehen, um einen Zwangsumlauf zu erzeugen.
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Es ist ersichtlich, daß die im Verdichter 7 durch den Primärtauscher
10 in den Primär-Tauscherkreislauf 11 übertragene Wärme im Primär-Tauscherbehälter
13 auf den Sekundär-Tauscherbehälter 15 und den darin umlaufenden Sekundär-Tauscherkreislauf
17 abgegeben wird, von dem sie an das im Speicherbehälter 1 befindliche Medium 20,
z.B eine Flüssigkeit, gelangt.
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Ein Teil der Wärme wird durch den Sekundär-Tauscherkreislauf 17 wieder
dem Verdampfer 8 zugeführt und im Pumpenkreislauf 9 durch die Wärmepumpe 6 auf ein
höheres Temperaturniveau gebracht, so daß im Verdichter 7 bzw. dem Primärtauscher
10 der Primär-Tauscherkreislauf 11 wieder aufgeheizt wird.
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Um einen intensiven Wärmetausch zwischen dem Primär-Tauscherbehälter
13 und dem Sekundär-Tauscherbehälter 15 zu erhalten, sind diese als Wendelbehälter
ausgebildet, d.h. sie sind innen mit einer schraubenlinienförmig umlaufenden, zwischen
den beiden Umfangswänden angeordneten Wendel 21 ausgestattet. Die Wendel 21 im Primär-Tauscherbehälter
13 verläuft dabei von oben nach unten, während die Wendel 21 im äußeren Sekundär-
Tauscherbehälter
15 von unten nach oben und im inneren Sekundär-Tauscherbehälter 15t von oben nach
unten laufend angeordnet ist. Das Medium, z.B. Wasser, wird durch einen Zulauf 23
in den Speicherbehälter 1 eingeleitet und verläßt diesen durch einen Auslauf 24.
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Der Primärtauscher 10 und der Sekundärtauscher 16 sind von einer Isolierung
umgeben. Von diesen kann die Isolierung 25 des Sekundärtauschers 16 für den Verdampfer
8 nur zum Teil den Sekundärtauscher 16 bedecken, so daß ein Teil der Wärme zusätzlich
aus der Umgebung, also insbesondere aus dem Raum 5, entnommen wird. Die von der
Wärmepumpe 6 abgestrahlte Wärme kann so verwertet werden. Natürlich kann im unteren
Bereich des Gehäuses 3 mindestens eine Öffnung 26 vorgesehen sein, durch die Luft
ein- und ausströmen kann.
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Im Ausführungsbeispiel der Firg. 2 ist der Speicherbehälter 1 in einen
oberen Teilbehälter 1' und einen unteren Teilbehälter 1" unterteilt. Der obere Teilbehälter
1' entspricht dem oben beschriebenen. Dagegen ist der untere Teilbehälter l von
einer an den Primär-Tauscherkreislauf 11 angeschlossenen Zweigleitung 27 durchsetzt,
die zusätzlich mit einer Tauscherfläche versehen sein kann0 Die Zweigleitung 27
ist strömungsmäßig nach dem oberen Teilbehälter 1' vorgesehen, so daß das in unteren
Teilbehälter 1 befindliche Medium nicht so hoch aufgeheizt wird, wie das im oberen
Teilbehälter 1'. Die Medien der Teilbehälter 1' und 1 können so für bestimmte Zwecke
verwendet werden, wie z,B, bei Wasser zum Waschen, 3aden, Duschen Oo dgl. aus dem
oberen Teilbehälter 1 und für Heizung, wie insbesondere Fußbodenheizung, aus dem
unteren Teilbehälter 1t9.
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Eine weitere Ausgestaltung zeigt die Fig. 3, nach der der Primär-Tauscherkreislauf
11t unmittelbar als Pumpenkreislauf ausgebildet ist. Der Wärmetausch vom Pumpenkreislauf
auf das Medium findet so unmittelbar im Speicherbehälter 1 statt,
wobei
in oben beschriebener Weise Primär- und Sekundär-Tauscherbehälter 13 und 15 für
einen intensiven IVärm.etausch ausgebildet sind. Der Sekundär-Tauscherkreislauf
17 ist entsprechend durch den Sekundärtauscher 16 geführt.
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Weiterhin kann die Isolierung 25 des Sekundärtauschers 16 auch variierbar
ausgebildet sein, um die freie Fläche der den örtlichen Bedingungen angepaßten Wärme
au fnahme anzupassen. Natürlich kann der Primär-Tauscherbehälter 13 und/oder der
Sekundär-Tauscherbehälter 15 im Speicherbehälter 1 auch als Rohrwendel ausgebildet
sein. In anderer Ausgestaltung kann der Boden zwischen den Teilbehältern 1' und
1'' als Primär-Tauscherbehälter 13' dienen (Fig. 2), der somit zugleich beide Teilbehälter
18 und 1" aufheizt, eventuell in Kombination mit Tauschern der oben beschrieben
Art. Es ist endlich ersichtlich, daß flüssige und gasförmige Medien erwärmt werden
können.