DEVICE FOR USE OF ENVIRONMENTAL ENERGY

Abstract: 1. Device for utilizing ambient energy for heating purposes by means of a heat-pump system, in which the working medium is heated by the ambient energy and, if appropriate, evaporated in a heat exchanger exposed to the atmosphere, the energy absorbed thereby is utilized by the heat-pump process, and the heat exchanger consists of at least two plates arranged essentially horizontally above one another and made of sheet metal, with several conduits in contact with the plates and intended for guiding the working medium, characterized in that the conduits (3) are incorporated seamlessly within the plate (2) and extend in the longitudinal direction of the plate (2), in that the plates (2) are made arched or roof-like and/or inclined relative to the horizontal in the transverse direction of the conduits (3), and in that the distance between two adjacent plates (2) at any point is virtually the same and amounts to at least 100 mm.

Description: Vorrichtung zur Nutzung von Umgebungsenergle Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Nutzung von Umgebungsenergie zu Heizzwecken mittels einer Wärmepumpenanlage, bei welcher in einem der Atmosphäre ausgesetzten Wärmetauscher das Arbeitsmedium durch die Umgebungsenergie erwärmt und ggf. verdampft wird und die dabei aufgenommene Enrgie durch den Wärmepumpenprozess ausgenutzt wird. Durch die zunehmende Verknappung und Verteuerung von Primärenergie wie Erdöl, Erdgas usw. gewinnt die Ausnutzung von Niedertemperaturwärme der Abwärme aus der Umgebungsluft und der Globalstrahlung zunehmend an Bedeutung. Man hat deshalb bereits vorgeschlagen, das Dach des zu beheizenden Gebäudes als Wärmetauscher auszubilden, beispielsweise in Form von Kupferblechen, in denen Rohrkanäle integriert sind, die von einem Arbeitsmittel durchströmt sind. Da das Arbeitsmittel,im Normalfall ist dies eine Sole, eine Temperatur unterhalb der Umgebungstemperatur hat, kann es zu einer Schwitzwasserbildung kommen, welche eine aufwendige Unterkonstruktion für das Dach notwendig macht. Derartige Anlagen,die mit einer Wärmepumpe arbeiten, ermöglichen die Beheizung des Gebäudes bei Aussentemperaturen von 0 bis zu -2 C. Bei niedrigeren Temperaturen sollte mit einem Zwischenspeicher oder aber bivalent, d.h. mit einer Zusatzheizung gearbeitet werden. Dennoch sind derartige Heizungsanlagen geeignet, den Verbrauch von Primärenergie gegenüber herkömmlichen Ö1- oder Gasheizungsanlagen um bis zu 70 % zu senken. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Beheizung von Gebäuden anzugeben, die wesentlich wirtschaftlicher herstellbar ist und die ohne grösseren wirtschaftlichen und technischen Aufwand auch eine Direktverdampfung des Kältemittels der Wärmepumpenanlage ermöglicht. Darüber hinaus soll die Anlage dem unterschiedlichen Wärmebedarf verschieden grosser Gebäude leicht anpassbar sein. Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass der Wärmetauscher aus mindestens zwei im wesentlichen horizontal angeordneten Platten aus Metallblechen besteht, in dem mehrere in Längsrichtung der Platten verlaufende Kanäle zur Führung des Arbeitsmediums integriert sind, dass die Platten in Querrichtung der Kanäle gewölbt oder dachartig und/oder geneigt zur Horizontalen ausgebildet sind und der Abstand zweier benachbarter Platten an jeder Stelle nahezu gleich ist und mindestens 100 mm beträgt. Neben den sich aus der Aufgabenstellung direkt ergebenden Vorteilen zeigt die Vorrichtung gemäss der Lehre der Erfindung noch den Vorteil, dass die Luft zwischen zwei Platten bei jeder Windrichtung umgewälzt wird. Die Wölbung und/oder Neigung der Platten bewirkt, dass die abgekühlte Luft leichter nach unten abströmen kann. Darüber hinaus hat die Wölbung oder die dachartige Ausbildung der Platten noch den Vorteil, dass durch die Wölbung oder die dachartige Ausbildung eine Länge änderung der Platten in dieser Richtung kompensiert werden kann. Eine besonders günstige Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass die Platten in Querrichtung der Kanäle gewölbt und in Längsrichtung der Kanäle zur Horizontalen geneigt angeordnet sind. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist darin zu sehen, dass ein Schneebelag von der obersten Platte sowie bei tiefen Aussentemperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit an den übrigen Platten entstehende Reif- bzw. Eisschizhten leicht abrutschen können. Der Neigungswinkel sollte 5 bis 250 betragen, wogegen der Krümmungsradius der Wölbung zwischen 0,5 und 5 m beträgt. Die zwischen den Kanälen liegenden Bereiche des Metallbleches sollten mit einer Profilierung versehen sein, um deren Oberfläche zu vergrössern und damit den Wärmetauscher noch kompakter zu gestalten. Nach einer besonders günstigen Ausgestaltung des erfindungsgemässen Wärmetauschers sind die übereinandergelegenen Kanäle zweier Metallplatten durch Rohrstücke verbunden und durchströmt das Arbeitsmittel die übereinandergelegenen Kanäle der Metallplatten nachein- ander. Die Länge und die Anzahl der Platten sind dabei so ausgelegt, dass bei der niedrigsten Arbeitstemperatur von 0 ca. -2 C der Strömungsweg des Arbeitsmittels gerade aus- reicht, um dieses genügend zu erwärmen. Während bei einer dachseitigen Anordnung des Wärmetauschers Kältemittel nicht erlaubt sind und mit Sole gearbeitet werden muss, ist der Wärmetauscher gemäss der Lehre der Erfindung für beide Arbeitsmittel einsetzbar. Insbesondere für den Fall, dass das Arbeitsmittel das Kältemittel der Wärmepumpenanlage ist, wird dieses über einen Verteiler in die Kanäle der obersten Metallplatte eingespeist und aus der untersten Metallplatte herausgeleitet und über einen Sammler dem Kompressor zugeführt. Durch das Einleiten des Arbeitsmittels in die obersten Platten wird eine zu grosse Überhitzung des altnittels vermieden. Soll der WÅarmetauscher mit Sole betrieben werden,so ist es zweckmässig, den Strömungsverlauf der Sole umschaltbar zu gestalten. Bei erhitem Strahlungseinfall bzw. bei einer erhöhten Temperatur der obersten Platte sollte die Einspeisung von unten geschehen, um die Energieaufnahme zu optimieren. Sowohl zwischen dem Verteiler und den Enden der Kanäle der obersten Metallplatte als auch zwischen den Enden der Kanäle der untersten Metallplatte und dem Sammler sind Rohre gleicher Länge vorgesehen. Dies ist die einfachste Ausführung, um zu gewährleisten, die Strömungsgeschwindigkeit in jedem der parallel zueinander verlaufenden Kanäle gleich gross zu machen. Die Platten sind durch vertikal angeordnete Streben, die durch Bohrungen in der Nähe der parallel zu den Kanälen verlaufenden Längskanten hindurchgeführt sind, gehaltert und durch über die Streben geschobene Distanzhülsen zueinander in Abstand gehalten. Dabei sind zumindest einige der Streben in Langlöchern angeordnet, so dass Längen änderungen der Platten ohne weiteres möglich sind. Da die Platten zweckmässigerweise aus Kupferblech wegen des hohen Wärmeleitvermögens hergestellt sind, ist unterhalb des Wärmetauschers eine dichte Wanne, vorzugsweise aus Kupf er- blech angeordnet, die das anfallende Kondenswasser, welches Kupferionen enthalten kann, auffängt. Der Wärmetauscher und die übrigen Teile der Wärmepumpe können an einem geeignet Ort ausserhalb des zu beheizenden Gebäudes, zum Beispiel im Garten oder im Hof aufgestellt werden. Der Installateur braucht nur den Wärmetauscher an die Wärmepumpenanlage anzuschliessen und im Falle einer elektrisch betriebenen Wärmepumpe den elektrischen Anschluss herzustellen. Die Erfindung ist anhand des in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Au± in einem nicht näher bezeichneten Gerüst befestigten vertikal angeordneten Streben l sind mehrere Platten 2 aus Metallblech gehaltert Diese Platten 2 bestehen aus relativ dünnwandigem Kupferblech von beispielsweise 0,5 bis 1 mm, sind in welches Kanäle 3 nahtlos integriert. Die Platten 2, im Ausführungsbeispiel sind diesneun (2a bis 2i), sind übereinander in einem Abstand von ca. 150 mm angeordnet. Für die Abstandshalterung sorgen über die Streben 1 geschobene Distanzhülsen 4. Die Platten 2 sind gewölbt und in Längsrichtung der Kanäle 3 geneigt ausgeführt. Unterhalb der Platten 2a bis 2i ist eine Wanne 5 aus Kupferblech vorgesehen, in welcher ggf. herabtropfendes Kondenswasser gesammelt wird, um das Eindringen von Kupferionen in das Erdreich zu verhindern. Das Arbeitsmittel wird den Kanälen 2 der Platten 2a, 2b und 2c von der Vorlaufleitung 7 über einen Verteiler 8 und Zuführungsleitungen 9 zugeführt und wird über nicht sichtbare Rohrbögen 6 den Platten 2d, 2e und ruf und von dort über gleich geartete Rohrbögen 6 den Platten 2g, 2h und 2i zugeleitet und gelangt von dort über Zuführungsleitungen 10 in einen Sammler 11 und von dort in die Rücklaufleitung 12 der Wärmepumpenanlage. Die Länge der Zuführungsleitungen 9 und 10 sowie der Rohrbögen 6 soll so abgestimmt sein, dass der Strömungsverlust des Arbeitsmittels auf seinem Weg durch die Zuführungsleitungen 9, die Kanäle 3 der Platten 2a bis 2c, die Rohrbögen 6, die Kanäle 3 der Platten 2d bis 2f, die Rohrbögen 6, die Kanäle 3 der Platten 2g bis 2i und die Zuleitungen 10 gleich ist, um eine gleichmässige Durchströmung der Kanäle 3 sicherzustellen. Die Einspeisung des Arbeitsmittels in die oberen Platten 2a bis 2c hat sich für den Betrieb mit Kältemittel als vorteilhaft erwiesen, da somit nahezu sichergestellt ist, dass das Kältemittel nicht zu stark überhitzt wird. Für Solebetrieb hat sich insbesondere bei erhöhtem Strahlungseinfall bzw. erhöhter Temperatur der obersten Platte eine Einspeisung von unten als vorteilhafter erwiesen. Die übrigen Teile der Wärmepumpenanlage sind entweder innerhalb des durch die Streben l abgedeckten Bereiches oder in unmittelbarer Nähe des Wärmetauschers an geordnet, so dass der Tnstallateur lediglich den Wärmetau- scher an die Wärmepumpe und gyf. den elektrischen Anschluss für die Wärmepumpenanlage herzustellen hat.

Claims: Patentansprüche 1. Vorrichtung zur Nutzung von Umgebungsenergie zu Heiz zwecken mittels einer Wärmepumpenanlage, bei welcher in einem der Atmosphäre ausgesetzten Wärmetauscher das Arbeitsmedium durch die Umgebungsenergie erwärmt und ggf. verdampft wird und die dabei aufgenommene Energie durch den Wärmepumpenprozess ausgenutzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher aus mindestens zwei im wesentlichen horizontal angeordneten Platten (2) aus Metallblech besteht, in dem mehrere in Längsrich tung der Platten (2) verlaufende Kanäle (3) zur Führung des Arbeitsmediums integriert sind, dass die Platten (2) in Querrichtung der Kanäle (3) gewölbt oder dachartig und/oder geneigt zur Horizontalen ausgebildet sind und der Abstand zweier benachbarter Platten (2) an jeder Stelle nahezu gleich ist und mindestens 100 mm beträgt. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (2) in Querrichtung der Kanäle (3) ge wölbt und in Längsrichtung der Kanäle (3) zur Horizon talen geneigt ailgeordnet sind. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich 0 net, dass der Neigungswinkel zwischen 5 und 25 beträgt. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsradius der Wölbung zwischen 0,5 und 5 m beträgt. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen den Kanälen (3) liegenden Bereiche der Platten (2) mit einer Profilie rung versehen sind. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass die übereinandergelegenen Kanäle (3) zweier Metallplatten (2) durch Rohrstücke (6) verbunden sind und das Arbeitsmittel die übereinanderge legenen Kanäle (3) der Metallplatten (2) nacheinander durchströmt. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsmittel das Kältemittel der Wärmepumpen anlage ist und über einen Verteiler (8) in die Kanäle (3) der obersten Metallplatte (2) eingespeist und aus der untersten Metallplatte (2) herausgeleitet und über einen Sammler (11) dem Kompressor zugeführt ist. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl zwischen dem Verteiler (8) und den Enden der Kanäle (3) der obersten Metallplatte (2) als auch zwi schen den Enden der Kanäle (3) der untersten Metall platte (2) und dem Sammler (11) Rohre (9,10) gleicher Länge vorgesehen sind. 9. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurcekennzeichnet, d die Platten (2) durch. ver- tikal angeordnete Streben (1) die Durchbohrungen in der Nähe der parallel zu den Kanten verlaufenden Längskanten hindurchgeführt sind,gehaltert sind und durch über die Streben (1) geschobene Distanzhülsen (4) zueinander in Abstand gehalten sind. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet dass zumindest einige der Streben (1) in Langlöchern angeordnet sind. 11. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des Wärme tauschers eine dichte Wanne (5), vorzugsweise aus Kupferblech angeordnet ist.

Inventors: BUSCH, MICHAEL, DIPL.-ING., MANNAERTS, KLAUS, MOSER, GERD
Applicants: KABEL- UND METALLWERKE  GUTEHOFFNUNGSHUTTE AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1981
Main classification: F24J2
IPC codes: F24J2, F25B39