Wärmepumpe mit mindestens zwei Wärmequellen

Abstract

 Bei einer Wärmepumpe mit mindestens einem Verdampfer (1), einem Kompressor (2), Kondensator (3) und einem Expansionsventil (4), ist zwischen dem Verdampfer (1) und dem Kompressor (2) und / oder im Heizungskreislauf mindestens eine weitere Wärmequelle (6) angeordnet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Kompressionswärmepumpe.

[0002] Bei Kompressionswärmepumpen wird im Wärmepumpenkreislauf Wärme von einem niedrigen Temperaturniveau auf ein höheres Temperaturniveau zu Heizzwecken gehoben oder einem Raum auf einem hohen Niveau zu Kühlzwecken entzogen und abgeführt.

[0003] Hierbei wird ein Kältemittel in einem Kompressor verdichtet, wodurch es sich erwärmt. In einem Kondensator wird dem Kältemittel Wärme entzogen, wodurch es kondensiert. Das Kältemittel wird anschließend in einem Expansionsventil entspannt, wodurch es sich abkühlt. Anschließend wird dem Kältemittel in einem Verdampfer Wärme zugeführt, wodurch es verdampft.

[0004] Bei Wärmepumpen kommen Aggregate, wie zum Beispiel der Kompressor, die Regelung oder Steuerung und gegebenenfalls eine Umwälzpumpe zum Einsatz, deren Abwärme in der Regel ungenutzt bleibt. Ferner besteht im Heizbetrieb das Problem, dass unterhalb einer bestimmten Temperatur die Umweltwärmequelle keine Wärme wirtschaftlich in das System einbringen kann, da ein Wärmetauscher zum wirtschaftlichen Betrieb eine bestimmte Temperaturdifferenz benötigt. Da die Leistungsaufnahme der Wärmepumpe auch bei sinkender Temperaturdifferenz annähernd konstant bleibt, sinkt mit der Temperaturdifferenz zwischen der Quellentemperatur und der Kältemitteltemperatur der Wirkungsgrad.

[0005] DE 30 14 029 A1 und DE 30 05 910 A1 zeigen Wärmepumpen mit jeweils 2 Wärmequellen im Solekreislauf der Umweltwärmequelle. Aus DE 10 2009 004 501 A1 ist einen Wärmepumpe bekannt, bei der in den Wärmepumpenkreislauf sowohl ein Verdampfer zur Nutzung von Solarwärme, als auch ein Verdampfer zur Nutzung von Erdwärme integriert sind.

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmepumpe derart zu gestalten, dass auch die Abwärme von Aggregaten sinnvoll genutzt werden kann und ein Wärmepumpenbetrieb auch bei niedrigen Temperaturen der Wärmequelle energetisch sinnvoll möglich ist.

[0007] Dies wird gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass bei einer Wärmepumpe in den Wärmepumpenprozess eine weitere Wärmequelle, bei der es sich um keine Umweltwärmequelle handelt, integriert wird. Dabei kann es sich gemäß Anspruch 2 um einen Wärmetauscher zur Abgabe der Abwärme mindestens eines elektrischen oder elektronischen Bauteils, vorzugsweise einer Regelung beziehungsweise Steuerung, eines Netzteils, des Kompressors, ein elektrischer Heizer und / oder einer Umwälzpumpe handeln.

[0008] Gemäß den Merkmalen des abhängigen Anspruchs 3 kann auch zusätzlich im Solekreislauf einer Wärmepumpe eine weitere Wärmequelle angeordnet sein. Gemäß Anspruch 4 wird auch hier vorzugsweise Abwärme von Komponenten der Wärmepumpe genutzt.

[0009] Anspruch 5 schützt ein Verfahren zum Betrieb einer Wärmepumpe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4.

[0010] Die Erfindung wird nun anhand der Figur detailliert erläutert.

[0011] Die Figur zeigt einem Wärmepumpenkreislauf 8 mit einem Verdampfer 1, einem Kompressor 2, einem Kondensator 3 und einem Expansionsventil 4. Der Verdampfer 1 ist über einen Solekreislauf 9, in dem sich eine Umwälzpumpe 7 befindet, mit einer Umweltwärmequelle 5 verbunden. Sowohl im Wärmequellenkreislauf 8, als auch im Solekreislauf 9 ist jeweils eine weitere Wärmequelle 6 angeordnet. Im Solekreislauf 9 ist die weitere Wärmequelle 6 stromab des Verdampfers 1 angeordnet. Im Wärmepumpenkreislauf 5 ist die weitere Wärmequelle 6 zwischen dem Verdampfer 1 und dem Kompressor 2 angeordnet. Über den Kondensator 3 ist der Wärmepumpenkreislauf 8 mit einem Heizkreislauf 10 verbunden. In diesem Heizkreislauf 10 befindet sich eine Umwälzpumpe 11, mindestens eine Wärmesenke 12, vorzugsweise Heizungsradiatoren und Warmwasserspeicher, sowie optional eine weitere Wärmequelle 6.

[0012] Beim Betrieb der Wärmepumpe wird zunächst im Wärmetauscher der Umweltwärmequelle 5 Wärme auf den Solekreislauf 9 übertragen. Bei der Umweltwärmequelle 5 kann es sich beispielsweise um einen Luftwärmetauscher, bei dem Umgebungsluft den Wärmetauscher durchströmt oder eine Erdsonde handeln. Die Umwälzpumpe 7 fördert die Sole zum Verdampfer 1, wo Wärme auf den Wärmepumpenkreislauf 8 übertragen wird, so dass das Kältemittel im Wärmepumpenkreislauf 8 verdampft. Das Kältemittel wird anschließend von dem Kompressor 2 angesaugt und verdichtet, wodurch es sich erwärmt. In dem Kondensator 3 wird Wärme auf den Heizkreislauf 10 übertragen und somit dem Kältemittel Wärme entzogen, wodurch es kondensiert. Das Kältemittel wird anschließend in dem Expansionsventil 4 entspannt, wodurch es sich abkühlt. Anschließend wird das Kältemittel wieder dem Verdampfer 1 zugeführt. Im Heizungskreislauf 10 wird Wärme vom Verdampfer 3 zu der Wärmesenke 12 transportiert.

[0013] Erfindungsgemäß wird im Wärmepumpenkreislauf 8 dem Kältemittel zwischen Verdampfer 1 und Kompressor 2 zusätzlich Wärme über die weitere Wärmequelle 6 zugeführt. Hierbei handelt es sich beispielsweise um die Abwärme des Kompressors 2 und der nicht dargestellten Regelung. Auch kann die Wärme im Heizungskreislauf 10 zugeführt werden.

[0014] Auch im Solekreislauf 9 wird zusätzlich Wärme über eine weitere Wärmequelle 6 zugeführt. Hierbei handelt es sich beispielsweise um die Abwärme der Umwälzpumpe 7, des Netzteils der Anlage und / oder einen elektrischen Heizer. Da die weitere Wärmequelle 6 stromauf der Umweltwärmequelle 5 angeordnet ist, kann mit ihr ein Vereisen der Umweltwärmequelle 5 bei sehr niedrigen Außentemperaturen verhindert werden.

[0015] Es ist darauf zu achten, dass bei dieser Positionierung der weiteren Wärmequelle 6 bei sehr niedriger Temperatur der Umweltwärmequelle 5 in deren Wärmetauscher Wärme aus dem Solekreislauf 9 auf die Umgebung übertragen werden kann.

[0016] Ist die weitere Wärmequelle 6 stromab der Umweltwärmequelle 5 und stromauf des Verdampfers 1 angeordnet, was in der Figur nicht dargestellt ist, so kann damit dem Verdampfer 1 mehr Wärme zur Verfügung gestellt werden.

[0017] Sind in beiden Kreisläufen 8, 9 weitere Wärmequelle 6 angeordnet, so kann bedarfsgerecht entschieden werden, wo die Wärmezufuhr effizienter eingesetzt werden kann. Gegebenenfalls kann auch die Wärmezufuhr stufenlos variiert werden. Hierzu sind entsprechende Temperaturmessungen in den Kreisläufen 8, 9 sowie Absperrmittel vor den weiteren Wärmequellen 6 notwendig. Droht ein Vereisen der Umweltwärmequelle 5, so wird Wärme in den Solekreislauf 9 eingebracht. Ist dieser hingegen auf einem hohen Temperaturniveau, so bietet sich der Wärmeintrag im Wärmepumpenkreislauf 8 an. Bei besonders heißen Komponenten kann deren Abwärme direkt in den Heizungskreislauf eingebunden werden. Optional kann diese Wärme auch auf eine Brauchwasserleitung übertragen werden.

[0018] Erfindungsgemäß kann die Wärmepumpe auch ohne Solekreislauf 9 auskommen, wenn im Verdampfer 1 unmittelbar Abwärme eingebracht werden kann. In diesem Fall bezieht sich die Erfindung nur auf die Integration einer weiteren Wärmequellen 6 im Wärmepumpenkreislauf.

Bezugszeichenliste

[0019] 

Verdampfer 1

Kompressor 2

Kondensator 3

Expansionsventil 4

Umweltwärmequelle 5

weitere Wärmequelle 6

Umwälzpumpe 7

Wärmepumpenkreislauf 8

Solekreislauf 9

Heizkreislauf 10

Umwälzpumpe 11

Wärmesenke 12

Ansprüche

1. Wärmepumpe mit mindestens einem Verdampfer (1), einem Kompressor (2), Kondensator (3) und einem Expansionsventil (4), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Verdampfer (1) und dem Kompressor (2) mindestens eine weitere Wärmequelle (6), bei der es sich um keine Umweltwärmequelle handelt, angeordnet ist und / oder stromauf oder stromab des Kondensators (3) in einem Heizungskreislauf (10) oder einer Brauchwasserleitung eine weitere Wärmequelle (6) angeordnet ist.

2. Wärmepumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine weitere Wärmequelle (6) ein Wärmetauscher zur Abgabe der Abwärme mindestens eines elektrischen oder elektronischen Bauteils, vorzugsweise einer Regelung beziehungsweise Steuerung, eines Netzteils, des Kompressors (2), ein elektrischer Heizer und / oder einer Umwälzpumpe (7) ist.

3. Wärmepumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zwischen einer Umweltwärmequelle (5) und dem Verdampfer (1) in einem Solekreislauf (9) stromauf- oder stromab des Verdampfers (1) eine weitere Wärmequelle (6) angeordnet ist.

4. Wärmepumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Wärmequelle (6) ein Wärmetauscher zur Abgabe der Abwärme mindestens eines elektrischen oder elektronischen Bauteils, vorzugsweise einer Regelung beziehungsweise Steuerung, eines Netzteils, des Kompressors (2), ein elektrischer Heizer und / oder einer Umwälzpumpe (7) ist.

5. Verfahren zum Betrieben einer Wärmepumpe mit mindestens einem Verdampfer (1), einem Kompressor (2), Kondensator (3) und einem Expansionsventil (4), wobei zwischen dem Verdampfer (1) und dem Kompressor (2) mindestens eine weitere Wärmequelle (6) angeordnet ist. dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreitung einer vorgegebenen Temperatur zwischen dem Verdampfer (1) und dem Kompressor (2) Wärme über die weitere Wärmequelle (6) eingebracht wird.

Zeichnung